Метрология. Контрольные вопросы для самопроверки. Содержание предлагаемого учебного пособия основано на программе дисциплине Технические измерения и приборы
 Скачать 1.03 Mb.
|
|
ГЛАВА 4. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ 4.1. Лабораторная работа №1 (стенд № 5). Манометрические термометры Цель работы: 1. Изучить принцип действия, устройство и работу маномет- рических термометров, см. п. 3.3. 2. Произвести испытания и поверку манометрического тер- мометра с заполнением протокола испытаний. 3. Освоить методику оценки погрешности. 4.1.1. Описание лабораторной установки Установка состоит из манометрического термометра типа ТПП-СК, термометра сопротивления градуировки 50М в комплекте с логометром Ш4540/1, электропечи. Манометрические термометры поверяют в жидкостных тер- мостатах путем сравнения их показаний с показаниями образцо- вых приборов. Термометры с интервалом измеряемых температур от 0°С до 100°С поверяют в водяном термостате, в интервале тем- ператур от 100 до 300°С в масляном, в интервале от 300 до 500°С соляном термостате. Для поверки манометрические термометры укрепляются строго вертикально, а их термобаллон полностью погружается в термостат вместе с термометром сопротивления. Схема установки для поверки манометрических термометров представлен на рис. 4.1.1. 4.1.2. Порядок выполнения работы 1. Ознакомиться с устройством и принципом действия мано- метрических термометров. 2. Включить печь на нагрев. 3. Произвести поверку манометрического термометра. Для этого необходимо, записать показания манометрического термо- метра и логометра через каждые 30 секунд по мере нагрева печи до 100 0 С. Полученные результаты измерений занести в протокол поверки. 4. Во время поверки манометрического термометра произве- сти поверку срабатывания термосигнализатора, для чего отверт- кой установить желтую и красную стрелки задатчика термосигна- лизатора на деления; которые укажет преподаватель и получен- ные данные занести в таблицу 4.1.1. 99 1 2 3 4 5 6 Рис. 4.1.1. Схема установки для поверки манометрических термометров 1 - термометр сопротивления градуировки 50М; 2 - электроплитка; 3 - термобаллон; 4 - капилляр; 5 - трубчатая пружина; 6 – логометр Ш4540/1 4.1.3. Обработка результатов Результаты измерений оформляются в виде протокола по форме представленной на следующей странице. Формулы для расчёта погрешностей см. в п.1.3. 4.1.4. Содержание отчета Отчет должен быть оформлен в соответствии с требования- ми стандарта предприятия (МГТУ). Отчет составляется каждым студентом, и включать в себя: 1. Наименование работы. 2. Цель работы. 3. Краткое описание устройства и принципа действия мано- метрического термометра. 4. Результаты работы в виде протокола поверки и таблицы поверки сигнального устройства. 5. Выводы по протоколу. Оценка точности, погрешность сра- батывания сигнального устройства. 4.1.5. Контрольные вопросы 1. Какие рабочие вещества применяются для жидкостных, газовых и конденсационных манометрических термометров? 100 2. Принцип действия манометрических термометров, их ха- рактеристики. 3. Уравнения, описывающие работу манометрических тер- мометров 4. Как устраняется нелинейность в конденсационных мано- метрических термометра? ПРОТОКОЛ ПОВЕРКИ манометрического термометра №_______, тип ______, предела измерений ____________________, класс точности __________, длина капилляра ________________. Поверка производится при помощи термометра сопротивле- ния градуировки 50М в комплекте с логометром Ш4540/1 класса точности _________________. № Показания образцового прибора Показания поверяемого термометра Абсолютная погрешность, ∆ X 0 С Приведенная погрешность, γ % Таблица 4.1.1 Проверка сигнализатора Установленное значение сигнализации нижнего предела Значение срабатывания ( загорается левая лампа) Установленное значение сигнализации верхнего предела Значение срабатывания ( загорается пра- вая лампа) Вывод: 101 4.2. Лабораторная работа №2 (стенд №17). Термометры сопротивления Цель работы: 1. Изучить принцип действия и устройство термометров со- противления, см. п.3.4. Стандартные и полупроводниковые термо- метры сопротивления. 