 |
Порядок выполнения работы.
|
|
|
|
М.С. ЛЕНСКИЙ
ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
Часть 1
Методические указания к лабораторным работам
по направлениям подготовки 18.03.01 «Химическая технология»,
19.3.1 «Биотехнология», 22.03.01 «Материаловедение и технологии материалов»
Москва – 2016
УДК 66.012-52 ББК 6П7.1
Утверждено Библиотечно-издательской комиссией МИТХТ в качестве методических указаний
Подготовлено на кафедре Автоматики, электротехники и электроники им. А.В. Нетушила МИТХТ
Рецензент: д.т.н. Таран А.Л., проф. МИТХТ
Рекомендовано к изданию кафедрой Автоматики, электротехники и электроники (протокол № 1 от 28.08.2015 г.).
Ленский М.С.
Приборы для измерения основных технологических величин. Часть 1.: методические указания к лабораторным работам /М.С. Ленский. – М.: Московский технологический университет (МИРЭА), 2016 – 43 с., рис. 23
Указания содержат сведения о методике и порядке проведения лабораторных работ по изучению приборов для измерения основных технологических величин, выполняемых студентами при изучении дисциплины «Системы управления химико-технологическими процессами». Методические указания предназначены для студентов 3 курса, обучающихся по направлению подготовки 18.03.01 «Химическая технология». Оно также может быть использовано студентами 4 курса, обучающимися по направлениям 19.03.01 «Биотехнология» и 22.03.01
«Материаловедение и технологии материалов».
© Ленский М.С., 2016
© Московский технологический университет (МИРЭА), 2016
СОДЕРЖАНИЕ
| 1. Лабораторная работа 5.2. Поверка преобразователя термоэлектрического в комплекте с вторичным прибором…....................................................................... | |
| 2. Лабораторная работа 5.3. Поверка термопреобразователя сопротивления в комплекте с автоматическим уравновешенным мостом................... | |
| 3. Лабораторная работа 5.4. Поверка деформационных манометров и преобразователей давления.................... | |
| 4. Лабораторная работа 5.6. Определение уровня жидкости гидростатическим уровнемером................... | |
| 5. Лабораторная работа 5.7. Измерение расхода методом переменного перепада давления.................... | |
| 6. Лабораторная работа 5.8. Измерение расхода методом постоянного перепада давления..................... | |
| 7. Лабораторная работа 6.6. Изучение промышленного рН-метра и его поверка.................................................... | |
| 8. Лабораторная работа КСО. Градуировка кондуктометрического концентратомера...................... | |
| 9. Список литературы......................................................... |
Лабораторная работа 5.2.
|
|
|
ПОВЕРКА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО В КОМПЛЕКТЕ С ВТОРИЧНЫМ ПРИБОРОМ
Цель работы. Ознакомиться с принципом действия и устройством термоэлектрического преобразователя (ТЭП) в комплекте с вторичным прибором. Провести поверку комплекта приборов для измерения температуры, градуировку хромель-копелевого ТЭП и поверку автоматического потенциометра.
Термоэлектрический преобразователь (термопара) представляет собой две проволоки из разнородных металлов, концы которых скручиваются, а затем свариваются или спаиваются. Полученный спай помещают в измеряемую среду и называют рабочим. Свободные концы проволок называют свободным спаем и подключают к вторичному прибору. Если нагреть рабочий спай ТЭП, то на свободном спае возникает термоэлектродвижущая сила (ТЭДС), величина которой зависит от материала ТЭП и разности температур между рабочим и свободным спаями ТЭП. Измерив величину ТЭДС, можно судить об измеряемой температуре.
|
|
|
Для измерения ТЭДС используют милливольтметры или потенциометры. Действие потенциометров основано на компенсации (уравновешивании) измеряемой ТЭДС известной разностью потенциалов, образованной вспомогательным источником тока. На рис.1.1 приведена схема переносного лабораторного потенциометра ПП. Электрическая схема потенциометра ПП имеет три цепи: цепь вспомогательного источника тока, цепь ТЭП и цепь нормального элемента НЭ. Вначале ставят переключатель П в положение «контроль» (К).
Если стрелка нуль-прибора НП не находится на нуле, то рабочий ток в цепи батареи не соответствует стандартному
значению. Для его стандартизации изменяют положение движка реостата RБ, пока стрелка НП не установится на ноль. Затем переключатель П переводят в положение
«измерение» (И) и перемещением движков секционного сопротивления RС и реохорда RР устанавливают стрелку НП на ноль. При этом измеряемая ТЭДС уравновешивается разностью потенциалов между точками a и b: E(tt0) = i (R’С + R’Р).
Рис.1.1. Схема лабораторного переносного потенциометра ПП.
