Контрольные вопросы

1. Объясните физическую сущность возникновения термо-ЭДС.

2. Перечислите основные материалы, используемые в современных термопарах.

3. Назовите наиболее распространенные марки отечественных термопар.

4. Перечислите основные достоинства и недостатки термопар.

5. Как уменьшается погрешность, возникающая за счет нестабильности температуры свободных концов термопары?

Лабораторная работа №3

Пoвepкa преобразователя термоэлектрического в комплекте с вторичным прибором

Цель работы. Ознакомиться с принципом действия и устройст­вом ТЭП в комплекте с вторичным прибором. Провести повер­ку комплекта приборов для измерения температуры, градуиров­ку хромель-копелевого ТЭП и поверку автоматического потен­циометра.

Описание установки и методика проведения работы. Монтажная схема и приборы, предназначенные для поверки ТЭП и его элементов, приведены на рисунке 7. Установка состоит из термо­комплекта, включающего автоматический потенциометр КСПЧ 3 со шкалой 0 - 300⁰C (градуировка XK) и хромель-копелевого ТЭП 9, источника регулируемого напряжения ИРН 4, лабора­торного переносного потенциометра 5, сосуда Дьюара 6, стаби­лизатора напряжения 1, лабораторного автотрансформатора РНШ 2, электропечи 10, образцовых ртутных термометров 7, 8 и переключателей П₁ , П₂.

Нагревательным элементом установки является электропечь 10, выполненная из керамической трубки и спирали, включае­мая в сеть напряжением 220 В. Внутри электропечи находится медный блок, предназначенный для выравнивания ее темпера­турного поля, с гнездами для ТЭП и ртутного термометра. Для снижения инерционности медный блок обдувается воздушным потоком, создаваемым вентилятором 11. Печь 10 рассчитана на температуру не выше 300⁰C, поэтому в качестве образцового прибора в данной работе используется ртутный термометр 8. Для поддержания температуры в печи на заданном уровне ис­пользуется автотрансформатор РНШ 2, питаемый от стабили­затора напряжения 1.

Лабораторный переносной потенциометр 5 служит для изме­рения ТЭДС, которую развивает градуируемый ТЭП, соединен­ный с ним медными проводами. При этом свободные спаи ТЭП погружают в пробирки с вазелиновым маслом, которые, в свою очередь, опускают в сосуд Дьюара 6 с тающим льдом. Сосуд Дьюара предназначен для поддержания свободных спаев гра­дуируемого ТЭП при 0⁰C, чтобы избежать погрешности изме­рения, связанной с изменением температуры свободных спаев. Источник регулируемого напряжения ИРН 4 служит для пода­чи и плавного изменения напряжения постоянного тока в пре­делах 5 - 100 мВ.

Схема установки позволяет при соответствующем изменении положения переключателей П₁ и П₂ производить: градуировку ТЭП, поверку автоматического потенциометра, поверку ТЭП в комплекте с автоматическим потенциометром.

Рисунок 7 – Установка для поверки термоэлектрического преобразователя и его элементов:

1- стабилизатор напряжения; 2 - лабораторный автотрансформатор; 3 - автоматический потенциометр; 4 - источник регулируемого напряжения ИРН; 5 - лабораторный перенос­ный потенциометр; 6 - сосуд Дьюара; 7, 8 - образцовые ртутные термометры; 9 - ТЭП; 10 - электрическая печь; 11 - вентилятор; П₁ , П₂ - переключатели

А. Градуировка хромель-копелевого ТЭП. В данном случае используются: электропечь с помещенным в ней ТЭП и ртутным термометром, лабораторный переносный потенциометр и сосуд Дьюара (переключатель П₁ на рисунке 7 в положении б, переклю­чатель П₂ разомкнут). ТЭП градуируется по образцовому ртут­ному термометру 8, показания которого принимаются за дейст­вительные значения температуры в печи. Градуировка выпол­няется при 50, 100, 150, 200, 250 и 300⁰C, устанавливаемых по­очередно в печи поворотом ручки автотрансформатора РНШ 2, подачей различного напряжения.

Момент снятия показаний определяется визуально по ртут­ному термометру. Показания фиксируются через 5 мин после того, как прекратится изменение показаний ртутного термо­метра.

Полученные результаты измерений записывают в таблице 1 и наносят на график, по оси ординат которого откладывают значения ТЭДС градуируемого ТЭП, определяемые по показа­ниям лабораторного переносного потенциометра 5 (в мВ), а по оси абсцисс - действительные значения температуры в печи, определяемые по показаниям ртутного термометра (в ⁰C).

При измерениях необходимо постоянно следить за показа­ниями ртутного термометра, погруженного в сосуд Дьюара, где находятся свободные спаи поверяемого ТЭП. Термометр в со­суде Дьюара в течение всей работы должен показывать 0⁰C (температура тающего льда). В противном случае в показания лабораторного потенциометра 5 следует вводить поправку на температуру, свободных спаев ТЭП по уравнению:

(13)

Б. Поверка автоматического потенциометра КСП4 произво­дится источником ИРН и лабораторным переносным потенциометром; переключатели на рисунке 7 находятся в положениях: П₁ - разомкнут; П ₂ - в положениях а или б в зависимости от включения соответственно потенциометра КСП4 либо лабора­торного.

Поверка показаний шкалы автоматического потенциометра производится сравнением его показаний с показаниями лабора­торного переносного потенциометра. Напряжение для измерения подводится к обоим потенциометрам от источника ИРН, позво­ляющего подавать в потенциометр напряжение того же поряд­ка, что и величина ТЭДС, развиваемая действующими ТЭП. Основную погрешность поверяют на всех оцифрованных отмет­ках шкалы поверяемого прибора при прямом и обратном ходах. Предварительно ртутным термометром измеряют температуру свободных спаев ТЭП и определяют по градуировочной таблице значения ТЭДС, соответствующие поверяемым отметкам шкалы потенциометра при температуре свободных спаев 0⁰C и с уче­том их действительной температуры. Последние значения ТЭДС получают вычитанием величины ТЭДС, соответствующей темпе­ратуре свободных спаев ТЭП (температура резистора R_к), из значения ТЭДС, отвечающего поверяемой отметке шкалы. По­лученные данные, заносят в таблицу 2, и по ним рассчитывают значения абсолютных и относительных погрешностей прибора.