2. Ознакомиться с характеристиками металлических полу- проводниковых термометров сопротивления. 3. Овладеть методикой определения показателя тепловой инерции термометра сопротивления. 4. Ознакомиться с устройством и методикой измерения со- противления различными приборами. Приборы, применяемые в работе. 1. Приборы типа Диск - 250 для измерения и записи темпе- ратуры в комплекте с термометрами сопротивления градуировки 100 П и 50М. 2. Цифровой мультиметр DT830B – для измерения сопро- тивления в Ом, кОм. 3. Термометры сопротивления металлические и полупровод- никовые. 4.2.1. Описание лабораторной установки Схема лабораторной установки приведена на рис. 4.2.1. Лабораторная установка состоит из трёх термометров со- противления, градуировок 1 – 100П ; 2 – 50М; 3, 4 – полупроводни- ковые термометры сопротивления. Платиновый и медный термо- метры сопротивления подключены ко вторичным приборам – 5, 6 Диск – 250, который отградуирован в единицах измерения темпе- ратуры. Градуировочные значения сопротивлений приведены в таблице на лабораторном стенде. Значения полупроводниковых термометрах сопротивлений при различной температуре опреде- ляют по показаниям цифрового мультиметра – 7, подсоединяя его с помощью штекеров. 102 Рис. 4.2.1. Схема лабораторной установки 1 – термометр сопротивления платиновый, градуировки 100П ; 2, 3 – полу- проводниковые термометры сопротивления; 4 - термометр сопротивления медный, градуировки 50М; 5,6 – прибор типа Диск – 250; 7 – цифровой мультиметр; 8 – штекеры для подключения; 9 – ёмкость с измеряемой средой (снег; вода при температуре (20 ° C, 40 ° C, 60 ° C, 80 ° C) 4.2.2. Порядок выполнения лабораторной работы 1. Изучить принцип действия и конструкции медных, плати- новых и полупроводниковых термометров сопротивления. 2. Подготовить таблицу для записи экспериментальных дан- ных, табл. 4.2.1. Таблица 4.2.1 Экспериментальные данные ◦C 0 ◦C 20 ◦C 40 ◦C 60 ◦C 90 ◦C ТСМ 50М, Ом ТСП 50П, Ом КМТ, кОм 3. Получив разрешение, включить установку. 4. Записать значения сопротивлений ТСМ, ТСП, КМТ и КМТ соответствующие 0 ° С. Для этого нужно погрузить их в ёмкость со снегом. Температуру измеряемой среды можно наблюдать на при- 103 борах типа Диск – 250, к которым подключены ТСП и ТСМ. Сопро- тивления полупроводниковых термометров измеряют с помощью цифрового мультиметра. 5. Получить значения полупроводниковых сопротивлений, при 20 ° С. Для этого в ёмкость налить холодную воду и смешать её с горячей водой (воду взять у мастера) посмотреть на прибор Диск – 250, убедиться, что температура 20 ° С и записать показания полупроводниковых. Сопротивлений. Измерять сопротивления с помощью цифрового мультиметра.. 6. Получить значения полупроводниковых сопротивлений, соответствующие 40 ° С, 60 ° С и 90 ° С (см. п.5). 7. Определить показатель тепловой инерции для медного термометра сопротивления. Для этого резко переместить медный термометр сопротивления из горячей воды в холодную и замерять значения температур через каждые 5 с. 4.2.3. Обработка результатов измерений 1. Получить график изменения сопротивления для медного термометра от температуры R=f(t) 2. Получить соотношение 0 100 R R для полупроводниковых тер- мометров сопротивления и оценить по литературным данным их пределы измерения. 3. Определить показатель тепловой инерции для медного термометра сопротивления. 5. Получить график изменения сопротивления для платино- вого и медного термометров сопротивления от температуры R=f(t) 4. Получить график изменения сопротивления от температу- ры для полупроводниковых термометров (учитывая температур- ный интервал, в котором он работает). 