Лаб работа Автоматика 1

Принципиальная электрическая схема уравновешенного моста (рисунок 3.2.1) состоит из постоянных резисторов R1 и R2, компенсирующего переменного резистора (реохорда) RP, термопреобразователя сопротивления Rt и сопротивления соединительных проводов Rпр. В одну диагональ включен источник постоянного тока Е, в другую — нуль-прибор НП. Измерение Rt производится путем перемещения движка реохорда RP до тех пор, пока стрелка нуль-прибора не установится на нулевой отметке. В этот момент ток в измерительной диагонали cd отсутствует.

При равновесии моста имеет место равенство

Если считать, что температура окружающей среды постоянна, то 2Rпр = const. Тогда каждому значению Rt соответствует определенное значение сопротивления реохорда RP, шкала которого проградуирована либо в Омах, либо в единицах неэлектрической величины (например, в градусах Цельсия), для измерения которой предназначена схема.

13

В случаях, когда колебания температуры окружающей среды велики и погрешность за счет изменения RПР может достигать значительной величины, применяется трехпроводная схема включения термопреобразователя сопротивления (рисунок 3.2.2). При таком соединении сопротивление одного провода прибавляется к сопротивлению Rt, а сопротивление второго провода — к переменному сопротивлению RP. Уравнение равновесия моста принимает вид

Из уравнения (3.2.2) следует, что в трехпроводной схеме сопротивление соединительных проводов не влияет на результаты измерения при равенстве R1=R2.

Логометр — прибор магнитоэлектрической системы, используется для измерения температуры в комплекте с термпреобразователями сопротивления. Логометры выпускаются обычно с градуировкой шкалы в градусах Цельсия. Температурная шкала логометра действительна только для определенной градуировки термометра сопротивления и заданного значения сопротивления внешних соединительных проводов.

Измерительный механизм логометра состоит из 2 рамок, расположенных под некоторым углом одна к другой и жестко скрепленных между собой. Рамки помещены в воздушный зазор между полюсами постоянного магнита и сердечником. Воздушный зазор между полюсами постоянного магнита и сердечником сделан неравномерным и поэтому магнитная индукция в зазоре не постоянна.

Принципиальная схема логометра с внешним постоянным магнитом показана на рисунке 3.2.3. В межполюсном пространстве постоянного магнита на общей оси (двух кернах) укреплены 2 рамки Rp ‘ и Rp, изготовленные из тонкой изолированной медной проволоки. Эти рамки могут свободно поворачиваться в пределах рабочего угла в воздушном зазоре. Выточки полюсных наконечников выполнены по окружности, но радиус этих выточек смещен по отношению к центру сердечника так, что воздушный зазор убывает от центра полюсных наконечников к их краям, а магнитная индукция возрастает приблизительно по квадратичному закону от центра к краям наконечников.

Рамки логометров включены таким образом, что их вращающие моменты М' и M р' направлены навстречу друг другу. Подвод тока к рамкам

осуществляется либо с помощью «безмоментных» вводов, сделанных из золотых ленточек, либо посредством маломоментных спиральных волосков, изготовленных из бронзовых сплавов. На приведенной схеме R1 и R2 — добавочные манганиновые резисторы, Rt — сопротивление термометра сопротивления.

Как видно из рисунка 3.2.3, ток источника питания в точке а разветвляется и проходит по двум ветвям: через резистор R1, рамку Rp и через термометр Rt, резистор R2 и рамку Rp’.

14

В точке b ветви сходятся, и дальше ток идет до одному проводнику до источника питания. При протекании по рамкам Rp’ и Rp токов I1 и I1’ создаются магнитные поля, в результате взаимодействия которых с полем постоянного магнита возникают вращающие моменты соответственно Mp и Mp‘, направленные навстречу друг другу. Если R1 Rр R2 R'р Rt , то I1 =I1' и

при симметричном расположении рамок относительно полюсных наконечников вращающие моменты будут равны (рамки занимают положение, показанное на рисунке 3.2.3).

Если сопротивление термометра сопротивления вследствие нагрева возрастает, то вращающий момент рамки Rp будет больше момента рамки Rp’, так как I1 I1' , и подвижная система начнет поворачиваться по часовой стрелке, т.е. в направлении момента M'р . При этом рамка Rр с большим вращающим моментом попадет в более слабое магнитное поле и ее момент уменьшится, момент же рамки R'р ,наоборот, будет увеличиваться . При оп-

ределенном угле поворота моменты сравняются и рамки остановятся. Это произойдет при условии

или

15

Так как Rр ,R'р ,R1 и R2 являются постоянными величинами, то

т.е. угол отклонения подвижной части или указателя логометра являются функцией измеряемого сопротивления термометра.

Основным недостатком рассмотренной дифференциальной логометрической схемы является то, что для уменьшения температурной погрешности прибора приходится включать последовательно с рамками манганиновые резисторы с большими сопротивлениями R1 и R2 . Вследствие этого логометры с такой измерительной цепью обладают меньшей чувствительностью по сопротивлению по сравнению с приборами с мостовыми логометрическими схемами.

a

Рисунок 3.2.3 — Принципиальная электрическая схема логометра с внешним постоянным магнитом

3.2.2 Описание лабораторного стенда

На лабораторном стенде (рисунок 3.2.4) смонтированы: автоматический показывающий и самопишущий мост КСМ2 (градуировка 22, шкала 0 - 400 ºС, класс точности 0,5), показывающий логометр Ш69000 (градуировка 21, шкала 0-150 ºС, класс точности 1,5), магазин сопротивлений К4830/2(класс точности 0,9), тумблер подачи напряжения.

