- •Міністерство освіти і науки україни
- •Київ нухт 2009
- •Загальні теоретичні відомості
- •1.1. Метрологія та вимірювання. Загальні поняття.
- •1.2. Засоби вимірювання. Основні метрологічні характеристики зв.
- •1.3. Похибки вимірювання
- •Лабораторна робота № 1-т-р вимірювальні перетворювачі надлишкового тиску sitrans р серіїZ та zd
- •1.Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3. Теоретичні відомості
- •3.1. Тиск. Основні поняття. Одиниці вимірювання тиску
- •3.2. Класифікація манометрів по виду вимірюваного тиску
- •3.3. Принцип дії вимірювального перетворювача надлишкового
- •3.3.1. Загальна теорія та конструкція тензометричних перетворювачів.
- •3.3.2. Загальна структурна схема та конструкція перетворювача
- •3.3.3. Загальна структурна схема та конструкція перетворювача
- •Основні технічні та метрологічні характеристики Sitrans p zd та z:
- •3.3.4. Цифровий реєстратор Sirec ds.
- •4. Завдання та методика виконання роботи.
- •5. Порядок виконання роботи.
- •6. Обробка результатів вимірювання.
- •Лабораторна робота № 2-т-дм деформаційні манометри
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3.Загальна теорія вагопоршневих та деформаційних манометрів
- •3.1. Вагопоршневі манометри .
- •3.2. Деформаційні манометри
- •3.3. Диференціально-трансформаторні вимірювачі тиску.
- •3.5. Електроконтактний манометр типу екм
- •4. Завдання та методика виконання роботи.
- •5. Порядок виконання роботи
- •5.1. Перевірення трубчастого манометра.
- •5.2. Перевірення трубчастого манометра з дтп у комплекті з рм1.
- •5.3. Перевірення електроконтактного мано вакуумметра екмв.
- •6. Обробка результатів вимірювань
- •Лабораторна робота № 3 –т- ds
- •Тиску типу sitrans р ds III
- •1.Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3.Загальні теоретичні відомості.
- •3.1.Класифікація манометрів за принципом дії.
- •3.2. Рідинні манометри
- •3.3. Електричні манометри опору
- •3.4. Перетворювач Sitrans p ds III
- •3.5. Загальна методика вимірювання тиску
- •Властивості ланцюгу передачі тиску.
- •4. Методика виконання роботи.
- •5. Порядок виконання перевірення.
- •6. Обробка результатів вимірювань
- •Лабораторна робота № 4 - t – tf2
- •3.Загальні теоретичні відомості
- •3.1. Загальні теоретичні відомості про термометри опору
- •3.2. Теоретичні відомості про перетворювач sitrans tf2
- •4.Завдання та методика виконання роботи.
- •5. Порядок виконання роботи.
- •6. Порядок обробки результатів вимірювань
- •7. Контрольні запитання
- •3.Загальні теоретичні відомості
- •3.1. Загальна теорія мостових схем
- •3.2. Двоканальний мікропроцесорний вимірювач трм 200 Призначення:
- •Основні функціональні характеристики:
- •Технічні характеристики:
- •4. Опис лабораторної установки та перелік приладів лабораторного стенду
- •5. Порядок виконання роботи
- •6. Порядок обробки результатів вимірювань
- •7. Контрольні запитання
- •3.Загальні теоретичні відомості
- •Контактні термоелектричні перетворювачі
- •3.1. Компенсаційний метод вимірювання терс термопари.
- •3.2.Термоелектричний перетворювач “Ni - Cr/Ni ” з вимірювальним перетворювачем “sitrans tk/tk – h”
- •3.3. Манометричні термометри
- •4.Завдання та методика виконання роботи.
- •5. Порядок виконання роботи
- •6. Порядок обробки результатів вимірювань
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 7 -т – л - д логометр та автоматичний реєструвальний прилад диск-250
- •1. Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3.3Агальні теоретичні відомості
- •3.1. Загальна теорія приладів магнітоелектричної системи
- •3.2. Будова та робота мілівольтметра
- •3.3. Будова та робота промислового логометра
- •3.4. Принцип дії та склад приладу реєстрації вимірювань диск-250
- •4.Завдання та методика виконання роботи.
