АВТОМАТИКА И АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

АВТОМАТИКА И АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

Лабораторный практикум

для студентов технологических специальностей
пищевой промышленности

Могилев 2011

УДК 65.011.66

На заседании кафедры автоматизации технологических процессов и производств

Протокол №10 от 04.03.2011

УМК по химико-технологическому профилю специальностей

Протокол № 4 от 14.03.2011

Составители:

В.И. Никулин, М.М. Кожевников, Е.А. Колюкович

Рецензент

доктор технических наук, доцент УО МГУП
Н.Н. Дорогов

Лабораторный практикум предназначен для использования студентами технологических специальностей пищевой промышленности дневной и заочной форм обучения при выполнении лабораторных работ по дисциплине «Автоматика и автоматизированные системы управления технологическими процессами».

Приведены теоретические сведения, методические указания к самостоятельной подготовке и проведению работ, а также вопросы для самопроверки.

©УО«Могилевский государственный университет продовольствия», 2011

СОДЕРЖАНИЕ

1 Общие положения. 4

2 Методические указания по проверке работоспособности
и градуировке контрольно-измерительных приборов. 4

3 Лабораторная работа №1. Изучение и проверка работоспособности потенциометра и милливольтметра. 7

4 Лабораторная работа №2. Изучение и проверка работоспособности электронного моста и логометра. 14

5 Лабораторная работа №3. Изучение и проверка работоспособности манометрических термометров. 22

6 Лабораторная работа № 4. Изучение и проверка работоспособности приборов измерения давления. 26

7 Лабораторная работа №5. Исследование автоматической системы регулирования температуры.. 30

8 Лабораторная работа № 6. Исследование автоматической системы двухпозиционного регулирования. 38

9 Лабораторная работа №7. Свойства сигналов логических элементов. 46

Список рекомендуемой литературы.. 51

Общие положения

Лабораторный практикум по курсу «Автоматика и автоматизированные системы управления технологическими процессами» проводится в соответствии с предусмотренным планом количеством часов и графиком, составленным для каждой учебной группы. Перечень лабораторных работ для каждой специальности утвержден в рабочих программах.

На первом занятии студенты проходят инструктаж по технике безопасности при выполнении лабораторных работ, о чем делается запись в соответствующем журнале.

К началу лабораторного занятия студент обязан ознакомиться с содержанием и методикой выполнения предстоящей работы, как по настоящим методическим указаниям, так и по рекомендуемым литературным источникам. Особое внимание следует обратить на устройство и принцип действия приборов, уяснить смысл физических явлений, описываемых фундаментальными законами сохранения вещества и энергии, которые положены в основу работы приборов и устройств автоматики. Необходимо также подготовить протоколы и таблицы для записи экспериментальных данных. Студент, не подготовленный к занятию, к работе не допускается.

2 Методические указания по проверке работоспособности
и градуировке контрольно-измерительных приборов

При измерении любой физической величины с помощью различных средств измерений, как бы тщательно не осуществлялось измерение, невозможно получить результат, свободный от искажений. Эти искажения могут возникать вследствие несовершенства применяемых методов и средств измерений, влияния на показания прибора условий измерения и ряда других причин. Искажения, сопровождающие всякое измерение, обусловливают погрешности измерений – отклонение результата измерений от истинного значения измеряемой величины.

Абсолютная погрешность измерения D выражается в единицах измеряемой величины и определяется по формуле

, (2.1)

где А – значение, полученное при измерении;

А₀ – истинное значение измеряемой величины.

Поскольку истинное значение измеряемой величины остается неизвестным, в качестве А₀ условно принимают значение, называемое действительным, которое получено с помощью метода или прибора более высокой точности.

Относительная погрешность d, %, определяется по формуле

. (2.2)

Приведенной погрешностью называется отношение абсолютной погрешности измерения к полному размаху шкалы прибора. Приведенная погрешность s , %, вычисляется по формуле

, (2.3)

где А_н и А_к – показания прибора в начале и конце шкалы.

Вариацией называется наибольшая экспериментально полученная разность между показаниями измерительного прибора, соответствующая одному и тому же действительному значению измеряемой величины при прямом и обратном ходах (в неизменных условиях измерения). Вариация В выражается в единицах измеряемой величины и вычисляется по формуле

, (2.4)

где А_пр и А_обр – показания измерительного прибора при прямом и обратном ходе.

