Метрология. Контрольные вопросы для самопроверки. Содержание предлагаемого учебного пособия основано на программе дисциплине Технические измерения и приборы
 Скачать 1.03 Mb.
|
|
4.5.3. Обработка результатов измерения Протокол для каждого прибора должен быть выполнен на отдельной странице и оформлен в соответствии с таблицей 4.5.1, Для заполнения графы 2 использовать данные одной из таблиц, приведённых на лицевой панели лабораторного стенда. 121 Затем необходимо рассчитать приведённые погрешности для всех числовых отметок шкалы (графа 4) по формулам (1.3.1 – 1.3.3, раздел. 1.3.) За основную погрешность прибора принимают наибольшие по абсолютному значению величины приведённой погрешности. Сравнить с классом точности прибора. Сделать выводы, в которых необходимо классифицировать погрешность и пригодность прибо- ра к измерениям. 4.5.4. Содержание 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. 4.5.5. Контрольные вопросы для самопроверки 1. Принцип действия милливольтметра. 2. Причины возникновения погрешности при измерении тер- моЭДС милливольтметром. 3. Как осуществляется введение поправки на температуру окружающей среды в милливольтметрах? 4. Каков принцип действия компенсационного метода изме- рения термоЭДС? 5. Как осуществляется компенсация температуры свободных концов термоэлектрического преобразователя в автоматическом потенциометре? 6. Как работает автоматический потенциометр? 7. Почему в автоматическом потенциометре градуировки ПР не влияет температура свободных концов термопары? 8. Каковы особенности устройства Диск-250? 122 Таблица 4.5.1 ПРОТОКОЛ Дата ____________ поверки ___________________________ типа ____________ № ___________ градуировки _________ с пределами измерений от ___________ до ____________ класса точности _________ представленного _____________ Поверка производилась по калибратору измерительных стан- дартных сигналов № __________ класса точности _________ Результаты внешнего осмотра Результаты поверки Показания КИСС-03, ºС Стандартный сигнал, мВ Показания поверяемого прибора, ºС Приведённая погрешность, % 1 2 3 4 123 4.6. Лабораторная работа № 6 (стенд 13). Изучение принципа действия и работы пирометра комплекса АПИР-С Цель работы 1. Изучить теоретический материал п.3.8. и п.3.8.1. 1. Изучить принцип действия и конструкцию промышленного пирометра комплекса АПИР-С 2. Ознакомится с методикой подготовки комплекса для изме- рения температуры и выполнить измерение температуры объекта. 4.6.1. Описание лабораторной установки Установка состоит из пирометрического преобразователя ПЧД-131 преобразователя вторичного и регистрирующего прибора КСП-4 (рис. 4.6.1). Пирометрический преобразователь визируется на нагреватель, температура которого ступенчато изменяется с помощью тиристорного регулятора мощности. Температура объек- та контролируется с помощью хромель-алюмелевой термопары, подключенной к милливольтметру. Пирометры АПИР-С использу- ются для измерения температуры движущихся объектов. Для ими- тации движущегося предмета перед пирометром помещается об- тюратор скорость вращения, которого регулируется с помощью реостата. Рис. 4.6.1 Схема лабораторной установки для измерения температуры пирометром АПИР-С 124 4.6.2. Порядок выполнения работы 1. Ознакомиться с устройством и принципом действия пиро- метра АПИР-С и установкой, предназначенной для измерения температуры объекта. 2. Включить установку, вторичный измерительный преобра- зователь и регистрирующий прибор КСП-4. Время нагрева 5 мин. 3. Произвести калибровку преобразователя вторичного, для чего необходимо: а) установить переключатель « ИЗЛУЧАТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ» в положение «1,0»; б) установить переключатель «КОНТРОЛЬ1 – КОНТРОЛЬ2» в положение «КОНТРОЛЬ2»; в) нажать кнопку «УСТАНОВКА НУЛЯ» и потенциометром « УСТАНОВКА НУЛЯ» стрелку индикатора установить в среднее положение; г) нажать кнопку «КАЛИБРОВКА» и потенциометром « КАЛИБРОВКА» стрелку индикатора установить в среднее поло- жение. 