Феромагнетне осердя
Як видно з рівняння (1), найбільшого значення модуль взаємоіндуктивності |M|=M н набуває в тому випадку, коли магнітний потік, що пронизує навивки однієї секції, стає максимальним, а іншої - мінімальним.
Рис.2. Статична характеристика диференційно-трансформаторного перетворювача
На рис, 2 показано характер зміни взаємоіндуктивності при переміщенні осердя з одного положення в інше.
Дослідження співвідношень геометричних розмірів соленоїда та осердя показують, що максимальна чутливість досягається при рівності довжин однієї секції соленоїда та осердя ( l0≈lc ) і при максимальному наближенні їх діаметрів (d0≈dc) рис.1,а. Для побудови ДТП з лінійною функцією перетворення використовують лише частину характеристики, допускаючи переміщення осердя в межах l≤(0,7…0,8)lc Практичного застосування набули ДТП з вихідним сигналом 0...10 мГн і -10...+10 мГн.
Перевага диференційного перетворювача полягає в зменшенні впливу неінформативних параметрів, наприклад температури, а також в можливості отримати нульовий вихідний сигнал при нульовому сигналі на вході.
2. Вторинні прилади на основі диференційно–трансформаторних перетворювачів. На основі ДТП будують вторинні прилади типів КСД, КВД, КПД для вимірювання різноманітних електричних величин.
Рис. 3. Електрична схема приладу системи КСД.
Навої збудження ДТП-1 та ДТП-2 з'єднані послідовно і живляться напругою 24 В змінного струму від вторинного приладу. Вихідні навої обох ДТП змикаються послідовно-зустрічно до входу електронного підсилювача. Якщо положення осердь перетворювачів різні, то різними будуть напруги та на вихідних навоях ДТП, а на вхід електронного підсилювача буде прикладено їх різницю.
Підсилений різницевий сигнал подається на навій керування реверсивного двигуна РД і викликає обертання його ротора в такому напрямку, щоб переміщення осердя компенсаційного перетворювача ДТП-2 викликало зменшення різницевої напруги . З віссю обертання кулачкового механізму механічно зв’язана стрілка відлікового пристрою ВП.
Для настроювання системи та забезпечення взаємозамінності первинних перетворювачів передбачено можливість регулювання їх вихідної напруги за допомогою змінних резисторів R1 "Діапазон". Корекція нульового показу вторинного приладу здійснюється за допомогою додаткового навою Wд ДТП-2 шляхом регулювання опору потенціометра R3 "Нуль", ввімкненого послідовно з вихідними навоями перетворювачів на вході електронного підсилювача.
В зв'язку з тим що переміщення осердя первинного перетворювача може бути нелінійно пов’язаним зі зміною вхідної величини, а функція перетворення ДТП є лінійною, то профіль диска кулачкового механізму вторинного приладу підбирають таким, щоб лінеаризувати цю залежність і отримати лінійну шкалу приладу. В залежності від функції перетворення первинного перетворювача розроблено відповідні модифікації приладів типу КСД з лінійним, квадратичним або степеневим кулачковими механізмами.
3. Основні технічні характеристики приладів типу КСД .
Прилади типу КСД призначені для автоматичного вимірювання та реєстрації в прямокутних координатах неелектричних величин за допомогою первинних диференційно–трансформаторних перетворювачів, механічно з’єднаних з чутливими елементами первинних перетворювачів, вихідним інформативним параметром яких є переміщення. В залежності від різновидів додаткових пристроїв прилади типу КСД можуть виконувати також позиційне та пропорційне регулювання вимірювального параметру, здійснювати сигналізацію, інтегрувати в часі витрати рідини, газу, пари тощо, тобто отримувати кількість, забезпечувати дистанційну передачу інформації. Електричне живлення приладів здійснюється від мережі однофазного змінного струму напругою 220 В частотою 50 Гц , Електричне живлення навоїв збудження ДТП вторинного приладу і первинного перетворювача здійснюється напругою 24 В від обмотки силового трансформатора.
Основна похибка приладу (від нормуючого значення) не перевищує границі допустимих значень, %:
для показів і запису . ±1,0
для сигналізації і регулювання ±1,5
для дистанційної передачі показів ±1,0
За нормуюче значення приймають: 10 мГн - для приладів з діапазоном зміни вхідного сигналу 0…10мГн; 20 мГн - для приладів з діапазоном зміни вхідного сигналу -10...+10 мГн .
Варіація приладів, виражена в процентах від нормуючого значення не перевищує абсолютного значення межі допустимої основної похибки.
ЗАВДАННЯ .
1. Встановити, чи магазин взаємо індуктивності типу Р50І7 підходить для перевірки основної допустимої похибки і варіації приладу типу КСД класу точності 1,0 з діапазоном зміни взаємо індуктивності від Мтіп до Мтах, якщо задано характеристику (лінійну, квадратичну).