Вариация вызываются трением в механизме прибора, зазорами (люфтами) в кинематических парах, гистерезисом, остаточными деформациями в упругих элементах прибора и т.п.

Вариация, выраженная в процентах от размаха шкалы прибора, называется приведенной вариацией и должна быть меньше допустимой основной погрешности прибора. Приведенная вариация В_пр, %, вычисляется по формуле

(2.5)

Метрологической характеристикой точности большинства технических средств измерений являются пределы основной и дополнительной погрешностей. Основной погрешностью называется погрешность средства измерения, используемого в нормальных условиях его эксплуатации, определяемых ГОСТами или другими техническими условиями на средства измерений. Под нормальными понимают такие условия эксплуатации прибора, при которых влияющие на измерение величины (температура, давление, влажность окружающего воздуха, напряжение питания, уровень вибраций и т.п.) находятся в пределах допустимых значений. Дополнительной называется погрешность, возникающая при выходе параметров, характеризующих условия эксплуатации прибора, за область допустимых значений. Под пределами основной и дополнительной погрешности понимают наибольшую (без учета знака) соответствующую погрешность средства измерений, при которой оно может быть признано годным и допущено к применению. Пределы допустимых основной и дополнительной погрешностей средств измерений устанавливаются в виде абсолютных и приведенных погрешностей.

Класс точности – это обобщенная характеристика средств измерений, определяемая пределами допустимых основной и дополнительной погрешностей, а также другими свойствами средств измерений, влияющих на их точность, значения которых регламентируются стандартами. Под классом точности понимают число, соответствующее абсолютной величине допустимой основной приведенной погрешности. Это число приводится на шкале прибора или в его технической характеристике. Классы точности приборов выбираются из ряда:

К=(1, 0; 1, 5; 2, 0; 2, 5; 4, 0; 5, 0; 6, 0) 10^-ⁿ,

где n= 0; 1; 2;...

Приборы для автоматического контроля выпускаются классом точности от 0, 2 до 4, 0.

Для определения фактической погрешности измерительных приборов их периодически подвергают поверке. Поверкой называется комплекс мероприятий, проводимых с целью установления работоспособности прибора и достоверности его показаний. Поверка измерительных приборов заключается в определении его наибольшей приведённой погрешности и сравнении ее с классом точности данного прибора. Прибор считается годным для эксплуатации, если его наибольшая приведенная погрешность и вариация, определяемая по формуле (2.5), не превышают присвоенный ему класс точности.

Для выполнения поверочных операций необходимо располагать измерительными устройствами более высокого класса точности: класс точности поверяющего прибора должен быть на 3-5 классов выше класса точности поверяемого прибора. Приведенная погрешность и вариация определяются для всех оцифрованных отметок шкалы поверяемого прибора при прямом и обратном ходах измерений. Данные поверки заносятся в протокол.

Градуировкой измерительного прибора называется операция, посредством которой делениям шкалы прибора присваиваются значения, выраженные в единицах измеряемой величины.

Теоретические сведения

Комплект технических средств для измерения температуры состоит из термоэлектрического преобразователя температуры (термопары) и вторичного прибора. Измерение температуры осуществляется косвенным методом – путем измерения с помощью вторичного прибора термоэлектродвижущей силы (термоЭДС) термопары, однозначно зависящей от разности температур рабочего (горячего) спая термопары и ее свободных концов. Эта зависимость (статическая характеристика термопары) стандартизована для температуры свободных концов, равной 0 ⁰С. При температуре свободных концов Т ⁰С величина ЭДС термопары Е_Т(t) отличается от стандартной на постоянную величину Е₀ (Т) и вычисляется по формуле

Е_Т(t) = Е₀(t) – Е₀(Т), (3.1)

где Е_Т(t) – ЭДС термопары при температуре рабочего спая t °С и температуре свободных концов соответственно Т °С;

Е₀(t) – ЭДС термопары при при температуре рабочего спая t °С и температуре свободных концов 0 °С;

Е₀(Т) – ЭДС термопары при температуре рабочего спая Т °С и температуре свободных концов 0 °С.

По формуле (3.1) характеристика термопары может быть пересчитана для любой температуры свободных концов термопары.

