3. Экспериментальная часть работы

3.1. Ознакомится с лабораторным стендом и с используемыми в работе сред-

ствами измерений.

3.2. Получить у преподавателя вариант задания (см. табл. 1).

R'л R'л

Rл R1

Rр

Rш

Rк

Rл

1

2

3

4

5

6

7

8

9

R2

Rн

УПД1

~6.3

d

x

c

R

в

7

Таблица 1

Варианты задания

Номер Варианта RЛ1 = RЛ2, Ом τ , ºС Градуировка

Температура, ºС

τoн τoк

1 2 3 4 5 6

1 0,4 40 «21» -100 +100

2 0,5 50 «21а» 0 +400

3 0,4 60 «23» -50 0

4 0,3 70 «21а» -200 +200

В табл. 1 приняты следующие обозначения:

л л2 R ,R 1 – сопротивления соединительных проводов (имитируются мага-

зинами сопротивлений);

τ – температура по шкале прибора;

τoн, τoк – заданные начальные и конечные табличные значения измеряемой

температуры при перекалибровке прибора.

Соответствующие температурам τон, τок сопротивления датчика приведе-

ны в таблицах, размещенных в конце методических указаний (см. приложение).

3.3. Провести экспериментальную проверку заводской градуировки основной

шкалы прибора (от 0 до +100 ºС) при использовании медного термометра

сопротивления (см. приложение 1).

Для этого собрать схему трехпроводного подключения датчика к прибо-

ру, приведенную на рис. 3.

Рис. 3. Схема трехпроводного подключения датчика к прибору

8

На рис. 3 приняты следующие обозначения:

RЛ1, RЛ2 – сопротивления, устанавливаемые на магазинах № 1 и № 2 (ими-

тируют сопротивления соединительных приборов);

Rτ – сопротивление, устанавливаемое на магазине № 3 (имитирует сопро-

тивление датчика).

Проверка заводской градуировки проводится при RЛ1 = RЛ2 = 0 и закоро-

ченных клеммах 5–6–7 (закорачиваются с помощью специальных контактных

пластин). Необходимое сопротивление датчика Rτ устанавливается на магазине

№ 3, имитирующем датчик, в соответствии с таблицей (см. приложение 1) для

температур 0; +10; +20;…;+100 °С.

Результаты эксперимента занести в табл. 2.

Таблица 2

Результаты экспериментов и расчетов при 3-проводной схеме

подключения датчика и RЛ1 = RЛ2 = 0

τ o, ºС Ro, Ом τ1, °С τ2, °С τ , °С Δ, °С δ , % Магазины

сопротивлений

1 2 3 4 5 6 7 8

0 53,00 № 1:

Тип …

Кл. т. …

+10 55,25

+20 57,50 № 2:

Тип …

Кл. т. …

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

№ 3:

Тип …

Кл. т. …

+100 75,2

В табл. 2 приняты следующие обозначения:

τo – табличное значение температуры (см. приложение 1);

R0 – табличное значение сопротивления датчика, устанавливаемое на ма-

газине № 3 и соответствующее температуре τo;

9

τ1 – показание прибора при увеличении «табличной температуры» τo от 0

до +100 ºС;

τ2 – показание прибора при уменьшении «табличной температуры» τo от 0

до +100 ºС;

τ – среднее арифметическое значение по показаниям τ1 и τ2;

Δ – абсолютная погрешность заводской градуировки прибора;

δ – относительная погрешность заводской градуировки прибора.

Показания с прибора считываются с точностью до ¼ деления шкалы

(до 0,5 ºС).

Столбцы 1; 2; 3 и 4 табл. 2 заполняются при проведении эксперимента, а

столбцы 5; 6 и 7 – во внеурочное время при составлении отчета.

3.4. Исследовать влияние на показания прибора сопротивления соедини-

тельных проводов при 3-проводной схеме подключения датчика к при-

бору (рис 3).

