Федоров С.Н. Основы автоматизациии производственных процессов. Лабораторный практикум

Подождите немного. Документ загружается.

дальнейшей эксплуатации. В противном случае он должен быть подвергнут

ремонту или переведен в более низкий класс точности.

Приборы поверяют путем сравнения их показаний Р

изм

с показаниями

рабочих эталонов Р

дейст

. По ГОСТ 15614 – 70 абсолютная погрешность рабочего

эталона должна быть в четыре раза меньше абсолютной погрешности

поверяемого прибора. Верхний предел измерения поверяемого прибора должен

быть не менее 3/4 шкалы рабочего эталона или равен ему.

Для поверки наиболее распространенных манометров среднего и

высокого давления используют грузопоршневые манометры, класс точности

которых 0,02 и 0,05.

Преобразователи давления тоже подлежат поверке. Для них основную

погрешность определяют следующими способами:

1) по рабочему эталону на входе преобразователя устанавливают

измеряемый параметр, равный номинальному, а по другому рабочему эталону

измеряют выходной сигнал преобразователя;

2) по рабочему эталону на выходе преобразователя устанавливают

расчетное значение выходного сигнала, соответствующее номинальному

значению измеряемого параметра, а по другому рабочему эталону измеряют

действительное значение измеряемого параметра;

3) подают на вход поверяемого преобразователя и рабочего эталона

номинальное значение измеряемого параметра и сравнивают их выходные

сигналы.

При проверке пружинных манометров определяются следующие

погрешности:

- абсолютная – разность между показаниями поверяемого прибора Р

изм

действительными значениями измеряемого давления Р

действ

дейстизм

PP 

; (1.9)

- относительная – абсолютная погрешность в процентах от

действительного значения измеряемого давления:

(%),100

















дейст



(1.10)

- приведенная – абсолютная погрешность в процентах от разности между

верхним Р

и нижним Р

пределами шкалы данного прибора:

100







нв



(1.11)

Об устойчивости показаний поверяемого манометра судят по величине

размаха – разности показаний манометра при прямом и обратном ходе,

соответствующем одному и тому же действительному значению измеряемого

давления:

обрпр

PPR 

. (1.12)

Если поверяемый манометр имеет приведенную (основную) погрешность

больше допустимой, определяемой классом точности на шкале прибора, то его

подвергают регулировке или переводят в более низкий класс точности.

При проверке преобразователей определяются следующие погрешности:

- абсолютная - разность между действительными значениями выходного

сигнала I

и расчетными значениями I

pii

II 

; (1.13)

- относительная - абсолютная погрешность в процентах от расчетного

значения выходного сигнала:

100









; (1.14)

- приведенная – абсолютная погрешность в процентах от разности между

верхним и нижним значениями выходного сигнала:

0max









. (1.15)

Вычисления проводят с точностью до второй значащей цифры после

запятой.

Приведенная погрешность преобразователя при периодической поверке

не должна превышать предела допускаемой основной погрешности

поверяемого преобразователя γ

Основную погрешность определяют не менее чем на пяти значениях

измеряемой величины, достаточно равномерно распределенных в диапазоне

измерения, в том числе при значениях измеряемой величины, соответствующих

нижнему и верхнему предельным значениям выходного сигнала.

Основную погрешность определяют при значении измеряемой величины,

полученной при приближении к нему как от меньших значений, так и от

больших (при прямом и обратном ходе).

Перед поверкой при обратном ходе преобразователь выдерживают в

течение 5 минут под воздействием верхнего предельного значения измеряемого

параметра, соответствующего предельному значению выходного сигнала.

Вариация выходного сигнала определяется как разность между

значениями выходного сигнала, соответствующими одному и тому же

значению измеряемого параметра, полученными при прямом и обратном ходе;

IIR



, (1.16)

где I

и I

– действительные значения выходного сигнала соответственно при

прямом и обратном ходе, мА.