Знайти допустиму абсолютну похибку приладу КСД з вказаними характерристиками при заданій вхідній взаємо індуктивності Мі .
2. Провести експеримент для визначення основної похибки та варіації заданого приладу. Зробити висновок про відповідність визначених величин допустимим.
3. Визначити експериментально функцію перетворення ДТП і зобразити її графічно. Оцінити похибки ідентифікації та нелінійності і подати їх графічно в функції переміщення.
4. Зробити висновки про співвідношення похибок ідентифікації і нелінійності і про можливість присвоєння класу точності ДТП.
ПРАКТИЧНІ ВКАЗІВКИ.
Експериментальна частина роботи складається з двох етапів:
а) визначення основної похибки та варіації приладу з ДТП;
б) визначення функції перетворення ДТП; і оцінка похибок ідентифікації і нелінійності.
1. Визначення основної похибки та варіації . приладів з ДТП.
Визначення основної похибки та варіації приладу КСД-2 здійснюється за таких нормальних умов:
температура навколишнього середовища (20 ± 2) °С;
відносна вологість повітря від 30 до 80%;
напруга живлення (220 ± 4,4) В частоти 50 Гц;
максимальний коефіцієнт вищих гармонік ≤ 5%.
Перед початком перевірки прилад повинен бути ввімкненим для прогрівання на час, не менший, ніж 1 година, при номінальній напрузі живлення і з навантаженням, яке відповідає 2/3 діапазону вимірювання.
Для верифікації приладів використовується багатозначна міра комплексної взаємоіндуктивності. Межа допустимої основної похибки магазина для виставленого значення М визначається за формулою, %:
(2)
де k- клас точності; т - шкала декад; - дискретність молодшої декади ,
Для магазина взаємо індуктивності типу Р50І7 k = 0,2; m = 3;
Основну похибку приладу та варіацію визначають при чотирьох комбінаціях параметрів магазину
Номер комбінації |
Значення параметрів магазина Р5017 |
||
Залишкова взаємоіндуктивність МО, мкГн |
Кут втрат ε, град |
Аргумент комплексного опору, рад |
|
I |
0 |
5,5 |
φ1(5,5) |
II |
0 |
5,5 |
φ11(5,5) |
II |
0 |
5,5 |
φ1(5,5) |
IV |
0 |
5,5 |
φ11(5,5) |
На магазині взаємоіндуктивності встановлюють значення параметрів відповідної комбінації, магазина і, змінюючи значення комплексної взаємо індуктивності, плавно підводять покажчик приладу до необхідної точки шкали і роблять відлік показу магазина.
Основну похибку і варіацію прилад знаходять на всіх оцифрованих поділках шкали за такими формулами:
для приладів з лінійним кулачковим механізмом
(3)
(4)
де Мр - розрахункове значення взаємоіндуктивності, що відповідає даному показу приладу; М - відлік на магазині взаємоіндуктивності, що відповідає даній відмітці, мГн; Мн - нормуюче значення вхідної величини (Мн =10 мГн для приладів з межами 0...10 мГн , Мн = 20 мГн для приладів з межами -10...0…+10 мГн); М1 , М2 - відлік на магазині, що відповідає даній відмітці шкали при плавному підході до оцифрованої поділки відповідно зліва та справа; для приладів з квадратичним кулачком і межами вимірювання 0...10 мГн
(5)
(6)
де ,N - значення, фізичної величини відповідає з початковою, кінцевою тачками шкали та точкою яка перевіряється.
Розрахункове значення взаємоіндуктивності Мр шукають за формулами
(7) –(9)
з яких перша використовується для приладів з лінійним кулачком і діапазоном 0...10 мГн , друга - для приладів з лінійним кулачком і діапазоном -І0...0…+І0 мГн, третя - для приладів з квадратичним кулачком і діапазоном 0...10 мГн
Результати експерименту заносять до табл. 1.
За результатам експерименту роблять висновок про відповідність похибок і варіації приладу допустимим значенням,
2. Визначення функції перетворення ДТП
Функцію, перетворення будь-якого перетворювача можна визначити шляхом вимірювання ряду значень його вхідної величини і відповідних їм значень вихідної величини.
Похибки вимірювання вхідних і вихідних величин перетворювача приводять до виникнення так званих похибок ідентифікації функції перетворення.
Вхідною величиною ДТЇ є переміщення, а вихідною – взаємоіндуктивність. Якщо вхідну величину можна виміряти, наприклад, мікрометром, то вимірювання вихідної величини ДТГІ складає певні труднощі. В даній роботі для вимірювання взаємо індуктивності використовується метод заміщення, який полягає ось у чому.
Спочатку до ДТП підключають автоматичний прилад КСД-2 і, переміщаючи осердя перетворювача, встановлюють стрілку приладу на довільну відмітку шкали. Переміщення (місцеположення осердя) вимірюють мікрометром. Тоді до автоматичного приладу підключають магазин взаємоіндуктивності і повторно встановлюють стрілку автоматичного приладу на цю саму відмітку. Значення взаємоіндуктивності, виставлене на магазині, відповідає взаємоіндуктивності ДТП при даному переміщенні, а похибка вимірювання взаємоіндуктивності визначається похибкою магазина .
Таблиця 1
Результати дослідження автоматичного приладу КСД
№ п/п |
Покази досліджуваного приладу N |
Покази зразкового магазина Р5017, мГн |
Розрахункове значення взаємоіндуктивності Мр, мГн |
Абсолют на похиб ка, мГн |
Зведена похибка γmax, % |
Абсолютна варіація V, мГн |
Зведена варіація Vзв, % |
|||||
М1 → |
М2 ← |
∆М1 → |
∆М2 ← |
|||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Встановлення стрілки приладу на кожну відмітку за допомогою магазина взаємоіндуктивності здійснюють два рази: один раз при підході зліва M1 другий - при підході справа M2. Встановлення стрілки приладу на цю саму відмітку шляхом переміщення осердя ДТП здійснюють п разів, при цьому п/2 разів при підході зліва і п/2 разів при підході справа. Багатократні вимірювання дозволяють зменшити випадкову складову похибку вимірювання, а двосторонній підхід до відмітки - варіацію приладу,
Значення і визначають за формулами
; (10)
(11)
Таким чином можна побудувати дійсну функцію перетворення ДТП
Похибка ідентифікації обумовлена похибкою вимірювання величин і . Можна вважати, що багатократні вимірювання дозволили практично усунути випадкову похибку вимірювання як , так і . Інформація про систематичну і випадкову окладові похибки магазина взаємоіндуктивності і мікрометра відсутня– тому для оцінки похибки ідентифікації можна оперувати лише граничними похибками відповідних засобів вимірювань.
Таблиця 2
Результати дослідження диференційно-трансформаторного перетворювача
№ п/п |
Показ приладу N |
Взаємоіндуктивність ДТП, мГн |
Похибки вимірювань |
Результати спостережень |
переміщення l,мм |
Похибка |
|||||||||||||||
МР |
М1 → |
М2 ← |
|
δМ, % |
ΔМ, мГн |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
вимірювань Δl, мм |
ідентифікації Δід, мГн |
нелінійності Δнел, мГн |
ЗМІСТ ЗВІТУ
-
Мета роботи.
-
Зміст роботи.
-
Завдання.
-
Попередні розрахунки.
-
Схеми вимірювань.
-
Технічні характеристики засобів вимірювань.
-
Таблиці результатів вимірювань.
-
Формули, за якими визначають розрахункові величини таблиць.
-
Графіки функції перетворення, похибок ідентифікації і нелінійності.
-
Висновки за результатами перевірки приладу і дослідження функції перетворення ДТП.
КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ
-
Пояснити принцип дії ДТП.
-
Для вимірювання яки величин використовується ДТП?
-
Що є вхідною і вихідною величиною ДТП?
-
Пояснити принцип дії автоматичних приладів, побудованих на базі ДТП?
-
Як нормуються похибки автоматичних приладів на базі ДТП?
-
Поясніть методику визначення основної похибки і варіації приладу.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 10
ВИМІРЮВАННЯ ТЕМПЕРАТУРИ ТЕРМОРЕЗИСТОРНИМИ
ТЕРМОМЕТРАМИ
Мета роботи –вивчити принцип дії, основні технічні характеристики та особливості застосування терморезисторних термометрів.
ПЛАН ВИКОНАННЯ РОБОТИ
1. Вивчити принцип дії, основні технічні характеристики та особливості застосування терморезистивних первинних перетворювачів температури (термоперетворювачів опору) та вторинних приладів (аналогових автоматичних мостів та цифрових вимірювальних приладів)
2. Відповідно до конкретного запропонованого викладачем завдання вибрати зразковий магазин опору, придатний для визначення основної похибки та варіації показів заданих вторинних вимірювальних приладів.
3. Перевірити працездатність заданих вторинних вимірювальних приладів і визначити їх основну похибку, а також варіацію показів у заданих точках діапазону вимірювань; зробити висновок про відповідність основної похибки вимірювальних приладів і варіації їх показів допустимим значенням.
4. За допомогою термоперетворювача опору і заданого вторинного вимірювального приладу експериментально визначити залежність зміни температури в печі (термостаті) від часу при її нагріванні (охолодженні); визначити час встановлення стабільної температури в печі (термостаті) при заданій напрузі її живлення; накреслити графік зміни температури за час нагрівання (охолодження); оцінити похибку вимірювання температури.