термопарного термометра, скорее всего, является признаком ошибки или отказа.
Среди аппаратных методов наибольшее распространение получили метод закорачивания термопары и метод измерения сопротивления термопары. При закороченной термопаре прибор должен показывать температуру клеммного соединителя. Этот простой тест позволяет проверить правильность работы контроллера,
измерительного устройства, устройства компенсации холодного спая,
но не самой термопары. Для проверки термопары можно использовать,
например, метод контроля ее омического сопротивления. В нормальном состоянии сопротивление плавно меняется с температурой. Если,
например, в результате локального нагрева возникнет замыкание термопары, то сопротивление резко изменится, что, скорее всего,
указывает на ошибку.
Динамические характеристики термопар
Скорость изменения температуры пропорциональна скорости теплопередачи, разности температур окружающее среды и термопары и обратно пропорциональна теплоёмкости термопары.
Функция изменения температуры термометра по времени. Чем больше скорость теплопередачи, тем быстрее будет изменяться температура;
чем больше теплоемкость, тем медленнее меняется температура.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
47
T с р
T 2
T 1
t
T 2
T 1
t
(t)
2 1
c
t
1 e
T-температура датчика, τ-постоянная времени термопары.
Постоянная времени термопары τ. Зависит от следующих факторов: 1. от конструкции термопары. Наименьшее значение τ будет там, где спай находится снаружи корпуса. Наибольшее значение τ будет там,
где спай находится внутри корпуса.
2. от материала проводников термопары, от толщины провода. Чем больше толщина, тем больше τ .
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
48
3.от толщины корпуса термометра.
Способы определения постоянной времени .
Рассмотрим термопару, находящуюся при 00 С, ее помещают в печь,
разогретую до t=Tср и регистрируют как изменяется термо-ЭДС во времени.
T о к р . с р . T с р t 0
E с р
E 2
E 1
t 1
t 2
Eср - термо-ЭДС при достижении температуры среды.
t
E(t)
Ecр 1
e
t
t
можно определить:
1. аналитический способ.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
49
Записать систему уравнений для значений дух величин: E1(t)2 и
E2(t1), и решить её относительно .
2. графически
(t2-t1
В точке t1 проводят касательную к графику динамической
характеристики до пересечения (t2) со значением ЭДС в установившемся режиме
E ср
t1
t2
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
50
Динамические свойства термометров необходимы для оценки того,
насколько точно отражают измерительные средства динамику
измерения контролируемого процесса.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
3
СОДЕРЖАНИЕ
1.Цель работы
2.Измерительные средства используемые в лабораторной работе
2.1.Манометр с одновитковой трубчатой пружиной
2.2.Измерительный преобразователь фирмы «Endress + Hauser »
2.3.Грузопоршневой манометр
3.Описание лабораторного стенда
4.Порядок проведения работ
5.Обработки результатов измерений
6.Содержание отчета
7.Вопросы для самопроверки
8. .Литература
1.Цель работы
1.1.Изучение принципа действия и устройства манометров с одновитковой трубчатой пружиной.
1.2.Изучение принципа действия и устройств измерительных преобразователей давления фирмы
Endress + Hauser с электрическим выходным сигналом.
1.3.Знакомство с устройством и работой грузопоршневого манометра.
1.4.Получение навыков поверки манометра с одновитковой трубчатой пружиной.
1.5.Получение навыков поверки датчика давления с электрическим выходным сигналом .
2.Измерительные средства используемые в лабораторной работе
2.1.Манометр с одновитковой трубчатой пружиной.
Принцип действия деформационных средств измерения давления основан на использовании упругой
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
4
деформации чувствительного элемента. Различают три основных формы чувствительных элементов,
получивших распространение в практике измерения: трубчатые пружины, сильфоны и мембраны.
Наибольшее распространение получили манометры с одновитковой трубчатой пружиной ( рис .1).
Трубчатая пружина представляет собой полую трубку эллиптического сечения 5, согнутую по дуге окружности на угол = (180° - 270°).Один конец трубки жестко соединен с держателем 1. Держатель имеет резьбовой ниппель 14
Рис.1 Манометр с одновитковой трубчатой пружиной
(с отверстием), предназначенный для крепления прибора на аппарате, в котором измеряется давление.
Свободный конец трубки закрыт и с помощью поводка 11 соединен с зубчатым сектором 9. Последний,
поворачиваясь вокруг оси 13, вращает находящуюся с ним в зацеплении шестеренку ( трибку) 8 со стрелкой 4. Винт 12 служит для регулировки коэффициенты передачи трибосекторного механизма. Для устранения мертвого хода стрелки, вызванного наличием люфтов в соединениях, передаточный механизм снабжен упругой спиральной пружиной 7. Внутренний конец пружины крепится на оси стрелки, а
внешний 6 - на неподвижной плите механизма 2.
Под воздействием давления среды, подаваемого во внутреннюю полостью трубки, последняя несколько распрямляется, свободный конец ее перемещается и тянет за собой поводок. При этом поворачивается зубчатый сектор и находящаяся в зацеплении с ней трибка, а стрелка перемещается по
Раскручивание трубчатой пружины связано с тем, что при увеличении давления она стремится превратить свое эллиптическое сечение в круглое. При этом малая ось эллипса увеличивается, большая -
уменьшается. Так как длина трубки остается практически неизменной, в ней возникают внутренние напряжения, приводящие к ее раскручиванию и перемещению свободного конца. Изменение угла скручивания выражается уравнением :
b
b b
,
где - начальный угол скручивания трубки; b - величина малой оси эллипса трубки; b -величина изменения малой оси трубки.
Диапазон измерения давления манометрами с одновитковой трубчатой пружиной составляет 0 - 100 мПа. Он зависит от модуля упругости, материала трубки, радиуса кривизны, размеров сечения,
толщины стенок трубки и других факторов. Допустимая основная погрешность таких манометров находится в пределах от 0,1% до 4,0%.
2.2. Измерительный преобразователь фирмы Endress + Hauser
Краткая характеристика измерительного преобразователя фирмы «Endress + Hauser»
Измеряемые среды: газ, пар, жидкость Точность не зависит от ориентации.
Лучше использовать замкнутые полости и отводы
Тип измеряемого давленя:
абсолютное
отосительное Принцип измерения:
емкостной – для Cerabar S PMC 731 с керамическим сенсором
пьезорезистивный – для Cerabar S PMP 731 с полисиликоновым сенсором.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
6
Интерфейс – 4..20 мА , может быть при необходимости наложен с коммуникационным сигналом
(INTENSOR или HART)
Рекомендуемые условия работы соответствуют DIN IEC 770 (Температура окружающей среды -25С
или 77F )
Диапазон измерений сенсора: - 1..2 бар Интервал измерения(чувствительность) – 100мбар Максимальная перегрузка : 20 бар Выходные параметры:
Настраиваемое время усреднения:0…..16 с устанавливается переключателем.
Потребляемая мощность и питание Диапазон напряжений питания : 11.5..45 В постоянного тока для ЕЕх следует обратить внимание на
защиту от перегрузок Остаточная пульсация : 5%
Окружающая среда Диапазон рабочих температур
Номинальная температура : - 40..85С
Рабочая температура : - 40.. 85 С
Температура хранения : - 40 ..100 С
Температура для защиты от повреждений : см. Данные для защиты от повреждений Электромагнитная совместимость
Переносимость э/м волн соответствует EN 50082-2 (E1993, VDE 0839 часть 82-2)
Климатический класс G P по DIN 40 040
Эффекты от вибрации : отсутствуют ; амплитуда 4мм при частоте от 5 до 15 Гц; 2g для 15..150 Гц и 1g
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
7
для 150..2000 Гц
Сопротивляемость вибрации : 4g (60..200Гц)
Класс защиты IP 65
2.3. Грузопоршневой манометр.
Поверку манометров с одновитковой трубчатой пружиной и измерительных преобразователей
«E&H»
производят с помощью грузопоршневых манометров, являющихся образцовыми измерительными средствами с пределом допустимой основной погрешности 0,02%.
Грузопоршневой манометр (рис..9) состоит из
Рис.9. Схема грузопоршневого манометра корпуса 1, внутри которого имеется цилиндрическая полость 2 с горизонтальным каналом 3,
заполненная маслом. Горизонтальный канал сообщается с вертикальным цилиндрическим каналом 4
грузовой колонки 5 и с двумя каналами 6, имеющими штуцеры для присоединения манометров.
Вертикальные каналы имеют игольчатые вентили 16,17,18, предназначенные для их перекрытия. В канале грузовой колонки перемещается шток 7, несущий на себе тарелку 8 с грузом 9. В цилиндрической полости
2 корпуса находится поршень 10, перемещающийся при вращении маховика 11. Масленка 12 служит для заполнения системы маслом, а вентиль 13 - для слива рабочего масла.
Давление в системе может создаваться при вращении маховика 11, при котором перемещение поршня
10 сжимает масло или при нагружении тарелки 8 грузами 9, при котором перемещение поршня 7 также приводит к сжатию масла.
Поверка на грузопоршневом манометре может производиться двумя способами:
относительным, когда к штуцерам 16 и 18 присоединяются два манометра: поверяемый и образцовый (вентили 16 и 18 при этом открыты, а вентиль 17 закрыт. Давление в системе создается вращением маховика 11. Погрешность поверяемого манометра определяется разностью показаний между поверяемым и образцовым манометрами;
абсолютным, когда в работу включена грузовая колонка (вентиль 17 открыт) и к штуцерам 16, 18
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
8
присоединены один или два поверяемых манометра. Давление в системе создается путем нагружения тарелки 8 грузами 9. Погрешность поверяемого манометра определяется разностью его показаний и величиной давления P в масляной системе в соответствии с выражением :
P
G
S
(4) ,
где G - вес поршня с грузами и грузовой тарелкой; S - эффективная площадь поршня .
Во время поверки манометров абсолютным способом тарелка с грузами не должна лежать на упоре, а
ее нижний край должен занимать положение против указателя 14. Для уменьшения трения при проведении измерений рекомендуется тарелку с грузами приводить вручную во вращение.
3. Описание лабораторного стенда.
Схема лабораторного стенда представлена на рис.10. Стенд состоит из грузопоршневого манометра 1, к штуцерам которого подключены поверяемые манометр с одновитковой трубчатой
пружиной 6 и измерительный преобразователь «GmbH + Co» - 7, блок питания преобразователя 8 с
тумблером для его включения 10, миллиамперметра 9 с тумблером для его включения 11.
Давление в системе создается вращением маховика 3 по часовой стрелке. Масленка 4 служит для заполнения системы маслом. Поверка производится с помощью калиброванных грузов 5, помещаемых в процессе работы на тарелку 2 грузовой колонны. Собственный вес тарелки равен Go = 0,5 кГс, а сечение поршня S = 0,5 см2 , что обеспечивает давление (без дополнительных калиброванных грузов 5) Ро = 1,0
кГс/см2. В комплекте грузопоршневого манометра имеются малые грузы по 0,5 кГс ,обеспечивающие давление Р = 1,0 кГс/см2 , и большие грузы по 2,5 кГс , обеспечивающие давление Р = 5,0 кГс/см2 . Грузы имеют маркировку, указывающую какое давление они могут обеспечить.
4.Порядок проведения работы.
4.1. Ознакомиться с конструкцией и принципом действия манометров, грузопоршневого манометра и
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
9
устройством лабораторного стенда.
4.2.Включить питание измерительного преобразователя и миллиамперметра тумблерами 10 и 11 .
4.3.Убедиться, что вентили 16,17 и 18 открыты.
4.4.Подготовить таблицы 1,2,3 .
Таблица 1
Показания манометра с одновитковой
трубчатой пружиной,
Р (кГс/см2 )
Давле-
Пря-
Обрат-
Пря-
Обрат
Пря-
Обрат
Основная
ние ка-
мой
ный
мой
-
мой
-
привед.
либро-
ход
ход
ход
ный
ход
ный
погреш-
ванных
1
1
2
ход
3
ход
ность,
грузов
2
3
кГс/см2
%
1
2
3
4
5
6
7
8
Таблица 2
Показания манометра «E&H»,
Р (мП)
Давле-
Пря-
Обрат-
Пря-
Обрат
Пря-
Обрат
Основная
ние ка-
мой
ный
мой
-
мой
-
привед.
либро-
ход
ход
ход
ный
ход
ный
погреш-
ванных
1
1
2
ход
3
ход
ность,
грузов
2
3
кГс/см2
%
1
2
3
4
5
6
7
8
Таблица 3
Показания манометра милиамперметра,
I (mA)
Давле-
Пря-
Обрат-
Пря-
Обрат
Пря-
Обрат
Основная
ние ка-
мой
ный
мой
-
мой
-
привед.
либро-
ход
ход
ход
ный
ход
ный
погреш-
ванных
1
1
2
ход
3
ход
ность,
грузов
2
3
кГс/см2
%
1
2
3
4
5
6
7
8
4.5. Положить на грузовую площадку грузопоршневого манометра необходимое количество калиброванных грузов для обеспечения давления Р1 =.5,0 кГс/см2 . Вращением маховика 11 (рис.9) по часовой стрелке добиться такого положения, при котором приподнятая давлением масла грузовая тарелка
8 займет положение против указателя 14. Снять первые показания с поверяемого манометра ,
миллиамперметра , диагонали АВ тензомоста и занести в таблицы 1, 2 и 3.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
10
4.6. Повторить операции по п.4.5, постепенно добавляя на тарелку грузы ( с шагом увеличения давления 5,0 кГс/см2 ). Получить по 8 отсчетов для манометра с одновитковой трубчатой пружиной ,
преобразователя давления «E&H» и диагонали тензомоста.
4.7.После 3-х минутной выдержки системы на предельном значении давления провести поверку при обратном ходе, постепенно снимая грузы с тарелки (с тем же шагом изменения давления).
4.8.Произвести операции 4.6 , 4.7 три раза. Определить среднее арифметическое значение давления (и тока) на поверяемом манометре и миллиамперметре для каждой точки отсчета, отдельно для прямого и обратного хода и занести в таблицу. Построить графики P =f (Po), I = f (Po) , UАВ = f(Po) для прямого и обратного хода. Построить такие же графики для среднего значения между прямым и обратным ходом.
4.9.Определить основную погрешность для каждой точки отсчета и занести в таблицу. Для манометра
содновитковой пружиной
P
P
п
o
P max
100 %
,
где Po - давление, создаваемое калиброванными грузами, кГс/см2 ,
Pп - показания поверяемого манометра, кгс/см2 ,
Рmax - максимальное значение шкалы поверяемого манометра, кгс/см2.
Для преобразователя с выходным сигналом тока
ип
I
Io
ип
I
max
I
min
,
где Io -действительное значение тока, мА (0,4 мА на каждые 1 кгс/см2
Iип - измеренный ток, мА ,
Imax - максимальное значение тока (20мА) ,
Imin - значение тока при давлении равном нулю (4мА).
4.10. Сделать вывод о пригодности к применению манометра и преобразователя давления.
5. Обработка результатов измерений.
При обработке результатов измерений рекомендуется следующая последовательность операций. 5.1. Вычисление среднего арифметического значения из n измерений (n = 2 -- 10).
