|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Кафедра «Автоматизация технологических процессов»Стр 1 из 4Следующая ⇒
АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра «Автоматизация технологических процессов»
ИЗУЧЕНИЕ И ПОВЕРКА АВТОМАТИЧЕСКОГО МОСТА
Методические указания к лабораторным занятиям по курсу «Технические измерения и приборы» для студентов специальности 220301.65 и направления 220700.62 «Автоматизация технологических процессов и производств» Астрахань 2012 Авторы: ассистент каф. АТП Павлова Т.С. Рецензент: зам. зав. кафедры АТП, к.т.н., доцент Прохватилова Л.И
Изучение и поверка автоматического моста: метод. указания к лабораторным занятиям по курсу «Технические измерения и приборы» для студентов специальности 220301.65 и направления 220700.62 «Автоматизация технологических процессов и производств» / АГТУ; Сост.: Т.С. Павлова.- Астрахань, 2012.- 20 с.
Указания содержат сведения необходимые для изучения и устройства и принципа действия мостовых схем, приобретения практических навыков по экспериментальному исследованию прибора КСМ-3 в комплекте с термопреобразователями сопротивления.
Методические указания утверждены на заседании профильной методической комиссии «Автоматизация и управление» «14» февраля 2012 г, протокол №1. ЦЕЛЬ И СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ. 1.1 Цель работы 1.1.1 Приобрести практические навыки по проведению технологических измерений на примере измерения температуры термопреобразователем сопротивления в комплекте с автоматическим мостом. 1.1.2 Изучить принцип действия термометра сопротивления; неуравновешенного моста: уравновешенного (автоматического и неавтоматического) моста. 1.1.3 Ознакомиться с устройством автоматического моста. 1.1.4 Ознакомиться со средствами и методами поверки автоматических мостов. 1.1.5 Приобрести навыки по поверке автоматических мостов.
ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ. 2.2 Лабораторное задание 2.2.1 Изучить принцип действия поверяемо электронного моста КСМ-3 2.2.2 Подготовить приборы и собрать схему для проведения измерений. 2.2.3 Осуществить следующие операции поверки автоматического моста: а) определить основную погрешность моста, дополнительную: б) определить вариацию. 2.2.4 Исследовать влияние изменения сопротивления Rл на показания логометра для двух и трехпроводной схем подключения ТС. 2.2.5 Дать заключение о пригодности поверяемого прибора к эксплуатации. 2.2.6 Составить отчет по работе.
ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ 3.1 Лабораторный стенд, в состав которого входит изучаемый автоматический мост КСМ-3 3.2 Переносной магазин сопротивлений, используемый в качестве меры сопротивления. 3.3 Соединительные провода 3.4 Добавочные сопротивления линий.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ. 4.1 Термопреобразователи сопротивления. 4.1.1 Введение Термометры сопротивления широко применяют для измерения температуры в интервале от — 260 до 750°С. В отдельных случаях они могут быть использованы для измерения температур до 1000°С. Действие термометров сопротивления основано на свойстве вещества изменять свое электрическое сопротивление с изменением температуры. При измерении температуры термометр сопротивления погружают в среду, температуру которой необходимо определить. Зная зависимость сопротивления термометра от температуры, можно по изменению сопротивления термометра судить о температуре среды, в которой он находится. При этом необходимо иметь в виду, что длина чувствительного элемента у большинства термометров сопротивления составляет несколько сантиметров, и поэтому при наличии температурных градиентов в среде термометром сопротивления измеряют некоторую среднюю температуру тех слоев среды, в которых находится его чувствительный элемент. Термометры сопротивления из чистых металлов, получившие наибольшее распространение, изготовляют обычно в виде обмотки из тонкой проволоки на специальном каркасе из изоляционного материала. Эту обмотку принято называть чувствительным элементом термометра сопротивления. В целях предохранения от возможных механических повреждений и воздействия среды, температура которой измеряется термометром, чувствительный элемент его заключают в специальную защитную гильзу. К числу достоинств металлических термометров сопротивления следует отнести: высокую степень точности измерения температуры; возможность выпуска измерительных приборов к ним со стандартной градуировкой шкалы практически на любой температурный интервал в пределах допустимых температур применения термометра сопротивления; возможность централизации контроля температуры путем присоединения нескольких взаимозаменяемых термометров сопротивления через переключатель к одному измерительному прибору; возможность использования их с информационно-вычислительными машинами. При измерении температуры в промышленных условиях термометры сопротивления применяют в комплекте с логометрами, автоматическими уравновешенными мостами и автоматическими компенсационными приборами. При этом необходимо иметь в виду, что эти приборы снабжают шкалой, отградуированной в градусах Цельсия, которая действительна только для определенной градуировки термометра сопротивления и заданного значения сопротивления проводов, соединяющих термометр с измерительным прибором.