В качестве вторичных приборов для измерения термоЭДС применяются милливольтметры и автоматические потенциометры. Шкалы вторичных приборов, предназначенных для работы с термопарами, градуированы в единицах температуры. Так как зависимости термоЭДС Е₀(t) от температуры у различных типов термопар отличаются друг от друга, на шкале конкретного прибора указывается тип термопары, для которой проградуирована шкала данного прибора: ХК – хромель-копелевая термопара, ХА – хромель-алюмелевая и т.д. Термопары других марок в комплекте с данным прибором не могут применяться без градуировки его шкалы.

Следует помнить, что градуировка шкалы приборов может быть произведена и при температуре свободных концов термопары, отличной от 0 ⁰С. В современных автоматических потенциометрах, предназначенных для работы с термопарами, предусмотрена автоматическая компенсация измерения действительной температуры свободных концов термопары для исключения возникающей при этом ошибки измерения температуры.

В основу работы потенциометра положен компенсационный метод измерения, заключающийся в уравновешивании (компенсации) измеряемой ЭДС известным падением напряжения. Принципиальная схема измерения ЭДС термопреобразователя компенсационным методом показана на рисунке 3.1. Схема содержит: Б – батарею; R – реостат; R_р – калиброванный реохорд; НГ – нуль-гальванометр; Т – термоэлектрический преобразователь (термопару); НЭ – нормальный элемент Вестона; R_K – контрольное сопротивление; П – переключатель.

Простейшая потенциометрическая схема состоит из трёх взаимосвязанных электрических цепей – рабочей, измерительной и контрольной. В рабочей цепи под действием ЭДС батареи Б протекает ток I_р, величина которого определяется по закону Ома суммой трёх сопротивлений – реостата R, сопротивления R_K и сопротивления реохорда R_р.

Измерения будут производиться с минимальной погрешностью лишь при условии постоянства тока I_Р. Поскольку ЭДС батареи изменяется с течением времени вследствие необратимости протекающих в ней при разрядке электрохимических процессов, то и ток в рабочей цепи будет изменяться. Поэтому перед началом работы необходимо установить определенное значение рабочего тока I_р. Установка рабочего тока производится с помощью контрольной цепи. Для этого переключатель П ставится в положение К (контроль), при этом термопара Т отключается от схемы, а нормальный элемент НЭ подключается так, что его напряжение сравнивается с падением напряжением на контрольном сопротивлении R_К. Если Е_НЭ =I_РR_K, то в ток через нуль-гальванометр протекать не будет и его стрелка должна находиться на нулевой отметке. Это соответствует правильно установленному значению рабочего тока I_Р. Если Е_НЭ I_РR_K, через нуль-гальванометр будет протекать ток и его стрелка будет находиться не на нулевой отметке. Тогда сопротивление R изменяется до тех пор, пока нуль-гальванометр НП не покажет отсутствие тока.

Рисунок 3.1 – Принципиальная схема измерения термоЭДС

После установки рабочего тока переключатель П переводится в положение И для измерения термоЭДС, вырабатываемой термопарой Т. При постоянстве тока I_р реохорд может рассматриваться как известный источник напряжения, величина которого определяется положением движка, а полярность – направлением тока в рабочей ветви. К реохорду встречно, через нуль-гальванометр НГ, подключён термопреобразователь Т с неизвестным значением термоЭДС. В случае неравенства Е_Х и падения напряжения U_АД на участке реохорда АД в измерительной цепи возникает напряжение разбаланса, наличие которого определяется по отклонению стрелки нуль-гальванометра. При перемещении движка реохорда в направлении, соответствующем уменьшению напряжения разбаланса, в момент равенства Е_Х = U_АД стрелка нуль-гальванометра установится на нулевой отметке, т.е. ток в измерительной цепи будет равен нулю, и по шкале калиброванного реохорда можно определить величину падения напряжения, а следовательно, и неизвестную ЭДС.

Компенсационные измерительные схемы широко применяют в технологическом контроле в связи с высокой точностью измерения и возможностью автоматизации процесса уравновешивания схемы.

