мет. Метрология, стандартизация и сертификация

• Название: Метрология, стандартизация и сертификация
• Дата: 18.10.2019
• Размер: 263 Kb.
• Имя файла: мет.docx
• Тип: Методические указания; #90774
• страница: 10 из 11

а б

Рис. 9.2

По размеру Lp изображения периода Т_х определить его значение (в секундах):

T_x = kfL_T. (9.1)

Относительная погрешность (в процентах) измерения периода:

⁵т = 8*_р + 6_нр + 5_M, (9.2)

где 8^ - относительная погрешность коэффициента развёртки; 8„p - относи­тельная погрешность нелинейности развёртки, б_вд - визуальная погрешность измерения длительности (см. лаб. раб. 4).

Частоту определяют из отношения: f_x = \/Т_х. Относительная погрешность измерения частоты 8у= Ьр.

-50-

Для измерения фазового сдвига требуется соединить кабелями ос­циллограф ЭЛО, генератор ГС и фа­зосдвигающее устройство ФУ пульта согласно рис. 9.3; «земляные» вилки Рис. 9.3

кабелей следует вставлять в гнёзда общей шины пульта.

Управлением синхронизацией по одному из каналов добиться устойчивого изображения входного V\ и выходного Vi напряжений на экране (см. рис. 9.2, а). {Предварительно требуется совместить изображения обоих лучей в одну линию при положениях переключателей AC-GND-DC в позиции GND.)

Измерить фазовый сдвиг с помощью двухканального осциллографа можно двумя способами. Простое применение любого из них возможно при пре­небрежении влиянием входных цепей осциллографа на исследуемую цепь. Для предлагаемых объектов (кроме третьего) до частоты 10 кГц это допустимо.

Первый способ основан на сравнении изображений самих сигналов.

Фазовый сдвиг (в градусах) определяется отношением:

ф = 360т /Т, (9.3)

где 1 = кр Ц- значение временного запаздывания напряжения Vi по отношению к V\\ Т-kj, Lt значение периода; кр - установленный коэффициент развёртки; Г_т, Lj - размеры изображения временного запаздывания и периода, в делениях. Относительная погрешность результата измерений фазового сдвига йф = fi_t + 87;

где 8_Т, &f - относительные погрешности измерения х и Т, вычисляемые по

/

формуле (9.2); предельное значение абсолютной погрешности Д<р = ф 6_ф /100.

Результат измерения записывают в виде <р,= <р ± А(р.

Второй способ измерения фазового сдвига основан на применении фи­гуры Лиссажу. В этом случае надо установить переключатель коэффициента развёртки TIME/DIV в положение X-Y. Выбором значений коэффициентов отклонений и регулировкой уровня выходного сигнала генератора получить изображение сходное с рис. 9.2, б.

Фазовый сдвиг определяется выражением

ф = arcsin (В/А), (9.4)

где А - максимальный размер эллипса по оси ординат, В - расстояние между пе­ресечениями эллипса с осью ординат, в дел. (Если эллипс на экране подобен зер­кальному отражению эллипса, изображённого на рис. 9.2, б, то к расчётному зна­



-51 -

чению фазового сдвига надо прибавить угол 90°, предварительно убедившись, что режим инверсии сигнала по каналу СН2 не включён, кнопка INV отжата.)

Погрешность определения фазового сдвига определяется погрешностя­ми считывания размеров отрезков А и В. Примем абсолютную погрешность определения этих размеров равной толщине Ь луча, ДА = АВ = Ь.

Диапазон, в котором находится истинное значение ф, ограничен нижней <р„ и верхней ф_в границами:

а - в-ДВ а - В+АВ _/Л_.

<Р_Н=Ф-^ДФ1 = arcsm-——, Ф_в = Ф + Дф₂ = arcsin-——, (9.5)

А + ДА А-ДА

где Дф[, Дф2 - погрешности определения фазового сдвига, в общем слу­чае неравные из-за нелинейности функции arcsin (х). Из (9.5) следует:

Дф1 = ф - ф_н, Дф2 = ф_в-ф- Тогда результат измерений записывают в виде:

0*=<Р-д£-

При малых погрешностях можно считать Дф1 = Дф2 = шах [Афь Дфг]; В + ДВ ,

при отношении > 1 допустимо принять Дфг = Дф].

А —ДА

Следует обратить внимание, что фигуры Лиссажу чувствительны к форме сигнала: если эллипс или прямая линия (вариант эллипса) плохо узнаваемы, то это говорит о сильном отличии формы сигнала генератора от синусоидальной.

Лабораторная работа 10.

ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ С ПОМОЩЬЮ ТЕРМОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Цель работы - изучение характеристик термочувствительных приборов (терморезисторов и термисторов), схем их включения и вторичных приборов отображения результатов измерений температуры.

