учебный план по программе наладчик кипиа. НКИПИА курс лекций. Учебный план Предисловие тема системы автоматического контроля и основы метрологии
 Скачать 7.3 Mb.
|
|
3.5. Составление отчета по работе Необходимо в отчете дать краткое описание работы (цель, содержание, характеристики приборов), одну из из- мерительных схем, таблицы с результатами проверки, гра- фики, заключение о пригодности прибора. 3.6. Контрольные вопросы 1. Что такое градуировочная характеристика термо- метра сопротивления? 2. Охарактеризуйте двух- и трехпроводные схемы подключения термометра сопротивления и укажи- те их особенности. 3. Каковы устройство и принцип действия автомати- ческого и неавтоматического мостов? 4. Может ли работать один и тот же мост с различ- ными типами термометров сопротивления? 270 Лабораторная работа № 4. Исследование характеристик и режимов работы логометра 4.1. Цель и содержание работы 1. Ознакомление с измерительными приборами, ра- ботающими в комплекте с термометрами сопро- тивления. 2. Освоение методов поверки производственных логометров, определение его технических харак- теристик, исследование различных режимов ра- боты. 4.1.2. Содержание работы 1. Изучение методов измерения температуры с по- мощью сопротивления. 2. Изучение измерительных приборов, работающих в комплекте с термометрами сопротивления, опре- деление их технических характеристик. 3. Поверка логометра и исследование режимов его работы. 4. Составление отчета. 4.2. Теоретические сведения Измерение температуры термометрами сопротивления основано на свойстве проводников и полупроводников из- менять свое электрическое сопротивление при изменении их температуры. Температурный коэффициент электрического сопро- тивления проводников положителен (сопротивление воз- растает при повышении температуры), а полупроводни- ков — отрицателен (сопротивление понижается при по- вышении температуры). 271 Таким образом, омическое сопротивление проводни- ка или полупроводника представляет некоторую функцию от температуры: R = f (t). Серийно выпускаются платиновые термометры сопро- тивления ТСП для температур от −200 до +550 С, медные ТСМ для температур от −50 до +180 С. Как платиновые, так и медные термометры сопротивле- ния выпускаются нескольких градуировок, которые отли- чаются друг от друга начальным сопротивлением. Для измерения температуры термометрами сопротивле- ния необходим комплект, который включает в себя следу- ющие элементы: 1) термометр сопротивления; 2) измерительный прибор (уравновешенный мост, неуравновешенный мост, логометр); 3) соединительные провода. Логометры являются маг- нитоэлектрическими прибо- рами, подвижная система ко- торых состоит из скрещенных под острым углом и жестоко связанных между собой ра- мок. На схеме (рис. Л 4.1) со- противления рамок обозначе- ны как R р1 и R р2 (обычно рам- ки имеют одинаковое число витков, поэтому R р1 = R р2 ). Магнитная система логомет- ра состоит из постоянного магнита 1 с полюсными нако- нечниками и неподвижно- го стального сердечника 2. Рис. Л 4.1. Конструкция логометра 272 Воздушный зазор между сердечником 2 и полюсными наконечниками увеличивается от центра полюсных нако- нечников к их краям. Благодаря этому магнитная индукция уменьшается от центра к краям примерно по квадратичному закону. Подвод тока к рамкам производится через спиральные пружины с малым противодействующим моментом, эти же пружинки обеспечивают возврат стрелки в исходное по- ложение при отключении источника питания. Таких пру- жинок в логометре три. Рамки получают питание от одного источника с напряжением E, в цепь первой рамки включе- но постоянное напряжение R 1 , а в цепь второй рамки — постоянное сопротивление R 2 и сопротивление термо- метра R t . Постоянные сопротивления R 1 и R 2 выполняются из магнита. Вращающие моменты рамок М 1 и М 2 направ- лены навстречу друг другу. Подвижная система находится в покое, когда вращающиеся моменты рамок равны, т.е. М 1 = М 2 Учитывая, что M 1 B 1 I 1 ; M 2 B 2 I 2 , где I 1 , I 2 — токи рамок, В 1 , В 2 — магнитная индукция в соответствующих зо- нах расположения рамок, условие равновесия можно записать в следующей форме: B 1 I 1 B 2 I 2 Допустим, что в начальном состоянии R 1 = R 2 + R t В таком случае при R 1 = R 2 токи рамок равны, и подвиж- ная система займет положение, симметричное относительно оси магнитной системы. При повышении температуры кон- тролируемой среды сопротивление термометра R t возрас- тает, что приведет к уменьшению тока I 2 и вращающего момента М 2 второй рамки. В результате равновесие наруша- ется, и подвижная система поворачивается по часовой 273 стрелке, причем рамка 2 переходит в зону большей, а рам- ка 1 — в зону меньшей магнитной индукции. В определенном положении подвижной системы вновь наступит равновесие. Можно считать, что каждому положению подвижной системы, характеризующемуся углом поворота , соответ- ствует определенное соотношение магнитной индукции, т. е. B 2 B 1 f ( ). Из выражений, приведенных выше, следует, что в уста- новившихся соотношениях I 1 B 2 f (t). I 2 B 1 Преобразуем полученное соотношение, заменив: Тогда I 1 E R 1 R p ; I 2 E R 2 R p 2 R t R 2 R p 2 R t R 1 R p1 f ( ). Таким образом, угол поворота подвижной системы ло- гометра зависит от соотношения сопротивлений цепи ра- мок и в принципе не зависит от величины напряжения ис- точника питания. Однако практически при больших изменениях нап- ряжения наблюдается зависимость, что связано с перегре- вом рамок и пружинок при повышении напряжения, уве- личением роли противодействующего момента пружи- нок и момента трения в опорах при понижении напря- жения. 274 Из выражения следует, что при постоянных сопротив- лениях R р1 ; R р2 ; R 1 ; R 2 угол поворота подвижной системы можно рассмотреть как функцию только сопротивления термометра, т. е. = F (Rt). Для увеличения чувствительной рамки логометр вклю- чают в мостовую схему, позволяющую осуществлять тем- пературную компенсацию. В логометре используется не- уравновешенная мостовая схема. На рис. Л 4.2 представлена измерительная мостовая схе- ма логометра с манганиновыми резисторами. Мост образо- ван постоянными резисторами R 1 ; R 2 ; R 3 ; R 6 и термометра- ми сопротивления R t В диагональ cd включается источник постоянного нап- ряжения. Рис. Л 4.2. Схема к лабораторной работе № 4 (1) 275 Напряжение питания логометра 4 В. Рамки включены последовательно между противопо- ложными вершинами моста, образуя измерительную диа- гональ ab. Средняя точка между рамками соединена через после- довательно включенные медный R 5 и манганиновый R 4 ре- зисторы с вершиной моста, к которой подведен один про- вод источника питания, второй провод источника питания подключен к противоположной вершине. Резистор R 4 служит для изменения угла отклонения по- движной системы, а R 5 — для температурной ком- пенсации. Для обеспечения большой чувствительности мостовая схема прибора симметрична, т. е. R 2 = R 3 Термометр сопротивления подключается по трехпро- водной схеме, т. е. исключается влияние колебаний темпе- ратуры окружающей среды на показания логометра, т. к. соединительные провода при этом включены в разные плечи моста. Рис. Л 4.3. Лицевая панель лабораторного стенда (1) 276 Рис. Л 4.4. Лицевая панель лабораторного стенда (2) Изменение сопротивления термометра вызывает изме- нение тока в одной из рамок и поворот подвижной систе- мы прибора до достижения равновесия, т. е. измерение вы- полняется методом непосредственной оценки. Возможно включение термометра по двухпроводной схеме. В этой схеме минус источника питания присоеди- няют к клемме 2 логометра. При этом оба соединительных провода оказываются включенными в одно плечо последо- вательно с сопротивлением R 6 и R t 4.3. Описание лабораторной установки Общий вид стенда лабораторной установки представлен на рис. Л 4.3 и Л 4.4. На лицевой панели стенда представле- ны: 1 — измерительная схема; 2 — логометр; 3 — колодка зажимов логометра; 4 — вольтметр; 277 5 — источник питания с клеммами «+» и «–»; 6 — декады магазинов сопротивления; 7 — тумблер включения питания стенда; 8 — переключатель; 9 — ключ или ручка реостата. На приставке к стенду устанавливается образцовый мост постоянного тока МО-62. С помощью вольтметра 4 контролируют напряжение питания логометра, изменение напряжения питания обес- печивается поворотом ручки ключа или реостата 9. Декады магазинов сопротивления 6 служат для измене- ния сопротивления соединительных линий. Переключатель 8 на рис. Л 4.3 служит для выбора ре- жима работы прибора 4. При переводе ключа 8 в положе- ние V прибор работает в режиме вольтметра. На стенде (рис. Л 4.4) напряжение питания контролиру- ется цифровым вольтметром. В образцовый мост встроены калиброванные сопротивления, которые используются для имитации термометра сопротивления. 