bestreferat-195274 несколько видов испытаний. Методы и средства измерения температуры
![]()
|
Аннотация Данная расчетная работа выполнена на 35 листах печатного текста формата А4, содержит 13 таблиц, 10 рисунков, 2 графика. В расчетной работе рассмотрены следующие темы: – методы и средства измерения температуры; – методы и средства измерения давления; – методы и средства измерения расхода; – методы и средства измерения влажности и состав вещества. Содержание Введение Задание 1. Методы и средства измерений температуры Задание 2. Методы и средства измерений давления Задание 3. Методы и средства измерений расхода Задание 4. Приборы для измерения состава, влажности и свойств вещества Заключение Библиографический список Введение В различные исторические периоды состояние мер и измерительной техники находилось в прямой зависимости от хозяйственной деятельности, религиозных и других факторов жизни общества. В 1790 году Учредительным собранием Франции был поставлен вопрос о создании и узаконении единой и обязательной для всех контролируемой государственной системы мер. В 1799 году на хранение в архив Французской республики были переданы платиновые эталоны метра и килограмма. Вся совокупность метрических мер, созданных и узаконенных во Франции в конце XVIII века, легла в основу метрической системы мер, некоторые единицы вошли в качестве основных в Международную систему единиц (СИ). Механика была первой из наук, где применялись единицы измерения. В прошлом существовало несколько вариантов систем единиц, но постепенно общепринятой стала система СГС (сантиметр, грамм, секунда). Затем была разработана система МКС (метр, килограмм, секунда). В 1867 году в Париже был организован Международный комитет мер и весов, основная задача которого состояла в тщательном изучении метрических мер, сравнение их с другими мерами, выявлении и разработке возможностей использования их внутри каждой страны и для международных отношений. Электроизмерительные приборы, имеющие более 250-летнюю историю, обязаны своим развитием работам А. Вольта, А. Ампера, М. Фарадея. Им принадлежит первенство в создании приборов прямого преобразования - гальванометров, амперметров, вольтметров и т.д. История создания приборов уравновешивающего преобразования начинается с 1841 года, когда были предложены мостовой метод измерения (мост Уитстона) и компенсационный метод измерения постоянного напряжения (компенсатор Поггендорфа). Кроме того, в XIX веке найдены основные принципы неэлектрических величин в электрические: термоэлектрический эффект (Т. Зеетек, У. Томсон), пьезоэффект, тензоэффект (О. Д. Хвольсон). Дальнейшему развитию электроизмерительных приборов способствовало изобретение электронной лампы: в 1904 году появился диод, а в 1910 году – триод и пентод. Сочетание усилителей и выпрямителей с магнитоэлектрическим измерительным механизмом позволило создать электронные вольтметры, частотомеры, фазометры. Изобретение электронно-лучевой трубки в 1911 году привело к созданию электронно-лучевого осциллографа, который стал универсальным электроизмерительным прибором. Развитие электроники привело к разработке автоматических компенсаторов и мостов. Таким образом, классическая электроизмерительная техника дополнилась приборами с автоматическим уравновешиванием и электронными измерительными приборами. ЗАДАНИЕ 1. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ ТЕМПЕРАТУРЫ 1.1 Термопара, имеющая сопротивление Rвн, подключена к милливольтметру с внутренним сопротивлением Rv, измерения проводятся в диапазоне ДИ. Требуется: Изобразить схему подключения термопары к милливольтметру. Определить диапазон изменения напряжения на выводах милливольтметра при температуре свободных концов термопары, если Т0 = 0 °С. Определить систематическую погрешность, если Т0 = 20 °С. Определить систематическую погрешность, если сопротивление подключаемых проводов будет по 5 Ом. Решение Исходные данные сводим в табл. 1.1. Таблица 1.1 Исходные данные
1.1.1 Схема подключения термопары к милливольтметру Схема подключения термопары к милливольтметру приведена на рис. 1.1. ![]() Рис. 1.1. Схема измерения ТЭДС милливольтметром 1.1.2 Определяем диапазон изменения напряжения на выводах милливольтметра Определяем диапазон изменения напряжения на выводах милливольтметра при температуре свободных концов термопары, если Т0 = 0 °С, по формуле: Uав = Е(T, T0)/(1+Rвн/Rv), (1.1) где Е(T, T0) – ТЭДС термопары, мВ, при температуре Т горячих спаев (измерительных спаев) и Т0 – холодных спаев, °С; Rv – внутреннее сопротивление вольтметра, Ом; Rвн – сопротивление измерительной цепи, в которое входит сопротивление термопары, соединительных проводов, контактов и т.п., Ом. По таблице П12 приложения определяем значения ТЭДС термопары ТХК(L) при 0 °С и при + 160 °С. Е ( 0) = 0,000 мВ. Е (+ 160, 0) = + 11,398 мВ. Полученные значения подставляем в формулу (1.1) Uав(0°С) = 0,000 /(1+14/190) = 0,000 мВ Uав(+160°С) = +11,398 /(1+14/190) = 10,615 мВ. 1.1.3 Определяем диапазон изменения напряжения на выводах милливольтметра и систематическую погрешность, если Т0 = 20 °С По таблице П9 приложения определяем значения ТЭДС термопары ТХК(L) при 0 °С и при + 160 °С , если Т0 = 20 °С Е (0, 20) = 0,000 – 1,290 = – 3,133 мВ. Е (+ 160, 20) = + 11,398 – 1,290 = 10,108 мВ. Полученные значения подставляем в формулу (1.1) Uав(0°С; +20 °С) = – 1,290/(1+14/190) = – 2,947 мВ Uав(+160°С; +20 °С) = + 10,108/(1+14/190) = + 10,108 мВ. Uав = Uав(–30°С; +20 °С) – Uав(–30°С) = – 1,290 – 0,000 = – 1,290 мВ. Таким образом, в показании милливольтметра будет присутствовать аддитивная систематическая погрешность Uав = –1,290 мВ, которую необходимо учитывать при измерениях. В виде приведенной погрешности это значение составит = Uав/XN 100 %, где XN – нормализующее значение изменяемой величины. = 1,290/(+ 10,615 – 0,000) 100 % = 12,1 %, что достаточно велико. 1.1.4 Определяем систематическую погрешность, если сопротивление подключаемых проводов будет по 5 Ом При наличии двух соединительных проводов с сопротивлением по 5 Ом каждый сопротивление измерительной цепи увеличится на 10 Ом и составит Rвн = 14 + 10 = 24 Ом. Полученное значение подставляем в формулу (1.1) Uав(–30°С) = 0,000/(1+24/190) = 0,000 мВ Uав(+180°С) = + 11,398/(1+24/190) = 10,119 мВ. Uав = Uав(0°С) – Uав(0°С) = 0,000 мВ. Uав = Uав(+160°С) – Uав(+160°С) = + 10,119 – 10,615 = – 0,496 мВ. Таким образом, в показании милливольтметра будет присутствовать мультипликативная систематическая погрешность, изменяющаяся в зависимости от показаний прибора следующим образом (табл. 12.4), которую необходимо учитывать при измерениях. В виде приведенной погрешности это значение составит = –0%, = 0,496/(+10,615 - 0) 100 = 4,67%, что достаточно велико. Таблица 1.2 Динамика мультипликативной систематической погрешности от наличия неучтенного сопротивления проводов
