50523

ДОСЛІДЖЕННЯ ПРИНЦИПІВ РОБОТИ ВИМІРЮВАЛЬНИХ КАНАЛІВ ТЕМПЕРАТУРИ НА БАЗІ МІКРОПРОЦЕСОРНОГО ВИМІРЮВАЧА-РЕГУЛЯТОРА ТРМ1

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Ознайомлення з методами вимірювання температури. КОРОТКІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ Методи вимірювання температури і температурні шкали Виміряти температуру якогонебудь тіла безпосередньо тобто так як вимірюють інші фізичні величини наприклад довжину масу обєм або час не представляється можливим тому що в природі не існує еталона або зразка одиниці цієї величини. Тому визначення температури речовини роблять за допомогою спостереження за зміною фізичних властивостей іншої так званої термометричної речовини яка при зіткненні з нагрітим...

Украинкский

2014-01-25

869.5 KB

15 чел.

PAGE  2

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Вінницький національний технічний університет

Інститут автоматики, електроніки та комп’ютерних систем управління

Кафедра метрології та промислової автоматики

Лабораторна робота

ДОСЛІДЖЕННЯ ПРИНЦИПІВ РОБОТИ ВИМІРЮВАЛЬНИХ КАНАЛІВ  ТЕМПЕРАТУРИ НА БАЗІ

МІКРОПРОЦЕСОРНОГО ВИМІРЮВАЧА-РЕГУЛЯТОРА ТРМ1

з дисципліни “Засоби вимірювання неелектричних величин”

Вінниця, ВНТУ 2011

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА

ДОСЛІДЖЕННЯ ПРИНЦИПІВ РОБОТИ ВИМІРЮВАЛЬНИХ КАНАЛІВ

 ТЕМПЕРАТУРИ НА БАЗІ МІКРОПРОЦЕСОРНОГО ВИМІРЮВАЧА-РЕГУЛЯТОРА ТРМ1  

Мета роботи: 

1. Ознайомлення з будовою і роботою мікропроцесорного вимірювача-регулятора ТРМ1 для вимірювання та управління температурою об’єкта.

2. Ознайомлення з методами вимірювання температури.

3. Набуття навиків роботи з первинними вимірювальними перетворювачами: термопарою і термоперетворювачем опору.

4. Виконання статистичної обробки результатів вимірювання.

1 КОРОТКІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

  1.  Методи вимірювання температури і температурні шкали

Виміряти температуру якого-небудь тіла безпосередньо, тобто так, як вимірюють інші фізичні величини, наприклад довжину, масу, об'єм або час, не представляється можливим, тому що в природі не існує еталона або зразка одиниці цієї величини. Тому визначення температури речовини роблять за допомогою спостереження за зміною фізичних властивостей іншої, так званої термометричної речовини, яка при зіткненні з нагрітим тілом, вступає з ним через якийсь час у теплову рівновагу. Такий метод вимірювання дає не абсолютне значення температури нагрітого середовища, а лише різницю щодо вихідної температури робочої речовини, умовно прийнятої за нуль.

Зміна агрегатного стану хімічно чистої речовини (плавлення або затвердіння, кипіння або конденсація), як відомо, протікає при постійній температурі, значення якої визначається складом речовини, характером її агрегатної зміни і тиском. Значення цих відтворених температур рівноваги між твердою і рідкою або рідкою і газоподібною фазами різних речовин при нормальному атмосферному тиску, рівному 101325 Па (760 мм рт. ст.), називаються реперними точками.

Якщо прийняти як основу інтервал температур між реперними точками плавлення льоду і кипіння води, позначивши їх відповідно 0 і 100, і у межах цих температур виміряти об'ємне розширення якої-небудь робочої речовини, наприклад ртуті, що перебуває у вузькій циліндричній скляній посудині, і розділити на 100 рівних частин зміну висоти її стовпа, то в результаті буде побудована так звана температурна шкала. Поділки температурної шкали називаються градусами.

При побудові зазначеної температурної шкали була довільно прийнята пропорційна залежність об'ємного розширення ртуті від температури, що, однак, не відповідає дійсності, особливо при температурах вище 100 градусів. Тому за допомогою такої шкали можна точно виміряти температуру тільки у двох вихідних точках 0 і 100 градусів, тоді як результати вимірювання у всьому іншому діапазоні шкали будуть неточні. Те ж явище спостерігалося б і при побудові температурної шкали з використанням інших фізичних властивостей робочої речовини, таких, як зміна електричного опору провідника, збудження термоелектрорушійної сили і т.п.

Користуючись другим законом термодинаміки, англійський фізик Кельвін в 1848 р. запропонував дуже точну і рівномірну, що не залежить від властивостей робочої речовини шкалу, яка отримала назву термодинамічної температурної шкали (шкали Кельвіна). Остання заснована на рівнянні термодинаміки для оборотного процесу (циклу Карно). Термодинамічна температурна шкала починається з абсолютного нуля і у цей час є основною в Міжнародній практиці.

На Генеральній конференції по мірах і вагам Міжнародний комітет мір і ваг прийняв нову практичну температурну шкалу 1968 р. (шкалу Цельсія), градуси якої позначаються знаком °С (градус Цельсія).

Градус Цельсія названий на честь шведського вченого Андерса Цельсія, який запропонував в 1742 нову шкалу для вимірювання температури. За нуль за шкалою Цельсія приймалася точка плавлення льоду, а за 100 градусів — точка кипіння води при стандартному атмосферному тиску. (Початково Цельсій за 100° взяв температуру танення льоду, а за 0° — температуру кипіння води. І лише згодом його співвітчизник М. Штремер «перевернув» цю шкалу). Ця шкала є лінійною в інтервалі 0—100° і лінійно продовжується в області нижче 0° та вище 100°.

Початкове визначення градуса Цельсія залежало від значення стандартного атмосферного тиску (температура кипіння води, як і температура плавлення льоду, залежить від тиску). Це не дуже зручно для стандартизації одиниці вимірювання. Тому після прийняття Кельвіна основною одиницею вимірювання температури визначення градуса Цельсія було переглянуте.

За сучасним означенням, величина градуса Цельсія дорівнює одному Кельвіну, а нуль шкали Цельсія встановлений таким чином, що температура потрійної точки води становить 0,01 °C. В результаті шкали Цельсія та Кельвіна зсунуті на 273,15:

°C = K − 273,15

(Тобто, для переведення градусів Цельсія в Кельвіна потрібно до кількості градусів за Цельсієм додати 273,15. Отримана сума і буде температурою за Кельвіном).

Температуру за шкалою Цельсія заведено позначати малою латинською літерою t, а абсолютну температуру — великою латинською літерою T.

Крім цих шкал у закордонній довідковій і технічній літературі зустрічаються ще шкали Ранкіна, Реомюра і Фаренгейта. Для переведення температур, виражених по шкалах Ранкіна (), Реомюра () і Фаренгейта (), у температуру по шкалі Цельсія застосовують співвідношення:

                                  .                                (1)

Існуючі методи вимірювання температури можна поділити на контактні та безконтактні. При контактному методі чутливий елемент вимірювача температури знаходиться безпосередньо в середовищі, температура якого вимірюється. Безконтактний метод грунтується на властивості тіл, що мають температуру більше абсолютного нуля, випромінювати теплове випромінювання, за енергією якого визначається температура досліджуваного тіла.

1.2 Класифікація приладів для вимірювання температури

Прилади для вимірювання температури розділяються залежно від використовуваних ними фізичних властивостей речовин на наступні групи з діапазоном показань:

Термометри розширення (-190…+650°C) засновані на властивості тіл змінювати під дією температури свій об'єм.

Манометричні термометри (-160…+600°C) працюють за принципом зміни тиску рідини, газу або пари з рідиною в замкнутому об'ємі при нагріванні або охолодженні цих речовин.

Термометри опору (-200…+650°C) засновані на властивості металевих провідників змінювати залежно від нагрівання їхній електричний опір.

Термоелектричні термометри (-50…+1800°C) побудовані на властивості різнорідних металів і сплавів утворювати в парі (спаї) термоелектрорушійну силу, що залежить від температури спаю.

Пірометри (-30…+6000°C) працюють за принципом вимірювання випромі-нюваної нагрітими тілами енергії, що залежить від температури цих тіл.

1.2.1 Термометри розширення. Фізична властивість тіл змінювати свій об'єм залежно від нагрівання широко використовується для вимірювання температури. На цьому принципі заснований пристрій рідинних скляних і дилатометричних термометрів, які з'явилися дуже давно і послужили для створення перших температурних шкал.