Среднее значение вариации выходного сигнала в абсолютных единицах

и в процентах от нормирующего значения вычисляют по формулам:

%100*;

нв

отн

РР









. (1.17)

Лабораторные работы

№ 101

"Изучение преобразователя давления Метран 100"

Цель работы. Ознакомиться с устройством и принципом действия

грузопоршневых и пружинных приборов для измерения давления,

преобразователя давления Метран-100, а также методикой их поверки.

Описание лабораторной установки. Лабораторная установка (рисунок

1.8) представляет собой поверочный грузопоршневой манометр МП-60 (далее

пресс), на котором установлены образцовый манометр с пределом измерения

2,5 МПа и преобразователь давления Метран 100 с цифровым индикатором

(жидкокристаллическим дисплеем) для представления значений измеренного

давления в цифровой форме (в МПа). С помощью разъемов к преобразователю

подключается мультиметр, позволяющий измерять значение

унифицированного выходного сигнала 4 - 20 мА.

Рисунок 1.8 – Схема лабораторной установки

Порядок выполнения работы:

- провести поверку преобразователя давления Метран-100 с помощью

грузопоршневого и рабочего эталона пружинных манометров;

- обработать результаты экспериментов и определить класс точности

поверяемого преобразователя;

- построить градуировочную характеристику зависимости

унифицированного токового сигнала I

вых

от входного давления Р

вх;

- сделать выводы по работе.

Методические указания к выполнению работы.

При поверке преобразователя Метран-100 давление создается

поршневым манометром МП-60 (см. рисунок 1.1).

Перед началом поверки по рабочему эталоу манометра закрывают

вентиль 13 и открывают вентили 12, 14 и 15. После этого, вращая штурвал

против часовой стрелки, заполняют полость манометра маслом. Затем

закрывают вентиль 15 и, вращая штурвал по часовой стрелке, поднимают

давление в гидравлической линии.

Внимание! Недопустимо создавать давление в гидравлической линии

более 2 МПа (20 кгс/см

Если при ходе поршня до крайней точки давление поднялось

недостаточно (это свидетельствует о наличии воздуха во внутреннем полости

чувствительных элементов приборов и в гидравлической линии), операции

повторяют.

Когда приборы подготовлены к работе, на рабочем эталоне манометра

вращением штурвала последовательно устанавливают значения давления от 0

до 1,6 МПа (шаг изменения задается преподавателем). При каждом значении

снимают показания по поверяемому преобразователю и мультиметру и заносят

данные в таблицу 2.1. Эксперимент следует провести дважды – при прямом

ходе (ПХ) и обратном (ОХ), т.е. при увеличении и при уменьшении давления).

Таблица 2.1 – Результаты эксперимента

Показания

рабочего

эталона

манометр

а, МПа

Показания

поверяемого

преобразователя

, МПа

Показания

мультиметра,

мА

Абсолютная

погрешность,

МПа

Приведенная

погрешность,

Вариац

ия,

МПа

ПХ ОХ ПХ ОХ ПХ ОХ

…

1,6

Приведенная погрешность определяется для максимального (по модулю)

значения абсолютной погрешности. По полученным данным определяют класс

точности поверяемого преобразователя (по наибольшей приведенной

погрешности) и вариацию показаний. Установленный предел измерения

преобразователя "Метран 100" - 10 МПа, класс точности – 0,25.

Требования к отчету. Отчет должен содержать:

- цель работы;

- рисунки 1.2; 1.3; 1.4; 1.7;

- таблицу с данными экспериментов и результаты определения

погрешности поверяемого преобразователя;

- градуировочную характеристику преобразователя для

унифицированного токового сигнала;

- выводы по работе.

№ 102

"Изучение приборов для измерения давления по компьютерной

модели"

Цель работы. Ознакомиться с устройством и принципом действия

грузопоршневых и пружинных приборов для измерения давления,

преобразователя давления Сапфир – 22 ДИ, а также методикой их поверки.