![]() 1.2 Измерение температуры с помощью термопары подключенной к потенциометру Рассмотрим методику решения задач на примере. ТЭДС измеряется с помощью потенциометра, в котором используется нормальный элемент с ЭДС Енэ = 1,01183 В, который имеет сопротивление Rнэ. Требуется: Изобразить принципиальную схему потенциометра. Определить значения ТЭДС для заданной термопары, если уравновешивание произошло при сопротивлениях Rр1 и Rр2. Определить погрешность потенциометра при падении ЭДС нормального элемента на величину Енэ Решение Исходные данные сводим в табл. 1.2. Таблица 1.2 Исходные данные
1.2.1 Схема подключения термопары к потенциометру Схема подключения термопары к потенциометру приведена на рис. 1.2. ![]() Рис. 1.2. Схема измерения ТЭДС потенциометром 1.2.2 Определяем значения ТЭДС для заданной термопары Значения ТЭДС, если уравновешивание произошло при сопротивлениях Rр1 и Rр2, определяем по формуле: Е(T, T0) = IRbd = EнэRbd/Rнэ, (1.2) где I = Eнэ/Rнэ – ток в измерительной цепи ас, А; Eнэ – ЭДС нормального (образцового) элемента питания, В; Rнэ – сопротивление нормального элемента питания, Ом; Rbd – часть сопротивления Rр, при котором произошло уравновешивание, Ом. Е(T, T0)1 = 1,01183 0,42/190 = 0,0022367 В = 2,237 мВ. Е(T, T0)2 = 1,01183 0,21/190 = 0,0011183 В = 1,118 мВ. Для термопары ТХK(L) по таблице П8 приложения определяем значения температуры Е(+ 283) = 2,236 мВ. Е(+ 160) = 1,118 мВ. 1.2.3 Определяем погрешность потенциометра при падении ЭДС нормального элемента Определяем ТЭДС при падении ЭДС нормального элемента на величину Енэ = 1,33 мВ по формуле (1.2) Е(T, T0)1 = (1,01183 – 0,00133) 0,42/190 = 0,00223 В = 2,238 мВ. Е(T, T0)2 = (1,01183 – 0,00133) 0,21/190 = 0,0011624 В = 1,162 мВ. Определяем погрешность измерения ТЭДС Е(T, T0)1= Е(T, T0)1 – Е(T, T0)1 = 2,238 – 2,237 = 0,001 мВ. Е(T, T0)2= Е(T, T0)2 – Е(T, T0)2 = 1,162 – 1,118 = 0,044 мВ. Погрешность является систематической мультипликативной, в относительном виде она равна: δ1 = Е(T, T0)1/Е(T, T0)1100 % = 0,001/2,237100 % = 0,04 %. δ2 = Е(T, T0)2/Е(T, T0)1100 % = 0,044/1,118 100 % = 3,94%. 1.3 Измерение температуры с помощью термосопротивления, включенного в уравновешенный мост При измерении термосопротивления с помощью уравновешенного моста известны сопротивления плеч R1 и R2, тип термосопротивления и диапазон измерения. Требуется: Изобразить принципиальную схему уравновешенного моста. Определить полное сопротивление переменного резистора R3 и цену деления шкалы (°С/Ом). Оценить погрешность измерения температуры в верхнем пределе измерений для заданного класса допуска ТС. Определить погрешность прибора, если резисторы R1 и R2 имеют допуски ± 0,5 %. Определить погрешность измерения при наличии сопротивления проводов 0,5 Ом. Решение Исходные данные сводим в табл. 1.4. Таблица 1.4 Исходные данные
1.3.1 Схема подключения термосопротивления к уравновешенному мосту Схема подключения термосопротивления к уравновешенному мосту приведена на рис. 1.3. ![]() Рис. 1.3. Схема измерения термосопротивления с помощью уравновешенного моста 1.3.2 Определение полного сопротивления переменного резистора R3 и цену деления шкалы (°С/Ом) Полное сопротивление переменного резистора R3 определяем по закону Кирхгофа: R1R3=R2R4, (1.3) откуда R3=R2R4/ R1, (1.4) При 0 °С получим R3-0°С =6000·50/ 1300=230,8 Ом. Значения сопротивления от температуры определяем по формулам: платиновые в диапазоне от 0 до 600 °С ![]() в диапазоне от – 200 до 0 °С ![]() где αT = 3,9692 10-3 1/°К, αВ = 5,8290 10-7 1/°К2 и αС = 4,3303 10-12 1/°К3 – температурные коэффициенты сопротивления. Медные в диапазоне от – 50 до + 150 °С ![]() в диапазоне от – 100 до – 10 °С ![]() где αT = 4,28 10-3 1/°К и αВ = 5,4136 10-7 1/°К2. При -50°С получим