4.4. Порядок и методика выполнения работ 4.4.1. Определение технических характеристик прибо- ров и заполнение таблицы. № Тип при бора Тип град уир ов ки П ред ел из мерени я К лас с точ ности Ц ена де ления С опрот ив ление сое дини тел ьных лин ий 4.4.2. Поверка контрольной точки. Собрать схему в соответствии с рис. Л 4.5, где: 1 — клеммы логометра; 278 2 — мост МО-62; 3 — схема подключения резисторов в МО-62. Переключатели декад магазинов сопротивлений R л и магазинов сопротивлений моста МО-62 установить на нулевые деления. Провод с клеммы 3 перебросить на клемму 1 логометра. Включить тумблеры питания стенда. Поворотом ручки ключа или реостата 9 установить напряжение питания 4 В (измеряется вольтметром). Стрелка логометра должна устанавливаться на кон- трольной отметке; необходимо изменить сопротивление R л с помощью магазина сопротивлений, подключенного к клемме 1 логометра. 4.4.3. Поверка температурной шкалы прибора. Провод с клеммы 1 подключить к клемме 3 логометра (переключение в схеме производить при отключении питания стенда). Включить питание, установив напряже- ние 4 В. Поверка шкалы логометра про- водится с помощью калиброван- ного магазина сопротивлений, имитирующего термометр сопро- тивления. Поверяются оцифрованные от- метки шкалы при прямом и об- ратном ходе стрелки прибора. Результаты измерений занести в таблицу и вычислить погрешно- сти. Рис. Л 4.5. Схема к лабораторной работе № 4 (2) 279 № Показания Погрешности Вариации лог омет ра мага зин а сопроти вления аб сол ю тн ая при вед енн ая, отн оситель ная аб сол ю тн ая при вед енн ая по град уир. табл. по шк але пря мой ход обра тн ый ход пря мой ход обра тн ый ход Ом С Ом Ом Ом Ом % Ом % 4.4.4. Определение дополнительной погрешности, вы- званной изменением напряжения питания на 20 % от но- минального значения. Влияние напряжения на точность измерений определя- ют путем сравнения результатов измерений на трех отмет- ках шкалы (начало, середина, конец) при прямом ходе стрелки прибора. Результаты измерений необходимо занести в таблицу и вычислить погрешности. № Показания Погрешности лого- метра магазина сопротивления абсолютная приведенная V V +20 % V −20 % V +20 % V −20 % V +20 % V −20 % С Ом Ом Ом Ом Ом % % 4.4.5. Определение дополнительной погрешности, вы- званной изменением сопротивления линии на +20 % от номинального. 280 Переключатели декад магазинов сопротивлений 6 (рис. Л 4.3) установить на деления, соответствующие при- росту сопротивления R л в каждой соединительной линии. Результаты измерений на двух отметках шкалы занести в таблицу и вычислить погрешности. 4.4.6. Проверка логометра при двухпроводной схеме подключения термометра сопротивления. Продумать схему подключения МО-62 к стенду при двухпроводной схеме включения термометра сопротивле- ния. Выполнить поверку логометра при нормальном R л и при R л +20 %. Результаты измерения занести в таблицу и вычислить погрешности. № Показания Погрешности логометра магазина сопротивления абсолютная приведенная R л R л +20 % 4.4.7. Формирование заключения о пригодности прибо- ра к эксплуатации. 4.4.8. Теоретическая оценка возможности подключения к логометру термометра сопротивления другой градуи- ровки. Следует организовать постановку опыта. 4.5. Оформление отчета о работе В отчете необходимо дать краткое описание работы (цель, содержание, характеристики приборов), привести одну из схем, таблицы поверки, заключение о годности прибора. 281 4.6. Контрольные вопросы 1. Каков принцип действия логометра? 2. Какие существуют схемы подключения термомет- ра сопротивления? 3. Как влияют на показания логометра колебания напряжения питания? 4. За счет чего может измениться сопротивление со- единительных линий? 282 Лабораторная работа № 5. Деформационные приборы для измерения давления 5.1. Цель и содержание работы 5.1.1. Цель работы. Целью работы является освоение техники измерений и закрепление знаний студентов по разделу «Деформаци- онные приборы для измерения давления» В процессе выполнения этой работы студент должен: 1. Ознакомиться с устройством деформационных приборов давления и вакуума, определить их тех- нические характеристики. 2. Научиться правильно пользоваться приборами для измерения давления и оценивать их погрешности и поправки. 5.1.2. Содержание работы. 1. Ознакомиться с представленными на стенде раз- личными деформационными (пружинными) мано- метрами для измерения давления и их основными техническими данными. 2. Ознакомиться с представленными на данном учеб- ном стенде плакатами, схемами, таблицами и обяза- тельной при поверке технической документацией. 3. Ознакомиться с устройством и работой грузо- поршневого манометра. 