Для этого установить на магазинах № 1 и № 2 сопротивления в соответ-

ствии с вариантом задания (RЛ1 = RЛ2 ≠ 0) и повторить эксперименты, описан-

ные в п. 3.3. Результаты экспериментов и расчетов занести в таблицу, анало-

гичную табл. 2, но для RЛ1 = RЛ2 ≠ 0 (в заголовке таблицы указать конкретные

значения RЛ1 и RЛ2 в соответствии с заданием).

Сравнить полученные значения при RЛ1 = RЛ2 = 0 и при RЛ1 = RЛ2 ≠ 0.

3.5. Оценить экспериментально зависимости τ = f (Rл1) , 2 τ ( ) л = f R и

1 2 τ ( ; ) л л = f R R при 3-проводном подключении датчика к прибору.

Результаты эксперимента занести в табл. 3.

10

Таблица 3

Экспериментальные значения τ = f (Rл1) , 2 τ ( ) л = f R и 1 2 τ ( ; ) л л = f R R

при 3-проводном подключении датчика к прибору

л1 R , Ом τ , ºС л2 R , Ом τ , ºС л1 R = л2 R ,

Ом

τ , ºС

0 0 0

1 1 10

2 2 100

3 3 200

… … …

9 9 900

Для проведения эксперимента набрать на магазине, имитирующем дат-

чик, такое сопротивление τ R , чтобы показание прибора соответствовало задан-

ной по варианту температуре (см. табл. 1). Затем, при τ R = Const изменять по-

очередно сопротивления Rл1, Rл2 и Rл1 = Rл2, в соответствии с рекомендациями

табл. 3, и считывать для каждого из сопротивлений показание прибора. Изме-

рение проводить с точностью до ¼ деления шкалы (до 0,5 °С ).

Табл. 3 заполняется при проведении эксперимента. Выводы по экспери-

ментам и графики делаются при составлении отчета.

3.6. Оценить погрешность прибора при использовании двухпроводной линии

связи датчика с прибором.

Для этого собрать схему, приведенную на рис. 4.

Рис. 4. Схема двухпроводного подключения датчика к прибору

11

Обозначения на рис. 4 аналогичны обозначениям на рис. 3.

Эксперимент проводится для медных термометров сопротивления (для

градуировки «23») и RЛ1 = RЛ2 = 0 при использовании основной шкалы прибора

от 0 до +100 °С. Сопротивления датчика, имитируемого магазином сопротивле-

ний, приведены в прил. 1.

Результаты эксперимента заносятся в табл. 4.

Таблица 4

Результаты экспериментов и расчетов при 2-проводной схеме

подключения датчика и RЛ1 = RЛ2 = 0

τ o,

ºС

Ro, Ом τ1, ºС τ2, ºС τ , Ом Δ, Ом δ , % Магазины со-

противлений

1 2 3 4 5 6 7 8

0 53,00 №1:

Тип …

Кл. т. …

+10 55,25

+20 57,50 №2:

Тип …

Кл. т. …

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

… №3:

Тип …

+100 75,52 Кл. т. …

Обозначения, принятые в табл. 4, аналогичны обозначениям, использо-

ванным в табл. 2.

Порядок эксперимента и занесения опытных и расчетных данных в таб-

лицу подробно описан в п. 3.3 методических указаний.

3.7. Исследовать влияние на показания прибора сопротивления соединитель-

ных проводов при 2-проводной схеме подключения датчика к прибору

(рис. 4).

12

Для этого установить на магазинах № 1 и № 2 сопротивления RЛ1 и RЛ2 в

соответствии с вариантом задания (RЛ1 = RЛ2 ≠ 0) и повторить эксперименты,

описанные в п. 3.6.

