Бийский технологический институт (филиал). МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ РФ

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ РФ

Бийский технологический институт (филиал)

ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова»

 

Методические указания к лабораторным работам по курсу

” МЕТОДЫ, СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ И АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА ”

для студентов очной формы обучения

Специальности 230201 – Информационные системы и технологии

 

 

БИЙСК

 

 

УДК 621.317.39(075.8)

 

Леонов Г.В., Пята О.И. Методические указания к лабораторным работам по курсу «МЕТОДЫ, СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ И АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА ” - Бийск:.

 

       Методические указания включают в себя теорию и практику работы с измерительными преобразователями и приборами для измерения неэлектрических величин.

       Методические указания предназначены для студентов специальности 230201 очной формы обучения.

 

       Методические указания рассмотрены и одобрены на заседании кафедры МСИА протокол № 9 от 17.09.2010 г.

 

Лабораторная работа №1 (4 часа)

 

Тензорезисторы используют для измерения статических и динамических деформаций.

 

Оборудование для проведения лабораторной работы: источник постоянного напряжения; милливольтметр; высокочувствительный индикатор деформации часового типа; тензорезисторный преобразователь.

 

Экспериментальная проверка адекватности результатов компьютерного моделирования динамической характеристики датчика температуры

Цель работы: оценить адекватность компьютерной модели динамической характеристики термопреобразователя по результатам измерительного эксперимента.

Работа предусматривает написание компьютерной программы для синтеза динамической характеристики датчика температуры (термопары в корпусе) на базе дифференциального уравнения второго порядка нестационарной теплопроводности, в системе с дифференциальным уравнением, описывающем равенство плотностей потоков тепла в материале корпуса преобразователя и среде теплоносителя вблизи границы раздела фаз (граничное условие), и дифференциальным уравнением баланса тепла в системе датчик - теплоагент; получение экспериментальной динамической характеристики с использованием вторичного самопишущего прибора типа КСП-4; проведение процедуры проверки адекватности расчетной характеристики.

 

Предмет и содержание работы

Конструкции термопреобразователей на основе эффекта ТЭДС

Промышленная термопара представляет собой спай, помещенный в металлическую гильзу. Для того, чтобы провода не соприкасались друг с другом на них надеты керамические бусы или кольца. Конструктивная схема такого первичного преобразователя представлена на рисунке 2.8. В качестве материалов электродов термопар используют сплавы: хромель, копель (формируемые спаи – хромель-копель), алюмель (формируемые спаи – хромель-алюмель). Для измерения высоких температур используют термостойкие металлы: платину, родий (платино-родиевые термопары) и другие.

Рисунок 2.8

 

Методика измерения коэффициента теплопроводности заключается в следующем.

На горячем спае термопары образуется образец сферической формы путем обмакивания спая в расплав и выдержания на воздухе, этого достаточно для затвердевания жидкого слоя.

Диаметр образца измеряется посредством микрометра. После термостатирования образца в газовой фазе производят быстрое окунание в среду теплоагента, производят фиксирование температуры-функции времени на самописце. По полученной кривой определяется пара адекватных значений температура-время. После этого производится расчет температуры как функции времени по системе уравнений приведенной в лабораторной работе №2.

Система должна быть откорректирована с учетом формы образца. На каждом шаге по времени расчета производятся сравнения расчетных значений Т и t с соответствующими из выбранной пары экспериментальных значений. При совпадении значений одной из расчетных величин с соответствующей экспериментальной кривой осуществляется процедура оценки характера несовпадения другой величины, и производится итерация по уточнению первоначально принятого коэффициента теплопроводности. В целом процедура продолжается до тех пор, пока оба расчетных значения совпадут с соответствующими экспериментальными. Первоначальное значение коэффициента теплопроводности принимается как среднее из двух значений, определяются вероятные границы диапазона, в котором может находиться коэффициент теплопроводности.

-нижняя граница, -верхняя граница.

 - время расчетное.

1)  совпадает с  с приемлемой точностью: ,

2) Проверяем несовпадение величины , если , где  - температура спая термопары

,

Если , то        l₂=l , .

3) Если , проверяем совпадение  ,

Оборудование для проведения лабораторной работы: малогабаритная термопара с открытым рабочим спаем; самопишущий прибор КСП-4; спиртовый термометр; емкость с расплавленным материалом; керамический сосуд для воды; мерный стакан; водонагревательное устройство; микрометр.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Определение коэффициента теплопроводности для термопары ТХК

 

program izkotep;

 uses crt;

label stept3, ClearSc, cikl,npri;

const

la2 =; g=2 ; n3=10; ro1= ;

ro2 = ; c1 =; c2 = ; np =100; w2 =; n1=30; dt1 =0.1;

d= ; le = ;v = ; t1m = ; t4m =; t1cem =;