- •5. Порядок виконання роботи
- •6. Обробка результатів вимірювання.
- •Лабораторна робота № 8- р - lu ультразвукові рівнеміри “probe lu” та “ Multi Ranger 100 “
- •1.Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3.Загальні теоретичні відомості
- •3.1. Загальні поняття про ультразвук та його випромінювання
- •3.2 Загальна структурна схема ультразвукових рівнемірів (ехолотів)
- •3.3. Ультразвуковий рівнемір MultiRanger 100 з сенсором xrs – 10.
- •3.4. Ультразвуковий рівнемір Sitrans Probe lu
- •4.Методика і завдання до лабораторної роботи
- •5. Порядок виконання роботи
- •6. Обробка результатів вимірювань.
- •1. Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •Загальні теоретичні відомості
- •3.1. Радіохвильові методи вимірювання рівня
- •3.2.Радарний рівнемір sitrans lr 200
- •Технічні характеристики
- •4.Методика і завдання до лабораторної роботи
- •5.Порядок виконання роботи
- •6. Обробка результатів вимірювань.
- •3.Загальні теоретичні відомості
- •3.1.Ємнісний метод вимірювання рівня.
- •3.1. Ємнісний рівнемір Sitrans lc 300
- •3.3. Електричні сигналізатори рівня
- •4. Завдання та методика до виконання роботи
- •5. Порядок виконання роботи
- •6. Обробка результатів вимірювань.
- •Контрольні питання.
- •Лабораторна робота № 11 – p/г – гп
- •1.Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3.Загальні теоретичні відомості
- •3.1. Основні поняття про густину речовини і методи її вимірювання
- •3.2.Гідростатичний принцип вимірювання густини та рівня речовин
- •3.2.1 Гідростатичні рівнеміри та густиноміри.
- •3.2.2. П’єзометричні рівнеміри та густиноміри.
- •3.3. Перетворювач пнемо-електричний пте-4
- •Принцип роботи.
- •Прилад може працювати в таких режимах (рис.5):
- •4. Методика виконання лабораторної роботи
- •5. Порядок виконання роботи
- •6. Обробка результатів вимірювань.
- •Лабораторна робота № 12 - в - fм магніто-індукційний витратомір sitrans fm mag 6000
- •1. Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3. Загальні теоретичні відомості
- •3.1. Загальна теорія магніто-індукційного методу вимірювання витрати
- •3.2. Призначення, склад та структурна схема Sitrans fm mag 6000.
- •3.3. Принцип дії водоміра схвк-1,5
- •4. Методика виконання лабораторної роботи
- •Опис лабораторної установки та перелік приладів
- •6. Порядок проведення перевірення mag 6000
- •6. Опрацювання результатів проведених спостережень.
- •Контрольні запитання.
- •Лабораторна робота № 13 - b - c принципи вимірювання витрати та маси сипких матеріалів і визначення класу точності зв
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3.Загальні теоретичні відомості
- •3.1. Загальні відомості про вимірювання витрати та кількості речовини
- •3.2.Принципи та методи вимірювання витрати і маси сипких матеріалів.
- •3.3.Принцип дії магнітопружного ваговимірювального пристрою.
- •3.3.1. Структурна схема магнітопружного пристрою
- •3.3.2. Первинний вимірювальний перетворювач зусилля (сенсор):
- •3.3.3. Вторинний пристрій та робота його складових.
- •3.4. Загальна методика проведення метрологічної атестації (повірки) зв
- •4. Опис лабораторної установки
- •5. Методика метрологічної атестації засобів вимірювання (пристрою для вимірювання ваги).
- •5.1. Умови проведення атестації
- •5.2. Операції та засоби атестації.
- •5.3. Перевірка працездатності пристрою
- •5.4. Визначення основної похибки в нормальних умовах
- •5.5. Обробка результатів вимірювань
- •5.6. Висновок
- •6. Оформлення графіків
- •Лабораторна робота № 14- b - р витратоміри змінного та постійного перепаду тиску (ротаметр f va Trogfluxфірми «Siemens»)
- •1. Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3. Загальні теоретичні відомості про витратоміри змінного та постійного перепаду тиску
- •3.4. Призначення та конструкція витратоміра Sitrans f va Trogflux
- •3.5. Призначення та конструкція витратоміра рм1
- •4. Методика виконання лабораторної роботи
- •5. Порядок виконання роботи
- •6. Опрацювання результатів проведених спостережень.
- •Контрольні запитання.
- •Лабораторна робота № 15 – b – к (Mass)
- •1. Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3.Основні теоретичні відомості
- •3.2. Витратомір – густиномір Sitrans fc Massflo фірми «Siemens»
- •3.3. Вимірювальний мікропроцесорний перетворювач mass 6000
- •4. Перелік приладів лабораторного стенду
- •5. Опис лабораторної установки
- •6. Порядок проведення перевірення mass 6000 по водоміру схвк—1,5
- •7. Опрацювання результатів проведених спостережень.
- •Контрольні запитання.
- •Лабораторна робота № 16 – в - пс
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3. Загальні теоретичні відомості
- •3.1. Вологість та методи її вимірювання.
- •3.2.Психрометричний метод вимірювання вологості в газових середовищах
- •3.2. Структурна схема первинного вимірювального
- •3.3. Електрична схема вторинного приладу автоматичного психрометра
- •3.4. Структурна схема та основні технічні характеристики вимірювача-регулятора «овен мпр51 щ4»
- •4. Перелік приладів і обладнання та їх технічна характеристика
- •5. Опис установки
- •6. Порядок виконання роботи
- •7. Обробка результатів вимірювання
- •Лабораторна робота № 17 – рН
- •1. Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3. Загальна теорія
- •3.1. Потенціометричний метод аналізу складу рідин.
- •3.2. Промисловий рН-метр фірми «Діліс»
- •Бвс виконує функції:
- •Бувс виконує функції:
- •4. Методика виконання лабораторної роботи та прилади
- •5. Порядок виконання роботи
- •6. Порядок обробки результатів вимірювань
- •7. Контрольні запитання
6. Порядок обробки результатів вимірювань
6.1. По отриманим даним визначити варіацію, абсолютну, відносну та при-
ведену похибки по діапазону вимірювання по каналам при під’єднанні до ТРМ 200 ТО ТСМ 50 за схемами у два та три проводи для двох температур лінії
з’єднання. Значення похибок для прямої (▼)та зворотної (▲)гілок характеристик перетворення записувати у відповідні комірки табл.1 та табл.2
схем з’єднань у два та три проводи.
6.3.Побудувати графіки: а) реальних статичних характеристик перетворення для обох схем при різних температурах ліній зв’язку; б) залежності відносних та приведених похибок по отриманому діапазону вимірювання (точки наносити через кожні 5°C ).
6.4. Зробити висновки по роботі.
7. Контрольні запитання
1. Що таке мостова схема Уітстона та її суть?
2. Як поділяються мостові схеми і як використовується їхня інформація?
3. Суть схеми під´єднання ТО до мостової схеми у три проводи.
4. Чому дорівнює напруга у вимірювальній діагоналі мостової схеми?
5. Як під´єднується ТО до мостової схеми у два проводи?
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 6 - Т –ТП
ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ “ Ni Cr/Ni ” З
ВИМІРЮВАЛЬНИМ ПЕРЕТВОРЮВАЧЕМ “ SITRANS TK/TK – H ”
МАНОМЕТРИЧНИЙ ГАЗОВИЙ ТЕРМОМЕТР
1. Мета роботи
1.1. Вивчити принцип роботи та будову термоелектричного перетворювача Ni Сr/Ni та структурну схему універсального вимірювального термоперетворювача Sitrans TK/TK – H з уніфікованим вихідним сигналом фірми “Siemens”.
1.2.Вивчити принцип роботи манометричних термометрів.
1.3. Засвоїти методику перевірення приладів.
2. Завдання на виконання роботи
2. 1. Познайомитись з лабораторним стендом.
2.2. Вивчити загальну теорію термоелектричного ефекту.
2.3. Вивчити загальну теорію манометричних термометрів.
2.4. Вивчити принцип дії та конструкцію контактного термоелектричного первинного вимірювального перетворювача (термопари) Ni Сr/Ni та структурну схему універсального вимірювального перетворювача Sitrans TK/TK – H фірми “Siemens”.
2.6. Зняти реальну статичну характеристику перетворення вимірювального
комплекту: термопара Ni Сr/Ni та універсальний вимірювальний перетворювач SITRANS TK/TK– H з уніфікованим вихідним сигналом по стуму.
2.7. По статичній характеристиці перетворення визначити абсолютну, відносну та приведену похибки вимірювального комплекту.
2.8. Побудувати графіки: а) реальної статичної характеристики перетворення; б) залежності варіації, абсолютних, відносних та приведених похибок по отриманому діапазону вимірювання.
3.Загальні теоретичні відомості
Загальні теоретичні відомості про термоелектричний ефект та
Контактні термоелектричні перетворювачі
Принцип дії термоелектричних термометрів ( термопар, рис.1) грунтується на ефекті виникнення електрорушійної сили (ТЕРС) в замкнутому ланцюгу, який складається із різнорідних провідників А і В (їх називають термоелектродами, рис.1,а), при умові, що місця їхніх з’єднань мають різну температуру.
а) б) в) г)
Рис.1 Загальна схема ПВП а); загальний вигляд термопари в розрізі б) та ПВП в); схема комунікації термопари та під’єднання вторинного приладу г).
Ефект був відкритий одночасно російським вченим Епінусом та німцем Зеебеком і пояснюється тим, що виникнення ЕРС (або її ще називають контактною різницею потенціалів) пов’язане з вільними електронами в металах, які переміщуються з металу, де їх концентрація більша, в метал, у якого концентрація електронів менша.
Значення цієї ЕРС, яку називають термоелектрорушійною силою (ТЕРС) і зображують як Е(tx, t0), залежить: 1) від матеріалу термоелектродів, що з’єднані; 2) від різниці температур місць з’єднань провідників (дротів ): tx – температура робочого (гарячого) спаю, який розміщується в об’єкті, температуру якого вимірюють, та t0 – температури холодного спаю ( вільних кінців), що виведені ззовні з об’єкту і знаходиться в місці з постійною температурою.
Суттєвою перевагою термоелектричного перетворювача (термопари, рис.
1,г) є незалежність ТЕРС від введення в його ланцюг інших дротів (рис.1г поз 12 та 10) при умові, що кінці цих дротів мають одинакову температуру в точках поз.11 та поз.13. Практично це означає, що за цієї умови в ланцюг термопари можна вмикати з’єднувальні (компенсаційні та подовжувальні) дроти і вимірювальні прилади.
Значення ТЕРС можна виміряти , наприклад, мілівольтметром постій-
ного струму з достатньою чутливістю, який ввімкнений або в розрив проводу В (рис.1,а), або в розрив ланцюга обох дротів холодного спаю (рис.1,в поз. 8 та до верхніх кінців дротів поз.10 рис1,г).
Висока точність вимірювання температури за допомогою термопари буде забезпечена, тільки при достатньо точній фіксації температури t0 холодного спаю (його розміщують в посудині Дьюара з льодом, де t0=0С при градуюванні термопари), або розміщують в термостат з автоматично стабілізованою температурою.
Характеристики градуювання термопар є статичними характеристиками перетворення і показують залежність ТЕРС термопари від температури робочого спаю при температурі холодного спаю, що дорівнює 0С.