Автоматический потенциометр КСП-4 (рис.1.2) предназначен для непрерывного измерения, записи и регулирования температуры при работе с одним из ТЭП стандартной градуировки.
Измеряемая ЭДС ТЭП E(tt’0) компенсируется разностью потенциалов, возникающей в измерительной диагонали мостовой схемы прибора (между точками b и d). При этом соблюдается равенство:
E(tt0’) = i2R’ОБ + i2RН – i1RК, (1-1)
где t – температура рабочего спая ТЭП, t’0 – температура свободного спая ТЭП, R’ОБ – часть приведенного сопротивления реохорда между точками a’ и d измерительной схемы, величина которого зависит от положения движка реохорда.
Рис.1.2. Принципиальная схема автоматического потенциометра КСП-4:
Т – ТЭП; ИМ – измерительный мост; ИПС – источник постоянного стабилизированного тока; РД – реверсивный двигатель; РУ – регистрирующее устройство; СД – синхронный двигатель; УС – усилитель.
При постоянстве измеряемой температуры соблюдается равенство (1) и измерительная схема прибора находится в равновесии. Когда температура изменяется, равенство (1) нарушается и на входе электронного усилителя возникает напряжение небаланса, которое усиливается по величине и мощности и подается на реверсивный двигатель РД. Последний, вращаясь в соответствующем направлении, передвигает движок реохорда и тем самым устанавливает равновесие измерительной схемы. Одновременно РД перемещает показывающую стрелку и записывающее перо.
|
|
|
Все сопротивления измерительной схемы КСП-4 изготовлены из манганина, а RК – из меди. Конструктивно этот резистор размещен на задней стенке прибора рядом с местом подключением свободных спаев ТЭП. Наличие этого резистора позволяет автоматически вносить поправку на температуру свободных спаев ТЭП.
Описание экспериментальной установки. Монтажная схема и приборы, предназначенные для поверки ТЭП, приведены на рис. 1.3. Установка состоит из термокомплекта, включающего автоматический потенциометр КСП-4 3 со шкалой 0 – 4000С и хромель-копелевый ТЭП 9, источника регулируемого напряжения ИРН 4, лабораторного переносного потенциометра 5, сосуда Дьюара 6, стабилизатора напряжения 1, лабораторного автотрансформатора 2, электропечи 10, образцовых ртутных термометров 7, 8 и переключателей П1, П2.
Схема установки позволяет при соответствующем
положении переключателей П1 и П2 производить: градуировку ТЭП, поверку автоматического потенциометра, поверку ТЭП в комплекте с автоматическим потенциометром.
 |
Рис. 1.3. Установка для поверки термоэлектрического преобразователя и его элементов:
1 – стабилизатор напряжения; 2 – лабораторный автотрансформатор;
3 – автоматический потенциометр; 4 – источник регулируемого напряжения ИРН; 5 – лабораторный переносной потенциометр; 6 – сосуд Дьюара; 7,8 – образцовые ртутные термометры; 9 – ТЭП; 10 – электрическая печь; 11 – вентилятор; П1 и П2 – переключатели.
Порядок выполнения работы.
А. Градуировка хромель-копелевого ТЭП и поверка автоматического потенциометра КСП4 в комплекте с ТЭП.
1. Подать напряжение на электропечь лабораторным автотрансформатором 2.
2. При достижении температуры в электропечи значения 50оС (по ртутному термометру 8) измерить величину ТЭДС (переключатель П1 в положении б, переключатель П2 разомкнут). Полученные данные занести в табл. 1. Затем переключатель П1 перевести в положение а и зафиксировать показания автоматического потенциометра КСП4. Полученные данные занести в табл. 2.
|
|
|
3. Повторить измерения при достижении температуры в электропечи значений 100, 150, 200, 250 и 300оС и занести результаты в табл. 1.1 и 1.2.
4. Учесть поправку на температуру свободных спаев ТЭП, используя градуировочную таблицу, и занести данные в таблицу 1.
5. По данным табл. 1.1 построить градуировочный график ТЭП, в табл. 1.2 записать рассчитанные значения погрешностей измерения потенциометра КСП4.
Таблица 1.1. Результаты градуировки ТЭП
| Температура в печи, 0С | Измеренная ТЭДС, мВ | ТЭДС с учетом поправки на температуру своб. спаев, мВ |
Таблица 1.2. Результаты поверки ТЭП в комплекте с автоматическим потенциометром
| Показания, 0С | Погрешности | ||
| образцового ртутного термометра | поверяемого комплекта | абсолютные, 0С | приведенные, % |
Градуировочный график ТЭП
Е,
|
Т, оС
Лабораторная работа 5.3.
ПОВЕРКА ТЕРМОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ В КОМПЛЕКТЕ С АВТОМАТИЧЕСКИМ УРАВНОВЕШЕННЫМ МОСТОМ
Цель работы. Ознакомиться с принципом действия и устройством электрических термопреобразователей сопротивления (ТС) и вторичного прибора – автоматического уравновешенного моста КСМ-4, предназначенного для измерения величины электрического сопротивления ТС. Провести поверку комплекта приборов для измерения температуры, градуировку ТС и поверку автоматического уравновешенного моста.
Действие термопреобразователей сопротивления основано на зависимости электрического сопротивления проводников или полупроводников от температуры. В небольших интервалах температур у чистых металлов сопротивление линейно возрастает, а у полупроводников уменьшается по экспоненте. Наиболее пригодны для изготовления ТС медь и платина, имеющие большие температурные коэффициенты сопротивления. ТС представляет собой тонкую медную или платиновую проволоку, намотанную бифилярно на слюдяной, фарфоровый или пластмассовый каркас. Для защиты от внешних воздействий чувствительный элемент помещают в металлических кожух.
В качестве вторичных приборов в комплекте с ТС обычно применяют уравновешенные мосты. Принципиальная схема такого моста показана на рис.2.1. ТС через соединительные провода с сопротивлением RЛ подключается в одно из плеч моста.
Другие плечи последнего состоят из манганиновых резисторов R1 и R2 и реохорда RР. В одну диагональ моста включен источник питания, во вторую – нуль-прибор НП.
При равновесии моста (НП показывает ноль) соблюдается равенство:
R1(Rt + 2RЛ) = R2RР (2-1)
Рис.2.1. Принципиальная схема уравновешенного моста.
При изменении температуры сопротивление Rt изменяется и мост разбалансируется. Для уравновешивания перемещают движок реохорда, изменяя его сопротивление RР до тех пор, пока НП вновь не станет показывать ноль. Таким образом, по положению движка реохорда можно однозначно судить о величине сопротивления Rt и, следовательно, об из- меряемой температуре.
Автоматический мост КСМ-4 (рис.2.2) предназначен для непрерывного измерения, записи и регулирования температуры при работе в комплекте с одним из ТС. Прибор построен по схеме уравновешенного моста, в одно из плеч которого включен ТС.
При постоянстве измеряемой температуры измерительная схема КСМ-4 находится в равновесии. В случае изменения температуры среды величина Rt меняется, что приводит к разбалансу измерительной схемы. В диагонали моста между точками b и d возникает напряжение небаланса, которое поступает на усилитель УС, усиливается по величине и мощности и подается на реверсивный двигатель РД. Последний, вращаясь в ту или иную сторону,
смещает движок реохорда RР до тех пор, пока измерительный мост вновь не придет в состояние равновесия. Одновременно РД перемещает стрелку и перо записывающего устройства.
 |
Рис.2.2. Принципиальная схема автоматического уравновешенного моста КСМ-4:
Rt – ТС; ИМ – измерительный мост, УС – усилитель; РД – реверсивный двигатель; РУ – регистрирующее устройство; СД – синхронный двигатель.
Для уменьшения погрешности, связанной с изменением температуры в помещении, где проходят соединительные провода, применяют трехпроводную схему соединения ТС с вторичным прибором. При этом соединительные провода входят в смежные плечи мостовой схемы.
Описание экспериментальной установки. Схема установки, используемой при выполнении лабораторной работы, приведена на рис.2.3.
Температуру в водяной бане 12 поддерживают на заданном уровне подачей соответствующего напряжения на нагреватель 9. Это осуществляется перемещением в
необходимое положение ручки трансформатора 7, питаемого от стабилизатора напряжения 6. За действительное значение температуры воды в бане принимают показания образцового ртутного термометра 11.
 |
Рис.2.3. Установка для поверки ТС и автоматического уравновешенного моста:
1 – лабораторный переносной потенциометр; 2 – источник регулируемого напряжения; 3 – миллиамперметр; 4 – образцовый магазин сопротивлений; 5 – автоматический мост; 6 – стабилизатор напряжения; 7 – лабораторный автотрансформатор; 8 – барботер; 9 – нагреватель; 10 – ТС; 11 – образцовый ртутный термометр; 12 – водяная баня; 13 – вентиль; П1 П2, П3 – переключатели.
Схема установки позволяет при соответствующем изменении положения переключателей произвести: градуировку ТС; поверку автоматического уравновешенного моста; поверку ТС в комплекте с автоматическим уравновешенным мостом.
Сопротивление ТС при его градуировке рассчитывают по формуле:
Rt = RN Ut/UN, где RN = 100 Ом. (2-2)
|
|
|
