Порядок проведения измерений по поверке ультразвукового уровнемера

1. Включить блок питания, убедившись в правильно установленном напряжении (24 В).

2. Провести калибровку Probe на расстояниях 0,25–1 м:

 выходной токовый сигнал 4 мА – должен соответствовать уровню 0,25 м, а сигнал 20 мА – уровню 1 м. Проверить пропорциональность показаний в точках 0,5 и 0,75 м.

Провести калибровку обратно пропорционально уровню:

4 мА – 1м,

20 мА – 0,25 м

и аналогично проверить соответствие в точках 0,5 и 0,75 м.

Измерением уровня с помощью линейки определить абсолютную погрешность показаний:

Метрологические характеристики Probe:

 диапазон измерений 0,255 м;

 угол луча 10;

 выходной сигнал 4-20 мА;

 погрешность 0,25% верхнего предела измерений.

Сделать вывод о применимости.

Определение основной погрешности и вариации выходного сигнала

Относительная погрешность и вариацию определяют в токах диапазона измерения (уровня), соответствующих нижнему и верхнему предельным значениям и 4-5-ти значениям при прямом и обратном ходе. Определение относительной погрешности производится путем сравнения действительных значений выходного сигнала с табличными. За абсолютную погрешность принимают наибольшую из полученных значений погрешности.

Относительная погрешность определяется по формуле:

где  значение выходного сигнала, полученного в ходе лабораторной работы;  действительное значение выходного сигнала.

Вариация определяется по формуле:

где  действительное значение выходного сигнала, соответствующее поверямой величине при прямом ходе;  действительное значения выходного сигнала, соответствующее поверяемой величине при прямом ходе.

Содержание отчета

1. Краткое содержание работы, технические и метрологические характеристики средств измерения и поверки, принципиальные схемы уровнемеров.

2. Экспериментальные данные по определению абсолютной погрешности уровнемеров и вариации.

3. Статические зависимости выходного сигнала от входного.

Лабораторная работа № 11 исследование метрологических характеристик преобразователей рода сигналов

Цель работы: ознакомление с принципом действия и конструкцией пневмоэлектрических и электропневматических преобразователей; определение их метрологических характеристик.

11.1. Общие сведения

Преобразователь пневмоэлектрический типа ПЭ-55М, преобразующий унифицированный пневматический непрерывный сигнал (от 0,02 МПа до 0,1 Мпа) в унифицированный электрический непрерывный сигнал (от 0 до 5 мА), предназначен для свя­зи пневматических аналоговых приборов и устройств с электрическими машинами и электрическими приборами.

Конструктивно прибор оформлен в виде отдельного герметизированного блока и состоит из следующих основных узлов: манометрической пружины (I), блока гальванометра (II) и электронного блока (III),собранного на плате.

Электрическая принципиальная схема прибора приведена на рис. 11.1.

Рис. 11.1

Данный ПЭП работает по принципу компенсации моментов сил. Преобразуемый пневматический сигнал Р_вх поступает в трубчатую пружину 1 (рис.1), которая под действием давления раскручивается. Ее свободный конец перемещается вверх и растягивает пружину 2. Растяжение последней вызывает появление усилия R1, которое передается рычагу 3. Сила R1 создает на рычаге 3 момент М1, который стремится повернуть рычаг 3 вокруг точки O. На конце рычага укреплен металлический флажок 4, который при повороте рычага приближается к плоской катушке 5. Перемещение рычага изменяет параметры резонансного контура (L1,С1) генератора, собранного на транзисторе Т1, вследствие чего изменяется степень связи между контурами (L1, C1) и (L2, C2). При этом изменяется величина постоянной составляющей сигнала на резисторе R2. Постоянное напряжение усиливается при помощи мостового усилительного каскада, состоящего из транзистора Т2 и резисторов R6, R10, R11.

Гальванометр работает следующим образом: в диагональ моста последовательно включается нагрузка R8 и катушка отрицательной обратной связи L4, укрепленная на рычаге и находящаяся в поле постоянного магнита. При протекании по катушке постоянного тока вокруг нее возникает постоянное по направлению электромагнитное поле, которое взаимодействует с полем постоянного магнита 7. При этом на катушку L4, соединенную с рычагом 3, действует сила R_ос. Эта сила создает на рычаге вращающий момент М2 , направленный противоположно моменту М1. Перемещение рычага 3 происходит до тех пор, пока моменты М1 и М2 не станут равны. Между силой R1 и измеряемым давлением Р_вх, а так же между силой R_ос и током I имеет место зависимость

R1 = ·p

R_ос =k₂·I,

где k₂ – коэффициент преобразования трубчатой пружины 1; k₂  коэффициент преобразования магнитоэлектрического преобразователя элемента, состоящего из катушки L4 и магнита 7.

Так как М1 = М2, то , где

– коэффициент преобразования ПЭП.

Резисторы R8, R9 позволяют регулировать глубину обратной связи, изменяя тем самым диапазон действия прибора.

Прибор снабжен корректором нуля R5, т. е. перемещением ручки потенциометра сводим ток в цепи к нулю.

Питание усилительного каскада и генератора осуществляется от собственного выпрямителя стабилизированного стабилитронами D1 и D2, причем стабилитрон D2, включен одновременно в цепь эмиттера транзистора Т2, что необходимо для компенсации начального уровня постоянного напряжения на резисторе R2.

Преобразователь имеет следующие технические характеристики:

– класс точности – 1,0.

– вариация выходного сигнала прибора не превышает половины предела основной допускаемой погрешности.

– прибор выдерживает воздействие вибрации частотой до 25Гц с амплитудой не более 0,1 мм.

– электрическое питание прибора осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 + 22 В частотой 50 + 1 Гц.

– сопротивление нагрузки с учетом линии связи – от 0 до 2.5 кОм.

– потребляемая мощность – не более 3ВА.

Преобразователь электропневматический типа ЭПП необходим в тех случаях, когда в пневматическую систему управления требуется ввести информацию о технологических параметрах, поступающую от измерительных преобразователей с унифицированным токовым сигналом, а также когда автоматическая система управления электрическая, а ее командный сигнал посылается на пневматический исполнительный механизм. Широкое распространение получили электропневматические преобразователи (ЭПП), работа которых основана на принципе компенсации усилий (рис. 2).

Рис. 2. Схемы пневмоэлектрического и электропневматического преобразователей

В ЭПП, построенном на этом принципе, входной унифицированный сигнал I_вх поступает на катушку 2 магнитоэлектрического преобразовательного элемента, и образованное при этом ее электромагнитное поле взаимодействует с полем постоянного магнита 1. В результате создается усилие

,

где B – магнитная индукция, l и n – параметры катушки.

Усилие перемещает катушку в кольцевом зазоре магнита и поворачивает рычаг 3 вокруг точки О опоры 8. При этом заслонка 5, расположенная на рычаге 3, меняет свое положение относительно сопла 6, что изменяет давление Р_вых на выходе пневмоусилителя 7. Давление Р_вых поступает на сильфон 9 обратной связи и создает компенсирующее усилие R_oc. Движение рычага продолжается до тех пор, пока моменты, создаваемые на рычаге 3 силами и R_oc, не станут равными.