2. Описание лабораторной установки

На лабораторном стенде размещены:

- Рабочие (поверяемые) приборы постоянного тока - магнитоэлектрические вольтметр (250 V), миллиамперметр (250 мА);

- Образцовый прибор для поверки приборов постоянного тока - цифровой вольтметр ВК2-20;

- Рабочие (поверяемые) приборы переменного тока - электромагнитные вольтметр (250 V), миллиамперметр (250 мА);

Рисунок 1.2.1 - Устройство прибора МЭ системы.

а) б)

Рисунок 1.2.2 - Схемы подключения амперметра и вольтметра.

- Клеммы "Образцовый вольтметр постоянного тока", "Образцовый вольтметр переменного тока", "Образцовый амперметр";

- Трехпозиционный переключатель выбора режима работы;

- Ручка регулятора напряжения;

- Тумблер "Сеть" с сигнальной лампочкой.

В качестве образцовых при поверке приборов переменного тока используются переносные приборы. К соответствующим клеммам они подключаются с помощью соединительных проводов.

Рисунок 1.2.3 - Устройство прибора ЭМ системы.

3. Порядок выполнения работы

1. Исследование приборов постоянного тока магнитоэлектрической системы.

2. Включить цифровой вольтметр и дать ему прогреться в течение 15-20 мин. После прогрева прибора произвести установку нуля и калибровку согласно инструкции.

3. Зарисовать условные обозначения, вынесенные на шкалу поверяемого измерительного прибора и расшифровать их.

4. Подключить образцовый вольтметр ВК-2-20 к клеммам лабораторного стенда "Образцовый вольтметр". Установить переключатель П1 в среднее положение – "Поверка вольтметров".

5. Установить регулятор напряжения в крайнее левое положение. Включить стенд.

6. Произвести поверку вольтметра

7. Определить абсолютную, относительную, приведенную погрешности и вариацию показаний.

8. Подключить образцовый амперметр ВК-2-20 к клеммам лабораторного стенда Образцовый амперметр".

9. Произвести поверку амперметра. Определить погрешности, прибора и вариации показаний.

10. Исследование приборов переменного тока электромагнитной системы.

4. Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Перечень приборов, их характеристики.

3. Ход работы.

4. Таблицы с результатами измерений и вычислений.

5. Выводы.

Лабораторная работа №2

Тема: Поверка приборов с термоэлектрическим преобразователем сопротивления.

Цель: Изучение принципа действия автоматических мостов на примере моста КСМЗ-П и методики eгo проверки.

1. Теоретические положения

Первичным преобразователем (датчиком) называют элемент, который устанавливают в технологическое оборудование и который первым воспринимает контролируемый параметр. Он преобразует измеряемые физические величины в сигналы, yдобные для дальнейшей передачи в измерительные или управляющие устройства.

В зависимости от принципа действия первичные преобразователи можно разделить на две группы: параметрические и генераторные.

Параметрические преобразователи преобразуют контролируемую величину в один из параметров электрической цепи: проводимость (сопротивление), индуктивность, емкость. Т.е. для их работы необходимо подводить от внешнего источника электрическую энергию.

В генераторных преобразователях непосредственно преобразуется неэлектрическая энергия входного сигнала в электрическую, значение которой пропорционально значению контролируемого параметра.

В данной лабораторной работе в качестве первичного преобразователя используется термометр сопротивления.

Терморезистором называется измерительный преобразователь, активное сопротивление которого изменяется при изменении температуры. В качестве терморезистора может использоваться металлический или полупроводниковый резистор.

Датчики температуры с терморезисторами называются термометрами сопротивления.

Термометр сопротивления представляет собой металлическую проволоку, намотанную на каркас. К материалу проволоки предъявляется ряд требований. Он должен иметь высокий температурный коэффициент для получения хорошей чувствительности, большое удельное сопротивление, определяющее его размеры, устойчивость физических свойств при значительных изменениях температуры, линейность и стабильность характеристик во времени. Лучше других указанным требованиям отвечают платина и медь.

Платиновые термометры сопротивления (ГСП) изготовляют из проволоки диаметром 0,03...0,1 мм. Намотка выполняется безиндукционной (бифилярной), что обеспечивает возможность включения термометра в схему, питаемую как постоянным, так и переменным током. Основными недостатками платины являются высокая стоимость, возможность загрязнения и охрупчивания в восстановительной среде.

К достоинствам меди в первую очередь следует отнести низкую стоимость и возможность получения очень тонкой проволоки высокой степени чистоты.

Функция преобразования медного терморезистора линейна:

,

где R₀- сопротивление при 0°С;

α = 4.2810^-3 К¹ - температурный коэффициент.

Функция преобразования платинового терморезистора нелинейна и обычно аппроксимируется квадратичным трехчленом.

Температурный коэффициент платины примерно равен α = 3.9110^-3 К¹.

Чувствительный элемент медного терморезистора (рисунок 2.1.1,а) представляет собой пластмассовый цилиндр 1, на который бифилярно в несколько слоев намотана медная проволока 2 диаметром 0,1 мм. Сверху катушка покрыта глифталевым лаком. К концам обмотки припаиваются медные выводные провода 3 диаметром 1,0 - 1,5 мм. Провода изолированы между собой асбестовым шнуром или фарфоровыми трубочками. Чувствительный элемент вставляется в тонкостенную металлическую гильзу 4. Гильза с выводными проводами помещается в защитный чехол (рисунок 2.1.1,б), который представляет собой закрытую с одного конца трубку 1. На открытом ее конце помещается клеммная головка 2. Для удобства монтажа защитный чехол может иметь фланец 3.

Однако термопреобразователь сопротивления является лишь первичным преобразователем, реагирующим на изменение температуры изменением своего сопротивления. Степень же изменения температуры фиксируется вторичным прибором, в качестве которого в данной лабораторной работе используется мост автоматическим типа КСМЗ-П.

Мосты уравновешивающие автоматические представляют собой стационарные одноточечные показывающие и регистрирующие приборы с записью на диаграммном диске.

Мосты автоматические уравновешенные предназначены для контроля и записи температуры или других величин, изменения значений которых могут быть преобразованы в изменения активного сопротивления.

Мосты равновесные и неравновесные и логометры применяют в комплекте с термометрами сопротивления для измерения температуры. Шкалы технических мостов и логометров градуируют для платиновых или медных термометров сопротивления по их стандартным градуировкам.

На рис. 2,а показана схема равновесного моста. Резисторы R₁, R₂, R_t, R₃ называются плечами моста, а точки соединения соседних плеч - вершинами моста. Цепи, соединяющие противоположные вершины, называют диагоналями моста.

Одна из диагоналей (А-В) содержит источник питания, а другая (C-D) - указатель равновесия.

Мост называется уравновешенным, если разность потенциалов между точками 1 и 2 равна нулю, т.е. напряжение на диагонали, содержащей индикатор нуля, отсутствует и ток через индикатор равен нулю. Для того чтобы мост был уравновешен, произведения сопротивлений противолежащих плеч должны быть равны.

В качестве резистора R_t используется термопреобразователь сопротивления.

В случае равновесия сопротивления плеч моста R₁, R₂, R_t, R₃ должно удовлетворять условию:

R₂R₃ = R₁R_t

При изменении сопротивления R_t равновесное состояние достигается за счет изменения сопротивления R₃.

Трехпроводную схему часто используют при измерении температуры с помощью термометра сопротивления. Здесь один провод от источника питания подключают к термометру сопротивления. Соединительные провода оказываются включенными в разные плечи моста и тогда изменение сопротивления соединительных проводов меньше влияет на результат измерения температуры.

На рис. 3 показана схема электрическая функциональная автоматического уравновешенного моста.

R_р - реохорд;

> - усилитель;

РД - электродвигатель.

Совокупность действий, производимых с целью оценки погрешностей приборов, называют поверкой. Термин "поверка" относится только к определению погрешностей мер и измерительных приборов.

В официальных инструкциях по поверке различных измерительных приборов термин "поверка" трактуется шире. Под этим термином понимается большой комплекс операций, имеющих целью установить работоспособность прибора и достоверность его показаний. В операции по поверке всегда включается внешний осмотр прибора с тем, чтобы убедиться в отсутствии неисправностей, препятствующих его применению, прямо не характеризующих погрешности прибора, но косвенно влияющих на достоверность показаний.

Для выполнения поверочных операций необходимо располагать устройствами более высокого класса точности, чем поверяемые. Иначе разность между показаниями поверяемого устройства и действительным значением измеряемой величины будет определяться не только погрешностями поверяемого устройства, но и погрешностями образцового. Обычно считается достаточным, чтобы погрешность образцового прибора была в 3 или 4 раза меньше допустимой погрешности поверяемого прибора.

В некоторых случаях, при отсутствии образцовых устройств, существенно отличающихся по классу точности от поверяемых, приходится определять погрешность, суммируя погрешности образцового и поверяемого приборов.

Входной величиной измерительного прибора является его измеряемая величина. Наибольшее и наименьшее значения измеряемой величины, для которых нормированы погрешности, называются пределами измерения. Область значений, заключенная между верхним и нижним пределами измерения, называется диапазоном измерений.

Для прибора или преобразователя гложет определяться абсолютная, относительная и приведенная погрешность.

Абсолютная погрешность Δ прибора в данной точке диапазона измерения равна:

Δ = Х_П - Х,

где Хп - показание прибора;

Х - истинное значение измеряемой величины. В качестве истинного значения принимают действительное значение образцового прибора.

Абсолютная погрешность прибора выражается в тех же единицах что и измеряемая величина.

Относительная погрешность прибора равна отношению абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины и обычно выражается в процентах:

.

Приведенная погрешность Υ прибора также выражается в процентах и равна отношению абсолютной погрешности к нормирующему значению Х_N, которое принимается равным верхнему пределу измерений (если нулевая отметка находится на краю или вне шкалы) или диапазону измерения (если нулевая отметка находится внутри диапазон измерений), %:

.

Значения абсолютной, относительной и приведенной погрешностей используются для нормирования погрешности приборов.

Погрешность измерительных средств зависит от условий проведения измерений. При этом различают основную и дополнительную погрешности.

Основной погрешностью называется погрешность, существующая при так называемых нормальных условиях, которые указаны в нормативных документах, регламентирующих правила испытания и эксплуатации данного средства измерения. Например, под нормальными условиями могут пониматься: температура окружающей среды (+20 2)⁰С, относительная влажность (65 15)% и т. д.

Дополнительная погрешность возникает при отклонении условий испытания и эксплуатации средства измерения от нормальных. Она нормируется значением погрешности, вызванной отклонением одной из влияющих величин от ее нормального значения или выходом ее за пределы нормальной области значений.

Формулы (1)-(3) для определения погрешностей при измерении температуры примут вид:

где Rп - значение сопротивления, выставленное на магазине сопротивлений для получения необходимой температуры;

Rд - табличное значение сопротивления, соответствующее данной температуре;

Rmax - значение сопротивления при максимальной температуре (верхний предел измерений);

Rmin - значение сопротивления при минимальной температуре.

Условия поверки

• температура окружающего воздуха (20 ± 2) градусов;

• напряжение питания (220 ± 5) V;

• частота напряжения питания (50 ±1) Гц;

• относительная влажность окружающего воздуха от 30 до 80%;

• отсутствие тряски и вибрации;

• отсутствие внешних электрических и магнитных полей, влияющих на работу прибора.

На рисунке 2.1.2 показана схема равновесного моста. Резисторы r₁,r₂,r_t,r₃ называются плечами моста, а точки соединения соседних плеч - вершинами моста. Цепи, соединяющие противоположные вершины, называют диагоналями моста.

Одна из диагоналей (А-В) содержит источник питания, а другая (С-D)- указатель равновесия.

Мост называется уравновешенным, если разность потенциалов между точками 1 и 2 равна нулю, т.е. напряжение на диагонали, содержащей индикатор нуля, отсутствует и ток через индикатор равен нулю. Для того, чтобы мост был уравновешен, произведения сопротивлений противолежащих плеч должны быть равны.

В качестве резистора R_t используется термопреобразователь сопротивления.

В случае равновесия сопротивление плеч моста R₁,R₂, R₃ и R_t должно удовлетворять условию R₂R₃=R₁R_t

П ри изменении сопротивления R_t равновесное состояние достигается за счет изменения сопротивления R₃.

Т рехпроводную схему часто используют при измерении температуры с помощью термометра сопротивления. Здесь один провод от источника питания подключают к термометру сопротивления. Соединительные провода оказываются включенными в разные плечи моста и тогда изменение сопротивления соединительных проводов меньше влияет на результат измерения температуры. На рисунке 2.1.3 показана схема электрическая функциональная автоматического уравновешенного моста.

RР - реохорд;

Δ- усилитель;

РД - электродвигатель.