МГУДТ

Кафедра

Автоматики и промышленной электроники

Площадка1(Садовническая,33)

Лабораторные работы по дисциплине

«Метрология и измерительная техника»,

Часть 2

направление подготовки: 220400.62

«Управление в технических системах», бакалавриат

Ведущий преподаватель: проф. Кочеров А.В.

Выполнил: студ. гр.____ _________________

2014

- 2 –

Содержание:

стр.

Работа №9………………………3

Работа №10……………………..4

Работа №11……………………..8

Работа №12……………………..11

  ‑3-

Работа 9. Исследование уровнемеров жидкости.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: ознакомление с различными типами применяемых уровнемеров и сигнализаторов уровня жидкости, методикой градуировки и поверки уровнемеров.

ОПИСАНИЕ СТЕНДА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ.

Здесь исследуются два типа уровнемеров: гидростатический(УГ) и электрический емкостной (УЕ). На рис.9.1 представлена схема стенда для исследования уровнемеров. Здесь 1‑стеклянная емкость, где контролируется уровень воды,2‑датчик емкостного уровнемера(УЕ), 3‑контрольная линейка,4‑датчик гидростатического уровнемера(УГ) 5‑уравнительный сосуд,6‑сборная емкость, 7‑насос,8‑вентиль, 9‑вторичный прибор УГ,10‑вторичный прибор УЕ.

Исследования уровнемеров проводятся с целью градуировки вторичных приборов 9,10 в единицах уровня,- [мм] воды в сосуде 1, всего по 6 отметкам уровня.

Методика исследований:

1.В таблицу Т 9.1 занести данные о типах уровнемеров (датчики и вторичные приборы), включить приборы, насос выключен, вентиль 8 закрыт, емкость 6 должна быть заполнена водой, уровень воды в емкости 1  должен быть минимальным.

2.Включить насос —начинается перекачка воды из емкости 6 в емкость 1. Довести уровень в емкости 1 до заданной максимальной отметки. Определить по приборам 9, 10 начальные верхние значения УГ6, УЕ6, занести их в таблицу Т 9.1.

3.Осторожно открывая вентиль 8, снизить уровень в емкости 1 до следующего, меньшего значения уровня.

Закрыть вентиль 8, записать соответствующие величины УГ5, УЕ5 в таблицу Т 9.1.

4.После досстижения последней, шестой, отметки уровня проводят

повторно процедуру градуировки, а именно: включают насос 7, доводят уровень в емкости 1 до заданной максимальной, далее все повторяют аналогично п.п.2,3,4.

5.Вычисляют средние значения показаний приборов 9, 10 при одинаковых значениях уровня, после чего строят график статических характеристик уровнемеров, где по оси абсцисс-уровень в мм, по оси ординат-средние показания приборов 9, 10 .

.

-4-

Градуировка уровнемеров по воде. Таблица Т 9.1 

Комплект емкостного уровнемера (УЕ), состоит из датчика типа ДЕ1, и

вторичного прибора ЭИУ-3.

Комплект гидростатического уровнемера (УГ), состоит из

датчика типа ДГ1 и вторичного прибора ГУ2.

№ п/п		1	2	3	4	5	6
Уровень,см		5	7	9	11	13	15
Емк. уров., ЕГ	Ох1
	Ох2
	ср
Гидрост. уров., ГУ	Ох1
	Ох2
	ср

По данным таблицы: построить график.

Работа 10. Исследование психрометрического

метода измерения влажности газов.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: ознакомление с психрометрическим методом измерения влажности газов на лабораторном стенде с макетом конвективной сушильной камеры (КСК).

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

Из известных методов измерения влажности газов психрометрический метод получил наибольшее распостранение при автоматизации технологических процессов в легкой промышленности, в частности, при автоматизации процессов сушки.

Под относительной влажностью газа понимается:

f= (а/А)*100 = (р/Р)*100, % (10.1)

где а,А -плотности газа при температуре Q для

исследуемого состояния и в состоянии полного

насыщения;

р,Р -парциальные давления водяного пара при температуре  

Q для исследуемого состояния и в состоянии полного

насыщения.

Для психрометрического метода справедлива зависимость:

f = ((Pсм —с*Ра(0с‑0см))/Pс)*100, % (10.2)

где с -психрометрическая постоянная, 1/гр; Qс, Qсм –

температуры сухого и смачиваемого ермометров;

Pсм -парциальное давление насыщенного водяного пара

при температуре Qсм;

-5-

Ра -атмосферное давление;

Pс -парциальное давление насыщенного водяного пара при

температуре Qс.

На рис.10.1 представлена упрощенная измерительная схема автоматического психрометра типа АПВ‑201. Схема представляет собой четырехплечий равновесный мост, два плеча которого R1,R2 

постоянны, а третье-Rc и четвертое-Rсм плечи суть сухой и смачиваемые термометры (ПТР). Прибор расчитан на эксплуатацию при стабильной температуре в рабочей зоне, -здесь средняя температура сухого термометра считается постоянной и равной 40 ⁰С.

Сигнал рассогласования при изменении отн.влажности усиливается усилителем У и затем передается на реверсивный эл.двигатель РД, вал которого через механическую связь МС перемещает движок реохорда Rp(т.а) до наступления равновесия схемы.

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

На рис.10.2 представлена упрощенная схема лабораторного стенда для исследования психрометрического метода, здесь 1‑макет конвективной сушильной камеры (КСК); 2‑вентилятор; 3‑датчик психрометра ПЭ (два ТС типа ТСП 100П); 4 -датчик психрометра АПВ‑201(2 ПТР); 5 -переключатель; 6‑вторичный прибор психрометра АПВ‑201; 7‑преобразователь сопротивления (проволочный ТСП 100П) смачиваемого термометра Rсм датчика ПЭ в напряжение Vсм; 8‑ -самописец (автоматический потенциометр); 9‑цифровой омметр; 10‑переключатель; 11,12 -магазины сопротивления, имитирующие соответственно сухой и смачиваемый термометры психрометра АПВ‑201.

Методика исследований

В результате исследований должны быть получены следующие ре- зультаты: 1)проверка градуировки вторичного прибора 6 психрометра АПВ‑201; 2)проведение эксперимента по имитации процесса сушки, с регистрацией изменения по двум приборам 6 и 8, с последующим построением совмещенного графика сушки.

Перед началом исследований необходимо убедиться в правильном смачмвании соответствующих термометров в датчиках 3 и 4.

1.Включить макет КСК 1, установить задание по температуре 40 ⁰С, включить вентилятор. Оценить по бытовому психрометру относительную влажность и температуру Qос в помещении и записать эти значения в таблицу Т 10.2.

2.Провести проверку градуировки прибора 6, для чего переключатель 10 перевести в положение «магазины сопротивления», на магазине 11 установить значение,

-6-

соответствующее Rc при 40 ⁰С, на магазине 12  установить значение, соответствующее Rсм при 10%, затем включить прибор 6.

Записать экспериментальное значение с прибора 6 в таблицу Т 10.1, далее проверить остальные значения шкалы прибора 6.

Определить абсолютные погрешности Df по каждой отметке шкалы прибора 6, если все они меньше максимально допустимой абсолютной погрешности Dfд, определяемой классом точности прибора 6, то он годен к эксплуатации, если нет, то необходимо провести наладку прибора 6.

Величина Rc на магазине 11 должна быть постоянной!

3.После достижения в макете 1 заданной температуры 40⁰С переходят к выполнению второго этапа: переключатель 10 переводят в положение «датчик», затем с помощью омметра 9 измеряют сопротивление Rc датчика 3 и по градуировочной таблице ТСП 100П(см. приложение П 2.1) оценивают величину температуры в рабочей зоне, после чего переключателем 5 подключают к омметру 9 смачиваемый термометр датчика 3, измеряют начальное значение Rсм, по приложению П 2.1 оценивают fн и записывают эти значения в таблицу Т 10.2. Затем смачиваемый термометр датчика 3 отключить от омметра 9,подключить его к преобразователю 7, к омметру 9 подключить сухой термометр датчика 3 

4.Включить прибор 8, при этом протяжка ленты должна быть выключена, записывают в таблицу Т 10.2 начальные значения f со шкал приборов 6 и 8.

5.Включить протяжку ленты самописца 8, после чего ввести в макет КСК 1 возмущение по влажности (один из способов —впрыск с помощью пульвилизатора небольшого объема воды, другой способ - внесение образца влажного материала). С заданным шагом по времени снимать показания со шкалы прибора 6 и записывать их в таблицу Т 10.2, одновременно следя за процессом регистрации процесса сушки по прибору 8. После окончания процесса сушки аккуратно оторвать участок ленты с записью, записать на ленте дату, скорость протяжки, среднюю температуру, вид возмущения, напряжение на вентиляторе 2.