4. Установить переключатель « ИЗЛУЧАТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ» в нулевое положение, нажать кнопку « УСТАНОВКА НУЛЯ» и потенциометром «УСТАНОВКА НУЛЯ» стрелку индикатора установить в среднее положение. На этом подготовка преобразователя к работе заканчивает- ся. Калибровку производить не реже 1 раза в 7 дней. 5. Установить температуру объекта ≈ 900…1000 0 С и осуще- ствить наводку пирометра на объект (черное пятно должно полно- стью перекрывать объект). 6. Произвести измерение при различных положениях пере- ключателя «ИЗЛУЧАТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ» и разной темпе- ратуре объекта. Построить график, характеризующий взаимосвязь температуры объекта, измерений с помощью термопары (ось абс- цисс) и комплексом АЛИР-С (ось ординат). 7. Ввести между объектом и пирометром пластинку (погло- щающая среда) и оценить ее влияние на результаты измерения. 8. Включить двигатель, вращающий обтюратор (моделирует скорость перемещения объекта), и при разных положениях сопро- тивления блока запоминания произвести измерение температуры 9. Составить отчет о проделанной работе, сделать необхо- димые выводы. 125 4.6.3. Содержание отчета Отчет должен быть оформлен в соответствии с требования- ми стандарта предприятия (МГТУ). Отчет составляется каждым студентом и включать в себя: - Название и цель работы. - Выполнение работы. В этой части указывается методика исследования, даются схемы, эскиз установки с необходимыми пояснениями и кратко описывается порядок выполнения работы. - Результаты работы приводятся в виде таблицы 4.6.1, гра- фиков с текстовым пояснением (примерный вид, рис.4.6.2), ре- зультаты измерений. - Выводы по работе. 4.6.4. Контрольные вопросы 1. Какая температура называется яркостной температурой? 2. Как определить действительную температуру тела, зная яркостную температуру? 3. Из каких элементов состоит преобразователь ПЧД-131? 4. Назначение светофильтра в преобразователе излучения? 5. Назначение блока БЗ во вторичном измерительном пре- образователе? 6. Как вводится поправка в преобразователе ПВВ-31111 на степень черноты тела? Таблица 4.6.1 Таблица результатов Положение пере- ключателя I Положение переклю- чателя II Положение переклю- чателя III мВ мА мВ мА мВ мА 0,1 0,2 ……. 0,9 126 Рис.4.6.2. Изменение температуры для различных степеней черноты 127 4.7. Лабораторная работа №7 (стенд № 13/2). Измерение температуры пирометрами спектрального отношения Цель работы: 1. Изучить принцип действия цветовых пирометров, см. п. 3.8. и п. 3.8.3. 2. Изучить устройство и работу пирометра комплекса АПИР-С. Спектропир-10. 4.7.1. Описание лабораторной установки Установка для измерения цветовой температуры объекта, состоит из комплекса серии АПИР-С, включающего: пирометр спектрального отношения Спектропир-10, вторичный регистри- рующий прибор КСП-4, излучатель с регулируемой температурой. Пирометры спектрального отношения Спектропир-10 ком- плекса АПИР-С Государственной системы промышленных прибо- ров и средств автоматизации (ГСП) предназначены для преобра- зования энергии излучения нагретых тел в выходные непрерывные электрические сигналы по ГОСТ 27.011-80, пропорциональные цветовой температуре. Пирометры спектрального отношения состоят из первичного пирометрического преобразователя (ПСМ) и устройства преобра- зования (в дальнейшем УП), соединённых между собой кабелем. Принцип действия пирометра спектрального отношения ос- нован на измерении отношения интенсивности излучения нагрето- го тела в двух участках спектра. Это отношение однозначно опре- деляет цветовую температуру нагретого тела. Функциональная схема пирометра спектрального отношения приведена на рис 4.7.1. Излучение от объекта собирается оптиче- ской системой первичного преобразователя и модулируется моду- лятором светового потока МЗ-02, с частотой 1000 Гц (слышно ха- рактерное гудение). Затем световой поток распределяется свето- делительным устройством на два потока, различных по своему спектральному составу, которые попадая на приёмники излучения, вызывают появление на их выходе электрических сигналов пере- менного тока, пропорциональных излучению объекта в соответст- вующих участках спектра излучения. Сигналы приёмников усиливаются усилителями, располо- женными в ПСМ, и поступают на вход блока преобразования УП, где преобразуется в сигнал постоянного тока , пропорциональный цветовой температуре. 