лабораторная работа по химии. лабораорная работа 2. Лабораторная работа 2 Исследование характеристик автоматического потенциометра Цель работы
 Скачать 41.29 Kb.
|
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2«Исследование характеристик автоматического потенциометра»Цель работы Знакомство с установкой, ее назначением, возможностями, правилами. Научится пользоваться потенциометром типа ПП. Изучение принципа действия и конструкции потенциометров. Проведение проверки потенциометра. Принцип действия и устройство потенциометра Электронные потенциометры предназначены для непрерывного измерения электродвижущей силы постоянного тока, в частном случае электронный потенциометр используется для измерения температуры. При измерении температуры на вход потенциометра подключается термоэлектрический преобразователь. Приборостроительная промышленность выпускает несколько видов электронных потенциометров. В зависимости от формы представления информации, потенциометрам присвоены следующие шифры: КСП- компенсатор самопишущий потенциометрический; КПП- компенсатор показывающий потенциометрический; КПВ - компенсатор показывающий потенциометрический с вращающейся шкалой. Кроме того, потенциометры подразделяются на миниатюрные (КПП, КСП-1.-КПВ-1), малогабаритные (КСП-2), нормальные (КСП-3 с дисковой диаграммой), повышенных габаритов (КСП-4). Bсе перечисленные потенциометры кроме функций измерения могут выполнять и ряд других функций, к числу которых относятся: 1. Сигнализация о достижении какого-либо заданного значения (макс- мин- норма); 2. Регулирование параметра по заданию; 3. Преобразование сигнала для связи с ГСП (для этого в приборах используют встроенные измерительные преобразователи с целью получения на выходе унифицированных сигналов для связи с различными ветвями ГСП. По виду выходного сигнала преобразователи различают на пневматические, частотные, токовые и преобразователи напряжения). Работа потенциометра как измерительного прибора основана на нулевом (компенсационном) методе измерения. Компенсационный метод измерения основан на уравновешивании измеряемой ЭДС падением напряжения, значение которого может быть определено. Основное преимущество компенсационного метода заключается в том, что значение термо-ЭДС не зависит от сопротивления цепи термоэлектрического термометра. Для более эффективного использования компенсационного метода измерения термо-ЭДС применяется потенциометр с постоянной силой тока, в состав которого входит нормальный элемент. Нормальный элемент – это электрохимический источник постоянной ЭДС, которая известна с высокой точностью (1,0186 В). Так как нормальный элемент обладает малой мощностью его в качестве источника питания использовать нельзя; его используют как эталон (мера) ЭДС. Потенциометры с постоянной силой рабочего тока повышают точность измерения термо-ЭДС (класс точности приборов 0,05), однако при работе с ними может иметь место погрешность, вызванная непостоянством температуры холодного спая термоэлектрического термометра, поэтому на производстве эти потенциометры применяют редко.  Рис. 1. Упрощенная измерительная схема автоматического потенциометра. Более широкое применение нашли автоматические потенциометры. Как следует из названия, автоматические потенциометры предназначены для измерения термо-ЭДС без участия человека. Кроме ряда дополнительных функций автоматические потенциометры выполняют корректировку результата измерения на температуру холодного спая термопары. Термо-ЭДС термоэлектрического термометра ЕТ уравновешивается падением напряжения на участке б-е автоматически. Если Uбе не равно ЕТ, то на вход электронного блока ЭБ подается разность сигналов U=Uбе - ЕТ, которая усиливается. Далее сигнал поступает на двигатель, который перемещает движок реохорда RP таким образом, что U начинает уменьшаться и становится равным нулю, после чего выходной сигнал ЭБ не будет вызывать движения реверсивного двигателя и движок реохорда остановится. Вместе с перемещением движка реохорда по шкале прибора одновременно перемещается стрелка, отмечая показания измеряемой температуры. Источник питания стабилизированный ИПС используется для стабилизации рабочего тока. Для автоматического введения поправки на температуру холодного спая термоэлектрического термометра в схеме потенциометра имеется медный резистор (RM), который расположен рядом с холодным спаем