RТ-50=50·(1+3,9692·10-3(-50)+5,8290·10-7·(-50)2+4,3303·10-12(-50-100)·(-50)3) =78,46 Ом. R3-50°С=6000·78,46 /1300=362,215 Ом При +150°С получим RТ+150=50·(1+3,9692·10-3(+150)+5,8290·10-7·(+150)2) =164,20 Ом. R3+100°С=6000·164,20/1300=757,846 Ом Диапазон изменения сопротивлений переменного резистора R3=362,215…757,846 Ом при изменении температуры от -50 до +150 °С. Цена деления шкалы составит ЦД=(150-(-50))/( 757,846-362,215)=0,5 °С/Ом. 1.3.3 Определяем погрешность измерения температуры в верхнем пределе измерений, для заданного класса допуска ТС В нашем случае используется ТСМ 50 класса допуска В. Допускаемые отклонения сопротивлений от номинального значения ТСП при 0 °С для класса В:±0,05%. RТ150,2=164,415 Ом, RТ149,2=163,985 Ом. Размах показаний прибора в верхнем пределе диапазона измерений (+200 оС) составит RТ150,2- RТ149,2=164,415-163,985=0,43 Ом. Таким образом, абсолютная погрешность измерения температуры составит ΔТ=±0,4 оС Погрешность будет иметь как аддитивный, так и мультипликативный характер. 1.3.4 Определяем погрешность прибора, если резисторы R1 и R2 имеют допуски ± 0,5 % Из анализа формулы (1.3) видно, что R4 = R1R3 /R2. (1.9) Поэтому, при Т = 0 °С: R4max = R1maxR3/R2min, R4min = R1minR3/R2max, R4max = 6000(1,005) 230,8/(13000,995) = 10,7593 = 10,76 Ом, R4min = 6000(0,995) 230,8/(13001,005) = 10,5463 = 10,54 Ом. По формуле приведения Т = Т1 + (Т2 – Т1)(R – R1)/(R2 – R1), (1.10) где R2 и R1 – наибольшее и наименьшее значения интервала сопротивлений, в который входит известное значение R; Т1 и Т2 – наименьшее и наибольшее значения интервала температуры в который входит искомое значение Т. В градуировочной таблице рассчитанные по формуле (1.9) от +2 +3 °С и от -2– 3 °С), поэтому Т = 2 + (3 – 2)(50,50 – 50,39)/(50,585 – 50,39) = +2,564 °С. Т = -2 + (–3 –(-2))(49,50 – 49,661)/(49,4165 – 49,661) = – 2,571 °С. Таким образом, погрешность измерений составит Т = ± 2,5 °С. 1.3.5 Определяем погрешность измерения при наличии сопротивления проводов 0,5 Ом Соединительные провода (2 шт.) подключены к термосопротивлению, поэтому при Т = 0 °С истинное сопротивление будет равно R4 = R1R3 /R2 – 2RП = 50 – 0,5 – 0,5 = 49 Ом. Поэтому систематическая аддитивная погрешность составит Т = -5 + (-6-(-5))(49,00 – 49,0225)/(47,328 – 49,0225) = – 5,013 °С. 1.4 Измерение температуры с помощью термосопротивления, включенного в неуравновешенный мост неуравновешенный мост включено термосопротивление, шкала миллиамперметра имеет заданный диапазон измерений, напряжение питания моста Uab, известны также сопротивления плеч моста R2 и R3. Требуется: Изобразить принципиальную схему неуравновешенного моста. Определить сопротивление R1, если Т0 = 0 °С. Построить график I = f(T), в пределах диапазона измерений и определить цену деления шкалы (мА/°С). Определить погрешность измерения, связанную с нелинейностью функции преобразования. Определить погрешность измерений при наличии допуска на номинальное сопротивление терморезистора 0,1 Ом. Определить погрешность измерений при падении напряжения на 0,2 В. Решение Исходные данные сводим в табл. 1.5. Таблица 1.5 Исходные данные
1.4.1 Схема подключения термосопротивления к неуравновешенному мосту Схема подключения термосопротивления к неуравновешенному мосту приведена на рис. 1.4. 1.4.2 Определяем сопротивление R1 при условии Т0 = 0 °С Сопротивление резистора R1 определяем по закону Кирхгофа (1.5) R1 = R2R4 /R3, (1.9) R1 = 280100/35 = 800 Ом. 1.4.3 Строим график I = f(T) в пределах диапазона измерений и определяем цену деления шкалы (мА/°С) |