ПОВЕРКА ПРУЖИННОГО МАНОМЕТРА

Метрологія, стандартизація та теплотехнічні вимірювання та прилади

Конспект лекцій

курсу «Метрологія, стандартизація

та теплотехнічні вимірювання та прилади»

для студентів напрямів підготовки

6.050601 «Теплоенергетика»

6.050401– «Металургія»

денної та заочної форми навчання

Маріуполь

УДК 685.5

Метрологія, стандартизація та теплотехнічні вимірювання та прилади : конспект лекцій курсу для студентів напрямів підготовки 6.050601 «Теплоенергетика» 6.050401– «Металургія» денної та заочної форми навчання / уклад. В. І. Мірошниченко. – Маріуполь : ПДТУ, 2014. − 44 с.

Методичний посібник містить вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни «Метрологія та стандартизація». Наведені основні відомості про вимірювання тиску за допомогою манометрів з трубчатою пружиною, вимірювання температури за допомогою пірометрів, термоелектричних перетворювачів і термоперетворювачів опору, потенціометрів та автоматичних мостів і логометрів відповідно. Приведено методику метрологічної повірки вимірювальних приладів. Посібник призначений для студентів напрямів підготовки 6.050601 «Теплоенергетика» 6.050401– «Металургія»

Укладач В. І. Мірошниченко, асистент

Рецензент С. П. Сокол, ст. викладач

Затверджено

на засіданні кафедри автоматизації і комп’ютерних технологій,

протокол № 15 від 27 червня 2014 р.

Затверджено

методичною комісією факультету інформаційних технологій,

протокол № 9 від 27 червня 2014 р.

© В. І. Мірошниченко, 2014

© ДВНЗ «ПДТУ», 2014

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ПОВЕРКА ПРУЖИННОГО МАНОМЕТРА

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является ознакомление с устройством и принципом действия пружинных манометров, а также изучение, поверка манометров и определение поправок к их показаниям.

2. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗМЕРЕНИИ ДАВЛЕНИЯ И МАНОМЕТРАХ

Давлением жидкости, газа или пара называют силу, действующую равномерно на площадь, а единицей давления – единицу силы, действующую равномерно на единицу площади.

При измерении давления различают: барометрические, избыточное и абсолютное давления. Для измерения давления и разрежения в системе СИ принята единица Паскаль (Па), равная 1 Н/м² (1Н-сила, сообщающая массе в 1кг ускорение в 1м/с²). В настоящее время широко распространены единицы давления 1кгс/см² и 1кгс/м², а также мм вод. ст. и мм рт. ст. для приборов с водяным или ртутным заполнением.

Принцип действия пружинных манометров основан на использовании упругой деформации специальных пружин, возникающей под влиянием измеряемого давления. Величина этой деформации передается показывающей или самопишущей части приборов, градуированной в единицах давления. Основным видом приборов, используемых для определения избыточного давления, являются манометры с трубчатыми пружинами, играющие исключительно важную роль в технических измерениях. Эти пружины представляют собой изогнутую трубку с поперечным сечением в виде овала или сплюснутой окружности. Под действием внутреннего давления изогнутая трубчатая пружина раскручивается вследствие изменения ее поперечного сечения, которое стремится принять форму круга. Перемещение свободного конца одновитковой трубчатой пружины под действием давления находится в прямой зависимости от величины этого давления. На рисунке 1 приведено устройство показывающего манометра с одновитковой пружиной. Трубчатая пружина (1) эллиптического сечения одним концом жестко соединена с держателем (2), укрепленным в круглом корпусе (3) манометра. Держатель несет на себе штуцер (4) с резьбой, служащий для сообщения прибора с измеряемой средой. Свободный конец пружины закрыт пробкой (5) с шарнирной осью и запаян. Посредством поводка (6) он связан с передаточным механизмом, состоящим из латунного зубчатого сектора (7), сцепленного с шестеренкой (8), сидящей неподвижно на оси вместе с указывающей стрелкой (9). Рядом с шестеренкой расположена плоская спиральная пружина (10), один конец которой соединен с шестеренкой, а другой закреплен неподвижно на стойке, поддерживающей передаточный механизм. Пружинка постоянно прижимает шестеренку к одной стороне зубцов сектора, благодаря чему при уменьшении измеряемого давления устраняется мертвый ход в зубчатом зацеплении передаточного механизма.

Под действием измеряемого давления трубчатая пружина частично раскручивается и тянет за собой поводок, приводящий в движение зубчато-секторный механизм и стрелку манометра, показывающую по шкале (11) величину этого давления. Манометр имеет равномерную круговую шкалу с центральным углом, равным 270-300⁰.

3. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ.

Схема экспериментальной установки приведена на рисунке 2.

Давление в системе создается с помощью компрессора (1), который подает воздух по трубопроводу (2). Благодаря регулирующему вентилю (6) можно плавно изменять давление воздуха в пределах от 0 до 0,16 МПа. К трубопроводу до вентиля подключены два пружинных манометра: образцовый (3) и поверяемый (4).

Приводом компрессора является электрический двигатель (6). Для включения двигателя и компрессора пользуются кнопочной станцией (8) и универсальным переключателем (7).

4. ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА И ОБРАБОТКА ЕГО РЕЗУЛЬТАТОВ

До начала эксперимента подготавливают протокол поверки, где указывают характеристики поверяемого и образцового приборов.

Поверку манометра выполняют в такой последовательности. Включение установки осуществляется лаборантом или преподавателем. Затем регулировочным вентилем устанавливают по шкале образцового манометра давление, равное 0,01 МПа и производят отсчет показаний поверяемого манометра. Плавно увеличивая давление (прямой ход) с шагом в 0,01 МПа по образцовому манометру, каждый раз фиксируют показания поверяемого манометра. Результаты измерений образцовым и поверяемым манометрами заносят в протокол поверки. Достигнув давления 0,16 МПа, проводят такие же измерения при уменьшении давления (обратный ход) до 0,01 МПа с таким же шагом измерения давления.

После окончания эксперимента лабораторную установку отключают.

5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА.

По результатам эксперимента строят график статической характеристики прибора X_n=f(x). При построении графика на оси ординат откладывают показания поверяемого прибора, а на оси абсцисс – соответствующие показания образцового прибора. Определяют абсолютную, относительную и приведенную погрешности, вариацию показаний и результаты расчетов заносят в протокол поверки. На основании полученных результатов делают вывод о пригодности прибора к работе.

6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА.

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

1. цель работы;

2. схему лабораторной установки и её описание;

3. методику проведения эксперимента;

4. статическую характеристику поверяемого манометра;

5. протокол поверки.

7. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ.

1. Что называют давлением?

2. Назовите единицы давления, используемые в настоящее время?

3. Принцип действия пружинного манометра?

4. Назовите основные элементы конструкции пружинного манометра?

5. Опишите схему лабораторной установки?

6. Чем вызвана вариация показаний пружинного манометра?

7. С какой целью проводят поверку пружинных манометров?

Приложение 1.1

ПРОТОКОЛ

«___»______________201__г.

поверки____________________ тип _____________

наименование прибора

пределы измерения ______________________ класс точности ____________

Образцовый прибор

_________________________ тип____________________

наименование прибора

пределы измерения ______________________класс точности ______________

Предел допускаемой Допускаемая вариация__________

основной погрешности________________

Наибольшая погрешность Наибольшая вариация показаний___________________ показаний______________

Прибор _______________________________________________________

Подпись___________________

ПОВЕРКА ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ТЕРМОМЕТРОВ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является изучение принципа действия и конструкции термоэлектрических термометров, а также научиться осуществлять их поверку.

2. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ТЕРМОМЕТРАХ

Применение термоэлектрических термометров для измерения температуры основано на зависимости термоэлектродвижущей силы (термо-ЭДС) термопары от температуры. Термо-ЭДС возникает в цепи, составленной из двух разнородных проводников при неравенстве температур в местах соединения этих проводников. Современная физика объясняет термоэлектрические явления следующим образом. С одной стороны, вследствие различия уровня Ферми у различных металлов при их соприкосновении возникает контактная разность потенциалов. С другой стороны, концентрация свободных электронов в металле зависит от температуры. При наличии разности температур в проводнике возникает диффузия электронов, приводящая к образованию электрического поля. Таким образом, термо-ЭДС слагается из суммы скачков потенциала в контактах (спаях) термопары и суммы изменений потенциалов, вызванных диффузией электронов, и зависит от рода проводников и температуры мест их соединения.

Суммарная термо-ЭДС определяется равенством:

(1)

Результирующая термо-ЭДС зависит для конкретных проводников А и В и от температур t и t₀. Чтобы получить однозначную зависимость термо-ЭДС от измеряемой температуры t, необходимо температуру t₀ поддерживать постоянной. Для измерения термо-ЭДС в цепь термоэлектрического термометра включают измерительный прибор.

Для измерения температуры термоэлектрическим термометром необходимо измерить термо-ЭДС, развиваемую термометром, и температуру свободных концов термометра t₀. Если температура свободных концов термометра при измерении температуры равна 0 ^оС, то измеряемая температура определяется сразу из градуировочной характеристики, устанавливающей зависимость термо-ЭДС от температуры рабочего спая. Градуировочные характеристики термометров определены, как правило, при температуре свободных концов, равной 0 ^оС. Если температура свободных концов на практике отличается от 0 ^оС, но остается постоянной, то для определения температуры рабочего конца по градуировочной характеристике, необходимо знать не только термо-ЭДС, развиваемую термометром, но и температуру свободных концов t₀. Чтобы ввести поправку на температуру свободных концов t₀, необходимо к термо-ЭДС, развиваемой термоэлектрическим термометром , прибавить , взятую из таблиц:

(2)

В соответствии со стандартами применяют следующие термометры: хромель-копелевый (ХК), никельхром-никельалюминиевый (ХА), платинородий-платиновый (ПП), платинородий-платинородиевый (ПР 30/6), вольфрамрений-вольфрамрениевый (ВР 5/20) (в скобках указано обозначение градуировки термометра).

3. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Для нагрева термоэлектрических термометров служит трубчатая электрическая печь (1) (рис.1), питаемая от сети через ЛАТР. Питание включают с помощью ключа УП. Печь расположена за панелью, ключ УП и ручка ЛАТРа находятся на лицевой стороне панели.

Рисунок 1 – Схема лабораторной установки.

В печь вставлены 3 термоэлектрических термометра: никельхром-никельалюминевый (ХА) – поверяемый (2), платинородий-платиновый (ПП) – образцовый (6), хромель-копелевый (ХК) – для индикации (3).

Свободные концы всех термометров заведены в термостат (4), температуру в котором измеряют с помощью стеклянного термометра (5). Термо-ЭДС образцовой и поверяемой термопар измеряют с помощью переносного потенциометра ПП, подключаемого к соответствующим клеммам переключателя термометров. Термометр ТХК работает в комплекте с милливольтметром (7), шкала которого градуирована в милливольтах. Отметки шкалы милливольтметра используют в качестве точек, на которых производят поверку термометра типа ХА.

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Подготовить черновую ведомость и протокол поверки.

2. С разрешения руководителя работ включить установку.

3. Рукоятку ЛАТРа поставить на деление 220 В.

4. Подключить потенциометр к схеме, соблюдая полярность, и подготовить его к работе.

5. Выключить печь при показании милливольтметра 55 мВ (рукоятку ЛАТРа перевести на нуль, ключ УП – в положение “выключено”).

6. При достижении стрелкой милливольтметра (при остывании печи) делений шкалы, указанных преподавателем, произвести измерение термо-ЭДС образцовой и поверяемой термопарами. Результаты измерений термо-ЭДС, а также температуру свободных концов записать во второй, третьей и четвертой колонках таблицы протокола.

5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ПОВЕРКИ

1. Термо-ЭДС термоэлектрических термометров, приведенную к температуре свободных концов, равной 0 ^оС, получают по формуле (2). Результаты вычислений заносят в колонки 5 и 7 протокола.

2. Пользуясь градуировочными таблицами по значениям термо-ЭДС (колонка 5) находят температуру t образцового термометра. Результаты записывают в колонку 6 протокола.

3. Полученные значения температур (колонка 6), пользуясь градуировочной таблицей для поверяемого термометра, переводят в табличные значения термо-ЭДС поверяемого термометра. Результаты записывают в колонку 8 протокола.

4. Допустимые отклонения термо-ЭДС от табличных для термометра типа ХА в пределах измеряемых температур до 300 ^оС равны +0,16 мВ, а свыше 300 ^оС определяются по формуле:

(3)

Рассчитанные значения записывают в колонку 10 таблицы протокола.

5. Отклонение градуировочной характеристики поверяемого термометра от стандартной (погрешность термопары) находят по уравнению:

(4)

где - значения термо-ЭДС, полученные при поверке и приведенные к температуре свободных концов, равной 0 ^оС;

-табличные значения термо-ЭДС при тех же температурах.

6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Отчет должен содержать:

1. цель работы;

2. схему лабораторной установки;

3. описание методики поверки;

4. протокол поверки.

7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Поясните принцип действия термопары.

2. Из каких элементов состоит термоэлектрический термометр?

3. Отчего зависит термо-ЭДС термопары?

4. С какой целью производится стабилизация температуры свободных концов термопары?