 {la1-коэффициент теплопроводности материала образца, Вт/(m*K),

la2-коэффициент теплопроводности сплошной фазы, Вт/(m*K),

ro1-плотность матерала образца,

c1-теплоемкость материала образца,

ro2-плотность жидкой фазы,

c2-теплоемкость жидкой фазы,

n3-шаг распечатки по радиусу,

k-колич.шагов по времени для опред.разн.сравн.te-t,

g-геометрический параметр,

np-шаг распечатки на экран,

w2 - объем сплошной фазы,

d-диаметр образца, мм,

le-расст.между начальн.и выбранной эксперим.точкой на диаграмме

v-скорость протяжки диагр.ленты

t1m,t4m,t1cem-значения в мВ, соотв.начальным.темпер.образца,

жидкой фазы,темпер.в выбранной экспер.точке на диаграмме}

var

i : integer;

tm, k, t, r3,t2,la1,alf,s1,s2,t1s,p,a11,a12,

t3,a, w1,t4,t1cep,t1,vp,rmax,te :real;

 

t1i,r :array[0..1000] of real;

function

ct(z,q:real):real;

begin

ct:=exp(q*ln(z))

 end;

 

begin

TextBackGround(Red);

TextColor(LightCyan);

 

ClrScr;

 

begin

a11 :=5e-9; a12 :=5e-6;

rmax:=d/2/1000; {радиус образца}

vp:=v/3600;

te:=le/vp ;

 t1 :=per(t1m); t4 :=per(t4m); t1cep :=per(t1cem);

 writeln('  ');

 writeln('Радиус образца r =', rmax:6:3, 'м');

 writeln('Начальная температура образца t1=', t1:5:2, 'град. C');

 writeln('Начальная температура жидкой фазы t4=', t4:5:2, 'град. C');

 writeln('Эксперимент.значение температуры t1cep=', t1cep:5:2, 'град. C');

 writeln('Время эксперимента te=', te:5:2, 'секунд');

 writeln('Теплоемкость образца c1= ', c1:3, 'Дж/(кг*град.С)');

readln;

w1 := 4*3.14*ct(rmax,3)/3;

{r-радиус обьекта,м

 w1-обьем обьекта,м^3

 w2-обьем сплошной фазы,м^3

 n1-количество точек по радиусу

 t1cep - эксперимент.значение температуры в центре образца

 в момент времени te

 dt1-разность сравнения abs(t1i(n-1)-t1cep)}

Stept3:

a:=(a11+a12)/2 ;

{a-коэффициент температуропроводности материала образца}

t3:=sqr(rmax/n1)/(2*a);

la1:=a*ro1*c1;

writeln('a=',a, 'м^2/с'); writeln(' ');

writeln('la1=',la1:7:3, 'Вт/(м*К)');

alf:=la2/rmax; {alf- коэффициент теплоотдачи,Вт/(m*K)}

for i:=0 to n1 do

begin

t1i[i]:=t1; {начальное условие}

end;

r3:=-rmax/n1; r[0]:=rmax; t:=0; k:=0;

{r3 - шаг по радиусу}

t2:=t4;

Cikl:

t:=t+t3; tm:=t/60; r[1]:=rmax+r3; k:=k+1;

{t-текущее время процесса,с}

s1:=t1i[0]*sqr(r[0])*r3;

t1i[0]:=(la1*t1i[1]-alf*r3*t2)/(la1-alf*r3);

{t1i[0]=... - граничное условие}

s2:=t1i[0]*sqr(r[0])*r3;

for i:=1 to n1-1 do

begin

s1:=s1+t1i[i]*sqr(r[i])*r3;

t1i[i]:=a*t3*((t1i[i-1]-2*t1i[i]+t1i[i+1])/sqr(r3)+

g*(t1i[i+1]-t1i[i])/(r[i]*r3))+t1i[i];

{t1i[i]=... уравнение теплопроводности образца}

r[i+1]:=r[i]+r3;

s2:=s2+t1i[i]*sqr(r[i])*r3;

end;

t1i[n1]:=t1i[n1-1];

if k<np then goto npri;

writeln('t1i[',n1,']=',t1i[n1]:6:3, ' ', 't=',t:6:3);

writeln('t3=',t3:6:3);

k:=0;

npri:

t1s:=-3*s2/ct(rmax,3);

t2:=-3*(s1-s2)*w1*ro1*c1/(w2*ro2*c2*ct(rmax,3))+t2;

 {t2-температура жидкой фазы}

if abs(t1i[n1]-t1cep)<=dt1 then

begin

if te-t<k*t3 then goto ClearSc;

a12:=a; goto Stept3;

end;

if t<te then goto Cikl;

if abs(t1i[n1]-t1cep)>dt1 then

  begin

if t1i[n1]-t1cep<=0 then

begin

a11:=a; goto Stept3;

end;

a12:=a; goto Stept3;

end;

ClearSc:

clrscr;

writeln('d=',d:5, 'мм'); writeln(' ');

write('a=',a, 'm^2/c'); writeln(' ');

writeln('la1=',la1:6:3,'Вт/(м*К)');

 writeln(' ');

writeln('t3=',t3:6:3,'секунд');

writeln('t=',t:7:3, 'секунд');

writeln(' ');

i:=0;

WHILE I<=N1 DO

begin

writeln('t1i[',i,']=',t1i[i]:6:3);

I :=I+N3;

END;

writeln(' ');

writeln('t1s=',t1s:6:2, 'град.С');

writeln(' ');

writeln('t2=',t2:6:2, 'град.С');

end;readln;

textBackGround(0);    TextColor(7);

ClrScr;

end.

 

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ РФ

Бийский технологический институт (филиал)

ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова»

 

1234567Следующая ⇒

Поделиться: