МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Івано-Франківський національний технічний університет

нафти і газу

кафедра інформаційно-вимірювальної техніки

В. М. Романів, Я. О. Сітко

Первинні вимірювальні перетворювачі

Лабораторний практикум

Для студентів спеціальності

«Метрологія та інформаційно-вимірювальні технології»

Рекомендовано методичною радою університету

Івано-Франківськ

2010

Романів В. М., Сітко Я. О. Первинні вимірювальні перетворювачі: Лабораторний практикум. Івано-Франківськ: Факел, 2010 - 93с.

Лабораторний практикум складений згідно з програмою курсу «Первинні вимірювальні перетворювачі» для студентів спеціальності «Метрологія та вимірювальна техніка», затвердженої на засіданні кафедри інформаційно-вимірювальної техніки 20.05.2009 р. протокол №___ і призначений для самостійної роботи при вивченні дисципліни студентами денної форми навчання.

У лабораторному практикумі розглянуто первинні вимірювальні перетворювачі, електричні схеми і вузли та прилади, устаткування.

У процесі виконання лабораторних робіт передбачається використання ПЕОМ.

Рецензент:

Кандидат технічних наук, доцент Ващишак С. П.

Дане видання – власність ІФНТУНГ.

Забороняється тиражування та розповсюдження без

відома авторів.

Зміст

Вступ

1. Лабораторна робота №1

1.1 Назва роботи: Вимірювання температури за

допомогою термоелектричних перетворювачів 8

1.2 Мета роботи 8

1.3 Завдання роботи................................ 8

1.4 Основні теоретичні положення................................ 8

1.4.1 Принцип дії і властивості термопар 8

1.4.2 Прилади, вживані для вимірювання термо-ЕРС 12

1.5 Порядок виконання роботи..............................................14

1.5.1 Перевірка пірометричного мілівольтметра 14

1.5.2 Вимірювання температури термоелектричними

термометрами 17

1.6 Вимоги техніки безпеки 18

1.7 Обробка результатів. Основні формули для

обчислень 19

1.8 Контрольні питання 19

2. Лабораторна робота №2

2.1 Назва роботи: Дослідження коректора нелінійності давачів

вимірювання вологості 20

2.2 Мета роботи 20

2.3 Завдання роботи................................ 20

2.4 Основні теоретичні положення................................ 20

2.5 Порядок виконання роботи..............................................20

2.6 Обробка результатів. Основні формули для

обчислень 22

2.7 Контрольні питання 22

3. Лабораторна робота №3

3.1 Назва роботи: Дослідження динамічних характеристик

первинних вимірювальних перетворювачів температури 23

3.2 Мета роботи 23

3.3 Завдання роботи................................ 23

3.4 Основні теоретичні положення................................ 23

3.5 Порядок виконання роботи..............................................28

3.5.1 Дослідження динамічних характеристик

термопар 28

3.5.2 Дослідження динамічних характеристик

термометрів опору 30

3.6 Обробка результатів. Основні формули для

обчислень 31

3.7 Контрольні питання 31

4. Лабораторна робота №4

4.1 Назва роботи: Дослідження активних масштабуючих

перетворювачів 32

4.2 Мета роботи 32

4.3 Завдання роботи................................ 32

4.4 Основні теоретичні положення................................ 32

4.5 Порядок виконання роботи..............................................34

4.6 Обробка результатів. Основні формули для

обчислень 37

4.7 Контрольні питання 39

5. Лабораторна робота №5

5.1 Назва роботи: Пасивні масштабні перетворювачі 40

5.2 Мета роботи 40

5.3 Завдання роботи................................ 40

5.4 Основні теоретичні положення................................ 40

5.4.1 Шунти 41

5.4.2 Додаткові резистори 42

5.5 Порядок виконання роботи..............................................42

5.6 Контрольні питання 42

6. Лабораторна робота №6

6.1 Назва роботи: Вимірювання температури резистивними

перетворювачами перетворювачів 44

6.2 Мета роботи 44

6.3 Основні теоретичні положення................................ 44

6.4 Порядок виконання роботи..............................................50

6.5 Контрольні питання 50

7. Лабораторна робота №7

7.1 Назва роботи: Вимірювання температури і тиску за

допомогою тензорезистивних давачів 52

7.2 Мета роботи 52

7.3 Основні теоретичні положення................................ 52

7.3.1 Датчик температури 52

7.3.2 Давач тиску 54

7.4 Контрольні питання 56

8. Лабораторна робота №8

8.1 Назва роботи: Вивчення будови, принципу дії та

повірка інклінометра 58

8.2 Мета роботи 58

8.3 Завдання роботи................................ 58

8.4 Основні теоретичні положення................................ 58

8.5 Опис лабораторної установки 59

8.6 Технічна характеристика електричного інклінометра

типу ИТ-200 60

8.7 Порядок виконання роботи..............................................64

8.8 Обробка результатів. Основні формули для

обчислень 66

8.9 Контрольні питання 67

9. Лабораторна робота №9

9.1 Назва роботи: Вимірювання швидкості обертання

двигуна з використанням електромагнітних

перетворювачів 68

9.2 Мета роботи 68

9.3 Завдання роботи................................ 68

9.4 Основні теоретичні положення................................ 68

9.5 Порядок виконання роботи..............................................73

9.6 Обробка результатів. Основні формули для

обчислень 75

9.7 Зміст звіту по роботі 77

9.8 Контрольні питання 77

10. Лабораторна робота №10

10.1 Назва роботи: Дослідження магнітно-індукційних

перетворювачів. Магнітно-індукційні тахометри та їх

повірка 78

10.2 Мета роботи 78

10.3 Завдання роботи................................ 78

10.4 Основні теоретичні положення................................ 78

10.5 Порядок виконання роботи............................................80

10.6 Обробка результатів. Основні формули для

обчислень 82

10.7 Зміст звіту по роботі 83

10.8 Контрольні питання 84

11. Лабораторна робота №11

11.1 Назва роботи: Вимірювання витрати тепла з

використанням обчислювача типу ИРТ-32ДА та теплових

перетворювачів 85

11.2 Мета роботи 85

11.3 Завдання роботи................................ 85

11.4 Основні теоретичні положення................................ 85

11.5 Порядок виконання роботи............................................87

11.6 Обробка результатів. Основні формули для

обчислень 88

11.7 Зміст звіту по роботі 93

11.8 Контрольні питання 93

Додаток.

Перелік рекомендованих джерел.

Вступ

Лабораторний практикум з курсу «Первинні вимірювальні перетворювачі» містить методичні вказівки до виконання лабораторних робіт. В перших роботах детально описується дії при проведенні роботи. У подальшому детальність опису порядку виконання роботи зменшується, зважаючи на досвід, отриманий студентами при виконанні попередніх робіт.

В теоретичних відомостях до робіт наводяться основні параметри досліджуваних первинних здавачів, приладів, установок, де використовуються перетворювачі. Передбачено в практикуму робота з мовою «Electronies Workbench», яка покращує вивчення матеріалу, завдяки більшій точності з допомогою ПЕОМ.

До лабораторних занять студент повинен попередньо підготуватися, використовуючи рекомендовану літературу, та короткі теоретичні відомості до роботи. Також необхідно підготувати бланки протоколу повірки, таблиці для запису результатів вимірювання.

При проведенні робіт студент повинен закріпити отримані ним раніше теоретичні знання, а також оформити звіт матеріалами, отриманими при дослідженні первинних перетворювачів. До кожного завдання повинен бути висновок у відповідності з вимогами, що ставляться до виконання робіт.

Лабораторна робота №1

1. Назва роботи: Вимірювання температури за допомогою термоелектричних перетворювачів

1.2 Мета роботи: Ознайомитися з принципом дії і будовою термопар, пірометричних мілівольтметрів і потенціометрів, з методами повірки цих приладів і дослідження впливу різних чинників на покази термометрів.

Тривалість: 4 аудиторні години.

1.3 Завдання роботи: Ознайомлення з вимогами техніки безпеки. Провести повірку пірометричного мілівольтметра з допомогою приладу Р4833. Повірка електричного потенціометра та вимірювання температури термоелектрич-ними термометрами. Оформлення протоколів від №1 до №4.