В. Поверка ТЭП в комплекте с автоматическим потенцио­метром. При поверке используются: электропечь, хромель-копелевый ТЭП, автоматический потенциометр КСП4 и ртутный термометр (переключатель П₂ на рисунке 7 в положении а, пере­ключатель П₂ - разомкнут).

Поверка производится при температурах 50, 100, 150, 200, 250 и 300⁰C, устанавливаемых поочередно в электрической печи поворотом ручки автотрансформатора РНШ 2 подачей соответ­ствующего напряжения. Показания ртутного термометра при­нимаются за действительные значения температуры в электрической печи. Поверка выполняется при прямом и обратном хо­дах.

Момент снятия показаний определяется визуально по ртут­ному термометру. Показания снимаются через 5 мин после пре­кращения изменения показаний ртутного термометра.

Полученные результаты заносят в таблицу 2 и по ним рас­считывают погрешности измерительного комплекта.

Порядок выполнения работы. А. Градуировка ТЭП. Необходимо:

1) переключателями П₁ и П₂ включить приборы, требуемые для гра­дуировки ТЭП;

2) наблюдая за изменением температуры по показаниям ртутного тер­мометра, зафиксировать момент, когда температура в печи достигнет задан­ного значения; после необходимой выдержки занести полученную величину в таблицу 1;

3) одновременно со снятием показания ртутного термометра измерить ТЭДС градуируемого ТЭП лабораторным переносным потенциометром;

4) работу по пп. 2) и 3) повторить, после того, как в печи установится температура: 100, 150, 200, 250 и 300⁰C;

5) по данным таблицы 1 построить градуировочный график ТЭП.

Б. Поверка автоматического потенциометра:

1) переключателями П₁ и П₂ включить приборы, необходимые для этой поверки;

2) измерить ртутным термометром температуру свободных спаев ТЭП и вычислить значения показаний образцового потенциометра в ⁰C, соответ­ствующие поверяемым отметкам шкалы с учетом действительной темпера­туры свободных спаев ТЭП. Записать полученные данные в таблицы 2;

3) постепенно увеличивая напряжение, подаваемое с ИРН на зажимы образцового потенциометра, установить на движках его реохордов значение ЭДС, соответствующее вычисленному значению температуры с учетом дейст­вительной температуры свободных спаев ТЭП для первой поверяемой от­метки. Произвести отсчет показаний образцового и после изменения положе­ния переключателя П₂ поверяемого потенциометров; записать полученные данные в таблицу 2;

4) повторить работу по п. 3) при прямом ходе стрелки поверяемого по­тенциометра на остальных оцифрованных отметках шкалы, достигнув макси­мального значения и при обратном ходе.

В. Поверка ТЭП, в комплекте с автоматическим потенциометром:

1) переключателями П₁, и П₂ включить приборы, необходимые для указанной поверки;

2) установить ручку лабораторного автотрансформатора в положение, соответствующее температуре в печи 50⁰C. Наблюдать по показаниям ртут­ного термометра за изменением температуры в электрической печи до тех пор, пока эта температура не достигнет заданного значения. Затем снять показания образцового ртутного термометра с выдержкой в течение 5 мин и полученную величину, занести в таблицу 2;

3) одновременно со снятием показания ртутного термометра измерить температуру в электрической печи ТЭП, работающим в комплекте с автоматическим потенциометром;

4) работу по пп. 2) и 3) повторить при прямом и обратном ходе.

Лабораторная работа №4

Поверка термопреобразователя сопротивления в комплекте с автоматическим уравновешенным мостом

Цель работы. Ознакомиться с принципом действия и устройст­вом электрических TC и вторичным прибором - автоматическим уравновешенным мостом КСМ4, предназначенным для измерения величины электрического сопротивления TC. Провести по­верку комплекта приборов для измерения температуры, градуи­ровку TC и поверку автоматического уравновешенного моста.

Рисунок 8 - Установка для поверки TC и автоматического уравновешенного моста:

1 - лабораторный переносной потенциометр; 2-источник регулируемого напряжения ИРН; 3 - миллиамперметр; 4 - образцовый магазин сопротивления; 5 - автоматический мост; 6 - стабилизатор напряжения: 7 - лабораторный автотрансформатор; 8 - барботер; 9 - нагреватель; 10 - TC R_t; 11 - образцовый ртутный термометр; 12 - водяная ба­ня; 13 - вентиль; П₁, П₂ и П₃ – переключатели

Описание установки и методика проведения работы. При проверке автоматического уравновешенного моста и TC в ком­плекте с мостом, а также градуировке TC используют схему, приведенную на рисунке 8.

Температуру в водяной бане 12 поддерживают на заданном уровне подачей соответствующего напряжения на нагреватель 9, Это осуществляется перемещением в необходимое положение ручки лабораторного автотрансформатора РНШ 7, питаемого от стабилизатора напряжения 6, За действительное значение температуры воды в бане принимают показания образцового ртутного термометра 11.

Схема установки позволяет при соответствующем изменении положения указанных переключателей произвести: градуировку TC; поверку автоматического уравновешенного моста; поверку TC в комплекте с автоматическим уравновешенным мостом.

А. Градуировка TC. При градуировке TC используют потенциометрический метод измерения величины сопротивления TC Переключатель П₂ включают, П₃ отключают. Тогда в цепь источника регулируемого напряжения 2 последовательно будут включены: образцовое сопротивление R_N =100 Ом, TC R_t 10 и контрольный миллиамперметр 3. При помощи переключателя П₁ к переносному потенциометру 1 можно поочередно присое­динять TC Rt или образцовое сопротивление R_N. Ток в цепи, контролируемый миллиамперметром 3_, поддерживается посто­янным, не превышающим 5 мА.,

Установив в водяной бане 12 необходимую температуру, потенциометром 1 измеряют разности потенциалов при неиз­менной силе тока 1 в цепи:

на образцовом сопротивлении U_N = IR_N;

нa TC U_t U_t = IR_t.

Величину сопротивления рассчитывают по уравнению:

(14)

Градуировку TC выполняют при температурах 0; 20; 40; 60; 80 и 100⁰C. Для градуировки при 0⁰C TC помещают в термо­стат с тающим льдом. Для градуировки его при других темпе­ратурах используют водяную баню 12. Момент снятия показа­ний определяется визуально по ртутному термометру 11 через 5 мин после того, как установятся его показания.

Полученные данные заносят в таблицу 1 и наносят на график, по оси абсцисс которого откладывают действительные значения температуры в водяной бане 12, определяемые по показаниям ртутного термометра в ⁰C, а по оси ординат - величины сопро­тивлений TC R_t, находимые по уравнению (1).

Б. Поверка автоматического уравновешенного моста КСМ4. При поверке моста к нему переключателем U₃ присоединяют образцовый магазин сопротивления 4 с интервалом изменения сопротивления 0,01 Ом, имитирующий TC.

Основную приведенную погрешность показаний моста КСМ4 определяют сравнением его показаний с показаниями магазина сопротивлений, выраженных в ⁰C, - используя для этого градуировочную таблицу.

Показания моста КСМ4 и магазина сопротивлений сравни­ваются на всех оцифрованных отметках шкалы моста сначала при прямом, а затем при обратном ходе его стрелки. Получен­ные данные заносят в таблицу 2 и по ним рассчитывают значения абсолютных и относительных погрешностей прибора.

В. Поверка TC в комплекте с автоматическим уравновешен­ным, мостом КСМ4. При поверке TC в комплекте с равновесным мостом последний переключателем П₃ соединяют с TC 10, на­ходящимся в водяной бане 12, температуру которой можно из­менять. Переключатели П₁ и П₂ должны быть отключены. Поверка измерительного комплекта производится сравнением по­казаний моста КСМ4 с показаниями ртутного термометра 11, также расположенного в водяной бане. Показания ртутного термометра принимают за действительные значения температуры воды в бане. Поверку показаний моста выполняют на всех оцифрованных отметках шкалы прибора при прямом и обрат­ном ходе. Чтобы изменить температуру воды в бане 12, изменя­ют положение ручки автотрансформатора РНШ 7.

Полученные результаты заносят в таблицу 2 и по ним рас­считывают погрешности измерительного комплекта.

Порядок выполнения работы. А. Градуировка TC. Для этого необходимо:

1) включить переключатель П₂, отключить переключатель П₃, поместить термометр в термостат с тающим льдом и после выдержки в течение 5 мин измерить лабораторным потенциометром 1, включаемым при помощи пере­ключателя П₁, разности потенциалов на образцовом сопротивлении R_N и на TC R_t при 0⁰C. Рассчитать величину сопротивления R_t по уравнению (2) и результаты занести в таблицу 1;

2) поместить TC в водяную баню и, последовательно устанавливая руч­кой автотрансформатор РНШ 7 значения температур воды в бане, указан­ные в методике проведения работы, повторить действия по п. 1).

Б. Поверка автоматического уравновешенного моста КСМ4:

1) включить переключателем П₃ магазин сопротивлений, необходимый для поверки моста. Переключатели П₁ и П₂ отключить;

2) постепенно изменяя величину сопротивления магазина сопротивлений, провести поверку всех оцифрованных отметок шкалы моста КСМ4 при пря­мом и обратном ходе.

В. Поверка TC в комплекте с автоматическим уравновешенным мостом:

1) присоединить переключателем П₃ к мосту TC, находящийся в водяной бане;

2) установить ручкой автотрансформатора PHШ 7 температуру воды в бане соответственно первой поверяемой отметке шкалы моста КСМ4;

3) после достижения в водяной бане постоянной температуры и 5-минутной выдержки снять показания ртутного термометра и моста КСМ4. За­нести полученные данные в таблицу 2. Повторить работу на других отметках шкалы.

Лабораторная работа №5

Поверка деформационных манометров и преобразователей давления

Цель работы. Ознакомиться с принципом действия и конструк­цией деформационных и грузопоршневого манометров. Выпол­нить поверку манометра с одновитковой трубчатой пружиной, а также преобразователя датчика давления МС-П1 системы ГСП в комплекте с вторичным прибором.

Описание установки и методика проведения работы. Повер­ка пружинных манометров производится сравнением показаний поверяемого прибора с действительным давлением, измеряемым образцовыми пружинными, поршневыми или другими маномет­рами. Применение того или иного образцового манометра за­висит от предела измерения поверяемого прибора. При этом допустимая погрешность образцового манометра должна быть, по крайней мере, в четыре раза меньше допустимой погрешно­сти поверяемого прибора.

Приборы необходимо поверять в том положении, в котором они находятся в рабочем состоянии. Давление, передаваемое на поверяемый и образцовый приборы в соответствии с их преде­лами измерения, создают обычно прессом, грузопоршневым ма­нометром, сжатым воздухом или столбом жидкости. Ниже при­ведены примеры поверки различных манометров.

А. Поверка манометра с одновитковой трубчатой пружиной. Для поверки технических манометров с одновитковой трубчатой пружиной обычно применяют грузопоршневой манометр.

При поверке манометров с пределами шкалы до 2,5 МПа их присоединяют (см. рисунок 9) к штуцерам 3 или 10. Игольчатые вентили 2, 9, и открывают и на тарелку поршня помещают грузы в количестве, соответствующем первой поверяемой отметке шкалы манометра. При этом, вращая маховик пресса 1, под­держивают глубину погружения поршня в пределах 0,5 - 0,7 его длины. Для поверки последующих отметок шкалы добавляют соответствующее количество грузов и снова отсчитывают показания. Комплект грузов, прилагаемых к прибору, обычно состоит из 24 грузов весом по 9,8 H (1 кгс) каждый и одного груза весом 4,9 H (0,5 кгс).

При поверке манометров с пределами шкалы 2,5 - 25 МПа сообщение пресса с внутренней полостью цилиндра 8 перекры­вают вентилем 9, а к одному из штуцеров 3 или 10 присоеди­няют соответствующий пружинный образовый манометр. Необ­ходимое давление при этом создается вращением маховика пресса.