4.2.4. Содержания отчёта Отчёт должен быть оформлен в соответствии с требования- ми стандарта предприятия (МГТУ). Отчёт составляется каждым студентом и включает: – наименование работы, цель и основные задачи; – теоретическое введение, описание и схему установки; – краткие сведения о характеристиках стандартных термо- метров сопротивления (см. раздел 3.3.); 104 – зависимость сопротивления медного термометра сопро- тивления от температуры; – отношение 0 100 R R для медного термометра сопротивления ( по результатам эксперимента) и каким он должен быть (по лите- ратурным данным); – показатель тепловой инерции медного термометра сопро- тивления; – зависимость сопротивления платинового термометра со- противления от температуры; – графики изменения сопротивления от температуры для полупроводникового термометра сопротивления. Дополнительно могут быть заданы преподавателем следующие задания: – оценить влияние сопротивления соединительных прово- дов; – изучить способы подсоединения термометров сопротивле- ния к измерительной схеме; – оценить точность измерения медными термометрами со- противления по сравнению с ртутными. Защита результатов лабораторной работы осуществляется индивидуально или подгруппой перед выполнением следующей работы. 4.3.7. Контрольные вопросы для самопроверки 1. Какой принцип действия у термометров сопротивления? 2. От чего зависит электрическое сопротивление проводни ка ? 3. Влияет ли на электрическое сопротивление проводника электрический ток, проходящий по проводнику? 4. Что является термометрическим параметром в термомет- ре сопротивления? 5. Почему термопреобразователи изготавливают, как пра- вило, из металлов, а не из сплавов? 6. Какие преимущества у медного и у платинового термопре- образователей сопротивления? 7. Какое значение при измерении температуры имеет пока- затель тепловой инерции? 8. Каким параметром характеризуется чистота материала, идущего на изготовление термометра сопротивления? 9. Что такое трёхпроводная схема включения термопреобра- зователя сопротивления? 105 4.3. Лабораторная работа №3 (стенд № 10). Поверка электронного автоматического моста КСМ – 3, магнитоэлектрического лого- метра Ш – 4540/1 и прибора А – 566 Цель работы: 1. Изучить конструкцию, принцип действия и схему автома- тического уравновешенного моста, см. п. 3.5.1. 2. Произвести поверку моста с заполнением протокола по- верки. 3. Изучить принцип действия и конструкцию логометра, см. п. 3.5.2. 4. Произвести поверку логометра с заполнением протокола поверки. 5. Ознакомиться с назначением, принципом действия и со- ставом прибора А – 566, см. п. 3.5.3. 6. Освоить методику определения метрологических характе- ристик приборов: чувствительности, порога чувствительности, ва- риации, времени пробега стрелкой, указателем шкалы прибора. Основные понятия Совокупность действий, производимых с целью оценки по- грешностей приборов, называется поверкой (не путать с термином « проверка» - проверять можно любые виды промышленной про- дукции, а поверяют только измерительные приборы и различные меры). Под термином «поверка» понимается весь комплекс опера- ций, имеющих целью установить работоспособность прибора и достоверность его показаний: внешний осмотр, при котором выяв- ляются повреждения, влияющие на работу; проверка электриче- ского сопротивления изоляции; соответствие времени прохожде- ния указателем всей шкалы; определение основной погрешности и вариации показаний; проверка наличия диаграммной бумаги, по- грешности записи, скорости движения бумаги и т.д. На основании внешнего осмотра и результатов испытаний устанавливают соот- ветствие приборов техническим требованиям. Для выполнения поверочных операций используют устрой- ства более высокого класса точности, чем поверяемые (погреш- ность образцового прибора должна быть в три или четыре раза меньше допустимой погрешности поверяемого прибора). 106 4.3.1. Поверка логометра 1. Внешний осмотр. 2. Определение времени установления показаний (успокое- ния подвижной части). На прибор подают скачкообразно изменяе- мую величину, создающую установившееся отклонение указателя, примерно 2/3 длины шкалы. Время определяют от момента изме- нения до остановки указателя. В зависимости от длины шкалы оно должно соответствовать: до 90 мм – 8 с, 90 – 150 мм – 14с, 150 мм – 18 с. 3. Определение основной погрешности и вариаций показа- ний осуществляют на всех числовых отметках шкалы. Сначала на- до установить сопротивления линии R л1 и R л2 Затем при помощи образцового магазина сопротивлений устанавливают указатель прибора на поверяемую отметку шкалы, плавно подводя его к от- метке слева (прямой ход), определяя при этом сопротивление R 1 Эта величина заносится в соответствующую графу протокола ис- пытаний (см. табл. 4.3.1.) Затем осуществляется поверка при об- ратном ходе – подводя указатель к поверяемой точке справа, оп- ределяя R 2 Рассчитать погрешность и вариацию (см. раздел 1.3). 