16

Таблица 3.2.2. — Температурная характеристика термопреобразователя сопротивления. Градуировка 21

При расчете погрешностей автоматического моста и логометра под ''А'' в формулах (2.1), (2.2), (2.5) понимается величина электрического сопротивления.

3.2.5Порядок проведения работы

1)Подайте напряжение на стенд тумблером, расположенным на панели управления.

2)Подключите образцовый магазин сопротивления Р4830/2 к автоматическому мосту КСМ2.

3)Ручками магазина сопротивления Р4830/2 ''х10Ω'' , ''х1Ω'', ''х0,1Ω'' установите стрелку КСМ2 на проверяемую отметку шкалы и занесите в таблицу 3.2.3, результаты измерений (сумму показаний декад магазина сопротивления, Ом и показания автоматического моста). Проделайте те же операции для всех оцифрованных отметок шкалы КСМ2 при прямом и обратном ходе.

4)Подключите образцовый магазин сопротивления Р4830/2 к логометру Ш69000.

5)Проделайте те же операции (см. пункт 3) для оцифрованных отметок шкалы Ш69000.

Таблица 3.2.3 - Протокол испытаний приборов ( КСМ2, Ш69000)

18

ют азот, аргон или гелий.

Начальное давление газа в термосистеме составляет 1 — 5 МПа. Вследствие высокого давления газа в термосистеме колебания атмосферного давления незначительно влияют на показания прибора.

Для уменьшения влияния температуры окружающей среды увеличивают объём термобаллона, уменьшая при этом объём капилляра и манометрической трубки.

В качестве рабочего вещества в жидкостных термометрах используют ртуть или полиметилксилоксановые жидкости. При повышении температуры жидкость в термобаллоне расширяется и заставляет перемещаться конец манометрической трубки. Благодаря тому что жидкости обладают большей теплопроводностью, инерционность этих термометров меньше, чем газовых.

Жидкостные и газовые манометрические термометры имеют равномерную линейную шкалу.

1 — термобаллон, 2 — капиллярная трубка, 3 — стрелка, 4 — зубчатая шестерня, 5 — манометрическая трубка, 6 — зубчатый сектор, 7 — тяга

Рисунок 3.3.1 — Схема манометрического термометра

Термобаллон конденсационных термометров обычно заполняется на 2/3 объёма низкокипящей жидкостью — фреоном, ацетоном, хлористым метилом, бензолом и т. д. При повышении температуры увеличиваются давление насыщенного пара в термобаллоне, которое через капилляр передаётся манометрической пружине. Однако изменение давления пара непропорционально изменению температуры, что является недостатком конденсационных термометров, шкала которых нелинейная.

Приборы этого типа наиболее чувствительны, однако диапазон измерения их невелик — от минус 50 до 300 ºC.

Так как давление в термосистеме зависит только от измеряемой температуры, то изменение температуры окружающей среды погрешности не вносит. На показания этого типа приборов влияют изменения атмосферного дав-

20

ления.

Промышленностью выпускается показывающие, самопишущие, регулирующие и сигнализирующие манометрические термометры.

3.3.2 Описание лабораторного стенда

Лабораторный стенд (рисунок 3.3.2) состоит из трубы 1, внутри которой установлен электрический нагревательный элемент 6. В стенке трубы сделаны технологические отверстия, в которых установлены контрольный жидкостной термометр 2 (типа ТТ, класс точности 0,5) и проверяемые манометрические термометры: жидкостной 4 (тип VYR.C, пределы измерений 0…100 Cº, класс точности 1,5); газовый 3 (тип ТПГ — 4, 0…100 Cº, класс точности 1); конденсационный 5 (тип ТПП — СК, 0…100 Cº, класс точности 2,5). Для охлаждения используется вентилятор 7.

Рисунок 3.3.2 — Лабораторный стенд

3.3.3Задание к выполнению работы

1)Ознакомиться с лабораторным стендом и установленными на нём приборами.

2)Проверить работоспособность газового, жидкостного и конденсационного манометрических термометров.

3.3.4Методика выполнения работы

Проверка работоспособности манометрических термометров VYR.C, ТПГ — 4 и ТПП — СК заключается в сравнении их показаний с показаниями контрольного термометра ТТ, определении максимальной приведенной погрешности и сравнении её (и приведенной вариации) с классом точности. При расчете погрешности термометров под ''А'' (см. формулы 2.1; 2.2; 2.5)

21

понимается температура.

3.3.5Порядок проведения работы

1)Подайте напряжение на стенд-тумблер, ''питание'' перевести в положение ''ВКЛ''.

2)Тумблером ''НАГРЕВАТЕЛЬ'' подайте питание на ТЭН.

3)Снимите показания манометрических термометров и контрольного термометра через каждые 10 Cº, начиная с 20 Cº до 70 Cº (прямой ход).

4)Отключите электрический нагреватель от источника питания и включите вентилятор.

5)Снимите показания проверяемых и контрольного термометров в процессе охлаждения (обратный ход).

6)Полученные данные занесите в таблицу 3.3.1.

3.1.7 Требования к отчету

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

1)цель работы;

2)схему манометрического термометра;

3)схему лабораторного стенда;

4)протоколы испытаний приборов;

5)выводы по работе.

3.3.7Контрольные вопросы

1)Принцип действия манометрических термометров.

2)Классификация манометрических термометров.

3)Какие манометрические термометры имеют равномерную линейную шкалу, а какие неравномерную?

4)Как определить абсолютную, приведенную погрешность и вариа-

22