Принцип действия милливольтметров основан на взаимодействии проводника (рамки), по которому протекает электрический ток, и магнитного поля постоянного магнита. Рамка 1 (рисунок 3.2), выполненная из нескольких сотен последовательных витков тонкой изолированной проволоки (медной, алюминиевой), помещается в магнитное поле постоянного магнита 3. При этом рамка имеет возможность поворачиваться на некоторый угол, для чего она крепится с помощью специальных кернов и подпятников или подвешивается на растяжках или подвесах (на рисунке не показаны). Для формирования равномерного радиального магнитного потока служит цилиндрический сердечник 4. При прохождении тока по рамке возникают силы F₁ и F₂, направленные в разные стороны и стремящиеся повернуть рамку вокруг оси.

Рисунок 3.2 – Принципиальная схема измерения термоЭДС
с помощью милливольтметра

Противодействующий момент создается спиральными пружинами 2 (нижняя не показана), которые также служат для подвода термоЭДС к рамке. В некоторых типах милливольтметров рамка крепится с помощью двух вертикальных тонких ленточных растяжек (подвесов) из фосфористой бронзы, которые, как и спиральные пружинки, служат для создания противодействующего момента и для подвода тока к рамке. При постоянной термоЭДС угол поворота рамки прибора обратно пропорционален сопротивлению цепи, т. е. зависит от длины соединительных проводов и температуры окружающей среды.

Задание на выполнение работы

1) Ознакомиться с лабораторным стендом и установленными на нем приборами.

2) Проверить работоспособность автоматического потенциометра КСП 2.

3) Проверить работоспособность милливольтметра Ш4500.

Методика выполнения работы

Проверка работоспособности автоматического потенциометра КСП 2 и милливольтметра Ш4500 заключается в сравнении их показаний на оцифрованных отметках шкалы при экспериментальных значениях напряжения (имитирующего термоЭДС) со значениями градуировочной характеристики соответствующей термопары (см. таблицу 3.1), определении максимальной приведенной погрешности и сравнении ее (и приведенной вариации) с классом точности приборов КСП 2 и Ш4500.

Проверка производится с помощью образцового прибора УПИП-60М, который в данном случае служит источником калиброванного напряжения, имитируя ЭДС термопары, и подключается вместо нее к входным клеммам автоматического потенциометра КСП 2 и милливольтметра Ш4500.

Таблица 3.1 – Градуировочная характеристика термопары ХК
при температуре свободных концов 0 ⁰С

t, º C
E₀(t), мВ		3, 35	6, 90	10, 60	14, 60	18, 70	22, 90	31, 48	40, 27	49, 09

Шкала используемого в данной работе автоматического потенциометра проградуирована при температуре свободных концов термопары 30 ⁰С, поэтому градуировочную характеристику термопреобразователя (таблица 3.1) следует пересчитать по формуле (3.1), т.е. найти зависимость Е₃₀(t).

Проверка работоспособности потенциометра начинается с конечной (наибольшей) оцифрованной отметки шкалы и продолжается до начальной (наименьшей). При переходе через значение температуры, равной температуре свободных концов термопары (в данном случае 30 ⁰С), подаваемое на прибор напряжение становится отрицательным. При этом полярность подключения прибора УПИП-60М к входу КСП2 должна быть изменена на противоположную.

По результатам испытаний приборов рассчитываются абсолютные и приведенные погрешности, а также приведенная вариация, которые сравниваются с допустимыми для данных приборов погрешностями. При вычислении погрешности автоматического потенциометра и милливольтметра под А в формулах (2.1), (2.3), (2.5) понимается величина термоЭДС.

Порядок выполнения работы

1) Подключите измерительный прибор УПИП-60М к автоматическому потенциометру КСП 2.

2) Подайте напряжение на стенд тумблером 2 (рисунок 3.3), расположенным на панели управления.

3) Включите прибор УПИП-60М тумблером, находящимся в левой части прибора. Перед работой необходимо установить требуемый рабочий ток в измерительных контурах прибора УПИП-60М. Для этого тумблер прибора установите в положение К (контроль рабочего тока) и нажмите кнопку «грубо». Вращая ручку регулятора «рабочий ток», установите стрелку гальванометра на 0. Затем отожмите кнопку «грубо». Нажмите кнопку «точно». Стрелка нуль-гальванометра отклонится от нулевого положения. Ручкой регулятора «рабочий ток» установите стрелку гальванометра на 0. Отожмите кнопку «точно». Прибор УПИП-60М готов к проверке работоспособности автоматического потенциометра.