Закончив поверку при возрастающем давлении, выдержива­ют поверяемый прибор под давлением на предельной отметке его шкалы в течение 5 мин. Затем выполняют аналогичные из­мерения при обратном ходе, т. е. с постепенным понижением давления, снимая последовательно грузы с тарелки поршня.

Погрешности показаний поверяемого манометра с одновитковой трубчатой пружиной определяют сравнением его показа­ний с показаниями образцового поршневого манометра, прини­маемыми за действительные значения измеряемой величины. Поверка производится не менее чем в пяти отметках, распреде­ленных равномерно в пределах шкалы поверяемого манометра.

Полученные экспериментальные данные заносят в таблицу 2 и по ним рассчитывают абсолютные и приведенные относитель­ные погрешности прибора.

Б. Поверка датчика давления МС-П1 в комплекте с вторич­ным прибором. Эта поверка выполняется на установке, схема которой показана на рисунке 3. Сжатый воздух из линии питания через фильтр 1 и редуктор 2 одновременно направляется к по­веряемому датчику давления 5 и к образцовому манометру 3 с одновитковой трубчатой пружиной. Для подачи давления, пи­тания в датчик предусмотрены редуктор 7 и технический мано­метр 6. В качестве вторичного прибора 4 в работе использован пневматический прибор ПВ.1.3.

Поверка датчика давле­ния МС-П1 в комплекте с вторичным прибором

выпол­няется аналогично поверке манометра с одновитковой трубчатой пружиной.

Рисунок 9 - Установка для поверки датчика давления МС-П1 в комп­лекте с вторичным прибором

Для изменения измеряемого давления используется редуктор 2; показания датчика давления в комплекте с вторичным прибором сравниваются с показаниями образцового манометра 3, принимаемыми за действительные значения изме­ряемой величины. Измеряемое давление Р_изм (кгс/см²) определяе­мое датчиком давления МС-П1, рассчитывают по уравнению

(15)

где Р_max - верхний предел измерения датчика МС-П1; Р_вых - давление сжатого воздуха на выходе датчика, фиксируемое вторичным прибором.

Полученные данные заносят в таблицу 2, и рассчитывают по­грешности прибора.

Порядок выполнения работы. А. Поверка манометра с одновитковой трубчатой пружиной:

1) Подготовить к работе установку;

а) установить по уровню образцовый грузопоршневой манометр и убе­диться и наличии минерального масла в нем;

б) закрыть вентили 2 и 11 (рисунок 9), отключающие пружинные манометры, и проверить плотность закрытия спускного вентиля 12; открыть вентиль 9 и маховиком 1 установить поршень 5 в среднее положение;

в) установить в один из штуцеров корпуса образцового поршневого манометра поверяемый манометр с одновитковой трубчатой пружиной и вклю­чить его на поверку вентилем 2 или 11;

2) положить на тарелку поршня грузы в количестве, соответствующем первой поверяемой отметке шкалы; увеличивая давление маховиком 1, установить поршень 5 в среднее положение и сообщить ему небольшое враща­тельное движение;

3) считать показания и полученные данные занести в таблицу 2;

4) повторить работу по пп. 2) и 3) при прямом ходе. Выдержать поверяемый прибор на предельной отметке шкалы под давлением в течение 5 мин и провести поверку манометра на тех же отметках шкалы при обратном ходе.

Б. Поверка датчика давления МС-П1 в комплекте со вторичным прибором:

1) подать редуктором 2 (см. рисунок 9) сжатый воздух одновременно к поверяемому датчику и образцовому манометру. Постепенно повышая давление, установить стрелку вторичного прибора, работающего в комплекте с поверяемым датчиком давления, на первую оцифрованную отметку шкалы вторичного прибора;

2) выполнить остальные работы так же, как и в случае поверки манометра с одновитковой трубчатой пружиной.

Лабораторная работа № 6

Определение перепада давления мембранным дифманометром в комплекте с вторичным прибором

Цель работы. Ознакомиться с принципом действия и конст­рукцией пневматического мембранного дифманометра ДМ-П1, работающего в комплекте с вторичным прибором ПВ1.3. Вы­полнить поверку измерительного комплекта и приобрести на­выки в определении перепада давления указанными приборами.

Описание установки и методика проведения работы. Схема установки для поверки пневматического мембранного дифманометра ДМ-П1 в комплекте с вторичным прибором ПВ1.3 и оп­ределения перепада давления в аппарате указанными прибора­ми приведена на рисунке 10.

Воздух центробежным вентилятором 1 подается в вертикаль­ный цилиндрический аппарат 3 с решеткой 4, создающей пере­пад давления. Для измерения последнего к аппарату (над ре­шеткой и под ней) импульсными трубками присоединены парал­лельно жидкостный дифманометр 9 с наклонной трубкой ТНЖ-Н со шкалой 0 - 40 мм вод. ст. (0 - 400 Па) и мембран­ный дифманометр ДМ-П1 8 на те, же пределы измерения, также выраженные в мм вод. ст. Дифманометр ДМ-П1 работает в комплекте с вторичным прибором ПВ 1.3 7. Измерение расхода воздуха, поступающего в аппарат, и следовательно, перепада давления по обе стороны решетки осуществляется изменением степени открытия вентиля 5. Расход воздуха измеряется рота­метром 2. Давление питания сжатого воздуха, подаваемого в дифманометр ДМ-П1, устанавливается редуктором 6.

Рисунок 10 - Установка для определения перепада давления и поверки дифманометра ДМ-П1 в комплекте с вторичным прибором ПВ1.3.

Таблица 9 – Результаты определения перепадов давления на решетках аппарата

№ решетки	Расход воздуха, м3/ч	Показания вторичного прибора
		%	мм вод. ст.
1
2
3

А. Поверка мембранного дифманометра в комплекте с вто­ричным прибором. Поверка дифманометра ДМ-П1 и вторичного прибора ПВ1.3, выполняемая с целью нахождения погрешности измерительного комплекта, производится сравнением показаний поверяемого дифманометра с показаниями жидкостного диф­манометра с наклонной трубкой. Показания жидкостного диф­манометра принимаются за действительные значения измеряе­мого перепада давления h_д.

