Метрология. Контрольные вопросы для самопроверки. Содержание предлагаемого учебного пособия основано на программе дисциплине Технические измерения и приборы
 Скачать 1.03 Mb.
|
|
4.3.6. Требования к оформлению 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 (конспективно), схемы приборов; – описание установки, схему установки; – методику выполнения лабораторной работы; – результаты эксперимента оформленные в виде протоко- лов; – выводы по результатам поверки, в выводах классифициро- вать погрешность прибора (систематическая, случайная). Защита результатов лабораторной работы осуществляется индивидуально или подгруппой перед выполнением следующей работы. 4.3.7. Контрольные вопросы для самопроверки 1. Какие существуют методы измерения температуры? 2. На чём основано действие термометров сопротивления? 3. Какие материалы используют для изготовления термомет- ров сопротивления? 4. Какие приборы применяют в комплекте с термометрами сопротивления? 5. Каковы преимущества подключения термометров сопро- тивления ко вторичному прибору по трёхпроводной схеме? 6. Достоинства и недостатки неуравновешенных мостов. 7. Как работает уравновешенный мост? 8. Каковы особенности измерительной схемы автоматиче- ских электронных мостов? 9. В чём заключается условие равновесия мостов? 10. Принцип действия работы логометров. 11. Какие виды погрешностей вы знаете? 110 12. Для чего выполняют поверку прибора и что понимают под классом точности прибора? Таблица 4.3.1 ПРОТОКОЛ Дата ____________ поверки ___________________________ типа ____________ № ___________ градуировки _________ с пределами измерений от ___________ до ____________ класса точности _________ представленного _____________ Поверка производилась по образцовому магазину сопротивлений № ____________ класса точности _________________ Результаты внешнего осмотра Результаты поверки Показания образцового прибора Приведённые погрешности, % Показания поверяемого прибора, ºС Сопротивление по градуировоч- ной таблице, R, Ом Прямой ход, R 1 , Ом Обратный ход, R 2 , Ом Прямой ход Обрат- ный ход Вариация 1 2 3 4 5 6 7 Для моста Время прохождения указателем всей шкалы ___________ с Порог чувствительности _____________ Поверку производил _________________ 111 4.4. Лабораторная работа № 4 (стенд № 9). Поверка термопар Цель работы: 1. Ознакомиться с принципом действия и устройством тер- моэлектрических преобразователей, см. п. 3.6. 2. Установить влияние температуры холодного спая на ре- зультат измерения. 3. Изучить способы устранения влияния температуры холод- ных спаев. 4.4.1. Описание установки Установка для поверки термопар (рис.4.4.1) имеет следую- щие приборы: а) образцовая платинородий - платиновая термопара типа ПП(S), ТП1. Показания термопары регистрируются вторичным при- бором Диск-250; б) поверяемая хромель - алюмелевая термопара типа ХА(К), ТП2, показания которой регистрируются вторичным прибо- ром КСП-4; в) хромель-копелевая термопара ХК(Е) для измерения тем- пературы свободных концов поверяемой термопары ТПЗ. Показа- ния термопары ХК регистрируются вторичным прибором - милли- вольтметром типа Ш-4540/1; г) многоточечный потенциометр КСП-4, который фиксирует показания всех трех термопар на диаграммной ленте; д) для нагрева рабочих концов поверяемой и образцовой термопар имеется электропечь сопротивления П1; е) электропечь сопротивления П2 производит нагрев сво- бодных концов поверяемой термопары ХА и рабочего спая термо- пары ХК; ж) универсальный переключатель УП. При включении УП в положение П1 включается нагреватель- ная печь для подогрева рабочего спая поверяемой термопары. При переключении УП в положение П2 включается печь П2 для нагрева холодных концов поверяемой термопары. Печь П1 при этом остается включенной через позиционный регулятор, встроен- ный в Диск-250. 