Задание

1. Ознакомиться с устройством лабораторной установки, записать техниче­ские данные измерительных приборов и термопреобразователей.

2. Измерить изменение температуры в термоблоке в диапазоне 0...50 °С с шагом 5 °С по показаниям логометра, в цепь которого включен медный терморезистор Т1(Я/1).

3. Построить реальные основные статические (градуировочные) характери­стики (ГР) R =/(/) преобразователей: алмазного Т2 (й/2) и полупроводни­ковых ТЗ (Д/3) и Т5 (Д/5). Определить абсолютные погрешности измере­ния температуры полупроводниковыми термисторами.

4. Определить абсолютные погрешности измерения температуры комплек­том «медный терморезистор Т1 (Д/1) и логометр» в сравнении с номи­нальной характеристикой Т5 (Д/5).

5. По значениям ГР преобразования терморезисторов определить их чувст­вительность для ряда точек диапазона измерения температуры. Сделать выводы по результатам определения чувствительности.

Описание и порядок выполнения работы

Наиболее распространёнными и освоенными промышленностью в области низких и средних температур являются контактные параметрические методы измерения, использующие терморезисторы и термопары. В этих при­борах выходной величиной, определяющей измеряемую температуру среды, являются: электрический ток, сопротивление йот ЭДС.

Принцип действия параметрических термометров основан на зависимости электрического сопротивления проводника от температуры окружающей среды. В диапазоне положительных температур Т такая зависимость имеет вид

Д_Г = Л₀(1+^Г+ВГ²). (10.1)

Изготавливают терморезисторы из платины и её сплавов или из меди: платиновые терморезисторы применяют для измерения температур до 1 ООО °С, медные - до 200 °С, причём для меди зависимость (10.1) ограничивается двумя членами.

Кроме металлов и сплавов используются и полупроводниковые материалы. Приборы из полупроводников, именуемые термисторами, отличаются большой чувствительностью (на порядок выше, чем у металлов), но одновременно обла­дают плохой воспроизводимостью и нелинейной характеристикой

R_T = До ехр [а(Г- Го)].

Эта характеристика может быть разбита на несколько участков, для каждого из которых устанавливается свой температурный коэффициент а,. I раницы участков являются точками перегиба характеристики и задаются в виде градуировочных точек (начального Rq и конечного Л* значений сопротивления прибора).

-53-

Чувствительность преобразователя определяется следующим образом: 5’ = АЛ/ДГ (Ом/ °С), где ДТ и ДЛ - изменение температуры и соответствующее ему изменение со­противления терморезистора. В данной работе при экспериментальном опре­делении чувствительности можно принять Д7’= 5 °С.

При линейной ГР во всем диапазоне температур чувствительность S постоянна, при нелинейной - является переменной величиной. Чем больше вели­чина S, тем меньшие изменения температуры можно обнаружить при измерении.

Термисторы имеют выраженно нелинейную ГР, но их чувствительность гораздо выше, чем у медных или платиновых терморезисторов.

Для измерения температуры такими преобразователями используются любые электрические цепи, предназначенные для измерения сопротивлений. Наибольшее распространение получили автоматические уравновешивающие мосты и неравновесные мосты с логометрами.

В данной лабораторной работе исследуются характеристики двух тер­морезисторов: медного Т1 (Д/1) и алмазного Т2 (Д/2), а также двух полупро­водниковых термисторов ТЗ (Д/3) и Т5 (Д/5).

Медный терморезистор Т1 (Д/1) включён по трёхпроводной схеме в не­равновесный мост с логометром. Такая схема включения позволяет практи­чески исключить из результата измерения погрешность, обусловленную из­менением сопротивления подводящих проводов под влиянием внешней среды.

Оборудование, используемое при выполнении работы. Схема лабо­раторного стенда приведена на рис. 10.1:

• Лабораторный стенд в составе:

PV2 - неравновесный мост с логометром типа Щ69000;

PV1 - вольтметр М265;

ИВ1 - лабораторная установка, состоящая из встроенного в стенд термо­блока с контрольным и исследуемыми термометрами и автономного пульта управления нахревом;

PV.3 - универсальный цифровой прибор В7-16;

•SBl - переключатель каналов измерения.

• Исследуемые термометры:

Т1 (Д/1) - терморезистор медный ТМ293-01;

Т2 (Д/2) - терморезистор алмазный ТРА-1;

ТЗ (Д/3) - термистор полупроводниковый ТЭ255;

Т5 (Д/5) - термометр полупроводниковый ТЭ233;

-54-



Пульт ИВ 1 (управление нагревом)

Термоблок ИВ 1 Л/2

Рис. 10.1

• ГР термистора ТЭ 233 (Л/5):

о температурный коэффициент сопротивления а,-:

при/= 10...20°С а = 3,920 -1(Г² 1/ °С,

при f = 20...30 °С а = 3,824 -10² 1/ °С,

при / = 30...40 °С а = 3,229 -10^-2 1/ °С;

о градуировочные точки:

температура /ф, °С сопротивление Лф, Ом ,

10,01 758,0,

20,11 510,0,

29,89 351,0,

40,03 253,0,

49,60 195,0.