128 Блок преобразования, кроме преобразования сигналов, по- ступающих от ПСМ, сигнализирует об отклонение от заданного уровня яркости и температуры корпуса ПСМ. Выходной сигнал от блока преобразования поступает на вход блока унифицированных сигналов, который предназначен для преобразования поступающих сигналов и получения линеари- зованных гальванических развязанных непрерывных электриче- ских сигналов. ПСМ предназначен для преобразования энергии излучений контролируемого объекта в электрические сигналы. Рис.4.7.1. Функциональная схема прибора Спектропир-10 О – объект; ОС – оптическая система; СДУ - светоделительное устройство; М – модулятор; Г – генератор; ПИ – приёмник излучения; У – усилитель; ВУ – вычислительное устройство; ТР – терморегулятор; ПСП – плата сигнализация перегрева; ПСЯ - плата сигнализация яркости; ФСИ – формирователь синхронных импульсов; БУС – блок унифицированных сигналов; ПСТ - преобразователь термостатированный; ПСМ – преобразователь пирометрический первичный; УП – устройство преобразования. Оптическая система, рис. 4.7.2, состоит из насадки 2, объек- тива 3, апертурной диафрагмы Д, термостатированного фотопре- образователя 8, визирной системы. Термостатированный фото- преобразователь состоит из проектирующей системы линз, свето- фильтров и приёмников излучения. Оптическая система ПСМ по- зволяет измерять температуру объектов, находящихся на расстоя- нии 0,2 – 0,7 м при работе объектива с насадкой Б-17.410.32 и на- 129 ходящихся на расстоянии 0,7 м при работе объектива без насадки. Объектив ПСМ предназначен для передачи энергии излучения от объекта измерения на приёмники излучения с помощью проекти- рующей системы линз, а также для получения изображения объек- та измерения в плоскости полевой диафрагмы. Рис.4.7.2. Первичный пирометрический преобразователь ПСМ-15 ( схема оптическая) 1 – зеркало защитное; 2 – насадка; 3 – объектив; 4 – апертурная диафраг- ма; 5 – зеркало; 6 – линза; 7 – окуляр; 8 – защитное стекло; 9 – термоста- тированный преобразователь; 10 – модулятор. Светоделение осуществляется следующим образом. Весь световой поток, пройдя через полевую диафрагму, проектирую- щую систему линз, попадает на приёмник излучения, расположен- ный под углом 45 ° к оптической оси ПСМ. Часть светового потока воспринимается этим приёмником, другая часть, отражаясь от него проходит через систему светофильтров и попадает на другой при- ёмник излучения. Визирная система ПСМ состоит из зеркала 4, проектирую- щей линзы 5, окуляра 6 и защитного стекла 7. Она позволяет рас- сматривать изображение объекта измерения в плоскости полевой диафрагмы и осуществлять тем самым визирование ПСМ на тот участок объекта, температура которого измеряется. УП состоит из трёх блоков: блока питания и модуляции, бло- ка преобразования, блока унифицированных сигналов. Изменение постоянной времени выходного сигнала осуществляется путём изменение величины ёмкости в цепи обратной связи усилителя постоянного тока. Время установления выходного сигнала увели- чивается при включении кнопок «I» – до 1 с, «2» – до 10 с, «3» – до 600 с. Существуют специализированные пирометры спектрального отношения. Например, специализированный пирометр спектраль- ного отношения Спектропир-11, который предназначен для выра- ботки сигналов измерительной информации о цветовой темпера- 130 туре и её флуктуациях. Спектропир-11 работает в диапазоне более высоких температур, чем Спектропир-10. Номинальная статическая характеристика линейная, рис.4.7.3. Рис.4.7.3. Номинальная статическая характеристика пирометрического преобразователя. 4.7.2. Порядок выполнения работы 1. Изучить принцип действия и устройство цветовых пиро- метров (пирометров спектрального отношения). Открыть крышку передней панели УП. 2. Включить установку переключателем 1, установить пере- ключатель 3 в положение ПСМ, переключатель 4 в положение Спектропир – 10, на передней панели блока питания. модуляции утопить кнопку «Сеть», на передней панели блока преобразования утопить кнопку с цифрой 1. 