ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ГРАДУИРОВКА ТЕРМОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

И ПОВЕРКА ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКТА.

Цель работы: Научиться градуировать нестандартные термопреобразователи (термометры сопротивления) и выполнять поверку измерительного комплекта.

1. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Измерение температуры термопреобразователями основано на свойстве проводников и полупроводников изменять свое электрическое сопротивление с изменением температуры. Зная эту зависимость, можно по значению сопротивления определить температуру среды, в которую помещен термометр сопротивления (ТС).

Зависимость сопротивления металлов от температуры в небольшом интервале температур приближенно выражается известным уравнением:

R't = Rt [1+ (t-t')],

(1)

где R't - сопротивление металлического проводника при температуре t'C;

Rt- сопротивление того же проводника при температуре tC;

(t-t')- интервал изменения температуры;

=(R't - Rt)/[Rt (t-t')] - температурный коэффициент сопротивления, который показывает относительное изменение сопротивления проводника при изменении температуры на один градус.

Зависимость между сопротивлением и температурой для ТС различных типов дается в справочных градуировочных таблицах.

Наиболее пригодны по своим физико-химическим свойствам для изготовления ТС платина и медь. Для платины =3,9*10^-3 С^-1 , для меди =4,28*10^-3 С^-1 .

Чувствительные элементы ТС представляют собой тонкую медную или платиновую проволоку, намотанную бифилярно (двухслойная намотка) на слюдяной, фарфоровый или пластмассовый каркас. Для предохранения от внешних воздействий чувствительные элементы ТС заключают в металлическую трубку с литой головкой, в которой смонтированы выводы концов обмотки для их подключения к соединительным проводам.

Термопреобразователи изготавливают следующих типов: медные (ТСМ) с пределами от -50 до 200С и платиновые (ТСП) с пределами от -200 до 600С. В последнее время начат выпуск ТС с унифицированным выходным сигналом 0-5мА, 4-20 мА: ТСМУ и ТСПУ.

В качестве вторичных измерительных приборов в комплекте с ТС применяются мосты (обычно уравновешенные) и логометры. На рис.1 показана схема уравновешенного моста. Термопреобразователь, величина электрического сопротивления Rt которого должна быть измерена, включается в одно из плеч моста через соединительные провода, имеющие сопротивления Rл. Другие плечи моста состоят из постоянных манганиновых резисторов R1 и R2 и переменного калиброванного резистора - реохорда Rp. Во входную диагональ моста подключается источник питания, а в выходную диагональ моста - нуль-прибор НП.

Рис.1. Схема уравновешенного моста

При равновесии моста выполняется равенство:

R1(R t+2Rл) = R2*Rр,

(2)

Откуда

Rt = (R2/R1)Rp - 2Rл

(3)

Когда уравнение (3) имеет место, разность потенциалов Ubd становится равной нулю, ток не будет протекать через НП и его стрелка установится на нулевой отметке.

С целью уменьшения погрешности прибора от изменения сопротивления медных соединительных проводов Rл при значительных отклонениях температуры окружающей среды от нормальной вводится третий соединительный провод (на рис.1 этот провод показан пунктиром). В этом случае вершина моста “а” переносится непосредственно к преобразователю в точку а'. При таком соединении сопротивление одного провода Rл прибавляется к плечу измерительного моста, включающему измерительный преобразователь, а сопротивление другого провода Rл прибавляется к соседнему плечу моста с постоянным сопротивлением R1.

В автоматических мостах (рис.2) уравновешивание измерительной схемы происходит автоматически. К одной из диагоналей моста вместо нуль-прибора подключается вход уравновешивающей системы, состоящей из усилителя 2 и электродвигателя 3. Электродвигатель через редуктор 4 связан с ползунком реохорда, указателем и пером.

Рис.2. Схема автоматического моста.

При изменении контролируемой температуры меняется сопротивление термопреобразователя Rt, что выводит из равновесия мост. Появляется напряжение рассогласования (разбаланса), которое усиливается усилителем и приводит во вращение двигатель. Вал двигателя связан с движком реохорда, который при перемещении изменяет сопротивление реохорда. Движок перемещается до тех пор, пока не произойдет уравновешивание мостовой схемы при новом значении сопротивления реохорда Rр.

Таким образом, положение движка реохорда и связанных с ним указателя и пера прибора однозначно определяют величину сопротивления термопреобразователя и, следовательно, величину измеряемой температуры. Изображенный на рис.2 автоматический мост является одновременно и показывающим и регистрирующим прибором с записью кривой изменения параметра на диаграмме с помощью пера. Некоторые мосты снабжены дополнительными устройствами - задатчиком, сигнализатором и т.д. Такие мосты можно использовать не только для контроля температуры, но и для регулировки ее.

2. Описание лабораторной установки

Схема лабораторной установки представлена на рис.3. Поверяемый термопреобразователь RK1, находящийся в печи 1, включен в электрическую цепь последовательно с образцовым сопротивлением R1 (это сопротивление набрано на магазине сопротивлений, класс точности которого 0,02). В этой же цепи - источник G1, выключатель S1, регулятор тока R2, измеритель тока PA1. С помощью переключателя S2 измеритель разности потенциалов РV подключается либо к преобразователю RK1, либо к образцовому сопротивлению R1.

Автоматический измерительный мост PR1 работает в комплекте с термопреобразователем (термометром сопротивления) RK2, подключенным к нему по трехпроводной схеме. Мост снабжен задатчиком с контактом SQ1, который управляет работой бесконтактного позиционного регулятора температуры печи. Регулятор, собранный на тиристоре VS1, управляет состоянием (включено-выключено) нагревателя печи EK1.

1. печь,

2. стеклянный термометр расширения,

класс точности 0,02.

3. нагреватель.

Рис.3. Схема лабораторной установки.

3. Методика проведения работы

При градуировке термопреобразователя RK1 его сопротивление измеряется косвенным, потенциометрическим, методом. Метод заключается в том, что при неизменном токе в цепи измеряется падение напряжения (разность потенциалов) на термопреобразователе RK1, который находится в печи, и на образцовом сопротивлении. Напряжение на термопреобразователе:

Ut = IRt,

(4)

где I - ток в цепи,

Rt - величина сопротивления термопреобразователя.

Напряжение на образцовом сопротивлении:

Uo = IRo

(5)

Так как термопреобразователь и образцовый резистор включены последовательно, то, зная величину образцового сопротивления Ro, можно определить величину сопротивления термопреобразователя:

Rt = (Ut/Uo)*Ro

(6)

По рассчитанным значениям величин сопротивления термопреобразователя при различных температурах с шагом 10С строят градуировочный график.

Полученный градуировочный график нестандартного термопреобразователя сравнивают с теоретическим и оценивают погрешность полученной характеристики.

Поверка измерительного комплекта, состоящего из автоматического измерительного моста РR1 и термопреобразователя RK2, производится посредством сравнения показаний указателя моста РR1 с показаниями контрольного термометра, расположенного в печи. Показания контрольного термометра принимают за действительные значения температуры в печи, так как его класс точности больше, чем на порядок выше класса точности поверяемого комплекта. На основании различий в показаниях контрольного (независимого) измерителя и поверяемого комплекта вычисляют погрешности и определяют соответствие поверяемого комплекта паспортному классу точности.

4. Порядок выполнения работы

1. Проверить правильность собранной электрической принципиальной схемы измерительного стенда.

2. Включить в сеть лабораторный стенд.

3. При начальной температуре в печи измерить потенциометром падение напряжения на термопреобразователе Ut и на образцовом сопротивлении Uo. Занести измеренные значения в табл.1.

4. Включить печь.

5. Установить задатчиком автоматического моста значение 30С.

6. При достижении заданного значения температуры (по контрольному термометру) измерить величины Ut и Uo. Занести в табл.1.

7. При достижении заданного значения температуры по указателю моста записать соответствующие значения температур по показаниям контрольного и поверяемого приборов.

8. Установить задатчиком значения температуры последовательно от 30С до 80С с шагом 5^оС и для каждого значения температуры выполнить пункты 6-7.

9. Вычислить значения сопротивления термопреобразователя при различных температурах, занести результаты в табл.1.

10. Построить градуировочный график термопреобразователя в координатах

“Т – Rt”.

11. Определить погрешность градуировочного графика.

12. По данным табл.2 рассчитать погрешности показаний поверяемого измерительного комплекта и сделать вывод о его соответствии паспортному классу точности.