- •Міністерство освіти і науки україни національний університет харчових технологій метрологія, технологічні вимірювання та прилади
- •До виконання лабораторних робіт
- •Київ нухт 2010
- •Лабораторна робота № 1-т-р вимірювання тиску. Перетворювачі надлишкового тиску sitrans р серії z 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
- •1. Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3.Загальна теорія деформаційних та вагопоршневих манометрів
- •3.1. Деформаційні манометри
- •3.3. Диференціально-трансформаторні вимірювачі тиску.
- •3.4. Електроконтактний манометр типу екм
- •3.5. Пневмоелектричні перетворювачі.
- •3.6. Вагопоршневі манометри .
- •4. Завдання та методика виконання роботи.
- •5. Порядок виконання роботи
- •5.2. Перевірення трубчастого манометра з дтп у комплекті з рм1.
- •5.3. Перевірення електроконтактного мановакуумметра екмв.
- •6. Обробка результатів вимірювань
- •Лабораторна робота № 3 –т- ds вимірювання різниці тисків. Перетворювач диференціального тиску 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 та дифманометри
- •3.3. Електропневматичний перетворювач та 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 термометри опору. Перетворювач “ sitrans tf2 ”
- •1. Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •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
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 5 - t – то 2/3 дослідження підключення термометрів опору до вторинних приладів за схемами в два та три проводи
- •1. Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3.Загальні теоретичні відомості
- •3.1. Загальна теорія мостових схем
- •3.2. Нормувальні перетворювачі для термометрів опору
- •3.3. 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
- •Контрольні запитання
- •3. Загальні теоретичні відомості
- •Контактні термоелектричні перетворювачі (термопари)
- •3.2. Компенсаційний метод вимірювання терс термопари.
- •3.3.Термоелектричний перетворювач “Ni - Cr/Ni ” з вимірювальним перетворювачем “sitrans tk/tk – h”
- •3.4.Манометричні термометри (мт)
- •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
- •Особливі ознаки lr 200:
- •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.
- •3.4. Перетворювачі тиску типу kpt-c.
- •Конструкція і робота крт-с
- •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. Загальні відомості про вимірювання витрати та кількості речовини
- •3.2. Загальна теорія магніто-індукційного методу вимірювання витрати
- •3.3. Призначення, склад та структурна схема Sitrans fm mag 6000.
- •Основні функції та технічні характеристики.
- •3.4. Принцип дії водоміра схвк-1,5
- •4. Методика виконання лабораторної роботи
- •Опис лабораторної установки та перелік приладів
- •6. Порядок проведення перевірення mag 6000
- •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.Принципи та методи вимірювання витрати і маси сипких матеріалів.
- •3.2. За принципом дії вимірювальні перетворювачі маси
- •3.3.Принцип дії магнітопружного ваговимірювального пристрою.
- •3.3.1. Структурна схема магнітопружного пристрою
- •3.3.3. Вторинний пристрій та робота його складових.
- •3.4. Загальна методика проведення метрологічної атестації 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. Перевірення 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 Trogflux)
- •1. Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3. Загальні теоретичні відомості про витратоміри змінного та постійного перепаду тиску
- •3.1. Метод змінного перепаду тиску.
- •3.3. Комбіновані дросельні перетворювачі.
- •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.
- •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 витратоміра Sitrans fc Massflo
- •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.
- •3. Загальні теоретичні відомості
- •3.1. Вологість та методи її вимірювання.
- •3.2. Ввимірювання вологості твердих та сипких матеріалів
- •3.4.Психрометричний метод вимірювання вологості в газових середовищах
- •3.4.1. Структурна схема первинного вимірювального
- •3.4.2. Електрична схема вторинного приладу автоматичного психрометра
- •3.4.3. 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 – а. Аналізатори складу рідин та газів. Промисловий рН-метр pH -101п
- •1. Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3. Загальна теорія
- •3.1. Класифікація та коротка характеристика аналізаторів складу рідин
- •3.2. Класифікація та коротка характеристика газоаналізаторів
- •3.3. Потенціометричний метод аналізу складу рідин.
- •3.4. Промисловий рН-метр фірми «Діліс»
- •Бвс виконує функції:
- •Бувс виконує функції:
- •3.5. Промисловий газоаналізатор «окси-5м»
- •4. Методика виконання лабораторної роботи та прилади
- •5. Порядок виконання роботи
- •6. Порядок обробки результатів вимірювань
- •Контрольні запитання
- •Література
3.3.1. Загальна теорія та конструкція тензометричних перетворювачів.
