14

«АВТОМАТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИОМЕТР В СИСТЕМЕ ДВУХПОЗИЦИОННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ»

Методические указания к лабораторной работе №3

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучение и практическое знакомство с устройством и принципом действия автоматического потенциометра; изучение устройства и принципа действия автоматической системы двухпозиционного регулирования температуры (4 ч ).

Содержание работы: знакомство с понятиями измерительной техники; измерение термоэлектродвижущей силы потенциометрическим методом; устройство и принцип действия автоматического потенциометра; характеристика системы двухпозиционного регулирования температуры; взаимодействие элементов системы прерывистого регулирования; расчет амплитуды и частоты колебаний температуры в системе двух позиционного регулирования; методика и порядок обработки результатов эксперимента.

2. Основные теоретические положения работы

1. Основные понятия теории измерений

Измерением называют экспериментальное определение численного соотношения между измеряемой физической величиной и значением принятым за единицу измерения.

Измерения делятся на прямые и косвенные. При выполнении прямых измерений значение измеряемой величины определяют непосредственным сравнением ее с единицей измерения или показаниями измерительных приборов, проградуированных в выбранных единицах измерения. При проведении косвенных измерений, измеряемую величину находят на основании результатов прямых измерений других величин, связанных с искомой однозначной зависимостью.

Вследствие несовершенства методов измерения и самих измерительных приборов результаты измерения, как бы тщательно они не выполнялись, не свободны от искажений называемых ошибками или погрешностями. Для определения степени достоверности полученного результата истинному значению измеряемой величины необходимо знать погрешность, полученную при данном измерении прибором.

Различают несколько видов погрешностей. Абсолютной погрешностью прибора называется разность между показанием прибора и его истинным значением. Поскольку последнее установить нельзя, то в измерительной технике используют так называемое действительное значение, полученное посредством образцового прибора.

Погрешность измерения датчика определяется по отклонению его реальной характеристики от номинальной. При этом абсолютная погрешность измерения по входной и выходной величине (рис. 1) выражается в единицах измерения соответствующих величин:

или .

Y=Y_р-Y_н

X=X_н-X_р

Рис. 1.Определение абсолютной, относительной и приведенной погрешностей: 1 – реальная статическая характеристика; 2 – номинальная статическая характеристика

Более полно меру точности датчика отражает относительная погрешность

Величина относительной погрешности изменяется при изменении величин X и Y, а при X и Y равном нулю стремится к бесконечности. Поэтому вводят понятие приведенной относительной погрешности:

,

где X_K и Y_K соответствует конечным (паспортным) пределам измерения данного прибора.

Эта погрешность положена в основу класса точности прибора.

Промышленные приборы в большинстве случаев выпускаются с классами точности 0,5; 1; 1,5. Например, прибор класса точности 1,5 имеет максимальную допустимую основную (при нормальных условиях) приведенную относительную погрешность 1,5% от диапазона шкалы.

Класс точности обычно указывается на его шкале.

Наряду с величиной погрешности работа измерительного прибора характеризуется его вариацией и чувствительностью. Вариацией называется наибольшая разность, полученная экспериментально, между показаниями измерительного прибора, соответствующими одному и тому же действительному значению измеряемой величины при одинаковых условиях измерения. Вариация технических приборов при их поверке определяется как наибольшая разность показаний прибора, полученная при прямом и обратном ходе, для одного и того же действительного значения величины.

Чувствительностью измерительного прибора называется отношение линейного или углового перемещения указателя прибора к приращению измеряемой величины , вызвавшему это перемещение, т.е.

.

При этом под порогом чувствительности понимают то наименьшее изменение значения измеряемой величины, которое способно вызвать минимальное изменение в показаниях измерительного прибора.

2. Измерение термоэлектродвижущей силы потенциометрическим методом

   В настоящее время потенциометры являются наиболее распространенными вторичными приборами, работающими в комплекте с термоэлектрическими преобразователями (ТЭП). Потенциометры проводят измерения компенсационным потенциометрическим методом, т.е. уравновешиванием измеряемой термоэлектродвижущей силы (термо-ЭДС), известной разностью потенциалов от вспомогательного источника.

Лабораторный переносной потенциометр ПП, схема которого приведена на рисунке 2, предназначен для измерения Э.Д.С. и напряжений в цепях постоянного тока. Электрическая схема потенциометра образована тремя цепями. Первая цепь батареи состоит из источника постоянного тока (сухой элемент Е_H), сопротивления реостата R_Т для установки рабочего тока, секционного резистора R_C (шесть одинаковых по величине резисторов), сопротивлений реохорда R_P и резистора R_НЭ.

Вторая – цепь ТЭП состоит из источника термо-ЭДС Е(t,t₀) части секционного резистора, сопротивления реохорда и нуль-прибора (НП).

Третья – цепь нормального элемента служит для установки рабочего тока в первой цепи, т.е. приведения тока к стандартной величине. Эта цепь состоит из нормального элемента Вестона Е_НЭ, Э.Д.С. которого равна 1,0183 В, и остается постоянной при кратковременной нагрузке, и резистора R₁.

Рис. 2. Принципиальная схема ручного потенциометра

Переключатель SA имеет три положения: в среднем контакты разомкнуты. При установке рабочего тока переключатель переводится в положение К. При этом батареи включаются в цепь нормального элемента. Компенсация ЭДС нормального элемента происходит на резисторе R_НЭ за счет рабочего тока т.е. iR_НЭ=Е_НЭ. Стрелка нуль-прибора при этом устанавливается на нуль с помощью реостата R_T. Для изменения термо-ЭДС переключатель SA переводится в положение И, а в цепь источника тока включается ТЭП. Движки секционного резистора R_C и реохорда R_P перемещают до тех пор, пока термо-ЭДС ТЭП полностью не скомпенсируется равной и противоположной направленной разность потенциалов, создаваемой током батареи на участке ab. В таком положении стрелка нуль-прибора устанавливается на нуль, а отсчет производится по сумме напряжений на секционном резисторе R_C и реохорде R_P в мВ. На секционном резисторе можно создать разность потенциалов 60 мВ, на реохорде – 11 мВ.

Таким образом, максимальная термо-ЭДС, измеряемая потенциометром, равна 71 мВ; класс точности прибора – 0,5.