6.Выключить все приборы, по результатам таблицы Т 10.2 построить совмещенный график кривых сушки по двум типам психрометров (по оси абсцисс -время, по оси ординат —f %/). приборов 6 и 8.

-7-

Таблица 10.1.

Проверка градуировки психрометра АПВ‑201 , кл точности 4.0.

Сух.терм.,		Смачиваем.термометр				Отн.влаж.,	Погр.
Qc , 0С 40	Rc, Ом 1100	№ п/п	f ,%	R, kОм	f,%		Df,%
		1	10	1.78
		2	20	1.63
		3	30	1.49
		4	40	1.42
		5	50	1.34
		6	60	1.25
		7	70	1.21
		8	80	1.16

Вывод:

Таблица 10.2

Процесс сушки в макете КСК, начальные условия: температура окружающей среды Qc= 20⁰C ,отн. влажность fc=

Сред. Температура в макете КСК Qм=40⁰C

Вид возмущения: вспрыск порции воды объемом 5мЛ.

№ п/п	Время, мин	Психром. АПВ φ1,%	Психром. ПЭ φ2,%
1	0.0
2	0.5
3	1.0
4	1.5
5	2.0
6	5.0
7	10.0
8	15.0
9	20.0

По данным таблицы 10.2 построить графики φ1_i ,φ2_i

-8-

Работа 11. Исследование кондуктометрического метода

измерения влажности материалов (кожа).

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: ознакомление с кондуктометрическим методом измерения влажности материалов на примере кож для верха обуви, экспериментальная оценка зависимости эл.сопротивления датчика от влажности нескольких типов кож.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

Влажность материалов количественно оценивается относительной влажностью W,% или влагосодержанием U,%:

W = [(m)в-(m)0]/(m)в]*100, % (11.1)

U = [(m)в-(m)0]/(m)0]*100, %

где (m)в -масса образца влажного материала ,

(m)0 -масса того же образца с полностью удаленной влагой.

Кондуктометрический метод измерения влажности материалов использует зависимости электрического сопротивления специального датчика Rд от влажности материала, помещенного в датчик.

Зависимости Rд =f(W) часто аппроксимируют выражением:

Rд = А/W^N , (11.2)

где А,N —параметры данного датчика, постоянные

для данного типа материала.

В связи с существенной зависимостью Rд от толщины контролируемого материала рекомендуется перейти от Rд к удельному объемному сопротивлению датчика  r_Д:

r_Д = Rд*(Sд/bм), Ом *см (11.3)

где Sд —площадь электродов датчика, кв.см.,

bм —толщина материала в датчике, см.

Зависимости r_Д =f(W) также аппроксимируют зависимостью типа (11.2):

r_Д = а/Wⁿ , (11.4)

где а,n —параметры датчика для данного типа материала.

В данной работе исследуются зависимости (11.4) для трех типов кож; с целью уменьшения влияния поляризации на результаты измерений питание датчика осуществляется переменным током частотой

“f” кГц, напряжением 20—30 мВ. В связи с существенной нелинейностью (11.4) осуществляют преобразование:

lg( r_Д ) = lg(a) —n*lg(W) = b0 + b1*X, (11`.5)

где b0 = lg(a), b1 = -n, X = lg(W).

-9-

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

На рис.11.1 представлена упрощенная схема лабораторного стенда, здесь 1‑датчик,2‑груз,3‑образец материала,4‑аналитические весы,5‑прибор, измеряющий Rд, 6‑линия связи от датчика 1 к прибору 5.

Датчик 1 представляет собой два медных цилиндрических электрода диаметром “d”, нижний-неподвижный, верхний может свободно передвигаться по вертикали, при этом его координата относительно поверхности нижнего электрода измеряется микрометром-индикатором МИ, что позволяет измерить толщину материала “bм”.

С верхним электродом жестко скреплена площадка П, на которую при измерениях ставится груз 2. Необходимость груза 2 объясняется необходимостью стандартизацией контактного давления на материал в ходе измерения Rд.

Методика исследований.

Каждый образец в сухом состоянии взвешивается на весах 4 для определения (m)0, эти значения записываются в таблицу Т 11.1.