112 Рис. 4.4.1. Функциональная схема для поверки термопар: 1 а – образцова термопара ПП(S); 1 б – вторичный прибор (Диск-250); 2 а – поверяемая термопара ХА(K); 2 б – вторичный прибор (КСП-4); 3 а – термопара ХК(L); 3 б - вторичный прибор (милливольтметр Ш4540/1). 4.4.2. Порядок выполнения работы 1. Ознакомиться с инструкцией по проведению работы и ус- тановкой. 2. Подготовить таблицу 4.4.1 для проведения эксперимента. 3. Включить Диск-250 и КСП-4. Убедиться, что в потенцио- метре КСП-4 продвигается диаграммная лента и работает печа- тающее устройство. 113 4. Включить универсальный переключатель УП в режим на- грева рабочего спая П1. 5. С интервалом в 15 с фиксировать показания образцовой и поверяемой термопары, до тех пор, пока температура в печи П1 не достигнет установившегося значения (задается преподавателем). 6. После достижения установившегося значения в печи П1, включить УП в положение П2, при этом включается печь П2 для нагрева холодных спаев поверяемой термопары. 7. С интервалом 15 с фиксировать показания всех трех тер- мопар ТП1, ТП2, ТП3 до тех пор, пока температура в печи не дос- тигнет 120 0 С.' 8. Отключить установку. УП установить в положение "Выкл". Отключить потенциометры и оторвать диаграммную бумагу с по- тенциометра КСП-4. 4.4.3. Обработка результатов По результатам измерений заполнить остальные графы таб- лицы 4.4.1. Расчетное значение определяется на основании пока- заний поверяемой термопары ТП2 и температуры ее свободных концов (показания ТП3). График зависимости термоЭДС от темпе- ратуры соответствует условию, когда температура свободных кон- цов термопары равна нулю ( Т 0 ). Если же температура свободных концов отличается от градуировочной, то необходимо вводить, по- правку (как в нашем случае). Эта поправка определяется по фор- муле: ) T , T ( E ) T , T ( E ) T , T ( E 0 2 ab 2 1 ab 0 1 ab ± = , где знак плюс относится к случаю, когда Т 2 >Т 0 , а минус к слу- чаю, когда Т 2 <Т 0 Таким образом, расчетное значение температуры поверяе- мой термопары складывается из показаний поверяемой термопа- ры плюс температуры по градуировочной зависимости хромель- алюмелевой термопары, найденной по показаниям термопары хо- лодного спая. Например, потенциометр КСП-4 показывает 380 0 С, при этом милливольтметр показывает 120 0 С Пользуясь градуи- ровочной таблицей 4.4.2 для ХА термопары, находим, что при 120 0 C ХА термопара дает 4,919 мВ , при 380 0 С – 15,552 Сумма термоЭДС равна 4,919 + 15,552 = 20,471 мВ И по ней опреде- ляем истинную температуру, (пользуясь той же градуировочной 114 таблицей) она равна 496 0 С Результаты расчетов занести в таб- лицу. Построить графики изменения показаний приборов во вре- мени, а также показания поверяемой термопары с учетом поправки на температуру свободных концов. Примерные графики приведены на рис.4.4.2. 4.4.4. 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 термо- электрических преобразователей. Способы введения поправки. 4. Результаты работы в виде таблицы и графиков. 5. Выводы по работе. 4.4.5. Контрольные вопросы 1. На каких явлениях основано действие термоэлектрических термометров? 2. Почему при подсоединении термопары к измерительному прибору, пользуются компенсационными проводами? 3. Как вводится поправка на температуру свободных концов термопары в автоматических и переносных потенциометрах, мил- ливольтметрах? 4. Для каких термопар не требуется компенсационных про- водов? 5. Пределы измерений стандартных термоэлектрических термометров? 115 ТП1 ТП2 ТП3 ТП4 Таблица 4.4.1 Экспериментальные данные и оценка погрешности Показания термопар Погрешность измерения № п/п Образцовая ТП1, 0 С Горячий спай ТП2, 0 С Холодный спай ТП3, 0 С Показания поверяе- мой тер- мопары с учетом поправки, ТП4 0 С Абсолютная, 0 С Относительная, % 10 60 110 160 210 260 310 360 410 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 t, сек Т, 0С Рис. 4.4.2. Рафик изменения температуры ТП1 – образцовая термопара; ТП2 – горячий спай; ТП3 – холодный спай; ТП4 – с поправкой Вывод по работе 116 Таблица 4.4.2 Номинальная статическая характеристика преобразования термопары ХА(К) ТермоЭДС, мВ при температуре 0 С Температура рабочего конца, 0 С 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 0,000 0,039 0,079 0,119 0,158 0,119 0,238 0,277 0,317 0,357 10 0,397 0,437 0,477 0,517 0,557 0,597 0,637 0,677 0,718 0,758 20 0,798 0,838 0,879 0,919 0,960 1,000 1,041 1,081 1,122 1,162 30 1,203 1,244 1,285 1,325 1,366 1,407 1,448 1,489 1,529 1,570 40 1,611 1,652 1,683 1,734 1,776 1,817 1,858 1,899 1,940 1,981 50 2,022 2,064 2,105 2,146 2,188 2,229 2,270 2,312 2,353 2,394 60 2,436 2,477 2,159 2,560 2,601 2,643 2,684 2,726 2,767 2,809 70 2,850 2,892 2,933 2,975 3,016 3,058 3,100 3,151 3,183 3,224 80 3,266 3,307 3,349 3,390 3,432 3,478 3,515 3,556 3,598 3,639 90 3,681 3,722 3,764 3,805 3,847 3,888 3,930 3,971 4,012 4,054 100 4,095 4,137 4,178 4,219 4,261 4,302 4,343 4,384 4,426 4,467 110 4,508 4,549 4,590 4,632 4,673 4,714 4,755 4,796 4,837 4,878 120 4,919 4,960 5,001 5,042 5,083 5,124 5,164 5,205 5,246 5,287 130 5,327 5,368 5,409 5,450 5,490 5,531 5,571 5,612 5,652 5,693 140 5,733 5,774 5,814 5,855 5,895 5,936 5,973 6,016 6,057 6,097 150 6,137 6,177 6,218 6,258 6,298 6,338 6,378 6,419 6,459 6,499 160 6,539 6,579 6,619 6,659 6,699 6,739 6,779 6,819 6,859 6,899 170 6,939 6,979 7,019 7,059 7,099 7,139 7,179 7,219 7,259 7,299 180 7,338 7,378 7,418 7,458 7,498 7,538 7,578 7,618 7,658 7,697 190 7,737 7,777 7,817 7,857 7,897 7,937 7,977 8,017 8,057 8,097 200 8,137 8,177 8,217 8,257 8,297 8,337 8,377 8,417 8,457 8,497 210 8,537 8,577 8,617 8,657 8,697 8,737 8,777 8,817 8,857 8,898 220 8,98 8,978 9,018 9,058 9,099 9,139 9,179 9,220 9,260 9,300 117 Окончание Таблицы 4.2.2 ТермоЭДС, мВ при температуре 0 С Температура рабочего конца, 0 С 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 230 9,341 9,381 9,421 9,462 9,502 9,543 9,583 9,624 9,664 9,705 240 9,745 9,786 9,856 9,867 9,907 9,948 9,989 10,029 10,070 10,111 250 10,151 10,192 10,233 10,274 10,315 10,355 10,396 10,437 10,478 10,519 260 10,560 10,600 10,641 10,682 10,723 10,764 10,805 10,846 10,887 10,928 270 10,969 11,010 11,051 11,051 11,093 11,134 11,175 11,216 11,257 11,339 280 11,381 11,422 11,463 11,463 11,504 11,546 11,578 11,628 11,669 11,752 290 11,793 11,835 11,876 11,876 11,911 11,959 12,000 12,042 12,083 12,166 300 12,207 12,249 12,290 12,332 12,373 12,415 12,456 12498 12,539 12,581 310 12,623 12,664 12,706 12,747 12,789 12,831 12,872 12,914 12,955 12,997 320 