Описание лабораторной установки. Данная лабораторная установка

является виртуальной и входит в комплекс компьютерных лабораторных работ

Центра дистанционного образования ТюмГНГУ (работы № 3, 4 в меню).

Порядок запуска программы приведен в приложении.

Порядок выполнения лабораторной работы

Часть 1. Поверка пружинного манометра

Основное окно лабораторной работы показано на рисунке 1.9.

После его появления необходимо выполнить следующие действия:

- открыть полностью вентили 1, 2 (ручки переключателей "Вентиль 1" и

"Вентиль 2");

- при прямом ходе установить с помощью маховика поверяемое значение

давления (ручка переключателя "Маховик");

- зафиксировать поверяемое и действительное значение в таблицу

(клавиша "Зафиксировать");

- выполнить те же действия для обратного хода (при тех же значениях

давления, как и при прямом ходе);

- занести результаты измерений в таблицу и использовать их в

дальнейших расчетах;

- сделать выводы.

Рисунок 1.9 - Основное окно лабораторной работы "Поверка пружинного

манометра"

Часть 2. Поверка преобразователя давления "Сапфир – 22 ДИ"

Основное окно лабораторной работы показано на рисунке 1.10.

После его появления необходимо выполнить следующие действия:

- открыть полностью вентили 1 и 2 (ручка переключателя "Вентили 1 и

2");

- включить питание цифрового вольтметра (клавиша "Пит.");

- при прямом ходе установить с помощью маховика поверяемое значение

давления (ручка переключателя "Маховик");

- зафиксировать поверяемое и действительное значение в таблицу

(клавиша "Зафиксировать");

- при обратном ходе произвести те же действия в том же порядке, при тех

же значениях давления, как и при прямом ходе;

- записать результаты измерений в таблицу и использовать их в

дальнейших расчетах;

- сделать выводы.

Методические указания к выполнению работы

Часть 1. Поверка пружинного манометра

Шаг изменения давления задается преподавателем.

После окончания поверки в прямом ходе необходимо еще раз повторить

последний замер – он будет первым замером для обратного хода.

Рисунок 1.10- Основное окно лабораторной работы "Поверка преобразо-

вателя давления"

Результаты заносятся в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 - Результаты поверки пружинного манометра

Поверяемое

значение

давления,

кгс/см

Действительное

значение

давления, кгс/см

Погрешность поверяемого прибора Вариа

ция,

кгс/см

прямой

ход

обратны

й ход

прямой ход обратный ход

абсолютна

я, кгс/см

приведенна

я, %

абсолютна

я, кгс/см

приведенна

я, %

Формулы для расчета погрешностей приведены в кратких теоретических

сведениях.

В выводах необходимо указать, годен прибор или забракован и почему.

Часть 2. Поверка преобразователя "Сапфир – 22 ДИ"

Шаг изменения давления задается преподавателем.

После окончания поверки в прямом ходе необходимо еще раз повторить

последний замер – он будет первым замером для обратного хода.

Результаты заносятся в таблицу 2.3.

Таблица 2.3 - Результаты поверки преобразователя "Сапфир – 22 ДИ"

Значение

измеряемого

давления.

кгс/см

Расчетное

значение

выходного

сигнала,

мА

Действительное

значение

выходного

сигнала, мА

Погрешности Вариа

ция,

мА

прямой

ход

обратный

ход

прямой ход обратный ход

Δ,

МПа

δ,

γ,

Δ,

МПа

δ,

γ,

Необходимые для расчета формулы приведены в кратких теоретических

сведениях.

В выводах необходимо указать, годен преобразователь или забракован и

почему.

Требования к отчету. Отчет должен содержать:

- цель работы;

- рисунки 1.2,1.3, 1.5;

- таблицы с данными экспериментов и результаты определения погреш-

ности пружинного манометра и преобразователя "Сапфир – 22 ДИ";

- выводы по работе.

Контрольные вопросы к разделу 1

Какие приборы для измерения давления могут быть использованы в

качестве эталонных?