4. Произвести поверку показаний двух манометров (лабораторного и технического) в следующем по- рядке: а) подготовить грузопоршневой манометр к произ- водству испытаний; б) подготовить и подключить к грузопоршневому манометру в первую очередь лабораторный ма- нометр; 283 в) произвести поверку показаний лабораторного пружинного манометра путем сравнения с эта- лонными грузами; г) подготовить и подключить к поршневому мано- метру технический пружинный манометр; д) произвести поверку технического пружинного манометра методом сравнения его с показания- ми лабораторного (образцового) манометра; е) составить отчет по поверке лабораторного и технического пружинных манометров и дать обоснованное заключение о пригодности про- веряемых приборов к эксплуатации. 5.2. Краткие теоретические сведения Деформационные манометры — технические приборы, наиболее широко применяемые для измерения избыточного давления и вакуума в жидкости, газе и паре. Манометры это- го типа имеют очень большой диапазон измерения, просты по конструкции, дешевы и надежны в эксплуатации. Работа пружинных манометров основана на связи упругой деформации специального элемента (пружины) с давлением, подводимым внутрь элемента или к его наружней части. Рис. Л 5.1. Конструкция деформационного прибора для измерения давления:1 — трубчатая пружина; 2 — поводок; 3 — зубчатый сектор; 4 — трибка;5 — стрелка; 6 — стальная пружина 284 В технических манометрах применяются упругие эле- менты четырех типов: одновитковые трубчатые пружины (трубки Бурдона), многовитковые (геликоидальные и спи- ральные) трубчатые пружины, плоские мембраны и гормо- никовые мембраны (сильфоны). Соответственно этому различают трубчатые (первые два типа упругих элементов) и мембранные манометры. Манометрическая пружина (упругий элемент) преобра- зует давление в перемещение или усилие. Перемещение пружины используется затем для пере- движения стрелки по шкале показывающего и самопишу- щего прибора. Наиболее широко применяются приборы (манометры, вакуумметры, мановакуумметры и дифанометры) с одно- витковой трубчатой пружиной. Основная деталь прибора с одновитковой трубчатой пружиной — согнутая по дуге окружности трубка эллип- тического или плоскоовального сечения (рис. Л 5.1). Од- ним концом трубка помещена в держатель, оканчиваю- щийся ниппелем с резьбой для присоединения к полости, в которой измеряется давление. Внутри держателя есть ка- нал, соединяющийся с внутренней полостью трубки. Если в трубку подать жидкость, газ или пар под избы- точным давлением, то кривизна трубки уменьшится и она распрямится: при создании разряжения внутри трубки кривизна ее возрастает и трубка скручивается. Так как один конец трубки закреплен, то при изменении положе- ния трубки ее свободный конец перемещается по траекто- рии, близкой к прямой, и при этом воздействует на переда- точный механизм, который поворачивает стрелку показы- вающего прибора. Свойство изогнутой трубки некруглого сечения изме- нять величину изгиба при изменении давления в ее поло- сти является следствием изменения формы сечения. 285 Под действием давления внутри трубки эллиптическое или плоскоовальное сечение, деформируясь, приближается к круглому сечению (малая ось эллипса или овала увели- чивается, а большая уменьшается). Перемещение свобод- ного конца (которое составляет несколько миллиметров) передается к стрелке прибора передаточным механиз- мом — секторным или рычажным. В секторных механизмах движение конца трубки 1 пе- редается через поводок 2 и зубчатый сектор 3 с осью вра- щения в точке 0 на маленькое зубчатое колесо 4, жестко скрепленное со стрелкой 5 прибора. Устройство поршневого манометра, предназначенного для контрольных измерений, показано на рис. Л 5.2. Рис. Л 5.2. Устройство поршневого манометра Стальной сосуд 19 заполняют трансформаторным мас- лом. Вертикальный цилиндр 9 имеет шлифованный ка- нал, в который вставляют шлифованный поршень 7 с та- релкой для груза 8. В штуцер 12 ввертывают поверяемые манометры 10. Игольчатые винтили 6 и 5 и служат для 286 перекрытия каналов, вентиль 4 для спуска масла. Рабо- чее давление в сосуде определяется выбором величины груза 8: p G , F где G — вес груза и поршня; F — сумма площади поршня и половины площади за- зора. Перемещение поршня 7 вызывает подъем штока с грузом. Порядок работы с поршневым манометром должен быть следующим. После установки в штуцере 12 поверяемых манометров в рабочий сосуд 19 поршневого манометра подается масло и с помощью поршня 7 и груза 8 добива- ются заданной величины рабочего давления. |