13,039 13,080 13,122 13,164 13,205 13,247 13,289 13,331 13,372 13,414 330 13,456 13,497 13,539 13,581 13,623 13,665 13,705 16,748 13,790 13,832 340 13,874 13,915 13,957 13,999 14,041 14,083 14,125 14,167 14,208 14,250 350 14,292 14,334 14,376 14,418 14,460 14,502 14,544 14,586 14,628 14,670 360 14,712 14,754 14,796 14,838 14,880 14,992 14,964 15,006 15,048 15,090 370 15,132 15,174 15,216 15,258 15,300 15,342 15,384 15,426 15,468 15,510 380 15,552 15,594 15,636 16,679 15,721 15,763 15,805 15,847 15,889 15,931 390 15,974 16,016 16,058 16,100 16,142 16,184 16,227 16,269 16,311 16,353 400 16,395 16,438 16,480 16,522 16,564 16,607 16,649 16,691 16,733 16,776 410 16,818 16,860 16,902 16,945 16,987 17,029 17,072 17,114 17,165 17,199 420 17,241 17,283 17,326 17,368 17,410 17,453 17,495 17,537 17,580 17,662 430 17,664 17,707 17,749 17,792 17,834 17,876 17,919 17,961 18,004 18,046 440 18,088 18,131 18,173 18,126 18,258 18,301 18,343 18,385 18,428 18,470 450 18,513 18,555 18,598 18,640 18,623 18,325 18,768 18,810 18,853 18,895 118 4.5. Лабораторная работа №5 (стенд № 12). Испытание и поверка компенсационного автоматического потенциометра КСП – 3, магнитоэлектрического милливольтметра Ш – 4540 и прибора типа Диск – 250 Цель работы: 1. Изучить принцип действия, устройство и работу милли- вольтметра, см. п. 3.7. 2. Произвести испытание и поверку милливольтметра с за- полнением протокола испытаний. 3. Изучить принцип компенсационного метода на примере переносного потенциометра ПП-63, см. п. 3.7. 4. Изучить принцип действия, устройство автоматических электронных потенциометров КСП-2, КСП-3, КСП-4. 5. Произвести испытания и поверку автоматических потен- циометров с заполнением протокола испытаний. 6. Изучить устройство и принцип действия прибора Диск-250, см. п. 3.7. 7. Произвести испытания и поверку прибора типа Диск-250. 8. Изучить конструкцию КИСС-03. Освоить методику поверки с помощью КИСС-03. 9. Освоить методику оценки погрешностей 4.5.1._Методика_поверки_милливольтметров_и_автоматических_потенциометров'>4.5.1. Методика поверки милливольтметров и автоматических потенциометров При поверке, соединение образцового прибора с поверяе- мым осуществляют медными или термоэлектрическими проводами с учетом требуемого внешнего сопротивления. После прогрева потенциометра или милливольтметра при любом значении задаваемого напряжения в диапазоне измерения необходимо оценить реакцию приборов на изменение входного сигнала. Убедившись в том, что приборы правильно реагируют на изменение входного сигнала, необходимо приступить к поверке. При поверке приборов необходимо учитывать и температуру свободных концов. Если градуировочные таблицы составлены для условий, когда температура свободных концов 0°С, то значения термоЭДС находят путем вычитания термоЭДС, соответствующей температуре свободных концов. Например, для температуры 150 0 С градуировки ХКзначение термоЭДС при температуре сво- бодных концов 0 0 С из таблицы равно 10,591мВ. Для температуры 30 0 С значение термоЭДС равно 1,947мВ. Разница 10,591- 1,947=8,644 мВ устанавливается на образцовом потенциометре. 