1.4 Основні теоретичні положення

1.4.1 Принцип дії і властивості термопар

Вимірювання температури за допомогою термопар засновано на використанні термоелектричного ефекту, що полягає в тому, що в місцях спаїв двох різнорідних металів виникає термо-ЕРС. Це явище пояснюється наявністю в металах вільних електронів, число яких в одиниці об’єму різне для різних металів. В місці спаю з металу, що має велику концентрацію електронів, останні будуть переходити в метал з меншою концентрацією. При цьому метал А (рис. 1.1 ), що втрачав електрони, заряджатиметься позитивно, а метал В – негативно. Чим вища температура спаю, тим інтенсивніший процес дифузії, тим більше електронів переходить з одного металу в інший, тим більша різниця потенціалів між провідниками А і В, які називаються термоелектронами. Таким чином, якщо спаяти два різнорідні металеві провідники, як показано на рисунку 1.1, і один із спаїв нагрівати до температури , а інший до температури , то результуюча термо-ЕРС буде рівна .

Рис. 1.1 – Термоелектричний ланцюг з двох різнорідних електродів

Спай, що має велику температуру , називається гарячим (робочим), а той що меншу температуру - холодним (вільним). В тих випадках, коли температура холодного спаю залишається незмінною ( ), що розвивається термо - ЕРС буде залежити тільки від температури гарячого спаю . Цю функціональну залежність визначають експериментальним шляхом. В градуювальних таблицях приводяться значення термо – ЕРС різних термопар при температурі холодних кінців . В найменування термопари прийнято ставити на перше місце назву позитивного електрода, а на друге – негативного. До термоелектричних матеріалів пред’являються наступні вимоги: стабільність тимчасових і температурних характеристик, лінійність залежності термо – ЕРС від температури, стійкість до її високих температур і механічна міцність, фізична і хімічна стійкість у робочих середовищах, висока термо – ЕРС, мала теплова інерційність, малий вплив зміни температури холодного спаю. В даний час промисловістю випускається п’ять стандартних термопар.

Таблиця 1.1 – Характеристики стандартних термопар

Матеріали термо-електродів	Умовне позначе-ння градую-вання	Умовне позначе-ння термо-пари	Термо-ЕРС при	Межі вимірюва-ння темпера-тури
Платинородій-платиновий	ПП-1	ТПП	0,643	-20	1300
Платино-родієвий	ПР-30/6	ТПР	0	300	1600
Хромель-алюмелевий	ХА	ТХА	4,16	-50	1000
Хромель-копелевий	ХК	ТХК	6,96	-50	600
Спай НК-СА	НС	ТНС	0	300	1000

Характерною особливістю термопар ТПР і ТНС є те, що вони не вимагають введення поправки на температуру вільних кінців, оскільки їх термо – ЕРС при температурі мала. Конструкція термопари показана на рис.1.2.

Рис. 1.2 Конструкція термопари

Термоелектрони виготовляють з дроту діаметром від 0,5 до 3,2 мм. Робочі кінці 1 їх обкручені, зварені і знаходяться в ізоляційному фарфоровому наконечнику 2. Електроди 3 ізольовані один від одного. Для захисту термопари від механічних дій вона поміщається в захисний кожух 4. В головці термопари поміщається фарфорова або пластмасова панель 5, на якій встановлені затиски 6.

Всі термопари градуюються при температурі холодних кінців . При вимірюванні температур, як правило, . Тому значення термо – ЕРС, з врахуванням температури холодних кінців визначається по формулі

, (1.1)

де - ЕРС, що розвивається термопарою при температурі робочого кінця і вільних кінців ;

- ЕРС, що розвивається термопарою при температурі робочого кінця і вільних кінців ;

- ЕРС, що розвивається термопарою при температурі робочого кінця , і вільних кінців .

Знак “+” відноситься до випадку, коли , “-” коли , – дійсне значення температури холодних кінців.

В лабораторних умовах температуру холодних кінців звичайно підтримують рівною або кімнатній температурі. В другому випадку температура холодних кінців повинна контролюватися зразковим термометром розширення. В промислових умовах поправка на температуру холодних кінців вводиться автоматично за допомогою спеціальних компенсаторів, що випускається промисловістю (рис. 1.3).

Рис. 1.3 – Схема автоматичної компенсації температури вільних кінців термопари