Теплотехнические измерения и приборы лабораторный практикум. Учебное пособие

К источнику сетевого питания (ИСП) напряжением 4 В подклю­ чается логометр по трехпроводной схеме, вместо термометра сопро­ тивления используется МС типа МСР-60М с шагом 0,01 Ом. На нем искусственно создается сопротивление, соответствующее темпера­ туре термометра сопротивления данной градуировки.

С помощью лабораторного переносного моста измеряется со­ противление измерительных проводов и производится контроль подгонки сопротивления соединительных линий. Для подгонки сопротивления соединительных проводов к градуировочному зна­ чению Rвн = 5 Ом, указанному на шкале прибора, используется два магазина сопротивлений. В начальном состоянии сопротивление МС равно половине градуировочного значения. Резисторы Rп1 и Rп2 служат для подгонки сопротивления соединительных прово­ дов до градуировочного значения Rвн = 5 Ом или 15 Ом, указанно­ го на шкале логометра, причем сопротивление каждого провода должно составлять половину общего сопротивления. После под­ гонки внешнего сопротивления поверка ее правильности произ­ водится с помощью контрольного резистора Rк (клемма 1). Для этого до включения питания основные соединительные провода на зажимах головки термометра замыкаются накоротко, а проти­ воположный конец провода (клемма 3) переносится на клемму 1. В случае правильной подгонки сопротивления проводов при вклю­ чении питания стрелка прибора должна установиться на контроль­ ной (красной) отметке шкалы. После этого восстанавливают преж­ ние соединения и можно произвести необходимые измерения тем­ пературы.

Поверка логометра производится при напряжении 4 В и сопро­ тивлении линии, строго соответствующем значению, указанному на шкале прибора. Поверке подлежат все оцифрованные отметки шка­ лы как при плавном увеличении сопротивления МС, так и при его уменьшении.

Порядок выполнения работы

1.Ознакомиться с принципом действия и устройством поверяе­ мого логометра (см. рис. 7.1).

2.Собрать схему лабораторной установки согласно рис. 7.2.

3.Включить источник питания с помощью тумблера, установив напряжение 4 В. Изменяя сопротивления МС, сделать поверку всех оцифрованных отметок шкалы (начиная от нулевого деления до мак­ симальной отметки) при прямом и обратном ходе стрелки. При по­ верке использовать градуировочные характеристики логометров, приведенные в табл. 7.1 и 7.2.

51

Таблица 7.1. Градуировочная таблица платинового термометра сопротивления

градуировки 50П

Таблица 7.2. Градуировочная таблица медного термометра сопротивления

градуировки 50М

4. Записать результаты измерений в табл. 7.3.

52

Таблица 7.3. Результаты измерений

Обработка полученных результатов

Определить основную погрешность, а также вариацию показаний. Основная приведенная погрешность определяется по формуле

где Rт – сопротивление, соответствующее температуре поверяемой отметки шкалы логометра по градуировочной таблице; Rэ – сопро­ тивление, установленное на магазине, при совпадении стрелки ло­ гометра с поверяемой отметкой его шкалы; Rт.к и Rт.н – сопротивле­ ния, соответствующие температурам конечной и начальной отметок шкалы логометра.

Из двух значений сопротивления Rэ, полученных при перемещении стрелки логометра вправо (R1э) и влево (R2э), при определении погреш­ ности учитывается то, которое дает ее большее значение. Погрешность на всех числовых делениях не должна превышать ее допустимого зна­ чения δд, указанного на шкале (для логометра Л-64 ±1,5%).

Вариация показаний логометра R = R1э – R2э не должна превы­ шать абсолютного значения допускаемой основной погрешности

Оформление отчета

Отчет должен содержать следующие пункты.

1.Цель работы.

2.Краткий порядок проведения измерений.

3.Результаты измерений и расчеты (см. табл. 7.1).

4.Выводы.

53

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8

Изучение принципа действия и конструкции видеографического регистратора

Цель: изучить принцип действия и конструкции видеографиче­ ского регистратора.

