- •Міністерство освіти і науки україни національний університет харчових технологій метрологія, технологічні вимірювання та прилади
- •До виконання лабораторних робіт
- •Київ нухт 2010
- •Лабораторна робота № 1-т-р вимірювання тиску. Перетворювачі надлишкового тиску sitrans р серії z та zd
- •1.Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3. Теоретичні відомості
- •3.1. Тиск. Основні поняття. Одиниці вимірювання тиску
- •3.2. Класифікація манометрів по виду вимірюваного тиску
- •3.3. Принцип дії вимірювального перетворювача надлишкового
- •3.3.1. Загальна теорія та конструкція тензометричних перетворювачів.
- •3.3.2. Загальна структурна схема та конструкція перетворювача
- •3.3.3. Загальна структурна схема та конструкція перетворювача
- •Основні технічні та метрологічні характеристики Sitrans p zd та z:
- •3.3.4. Цифровий реєстратор Sirec ds.
- •4. Завдання та методика виконання роботи.
- •5. Порядок виконання роботи.
- •6. Обробка результатів вимірювання.
- •Лабораторна робота № 2-т-дм деформаційні манометри
- •1. Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3.Загальна теорія деформаційних та вагопоршневих манометрів
- •3.1. Деформаційні манометри
- •3.3. Диференціально-трансформаторні вимірювачі тиску.
- •3.4. Електроконтактний манометр типу екм
- •3.5. Пневмоелектричні перетворювачі.
- •3.6. Вагопоршневі манометри .
- •4. Завдання та методика виконання роботи.
- •5. Порядок виконання роботи
- •5.2. Перевірення трубчастого манометра з дтп у комплекті з рм1.
- •5.3. Перевірення електроконтактного мановакуумметра екмв.
- •6. Обробка результатів вимірювань
- •Лабораторна робота № 3 –т- ds вимірювання різниці тисків. Перетворювач диференціального тиску sitrans р ds III
- •1.Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3.Загальні теоретичні відомості.
- •3.1.Класифікація манометрів за принципом дії.
- •3.2. Рідинні манометри та дифманометри
- •3.3. Електропневматичний перетворювач та електричні манометри опору
- •3.4. Перетворювач Sitrans p ds III
- •3.5. Загальна методика вимірювання тиску
- •Властивості ланцюгу передачі тиску.
- •4. Методика виконання роботи.
- •5. Порядок виконання перевірення.
- •6. Обробка результатів вимірювань
- •Лабораторна робота № 4 - t – tf2 термометри опору. Перетворювач “ sitrans tf2 ”
- •1. Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3.Загальні теоретичні відомості
- •3.1. Загальні теоретичні відомості про термометри опору
- •3.2. Теоретичні відомості про перетворювач Sitrans tf2
- •4. Завдання та методика виконання роботи.
- •5. Порядок виконання роботи.
- •6. Порядок обробки результатів вимірювань
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 5 - t – то 2/3 дослідження підключення термометрів опору до вторинних приладів за схемами в два та три проводи
- •1. Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3.Загальні теоретичні відомості
- •3.1. Загальна теорія мостових схем
- •3.2. Нормувальні перетворювачі для термометрів опору
- •3.3. Двоканальний мікропроцесорний вимірювач трм 200 Призначення:
- •Основні функціональні характеристики:
- •Технічні характеристики:
- •4. Опис лабораторної установки та перелік приладів лабораторного стенду
- •5. Порядок виконання роботи
- •6. Порядок обробки результатів вимірювань
- •Контрольні запитання
- •3. Загальні теоретичні відомості
- •Контактні термоелектричні перетворювачі (термопари)
- •3.2. Компенсаційний метод вимірювання терс термопари.
- •3.3.Термоелектричний перетворювач “Ni - Cr/Ni ” з вимірювальним перетворювачем “sitrans tk/tk – h”
- •3.4.Манометричні термометри (мт)
- •4.Завдання та методика виконання роботи.
- •5. Порядок виконання роботи
- •6. Порядок обробки результатів вимірювань
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 7 -т – л - д логометр та автоматичний реєструвальний прилад диск-250
- •1. Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3.3Агальні теоретичні відомості
- •3.1. Загальна теорія приладів магнітоелектричної системи
- •3.2. Будова та робота мілівольтметра
- •3.3. Будова та робота промислового логометра
- •3.4. Принцип дії та склад приладу реєстрації вимірювань диск-250
- •4.Завдання та методика виконання роботи.
- •5. Порядок виконання роботи
- •6. Обробка результатів вимірювання.
- •Лабораторна робота № 8- р - lu ультразвукові рівнеміри “probe lu” та “Multi Ranger 100 “
- •1.Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3.Загальні теоретичні відомості
- •3.1. Загальні поняття про ультразвук та його випромінювання
- •3.2 Загальна структурна схема ультразвукових рівнемірів (ехолотів)
- •3.3. Ультразвуковий рівнемір MultiRanger 100 з сенсором xrs – 10.
- •3.4. Ультразвуковий рівнемір Sitrans Probe lu
- •4.Методика і завдання до лабораторної роботи
- •5. Порядок виконання роботи
- •6. Обробка результатів вимірювань.
- •1. Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •Загальні теоретичні відомості
- •3.1. Радіохвильові методи вимірювання рівня
- •3.2.Радарний рівнемір sitrans lr 200
- •Особливі ознаки lr 200:
- •4.Методика і завдання до лабораторної роботи
- •5.Порядок виконання роботи
- •6. Обробка результатів вимірювань.
- •3. Загальні теоретичні відомості
- •3.1. Ємнісний метод вимірювання рівня.
- •3.1. Ємнісний рівнемір Sitrans lc 300
- •3.3. Електричні сигналізатори рівня
- •4. Завдання та методика до виконання роботи
- •5. Порядок виконання роботи
- •6. Обробка результатів вимірювань.
- •Контрольні питання.
- •Лабораторна робота № 11 – p/г – гп
- •1.Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3. Загальні теоретичні відомості
- •3.1. Основні поняття про густину речовини і методи її вимірювання
- •3.2. Гідростатичний принцип вимірювання густини та рівня речовин
- •3.2.1 Гідростатичні рівнеміри та густиноміри.
- •3.2.2. П’єзометричні рівнеміри та густиноміри.
- •3.3. Перетворювач пнемо-електричний пте-4
- •Принцип роботи.
- •3.4. Перетворювачі тиску типу kpt-c.
- •Конструкція і робота крт-с
- •4. Методика виконання лабораторної роботи
- •5. Порядок виконання роботи
- •6. Обробка результатів вимірювань.
- •Лабораторна робота № 12 - в - fм магніто-індукційний витратомір sitrans fm mag 6000
- •1. Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3. Загальні теоретичні відомості
- •3.1. Загальні відомості про вимірювання витрати та кількості речовини
- •3.2. Загальна теорія магніто-індукційного методу вимірювання витрати
- •3.3. Призначення, склад та структурна схема Sitrans fm mag 6000.
- •Основні функції та технічні характеристики.
- •3.4. Принцип дії водоміра схвк-1,5
- •4. Методика виконання лабораторної роботи
- •Опис лабораторної установки та перелік приладів
- •6. Порядок проведення перевірення mag 6000
- •Контрольні запитання.
- •Лабораторна робота № 13 - b - c принципи вимірювання витрати та маси сипких матеріалів і визначення класу точності зв
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3.Загальні теоретичні відомості
- •3.1.Принципи та методи вимірювання витрати і маси сипких матеріалів.
- •3.2. За принципом дії вимірювальні перетворювачі маси
- •3.3.Принцип дії магнітопружного ваговимірювального пристрою.
- •3.3.1. Структурна схема магнітопружного пристрою
- •3.3.3. Вторинний пристрій та робота його складових.
- •3.4. Загальна методика проведення метрологічної атестації зв
- •4. Опис лабораторної установки
- •5. Методика метрологічної атестації засобів вимірювання (пристрою для вимірювання ваги).
- •5.1. Умови проведення атестації
- •5.2. Операції та засоби атестації.
- •5.3. Перевірення працездатності пристрою
- •5.4. Визначення основної похибки в нормальних умовах
- •5.5. Обробка результатів вимірювань
- •5.6. Висновок
- •6. Оформлення графіків
- •Лабораторна робота № 14- b - р витратоміри змінного та постійного перепаду тиску (ротаметр f va Trogflux)
- •1. Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3. Загальні теоретичні відомості про витратоміри змінного та постійного перепаду тиску
- •3.1. Метод змінного перепаду тиску.
- •3.3. Комбіновані дросельні перетворювачі.
- •3.4. Призначення та конструкція витратоміра Sitrans f va Trogflux
- •3.5. Призначення та конструкція витратоміра рм1
- •4. Методика виконання лабораторної роботи
- •5. Порядок виконання роботи
- •6. Опрацювання результатів проведених спостережень.
- •Контрольні запитання.
- •1. Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3.Основні теоретичні відомості
- •3.2. Витратомір – густиномір Sitrans fc Massflo фірми «Siemens»
- •3.3. Вимірювальний мікропроцесорний перетворювач mass 6000 витратоміра Sitrans fc Massflo
- •4. Перелік приладів лабораторного стенду
- •5. Опис лабораторної установки
- •6. Порядок проведення перевірення mass 6000 по водоміру схвк—1,5
- •7. Опрацювання результатів проведених спостережень.
- •Контрольні запитання.
- •3. Загальні теоретичні відомості
- •3.1. Вологість та методи її вимірювання.
- •3.2. Ввимірювання вологості твердих та сипких матеріалів
- •3.4.Психрометричний метод вимірювання вологості в газових середовищах
- •3.4.1. Структурна схема первинного вимірювального
- •3.4.2. Електрична схема вторинного приладу автоматичного психрометра
- •3.4.3. Структурна схема та основні технічні характеристики вимірювача-регулятора «овен мпр51 щ4»
- •4. Перелік приладів і обладнання та їх технічна характеристика
- •5. Опис установки
- •6. Порядок виконання роботи
- •7. Обробка результатів вимірювання
- •Лабораторна робота № 17 – а. Аналізатори складу рідин та газів. Промисловий рН-метр pH -101п
- •1. Мета роботи
- •2. Завдання на виконання роботи
- •3. Загальна теорія
- •3.1. Класифікація та коротка характеристика аналізаторів складу рідин
- •3.2. Класифікація та коротка характеристика газоаналізаторів
- •3.3. Потенціометричний метод аналізу складу рідин.
- •3.4. Промисловий рН-метр фірми «Діліс»
- •Бвс виконує функції:
- •Бувс виконує функції:
- •3.5. Промисловий газоаналізатор «окси-5м»
- •4. Методика виконання лабораторної роботи та прилади
- •5. Порядок виконання роботи
- •6. Порядок обробки результатів вимірювань
- •Контрольні запитання
- •Література
Контактні термоелектричні перетворювачі (термопари)
Принцип дії термоелектричних термометрів ( термопар, рис.1) грунтується на ефекті виникнення електричного струму в замкнутому колі, який склада-ється із різнорідних провідників А і В (їх ще називають термоелектродами, рис.1,а), при умові, що місця їхніх з’єднань (вони називаються спаями) мають різну температуру. Ефект пояснюється тим, що виникнення струму пов’язане з вільними електронами в металах, які переміщуються з металу, де їх концентрація більша, в метал, у якого концентрація електронів менша, і з виникненням ЕРС Пельтьє (її ще називають контактною різницею потенціалів) у місці спаю. Відповідно до закону Кіргофа, в ізотермічному (з постійною температурою) замкненому колі, складеному із різних провідників, сума ЕРС Пельтьє дорівнює нулю. Якщо ж з’являється різниця температур між спаями, то в такому колі протікає термоелектричний струм (ефект Зеебека). А якщо навпаки до такого кола ззовні підвести постійний струм, то один із спаїв буде нагріватися, а другий охолоджуватись - залежно від напряму проходження струму (ефект Пельтьє, який використовується в холодильній техніці).
У разі розмикання кола (рис.1,а) на його кінцях виникає термоелектро-рушійна сила Е (ТЕРС), яка однозначно зв’язана з температурою спаїв. Величина та напрям цієї ТЕРС, яку зображують як Е(tx,t0), залежить: 1) від матеріалу термоелектродів, що з’єднані; 2) від різниці температур місць з’єднань термоелектродів: tx – температура робочого (гаря-чого) спаю, який розміщується в об’єкті, температуру якого вимірюють, та t0 – температури холодного спаю (вільних кінців), що виведені ззовні з об’єкту і знаходиться в місці з відносно постійною температурою.
Термоелектроди 8 (рис.1,в) виготовляють із сплавів та металів і на протязі всієї довжини термопари їх ізолюють один від одного (при температурах до 300С – азбестом, до 1000С - кварцевими трубками, а вище 1000С – бусами із фарфору), а гарячий спай створюють зварюванням, спаюванням або при вимірюванні високих температур - скручуванням. Конструктивно термопари розміщують в захисних газонепроникних арматурах (гільзах). Останні на температуру вимірювання до 600С виготовляють із стальних безшовних труб, до 1100С – із нержавіючої сталі, а >1100С – із фарфору. Перевагою термопари є незалежність ТЕРС від введення в її ланцюг інших дротів (рис.1г поз 12 та 10) при умові, що кінці цих дротів мають одинакову температуру в точках поз.11 та поз.13. Практично це означає, що за цієї умови в ланцюг термопари можна вмикати з’єднувальні (термоелектродні подовжувальні) дроти і вимірювальні прилад.
Значення ТЕРС можна виміряти , наприклад, мілівольтметром постійного струму з достатньою чутливістю, який ввімкнений або в розрив проводу В (рис.1,а), або в розрив ланцюга обох дротів холодного спаю (рис.1,в поз. 8 та
до верхніх кінців дротів поз.10 рис.1,г).
Висока точність вимірювання температури за допомогою ПВП у вигляді термопари буде забезпечена, тільки при достатньо точній фіксації температури t0 холодного спаю (його розміщують в посудині Дьюара з льодом, де t0=0С при градуюванні термопари), або розміщують в термостат з автоматично стабілізованою температурою. Характеристикою градуювання термопари називається статична характеристика перетворення, яка відтворює залежність ТЕРС термопари від температури робочого спаю при температурі холодного спаю, що дорівнює 0С. Якщо температура вільних кінців термопари t0 = 0С, то вимірювана температура tx визначається безпосередньо із характеристики
градуювання, яка може задаватись графічно, загальний вигляд Е(tx,0) показано на рис. 2,а; або у вигляді таблиці (табл.3); або заноситись у пам'ять сучасних мікропроцесорних вимірювальних перетворювачів.
а) б) в) г)
Рис.1: а) - загальна схема термоелектричного ПВП; б) та в) - загальний вигляд ПВП в розрізі; та г) - схема комунікації термопари і її під’єднання вторинного приладу.
Е,мВ Е(tx,0) (E tx,t0)
E(t0,0)
а) б)
Рис.2. Загальний вигляд характеристик перетворення термопар
Характеристики градуювання є індивідуальними для кожного типу термопар і їхній загальний вигляд для основних типів термопар приведений на рис. 2,б. Для виготовлення термопар використовують матеріали, які забезпечують найбільш можливе значення ТЕРС. Найбільше розповсюджені наступні типи стандартних термопар (номер надалі показує одночасно вигляд характеристики перетворення на рис. 2,б ; а першим в запису вказується термоелектрод з надлишком електронів і який, після їхнього переміщення до другого електроду
термопари, має позитивний заряд):
Хромель – копелеві. Хромель - сплав хрому та нікелю (810 % Сr, а залишок - Ni). Копель – сплав міді (Cu є основа – 56%) та Ni (43%) + Mn (0,5% - марганцю). Позначення: термопари - ТХК , а характеристики градуювання - ХК
або Е (міжнародне). Діапазон вимірювання: від -200С до +600С.
ТХК розвивають найбільшу ТЕРС – 7мВ на кожні 100С.
Хромель – алюмелеві. Алюмель – сплав нікелю (основа 94% ) та алюмінію 6% (з незначними домішки марганцю та кремнію). Відповідно позначення: ТХА, ХА(К). Діапазон вимірювання: від –50С до +1000С. Розвивають ТЕРС від –1,86 мВ до 41,32 мВ.
вольфрамреній (5% - Re) – вольфрамренієві ( 26% - Re ). Позначення термопари та характеристики градуювання: ТВР (С), ВР –5/20. Діапазон вимірювання: від 0С до +2300С.
Платинородій (склад: 10% родію та 90% платини) – платинові. Позначення термопари ТПП, а її характеристики градуювання ПП (S – міжнародне). Діапазон вимірювання: від –20С до +1600С. Розділяються на еталонні, зразкові робочі. Надійно працюють в нейтральному та окислюваному середовищі. На платину шкідливо діють пари металів та вуглецю. Є кращими за комплексною оцінкою до 1600С. Виготовляються із проводу діаметром 0,5...1мм. Розвивають ТЕРС від – 0,1мВ до 13,13мВ.
Платинородій (30% родію) – платинородієві (6% родію). Позначення:
ТПР, а характеристики градуювання ПР(В). Діапазон вимірювання в межах: 600С – 1800С. Не потребують введення поправки на температуру холодних
спаїв, так як при t=20С мають мале значення ТЕРС 0,002мВ.
Залізо-констатанові. Констатан - сплав Cu та Ni. Позначення термопари
та градуювальної характеристики J. Діапазон вимірювання: –210С
+1200С. Абсолютна похибка вимірювання складає не більше 2,2С.
Мідь-констатанові. Позначення термопари та характеристики градуювання Т. Діапазон вимірювання: –270С +400С. Абсолютна
похибка вимірювання складає не більше t = 1С.
При відхиленні температури холодного спаю від 0С в сторону збільшення,
наприклад, до певного значення t0, ТЕРС, що розвиває термопарa, зменшується із-за збільшення температури холодного спаю (вільних кінців) до t0 на значення E(t0,0). Таким чином, якщо температура вільних кінців t0 0 (рис. 2,а), то для
отримання значення ТЕРС Е(tx,0), що відповідає характеристиці градуювання, необхідно до Е(tx,t0), тобто, ТЕРС, що розвиває термопара при температурі холодного спаю t0, додати значення ТЕРС E(t0,0), яке розвиває термопара при значенні температури гарячого спаю t0 та значенні температури холодного спаю 0С :
E(tx,0) = E(tx,t0) + E(t0,0). (1)
В простих випадках використовується, так зване, пряме ввімкнення
термопари, коли в комплекті з термопарою (в якості вторинного приладу, що вимірює ТЕРС) використовується мілівольтметр (електро-вимірювальний прилад магнітоелектричної системи), шкала якого градуююється при температурі холодного спаю, як правило, що дорівнює 0С. Якщо в умовах використання ця температура інша, то в покази приладу необхідно вводити поправки (проводити інтерполяцію), тому що в іншому випадку такі вимірювання будуть супроводжуватися великими похибками. Різні термопари розвивають різні ТЕРС при однакових температурах як гарячого спаю, так і
холодного.
Існують декілька способів компенсації зміни температури холодного спаю темопари і усунення похибок, що пов’язані з цим.
Один із способів є розрахунковий і його формула в загальному має вигляд:
tіст = tпр + kтр (t0х-t0г), (2)
де tіст - істинна температура; tпр - температура, яку показує приклад; kтр -
коефіцієнт інтерполяції, який залежить від типу термопари та інтервалу вимірювальної температури; t0х та t0г - відповідно температура холодного спаю термопари в реальних умовах вимірювання та при її градуюванні.
Ефективним методом усунення похибки від впливу зміни температури холодного спаю є використання компенсаційних термоелектродних подовжувальних (рис.1,г поз. 10 та 12) дротів, які входять в комплект термопари і слугують для відведення холодного спаю на певну відстань, де можливе його розташування в зоні відносно постійної температури. Такі з’єднувальні дроти повинні бути термоелектрично подібні термоелектродам термопари і виробляються в більшості із тих же металів, що і електроди.
Для платинородій - платинових (ТПП) термопар в якості продовжуваних дротів використовується більш дешева, наприклад, пара мідь та сплав міді і нікелю (99,4% Сu + 0,6% Ni), яка при температурі 100С розвиває ТЕРС, яка дорівнює ТЕРС ТПП. Для термопар типу ТВР використовують пару мідь і сплав із міді (98,2%) та нікелю (1,8%). Для правильного вимірювання обов’язково повинна виконуватись умова рівності температур в точках
Рис.3. з’єднання поз.11та 13 (рис. 1,б), що
забезпечується їх розташуванням одна біля одної.
Одним із найбільш ефективних, є метод використання мостових схем для введення поправок на нестабільність температури холодного спаю при зміні температури навколишнього середовища (рис.3). Термопару і вимірювальний (вторинний) прилад ВП вмикають послідовно з вимірювальною діагоналлю мостової схеми з опорами R1, R2, R3 та R4t, яка живиться від джерела струму U0. В якості вторинного приладу використовується мілівольтметр магніто-електричної системи. Опори R1, R2 і R3 виготовляють із матеріалу з малим значенням температурного коефіцієнту опору (манганіту); а R4t із міді або нікелю. Схема мосту розташовується в безпосередній близькості від холодного спаю термопари.
При початковій температурі холодного спаю t0 міст балансується за допо-
могою одного із стабільних опорів, наприклад, R3. В процесі роботи, якщо температура холодного спаю підвищується, то зменшиться ТЕРС термопари із-за зменшення різниці температури між спаями, але в той же час збільшується опір R4t (мідного опору), що приводить до розбалансування мосту і збільшенні напруги у вимірювальній діагоналі Uсd, яке компенсує зменшення ТЕРС термопари. Точність компенсації за допомогою такої схеми оцінюється значенням порядку 0,04 мВ на 10С зміни температури t0 холодного спаю. За такою схемою випускаються мілівольтметри типів Щ4500, Щ4540 з однопозиційним регулюванням, та Щ4516 з аналоговими законами регулювання. Класи точності від 0,5 до 2,5. Вони призначені вимірювання відносно високих температур в об’єкті в комплекті з термоелектричними перетворювачами відповідного градуювання: ХК; ХА; ПП; ТВР тощо. Градуювання обов’язково вказуються на шкалах мілівольтметрів і головках термопар, оcкільки ТЕРС термопар різні.