5. Назовите градуировки термометров.

6. С какой целью производится поверка термопар?

7. В чем заключается поверка термопар?

8. Что понимают под выражением “градуировка термопар”?

9. Как определяют допустимые отклонения термо-ЭДС термопары?

10. Как определяют погрешность термопар?

11. Расскажите порядок проведения лабораторной работы.

Приложение

ПРОТОКОЛ

поверки рабочей термопары градуировки ХА

поверка производилась по образцовым приборам:

образцовой термопаре градуировки ПП

образцовому потенциометру типа ПП-63

класса точности 0,05

Вывод:

Поверку производил _________________

(подпись)

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ПРОВЕРКА АВТОМАТИЧЕСКИХ ПОТЕНЦИОМЕТРОВ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ.

Целью работы является ознакомление студентов с устройством и принципом действия автоматических потенциометров, а также изучение методики поверки измерительных приборов.

2.ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОМАТИЧЕСКИХ ПОТЕНЦИОМЕТРАХ.

Автоматические потенциометры широко применяются в различных отраслях промышленности для измерения и записи температуры в комплекте с термоэлектрическими термометрами, а также пирометрами полного излучения. По конструктивному оформлению их подразделяют на следующие группы: показывающие КПП1 и КВП1, показывающие и самопишущие с ленточной диаграммой КПП1, КСП2 и КСП4, показывающие и самопишущие с дисковой диафрагмой КСП3.

Типовая принципиальная схема одноточечного автоматического потенциометра приведена на рисунке 1.

На этой схеме приняты следующие обозначения:

R_р – реохорд;

R_ш – шунт реохорда, служащий для подгонки сопротивления реохорда до заданного нормированного значения R_нр;

ТО – токоотвод;

R_n – резистор для установления диапазона измерения E_g = E(t_k;0)- E(t_н;0);

R_н – резистор для установления начального значения шкалы E(t_н;0);

R_б – резистор балластный для установки при различных градуировках определенного значения сопротивления верхней ветви измерительной схемы bad , а следовательно и рабочего тока I₁ = 3 мА;

R_м – вспомогательный резистор из медной проволоки для автоматического введения поправки на изменение термо-эдс термометра при изменениях температуры его свободных концов;

R_к – контрольный резистор, служащий для контроля рабочего тока в измерительной схеме при градуировке прибора или его поверки;

ИПС – источник питания стабилизированный;

R₁ и R₂ – резисторы в цепи ИПС для ограничения и регулировки рабочего тока при градуировке или поверке приборов;

АВ – термоэлектрический термометр;

А₁, В₁ – термоэлектродные провода;

ВУ – входное устройство усилителя, предназначенное для преобразования поступающего из измерительной схемы сигнала небаланса постоянного тока в напряжение переменного тока;

a – движок;

К_р – каретка с указателем и пером;

РД – реверсивный асинхронный двигатель;

С₁ и С₂ – конденсаторы для создания необходимого фазового сдвига (90^о) между магнитными потоками обмотки возбуждения и управляющей обмотки;

С₃ – конденсатор, шунтирующий управляющую обмотку реверсивного двигателя;

СД – синхронный двигатель для продвижения диаграммной ленты.

В потенциометрах этого типа при равенстве компенсирующего напряжения Uac и измеряемой термо-эдс E(t₁t₀) термометра исполнительный механизм следящей системы прибора находится в покое. Если измеряемая термо-эдс E(t₁t₀) не равна компенсирующему напряжению Uac, то сигнал небаланса U подается на вход преобразовательного каскада ВУ. Сигнал небаланса преобразуется во входном устройстве в электрический сигнал переменного тока и усиливается усилителем до значения достаточного для приведения в действие реверсивного двигателя РД, выходной вал которого будет вращаться в направлении, зависящем от полярности сигнала. Выходной вал реверсивного двигателя через систему кинематической передачи воздействует на движок реохорда измерительной схемы, изменяя компенсирующее напряжение Uac до тех пор, пока оно не уравновесит измеряемую термо-эдс E(t₁t₀). Одновременно приводится в движение каретка с указателем и пером, фиксируя значение измеряемой температуры.

Рисунок 1 – Типовая принципиальная схема одноточечного автоматического

потенциометра

1. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Схема лабораторной работы приведена на рисунке 2.

В работе осуществляют поверку автоматического потенциометра типа КСП3 (1) с помощью переносного потенциометра (3). Изменение напряжения, подаваемого на потенциометры, осуществляется с помощью источника регулируемого напряжения ИРН (2).

Поиск по сайту: