qitCtg5MQ2

Градуировка средств измерений в этом случае производится при темпе-

ратуре свободных концов 0 °С. Отличие температуры свободных концов ТП от градуировочного значения и, кроме того, изменение этой температуры в процессе эксплуатации приводят к погрешности. Существуют полуавтоматический и автоматический способы введения поправки на температуру свободных концов. Первый способ применяется в автономных приборах (пирометрических милливольтметрах), а второй – в измерительных информационных системах.

Лабораторные занятия ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ

Отчет по лабораторной работе должен выполняться на листе бумаги формата А4 (210 × 297 мм) чернилами (пастой) черного или синего цвета или быть отпечатан на принтере.

Отчет должен иметь титульный лист и включать следующие разделы:

1.Цель работы и краткое задание.

2.Схемы экспериментов.

3.Таблицы результатов измерений и расчетов.

4.Расчетные формулы и примеры расчетов.

5.Графики зависимостей в соответствии с заданием к работе.

6.Выводы по работе.

Все схемы, таблицы и графики необходимо вычерчивать аккуратно на бумаге формата А4 (можно на миллиметровой бумаге того же формата). Допускается выполнять схемы и графики на миллиметровой бумаге другого формата, но при этом они должны быть вклеены в соответствующее место отчета. При построении графиков делительные штрихи на осях следует размещать на расстоянии друг от друга, кратном (1, 2, 5)10n, где п – целое число (положительное или отрицательное). На осях графиков указываются величины и их единицы. Точки на графике, соответствующие экспериментально полученным значениям, соединяются плавной кривой, если наблюдается закономерная зависимость. Если же зависимость не является закономерной, то точки на графике соединяются прямыми линиями. Экспериментально полученные значения следует на графике выделять звездочкой или точкой. Все графики должны иметь наименование и пояснительный текст.

11

Отдельные листы отчета должны быть скреплены по левой стороне.

Запись результатов измерений и оценка инструментальных погреш-

ностей. Результаты измерений, как правило, должны быть представлены в виде xи = x ± x,

где xи – истинное значение измеряемой величины; x – оценка измеряемой ве-

личины по результатам эксперимента: показание измерительного прибора, результат расчета измеряемой величины по показаниям приборов при кос-

венных измерениях и т. п.; x – абсолютная погрешность измерений.

При работе с многопредельными приборами необходимо обращать внимание на их пределы измерений, выбирая эти пределы так, чтобы отсчет производился по возможности ближе к конечному значению шкалы.

Число значащих цифр численных показателей точности (абсолютных, относительных и приведенных погрешностей) должно быть не более двух. При этом полученные значения показателей точности округляются так, чтобы погрешность округления не превышала 10 %. Например, при = 0.823 В следу-

ет при записи результата оставить = 0.8 В (погрешность округления 2.5 %),

а при δ = 0.12 % округлять до δ = 0.1 % не следует, так как погрешность округления в этом случае будет 20 %.

При окончательной записи результата измерения в соответствии необходимо иметь в виду, что числовое значение результата измерений должно оканчиваться цифрой того же разряда, что и значение погрешности.

В то же время промежуточные результаты вычислений округлять не следует, так как это может привести к накоплению погрешностей.

Лабораторная работа 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕРМОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Цель работы – исследование характеристик металлических и полупроводниковых тензорезисторов, со схемами их включения.

1.1.Задание

1.Ознакомиться с устройством лабораторной установки, записать технические данные измерительных приборов и термочувствительных преобразователей.

12

2. Построить статические градуировочные характеристики указанных преподавателем терморезисторов, изменяя температуру в термоблоке от 0 до

50°С.

3.Определить погрешность линейности характеристик исследуемых терморезисторов.

4.Определить абсолютные погрешности измерения температуры исследуемыми терморезисторами, приняв за действительные значения температуры показания логометра.

5.По градуировочным характеристикам терморезисторов определить чувствительность преобразователя в некоторых точках диапазона изменения температуры.

1.2. Методические указания к работе

Лабораторная установка состоит из встроенного в стенд термоблока с контрольным (медным) и исследуемыми терморезисторами и автономного пульта управления нагревом (охлаждением). В состав оборудования лабораторной работы входит также универсальный цифровой прибор В7-16, использующийся в режиме омметра.

Схема лабораторного стенда приведена на рис. 1.1.