4.1.2 Основные сведения о термометрах сопротивления и металлах, применяемых для их изготовления Металлы, предназначенные для изготовления чувствительных элементов (ЧЭ) термометров сопротивления, должны отвечать ряду требований. Они должны не окисляться и обладать высокой воспроизводимостью значений электрического сопротивления в интервале рабочих температур. Выбранный металл в диапазоне применяемых температур должен иметь монотонную зависимость сопротивления от температуры R = f (t) и достаточно высокое значение температурного коэффициента сопротивления α. Этот коэффициент в общем виде может быть выражен равенством:
Температурный коэффициент электрического сопротивления принято определять от 0 до 100°С. Для этого случая выражение (4.1) принимает вид:
где R0 и R100 – сопротивления образца данного металла, измеренные соответственно при 0 и 100°С. Известно, что сплавы обладают меньшим значением температурного коэффициента сопротивления. Кроме того, воспроизводимость свойств сплавов далеко недостаточна по сравнению с чистыми металлами. Исследования показывают, что чем чище металл (при отсутствии в нем механических напряжений), тем лучше у него воспроизводимость термометрических свойств и больше значения отношения R100/R0 и α. Поэтому чистые металлы, предназначенные для изготовления взаимозаменяемых ЧЭ термометров сопротивления, должны иметь нормированную и при этом высокую чистоту. Следует указать, что значение R100/R0, так же как и α, являются общепринятыми показателями степени чистоты данного металла и наличия в нем механических напряжений. Для снятия механических напряжений в данном металле применяют определенные режимы отжига. При этом значение отношения R100/R0, а следовательно, и температурного коэффициента сопротивления образца возрастают до их предельного значения для данного металла. Приведенным выше основным требованиям к металлам для изготовления ЧЭ термометров сопротивления в широком интервале температур удовлетворяет платина. Если верхний предел температуры применения термометра не высок, то указанным выше требованиям удовлетворяют также медь и никель. В отдельных случаях применяют для изготовления ЧЭ термометров сопротивления, но с ограниченной областью их использования, и другие металлы, например железо, вольфрам и молибден. Уравновешенные мосты Уравновешенные мосты подразделяются на неавтоматические и автоматические. В них используется нулевой метод измерения. С помощью неавтоматических мостов, используемых в лабораторных условиях, измеряют сопротивления от 0, 5 до 10 Ом. Диагональ ab содержит источник тока (рис.4.5), а диагональ cd – нуль-индикатор НИ. В плечи моста включены постоянные сопротивления R1, R3 и регулируемое сопротивление R2, а плечо cd содержит измеряемое сопротивление Rt и два соединительных провода, каждый сопротивлением RЛ. Если мост уравновешен, то в диагонали cd ток равен нулю, а токи в соответствующих плечах равны, т.е. I1= I3, I2= It или I1 R1= I3 R3 и I2 R2= It(Rt+2 RЛ), (4.4) так как потенциалы точек c и d равны. Разделив два последние равенства друг на друга получим:
Учитывая разности токов R1(Rt+2 RЛ)= R2 R3 (4.5)
Отсюда R1= R2 при R3/ R1= const и RЛ= const R1=к R2, RЛ меняется с изменением температуры окружающей среды, что приводит к искажению результатов измерения. Этот недостаток может быть устранен путем трехпроводного подключения термопреобразователей сопротивления к мосту (рис. 4.6). При этом соединении питающая диагональ доводится (точка b ) до термометра сопротивления. В результате этого соединения провода оказываются разнесенными к двум плечам моста: Одно из RЛ – к сопротивлению R2, а другое - к Rt. Тогда условие равновесия моста имеет вид: R3(R2+ RЛ)= R1(Rt+ RЛ), откуда Rt=(R2+ RЛ) При симметричном мосте (R1=R3) Rt=R2, т.