Тумблер установите в положение И (измерение). Ручкой регулятора напряжения mV установите стрелку автоматического потенциометра КСП 2 на проверяемую отметку шкалы. Нажав кнопку «грубо», ручками универсального прибора УПИП-60М, связанными со шкалами, установите стрелку нуль-гальванометра на 0. При установке показаний на шкалах ориентируйтесь на данные градуировочной таблицы для проверяемой отметки шкалы. Затем отожмите кнопку «грубо», нажмите кнопку «точно» и, вращая правую ручку прибора УПИП-60М, установите стрелку нуль-гальванометра на 0. Отожмите кнопку «точно». Сумма показаний двух шкал, умноженная на кратность, и есть величина напряжения (мВ), имитирующего термоЭДС для поверяемой отметки шкалы. Кратность определяется положением переключателя, который находится в правой части УПИП-60М (х1, х0, 5, х2).

Проделайте описанные операции для всех оцифрованных отметок шкалы КСП 2 для прямого и обратного хода, занося результаты измерения имитируемой ТЭДС (напряжения) в таблицу 3.2.

4) Отключите напряжение на стенде тумблером 2.

Таблица 3.2 – Протокол испытаний приборов КСП 2 и Ш4500

Тип прибора	Проверяемая отметка шкалы, ⁰С	Градуировочная характеристика, Е₃₀(t), мВ	Данные испытаний, U(t), мВ	Погрешности прибора	Приведенная вариация, %
абсолютная ∆, мВ	приведенная σ, %
прямой ход	обратный ход	прямой ход	обратный ход	прямой ход	обратный ход
КСП 2
Ш4500

5) Подключите измерительный прибор УПИП-60М к милливольтметру Ш4500.

6) Проведите проверку работоспособности милливольтметра Ш4500 аналогично проверке потенциометра. Занесите результаты измерений имитируемой ТЭДС (напряжения) в таблицу 3.2 для опытов прямого и обратного хода.

7) Рассчитайте погрешности приборов.

Требования к отчёту

Отчёт по лабораторной работе должен содержать:

1) Название и цель лабораторной работы.

2) Принципиальные схемы потенциометра и милливольтметра.

3) Методику проверки работоспособности автоматического потенциометра и милливольтметра.

4) Протоколы испытаний приборов.

5) Выводы по работе.

3.7 Контрольные вопросы

1) В чем заключается принцип действия автоматического потенциометра и милливольтметра?

2) В чем заключается принцип измерения температуры с помощью термоэлектрических преобразователей (термопар)?

3) Что понимается под градуировочными характеристиками термопар?

4) Какова методика пересчета градуировочных характеристик термопар при изменении температуры ее свободных концов?

5) Каковы источники ошибок при измерении температуры с помощью термопар?

Теоретические сведения

Измерение температуры термопреобразователями сопротивления основано на свойстве металлов и полупроводников изменять свое электрическое сопротивление с изменением температуры. Если априорно известна зависимость между электрическим сопротивлением термопреобразователя сопротивления и его температурой [т. е. R_t=f(t) – градуировочная характеристика], то, измерив R_t, можно определить значение температуры среды, в которую он погружен.

Термопреобразователи позволяют надежно измерять температуру в пределах от минус 260 до плюс 1100 ⁰С. К металлическим проводникам термопреобразователей сопротивления предъявляется ряд требований, основными из которых являются стабильность градуировочной характеристики, а также ее воспроизводимость, обеспечивающая взаимозаменяемость изготовляемых термопреобразователей сопротивления. К числу не основных, но желательных требований относятся: линейность функции R_t=f(t), по возможности высокое значение температурного коэффициента электрического сопротивления, большое удельное сопротивление и невысокая стоимость материала.

Применяют медные и платиновые термометры сопротивления. Медь – один из недорогостоящих металлов, легко получаемых в чистом виде. Медные термопреобразователи сопротивлений предназначены для измерения температуры в диапазоне от минус 50 до плюс 200 ⁰С. При более высоких температурах медь активно окисляется и потому не используется. В широком диапазоне температур зависимость сопротивления от температуры линейна.