Якщо температура вільних кінців термопари t0= 0С, то вимірювана температура визначається безпосередньо із характеристики градуювання, яка може задаватись графічно, загальний вигляд Е(tx,0) показано на рис. 2,а; або у вигляді таблиці (табл.3); або заноситись у пам'ять сучасних мікропроцесорних вимірювальних перетворювачів. Характеристики градуювання є індивідуальними для кожного типу термопар і їхній загальний вигляд для основних типів термопар приведений на рис. 2,б.
Е,мВ Е(tx,0) (E tx,t0)
E(t0,0)
а) б)
Рис.2. Загальний вигляд характеристик перетворення термопар
Для виготовлення термопар можуть використовуватись будь-які метали, при умові наявності різної концентрації вільних електронів в них, але на практиці
використовують матеріали, які забезпечують найбільш можливе значення
ТЕРС. Найбільше розповсюджені наступні типи стандартних термопар (номер
надалі показує одночасно вигляд характеристики перетворення на рис. 2,б ; а
першим в запису вказується термоелектрод з надлишком електронів і який, після їхнього переміщення до другого електроду термопари, має позитивний заряд):
Хромель – копелеві. Хромель - сплав хрому та нікелю (810 % Сr, а залишок - Ni). Копель – сплав міді (Cu є основа – 56%) та Ni (43%) + Mn (0,5% - марганцю). Позначення термопари та характеристики градуювання: ТХК, ХК (Е). Діапазон вимірювання: -200С +600С та розвивають найбільшу ТЕРС – 7мВ на кожні 100С.
Хромель – алюмелеві. Алюмель – сплав нікелю (основа 94% ) та алюмінію, марганецю, кремнію в сумі 6%. Відповідно позначення термопари: ТХА, ХА(К). Діапазон вимірювання:–50 +1000С. Розвивають ТЕРС –1,86 до 41,32 мВ.
вольфрамреній (5% - Re) – вольфрамренієві ( 26% - Re ). Позначення термопари та характеристики градуювання: ТВР (С), ВР –5/20. Діапазон вимірювання: 0С...+2300С.
Платинородій (склад: 10% родію та 90% платини) – платинові. Позначення термопари ТПП, а її характеристики градуювання ПП (S – міжнародне). Діапазон вимірювання: –20...+1600С. Розділяються на еталонні, зразкові робочі. Надійно працюють в нейтральному та окислюваному середовищі. На платину шкідливо діють пари металів та вуглецю. Є кращими за комплексною оцінкою до 1600С. Виготовляються із проводу діаметр
ом 0,5...1мм. Розвивають ТЕРС – 0,1...13,13мВ.
Платинородій (30% родію) – платинородієві (6% родію). Позначення:
ТПР, а характеристик градуювання ПР(В). Діапазон вимірювання: до 600 - 1800С. Не потребують введення поправки на температуру холодних спаїв, так як при t=20С мають мале значення ТЕРС 0,002мВ.
Залізо-констатанові. Констатан - сплав Cu та Ni. Позначення термопари
та градуювальної характеристики І. Діапазон вимірювання: –210
+1200С. Абсолютна похибка вимірювання складає не більше 2,2С.
Мідь-констатанові. Позначення термопари та характеристики градуювання Т. Діапазон вимірювання: –270 +400С. Абсолютна
похибка вимірювання складає не більше t=1С.
Якщо температура вільних кінців t0 0 (рис. 2,а), то для отримання значення ТЕРС Е(tx,0), що відповідає характеристиці градуювання, необхідно до Е(tx,t0), тобто, ТЕРС, що розвиває термопара при температурі холодного спаю t0, додати значення ТЕРС E(t0,0), яке розвиває термопара при значенні температури гарячого спаю t0 та значенні температури холодного спаю = 0С :
E(tx,0) = E(tx,t0) + E(t0,0). (1)
При відхиленні температури холодного спаю від 0 в сторону збільшення,
до значення t0, ТЕРС, що розвиває термопари, зменшується із-за збільшення температури холодного спаю (вільних кінців) до t0.