В трех эксикаторах размещаются по три пронумерованных образца разных типов кож, в каждом эксикаторе создана своя влажность, от 10% до 60%.

1.В таблицу Т 11.1 занести данные о датчике(площадь поверхности электрода S, кв.см.),характеристика образцов (тип кожи),затем занести данные о толщине и начальной массе всех 15 образцов.

2.Взвесить по очереди все образцы,записать в таблицу Т 11.1 эти данные. Вычислить по (11.1) Wi каждого образца,затем lg(Wi) и записать в таблицу Т 11.1.

ПРИМЕЧАНИЕ: все расчеты выполняются в ПС MathCAD.

3.Перенести эксикаторы к датчику 1, вынуть из эксикатора 1 образец № 1, вложить в датчик, поставить груз 2, подключить датчик к прибору 5, включить его и измерить (Rд)1, записать это значение в таблицу Т 11.1. Провести аналогичные измерения по всем образцам.

4.Выключить прибор 5, убрать все образцы в свои эксикаторы.

По (11.3) расчитать (r_Д)i для всех образцов, затем расчитать lg(r_Д)i, записать эти данные в таблицу Т 11.1.

5.По результатам таблицы Т 11.1 построить совмещенный график lg(r_Д)=f[lg(W)] для трех типов кож,примерный вид этого графика представлен на рис.11.2. Расчитать коэффициенты b0,b1 для каждого из типов кож.

-10-

Таблица 11.1.

Оценка градуировки кондуктометрического датчика влажности кож, характеристика образцов:

NN 1‑3 -........ ,NN 6 - 8......... ,NN 11‑13-.........

характеристика датчика: площадь электрода S = 20 кв.см.

груз М = 20Н, измерения проводятся на переменном токе 

частотой f = 1.0 кГц, в комплекте с прибором ВМ-507.

№ экс.	№ обр.	Толщ мм	Масса сухого,г	Масса влажн,г	Влаж W, %	lg(W)	Сопр.RД Ом	rД Ом*см	lg(rД)
1	1	1.8	2.58
	6	1.2	1.51
	11	1.5	1.65
2	2	1.8	2.69
	7	1.2	1.3
	12	1.5	1.56
3	3	1.8	2.59
	8	1.2	1.07
	13	1.5	1.55

Расчет характеристик таблицы 11.1 провести в MathCADe с построением

графиков.

-11-

Работа 12. Исследование характеристик датчика рН и

наладка комплекта рН-метра.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: ознакомление с датчиком рН и методикой наладки комплекта рН-метра.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

В основе электрометрического метода измерения рН растворов лежит конструкция датчика, изображенная на рис.12.1. Здесь 1‑ -измерительный стеклянный электрод (ИЭ),2- вспомагательный выносной насыщенный хлорсеребрянный электрод (ВЭ), 3‑ термометр, 4‑ стаканчик с контролируемым раствором .

На выходе датчика формируется э.д.с. Ех, функционально связанная с рНх раствора:

Ex = Eи —(So + a*Qp)*(pHx —pHи), мВ (12.1)

где Qр -температура раствора, С; 

Еи, рНи -координаты изопотенциальной точки;

So -градиент (крутизна, коэффициент преобразования) датчика рН, для данной системы при 0р=0 С So=54 мВ/рН); а‑температурный коэффициент градиента,а=0.2 мВ/рН*гр.

Параметрами датчика рН являются (Еи, рНи) и электрическое сопротивление Rд, оно очень велико и находится в пределах от 10 до 200 МОм; такая большая величина Rд требует тщательной экранировки провода от ИЭ ко вторичному прибору, а также требует высокого входного сопротивления прибора.

ОПИСАНИЕ СТЕНДА И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

На рис.12.1 представлена схема стенда, здесь, кроме элементов датчика рН 1,2,3,4, имеются 5 -имитатор датчика рН, 6 -три стаканчика с разными буферными растворами [pH1, pH2, pH3], 7 -стаканчик с дистиллированной водой, 8 -поверяемый вторичный прибор (рН-метр),9 -цифровой лабораторный рН-метр(милливольтметр).

Исследования проводятся в три этапа:

1ый этап -оценка статической характеристики двух датчиков рН;

2ой этап –выбор датчика рН №_ для дальнейшей работы с автоматическим рН-метром, подстройка рН-метра под характеристику этого датчика и оценка полученной статической характеристики рН-метра;

3ий этап -проверка всего комплекта рН-метра.