Принцип дії тензометричних перетворювачів грунтується на, так званому, тензоефекті - зміні активного опору провідника або напівпровідника за пружних деформацій (стиснення або розтягування). Самий поширений варіант використання тензоефекту - це розтягування дроту або стрічки з тензочутливого матеріалу. Такі провідникові перетворювачі, а вони розподіляються на дротяні та фольгові, використовують для вимірювання невеликих переміщень, деформацій, або інших механічних величин, що пов’язані з деформаціями, і перетворення останніх у зміну електричного опору. Для забезпечення передачі деформації на тензоперетворювач, його прикріплюють (приклеюють) до тих деталей, які деформуються.
Основною характеристикою тензоматеріалу є коефіцієнт тензочутливості Ѕ, який дорівнює: Ѕ = (ΔR/R) / (ΔL/L), де (ΔR/R) – відносна зміна опору тензорезистора, а (ΔL/L) – відносна його деформація (зміна розміру).
Провідникові тензорезистори. В якості тензочутливого матеріалу в них най
Рис 1. Тензорезистори: а) фольговий; б) – дротяний; в) – напівпровідниковий;
г) кільцевий фольговий мембранний та д) - остнній в корпусі ПВП.
Досить розповсюджені провідникові дротяні тензорезистори (рис. 1,б), які
виготовляються із укладеного у вигляді грати та приклеєного до основи 3 (з паперу або пластмаси) дроту 2 із константану діаметром 0,01 ...0,05 мм. У кінцях дроту розташовуються вивідні площинки 1, до яких припаюються вивідні дроти діаметром 0,5 мм. Замість дроту у фольгових тензоперетворювачів (рис.1а,г) використовується нанесена на тонку плівку 3 фольга з константану завтовшки 0,004 ...0,012 мм, із якої методом витравлювання (аналогічно виготовляють друковані плати електонних пристроїв) одержують теж перетворювач 2 у вигляді грати. Зверху такий перетворювач покривається захисною водостійкою плівкою (лаком). Тензоперетворювач наклеюють на пружний елемент, що перебуває під дією вимірюваного зусилля, пропорційного тиску. Останнє приводить до деформації пружного елемента і одночасно до зміни розмірів тензорезистора (змінюється довжина дроту L і його поперечний переріз S) і, як наслідок, змінюється електричний опір R перетворювача за формулою:
R = n ּρ (L/S) , де ρ - питомий опір матеріалу; L – база перетворювача (довжина прямо-лінійних ділянок дротинки від 3 до 30 мм); S – площа перерізу дротинки; n – кількість лінійних ділянок розташованих у гратці. Початковий опір R їх становить 50…400 Ом.
Основна приведена похибка провідникових тензорезисторів складає 0,2… 2%
від діапазону вимірювання. Основний недолік – обмежений ресурс роботи із-за старіння клеїв та повзучість (зміна опору за незмінного значення деформації), що пов’язана з пружною недосконалістю основи та клею.
Напівпровідникові (п’езорезистивні) тензорезистори застосовуються, поряд з металевими тензоперетворювачами дедалі ширше. Вони відзначаються значно вищою чутливістю, меншими габаритами та масою, кращими метрологічними характеристиками.
В залежності від способу виготовлення їх поділяють на вирізані та дифузійні.
Вирізані тензорезистори являють собою вирізану із монокристалу кремнію 4 (рис.1, в) пластину, довжиною 5…10 мм та шириною до 1мм і яка має початковий опір 50…800 Ом. Пластину вирізають паралельно діагоналі кристалічного куба для кремнію «р-типу», або паралельна ребру куба для кремнію «n-типу». Таку пластинку 4 теж приклеюють до підложки 3, її кінці з’єднують дротами 2 та 5 з вивідними площинками 1 та 6.
Дифузійні п’єзорезистивні тензорезистори отримують методом дифузії домішок (елементів 3-ої та 5-ої груп таблиці Менделєєва) у кремнієву підложку. Якщо в кремній додаються елементи 3-ої групи (Ga, In), то отримують тензорезистор провідності «р-типу», в іншому випадку додають P, Sb та отримують провідність «n-типу».
Такі тензорезистори теж виготовляються у вигляді одиночних вирізаних, що приклеюються (ПВП по аналогії з провідниковими), але найчастіше у вигляді інтегральних тензомодулів, в яких пружний елемент (сама мембрана), виготовлений із монокристалічного напівпровідника (кремнію), на якому методом дифузії відразу формують інтегральний (за мостовою схемою) тензомодуль. Основна перевага такого тензомодулю – відсутність між пружним елементом (мембраною) та п’єзорезиторами проміжних ланок (клею), що покращує його метрологічні характеристики. На такому принципі працюють засоби вимірювання тиску типу «Сапфір» і їхні модифікації, а також прилади фірми
«Siemens» типу Sitrans P серій DZ та Z, дифманометри типу DS.
