Порядок проведения работы и обработка полученных результатов

Для определения коэффициента передачи дифференциально-трансформаторной системы необходимо снять ее статическую характеристику I_вых = f(Р), т.е. зависимость тока на выходе нормирующего преобразователя от давления в кг / см², подаваемого на датчик МЭД прессом. Статическая характеристика позволяет определить крутизну характеристики датчика и преобразователя совместно, для которой входной величиной является давление от 0 до 20 кг / см², а выходной величиной является ток I = 0...5 мА. По результатам статической характеристики можно найти величину коэффициента передачи системы как отношения, имеющего размерность (мА / кг/ см²).

(10.1)

Для снятия статической характеристики необходимо заполнить таблицу замеров.

Таблица 10 Измерения и расчеты

№ пп	Значение входной величины Р, кг / см2	Значение выходной величины I, мА	Крутизна характеристики (коэффициент передачи) К, мА / кг / см2
	0
	5
	10
	15
	20

Создавайте прессом избыточное давление только до заданных значений входной величины Р кг / см², указанных в таблице, и при этом записывайте соответствующие значения выходной величины тока I, мА, в графу той же таблицы. По полученным данным постройте график зависимости I = f(P), по которому определите крутизну характеристики, т. е. коэффициент передачи К.

Оформление отчета

Отчет должен содержать:

1 цель работы;

2 краткий порядок проведения измерений;

3 таблицу измерений и расчетов (таблица 10.1);

4 график статической характеристики;

5 выводы.

Лабораторная работа № 11 определение динамических свойств датчиков температуры Общие сведения

Основными датчиками температуры, работающими в комплекте с современными контрольно-измерительными и регулирующими приборами, в большинстве случаев являются термопары.

К числу достоинств термоэлектрических термометров следует отнести достаточно высокую степень точности, широкий диапазон измеряемых температур, возможность осуществления дистанционной передачи информации, автоматической записи показаний и использования в автоматических системах регулирования. Они отличаются высокой чувствительностью и незначительной инерционностью.

Обеспечение наиболее высокого качества контроля и регулирования температур достигается в том случае, если термопара обладает хорошими статическими и динамическими характеристиками.

Статическая характеристика термопары представляет собой зависимость термо - э.д.с. от температуры горячего спая при температуре холодного спая постоянной или равной О ^оС (рисунок 11.1). Для большинства промышленных термопар эти характеристики фактически линейны.

Статические свойства термопар (рисунок 11.1) зависят от крутизны характеристики .

Чем круче характеристика термопары, тем выше ее чувствительность к изменению температуры.

Чем больше крутизна статической характеристики, тем больше э.д.с. термопары при таком же диапазоне изменения температуры.

Из термопар, приведенных на рисунке 11.1, наиболее чувствительной будет хромель-копелевая термопара.

Статические свойства термопар зависят от материала термоэлектродов.

С точки зрения исследования динамических свойств элементов регулирования, в том числе и термопар, очень важно различать их по характеру переходных процессов, а не по конструктивному выполнению.

Составим дифференциальное уравнение термопары.

Регулируемой величиной ее является температура корпуса θ, от которой изменяется по линейному закону термо - э.д.с.

Е =   (11.1)

Пусть внутренняя температура помещения _вн. Поместим термопару из среды с температурой помещения _вн в сосуд с кипящей водой _к.

Количество тепла, которое отдает кипящая вода термопаре, будет равно

 F(_к - ) dt, (11.2)

где  - коэффициент теплопередачи; F – площадь поверхности корпуса термопары.

За время dt термопара нагреется на d ^оС и получит количество тепла

C m d , (11.3)

где C - теплоемкость материала, из которого изготовлен ее корпус;

m - масса материала.

Пренебрегая потерями энергии в окружающую среду, можем записать

C m d. =  F(_к - ) dt (11.4)

или

+ θ = θ_к, (11.5)

Тогда, с учетом  = E / γ, получаем

+ Е = γ θ_к (11.6)

Затем можем записать дифференциальное уравнение термопары в общем виде

(11.7)

Здесь Т = [с], К = γ [мВ / °С]

Кривая разгона для данных термопар, как апериодического звена, может быть построена по уравнению, которое является решением дифференциального уравнения (11.7)

Е(t)_вых = (_к - _вн)к ( ), (11.8)

где к - коэффициент передачи.

Т - постоянная времени, которая представляет собой время, через которое э.д.с. термопары достигла бы установившегося значения, если бы ее изменение протекало с постоянной скоростью, равной скорости изменения в начальный момент времени. Это есть проекция на ось времени касательной к кривой из начала координат до пересечения с касательной к кривой при установившемся значении теплового равновесия.

Рисунок 11.1 – Статические и динамические характеристики термопары

Процесс нагревания или охлаждения термопары можно разделить на три стадии (рисунок 11.1):

1 дорегулярный режим (начальный участок), при котором еще не произошло выравнивание температуры между корпусом и термоэлектродом за счет теплоизолирующих свойств материала, находящегося между ними (воздух, изолятор и т.д.).

2 регулярный режим, при котором тепло- и электроизоляционные материалы беспрепятственно передают все тепло от корпуса к электроду. С этого момента начинает быстро расти по времени ЭДС термопары.

3 режим теплового равновесия наступает через некоторое время, когда подведенное тепло dQ становится равным потерям тепла на излучение α_излF( - _вн).

Чтобы избежать погрешностей при измерении температуры горячих сред с помощью термопар, э.д.с. должна находиться глубоко в зоне теплового равновесия.

Поэтому постоянная времени Т является основной величиной, характеризующей динамические свойства термопар, определяя их инерционность.

По величине инерционности термопары подразделяются на малоинерционные  до 5 с; средней инерционности  до 60 с и большой инерционности  180 с.

Для термопар со значением показателя тепловой инерции более 180 с инерционность не нормируется.

В государственных стандартах на технические термопары оценка инерционности производится по времени, в течение которого э.д.с. термопары, перенесенной из воды с комнатной температурой в кипящую воду, не доходит до значения соответствующего 100 ºС, на 10 % от полного интервала измерения температуры воды, т.е. примерно на 8 ºС.

Динамические свойства термопары зависят от конструктивного оформления (массы корпуса, применяемых тепло- и электроизоляционных материалов и т.д.).

Термопары хромель-алюмель (далее ХА) и хромель – копель (далее ХК) являются апериодическими звеньями, передаточные функции и кривые разгона которых приведены на рисунке 11.2. Термопара ХК имеет запаздывание, равное времени прогрева теплоизоляции,  - постоянная запаздывания. Таким образом, данная термопара представляет собой два последовательно соединенных звена  апериодическое и запаздывающее.

Рисунок 11.2 Определение динамических свойств датчиков температуры

Схема лабораторной установки

Лабораторная установка (рисунок 11.3) для снятия кривых разгона исследуемых термопар состоит из: термопары – 1; сосуда с кипящей водой – 2; электронагревателя – 3 и цифрового вольтметра – 4.

Рисунок 11.3 Схема лабораторной установки