Общие сведения

Технические характеристики. Скорость графопостроения текущих результатов измерения выбирается из следующего ряда: 10, 20, 60, 120, 240 мм/ч или мм/мин.

Регистратор многоканальный имеет:

•  от 6 до 42 гальванически развязанных аналоговых входов (крат­ но 6);

•  от 0 до 18 гальванически развязанных токовых выходов (кратно 6); • от 0 до 48 гальванически развязанных дискретных входов (кратно 8); • от 0 до 48 гальванически развязанных релейных выходов (кратно 8); •  от 0 до 10 программируемых уставок на каждый канал.

Прибор имеет гибкую модульную структуру (комбинацию из 7 модулей аналоговых и дискретных входов и выходов).

Возможна установка следующих модулей:

•  аналого-цифрового преобразователя (АЦП) – 6-канальный мо­ дуль аналоговых входов, к которым подключаются первичные пре­ образователи, сигналы силы и напряжения постоянного тока, элект­ рического сопротивления;

•  преобразователя встроенного измерительного (ПВИ) – 6-ка­ нальный модуль встроенных измерительных преобразователей (то­ ковых выходов). Все 6 каналов токовых выходов гальванически раз­ вязаны. Нагрузочное сопротивление для выходного сигнала 0–5 мА – 2 кОм, для сигналов 0–5 и 4–20 мА – не более 500 Ом;

54

•  управляющего модуля реле (УПР) – модуль реле и дискретных входов – управляет включением/выключением 8 реле по командам от модуля индикации, опрашивает состояние 8 дискретных входов и полученную информацию об их состоянии передает в микрокон­ троллер. Каждый дискретный вход позволяет проверить состояние сухого контакта встроенным источником напряжения (13 ± 3) В. При этом в проверяемой цепи возникает ток не более 20 мА;

•  реле – вариант модуля УПР, содержащий 8 реле и не содержа­ щий дискретных входов.

Исполнительные реле каналов сигнализации обеспечивают ком­ мутацию переменного тока сетевой частоты и постоянного тока:

•  ~250 В – до 5 А на активную нагрузку;

•  ~250 В – до 2 А на индуктивную нагрузку (cos j ≥ 0,4); •  ~250 В – до 0,1 А на активную и индуктивную нагрузку; •  ~30 В – до 2 А на активную и индуктивную нагрузку. Габаритные размеры, особенности:

•  свободная логика программирования аналоговых (токовых) и дискретных выходов;

•  результаты измерений отображаются на цветном дисплее в ви­ де чисел (таблицы), графиков, гистограмм в различных сочетаниях. Количество экранных форм и вид отображения данных на каждой экранной форме конфигурируется пользователем. Переключение между экранными формами осуществляется с клавиатуры прибора. Максимальное количество экранных форм – 10. На одной экранной форме может отображаться до 12 измерительных каналов;

•  в РМТ 59 применена параллельная обработка сигналов по из­ мерительным каналам. Цикл опроса всех каналов – около 1 с;

•  РМТ 59 является микропроцессорным переконфигурируемым потребителем прибором;

•  конфигурирование прибора осуществляется потребителем с по­ мощью клавиатуры на лицевой панели, внешней клавиатуры или по интерфейсу RS-232 или RS-485 (прибор имеет комбинированный интерфейс) с помощью специального программного обеспечения, входящего в комплект поставки, или с помощью USB флеш-карты;

•  для объединения большого количества приборов в сеть можно воспользоваться преобразователем интерфейса RS-232/-485;

•  регистратор сохраняет в энергонезависимой флеш-памяти объ­ емом 1 ГБ результаты измерений, состояние реле, состояние дис­ кретных входов, текущее время;

•  накопленные в РМТ 59 данные можно:

–  просмотреть на цветном LCD-мониторе; –  переписать на внешний ПК по RS-232/-485;

–  переписать на флеш-карту (разъем расположен на лицевой панели прибора) и перенести на внешний компьютер;

55

•  сохранение установленных параметров конфигурации при вы­ ключении питания;

•  встроенные блоки питания 24 В (22 мА) по каждому каналу для питания датчиков с унифицированным выходным сигналом;

•  вход резервного питания 24 В постоянного тока для питания прибора при отсутствии основного напряжения ~ 220 В;

•  регистратор может комплектоваться модулем резервного акку­ муляторного питания, который обеспечивает полную работоспособ­ ность прибора в течение 5 мин при отсутствии основного (~ 220 В) и резервного (~ 24 В) питания;

•  электромагнитная совместимость (ЭМС) – III-A (группа III по устойчивости к помехам, критерий качества функционирования А) или IV-B (группа IV, критерий качества функционирования В);

•  подключение измерительных цепей и цепей сигнализации осу­ ществляется через разъемные клеммные колодки под винт;

•  в соответствии с ГОСТ 25804.1–83 РМТ:

–  по характеру применения относится к категории Б – аппа­ ратура непрерывного применения;

–  по числу уровней качества функционирования относится к виду I – аппаратура, имеющая два уровня качества функциониро­ вания – нормальный уровень и отказ;

–  по устойчивости к механическим воздействиям при эксплу­ атации РМТ 59 относится к группе М6 согласно ГОСТ 17516.1–90; •  РМТ 59 относится к I категории сейсмостойкости по НП-031-01 и к группе Б исполнения 3 по РД 25818-87. РМТ 59 является стой­

ким, прочным и устойчивым к воздействию землетрясения с уров­ нем сейсмической активности 8 баллов по шкале MSK-64 на уровне над нулевой отметкой до 40 м в соответствии с ГОСТ 25804.3–80.

Индикаторная панель РМТ 59 может находиться: •  в трех основных состояниях:

–  режим отображения текущих данных; –  режим отображения архивных данных; –  режим меню;

•  нескольких вспомогательных режимах: –  режим просмотра журнала событий; –  режим просмотра журнала ошибок; –  режим просмотра отчетов; –  режим тестов.

Порядок выполнения работы. Обработка полученных результатов

1. Включить прибор РМТ 59, на панели встроенной клавиатуры загорится зеленый светодиод «СЕТЬ».

56

2.Подождать, пока на индикаторной панели не появится инфор­ мационная панель, сообщающая о ходе загрузки.

3.На наборном поле стенда собрать модель объекта. Подать на вход модели сигнал возмущения 5 В и снять кривую разгона.

4.На панели «Управление» нажать кнопку «Подготовка», после на РМТ 59 нажать клавишу REC для записи кривой разгона. Вер­ нуться к панели «Управление» и нажать «Пуск».

5.Открыть меню РМТ 59 путем нажатия кнопки ESC в любом из режимов работы, войти в архив, сбросить на флеш-накопитель дан­ ные с кривой разгона. Распечатать график.

6.Оформить отчет по работе с построением графика кривой раз­

гона.

Оформление отчета

Отчет должен содержать следующие пункты.

1.Цель работы.

2.Краткий ход выполнения работы.

3.График кривой разгона.

4.Выводы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9

Изучение принципа действия инфракрасного бесконтактного термометра

Цель: изучить принцип действия и устройства инфракрасного бесконтактного термометра.

Общие сведения

Инфракрасный термометр предназначен для бесконтактного из­ мерения температуры поверхности. Применяется для контроля те­ плового режима оборудования, а также для точного измерения тем­ пературы в технологических процессах металлургии, машинострое­ ния, нефтехимии и т.д. На рис. 9.1 показан общий вид прибора, а в табл. 9.1 приведены его технические характеристики.

Приемник пирометра преобразует энергию инфракрасного излуче­ ния, излучаемую поверхностью объекта, в электрический сигнал. За­ тем эта информация преобразуется в температурные данные.

57

В пирометре предусмотрена автоматическая компенсация температуры окружающей среды. Цифровая установка излучательной способности объектов обеспечивает точность измерения.

Поле зрения – измеряемый диаметр объекта, с поверхности которого пирометр принимает энер­ гию инфракрасного излучения.

Диаметр зоны измерения определяется показа­ телем визирования и зависит от расстояния до инфракрасного термометра. Измеряемый диа­ метр объекта равен произведению показателя ви­ зирования на расстояние до объекта

Минимальный измеряемый диаметр – наимень­ ший диаметр объекта, который может быть изме­ рен при данном фокусном расстоянии и размере

приемника. При увеличении или уменьшении расстояния измеряе­ мый диаметр возрастает. При приближении к объекту вплотную из­ меряемый диаметр увеличивается до размеров входного зрачка при­ бора.

Таблица 9.1. Общие технические характеристики

Индицируемая пирометром температура будет неверна, если раз­ мер объекта меньше поля зрения. Объект, температура которого должна быть измерена, не заполняет все поле зрения, поэтому при­ бор принимает излучение от других объектов окружающей среды, которое оказывает влияние на точность измерения (рис. 9.2).

58

Рис. 9.2. Поле зрения инфракрасного пирометра с показателем визирования 1/75

Излучательная способность объекта (эмиссия ε) – отношение мощ­ ности излучения объекта при данной температуре к мощности излу­ чения абсолютно черного тела (АЧТ). АЧТ определяется как поверх­ ность, излучающая максимальное количество энергии при данной температуре. Излучательная способность АЧТ равна 1,00.

Излучательные свойства объекта зависят от свойств материала и чистоты обработки поверхности объекта, а не от цвета его поверх­ ности. В табл. 9.2 приведены типичные значения излучательной спо­ собности некоторых материалов. Излучательная способность εболь­ шинства органических материалов (дерево, пластики, краски и т.д.) приблизительно равна 0,8–0,95.

Таблица 9.2. Излучательная способность различных материалов

Полированные металлические поверхности могут иметь излуча­ тельную способность близкую к нулю, что затрудняет применение пирометрического метода измерения температуры.

Если излучательная способность объекта не известна, то ее мож­ но определить с помощью следующего метода:

•  образец материала нагревается до определенной температуры, точно измеренной каким-либо образом;

59

•  температура поверхности образца измеряется пирометром. Зна­ чение излучательной способности подбирается до тех пор, пока ин­ дикатор прибора не покажет известную температуру образца;

•  найденное значение излучательной способности фиксируется

ииспользуется для дальнейших измерений температуры этого мате­ риала.

Пирометр с показателем визирования 1/75 имеет следующие ре­ жимы работы:

•  установка излучательной способности материала измеряемой поверхности – основная настройка прибора;

•  измерения температуры – основной режим; •  измерения максимальной температуры – вспомогательный режим;

•  установки сигнализации превышения порогового (аварийного) значения температуры – вспомогательный режим;

•  фиксация измеренной температуры, просмотра памяти и запо­ минания измеренной температуры – вспомогательный режим.

Прибор включается нажатием кнопки включения, расположенной на ручке. При нажатой кнопке он измеряет температуру, при отпущен­ ной – фиксирует измеренное значение. Горящий лазерный целеука­ затель является признаком того, что прибор измеряет температуру.

Прибор выключается автоматически, если в течение 30 с не на­ жималась ни одна из кнопок. Все установки прибора, включая зна­ чение излучательной способности, выбранный режим работы при­ бора («Измеряемая температура», «Максимальная температура»), настройку сигнализации превышения порогового значения темпе­ ратуры, замеры температуры, записанные в ячейки памяти, после отключения питания и при замене элементов питания сохраняются.

После включения прибора нажатием и удержанием кнопки вклю­ чения зажигается лазерный целеуказатель. На цифровом табло в те­ чение 1 с индицируется установленная излучательная способность, после чего на табло начинает выводиться измеряемая прибором тем­ пература. Это основной режим работы пирометра – режим «Изме­ ряемая температура».

Режим «Максимальная температура» является вспомогательным

ииспользуется, например, для облегчения определения максималь­ ного значения температуры на неравномерно нагретой поверхности. Признак режима «Максимальная температура» – пульсирующие де­ цимальные точки всего индикатора.

Выше описанные два режима переключаются кнопкой «М» при нажатой кнопке включения. После включения прибор будет рабо­ тать в ранее выбранном режиме.

Для автоматизации обнаружения перегретых объектов в приборе предусмотрена­ сигнализация превышения порогового значения темпера­ туры.

60