- •Автоматика и автоматизированные системы управления технологическими процессами Лабораторный практикум
- •Содержание
- •1 Общие положения
- •2 Методические указания по проверке работоспособности и градуировке контрольно-измерительных приборов
- •3 Лабораторная работа №1. Изучение и проверка работоспособности потенциометра и милливольтметра
- •3.1 Теоретические сведения
- •3.2 Описание лабораторного стенда
- •3 − Автоматический потенциометр ксп 2; 4 – универсальный измерительный прибор упип – 60м
- •3.3 Задание на выполнение работы
- •3.4 Методика выполнения работы
- •3.5 Порядок выполнения работы
- •3.6 Требования к отчёту
- •3.7 Контрольные вопросы
- •4 Лабораторная работа №2. Изучение и проверка работоспособности электронного моста и логометра
- •4.1 Теоретические сведения
- •4.2 Описание лабораторного стенда
- •4.3 Задание на выполнение работы
- •4.4 Методика выполнения работы
- •4.5 Порядок выполнения работы
- •4.6 Требования к отчёту
- •4.7 Контрольные вопросы
- •5 Лабораторная работа №3. Изучение и проверка работоспособности манометрических термометров
- •5.1 Теоретические сведения
- •5.2 Описание лабораторного стенда
- •5.3 Задание на выполнение работы
- •5.4 Методика выполнения работы
- •5.5 Порядок выполнения работы
- •5.6 Требования к отчёту
- •5.7 Контрольные вопросы
- •6 Лабораторная работа № 4. Изучение и проверка работоспособности приборов измерения давления
- •6.1 Теоретические сведения
- •6.2 Описание лабораторного стенда
- •6.3 Задание на выполнение работы
- •6.4 Методика выполнения работы
- •6.5 Порядок выполнения работы
- •6.6 Требования к отчёту
- •6.7 Контрольные вопросы
- •7 Лабораторная работа №5. Исследование автоматической системы регулирования температуры
- •7.1 Теоретические сведения
- •7.2 Описание лабораторного стенда
- •7.3 Задание на выполнение работы
- •7.4 Методика выполнения работы
- •7.5 Порядок выполнения работы
- •1− Исполнительный механизм (им) с регулирующим органом (ро),
- •2 − Калорифер, 3 – термометр сопротивления, 4 – трубопровод,
- •7.6 Требования к отчёту
- •7.7 Контрольные вопросы
- •8 Лабораторная работа № 6. Исследование автоматической системы двухпозиционного регулирования
- •8.1 Теоретические сведения
- •8.2 Описание лабораторного стенда
- •8.3 Задание на выполнение работы
- •8.5 Порядок выполнения работы
- •8.6 Требования к отчету
- •8.7 Контрольные вопросы
- •9 Лабораторная работа №7. Свойства сигналов логических элементов
- •9.1 Теоретические сведения
- •9.2 Описание лабораторного стенда
- •9.3 Задание на выполнение работы
- •9.4 Методика выполнения работы
- •9.5 Порядок выполнения работы
- •9.6 Требования к отчёту
- •9.7 Контрольные вопросы
- •Список рекомендуемой литературы
- •Автоматика и автоматизированные системы управления технологическими процессами
- •212027, Могилев, пр-т Шмидта, 3.
3.6 Требования к отчёту
Отчёт по лабораторной работе должен содержать:
Название и цель лабораторной работы.
Принципиальные схемы потенциометра и милливольтметра.
Методику проверки работоспособности автоматического потенциометра и милливольтметра.
Протоколы испытаний приборов.
Выводы по работе.
3.7 Контрольные вопросы
В чем заключается принцип действия автоматического потенциометра и милливольтметра?
В чем заключается принцип измерения температуры с помощью термоэлектрических преобразователей (термопар)?
Что понимается под градуировочными характеристиками термопар?
Какова методика пересчета градуировочных характеристик термопар при изменении температуры ее свободных концов?
5) Каковы источники ошибок при измерении температуры с помощью термопар?
4 Лабораторная работа №2. Изучение и проверка работоспособности электронного моста и логометра
Цель работы: изучение устройства и принцип действия электронного моста и логометра; приобретение навыков по проверке работоспособности логометра и электронного моста.
4.1 Теоретические сведения
Измерение температуры термопреобразователями сопротивления основано на свойстве металлов и полупроводников изменять свое электрическое сопротивление с изменением температуры. Если априорно известна зависимость между электрическим сопротивлением термопреобразователя сопротивления и его температурой [т. е. Rt=f(t) – градуировочная характеристика], то, измеривRt, можно определить значение температуры среды, в которую он погружен.
Термопреобразователи позволяют надежно измерять температуру в пределах от минус 260 до плюс 1100 0С. К металлическим проводникам термопреобразователей сопротивления предъявляется ряд требований, основными из которых являются стабильность градуировочной характеристики, а также ее воспроизводимость, обеспечивающая взаимозаменяемость изготовляемых термопреобразователей сопротивления. К числу не основных, но желательных требований относятся: линейность функцииRt=f(t), по возможности высокое значение температурного коэффициента электрического сопротивления, большое удельное сопротивление и невысокая стоимость материала.
Применяют медные и платиновые термометры сопротивления. Медь – один из недорогостоящих металлов, легко получаемых в чистом виде. Медные термопреобразователи сопротивлений предназначены для измерения температуры в диапазоне от минус 50 до плюс 200 0С. При более высоких температурах медь активно окисляется и потому не используется. В широком диапазоне температур зависимость сопротивления от температуры линейна.
Платина является наилучшим материалом для термопреобразователей сопротивления, так как легко получается в чистом виде, обладает хорошей воспроизводимостью, химически инертна в окислительной среде при высоких температурах, имеет достаточно большой температурный коэффициент сопротивления и высокое удельное сопротивление. Платиновые преобразователи сопротивления используются для измерения температуры от минус 260 до плюс 11000С. Платиновые термопреобразователи сопротивления являются наиболее точными первичными преобразователями в диапазоне температур, где они могут быть использованы. Недостатком платины является нелинейность функцииRt=f(t) и, кроме того, платина – очень дорогой металл.
Принципиальная электрическая схема уравновешенного моста (рисунок 4.1а) состоит из постоянных резисторовR1иR2, компенсирующего переменного резистора (реохорда)RP, термопреобразователя сопротивленияRtи сопротивления соединительных проводовRпр. В одну диагональ включен источник постоянного тока Е, в другую – нуль-прибор НП. ИзмерениеRtпроизводится путем перемещения движка реохордаRPдо тех пор, пока стрелка нуль-прибора не установится на нулевой отметке. В этот момент ток в измерительной диагоналиcdотсутствует.
а |
б |
Рисунок 4.1 – Принципиальная электрическая схема уравновешенного моста: а) двухпроводное включение термопреобразователя сопротивления в цепь моста,б) трёхпроводное включение термопреобразователя сопротивления в цепь моста
При равновесии моста имеет место равенство
R2(2Rпр+Rt) =R1RP. (4.1)
Если считать, что температура окружающей среды постоянна, то 2Rпр=const. Тогда каждому значениюRtсоответствует определенное значение сопротивления реохордаRP, шкала которого проградуирована либо в омах, либо в градусах Цельсия.
В случаях, когда колебания температуры окружающей среды велики и погрешность за счет изменения RПРбудет достигать значительных величин, вместо двухпроводной схемы применяется трехпроводная схема включения термопреобразователя сопротивления (рисунок 4.1б). При таком соединении сопротивление одного провода прибавляется к сопротивлениюRt, а сопротивление второго провода – к переменному сопротивлениюRP. Уравнение равновесия моста принимает вид
R2(Rt+Rnp) =R1(Rp+Rnp). (4.2)
Из уравнения (4.2) следует, что в трехпроводной схеме сопротивление соединительных проводов не влияет на результаты измерения.
Логометр – прибор магнитоэлектрической системы, используется для измерения температуры в комплекте с термпреобразователями сопротивления. Логометры выпускаются обычно с градуировкой шкалы в градусах Цельсия. Температурная шкала логометра действительна только для определенной градуировки термометра сопротивления и заданного значения сопротивления внешних соединительных проводов.
Измерительный механизм логометра состоит из 2 рамок, расположенных под некоторым углом одна к другой и жестко скрепленных между собой. Рамки помещены в воздушный зазор между полюсами постоянного магнита и сердечником. Воздушный зазор между полюсами постоянного магнита и сердечником сделан неравномерным и поэтому магнитная индукция в зазоре непостоянна.
Принципиальная схема логометра с внешним постоянным магнитом показана на рисунке 4.2. В межполюсном пространстве постоянного магнита на общей оси (двух кернах) укреплены 2 рамки и, изготовленные из тонкой изолированной медной проволоки. Эти рамки могут свободно поворачиваться в пределах рабочего угла в воздушном зазоре. Выточки полюсных наконечников выполнены по окружности, но радиус этих выточек смещен по отношению к центру сердечника так, что воздушный зазор убывает от центра полюсных наконечников к их краям, а магнитная индукция возрастает приблизительно по квадратичному закону от центра к краям наконечников.
Рисунок 4.2 – Принципиальная электрическая схема логометра с внешним постоянным магнитом
Рамки логометров включены таким образом, что их вращающие моменты инаправлены навстречу друг другу. Подвод тока к рамкам осуществляется либо с помощью «безмоментных» вводов, сделанных из золотых ленточек, либо посредством маломоментных спиральных волосков, изготовленных из бронзовых сплавов. На приведенной схемеR1иR2 – добавочные манганиновые резисторы,Rt– сопротивление термометра сопротивления.
Как видно из рисунка 4.2, ток источника питания в точке а разветвляется и проходит по двум ветвям: через резисторR1, рамкуи через термометрRt, резисторR2и рамку.
В точке bветви сходятся, и дальше ток идет до одному проводнику до источника питания. При протекании по рамкамитоковисоздаются магнитные поля, в результате взаимодействия которых с полем постоянного магнита возникают вращающие моменты соответственнои, направленные навстречу друг другу. ЕслиR1+Rp=R2+R2+Rt, то=и при симметричном расположении рамок относительно полюсных наконечников вращающие моменты будут равны (рамки занимают положение, показанное на рисунке 4.2).
Если сопротивление термометра сопротивления Rtвследствие нагрева возрастает. По закону Ома токвозрастает, а токуменьшается. Поэтому вращающий моментрамкибудет больше моментарамки. Подвижная система начнет поворачиваться по часовой стрелке, т.е. в направлении момента. При этом рамкас большим вращающим моментом попадет в более слабое магнитное поле и ее момент уменьшится, момент же рамки,наоборот, будет увеличиваться . При определенном угле поворота моменты сравняются и рамки остановятся. Это произойдет при условии
=(4.3)
или
, (4.4)
где и – магнитная индукция в зонах расположения рамок;
nи– число витков рамок;
и– площадь активной части рамок.
Полагая в уравнении (4.2) , что
, (4.5)
получим
, (4.6)
откуда
. (4.7)
Учитывая, что значение отношения является функцией угла поворота подвижной части, уравнение (4.7) может быть представлено в виде
(4.8)
или
.(4.9)
Подставляя в уравнение (4.7) значения
,(4.10)
, (4.11)
получим
. (4.12)
Так как ,,иявляются постоянными величинами, то
, (4.13)
т.е. угол отклонения подвижной части или указателя логометра являются функцией измеряемого сопротивления термометра.
Основным недостатком рассмотренной дифференциальной логометрической схемы является то, что для уменьшения температурной погрешности прибора приходится включать последовательно с рамками манганиновые резисторы с большими сопротивлениями R1иR2. Вследствие этого логометры с такой измерительной цепью обладают меньшей чувствительностью по сопротивлению по сравнению с приборами с мостовыми логометрическими схемами.