термопары и имеет ту же температуру, что и он. Из схемы видно, что медный резистор и измерительный реохорд включены в разные контуры с различными по знаку и значению рабочими токами (I1=3 mA; I2=2 mA). Это сделано для того, чтобы ввести и поправку в показания на температуру холодного спая и уравновесить термо-ЭДС. Описание рабочего стенда: Лабораторная установка включает в себя: автоматический потенциометр типа КСП-4; измеритель цифровой 2 ТРМ0; термоэлектрический термометр ТП (L), расположенный в электрической нагревательной печи; образцовый потенциометр постоянного тока типа ПП-63. Лабораторный стенд предназначен для проведения следующих работ: поверка автоматического потенциометра КСП образцовым потенциометром; поверка цифрового измерителя 2ТРМ0 образцовым потенциометром; измерение температуры печи с помощью хромель-алюмелевой термопары и, работающего в информационном режиме измерителя 2ТРМ0. Схема поверки автоматического потенциометра КСП-4 и цифрового измерителя 2 ТРМ0 представлена на рис. 2.  Рис. 2 Таблица показаний:
∆абс=±(x-xдейств) Прямой ход Обратный ход ∆абс=-1,08-0=-0,28мВ ∆абс=-0,8-0=-0,08 мВ ∆абс=3,02-3,350=-0,33 мВ ∆абс=2,85-3,350=-0,5 мВ ∆абс=6,6-6,398=0,202 мВ ∆абс=6,55-6,398=0,152 мВ ∆абс=10,2-10,624=-0,424 мВ ∆абс=10,2-10,624=-0,424 мВ ∆абс=14,3-14,570=-0,27 мВ ∆абс=14,4-14,570=-0,17 мВ ∆абс=18,45-17,860=0,59 мВ ∆абс=18,2-17,860=0,34 мВ ∆абс=22,5-22,880=-0,38 мВ ∆абс=22,45-22,880=-0,43 мВ ∆прив=(∆абс/N)*100 ∆прив=300°С или 22,880 мВ ∆прив=(1,8 /22,880)*100=3,2% ∆прив=(0,8 /22,880)*100=2,6% ∆прив=(0,33 /22,880)*100=1,44% ∆прив=(0,5 /22,880)*100=2,2% ∆прив=(0,202 /22,880)*100=0,22% ∆прив=(0,152 /22,880)*100=0,7% ∆прив=(0,424 /22,880)*100=1,8% ∆прив=(0,424 /22,880)*100=1,9% ∆прив=(0,27 /22,880)*100=2,6% ∆прив=(0,17 /22,880)*100=0,7% ∆прив=(0,59 /22,880)*100=2,9% ∆прив=(0,34 /22,880)*100=1,5% ∆прив=(0,38 /22,880)*100=1,66% ∆прив=(0,43 /22,880)*100=1,9% ∆доп=(0,25*22,880)/100=0,057 Абсолютная погрешность (Δ), как при прямом, так и при обратном ходе определяется как разность между табличным значением ЭДС, соответствующим данной оцифрованной отметке шкалы поверяемого прибора (из градуировочных таблиц), и показаниями образцового потенциометра. 2. Приведенная погрешность:  ;Emax и Emin – соответственно максимальное и минимальное значения шкалы поверяемого прибора. 3. Абсолютная вариация (ω) определяется как разность показаний образцового потенциометра при прямом и обратном ходе указателя поверяемого прибора. Относительная вариация: ώ=( ω/ Emaх-Emin)*100% где ω - абсолютная вариация, мВ; Emax и Emin — соответственно максимальные и минимальные значения шкалы поверяемого прибора, мВ. Вывод: В данной работе я изучила схему и работу лабораторной установки и ее элементов. Научилась пользоваться автоматическим потенциометром. Подробно изучила принцип действия проверяемого автоматического потенциометра, а так же произвела проверку прибора. При проверке я выянила приведенная погрешность (3,2) прибора превышает допускаемую погрешность (0,057) прибора, следовательно, прибор не годен. Контрольные вопросы: 1. В настоящее время широко применяется автоматическое введение поправки на температуру свободных концов ТП при помощи специальных компенсирующих устройств, которые располагаются отдельно или встраиваются во вторичный прибор. При подключении термопар к измерительным устройствам обязательно возникают дополнительные контакты между термопарой и соединительными проводниками. Наибольшее распространение получил метод схемы компенсации холодного спая. Метод заключается во введении в измерительную цепь источника напряжения с Э.Д.С., равной по величине и противоположной по знаку термо Э.Д.С. контакта. Обычно такие устройства уже входят в состав готовых измерительных модулей и контроллеров для подключения термопар. 2. Принцип компенсационного метода измерения ЭДС состоит в уравновешивании измеряемой ЭДС εх равным по величине и противоположным по направлению падением напряжения U = IR на сопротивлении R. Компенсационный метод измерения ЭДС имеет существенные достоинства по сравнению с другими методами. 1. Если сила тока через используемые элементы близка к нулю, то падения напряжения внутри элемента практически нет. 2. Не играет роли падение напряжения в проводах, соединяющих элемент с измерительной схемой. 3. гальванометр в схеме компенсации работает как «нулевой» прибор, и градуировка его шкалы в результат измерений не входит. Также не влияет на результат и величина ЭДС ее вспомогательной батареи. При наличии чувствительного гальванометра компенсационный метод позволяет достичь точности до 0,1% от измеряемой величины. 3. Самопишущие одноточечные приборы осуществляют запись на ленточной (КСП4, КСП2, КСП1) или дисковой (КСПЗ) диаграммной бумаге. В многоточечных приборах применяется печатающий механизм на 2, 3, 6 и 12 точек записи на ленточной диаграмме. Класс точности для КСП4: 0,25; 0,5. Для других модификаций класс точности: 0,5; 1. Автоматические потенциометры выпускаются нормального габарита (КСП4), малогабаритные (КСП3 и КСП2), миниатюрные показывающие КСП1. 4. У двух транзисторов при равных токах Ic напряжения база-эмиттер отличаются незначительно. Поэтому разность выходных напряжений не в точности равна нулю. Напряжение разбаланса представляет собой разность входных напряжений, которую необходимо приложить для того, чтобы выполнялось равенство Ua1=Ua2. Если использовать пару транзисторов, выполненную в едином кристалле, и хорошо подобранную пару коллекторных сопротивлений, то типовое значение напряжения разбаланса будет находиться в пределах нескольких милливольт. 5. Нормированное значение сопротивления реохорда для выпускаемых общепромышленных автоматических потенциометров обычно принимается равным 90 ±0,1 Ом (КСП4) или 100 ±0,1 Ом (КСП2). 6. Допустимая влажность окружающего воздуха от 25% до 80%, допустимая температура 20 градусов, с отклонением до 2 градусов. 7. Погрешность измерения не выходит за пределы 0,1 мВ. Примером ялятся потенциометры КСП-2, КСП-3 и КСП-4 класса. 8. Принцип работы термопары основан на обычных физических процессах. В замкнутом электрическом контуре, состоящем из двух проводников различного вида, при воздействии определенной температуры окружающей среды возникает электричество. Получаемый электрический поток и температура окружающей среды, воздействующая на проводники, находятся в линейной зависимости. То есть, чем выше температура, тем больший электрический ток вырабатывается термопарой. При этом один контакт термопары находится в точке, где необходимо измерять температуру, он именуется «горячим». Второй контакт, «холодный», в противоположном направлении. Применение для измерения термопар допускается лишь в том случае, когда температура воздуха в помещении меньше, чем в месте измерения. 9. Различные сплавы, используемые для изготовления термопар, обладают разными коэффициентами термо-ЭДС. В зависимости от того, из каких металлов изготовлены термоэлектроды, различают следующие основные типы термопар: ТПП13 – платинородий-платиновые (тип R); ТПП10 – платинородий-платиновые (тип S); ТПР – платинородий-платинродиевые (тип B); ТЖК – железо-константановые (тип J); ТМКн – медь-константановые (тип T); ТНН – нихросил-нисиловые (тип N); ТХА – хромель-алюмелевые (тип K); ТХКн – хромель-константановые (тип E); ТХК – хромель-копелевые (тип L); ТМК – медь-копелевые (тип M); ТСС – сильх-силиновые (тип I); ТВР – вольфрамрениевые (типы A-1 – A-3). Наиболее точные термопары – с термоэлектродами из благородных металлов: платинородий-платиновые ПП (тип S (Pt-10%Rh/Pt), тип R (Pt-13%Rh/Pt)), платинородий-платинородиевые ПР (тип В (Pt-30%Rh/Pt-6%Rh)). Преимуществом является значительно меньшая термоэлектрическая неоднородность, чем у термопар из неблагородных металлов, устойчивость к окислению, вследствие чего высокая стабильность. Преимуществом термопары типа ПР также является практически нулевой выходной сигнал при температурах вплоть до 50°C, таким образом устраняется необходимость термостатирования холодных спаев. Недостатком является высокая стоимость и малая чувствительность (около 10 мкВ/К при 1000°C).. Термопары из неблагородных металлов очень широко используются во всех отраслях промышленности. Они дешёвы и просты в обращении, устойчивы к вибрациям, могут выпускаться во взрывозащищенном исполнении. Преимуществом термопар также является высокая чувствительность. Существенным недостатком является образование термоэлектрической неоднородности в зоне максимального градиента температур, что может привести к ошибке в градуировке более 5°C. 10. Данный прибор может работать с термопарой другой градуировки, но возникнет большая погрешность и необходимо вводить поправки. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||