Уфимский государственный нефтяной технический университет

Кафедра автоматизации химико-технологических процессов

Учебно-методическое пособие

к лабораторной работе

«Поверка автоматического потенциометра и моста»

Уфа 2003

Учебно-методическое пособие предназначено для изучения принципа действия конструкций и ознакомления с методикой поверки автоматического потенциометра и моста по теме «Методы и принципы измерения температуры».

Пособие содержит краткие теоретические сведения, описания методики поверки, задание на работу и порядок обработки результатов эксперимента.

Составители: Динкель В.Г., доцент, канд. техн. наук

Кирюшин О.В., доцент, канд. техн. наук

Рецензент Кабанова Л.К., ст. преподаватель

 Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2003

1. Цель работы

1

Цель работы - ознакомиться с принципом действия и устройством автоматического электронного потенциометра и моста, характеристиками термопар и термометров сопротивления, а также освоить методику их поверки.

2. Порядок выполнения лабораторных работ

2.1. Поверка автоматического потенциометра

Поверку автоматических потенциометров проводят по стандартам [2] и ГОСТ 7164-71.

В данной работе поверка предусматривает выполнение следующих операций:

1) определение основной абсолютной и приведенной погрешностей,

2) определение вариации показаний прибора,

3) определение распределение погрешности вдоль шкалы прибора.

Для поверки потенциометра необходимы переносной образцовый потенциометр класса 0,05 (например, ПП-63) и термометр с ценой деления 0,01 С.

Для поверки собирают установку, показанную на рис. 1.

Рис. 1. Схема установки поверки потенциометра

Поверка производится в следующем порядке:

1. Подготовить образцовый потенциометр к работе.

Подготовка начинается с поверки механического нуля гальванометра 1 при выключенном питании (см. рис. 2). Если стрелка гальванометра 1 не стоит на нуле, то вращением корректора 2 установить ее в нулевое положение.

Затем произвести установку рабочего тока, для чего переключатель В5 установить в положение «К» и вращением рукояток 3 (грубо) и 4 (точно) добиться установки стрелки гальванометра в нулевое положение, после чего тумблер В5 перевести в положение «И». При установке рабочего тока и измерении напряжения гальванометр включается в работу с помощью кнопок «грубо» и «точно».

Вначале рабочий ток устанавливается при нажатии кнопки «грубо», а затем «точно». Если стрелка гальванометра не устанавливается на нуль, то необходимо сменить источники питания прибора.

При пользовании переносным потенциометром тумблеры «НЭ», «Г», «БП», «Б» стоят в положении «В», если к соответствующим зажимам не подключаются перечисленные элементы.

2

При поверке потенциометра переключатель В1 стоит в положении «О», а В2 – в положении «Поверка». Штекер В7 обеспечивает умножение соответствующего предела, который указывает В2 на 0,5, 1 и 2.

3

Предел измерения устанавливается с помощью В2 и В7 исходя из предела поверяемого прибора.

2. Определить температуру окружающей среды (температура может быть определена с помощью поверяемого прибора путем закорачивания его входов) и определить по градуировочной таблице, соответствующей градуировке шкалы поверяемого прибора, величину поправки е. Полученный результат е занести в протокол (см. прил. 3).

При поверке прибора образцовым потенциометром эту вносимую поправку следует учитывать, вычитая ее значение из градуировочного, найденного по таблице.

3. На зажимы поверяемого прибора подать с помощью рукоятки 5 напряжение, соответствующее термоЭДС термопары (ТП) в начале шкалы. Если стрелка зашкаливает, то необходимо тумблером В10 изменить полярность напряжения.

4. Изменяя рукоятками 5 напряжение, подаваемое на вход поверяемого потенциометра, установить его стрелку на первую оцифрованную отметку шкалы (сначала верхней рукояткой 5 установить грубое значение напряжения, затем нижней – более точное).

5. Нажать на кнопку «грубо» и движком секционированного сопротивления В9 добиться установки стрелки гальванометра на нулевую отметку шкалы.

6. Нажать на кнопку «точно» и движком реохорда В11 добиться установки стрелки гальванометра на нулевую отметку шкалы.

7. Произвести отсчет и запись показаний образцового потенциометра (по шкалам, расположенным под движками сопротивлений В9 и В11) в протокол поверки (см. прил. 3).

8. Увеличить рукоятками 5 подаваемое напряжение так, чтобы стрелка поверяемого прибора точно совпала со следующим оцифрованным делением его шкалы.

9. Повторять пункты 5 – 8 до тех пор, пока не будет произведена поверка всех оцифрованных делений шкалы поверяемого потенциометра. После этого аналогично производится поверка тех же делений при обратном ходе, т.е. при движении стрелки справа налево.

2.2. Поверка автоматического моста

Основное назначение автоматического моста – измерение подключаемых к нему сопротивлений. Если к мосту подключен термопреобразователь сопротивления (т.е. резистор, предназначенный для измерения температуры), то с помощью данной схемы можно измерять температуру. Для удобства отсчета температур шкалы мостов в этом случае градуируются в градусах Цельсия в соответствии с градуировками подключенных сопротивлений.

4

При поверке моста роль термопреобразователя сопротивления играет образцовый магазин сопротивлений, допустимая основная погрешность которого не должна превышать 1/5 допустимой основной погрешности поверяемого прибора. Поверка автоматического моста включает те же три операции, что и для потенциометра (см. 2.1.).

Поверка осуществляется по схеме, изображенной на рис. 3, где МС – магазин сопротивлений. Автоматические мосты градуируются при сопротивлении линии связи 2,50,01 Ом. Если сопротивления линии связи R_{Л1_}и R_Л2 меньше 2,50,01 Ом, то добавляются уравнительные катушки R_у1 и R_у2.

Рис. 3. Схема установки поверки моста.

При поверке моста определяются погрешности и вариация для всех оцифрованных отметок шкалы. Последовательности проведения поверки:

1. С помощью МС устанавливают стрелку моста на крайнюю левую оцифрованную отметку шкалы поверяемого прибора (начало шкалы прибора).

2. Записать в протокол поверки (см. прил. 4) градуировочное значение сопротивления (определяется по градуировочной таблице) для данной отметки и полученное на МС сопротивление.

3. Увеличить сопротивление МС так, чтобы стрелка поверяемого прибора совпала со следующим оцифрованным делением шкалы.

4. Повторить пункты 2 и 3 для каждого деления шкалы при прямом (движение стрелки слева направо) и обратном (движение стрелки справа налево) ходе.

Поверку моста при обратном ходе производят, устанавливая сопротивление на МС, превышающее сопротивление термометра для поверяемой отметки по градуировочной таблице R_Г на 1 – 5 Ом, а затем плавно подводят стрелку к поверяемой отметке справа.

Значение сопротивления, соответствующее сопротивлению термометра в поверяемых точках прибора, берется из градуировочной таблицы, соответствующей градуировке термометра сопротивления (см. прил. 2).

Расчет погрешностей и вариации производится по формулам. Все результаты поверки и расчета заносятся в протокол поверки (см. прил. 4).

2.3. Оформление отчета

Отчет оформляется в соответствии с требованиями ЕСКД на белой бумаге формата А4. На титульном листе указываются названия министерства, вуза, кафедры, работы, фамилии студента (студентов) с подписью, преподавателя.

Отчет должен содержать следующие материалы:

1) Цель работы;

2

5

) схему лабораторной установки с краткими пояснениями;

3) принципиальную электрическую схему поверяемого прибора с пояснениями;

4) протокол поверки;

5) графики распределения абсолютных погрешностей вдоль шкалы прибора, на графике пунктирной линией должен быть нанесен предельный интервал погрешностей, соответствующий классу точности прибора;

6) вывод о пригодности поверяемого прибора (приборов) к эксплуатации (пригодность прибора определяется путем сравнения вычисленной максимальной приведенной погрешности с классом точности прибора, который указан на шкале: погрешность годного прибора не должна быть больше класса точности).

3. Теоретическая часть

3.1. Термопары и их характеристики

В основу создания термопары положен термо-электрический эффект Зеебека. Он заключается том, что в замкнутой цепи, состоящей из двух различных проводников, спаи которых находятся при различных температурах, возникает электрический ток (см. рис. 4). Как правило, измерению подвергается не значение тока, а разность потенциалов (термоЭДС) между разомкнутыми холодными концами проводников:

Е

(1)

_АВ(t, t₀) = e(t) – e(t₀).

Из уравнения (1) следует, что термоЭДС, появляющаяся в цепи из двух разнородных проводников, места спаев которых имеют различные температуры, равна разности результирующих ЭДС. Эта суммарная термоЭДС для данной пары проводников зависит только от значений температур t и t₀ и не зависит от длины и диаметра термоэлектродов, а также от их удельных термосопротивлений.

Если температуру свободных концов t₀ поддерживать постоянной, то термоЭДС термопары является однозначной функцией от t.

В настоящее время нет приемлемой теории, способной предсказать зависимость Е_АВ = f(t) в явном виде, что затрудняет градуировку ТП.

На практике обычно используют стандартные градуировочные таблицы (см. прил. 1).

К термопарам предъявляются следующие основные требования:

- стабильность временных и температурных термоэлектрических характеристик, обеспечивающих точность и надежность результатов измерения и исключающих необходимость частых переградуировок;

- воспроизводимость термоэлектрической характеристики, обеспечивающей стандартизацию ее градуировочной характеристики и, следовательно, являющейся обязательным условием взаимозаменяемости ТП;

-

6

чувствительность, которая характеризуется значением отношения E_x/t; чем больше указанное отношение, тем менее чувствительные и более надежные в эксплуатационных условиях вторичные приборы можно использовать для работы в комплексе с ТП.

На рис.5 и в табл. 1 представлены характеристики ТП по ГОСТ 6616-74.

Рис. 5. Градуировочные зависимости термопар

Таблица 1

Материалы электродов	Обозн. градуи- ровки	Пределы измерения, С	Чувствитель-ность, мВ/С
Хромель-копель Хромель-алюмель Платинородий-платина Платинородий-платинородий Вольфрам-рений	ХК ХА ПП ПР30/6 ВР5/20	-50…600 -50…1000 -20…1300 300…1600 0…1800	 0,069  0,041  0,006 0,006…0,009 0,004…0,008

Таблица 2

Материалы, используемые для изготовления термопар

Название	Состав	ТЭДС, мВ (при t0 = 0 C и t1 = 100 C)	Максимальный темпер. предел, C
Хромель	10% Cr + 90 % Ni	+2,95	1000
Платинородий	90 % Pt + 10 % Rh	+0,86	1300
Медь	Cu	+0,76	350
Платина	Pt	0	1300
Алюмель	95 % Ni + 5 % Al	-1,2	1000
Копель	56 % Cu + 44 % Ni	-4	600
Константан	60 % Cu + 40 % Ni	-3,4	600