Показания вторичного прибора ПВ1.3 в процентах его шка­лы могут быть выражены в мм вод. ст.

(16)

где h - показания вторичного прибора ПВ1.3 мм вод. ст.; h_mах - максимальный перепад, измеряемый мембранным дифманометром ДМ-П1 (указан на маркировочной таблице); а - показания по шкале вторичного прибора, %.

Различные перепады давления, измеряемые дифманометром ДМ-П1 создаются изменением расхода воздуха, продуваемого через решетку, к которой присоединены импульсные трубки длфманометра.

Поверке подлежат следующие отметки шкалы вторичного прибора ПВ1.3; 0, 20, 40,..., 100% как при повышении пере­пада давления, так и при его понижении (при прямом и обрат­ном ходе). Результаты поверки дифманометра с вторичным прибором заносят в таблицу 2 и вычисляют абсолютные и отно­сительные погрешности.

Б. Определение перепада давления мембранным дифмано­метром в комплекте с вторичным прибором. Перепад давления определяют на нескольких различных решетках, устанавливаемых поочередно в аппарате, для трех расходов воздуха, пода­ваемого через него. Необходимый расход воздуха устанавлива­ют изменением степени открытия проходного сечения вентиля 5 и отсчитывают по ротаметру 2.

Показания вторичного прибора снимают через некоторое время после включения вентилятора, когда стрелка прибора останавливается на определенном делении его шкалы. Резуль­таты испытаний заносят в таблицу 9.

Порядок выполнения работы. А. Поверка мембранного дифманометра в комплекте с вторичным прибором;

1) по равенству (4) вычислить расчетные значения перепадов давле­ния h в мм вод. ст. для шести отметок шкалы вторичного прибора, указан­ных в методике, и занести их в таблицу 2;

2) через запорные вентили присоединить к аппарату поверяемый мембранный и образцовый жидкостный дифманометры;

3) через редуктор 6 (см. рисунок 10) подать в линию питания дифманомет­ра ДМ-П1 сжатый воздух давлением 0.14 МПа;

4) включить центробежный вентилятор 1 и, изменяя степень открытия проходного сечения вентиля 5, создать на решетке аппарата перепад давле­ния, соответствующий первой поверяемой отметке по шкале вторичного прибора (20%);

5) снять показания жидкостного манометра и занести их в таблицу 2. Аналогичным образом осуществить поверку других заданных отметок шкалы вторичного прибора сначала при прямом, а затем при обратном ходе его стрелки;

6) построить график зависимости перепадов давления, измеряемого мембранным дифманометром, от показаний вторичного прибора.

Б. Определение перепада давления мембранным дифманометром в комплекте с вторичным прибором:

1) отключить от аппарата жидкостный дифманометр запорными вентилями;

2) установить в аппарате решетку № 1;

3) включить центробежный вентилятор 1 и вентилем 5 установить по ротаметру 2 заданный расход воздуха. Снять полученное показание с вторичного прибора и занести его в таблицу 9. Устанавливая другие значения расхода воздуха, записать показания вторичного прибора также в таблицу 3;

4) по графику, построенному ранее, определить перепады давления на решетке № 1, выраженные в мм вод. ст. для разных расходов воздуха. Полученные данные также занести в таблицу 9. Работу по пп. 1) - 3) повторить для тех же значений расходов воздуха с остальными решетками.

Лабораторная работа № 7

Определение уровня жидкости гидростатическим уровнемером

Цель работы. Ознакомиться с принципом действия, устройством гидростатического дифманометрического уровнемера и методи­кой определения уровня этим прибором. Выполнить поверку измерительного комплекта.

Описание установки и методика проведения работы. Схема установки для определения уровня жидкости и нахождения погрешности измерения гидростатического дифманометрического; уровнемера приведена на рисунке 11.

В аппарат 1, уровень в котором измеряется, жидкость по­дается по впускному трубопроводу с вентилем 3. Из аппарата жидкость вытекает по сливной трубе с вентилем 6. При опре­деленном положении вентилей 3 и 6 уровень жидкости Н в аппарате 1 может поддерживаться на заданном значении или изменяться. С нижней частью аппарата соединена одна импульсная трубка мембранного дифманометра 5 и через нее в дифманометр подводится большее давление. Другая импульс­ная трубка, по которой в дифманометр 5 подводится меньшее давление, соединена с уравнительным сосудом 4, заполненным затворной жидкостью с постоянным уровней. Дифференциально-трансформаторные катушки дифманометра 5 и вторичного прибора КСДЗ 7 соединены между собой проводами линий связи.

Изменение уровня жидкости в аппарате 1 вызывает изме­нение перепада давления в дифманометре 5, что приводит к перемещению сердечника в катушке датчика и соответствую­щему отклонению пера и стрелки вторичного прибора КСДЗ 7, шкала которого отградуирована в единицах уровня. Одновре­менно уровень жидкости в аппарате 1 можно определить по показаниям уровнемерного стекла 2 соединенного с аппаратом.

При проведении работы в аппарате 1 вентилями 3 и 6 устанавливают различные уровни жидкости, которые измеряют гид­ростатическим уровнемером и фиксируют по шкале вторичного прибора КСДЗ; одновременно уровень определяют по уровнемерному стеклу 2, показания которого принимают за действи­тельные значения измеряемой величины. Измерения проводят в пяти - шести точках с постоянным интервалом как при повышении уровня жидкости в аппарате 1, так и при его понижении (при прямом и обратном ходах). Полученные данные заносят в таблицу 2 и по ним рассчитывают погрешности прибора.

Порядок выполнения работы. Необходимо:

1) установить в аппарате 1 вентилями 3 и 6 (рисунок 11) уровень жид­кости, соответствующий первой поверяемой отметке по шкале уровнемера КСДЗ, и одновременно определить действительное значение уровня по уровнемерному стеклу 2. Записать полученные данные в таблицу 2;

2) повторить работу при прямом и обратном ходе стрелки уровнемера.

Рисунок 11 - Установка для определения уровня гидростатическим уравномером и погрешности измерения

Лабораторная работа № 8

Градуировка поплавкового расходомера постоянного перепада давления

Цель работы. Ознакомиться с принципом действия и методикой определения расхода методом постоянного перепада давления. Изучить устройство ротаметра с электрической дистанционной передачей показаний на расстояние в комплекте с вторич­ным прибором. Выполнить градуировку измерительного комп­лекта.

Описание установки и методика проведения работы. Схема установки, предназначенной для определения расхода методом постоянного перепада давления ротаметром РЭ с электрической передачей показаний на вторичный прибор КСДЗ, а также гра­дуировки указанного комплекта, приведена на рисунке 12.

Из сливного бака 2 центробежным насосом 9 жидкость по­дается через ротаметр РЭ 11, являющийся датчиком расхода, в мерный бак 5, снабженный уровнемерным стеклом 6 и запор­ным устройством 7. Расход жидкости, перекачиваемой насосом в мерный бак, можно регулировать вентилями 8 и 10. Гибкий шланг 4 предназначен для направления жидкости в мерный бак 5 в момент измерения расхода или в сливной бак 2. Пере­мещения поплавка ротаметра 11, пропорциональные измеряе­мому расходу жидкости, по проводам линий связи передаются вторичному прибору 12, имеющему 100%-ную равномерную шкалу. Вентили 3 и 1 служат для наполнения (при необходи­мости) водой сливного бака 2 и последующего ее выпуска из бака.

Рисунок 12 - Установка для определения расхода жидкости расходомером посто­янного перепада давления и его градуировки

При проведении работы гибкий шланг 4 располагают так, чтобы жидкость подавалась в сливной бак 2. Вентилем 8 или 10 устанавливают расход, соответствующий первой оцифрован­ной отметке по шкале вторичного прибора. Затем гибким шлан­гом 4 жидкость направляют в мерный бак 5 и одновременно включают секундомер. Когда мерный бак будет заполнен до определенного уровня, отсчитываемого по уровнемерному стек­лу 6, секундомер выключают. Часовой расход F (в л/ч) опре­деляют по формуле

F=3600V/t, (17)

где V - объем жидкости, поданной в мерный бак, л; t - время наполнения мерного бака, с.

Измерения проводят в пяти - шести точках, расположенных равномерно по шкале вторичного прибора, и по полученным данным, которые вносят в таблицу 10, строят градуировочную кривую комплекта приборов.

Порядок выполнения работы. Необходимо:

1) направить гибкий шланг 4 (см. рисунке 12) в сливной бак 2 и устано­вить вентилем 8 или 10 расход воды, соответствующий первой градуируе­мой отметке по шкало вторичного прибора;

2) переместить гибкий шланг в мерный бак 5, одновременно включив секундомер. После заполнения мерного бака жидкостью до определенной отметки выключить секундомер. Определить объем жидкости, заполнившей мерный бак, рассчитать расход по формуле (5) и записать полученные данные в таблицу 10;

3) повторить работу по пп. 2) и 3) еще для четырех - пяти точек, расположенных равномерно по шкале вторичного прибора. Построить градуировочную кривую.

Таблица 10 – Результаты градуировки ротаметра

Показания по шкале прибора, %	Объем V жидкости в мерном баке, л	Время заполнения τ, с	Действительное значение расхода л/ч

Лабораторные работы по приборам для определения состава и физико – химических свойств веществ

Лабораторная работа № 9

Градуировка термокондуктометрического газоанализатора и определение состава газовой смеси

Цель работы. Ознакомиться с принципом действия и конструк­цией термокондуктометрического газоанализатора; выполнить его градуировку на диоксид углерода.

Описание установки и методика проведения работы. Схема установки для градуировки термокондуктометрического газо­анализатора приведена на рисунке 13. Для удобства работы в сту­денческой лаборатории газоанализатор градуируется на диоксид углерода. Анализируемая смесь с различным содержанием CO₂ получается смешением сжатого воздуха, отбираемого из линии питания, и диоксида углерода, подаваемого из баллона 1 в сме­ситель 2. Необходимое соотношение указанных компонентов устанавливается вентилями ротаметров 4 и 5. Пройдя смеси­тель 2 и фильтр 6, анализируемая газовая смесь направляется к датчику 9; процентное содержание анализируемого газа опре­деляется по шкале вторичного прибора - потенциометра 10.

Градуировка термокондуктометрического газоанализатора заключается в экспериментальном нахождении графической за­висимости количества, делений по шкале его вторичного прибо­ра от объемного содержания определяемого газа в анализируе­мой смеси. При этом за действительные содержания CO₂ в ана­лизируемой смеси газов принимаются показания химического газоанализатора.

Изменение объемного содержания CO₂ в анализируемой га­зовой смеси достигается изменением степени открытия вентиля ротаметра 5 при постоянном расходе воздуха, устанавливаемом вентилем ротаметра 4. При градуировке измеряется концентра­ция углерода в 8 - 10 газовых смесях с различным содержанием CO₂ по всей шкале вторичного прибора: сначала при увеличе­нии содержания CO₂ (прямой ход), а затем при его уменьше­нии (обратный ход). Полученные данные вносят в таблицу 1 и по ним строят градуировочную кривую.

Рисунок 13 - Установка для гра­дуировки термокондуктомет­рического газоанализатора:

1 - баллон с диоксидом углеро­да; 2 - смеситель; 3 - редуктор воздуха; 4, 5 - ротаметры; 6 - фильтр; 7 - маностат; 8 - трех­ходовой кран; 9 -датчик газо­анализатора; 10 - вторичный прибор; 11 - химический газоанализатор

Порядок выполнения работы. Необходимо:

1) проверить установку стрелки вторичного прибора газоанализатора на нуль. Для этого вентилем ротаметра 4 при закрытом вентиле ротаметра 5

подать в датчик газоанализатора чистый воздух, контролируя его расход по ротаметру регулятора расхода датчика. При этом трехходовой кран 8 должен быть установлен в положение, когда анализируемая газовая смесь направляется в газоанализатор;

2) изменяя степень открытия вентилей ротаметров 4 и 5 и контролируя расход подаваемой газовой смеси по ротаметру датчика (поплавок его дол­жен находиться на контрольной отметке), направить в датчик газоанализа­тора газовую смесь; при этом стрелка вторичного прибора должна остано­виться на первой оцифрованной отметке его шкалы. Зафиксировать эту точ­ку на шкале прибора и записать полученные данные в таблицу 1;

3) через трехходовой кран 8 подать анализируемую газовую смесь в химический газоанализатор 11 и определить с его помощью действительное объемное содержание CO₂ в смеси. Полученные данные занести в таблицу 1;

4) изменяя степень открытия вентиля ротаметра 5, получить несколько газовых смесей и, аналогично фиксируя точки на шкале вторичного прибора, определить содержание СО₂ в этих смесях химическим газоанализатором -сначала при увеличении содержания CO₂ до максимального значения по шкале прибора, а затем при уменьшении его до нуля; полученные данные также записать в таблицу 1 и построить градуировочную кривую.

Лабораторная работа № 10

Изучение хроматографа и определение состава газовой смеси по хроматограмме

Цель работы. Изучить принцип действия и устройство хрома­тографа, приобрести навыки, необходимые при работе с ним, и выполнить анализ газовой смеси.

Описание установки и методика проведения работы. Схема установки, предназначенной для определения состава газовой смеси хроматографом, приведена на рисунке 14.

Анализируемая газовая смесь, качественный состав которой известен (например, смесь метана, пропана и бутана), подает­ся из газометра 1 к газораспределительной панели II хромато­графа. Одновременно к газораспределительной панели из бал­лона VI поступает газ-носитель - азот. Далее анализируемая газовая смесь газом-носителем направляется в датчик V, рабо­тающий в комплекте с вторичным регистрирующим прибором III, на диаграмме которого фиксируются полученные результа­ты. Управление работой хроматографа осуществляется блоком управления IV.

Перед проведением анализа необходимо включить хромато­граф и обеспечить постоянный температурный режим работы его узлов.

Блок управления включается тумблерами «Сеть» 14 и «Ба­тарея» 22, а вторичный прибор - тумблером «Прибор». Через несколько минут после прогрева, схемы переключатель функции устанавливают в положение «Калибровка термометра»; при этом указатель регистратора должен остановиться против крас­ной отметки на его шкале. Если указатель регистратора не стал на эту отметку, то вращением ручки реостата 17 его при­водят в указанное положение. Затем переключатель функций устанавливают в положение «Температура датчика» и по шкале регистратора измеряют температуру в датчике.

Если анализируемую газовую смесь следует, например, раз­делять при 40⁰C, то для прогревания датчика до этой темпера­туры ручку потенциометра 18 устанавливают на указанную от­метку и, контролируя повышение температуры в камере датчи­ка по показаниям стрелки на температурной шкале регистрато­ра, ожидают, пока температура в датчике не стабилизируется и не станет равной 40 ± 1 ⁰C.

Рисунок 14 - Установка для определения состава газовой смеси хроматографом:

I - газометр; II - газораспределительная панель; III - вторичный прибор; IV - блок управления; V - датчик; VI - баллон с азотом; 1 - трехходовой кран; 2 - игольчатый вентиль; 3 - редуктор низкого давления газа-носителя; 4 - вентиль сброса газа в атмо­сферу; 5 - редукторы низкого и высокого давления анализируемого газа; в - манометры; 7 - фильтр; В, 9 - ротаметры; 10 - вентиль подачи газа-носителя; 11 - трехходовой кран; 12 - кран отключения фильтра; 13 - корректор точкой настройки нуля; 14 - вклю­чение сети; 15 - индикатор корректора нуля; 16 - установка нуля детектора; 17 - рео­стат установки тока термометра; 18 - потенциометр установки температуры датчика: 19 - переключатель функций; 20 - переключатель шкалы регистратора; 21 - реостат уста­новки тока детектора; 22 - включение батареи; 23 - включение таймера; 24 - впуск пробы при ручном управлении

Далее устанавливают ток детектора. Для этого переключа­тель функций 19 перемещают в положение «Ток детектора» и, наблюдая по нижней шкале, вращением ручки реостата 21 ус­танавливают силу тока в пределах 7 - 10 мА. От силы тока детектора зависит чувствительность измерительной схемы при­бора. Поэтому при проведении анализа ее следует периодиче­ски контролировать, переводя в соответствующее положение переключатель 19. Затем устанавливают нуль измерительной схемы регистратора, для этого переключатель функции 19 ста­вят в положение «Анализ» и ручками 16 и 13 добиваются уста­новки указателя на нулевое деление шкалы. При этом необхо­димо убедиться в том, что ползунок реохорда компенсации схемы не находится в одном из своих крайних положений.

После того, как достигнута постоянная температура в дат­чике, установлены сила тока детектора и нуль регистратора, переключателем 20 устанавливают в зависимости от процент­ного содержания, компонентов необходимое значение шкалы регистратора и начинают пропускать газ-носитель.

Редуктором устанавливают давление газа-носителя на выхо­де из баллона с азотом в пределах 0,2 - 0,5 МПа. Используя редуктор 3 низкого давления, расположенный на газораспреде­лительной панели, давление газа-носителя снижают до 0,09 - 0,12 МПа.

Вентилем 10 устанавливают по ротаметру 9 расход азота, равный 2 ± 0,1 л/ч. Спустя 10 - 15 мин, необходимые для ста­билизации потока азота по всей системе, ручками 16 и 13 кор­ректируют положение указателя прибора, вновь устанавливая его на нулевое деление шкалы. Затем в хроматограф направ­ляют анализируемую смесь газов из газометра I. Расход смеси устанавливают игольчатым вентилем 2 в пределах 1,5 - 3 л/ч и контролируют по ротаметру 8. Редукторы 5 в данной работе не используются.

Рисунок 15 - Хроматограммы:

а - при полном разделении; б - при непол­ном разделении; b - ширина пика; h - высо­та пика; с - впуск пробы; l - время выхода компонента

Трехходовой, кран 1 служит для заполнения газометра ана­лизируемой смесью газов перед началом проведения работы, а также для подачи этой смеси в хроматограф. При выполнении анализа следует наблюдать за поплавками ротаметров 8 и 9, поддерживая вентилями 10 и 2 постоянные расходы газа-носи­теля и анализируемой смеси газов.