119 Эта поправка не учитывается для приборов, имеющих встроенный манганиновый резистор, который тумблером или пе- ремычкой переключается вместо компенсационной медной. При отсутствии встроенной манганиновой катушки ее реко- мендуется изготовить со следующими номинальными значениями сопротивлений для приборов комплекса КС: (9,02 ± 0,005) Ом - для приборов градуировки XК; (0,78 ± 0,001) Ом - для приборов градуировки ПП; (5,42 ± 005) Ом - для подборов градуировки ХА. Поверяемый и образцовый приборы соединяются медными проводами. Резистор R устанавливается таким, чтобы его сопро- тивление совместно с выходным образцового прибора было равно 0,8-1,0 наибольшего значения сопротивления термоэлектрического термометра, указанного в технической документации на поверяе- мый прибор, включая сопротивление линии связи. Для потенциометров градуировки ПР не требуется вводить поправку на температуру свободных концов, так как термоЭДС термоэлектрического преобразователя при температуре в диапа- зоне 0-100°С настолько мала, что ею пренебрегают. Непосредст- венно на потенциометрах указанной градуировки медное сопро- тивление не ставится и заменяется перемычкой. Милливольтметры, имеющие шкалу, выраженную в градусах температуры, включают в измерительную цепь последовательно с резистором R рез Сопротивление его должно соответствовать внешнему сопротивлению R вн , указанному на шкале поверяемого прибора с допуском R рез = (R вн ± R ). Допуск R=0,1R ВН , но не бо- лее 0,5Ом. 4.5.1. Описание лабораторной установки Установка состоит из: калибратора измерительных стандарт- ных сигналов – КИСС-03, автоматических потенциометра типа K СП-3, милливольтметра типа Ш-4540 и прибора Диск-250. С по- мощью переключателя можно подсоединить любой из приборов к КИСС-03. Необходимо помнить, что в потенциометрах KCП-3 ком- пенсация температуры свободных концов осуществляется c помо- щью медного резистора, встроенного в схему компенсации. В при- боре ДИСК-250 необходимо знать температуру в лаборатории и составить градуировочную таблицу с учетом этой температуры. 120 4.5.2. Порядок выполнения работы 1 Изучить принцип действия, конструкцию и схемы милли- вольтметра, переносного потенциометра ПП-63, автоматического потенциометра и прибора Диск-250. 2. Познакомиться с методикой поверки, схемой эксперимен- тальной установки. 3. Подготовить протоколы поверки (табл. 4.5.1) 4. Включить прибор КИСС – 03 в сеть. Подготовить прибор КИСС-03 к работе. Для этого выполнить следующее: - с режима измерение перейти в режим генерация, нажатием кнопки «Генерация»; - выбрать ТП (термопара), выбрать градуировку термопары, с помощью кнопки «Выбор». После выбора нужной термопары вводим прибор в работу, с помощью кнопки «Ввод»; - задаём поверочную температуру устанавливаем стрелку прибора на оцифрованных отметках шкалы последовательно от начала до конца, а затем в обратном порядке. Записать показания в протоколы поверки в соответствующие графы. Протокол поверки составляются для каждого прибора на отдельной странице; - каждый раз при вводе нового задания, сначала нажимаем кнопку «Сброс», затем с клавиатуры прибора вводим температуру и нажимаем кнопку «Ввод»; - при поверке любого прибора, необходимо изначально ука- зать нулевое значение, при этом нулевое значение сравнивается с показанием образцового прибора, которое устанавливается в при- боре. 5. Выполнить пункт 4 для всех приборов: КСП-3, милли- вольтметра и прибора типа Диск-250. 6 Т.к. характеристика термопары для отрицательных темпе- ратур отличается от положительных. Поэтому при введении отри- цательных значений сначала нажимаем кнопку « − + », затем на- бираем число. 7. Поскольку в милливольтметре отсутствуют люфты и уси- литель, то колонку обратного хода для негоне заполнять. |