ГР термистора ТЭ255 (Л/3):

температурный коэффициент сопротивления а - 0,00148 1/ °С; сопротивление при О °С Лц = 614,47 Ом.

ГР терморезистора ТРА-1 (Л/2) неизвестна и подлежит исследовании ГР терморезистора ТМ293(Л/1):

температурный коэффициент сопротивления А = 0,004112 1/°С; сопротивление при 0 °С Ло = 49,99 Ом.

-55-

Методика выполяения эксперимента. Включить питание стенда от сети 220 В и установить питание логометра равным 4 В. Установить переключатель управления термоблоком в положение «Ручн», а переключатель «Режимы» в положение «Охлаждение» и контролировать изменение температуры в термо­изолированной камере по показаниям логометра При достижении температуры / < 0 “С установить переключатель «Режимы» в положение «Откл» и записать показания логометра и прибора В7-16 (в режиме измерения сопротивлений), поочерёдно подключая к нему терморезисторы Т2 (Л/2), ТЗ (Л/3) и TS (Л/5) с помощью 3-клавишного переключателя на сгенде.

Установить переключатель «Режимы» в положение «Нагрев» и, контро­лируя изменение температуры в термоизолированной камере по показаниям логометра, производить регистрацию показаний прибора В7-16 в точках: 0; +5; +10; +15; +20; +25; +30; +35; +40; +45; +50 °С.

Результаты измерений свести в таблицу.

Контрол, точки, °С	Т1(Я/1)	T2(R/2)	ТЗ(ЙЗ)			Т5(Я/5)
	'им. °С	Люм> Ом	Лизм> Ом	/расч» “С	А, Ом	Лизм» Ом	/рвсч> “С	д, -с
0 50 0

Повторить измерения при охлаждении термоблока — переключатель «Режим» перевести в положение «Охлаждение».

При вычислении абсолютных погрешностей измерения температуры тер­мометрами ТЗ и Т5 использовать в качестве действительных значений темпера­туры показания логометра, а расчётные значения получать с помощью функции связи «температура - сопротивление»: / = /о + 1п(Л_к-,_м / Ло) / а, где /о и Ло соот­ветствуют нижним точкам перегиба температурной характеристики (градуиро­вочным точкам температурной характеристики). По окончании измерений пере­вести переключатель «Режим» в положение «Откл».

Лабораторная работа 11.

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ В ЗАМКНУТОЙ ПНЕВМОСИСТЕМЕ

Цель работы - изучение приборов для измерения избыточного давления в замкнутой пневмосистеме.

-56-

Задание

1. Ознакомиться с устройством лабораторной установки и цифрового вольтметра. Записать технические данные приборов.

2. Измерить с помощью вольтметра выходные сигналы образцового и рабо­чего датчиков давления, соответствующие избыточному давлению в замкнутой пневмосистеме в диапазоне 0,05.. .0,25 МПа.

3. Вычислить чувствительность датчиков (В/МПа) и построить нагрузочные характеристики.

4. Определить погрешности измерений давления испытуемым датчиком.

5. Оценить гистерезис характеристик датчиков давления.

Описание и порядок выполнения работы

В работе исследуются характеристики деформационных манометров, ос­нову которых составляют первичный преобразователь давления в перемещение (мембрана) и преобразователь перемещения в электрический сигаап.

Основу конструкции испытуемых датчиков давления составляет кремниевая пластина, на которой формируются диффузией два полупроводниковых тензоре- зистора. Под одним из тензорезисторов травится выемка до образования чувст­вительной мембраны. Оба тензорезистора соединены последовательно: один воспринимает деформации мембраны, второй служит для термокомненсации. Кремниевая пластина разделяет внутреннюю полость датчика на две части.

Контролируемое давление подаётся к датчику с верхней стороны мем­браны, а нижняя часть полости датчика соединена с окружающей средой и находится под барометрическим (атмосферным) давлением. Под действием разности давлений мембрана изгибается и на тснзорезистор действует деформи­рующее (сжимающее или растягивающее) усилие, вызывая изменение сопро­тивления резистора пропорционально разностному (избыточному) давлению.

На цепочку тензорезисторов подается постоянное напряжение от стаби­лизированного источника, а падение напряжения на измерительном тензоре- зисторе фиксируется вольтметром.

Оборудование, используемое при выполнении работы. Схема уста­новки ИВ2 представлена на рис. 11.1:

• Лабораторный стенд в составе: установка лабораторная ИВ2,

универсальный цифровой прибор GDM-8135 (мультиметр).

-57-