Результаты экспериментов и расчетов занести в таблицу, аналогичную

табл. 4, но для RЛ1 = RЛ2 ≠ 0. В заголовке таблицы указать, что используется 2-

проводная схема подключения датчика при RЛ1 = RЛ2 ≠ 0 (указать конкретные

значения RЛ1 и RЛ2 по заданию).

Сравнить результаты эксперимента при RЛ1 = RЛ2 = 0 и при RЛ1 = RЛ2 ≠ 0.

3.8. Оценить экспериментально зависимости τ = f (Rл1) , 2 τ ( ) л = f R и

1 2 τ ( ; ) л л = f R R при 2-проводной схеме подключения датчика к прибору.

Результаты эксперимента занести в таблицу (табл. 5) для 2-проводного

подключения датчика к прибору (это указывается в заголовке таблицы).

Таблица 5

Экспериментальные значения 1 τ ( ) л = f R , 2 τ ( ) л = f R и 1 2 τ ( ; ) л л = f R R

при 2-проводном подключении датчика к прибору.

л1 R ,Ом τ , ºС л2 R , Ом τ , ºС л1 R = л2 R , Ом τ , ºС

0 0 0

1 1 1

2 2 2

… … …

9 9 9

Порядок экспериментов детально рассмотрен в п. 3.5 методических

указаний.

3.9. Провести перекалибровку прибора на новые пределы измерения и новые

датчики в соответствии с вариантом задания, приведенного в табл. 1.

Перекалибровка проводится при 3-проводной схеме подключения датчи-

ка к прибору (см. рис. 5).

На рис. 5 приняты следующие обозначения:

13

Rτ – сопротивление датчика;

Rнд, Rкд – «последовательные» дополнительные сопротивления (набира-

ются на магазинах № 1 и № 2);

Rн′д , Rк′д – «параллельные» дополнительные сопротивления (набираются на

магазинах № 1 и № 2).

Рис. 5. Схема подключения датчика и дополнительных сопротивлений

при перекалибровке прибора

Для перекалибровки прибора надо установить вместо Rк и Rн, уже имею-

щихся в схеме, новые сопротивления R′к и R′н, соответствующие новому датчи-

ку и новым пределам измерения.

Сопротивление к R′ оценивается по формуле:

152,308 ( )

202( )

к н

к н

к R R

R R R

τ τ

τ τ

− −

−

′ = , (1)

где Rτк – заданное «конечное» сопротивление датчика;

Rτн – заданное «начальное» сопротивление датчика.

Сопротивление Rн′ оценивается по формуле:

н

R τк 0, 246 τн 3,115 ,

0,3065

′ = R + ⋅ R + (2)

где Rτк и Rτн – определены выше.

Сопротивления Rτк и Rτн , определяющие верхнюю и нижнюю границы

заданного диапазона, соответствуют температурам τк и τн , приведенным

в табл. 1.

14

Значения сопротивлений Rτк и Rτн берутся из приложения 1, приложе-

ния 2 или приложения 3, в зависимости от варианта задания и градуировки дат-

чика. При градуировке «23» используется приложение 1, при градуировке «21»

используется приложение 2, а при градуировке «21а» используется приложе-

ние 3 (приложения приведены в конце методических указаний).

Так как в приборе уже установлены сопротивления к R и н R , то это необ-

ходимо учитывать при проведении переградуировки.

Если Rк′ > Rк ( к R = 20 Ом), то добавочное сопротивление кд R определя-

ется по формуле:

кд к к R = R′ − R . (3)

Сопротивление кд R подключается последовательно к сопротивлению Rк

(к клеммам 5 и 6, вместо закоротки). На рис. 5 подключение Rкд показано

сплошными линиями.

В случае к R′ < к R , добавочное сопротивление кд R' подключается парал-

лельно к сопротивлению к R (к клеммам 4 и 5). При этом клеммы 5 и 6 должны

быть закорочены. На рис. 5 подключение к R' показано пунктиром. Также пунк-

тиром показана закоротка клемм 5 и 6.

