Руководство к лабораторным работам по автоматике и автоматизации производственных процессов Часть 1 Ухта 2006
 Скачать 0.78 Mb.
|
|
1. Теоретическая часть. Мост сопротивления представляет собой прибор, состоящий из набора сопротивлений, подобранных и включенных определенным образом. Мост называется уравновешенным, если одно из сопротивлений определяется по величине сопротивлений других плеч при отсутствии тока в диагонали моста. Принципиальная схема уравновешенного моста показана на рисунке 1.1 Плечи моста образованы четырьмя резисторами R1, R2,R3,R4. В питающую диагональ моста а Ь включен источник тока Б, в измерительную диагональ с - d гальванометр Г. Если между сопротивлениями (плечами) моста устанавливается соотношение З (1.1), то напряжение с между точками си (вершинами моста) равно нулю и через гальванометр Г ток протекать не будет. Следовательно, для равновесия моста необходимо, чтобы произведения сопротивлений противоположных плеч были равны З условие равновесия моста. (1.2) 46 Рисунок 1.1 Принципиальная схема уравновешенного моста Если же сопротивление, например R4, изменилось, тогда можно уравновесить мост изменением других сопротивлений (R1, R2, R3, R4). Уравновешивание моста, изображенного на рис. 1 достигается при помощи переменного сопротивления R2. Искомая величина сопротивления находится из соотношения З (1.3) при равновесии моста, когда ток через Г не проходит и его стрелка стоит на нуле. Однако, значительное влияние на результаты измерения по такой схеме может оказывать сопротивление переходного контакта переменного резистора. В связи с этим более рациональной является схема, в которой подвижный контакт входит в измерительную диагональ. Схема такого моста изображена на рисунке 1.2. Б Рисунок 1.2 Принципиальная схема уравновешенного моста с переменным соотношением плеч В этом случаев момент равновесия ток в измерительной диагонали равен нулю и поэтому сопротивление переходного контакта не влияет на результаты измерения. Для уравновешивания моста изменяется сопротивление сразу до плеч или соотношение сопротивлений плеч. Искомая величина сопротивление R4 находится из соотношения R4=R3*(R2+r2/R1+r1) (1.4) 47 Если вместо одного из сопротивлений, например R4, включить термометр сопротивления, то таким мостом можно измерять температуру. При этом каждому значению сопротивления термометра в равновесном состоянии должно соответствовать определенное положение движка на реостате R2. При измерении температуры термометрами сопротивления возникает необходимость измерения сопротивления термометра, который подсоединяется к мосту общительными проводами. Поэтому сопротивление, подключенное к измерительному прибору, больше, чем сопротивление термометра на величину сопротивления соединительных проводов. Сопротивление соединительных проводов должно с помощью подгоночного сопротивления быть подогнано до значения, при котором проводилась градуировка прибора. Градуировочное значение сопротивления соединительных проводов указывается на шкале прибора либо в его паспорте. Различают двух и трехпроводные схемы подсоединения термометров сопротивления к измерительному прибору. При двухпроводной схеме включения термометр сопротивления и сопротивление соединительных проводов последовательно включены в измерительное плечо моста (рисунок 1.3). Б Рисунок 1.3 Двухпроводная схема подключения термометра сопротивления к измерительному мосту Уравнение равновесия моста имеет вид R t +2*R n =R2 * R3/R1. 48 Однако, в процессе измерения сопротивление соединительных проводов как правило, медных) непостоянно и меняется с изменением температуры окружающей среды. Для того, чтобы исключить температурную погрешность, применяют трехпроводную схему подключения термом сопротивления к мосту рисунок 1.4). Рисунок 1.4 Трёхпроводная схема подключения термометра сопротивления к измерительному мосту В этом случае одна из вершин моста переносится непосредственно к головке термометра. При этом сопротивление одного провода R n входит вместе с сопротивлением R t водно плечо моста, а сопротивление второго провода R n вместе с переменным сопротивлением R2 в другое плеч моста. Уравнение равновесия моста имеет вид R t + R n =( R2 + R n ) * R3 / R1 Если мост симметричный, те. З, то R t + R n =R2 + Таким образом, изменение сопротивлений соединительных проводов не скажется на результатах измерения, т.