Платина является наилучшим материалом для термопреобразователей сопротивления, так как легко получается в чистом виде, обладает хорошей воспроизводимостью, химически инертна в окислительной среде при высоких температурах, имеет достаточно большой температурный коэффициент сопротивления и высокое удельное сопротивление. Платиновые преобразователи сопротивления используются для измерения температуры от минус 260 до плюс 1100⁰С. Платиновые термопреобразователи сопротивления являются наиболее точными первичными преобразователями в диапазоне температур, где они могут быть использованы. Недостатком платины является нелинейность функции R_t=f(t) и, кроме того, платина – очень дорогой металл.

Принципиальная электрическая схема уравновешенного моста (рисунок 4.1а) состоит из постоянных резисторов R₁ и R₂, компенсирующего переменного резистора (реохорда) R_P, термопреобразователя сопротивления R_t и сопротивления соединительных проводов R_пр. В одну диагональ включен источник постоянного тока Е, в другую – нуль-прибор НП. Измерение R_t производится путем перемещения движка реохорда R_P до тех пор, пока стрелка нуль-прибора не установится на нулевой отметке. В этот момент ток в измерительной диагонали cd отсутствует.

Рисунок 4.1 – Принципиальная электрическая схема уравновешенного моста: а) двухпроводное включение термопреобразователя сопротивления
в цепь моста, б) трёхпроводное включение термопреобразователя сопротивления в цепь моста

При равновесии моста имеет место равенство

R₂ (2 R_пр + R_t) = R₁R_P. (4.1)

Если считать, что температура окружающей среды постоянна, то
2R_пр=const. Тогда каждому значению R_t соответствует определенное значение сопротивления реохорда R_P, шкала которого проградуирована либо в омах, либо в градусах Цельсия.

В случаях, когда колебания температуры окружающей среды велики и погрешность за счет изменения R_ПР будет достигать значительных величин, вместо двухпроводной схемы применяется трехпроводная схема включения термопреобразователя сопротивления (рисунок 4.1б). При таком соединении сопротивление одного провода прибавляется к сопротивлению R_t, а сопротивление второго провода – к переменному сопротивлению R_P. Уравнение равновесия моста принимает вид

R₂ (R_t + R_np) = R₁ (R_p + R_np). (4.2)

Из уравнения (4.2) следует, что в трехпроводной схеме сопротивление соединительных проводов не влияет на результаты измерения.

Логометр – прибор магнитоэлектрической системы, используется для измерения температуры в комплекте с термпреобразователями сопротивления. Логометры выпускаются обычно с градуировкой шкалы в градусах Цельсия. Температурная шкала логометра действительна только для определенной градуировки термометра сопротивления и заданного значения сопротивления внешних соединительных проводов.

Измерительный механизм логометра состоит из 2 рамок, расположенных под некоторым углом одна к другой и жестко скрепленных между собой. Рамки помещены в воздушный зазор между полюсами постоянного магнита и сердечником. Воздушный зазор между полюсами постоянного магнита и сердечником сделан неравномерным и поэтому магнитная индукция в зазоре непостоянна.

Принципиальная схема логометра с внешним постоянным магнитом показана на рисунке 4.2. В межполюсном пространстве постоянного магнита на общей оси (двух кернах) укреплены 2 рамки и , изготовленные из тонкой изолированной медной проволоки. Эти рамки могут свободно поворачиваться в пределах рабочего угла в воздушном зазоре. Выточки полюсных наконечников выполнены по окружности, но радиус этих выточек смещен по отношению к центру сердечника так, что воздушный зазор убывает от центра полюсных наконечников к их краям, а магнитная индукция возрастает приблизительно по квадратичному закону от центра к краям наконечников.

Рисунок 4.2 – Принципиальная электрическая схема логометра с внешним постоянным магнитом

Рамки логометров включены таким образом, что их вращающие моменты и направлены навстречу друг другу. Подвод тока к рамкам осуществляется либо с помощью «безмоментных» вводов, сделанных из золотых ленточек, либо посредством маломоментных спиральных волосков, изготовленных из бронзовых сплавов. На приведенной схеме R₁ и R₂– добавочные манганиновые резисторы, R_t – сопротивление термометра сопротивления.

Как видно из рисунка 4.2, ток источника питания в точке а разветвляется и проходит по двум ветвям: через резистор R₁, рамку и через термометр R_t, резистор R₂ и рамку .

В точке b ветви сходятся, и дальше ток идет до одному проводнику до источника питания. При протекании по рамкам и токов и создаются магнитные поля, в результате взаимодействия которых с полем постоянного магнита возникают вращающие моменты соответственно и , направленные навстречу друг другу. Если R₁+R_p=R₂+R¢ ₂+R_t, то = и при симметричном расположении рамок относительно полюсных наконечников вращающие моменты будут равны (рамки занимают положение, показанное на рисунке 4.2).

Если сопротивление термометра сопротивления R_t вследствие нагрева возрастает. По закону Ома ток возрастает, а ток уменьшается. Поэтому вращающий момент рамки будет больше момента рамки. Подвижная система начнет поворачиваться по часовой стрелке, т.е. в направлении момента . При этом рамка с большим вращающим моментом попадет в более слабое магнитное поле и ее момент уменьшится, момент же рамки , наоборот, будет увеличиваться. При определенном угле поворота моменты сравняются и рамки остановятся. Это произойдет при условии

= (4.3)

или

, (4.4)

где и – магнитная индукция в зонах расположения рамок;

n и – число витков рамок;

и – площадь активной части рамок.

Полагая в уравнении (4.2), что

, (4.5)

получим

, (4.6)

откуда

. (4.7)

Учитывая, что значение отношения является функцией угла поворота подвижной части, уравнение (4.7) может быть представлено в виде

(4.8)

или

. (4.9)

Подставляя в уравнение (4.7) значения

, (4.10)

, (4.11)

получим

. (4.12)

Так как , , и являются постоянными величинами, то

, (4.13)

т.е. угол отклонения подвижной части или указателя логометра являются функцией измеряемого сопротивления термометра.

Основным недостатком рассмотренной дифференциальной логометрической схемы является то, что для уменьшения температурной погрешности прибора приходится включать последовательно с рамками манганиновые резисторы с большими сопротивлениями R₁ и R₂. Вследствие этого логометры с такой измерительной цепью обладают меньшей чувствительностью по сопротивлению по сравнению с приборами с мостовыми логометрическими схемами.

Задание на выполнение работы

1) Ознакомиться с лабораторным стендом и установленными на нем приборами.

2) Проверить работоспособность автоматического моста КСМ2.

3) Проверить работоспособность логометра Ш69000.

Методика выполнения работы

Проверка работоспособности автоматического уравновешенного моста КСМ2 и логометра Ш69000 заключается в сравнении их показаний на оцифрованных отметках со значениями градуировочных характеристик соответствующих термопреобразователей сопротивления (см. таблицы 4.1, 4.2), определении максимальной приведенной погрешности и сравнении ее с классом точности проверяемых приборов. Проверка производится с помощью магазина сопротивлений Р 4830/2, который имитирует термопреобразователь сопротивления Rt и подключается вместо него к входным клеммам КСМ2 и Ш69000.

Таблица 4.1 – Температурная характеристика термопреобразователя сопротивления. Градуировка 50П

t, Cº
R_t, Ом		57, 895	65, 694	73, 396	81, 003	88, 516

Таблица 4.2 – Температурная характеристика термопреобразователя сопротивления. Градуировка 21

t, Cº
R_t, Ом		51, 45	56, 86	62, 21	67, 52	72, 78

При расчете погрешностей автоматического моста и логометра под «А» в формулах (2.1), (2.3), (2.5) понимается величина электрического сопротивления.

Порядок выполнения работы

1) Подайте напряжение на стенд тумблером, расположенным на панели управления.

2) Подключите образцовый магазин сопротивления Р4830/2 к автоматическому мосту КСМ2.

3) Ручками магазина сопротивления Р4830/2 «х10Ω », «х1Ω », «х0, 1Ω » установите стрелку КСМ2 на проверяемую отметку шкалы и занесите в таблицу 4.3, результаты измерений (сумму показаний декад магазина сопротивления, Ом и показания автоматического моста). Проделайте те же операции для всех оцифрованных отметок шкалы КСМ2 при прямом и обратном ходе.

4) Подключите образцовый магазин сопротивления Р 4830/2 к логометру Ш69000.

5) Проделайте те же операции (см. пункт 3) для оцифрованных отметок шкалы Ш69000.

Таблица 4.3 – Протокол испытаний приборов КСМ2 и Ш69000

12 3 4 5 Следующая ⇒