Значение кд R' оценивается по формуле:

кд R' =

к к

к к

R R

R R

− ′

⋅ ′

. (4)

Если н R′ > н R ( н R = 300 Ом), то добавочное сопротивление нд R опреде-

ляется по формуле:

нд н н R = R′ − R . (5)

Сопротивление нд R подключается к сопротивлению н R последовательно

(к клеммам 7 и 8 вместо закоротки). На рис. 5 подключение нд R показано

сплошными линиями.

15

Если же н R′ < н R , то добавочное сопротивление нд R′ подключается _______к со-

противлению н R параллельно (к клеммам 7 и 8). При этом клеммы 6 и 7 долж-

ны быть закорочены. На рис. 5 подключение нд R' показано пунктиром. Также

пунктиром показана закоротка клемм 6 и 7.

Значение нд R′ оценивается по формуле:

нд R′ =

н н

н н

R R

R R

− ′

⋅ ′

. (6)

Правомерность проведенных расчетов проверяется экспериментально.

Для этого необходимо набрать на магазинах сопротивлений № 1 и № 2 найден-

ные дополнительные сопротивления кд R или кд R′ , нд R или нд R′ и снять зависи-

мость Rτ = f (τ0 ) .

Эксперимент проводится в следующей последовательности. На магазине

№ 3, имитирующем сопротивление датчика, набирается сопротивление Rτ , при

котором прибор показывает заданную начальную температуру 01 τ =τ он

(см. табл. 1). В эту же таблицу заносится значение сопротивления

τ0 R ,соответствующее «табличному» значению сопротивления (см. прил. 1, 2

или 3) для заданной температуры он 01 τ = τ . Далее эксперимент повторяется для

заданных температур 02 τ , 03 τ , 04 τ , 05 τ и 06 τ τок = , где 02 τ , 03 τ , 04 τ , и 05 τ зада-

ются студентами самостоятельно, а значение τок задается в зависимости от ва-

рианта задания (см. табл.1). Затем эксперимент проводится для тех же точек

при уменьшении температуры от τок до τон . Получаемое при этом значение

сопротивления τ R′ заносится в табл. 6.

16

Таблица 6

Результаты экспериментов и расчетов при переградуировке прибора

τ0 , ºС τ 0 R , Ом τ R , Ом τ R′, Ом τ R , Ом Δ, Ом δ , %

1 2 3 4 5 6 7

0 01 τ =τ н

02 τ

03 τ

0 06 τ =τ к

В табл. 6 приняты следующие обозначения:

0 τ – табличное значение температуры;

τ 0 R – табличное сопротивление датчика, соответствующее табличной

температуре 0 τ ;

0 τ н , 0 τ к – начальная и конечная температуры, определяемые вариантом

задания (см. табл. 1);

02 τ , …, 05 τ – промежуточные значения температуры (выбираются сту-

дентами самостоятельно);

τ R , τ R′ – сопротивления датчика при увеличении ( τ R ) и при уменьшении

( τ R′) измеряемой температуры;

τ R – среднее значение сопротивления датчика по значениям τ R и τ R′;

Δ, δ – абсолютная и относительная погрешности.

Столбцы 1, 2, 3 и 4 заполняются при выполнении эксперимента, а столб-

цы 5, 6 и 7 табл. 5 заполняются при составлении отчета.

3.10. Оценить быстродействие прибора. Для этого установить на магазине,

имитирующем датчик, сопротивление τ Н R , соответствующее начальному

положению стрелки прибора, и быстро увеличить это сопротивление до

уровня τ К R , соответствующее конечному положению стрелки. Оценить

17

время, необходимое для пробега стрелкой прибора всего диапазона шка-

лы. Опыт повторяется несколько раз при движении стрелки прибора впе-

ред и назад.

На основании экспериментов подсчитывается среднее значение рассматри-

ваемого интервала времени и делается вывод о динамических свойствах прибора.