Як правило опір тензоперетворювачів вимірюється за допомогою мостових зрівноважених (рис.2,в) та незрівноважених (рис.2,б) схем. Схема зрівнова-женого мосту ( рис.2,в) використовується у простих випадках. В ній зміна температури навколишнього середовища вливає на основні параметри тензористора R1. Так як відносна зміна опору тензорезистора від вимірюваної деформації складає не більше 1% від початкового опору, то температурні зміни можуть привести до суттєвої додаткової похибки, яку зменшують термоком-пенсацією або спеціальним ввімкненням тензорезисторів у мостову схему.
Температурної похибки немає у разі ввімкнення тензорезисторів у схему незрівноваженого мосту, приведеній на рис. 2,а та б (резистори R3, R4 - сталі). Деформацію пружного елемента (консолі) сприймають два тензорезистори, причому опір верхнього R1 збільшується із зростанням зусилля чи тиску (він розтягується), а нижнього - R2 зменшується (останній стискується), і їх вмикають у суміжні плечі моста.
в)
Рис. 2. Варіант використовування тензорезисторів на консолі.
Напруга UCD у вимірювальній діагоналі незрівноважених мостових схем (рис.2.б та 3,в) дорівнює:
UCD = UЖ [(R1*R3-R2*R4)/(R1+R2)(R3+R4)] (1)
де UЖ – напруга (змінного або постійного струму) живлення мостової схеми.
При цьому температурна похибка зникає. Оскільки опори R1 та R2 (рис.2,б) за коливань температури змінюються одинаково (як за значенням, так і за знаком), то різниця добутоків у (1) за зміни температури обох тензорезисторів залишається незмінною. Міст зрівноважується (напруга у вимірювальній діагоналі UCD встановлюється рівною нулю за допомогою змінного опору R3) один раз при його налаштуванні на нижній діапазон вимірювання зусилля. Напруга нерівноваги підсилюється або перетворюється в відповідний цифровий код, який опрацьовується і використовується далі в системі.
Структурна схема первинного вимірювального перетворювача (ПВП) "Сапфір" для вимірювання надлишкового тиску показана на рис. 3. ПВП складається із тензомодуля і вмонтованого електронного підсилювача ЕП (рис. 3,а). Тензомодуль – це корпус 1, в якому розміщується двошарова мембрана – нижня 2 металева, та верхня 3 із сапфіру, що закріплюється на металевій мембрані 2. Сапфір – це мінерал (різновид корунду, підклас простих окислів алюмінію), який виготовляють синтетично і який являє собою кристал синього чи голубого кольору з домішками заліза та титану. На сапфіровій мембрані розміщується чотири однотипних п’єзорезистивні тензорезостори, які вмикаються за мостовою схемою [тензорезистори наносяться у вигляді монокристалічної плівки кремнію (тензомодулю) на сапфірову мембрану (рис.3,в)]. Окремі резистори з’єднані так , що за прогину мембрани опори резисторів R1 та R3 зростають (+), а R2 та R4 зменшуються (-) (рис.3,б). Як наслідок досягається, одночасно з термоко-мпенсацією, і висока чутливість вимірювального мосту, а напруга у вимірювальній діагоналі UCD змінюється по залежності (1). При виготовленні перетворювача міст урівноважується при нульовому значенні вимірюваного тиску.
ЕП БЖ ВП
13
P а) R1 R2 UCD
2
R1 UЖ
+
R4 R4 R3
-R2 -
R3 в)
+ б)
Рис. 3. Варіант виконання тензомодулю типу "Сапфір .
Максимальне значення напруги UCD = 0,1 В, тому напругу підсилюють в ЕП, який розміщують в цьому ж корпусі. Сигнал вимірювальної інформації подається до блоку живлення БЖ, де перетворюється в уніфікований сигнал по струму, який подається на вторинний прилад.
Вимірювальні перетворювачі «Сапфір» забезпечують вимірювання тисків до 100 МПа, розрідження – до 10-5 МПа, різниці тисків від 2,5 Па до 16МПа. За класом точності бувають: 0,1; 0,25; 0,5. Переваги: ■надійність, так як використовуються незначні деформації чутливих елементів; ■ стабільність; ■ високий клас точності – 0,1; ■ дистанційна передача інформації.
Відмінною особливістю манометрів фірми «Siemens» - є ■ висока ступінь інтеграції електронних схем обробки сигналів ПВП; ■ наявність вбудованого мікпропроцесорного пристрою цифрової обробки, ■ пам’ять EEPROM, яка зберігає у цифровому коді константи заводського налаштування ППВ при його метрологічній атестації, та схема живлення і передачі інформації в два проводи.