 |
Описание лабораторной установки
|
|
|
|
Схема лабораторной установки приведена на рис. 4.
Рис. 4. Схема лабораторной установки:
1 – штатив для крепления пирометра; 2 – пирометр «Термоскоп-200-НТ0-СР»; 3 – основание штатива (рабочий стол); 4 – образцы из стали, латуни и алюминия с зачеканенными термопарами; 5 – лабораторная электропечь с регулятором температуры; 6 – блок реле термопар; 7 – преобразователь НУ-2; 8 – контроллер Siemens S7-300; 9 – USB адаптер; 10 – персональный компьютер
Пирометр 2, используемый для бесконтактного измерения температуры, закреплен в вертикальном положении на штативе 1 и имеет возможность передвигаться вдоль него. Штатив смонтирован на основании 3. Образцы 4 изготовлены из различных металлов (стали, латуни и алюминия). Для нагрева образцов на лабораторном стенде имеется электрическая печь 5 с регулятором температуры. На поверхности каждого образца зачеканен рабочий спай хромель-алюмелевой термопары. Свободные концы термопар всех трех образцов подключены к блоку реле 6. Назначение блока – подавать на вход преобразователя НУ-2 (позиция 7) сигнал только с одной термопары. Преобразователь предназначен для конвертирования естественного выходного сигнала термопары в унифицированный токовый. Работой всей установки управляет программируемый логический контроллер (ПЛК) Siemens S7-300 (позиция 8). Для связи контроллера с персональным компьютером 10 применен USB адаптер 9. Функции сбора, хранения и представления данных, полученных от ПЛК, на лабораторной установке осуществляет SCADA-система «Изучение бесконтактного метода измерения температуры». Система развернута на базе компонента Runtime пакета WinCC v6 SP4.
МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ, ОБРАБОТКА И АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
|
|
|
Не включая лабораторной установки, рассмотрите устройство пирометра, определите его марку, пределы измерения, показатель визирования. Занесите эту информацию в отчет по лабораторной работе.
Подготовка к эксперименту
Прежде чем начать эксперимент, необходимо определить диаметр пятна визирования. Для этого следует измерить расстояние от линзы пирометра до поверхности рабочего стола (до основания штатива). Пользуясь рис. 1, рассчитайте диаметр пятна. Наверните на объектив пирометра лазерный целеуказатель и включите его. Из точки, куда попадает лазерный луч, проведите циркулем окружность с диаметром, равным диаметру пятна визирования. Убедитесь в том, что образцы лабораторной установки имеют диаметр больший, чем пятно визирования (см. рис. 2). Снимите с объектива пирометра лазерный целеуказатель и выключите его.
Установите степень черноты объекта, равную единице. Для этого с помощью небольшой отвертки вращайте два задатчика, расположенные в торцевой части прибора (рис. 5). Левый задатчик устанавливает десятые доли, а правый – сотые. Значению степени черноты 1,0 соответствует установка обоих задатчиков на нулевое значение.
Рис. 5. Расположение задатчиков степени черноты на торцевой части пирометра
Проведение эксперимента
Включите персональный компьютер и лабораторную установку. На рабочем столе компьютера найдите иконку PYRO.MCP и запустите компонент Runtime пакета WinCC. Для активации программы (рис.6) необходимо набрать имя пользователя (‘student’) и пароль (‘student’). Затем нажмите кнопку ОК.
Рис. 6. Экранная форма окна авторизации пользователя
По этой команде загрузится главный кадр системы визуализации (рис. 7). Он содержит следующие элементы:
заголовок с названием системы;
кнопку начала измерений «Старт»;
панель кнопок навигации для отображения мнемосхемы, трендов, таблиц, а также кнопку авторизации в системе;
|
|
|
строку статуса в нижней части экрана;
основную область кадра, в которой отображаются измеренные данные.
Нажмите кнопку начала измерений «Старт». Возле неё загорится зеленая лампочка, а надпись на кнопке сменится на «Стоп». В поле «Измеренное значение температуры» будут поступать актуальные данные, полученные с пирометра и термопары одного из образцов. Номер этого образца можно поменять, включив соответствующий флажок.
Для просмотра тренда изменения значения температуры достаточно щелкнуть по соответствующему числовому полю, и во всплывающем окне отобразится требуемая зависимость. Однако тренд во всплывающем окне не является настраиваемым: нельзя изменить временной промежуток или просмотреть уже записанные данные.
Рис. 7 – Главная экранная форма системы визуализации
Для просмотра архивных значений параметров в виде тренда предусмотрен кадр (рис. 8), предоставляющий такую возможность. Каждый тренд в верхней части имеет панель инструментов, которая позволяет настроить определенные параметры отображения изменения параметра. Тренд обновляет значения в реальном времени, но при необходимости обновление можно остановить нажатием соответствующей кнопки на панели инструментов. Когда обновление тренда приостановлено, имеется возможность перехода к ранним данным с помощью соответствующих кнопок навигации. Также на панели инструментов имеется кнопка для изменения масштаба кривой (лупа). Инструмент Time Range предоставляет возможность изменения временного диапазона, для которого отображается изменение параметров.
Также существует возможность просматривать архивные данные о значении параметров в табличном виде, для чего в системе имеются соответствующие кадры.
Рис. 8 –Экранная форма тренда (графика)
Поместите образец № 1 из латуни в поле визирования пирометра. В течение одной минуты производите измерение температуры. Тем самым вы получите 60 экспериментальных точек, так как измерения лабораторной установкой производятся раз в секунду, а все полученные значения записываются.
Смените образец, выбрав компьютерной мышью другой металл. Проведите те же измерения и для третьего образца. По результатам этого опыта занесите экспериментальные данные в табл. 4. Показатели температуры, полученные в эксперименте, следует усреднить.
|
|
|
Таблица 4
Измерение температуры образцов контактным и бесконтактным методом при
| № образца | Среднеарифметическое значение температуры, показанное термопарой, 0С | Среднеарифметическое значение температуры, показанное пирометром, 0С | Степень черноты материала, установленная в пирометре | Степень черноты материала по данным табл. 2 |
| № 1 (латунь) | ||||
| № 2 (сталь) | ||||
| № 3 (алюминий) |
Проанализируйте полученные вами результаты и сделайте выводы.
Включите лабораторную печь и прогрейте ее до заданной преподавателем температуры. Для одного из образцов подберите с помощью задатчика значение степени черноты таким образом, чтобы показания контактного и бесконтактного методов измерения были бы максимально близкими друг к другу. Полученные экспериментальные данные занесите в первую строчку табл. 5.
Поместите образец в печь и прогрейте его до тех пор, пока показания термопары не будут увеличиваться. Осторожно достаньте нагретый образец из печи и поместите его в поле визирования пирометра. Проводите измерения в течение нескольких минут. Заполните остальные строчки таблицы, записывая значение температуры через 30 секунд.
|
|
|