к. сопротивление проводов изменяется на одну и туже величину. Автоматические уравновешенные мосты широко применяются для измерения и записи температуры в комплекте с термометрами сопротивления. Кроме того, они находят применение для измерения других величин, изменение 49 значений которых может быть преобразовано в изменение активного сопротивления. Уравновешенные мосты, предназначенные для работы в комплекте с термометрами сопротивления выпускаются с градуировкой шкалы в С. При этом необходимо иметь ввиду, что их температурная шкала действительна только для термометра сопротивления определенной градуировки и заданного значения сопротивления внешней соединительной линии (эти данные указаны на шкале прибора. Упрощенная измерительная схема автоматического электронного моста представлена на рисунок 1.5. Рисунок 1. 5 Упрощённая измерительная схема автоматического электронного моста На схеме величины R1, R2, З, R4 постоянные сопротивления плеч моста, р сопротивление реохорда. ш шунт для регулирования сопротивления до его расчетного значения. R t термометр сопротивления, R п сопротивление соединительных проводов, ЭУ электронный усилитель, Т выходные трансформаторы, РД реверсивный двигатель. При равновесном состоянии схемы напряжения на вершинах сии, следовательно, на входе электронного усилителя равно нулю, и реверсивный двигатель вращаться не будет. В случае же повышения температуры термометра R t сопротивление его будет увеличиваться. В результате чего на 50 вершинах сие моста появится напряжение разбаланса, подаваемое на электронный усилитель, а затем после усиления - на реверсивный двигатель, механически связанный с движком реохорда, а также с показывающей стрелкой. В результате перемещения движка реохорда равновесное состояние моста восстанавливается. Сопротивление р рассчитывается и изготавливается таким образом, что при изменении измеряемой температуры от минимального до максимального значения для уравновешивания моста движок реохорда должен переместиться от одного крайнего положения до другого. Значение измеряемой температуры оценивается положением стрелки на шкале прибора в момент равновесия измерительной схемы. Измерительная схема моста питается переменным током напряжением В, подаваемым к вершинам аи. Подключение термометра сопротивления к уравновешенно мусту произведено по трехпроводной схеме, которая используется для уменьши влияния сопротивления соединительных проводов на результат измерения таком соединении, как показано на схеме (рисунок 1.5), точка разветвления тока находится в головке термометра. Сопротивления отдельных соединитель проводов оказываются включенными в смежные плечи мостовой схемы входящие в разные стороны равенства R1*R4=R3*R2. Поэтому изменение сопротивления этих проводов будет меньше влиять на показания, чем двухпроводной схеме. Уравнивание сопротивлений соединительных проводов достигается с помощью катушек н (на схеме не показаны. 2. Порядок выполнение работы 2.1. Поверка автоматического электронного моста с помощью магазина сопротивлений. 2.1.1. Подключаем магазин сопротивлений к клеммам моста 1 и 2. 2.1.2. Клеммы 1 и 3 соединяем между собой. 2.1.3 Тумблером Т включаем питание стенда. 2.1.4 Определить тип термометра сопротивления, при котором проградуиравана шкала поверяемого прибора. 51 2.1.5. Используя имеющуюся в приложение градуировочную таблицу определить значение сопротивления, соответствующего начальной отметке шкалы прибора. 2.1.6. Ориентируясь на это значение, установить стрелку поверяемого прибора с помощью магазина на начальную отметку шкалы. 2.1.7. Повторить операции п.п.2.1.5, 2.1.6. для всех оцифрованных отметок шкалы при прямом и обратном ходе. Результаты занести в таблицу 2.7.1 2.1.8. Вычислить вариацию показаний и занести результаты в таблицу 2.1.9. Вычислить величину относительной приведённой погрешности поверяемого прибора по формуле γ on =(R –R 0 / R MAX -R MIN )•100%, где о табличное значение сопротивления, соответствующее поверяемой отметке шкалы, Ом. R значение сопротивления, соответствующее поверяемой отметке шкалы, Ом. Таблица 2.7.1 Результаты показаний Оцифрованные отметки шкалы, Со, Ом R, Ом Абсолютная погрешность, Ом Вариация показаний γ on , % Прямой ход Обрат. ход Прямой ход Обрат. ход 1 2 3 4 5 6 7 8 R MAX , R MIN табличные значения сопротивлений, соответствующих начальной и конечной отметкам шкалы, Ом. 2.2 Исследование различных способов подключения термометров сопротивления к измерительному мосту. 52 В данном опыте вместо термометра сопротивления используется, магазин сопротивлений, имитирующий термометр сопротивления, находящейся в тепловой среде. Сопротивления соединительных проводов имитируют сопротивления, установленные за стендом между клеммами 2 5 и 1 - 5. Клеммы 1.2.3 соответствуют точкам 1.2.3 схемы моста (рисунок 1.5). 2.2.1. Собрать двухпроводную схему подключения с учётом сопротивления соединительных проводов, для чего подключить Магазин сопротивлений к клеммами, а клеммы 3 и 1 соединить между собой. 2.2.2. Включить питание стенда тумблером Т. 2.2.3. Установить стрелку поверяемого прибора с помощью магазин сопротивлений на начальную отметку шкалы. 2.2.4. Повторить пункт 2.2.3 для всех оцифрованных отметок шкалы. Результаты занести в таблицу 2.7.2 Таблица 2.7.2 Результаты показаний Оцифрованные отметки шкалы, С Табличное значение сопрот.R о , Ом Значение сопротивления на магазине. R, Ом Абсолютная погрешность, Ом Двухпров. схема Трёхпров. схема Двухпров. схема Трёхпро. схема 1 2 3 4 5 6 2.2.5. Собрать трёхпроводную схему подключения, для чего клеммы 3 и 4 соединить между собой, а магазин сопротивлений подключить к клеммами. Повторить пункты 2.2.2 2.2.4. 2.2.7. Вычислить значения абсолютной погрешности для исследуемых схем и занести результаты в таблицу 2.7.2. 2.2.8. Построить графики зависимости погрешности от поверяемых отметок шкалы. 53 2.2.9. Сделать выводы о предподчительности использования той или иной схемы подключения. 3. Содержание отчета. 3.1. Цель работы. 3.2. Принципиальная схема автоматического электронного моста. 3.3. Таблица 1. 3.4. Вывод о пригодности прибора к дальнейшей эксплуатации. 3.5. Принципиальная схема исследуемых способов подключения термометра к измерительному мосту. 3.6. Таблица 2.7.2. 3.7. Графики зависимости погрешностей от отметок шкалы. 3.8. Выводы. 4. Контрольные вопросы 4.1. Принципы действия уравновешенного моста 4.2. Что является чувствительным элементом уравновешенного моста измерении температуры 4.3. Какая схема соединения моста с термометром сопротивления являете предпочтительной и почему 4.4. Какой элемент лабораторной установки заменяет термометр сопротивления при проведении работы 4.5. В чём состоит поверка моста 4.6. Условие равновесия моста. 54 Литература. 1. Иванова ГМ, Кузнецов Н. Д, Чистяков В. С. Теплотехнические измерения и приборы. М Энергоатомиздат. 1984. 2. Исакович Р. Я. Технологические измерения и приборы. М Недра, 1979. 3. Исакович Р. Я, Кучин Б. Л, Попадько В. Е. Контроль и автоматизация добычи нефти и газа. М Недра. 1976. 4. Дианов В. Г. Автоматизация процессов в нефтеперерабатывающей нефтехимической промышленности. М Химия. 1968. 55 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Бесекерский В.А. Теория систем автоматического регулирования / В.А. Бесекерский, Е.П. Попов. – М Наука, 1972. – 765 с. 2. Болтон У. Карманный справочник инженера-метролога / У. Болтон. – М Издательский дом «Додэка-XXI», 2002. – 383 с. 3. Бородин И.Ф. Автоматизация технических процессов / И.Ф. Бородин, А.А. Рысс. – М КолосС, 2003. – 245 c. 4. Бохан НИ. Средства автоматики и телемеханики / НИ. Бохан, И.Ф. Бородин, Ю.Ф. Дробышев. – М Аропромиздат, 1992. -264 c. 5. Димов Ю.В. Метрология, стандартизация и сертификация / Ю.В. Димов. – СПб: Питер, 2006. 6. Бородин И.Ф. Автоматизация технологических процессов и систем автоматического управления / И.Ф. Бородин, С.А. Андреев. – М КолосС, 2005. – 352 с. 7. Борисов ОМ. Электротехника / ОМ. Борисов, ДН. Липатов, ОН. Зорин. – М Энергоатомиздат, 1985. 8. Ганенко А.П. Оформление текстовых и графических материалов / А.П. Ганенко, МИ. Лапсарь. – М Академия, 2005. 9. Исаакович РФ. Автоматизация производственных процессов нефтяной и газовой промышленности / РФ. Исаакович. – М Недра, 1983. – 424 с. 10. Келим Ю.М. Типовые элементы систем автоматического управления / Ю.М. Келим. – М Форум-Инфра-М, 2002. – 284 с. 11. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества веществ / П.П. Кремлевский. – СПб: Политехника, 2002. – 315 с. 12. Кисаримов Р.А. Практическая автоматика. Справочник / Р.А. Кисаримов. – М РадиоСофт, 2004. – 192 с. 13. Попадько В.Е. Автоматизация производственных процессов нефтяной и газовой промышленности / В.Е. Попадько. – М Недра, 1983. 56 14. Паначевский Б.И. Курс электротехники / Б.И. Паначевский. – Ростов- на-Дону: Феникс, 2002. – 285 с. 15. Тартаковский Д.Ф. Метрология, стандартизация и технические средства измерений / Д.Ф. Тартаковский, АС. Ястребов. – М Высшая школа, 2002. – 205 с. 16. Шишмарев Е.А. Расходомеры и счетчики газа, узлы учета / Е.А. Шишмарев. – СПб: Политехника, 2003. – 125 с. 17. Каталог промышленный. Датчики давления. – М Митран, 2005. – 311 с. 18. Каталог номенклатурный. Средства автоматики, в х книгах. – Воронеж, 2005. 19. Каталог промышленный. Промышленные системы. Устройства уровнеметрии и средства автоматизации. – М ЗАО Альбатрос, 2004. – 380 с. 57 Приложение А Образец титульного листа ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ УХТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ И АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ Отчет по лабораторной работе №1 Исследование статических и динамических характеристик термометров сопротивления по курсу Основы автоматизации производственных процессов» Выполнил ст.гр. РЭНГМ-2-01 Иванов И.И. Проверил Тетенькин Е.Н. Ухта 58 Приложение Б справочное) Градуировочные таблицы термометров сопротивления Таблица Б Градуировочная таблица платинового термометра сопротивления типа ТСП градуировки 21 Температура термометра, С Сопротивление термопреобразователя, Ом 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 100 200 300 46,00 63,99 81,43 98,34 47,82 65,76 83,15 100,01 49,64 67,52 84,86 101,66 51,45 69,28 85,56 103,31 53,26 71,03 88,26 104,9 55,06 72,78 89,96 106,6 56,86 74,52 91,64 108,23 58,65 76,26 93,33 109,86 60,43 77,99 95,00 111,48 62,21 79,71 96,68 113,1 Таблица Б Градуировочная таблица платинового термометра сопротивления типа ТСП градуировки 100 П Темп- ра тер- тра, С Сопротивление термопреобразователя, Ом 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 100 200 100,0 142,8 185,583 104,281 147,079 108,563 151,357 112,844 155,635 117,124 159,913 121,404 164,192 125,684 168,470 129,963 172,748 134,242 177,026 138,522 181,305 90: 0 = 135,256; 100 = 173,294; 200 = 210,158; 300 = 245,853 59 Приложение Б продолжение) Таблица Б Градуировочная таблица медного термометра сопротивления типа ТСМ градуировки 23 Таблица Б Таблица Б Градуировочная таблица Температура (С) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 Е пп (к) Платина- радий-платина 0 57 115 176 237 301 366 432 500 569 640 712 786 861 987 Е пп (к) Хромель- алюмель 0 0,4 0,8 1,2 1,61 2,07 2,43 2,85 3,26 3,68 4,1 4,51 4,92 5,88 5,95 Е пп (к) Хромель- копель 0 0,65 1,31 1,98 2,66 3,35 4,05 4,76 5,48 6,21 6,95 7,69 8,43 9,18 9,98 Температура термометра, С Сопротивление термопреобразователя, Ом 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 100 200 300 100,00 139,113 188,033 213,779 103,965 142,959 180,76 217,39 107,919 146,792 184,475 220,988 111,861 150,613 188,179 224,576 115,791 154,423 191,873 228,151 119,708 158,221 195,552 231,715 123,613 162,007 199,221 235,567 127,507 165,781 202,878 238,807 131,388 169,544 206,523 242,336 135,256 173,294 210,158 245,853 Температура термометра, С Сопротивление термопреобразователя, Ом 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 100 53,00 75,58 55,26 77,84 57,52 80,09 59,77 82,35 62,03 84,61 64,29 86,87 66,55 89,13 68,81 91,38 71,06 93,64 73,32 60 Приложение В Метрологическое обеспечение ФЗ №184-ФЗ от 27.12.2002 О техническом регулировании Закон РФ от 27.04.1993 №4871-1 Об обеспечении единства измерений ГОСТ-Р 5725-1-5725-6 Точность (правильность прецизиозность методов и результатов измерения) ГОСТ-Р 8.563-96 ГСИ. Методики выполнения измерений ГОСТ 8.207-76 ГСИ. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения ГОСТ 8.401-80 ГСИ. Классы точности средств измерений. Общие требования ГОСТ 8.508-84 ГСИ. Метрологические характеристики средств измерений и точностные характеристики средств автоматизации ГСП. Общие методы оценки и контроля ГОСТ 8.417-2002 ГСИ. Единицы величин ГОСТ 8.157-2001 ГСИ. Шкалы температур РМГ 29-99 ГСИ. Метрология. Термины и определения взамен ГОСТ 16.263-70) |