Расшифровка хроматограммы и расчет концентраций ком­понентов анализируемой газовой смеси выполняются следую­щим образом. Так как время и порядок появления компонентов смеси из данной разделительной колонки при постоянных условиях проведения анализа также строго постоянны, то на диаграмме вторичного прибора будут последовательно записаны пики, соответствующие анализируемым компонентам смеси в зависимости от их молекулярных масс. В качестве газа-носи­теля используется азот. Если в анализируемой смеси газов име­ется метан, теплопроводность которого выше теплопроводности азота, то пик, отвечающий метану, расположится в обратную сторону от нулевой линии, записываемой пером регистратора.

Содержание отдельных компонентов по хроматограмме (рисунок 15) рассчитывают методом замера площадей пиков. Сум­му площадей всех пиков принимают за 100% и определяют со­держание отдельного компонента (площадь его пика) по отно­шению к 100% с учетом экспериментально найденных поправок на теплопроводность газа,

Площадь каждого пика (рисунок 15, а) находят как произве­дение величин b и h. При этом величину b измеряют на рас­стоянии h/2 от нулевой линии, или по середине ширины боко­вых линий пика, вычерченных пером прибора, или от внешней стороны одной боковой линии до внутренней стороны другой, как показано на рисунке. В случае неполного разделения пиков (рисунок 15, б) площадь каждого из них вычисляют, экстраполи­руя их очертания, которые имели бы место в отсутствие нало­жения пиков один на другой.

Поправки на теплопроводность k вводят в случае примене­ния в качестве газа-носителя азота или гелия. Коэффициенты k при температуре разделительной колонки 20 - 40⁰C и использо­вании азота в качестве газа-носителя приведены в таблицу 11.

При расчете состава газа следует умножить произведение bh для каждого компонента на соответствующий ему коэффициент k. Сумму всех произведений Σbhk принимают за 100% и находят содержание каждого компонента как отношение про­изведений bhk к сумме всех произведений Σbhk.

Таблица 11 – Коэффициенты k при температуре разделительной колонки 20 – 40^оC и использовании азота в качестве газа - носителя

Компоненты газо­вой смеси	Молеку­лярная масса	k	Компоненты газо­вой смеси	Молеку­лярная масса	k
Этан Этилен Пропан Пропилен Изобутан n-Бутан n-Бутен	30 28 44 42 58 58 56	5,30 5,00 1,50 1,43 1,03 1,00 0,91	Изобутен транс-Бутен цис-Бутен Пентан Изопентан Пентены Гексан	56 56 56 72 72 70 86	0,91 0,83 0,83 0,76 0,78 0,76 0,57

Полученные экспериментальные данные вносят в таблицу 12 и рассчитывают концентрации компонентов в анализируемой газовой смеси в % (об.).

Порядок выполнения работы. Необходимо:

1) включить прибор и установить: заданный тепловой режим его работы; необходимую силу тока детектора; нуль измерительной схемы регистра­тора;

2) подать в датчик хроматографа газ-носитель, отрегулировать его рас­ход и скорректировать установку указателя вторичного прибора на нуль;

3) ввести смесь газов в датчик хроматографа и выполнить ее анализ;

4) расшифровать хроматограмму и рассчитать содержание компонентов в анализируемой газовой смеси; записать полученные данные в таблицу 12.

Лабораторная работа № 11

Измерение плотности жидкости пьезометрическим плотномером

Цель работы. Ознакомиться с принципом действия и конструк­цией пьезометрического плотномера ПМ, определить плотность жидкости и выполнить поверку показаний прибора.

Описание установки и методика выполнения работы. Работа выполняется на установке (рисунок 16), состоящей из плотномера с датчиком погружного типа 2, мембранного дифманометра МС-П1 8 с пневматической передачей и вторичного прибора ПВ4.2Э 9. Сжатый воздух, очищенный в фильтре 6, через блок питания 5, состоящий из двух контрольных стаканчиков, редук­тора 7 и манометра, подается в пьезометрические трубки 3 и 4, первая из которых опущена в исследуемую жидкость 1, а вто­рая - в эталонную. Исследуемую жидкость заливают через воронку в пространство внутри защитных чехлов импульсных трубок. После определения плотности жидкость сливают.

Таблица 12 – Результаты расшифровки хроматограммы и расчета содержания компонентов анализируемой газовой смеси

Компоненты	Высота пи­ка h, мм	Ширина пи­ка b, мм	k	bhk	Содержание компонента, % (об.)
			Σbhk=

Рисунок 16 - Установка для поверки пьезометрического плотномера с датчиком погружного типа

Погрешность измерений плотномера ПМ определяют срав­нением его показаний с показаниями лабораторного ареометра, принимаемыми за действительные значения измеряемой вели­чины. Погрешность определяют в четырех точках шкалы плот­номера, применяя четыре жидкости с различной плотностью. Результаты эксперимента заносятся в таблицу 13.

Порядок выполнения работы. Необходимо:

1) заполнить датчик плотномера эталонной жидкостью;

2) подать редуктором 7 сжатый воздух давлением 0,14 МПа для пита­ния дифманометра МС-П1. Давление сжатого воздуха контролируется по правому манометру;

3) установить редуктором блока питания давление воздуха на входе в контрольные стаканчики в пределах 0.08 - 0,1 МПа. Величина давления опре­деляется по показаниям манометра блока питания;

4) регулирующими вентилями блока питания установить оптимальный расход воздуха, поступающего в пьезометрические трубки плотномера;

5) измерить плотность первой жидкости плотномером ПМ. Для этого в датчик плотномера залить 500 мл этой жидкости и отсчитать показания по шкале вторичного прибора. Слить жидкость из датчика. Аналогично за­мерить плотности остальных жидкостей плотномером ПМ;

6) определить плотности этих же жидкостей ареометром. Занести полу­ченные данные в таблицу 13 и рассчитать погрешности измерений.

Таблица 13 – Результаты определения погрешности плотномера ПМ

Жидкость	Показания, кг/м3		Погрешность
	ареометра	плотномера ПМ	абсолютная, кг/м3	приведенная относительная, %