Лабораторный практикум по дисциплине «Системы управления химико-технологическими процессами». Методическое пособие для студентов специальностей 240900

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова»

ТЕХНОЛОГИИ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ

Е.П. Решетняк, А.К. Алейников

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ХИМИКОТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ»

Ч.2. Экспериментальное исследование систем автоматического регулирования температуры

М е т о д и ч е с к о е п о с о б и е (новая редакция)

для студентов специальности 240900 – "Биотехнология"

Саратов 2009

УДК 621-50 (075.8)

Лабораторный практикум по дисциплине «Системы управления химико-технологическими процессами». Ч2. Экспериментальное исследование систем автоматического регулирования температуры: Методическое пособие (новая редакция) для студентов специальностей: 240900 – "Биотехнология" / Е.П. Решетняк , А.К. Алейников, Н.С; ФГОУ ВПО « Саратовский ГАУ». – Саратов, 2009.

– 46 с. — опубл. 15.06.2012. — Электрон. версия печ. публ. — Доступ с сайта ЭБС IPRbooks.

ISBN 5-7011-0445-X

2

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 7

ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ С ПОМОЩЬЮ ТЕРМОМЕТРОВ СОПРОТИВЛЕНИЯ

7.1. Цель работы

Ознакомление с принципом действия и техническим устройством термометров сопротивления. Изучить назначение, общее устройство, элементы управления и индикации прибора МПР51. Изучить и исследовать двух и трех проводные схемы подключения термометров сопротивления.

7.2. Задание на выполнение лабораторной работы

Для заданного преподавателем типа термометра сопротивления снять статические характеристики измерителя температуры с использованием прибора МПР51-Щ4 при 2-х и 3-х проводном способах подключения, оценить абсолютные и относительные погрешности измерений. Результаты свести в таблицу и сделать выводы.

7.3.Порядок проведения работы

1.Повторить основные понятия метрологии и техники измерения, показатели точности измерений, особенности измерения температуры с использованием термометров сопротивления. Ответить на контрольные вопросы.

2.Изучить назначение и общее устройство прибора МПР51-Щ, элементов его управления и индикации.

3.Собрать схему исследования (см. отчет). В ней вместо термометра сопротивления используется магазин сопротивлений. Нагрев термометра имитируется изменением сопротивления магазина сопротивлений в соответствии со статической характеристикой заданного термометра сопротивления (она

3

приведена в таблице отчета о лабораторной работе).

4.Включить напряжение питания, дать прибору прогреться. Просмотр измеряемого параметра (температуры) осуществляется в режимах ОСТАНОВ, для перехода в этот режим дважды нажать на панели МПР51 кнопку Пуск/Стоп.

5.Переключить схему на 2-х проводное соединение с сопротивлением проводов, равным 1,7 Ом и изменяя сопротивление в магазине сопротивлений в соответствии с таблицей снять показания прибора и записать их в таблицу.

6.Дальнейшие исследования повести аналогично в следующей последовательности:

-2-х проводное соединение, RПР=5,0 Ом;

-3-х проводное соединение, RПР=1,7 Ом;

-3-х проводное соединение, RПР=5,0 Ом.

7.4.Краткие теоретические сведения

7.4.1.Понятие о точности измерительных приборов

Важнейшей метрологической характеристикой средств измерений является их п о г р е ш н о с т ь . Отклонение результата измерения от действительного значения измеряемой величины обусловлено погрешностями средств, методов и методики измерений.

А б с о л ю т н о й п о г р е ш н о с т ь ю п р и б о р а называется разность между показанием прибора Хп и истинным (или действительным) значением измеряемой величины Х :

X п X .

О т н о с и т е л ь н о й п о г р е ш н о с т ь ю называется отношение в процентах абсолютной погрешности измерительного прибора к истинному значению измеряемой им величины:

X 100% .

П р и в е д е н н о й о т н о с и т е л ь н о й п о г р е ш н о - с т ь ю измерительного прибора называется отношение в процентах его абсолютной погрешности к нормирующему значе-

4

нию шкалы:

где Х - нормирующее значение, в качестве которого обычно выбирают диапазон измерений, верхний предел измерений или длину шкалы прибора.

В зависимости от пределов допустимых погрешностей или показывающим приборам присваивается к л а с с т о ч - н о с т и , являющийся их обобщенной метрологической характеристикой. Конкретные классы точности устанавливаются в стандартах на отдельные виды средств измерений. Чем меньше число, обозначающее класс точности, тем меньше пределы допускаемых погрешностей, т.е. тем меньше погрешность прибора.

На циферблате или корпусе измерительного прибора нане-

= 1 , 5 , то класс точности на приборе обозначается 1,5 (в к р у ж к е ), а если предел д о п у с к а е м о й п р и в е д е н н о й основной погрешности = 0 , 5 , то класс точности на средстве измерений обозначается 0,5 (б е з к р у ж к а ).

7.4.2. Решение задач по определению погрешностей измерений

Задача 1. Д а н а шкала измерительного прибора

Т р е б у е т с я о п р е д е л и т ь :

1)цену деления;

5

2)порог чувствительности;

3)диапазон измерения равен 20 А;

4)максимальную приведенную относительную погрешность измерения;

5)абсолютную и относительную погрешности измерения величины тока 12 А.

Решение

1)участок шкалы от 0 до 5 А разделен на 5 участков, следовательно цена деления равна 1 А;

2)принимается, что порог чувствительности равен половине цены деления, таким образом порог чувствительности рассматриваемого прибора равен 0,5 А;

3)по шкале прибора определяем, что диапазон измерения равен 20 А;

4)максимальная приведенная относительная погрешность измерения равна классу точности прибора (без кружочка), поэтому она равна 2,5 %;

5)абсолютную погрешность измерения определяем из определения приведенной относительной погрешности:

Задача 2. Д а н о : измерительный прибор, класса точности

погрешность измерения.

Ре ш е н и е :

Вуказанном приборе нормирующее значение шкалы равно диапазону измерений: XN = 50 - 25 = 25 мВ. Из определения

6

Р е ш е н и е :

Класс точности указан без кружочка, это значит, максимальная приведенная погрешность = K = 2,5 . Из формулы для приведенной относительной погрешности определяем:

max X N . 100

Тогда по формуле для относительной погрешности

Задача 4. Д а н о : амперметры с различными классами точности K (б е з к р у ж к а ) и пределами измерений IN :

A1: K= 0,1, IN =30 A;

A2: K= 0,2, IN =5A;

A2: K = 0,2, IN =20 A.

Т р е б у е т с я о п р е д е л и т ь прибор, обеспечивающий относительную погрешность измерений тока δ ≤ 1% в диапазоне измерений 2,5 – 5 А.

Р е ш е н и е :

Как известно

7

О т в е т : Для обеспечения заданной точности измерения нужно использовать прибор A2 .

7.4.3. Измерение температуры

Т е р м о м е т р ы с о п р о т и в л е н и я

Принцип действия термопреобразователей сопротивления основан на свойстве веществ изменять активное сопротивление в зависимости от температуры. Металлы, применяемые для изготовления чувствительных элементов термометров сопротивлений, не должны окисляться, обладать достаточно высоким удельным электрическим сопротивлением и линейной зависимостью сопротивления от температуры:

RT = R0 (1 + t).

Этим требованием удовлетворяют платина и медь. Термометры сопротивления нашли большое применение в

химической и пищевой промышленности.

И х д о с т о и н с т в а : возможности дистанционного измерения температуры с высокой точностью, централизованного контроля и регулирования температуры.

8

Термопреобразователи сопротивления обычно используются совместно со вторичными преобразователями, которые служат для преобразования сигналов первичных преобразователей в унифицированные сигналы для взаимного согласования входящих в СУХТП элементов и дистанционной передачи сигналов по каналам связи.

С х е м а у р а в н о в е ш е н н о г о м о с т а

В качестве измерительного прибора, работающего в комплекте с термопреобразователями сопротивления, применяют уравновешенный мост, схема которого приведена на рис.7.1.

Рассмотрим случай 2-х проводного подключения термопреобразователя сопротивления Rt . Сопротивления соединитель-

ных проводов Rпр будем считать равными между собой.

.

Рис. 7.1. Схема уравновешенного моста

При выполнении условия равновесия моста (см. рис.7.1):

напряжение в измерительной диагонали Uab = 0.

9