4. Определение влияния изменения напряжения питания на показания на трёх числовых отметках (начале, середине и конце) шкалы. Для этого указатель устанавливают, плавно подводя спра- ва и слева, к выбранной отметке при номинальном напряжении, записывают R 1 и R 2 затем изменяют напряжение питания и запи- сывают 1 R ′ и 2 R ′ Наибольшая из двух разностей (R 1 - 1 R ′ ) и (R 2 - 2 R ′ ), умноженная на 100/( R К - R Н ) , не должна превышать 0,5 предела допустимой погрешности. 5. Заполнение протокола (см. табл. 4.3.1.) 6. Вывод о соответствии прибора техническим требованиям. 4.3.2. Поверка моста 1. Внешний осмотр. 2. Определение характера успокоения подвижной части. Для этого подают скачкообразный сигнал, соответствующий одному из показаний поверяемого прибора в начале, середине или конце шкалы, и наблюдают за колебаниями указателя. Он должен уста- навливаться в положении равновесия после двух-трёх полуколе- баний. Если число полуколебаний другое, то необходимо изменить 107 чувствительность электронного усилителя поворотом регулиро- вочного винта. 3. Определение времени прохождения указателем всей шка- лы. При помощи секундомера определяют время прохождения указателя при прямом и обратном ходе. Окончательное значение принимают как среднее арифметическое из четырёх измерений. 4. Определение порога чувствительности осуществляют в трёх точках шкалы при смещении указателя как в сторону умень- шения, так и в сторону увеличения показаний. За порог чувстви- тельности принимают минимальное сопротивление, которое не должно превышать 0,1% - для приборов с классом точности 0,25 и 0,5 или 0,2% - класс точности 1,0 от разности ( R К – R Н ). 5. Определение основной погрешности и вариации показа- ний, см. п. 1.3.). 6. Заполнение протокола, (см. табл. 4.3.1.). 7. Вывод о соответствии прибора техническим требованиям. 4.3.3. Описание экспериментальной установки При поверке моста и логометра используют схему, приве- дённую на рис. 4.3.1. Установка включает образцовый прибор одинарно-двойной мост постоянного тока типа Р329, применяемый в качестве меры сопротивления 1, логометр 2, автоматический уравновешенный мост 3, прибор А – 566. Рис. 4.3.1. Схема лабораторной установки К образцовому прибору с помощью переключателя П под- соединяются входные клеммы поверяемого прибора. Питание ло- гометра осуществляется от ИПС ( U ПИТ =4В ). Для изменения U ПИТ 108 служит резистор R Для имитации сопротивления линии использу- ются регулируемые резисторы R Л1 = R Л2 =0,5 R Л Питание установки 220 В должно быть включено за 5 – 10 мин до начала поверки. 4.3.4. Порядок проведения работы 1. Изучить принцип действия, конструкцию схемы автомати- ческого уравновешенного моста (рис.3.5.3), логометра (рис.3.5.4 и 3.5.5) и прибора А – 566. 2. Ознакомиться с методикой поверки, схемой эксперимен- тальной установки. 3. Подготовить протоколы поверки (см. табл. 4.3.1.). Прото- колы поверки выполняются на отдельной странице. Для каждого прибора должен быть отдельный протокол. 4. Записать все данные о приборах в соответствующие про- токолы. 5. Получив разрешение, включить установку. Прогреть 5 – 10 мин. 6. Изменяя сопротивление моста Р329 подойти к каждой оцифрованной отметке с левой стороны и записать показания мос- та в колонку прямой ход, а затем с правой стороны, записывая данный в колонку обратный ход. 7. Обработать результаты. 4.3.5. Обработка результатов измерений Протокол для каждого прибора должен быть выполнен на отдельной странице и оформлен в соответствии с таблицей 4.3.1. Для автоматического моста и логометра при проведении эксперимента надо результаты заносить в графы 1,3,4 протокола ( см. табл. 4.3.1). Для заполнения графы 2 использовать данные одной из таб- лиц, приведённых на лицевой панели лабораторного стенда. Затем необходимо рассчитать приведённые погрешности для всех числовых отметок шкалы (графы 5,6,7) по формулам (1.2 – 1.3, раздел 1.3.) Вариацию выходного сигнала рассчитывают по формуле: 2 1 R R − = υ (4.3.1) Приведённую вариацию выходного сигнала определить по форму- ле: |