В простих випадках використовується, так зване, пряме ввімкнення
термопари, коли в комплекті з термопарою (в якості вторинного приладу, що вимірює ТЕРС) використовується мілівольтметр (електро-вимірювальний прилад магнітоелектричної системи), шкала якого градуююється при температурі холодного спаю, як правило, що дорівнює 0С. Якщо в умовах використання ця температура інша, то в покази приладу необхідно вводити поправки (проводити інтерполяцію), тому що в іншому випадку такі вимірювання будуть супроводжуватися великими похибками. Різні термопари розвивають різні ТЕРС при однакових температурах як гарячого спаю, так і холодного.
Існують декілька способів компенсації зміни температури холодного спаю темопари і усунення похибок, що пов’язані з цим.
Один із способів є розрахунковий і його формула в загальному має вигляд:
, (2)
де - істинна температура;- температура, яку показує приклад;- коефіцієнт інтерполяції, який залежить від типу термопари та інтервалу вимірювальної температури;та- відповідно температура холодного спаю термопари в реальних умовах вимірювання та при її градуюванні.
Ефективним методом усунення похибки від впливу зміни температури
холодного спаю є використання компенсаційних термоелектродних (рис.1,б поз. 12) па подовжувальних (рис.1,б поз. 10) дротів, які входять в комплект термопари і слугують для відведення холодного спаю на певну відстань, де можливе його розташування в зоні відносно постійної температури. Такі з’єднувальні дроти повинні бути термоелектрично подібні термоелектродам термопари і виробляються в більшості із тих же металів, що і електроди. Для платинородій - платинових (ТПП) термопар в якості продовжуваних дротів використовується, наприклад, пара мідь та сплав міді і нікелю (99,4% Си + 0.6 Ni), яка при температурі 100С розвиває ТЕРС, яка дорівнює ТЕРС ТПП. Для термопар типу ТВР використовують термоелектроді дроти із міді (98,2%) та нікелю (1,8%). Для правильного вимірювання обов'язково повинна виконуватись умова рівності температур в точках 2 та 3 (рис. 1,б поз.11), що забезпечується їх розташуванням одна біля одної в головці термопари.
Одним із найбільш ефективних, є метод
використання мостових схем для введення поправок на нестабільність температури холодного спаю при зміні температури
Рис.3. навколишнього середовища (рис.3). Термопару і вимірювальний (вторинний) прилад ВП вмикають послідовно з вимірювальною діагоналлю мостової схеми з опорами та, яка живиться від джерела струму ДЖС. В якості вторинного приладу використовується мілівольтметр магнітоелектричної системи. Опори і виготовляють із матеріалу з
малим значенням температурного коефіцієнту опору (манганіту); а із міді
або нікелю. Схема мосту розташовується в безпосередній близькості від
холодного спаю термопари.
При початковій температурі холодного спаю t0 міст балансується за допо-
могою одного із стабільних опорів, наприклад, . В процесі роботи, якщо температура холодного спаю підвищується, то зменшиться ТЕРС термопари із-за зменшення різниці температури між спаями, але в той же час збільшується опір(мідного опору), що приводить до розбалансування мосту і збільшенні напруги у вимірювальній діагоналі, яке компенсує зменшення ТЕРС термопари. Точність компенсації за допомогою такої схеми оцінюється значенням порядку 0,04 мВ на 10С зміни температури t0 холодного спаю. За такою схемою випускаються мілівольтметри типів Щ4500, Щ4540 з однопозиційним регулюванням, та Щ4516 з аналоговими законами регулювання. Класи точності від 0,5 до 2,5. Вони призначені вимірювання відносно високих температур в об'єкті в комплекті з термоелектричними перетворювачами відповідного градуювання: ХК; ХА; ПП; ТВР тощо. Градуювання обов'язково вказуються на шкалах мілівольтметрів і головках термопар, оскільки ТЕРС термопар різні.