е. результат измерения не зависит от RЛ. В других случаях влияние изменения RЛ не значительно. Недостатком уравновешенных мостов, собранных по этой схеме, является неопределенность в измерении, которое вносит переходное сопротивление контакта в регулируемом плече R2. для устранения этого недостатка подвижный контакт располагают в измерительной диагонали, при этом регулируемое сопротивление оказывается размещенным в двух плечах. Таким образом, при уравновешении моста путем перемещения контакта изменяется сопротивление сразу обоих плеч, а переходное сопротивление контакта, располагаемое в измерительной диагонали из-за отсутствия Достоинством уравновешенных мостов является независимость их показаний от напряжения питания. В последнее время широкое распространение получают четырехпроводные схемы включения термометра сопротивления (рис. 4.7) Ток I от генератора постоянного тока ГПТ протекает по сопротивлению Rt и создает на нем падение напряжения Ut=Rt, которое в измерительном преобразователе ИП и преобразуется в выходной сигнал. Поскольку в данной схеме измеряется разность потенциалов между точками а и b, то падения напряжения на сопротивлениях RЛ2, RЛ3 не оказывает влияние на результат измерения. При достаточно высоком значении выходного сопротивления ИП (Rвх> > RЛ1+RЛ4) влиянием сопротивлений линий RЛ1, RЛ4 можно пренебречь. Итак, схема обеспечивает независимость результатов измерения от изменения сопротивления линии связи. Недостатком такой схемы является необходимость изоляции от земли либо ГПТ, либо измерительного преобразователя. Для устранения данного недостатка могут использоваться и другие, более сложные, схемы подключения термометров сопротивления к измерительному преобразователю с четырехпроводной линей связи. Следует учесть, что если измерительный прибор рассчитан на четырехпроводную схему, то датчик к нему можно подключить и по двухпроводной схеме. При этом дополнительная погрешность измерения, вызванная влиянием соединительных проводов, будет иметь величину порядка (RЛ2+ RЛ3)/ Rt. Автоматический уравновешенный мост собран по схеме (4.8) с переменным сопротивлением плеч и трехпроводным подключением термометра сопротивления. Переменное сопротивление содержит три параллельно соединенных резистора: RР – реохорд, выполняющий измерительные функции; RШ – шунт реохорда; RП – резистор для подгонки заданного значения параллельного соединения сопротивлений всей реохордной группы; Rпр, R1, R2, R3 – резисторы мостовой схемы; Rд – резистор добавочный для подгонки тока из условия минимума самонагрева термометра сопротивления; Rб – резистор балластный в цепи питания для ограничения тока; Rt – термопреобразователь сопротивления; RЛ – резистор для подгонки сопротивления соединительной линии; m – положение движка реохорда правее точки d в долях от Rпр (переменное сопротивле Рис. 4.8. Автоматический уравновешенный мост
Для получения линейной зависимости положения движка реохорда от изменения сопротивления резистора Rt, последний включается в плечо принадлежащее к реохорду. В качестве нуль - индикатора НИ в автоматических мрстах используется электронный усилитель ЭУ. Автоматические мосты питаются как переменным, так и постоянным током. В последнем случае на входе ЭУ устанавливается модулятор. При изменении температуры t изменяется сопротивление Rt и мост выходит из равновесия, т.е. в диагонали cd появляется напряжение разбаланса Δ U, которое усиливается усилителем ЭУ до значений, достаточных для вращения ротора РД в соответствующую сторону, в зависимости от знака разбаланса. Вал РД, связанный с движком реохорда, перемещает его до тех пор, пока разбаланс Δ U не станет равен нулю. Одновременно с движком перемещается каретка с пером и стрелкой, указывающей по шкале положение m движка (значение измеряемой температуры). При изменении t от min до max значения движок перемещается из одного крайнего положения в другое. Пусть при температуре, соответствующей начальному значению шкалы прибора, измеряемое сопротивление Rt равно Rt нач, а при изменении температуры: Rt= Rt нач, +Δ Rt Условие равновесия для этих двух случаев можно представить в виде: (Rt нач, + RЛ+ Rд+ Rпр) R2=( R1+ RЛ) R3 (4.7) и (Rt нач, + RЛ+ Rд+ Rпр+Δ Rt- m Rпр) R2 = (R1+ Rд) (R3+ m Rпр), (4.8) Вычитая из (4.7) (4.8) и решая относительно m, получим
m = Δ Rt Отсюда видно, что m – линейная функция Δ Rt, а также, несмотря на трехпроводную схему соединения термометров сопротивления с мостом, показания последнего зависят от изменения сопротивления соединительных проводов. Однако эта зависимость незначительна и при изменении температуры до 40 0С изменение сопротивления проводов RЛ, приводит к изменению показаний прибора в пределах (0, 05-0, 1)% от нормирующего значения измеряемой величины для различных диапазонов измерения. Полностью отсутствует влияние сопротивления соединительных проводов при симметричной мосте, т.е. когда R1= Rt+ Rд+ Rпр- m Rпр Так как это условие может быть выполнено для одной температуры, то обычно его выполняют для температуры tср, соответствующей середине шкалы. При этом R1≈ ( Rt ср+ Rд+ Rпр)/2 Выпускаемые автоматические мосты отличаются друг от друга назначением, конструкцией, размерами, точностью измерения и другими техническими характеристиками, но измерительная схема их включения незначительно отличается от схемы, приведенной на рис.4.7. классы точности мостов 0, 25; 0, 5; 1, а время пробега стрелки всей шкалы 1; 2, 5; и 10с. В автоматические мосты встраиваются электронные и пневматические регулирующие устройства и устройства сигнализации, для дистанционной передачи показаний - преобразователи пневматические, токовые, частотные и др.
Неуравновешенные мосты Неуравновешенные мосты дают возможность непосредственно отсчитывать температуру по показанию измерительного прибора, включенного в диагональ моста. На рисунке 4.9 приведена одна из схем неуравновешенных мостов, состоящих из следующих элементов:
При изменении сопротивления Rt, когда переключатель находиться в положении И, через миллиамперметр течет ток, сила которого прямо пропорциональна этому изменению: IМ=Uab х где К – величина равная: К= RМ(R1+ R2) (R2+ R3)+ R2 R3(R1+ Rt)+ R1 Rt(R2+ R3) Из уравнения видно что сила тока, протекающего через миллиамперметр, прямо пропорционально напряжению питания Uab следовательно, ток надо поддерживать постоянным, для чего служит регулировочное сопротивление Rр. Для контроля Uab имеется контрольное сопротивление RК, выполненное из манганина. Величина RК выбирается так, чтобы при его включении стрелка прибора устанавливалась на отметке 2/3 длины шкалы прибора. Неуравновешенные мосты используются чаще как лабораторные приборы, а также в схемах некоторых измерительных устройств, например газоанализаторов.
Поверка показаний Переключатель в измерительном блоке моста перевести в положение «работа». Поверка автоматического моста заключается в сравнении показаний с действительными значениями, определяемыми по градуировочной таблице. Образцовый магазин сопротивления, подключаемый к мостовой схеме служит калиброванным сопротивлением, имитирующим термометр сопротивления. Изменяя сопротивление образцового магазина сопротивлений в соответствии с градуировочной таблицей совмещают стрелку прибора с поверяемой отметкой шкалы прибора. Поверка производится по оцифрованным отметкам шкалы прибора при прямом и обратном ходе стрелки прибора. Результаты измерений занести в таблицу 2 и вычислить погрешности. Таблица 2
6.3.1 По полученным результатам построить графики зависимостей Rt=f (t), R1=f (t), R2=f (t) на одних и тех же осях координат. 6.3.2 Определить дополнительную погрешность показаний при изменении и сопротивления соединительных линий. В измерительную цепь моста введены уравнительные катушки, суммарное сопротивление которых составляет сопротивление соединительных линий. Опыт производить при изменении сопротивления линий на 20% от номинального значения. Поверку осуществлять на трех отметках шкалы (начало, середина конец). Результаты занести в таблицу 3. Таблица 3
6.3.3 Сделать заключение о пригодности прибора. 6.3.4 Теоретически изменить схему подключения термометра сопротивления и сделать прогноз относительно погрешностей измерения. 6.3.5 Осуществить переградуировку шкалы прибора на заданный предел измерения. Какие из сопротивлений измерительной схемы необходимо изменить при этом? Выполнить расчет и организовать постановку опыта.
ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА Необходимо в отчете дать краткое описание работы (цель, содержание, характеристики приборов), одну из измерительных схем, таблицы с результатами поверки, графики. Вывод (заключение о пригодности прибора). КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ. 1. Принцип действия, устройство термопреобразователя сопротивления (ТС), типы, достоинства и недостатки. 2. Вторичные приборы, используемые в комплекте с ТС. Схемы. Принципы действия. 3. Двух- и трехпроводная схемы включения ТС, их особенности 4. Может ли работать один и тот же мост с различными ТС.
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
9.1. Абсолютная погрешность ∆ 1 = А1 – А0 ∆ 2 = А2 – А0 где А0 – действительное значение измеряемой величины А1 и А2 – показания прибора при прямом и обратном ходе стрелки
9.2. Приведенная относительная погрешность (для прямого и обратного хода)
где АК; АН - значения, соответствующие конечной и начальной отметкам шкалы прибора.
По допустимой приведенной погрешности определяется класс точности прибора. где ∆ max - максимальное значение абсолютной погрешности (прямого и обратного хода), исключая случайную погрешность
9.3 Вариация прибора в абсолютном выражении определяется как разность показаний прибора, полученных для одной и той же отметки шкалы прибора при прямом и обратном ходе стрелки.
где А1 – показания прибора при прямом ходе А2 – показания прибора при обратном ходе
9.4. Приведенная вариация
где АК; АН - значения, соответствующие конечной и начальной отметкам шкалы прибора.
ЛИТЕРАТУРА.
10.1 Кулаков М.В. Технологические измерения и приборы для химической промышленности: уч-к для студ. Вузов по спец. «Автмоатизация и комплексная механизация химико-технологических процессов»: 3-е изд. перераб. и доп.-М., Машиностроение, 1983-424с. 10.2 Технические измерения и приборы. Часть1. Измерение теплоэнергетических параметров: Учебное пособие для студентов дневной и заочной формы обучения специальности 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств»/ Н.В. Чистофорова, А.Г. Колмогоров. – Ангарск, АГТА, 2008. – 200с. 10.3 Петров И.К. Технологические измерения и приборы в пищевой промышленности. - М.: Агропромиздат, 1985.- 343с. 10.4 Фарзане Н.Г, и др. Технологические измерения и приборы. - М.: Высшая школа, 1989.-472 с. 10.5 Крамарухин Ю.Е. Приборы для измерения температуры. - М.: Машиностроение. 1990.-202с.
АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра «Автоматизация технологических процессов»
ИЗУЧЕНИЕ И ПОВЕРКА АВТОМАТИЧЕСКОГО МОСТА
|
Последнее изменение этой страницы: 2017-04-13; Просмотров: 55; Нарушение авторского права страницы
(4.1)
(4.2)
Это уравнение выражает условие равновесия моста, которое достигается путем регулирования сопротивления резистора R2 до тех пор, пока нуль-прибор не покажет нуль.
- 2 RЛ, 
- RЛ (4.6)
тока в момент уравновешивания, не сказывается на результатах измерения.
ние); n – положение движка реохорда левее точки d в долях от Rпр.
Rр – регулировочное сопротивление; R1, R2, R3 – постоянные сопротивления моста; RМ – сопротивление миллиамперметра; RК – контрольное сопротивление; П – переключатель (контроль-измерение); Rt – термопреобразователь сопротивления.