Каковы причины возникновения вариации прибора?

Почему перед началом работы с поршневым манометром проверяется

горизонтальность установки прибора?

Какое давление измеряется манометром с трубчатой пружиной –

абсолютное или избыточное?

Можно ли манометры с трубчатой пружиной использовать для измерения

разности давления?

В чем заключается принцип действия тензопреобразователей давления?

Из каких основных блоков состоит преобразователь давления Метран

100?

Как в преобразователе "Метран" вводится коррекция по температуре?

Что означает понятие "интеллектуальный датчик"?

РАЗДЕЛ 2. ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

Краткие теоретические сведения

Термопары. Термопары (ТП) представляют собой цепь, состоящую из

двух или нескольких соединенных между собой разнородных проводников. На

рисунке 2.1 показана термоэлектрическая цепь, состоящая из двух проводников

(термоэлектродов) А и В. Места соединений термоэлектродов 1 и 2 называют

спаями или концами.

Рисунок 2.1 - Схема термоэлектрического преобразователя

Принцип действия ТП основан на использовании термоэлектрического

эффекта, заключающегося в том, что, если температуры спаев t и t

не равны, то

в замкнутой цепи будет протекать электрический ток. Направление этого тока,

называемого термотоком, зависит от соотношения температур спаев, т. е. если t

> t

, то ток протекает в одном направлении, а при t < t

— в другом. При

размыкании такой цепи на ее концах может быть измерена так называемая

термоэлектродвижущая сила (термоЭДС). Генерируемая в контуре ТП

термоЭДС зависит только от химического состава термоэлектродов и

температуры спаев и не зависит от геометрических размеров термоэлектродов и

размера спаев.

Для замкнутой цепи, показанной на рисунке 2.1, результирующая

термоЭДС равна

(tt

) = e

(t) – e

ВА

), (2.1)

где e

(t) и e

ВА

) – потенциалы, возникающие в местах соприкосновения

проводников.

Индексы при Е и е указывают направление термоЭДС: от А к В или от В

к А.

Из последнего выражения следует, что возникающая в контуре термоЭДС

(tt

) зависит от разности температур t и t

. Если сделать t

= const, то

) = c = const и

(tt

)

t0 = const

= e

(t) – c = f(t). (2.2)

При известной зависимости (2.2) путем измерения термоЭДС в контуре

ТП может быть найдена температура t в объекте измерения, если температура t

= const. Спай, погружаемый в объект измерения температуры, называют

рабочим спаем или рабочим концом, а спай вне объекта называют свободным

спаем (концом).

В явном виде зависимость (2.2) не может быть получена аналитически с

достаточной точностью. Поэтому эта зависимость для различных типов ТП

устанавливается экспериментально путем градуировки и построения графика

или таблицы зависимости термоЭДС от температуры.

При градуировке ТП температура свободных концов t

обычно

поддерживается постоянной и равной 0 °С. При измерении температуры в

практических условиях температура свободных концов ТП обычно равна

температуре окружающей среды. При этом статическая характеристика ТП не

соответствует градуировочной характеристике и смещается вертикально вверх

или вниз (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 – Смещение характеристики термопары при изменении t

Смещение характеристики ТП вызывает необходимость введения

поправки на температуру свободных спаев по уравнению:

E(t, t

) = E(t, 0 °С) – Е(t

, 0 °С), (2.3)

где Е(t, 0 °С) – термоЭДС, развиваемая ТП при температуре рабочего спая t и

температуре свободного спая 0 °С;

E(t

, 0 °С)- термо-э.д.с., развиваемая ТП при температуре рабочего спая t = t

и температуре свободного спая 0°С.

Из выражения (2.3) видно, что при t

< 0 статическая характеристика

смещается вверх, а при t

> 0 - вниз.

В настоящее время широко применяется автоматическое введение

поправки на температуру свободных спаев ТП при помощи специальных

компенсирующих устройств. Эти устройства располагаются отдельно или

встраиваются во вторичный прибор.