Рис. 1.1

13

Лабораторный стенд включает следующее оборудование:

·PV2 - неравновесный мост с логометром типа Щ69000;

·PV1 - вольтметр М265;

·ИВ1 - лабораторная установка, состоящая из встроенного термоблока с контрольным и исследуемыми термометрами и автономного пульта управления нагревом;

·PV3 - универсальный цифровой прибор В7-16;

·SB1 - переключатель каналов измерения.

В качестве исследуемых терморезисторов в работе используются два полупроводниковых термистора, один из которых имеет положительный (ТЭ 233), а другой – отрицательный (ТЭ 255) температурный коэффициент.

·Характеристика термистора ТЭ 255 близка к линейной, и темпера-

турный коэффициент сопротивления можно принять равным a =

1.43 × 10−3 К−1, сопротивление этого термистора R0 = 611.5 Ом.

Характеристика термистора ТЭ 233 нелинейна, и в зависимости от диапазона измеряемой температуры температурный коэффициент различный

(табл. 1.1).

Методика выполнения эксперимента:

1.Включить питание стенда и прибора В7-16 от сети 220 В и установить показание логометра 4 В.

2.Установить переключатель управления термоблоком в положение «Ручн», а переключатель «Режимы» – в положение «Охлаждение» и контролировать изменение температуры в камере по показателям логометра.

3.При достижении температуры, равной 0° С, установить переключа-

тель «Режимы» в положение «Откл» и записать показания логометра и прибора В7-16.

4. Установить переключатель «Режимы» в положение «Нагрев» и, контролируя изменение температуры по показаниям логометра, записывать показание прибора В7-16. Результаты измерений свести в табл. 1.2.

14

Температура tлин находится из графика, в котором соединены две край-

ние точки t диапазона изменения температуры прямой линией. Абсолютная

погрешность линейности находится по формуле лин = tлин – t.

Для определения погрешности измерения температуры алмазным терморезистором необходимо по полученному значению сопротивления ТР Rt

найти соответствующую этому значению температуру по формуле tp = Rt /S, где S – чувствительность ТР.

Чувствительность S в этом случае является отношением приращения (или уменьшения) сопротивления ТР к приращению температуры. Например, S может определяться в начале и в конце диапазона изменения температуры,

т. е. 0…5 °С и 45…50 °С. Далее следует усреднить два полученных значения и это среднее значение использовать для определения tp.

Результаты необходимо свести в таблицу, аналогичную табл. 1.2, в ко-

торой необходимо заменить tлин на расчетное значение tp, а лин на , где

– абсолютная погрешность измерения температуры.

Для определения абсолютных погрешностей измерения температуры термисторами расчетные значения необходимо находить по формуле

tp = t0 + ln(Rt /R0)/α,

где t0 и R0 соответствуют нижним точкам перегиба градуировочной характе-

ристики.

По окончании экспериментов переключатель «Режим» перевести в положение «Откл».

Лабораторная работа 2

ИССЛЕДОВАНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ ТЕНЗОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Цель работы – исследование характеристик и применение тензочувствительных преобразователей.

15

2.1.Задание

1.Ознакомиться со схемой эксперимента и характеристиками тарировочной балки.

2.Произвести уравновешивание мостовой схемы и определить чувствительность схемы.

3.Произвести градуировку тензорезистора, заданного преподавателем, для чего определить зависимость показаний милливольтметра U от нагрузки P на балку.

4.Рассчитать зависимость относительного изменения сопротивления εR

2.2. Методические указания к работе

Установка для исследования тензорезисторов (рис. 2.1) содержит стальную тарировочную балку, имеющую участок равного сопротивления l1 с

наклеенными тензорезисторами, один из которых по заданию преподавателя подлежит исследованию.

X

b

l

Рис. 2.1

Схема неравновесного моста представлена на рис. 2.2, где R1 – исследу-

емый тензорезистор; R2 – магазин сопротивления; R3 – компенсационный тензорезистор; R4 – резистор постоянного сопротивления; V – вольтметр,

16

контролирующий питание моста; mV – милливольтметр; ИРНП – источник регулируемого напряжения питания.

V

ИРНП

Рис. 2.2

Компенсационный тензорезистор R3 предназначен для компенсации влияния температуры окружающей среды [2], а также для точного уравновешивания моста. Тензорезистор R3 наклеен на гибкую пластину из того же ма-

териала, что и тарировочная балка, и находится в одинаковых с ней температурных условиях.

Питание моста осуществляется от ИРНП, требуемое значение напряжения которого рассчитывается по заданному току (не более 10 мА) через тензорезистор и по значениям сопротивлений R1 и R3.

Уравновешивание моста производится при отсутствии нагрузки на балку изменением сопротивления магазина R2 до получения нулевого отклонения указателя милливольтметра при максимальной его чувствительности.

После уравновешивания моста определяют его чувствительность путем изменения сопротивления магазина R2 на R2 = 0.2…0.3 Ом и определяют показание милливольтметра US.

Чувствительность моста (SM) определяется как отношение показания милливольтметра US к относительному изменению сопротивления R2:

S м = U S R 2 / R 2 ,

17

где R2 – сопротивление магазина, соответствующее равновесному состоянию моста.

В процессе градуировки тензорезистора определяют зависимость отно-

сительного изменения сопротивления εR тензорезистора от относительной деформации εl . Для этого уравновешивают мост, а балку нагружают гирями.

При фиксированном значении нагрузки наблюдают показание милливольтметра. Эксперимент проводят для возрастающей и убывающей нагрузки, результаты записывают в табл. 2.1.

Относительное изменение сопротивления тензорезистора для каждого значения нагрузки определяется по формуле εR = Uср /Sм.

Относительная деформация балки в месте наклеивания тензорезистора

ε l = 6 P L / ( b h 2E ) ,

где L – расстояние от исследуемого тензорезистора до защемленного конца балки, т. е. L = l – x.

Коэффициент тензочувствительности S = εR /εl определяется для случая максимальной нагрузки.

Для определения механического напряжения в различных сечениях балки используются тензорезисторы, наклеенные на поверхность балки, причем на них распространяется градуировочная характеристика и коэффициент тензочувствительности, полученные ранее.

Эксперимент проводится в следующем порядке. Подключается к мостовой схеме тот или иной тензорезистор, наклеенный на балку на расстоянии X от точки приложения нагрузки. Мост каждый раз предварительно уравновешивается при отсутствии нагрузки. Далее нагружается балка (нагрузка задается преподавателем) и замечается показание милливольтметра. Результаты эксперимента заносятся в табл. 2.2.

18

По результата эксперимента необходимо вычислить и занести в табл. 2.2

εR = U / S м; εl = ε R / S ; σ = εl E, используя ранее определенные Sм и S. По-

строить график σ = f(x).

Лабораторная работа 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ИНДУКТИВНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Цель работы – ознакомление с устройством, методикой градуировки и схемами включения индуктивного измерительного преобразователя перемещений.

3.1.Задание

1.Ознакомиться с устройством и техническими характеристиками лабораторной установки и универсального цифрового вольтметра. Записать метрологические характеристики используемых средств измерений.

2.Исследовать характеристики индуктивного ИП при дифференциальном и недифференциальном включении вторичных обмоток. Построить график зависимости выходного напряжения от перемещения сердечника в диа-

пазоне –2…0…+2 мм.

3.Определить погрешность линейности характеристики ИП.

4.Наблюдать совместную работу двух дифференциальных индуктивных преобразователей, включенных встречно.

3.2. Методические указания к работе

Дифференциальный индуктивный (трансформаторный) преобразователь перемещений с разомкнутой магнитной цепью представляет собой секционированную катушку (состоит из двух одинаковых секций) с расположенными на ней обмотками. Первичная обмотка намотана равномерно по всей длине катушки, и на нее подается питающее напряжение. Вторичные обмотки оди-

19

наковые, каждая из них располагается на своей секции. Внутри катушки вдоль оси перемещается ферромагнитный сердечник, длина которого меньше длины катушки.

Преобразователь может использоваться как при недифференциальном включении (режим 1), когда выходной сигнал снимается только с одной из вторичных обмоток, так и при дифференциальном включении (режим 2), когда вторичные обмотки включены встречно (рис. 3.1).

Х2

SB

1

PV

2

3

ДИП 1

ДИП 2

Х1

U

Рис. 3.1

Обозначения на рисунке: ДИП 1, ДИП 2 – дифференциально-трансфор- маторные индуктивные преобразователи линейных перемещений; PV – универсальный цифровой прибор GDM-8135 (мультиметр); SB – трехпозиционный переключатель режимов.

Линейное перемещение Х1 сердечника первого преобразователя (ДИП 1)

и Х2 сердечника второго преобразователя (ДИП 2) осуществляется вращени-

ем микрометрических винтов и контролируется индикаторами часового типа. В реальных измерительных системах выходной сигнал первичного преобразователя по линии связи подается встречно на выходную цепь вторичного индуктивного преобразователя и компенсируется сигналом этого преобразователя, формируемого принудительным перемещением сердечника вторичного преобразователя с помощью серводвигателя. Этот режим совмест-

20