3. Навести ПСМ на объект наблюдения. При наведении на холодный объект его освещают мощной лампой. В данной работе температура объекта может изменяться переключателем 2 и его нужно установить в положение 11. Поворотом чёрной ручки против часовой стрелки открыть крышку ПСМ. Перемещением объектива найти такое положение, при котором в поле зрения окуляра поя- вится тёмное пятно на светлом фоне. Поворотом кольца с накат- кой настроить окуляр визирного устройства так, чтобы изображе- ние было чётким. Затем поворотом ручки «перемещение объекти- ва» добиться резкого изображения, зафиксировать положение объектива фиксатором объектива, зажать шарнир ПСМ поворотом по часовой стрелке ручки шарнир ПСМ поворотом по часовой стрелке ручки шарнирного устройства. Проверить наводку ПСМ на 131 объект и резкость изображения. Светлый фон вокруг тёмного пят- на должен быть минимальным. Закрыть крышку ПСМ. 4. Изменяя температуру объекта, переключателем, снять по- казания вольтметра в блоке унифицированных сигналов и вторич- ного прибора КСП-4, шкала которого отградуированы в милли- вольтах от 0 до 100 мВ. Оценить время установления показания. 5. Повторить пункт 4 при утопленной кнопке 2 на передней панели блока преобразования. Оценить при этом время установ- ления показаний, фиксируя время с момента переключения тем- пературы до установившегося показании на вторичном приборе КСП-4. 6. Повторить пункт 5 при утопленной кнопке 3. 7. Оценить сигнализацию уровня яркости объекта. Изменяя температуру объекта, зафиксировать, при каких положениях пере- ключателя загорается МАЛО, МНОГО и когда обе лампочки не го- рят, т.е. температура объекта находится в измеряемом диапазоне температур. 8. Выключить установку переключателем 1 на передней па- нели блока питания и модуляции нажать кнопку «Сеть». Закрыть отвёрткой крышку передней панели УП. 4.7.3. Обработка результатов измерения Результаты измерений температур сводятся в табл. 4.7.1. Таблица 4.7.1 Экспериментальные данные Номинальная статическая характеристика преобразова- ния Положе- ние пере- ключате- ля S1 Показания КСП-4, мВ Показания вольтмет- ра, В Темпера- тура объекта, ° С темпе- ратура, ° С В мВ 9 1200 0,0 0,0 1400 0,5 25 11 1600 1,0 50 13 1800 1,5 75 15 2000 2,0 100 Время установления показаний при разных положениях кно- пок «1», «2», «3» сводятся в табл. 4.7.2. 132 Таблица 4.7.2 Установление показаний при разных положениях кнопок Номер утопленной кнопки Номинальное время ус- тановления показания, с Фактическое уста- новленное время, с 4.7.4. Содержание 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; – результаты эксперимента оформленные в виде таблиц и номинальной статической характеристики; – оценить систематическую погрешность Спектропир-10, ес- ли цветовая температура t ц = 1600 ° C, коэффициент теплового из- лучения объекта (вольфрама) 1 λ ε =0,455 ( при 1 λ =0,67 мкм) и 2 λ ε =0,395 ( при 2 λ = 1,56 мкм); – оценить правильно ли выбрано расстояние между объек- том и ПСМ, если показатель визирования пирометра 1/200; – выводы по результатам выполнения лабораторной работы; Защита результатов лабораторной работы осуществляется индивидуально или подгруппой перед выполнением следующей работы. 4.7.4. Контрольные вопросы для самопроверки 1. Что такое цветовая температура? 2. Как смещается максимум кривой распределения спек- тральной энергетической яркости с увеличением температуры аб- солютно чёрного тела? 3. Почему цветовая температура наиболее близка к действи- тельной температуре? 4. Устройство пирометров спектрального отношения. 5. Устройство ПСМ, Спектропир-10. 6. Какие функции выполняет устройство преобразования, и из каких блоков он состоит? 7. Может ли цветовая температура быть больше действи- тельной? 133 4.8. Лабораторная работа №8 (стенд № 16). Измерение радиационной температуры Цель работы: 1. Изучить принцип действия радиационных пирометров, см. п.3.8 и п.3.8.2. 2. Изучить конструкцию, принцип действия пирометра ком- плекса АПИР–С для измерения радиационной температуры. 3. Оценить влияние различных факторов на точность изме- рения. |