В рідинних термометрах, побудованих на принципі теплового розширення рідини в скляному резервуарі, як робочі речовини використовуються ртуть і органічні рідини -- етиловий спирт, толуол і ін. Найбільш широке застосування одержали ртутні термометри, що мають у порівнянні з термометрами, заповненими органічними рідинами, істотні переваги: великий діапазон вимірювання температури, при якому ртуть залишається рідкою, незмочення скла ртуттю, можливість заповнення термометра хімічно чистою ртуттю через легкість її одержання та ін. При нормальному атмосферному тиску ртуть перебуває в рідкому стані при температурах від -39 (точка замерзання) до 357°С (точка кипіння).

Основна похибка ртутних термометрів залежить від діапазону показань і ціни поділу шкали, зі збільшенням яких вона зростає.

Недоліками ртутних термометрів є їхня крихкість, неможливість дистанційної передачі і автоматичного запису показань, більша інерційність і труднощі відліку через нечіткість шкали і поганої видимості ртуті в капілярі. Все це значною мірою обмежує їхнє застосування, залишаючи за ними головним чином область місцевого контролю і лабораторні вимірювання.

До дилатометричних термометрів відносяться стрижневі і пластинчастий (біметалічний) термометри, дія яких засноване на відносному подовженні під впливом температури двох твердих тіл, що мають різні температурні коефіцієнти лінійного розширення.

Дилатометричні термометри не одержали поширення як самостійні прилади, а використовуються головним чином як чутливі елементи в сигналізаторах температури.

1.2.2 Дія манометричних термометрів заснована на залежності тиску рідини, газу або пари з рідиною в замкнутому об'ємі (термосистемі) від температури. Зазначені термометри є промисловими, що показують і самописними приладами, призначеними для вимірювання температури в діапазоні до 600°С. Клас точності їх 1-2,5.

Залежно від робочої речовини, яка використовується в термосистемі, манометричні термометри розділяються на газові, рідинні і конденсаційні (мають як робочу речовину органічні рідини з низькою температурою кипіння: хлористий метил, ацетон і фреон). Вибір робочої речовини виконується виходячи із заданого діапазону показань і умов вимірювання.

Газові манометричні термометри призначені для вимірювання температур від – 200°C до 600°C. Як робоче тіло застосовується азот.

Рідинні манометричні термометри призначені для вимірювання температур від -150°C до 300°C. Як робоче тіло, яке заповнює термосистему, застосовують ртуть, пропиловий спирт, метаксилол та інші рідини.

Конденсаційні манометричні термометри призначені для вимірювання температур від -50°C до 300°C. Термобалон термометра приблизно на ¾ заповнений низькокиплячою рідиною (наприклад, пропилен, ацетон), а решта частини заповнена насиченою парою цієї рідини.

Манометричні термометри мають практично лінійну шкалу температур. Відріз-няються простотою пристрою, можливістю дистанційної передачі показань і автоматичного запису. Однією з важливих переваг є можливість їх використання в пожежо- та вибухонебезпечних приміщеннях. До недоліків необхідно віднести складність ремонту при розгерметизації системи, обмежену відстань дистанційної передачі і у багатьох випадках великі розміри термобалона. Газові і рідинні манометричні термометри мають клас точності 1; 1,5 і 2,5, а конденсаційні – 1,5; 2,5 і 4.

1.2.3 Для вимірювання температури широке застосування отримали термометри опору. 

Вимірювання температури термометрами опору відноситься до контактних методів і грунтується на властивості провідників (металів) та напівпровідників змінювати свій електричний опір R в залежності від зміни їхньої температури t. Така властивість металів характеризується температурним коефіцієнтом  опору (ТКО), який визначається як відношення приросту опору провідника, що виготовлений із цього металу, до приросту температури, що привела до його нагрівання і змінила його електричний опір, та опору провідника R

                                              = .                                                         (2)

Для провідників (металів) - ТКО додатній і їхній опір зростає із зростанням температури, а перетворювачі, які виготовлені із металевого дроту називають (в загальному) терморезисторами.  У напівпровідників навпаки – ТКО від’ємний і їхній опір електричному струму спадає із ростом температури, а перетворювачі, що виготовлені із напівпровідникових матеріалів, називають термісторами.

Матеріали, які використовуються для виготовлення термометрів опору, повинні мати максимальний і постійний ТКО, лінійну залежність опору від температури, мати відтворюваність властивостей і інертність до впливів навколишнього середовища. Для виготовлення термометрів опору використовують мідь, нікель, платину, вольфрам, що мають позитивний температурний коефіцієнт. Термометри опору відносяться до одних із найбільш точних перетворювачів температури. Похибка виміру температури за допомогою ТО може складати 0,001°С. Для виготовлення напівпровідникових термоопорів (термісторів) застосовують окисли металів (Mn2O3, Cu2O3, Fe2O3 і ін.), що пресуються і спікаються при високій температурі. Вони мають малі розміри і великі значення ТКО.

В більшості провідникових і напівпровідникових тіл залежність активного опору R від температури можна узагальнити формулою:

                                                      R = C · ekT,                                                                 (3)

    

 де С та k – коефіцієнти, значення яких залежить від матеріалу, з якого виготовлений терморезистор;

 крім цього, С залежить від геометричних розмірів терморезистора, а коефіцієнт k для напівпровідників - залежить і від температури;

 е – основа натуральних логарифмів;

 Т – абсолютна температура, К (Кельвін).

На практиці, як правило, температуру вимірюють за шкалою  Цельсія і, використовуючи співвідношення: T(К)= t(°C) + 273.15, приведена залежність (3) активного опору від температури t(°C)   приймає вигляд:

                               R = C · ek(273.15 + t) = C · e273.15k ·ekt.                                             (4)

Значення виразу:  C · e273.15k = R0 – приймається за початковий опір тіла при температурі  0С  і відповідно:                

                                            R = R0 ·ekt.                                                                 (5)

Так як для провідникових термометрів коефіцієнт k не залежить від температури, то формулу (5) можна переписати в іншому вигляді, розклавши її в ряд Маклорена в залежності від температури:

                 R = R0 ekt = f(0) +  f(0)  +  f(0)  +  f(0) +…=

      = R0(1+ t + t + t+…) = R0(1+ t + t + t+…),                      (6)

де f(0) та  f(0), f(0), f(0),….значення функції (6) в нулі та її частинні похідні.

В первинному вимірювальному перетворювачі температури може використовуватись будь-який терморезистор або термістор, але в якості засобів вимірювання температури, тобто, засобів з нормованими метрологічними характеристиками (НМХ), використовують термометри опору (ТО). ТО це терморезистори з НМХ, які виготовлені із чистих металів (міді, платини, нікелю, вольфраму або заліза) і які відповідають наступним вимогам:

- мають достатньо великий і незмінний в часі ТКО, який прийнято визначати для ТО в інтервалі температур від 0 до 100 С по залежності:      

           = ,  [ для більшості чистих металів 4*10()]     (7)

де  та  - опір ТО при 0 та при 100С, Ом;

- мають монотонну без гістерезису характеристику перетворення  = ;

- мають високий питомий електричний опір, а метал ТО не вступає до взаємодії з вимірюваним середовищем.

Найбільше поширені провідникові ТО, які виготовляють із мідного дроту (використовуються для вимірювання температури від –50 до 180С) або із платинового – для температур від -260 до 650С.

    ТО мають при виготовленні нормоване (стандартизоване) значення R0 при 0С і зображуються як ТСМ для мідного дроту та ТСП – для платинового. ТО являє собою дріт певної довжини і  діаметром 0,07мм, який намотаний на стержень із ізоляційного матеріалу (наприклад, слюди) і який є чутливим елементом. Чутливий елемент ТО розміщують в корпус (кожух) із нержавіючої сталі, який має різьбове зєднання для його кріплення до металевих стінок технологічного обладнання та головку, в якій розміщують клеми підєднання зовнішніх проводів. Для вимірювання температури в системах вентиляції і в приміщеннях, виготовляють спеціальні ТО, кожух яких перфорується, для швидкого доступу повітря до чутливого елемента.                             

Залежність опору ТО від температури називається градуювальною характеристикою.  Для мідних ТО ця залежність має вигляд із двох членів формули (6):

                                                  Rм = R (1+t),                                                        (8)

де = 4,2610-3 1/С.  

    ТО із міді виготовляються із нормованим значенням опору Rом при 0С на 10, 50, та 100 Ом і їм присвоєні умовні позначення: 10М, 50М, 100М.

Для платинових ТО залежність опору від температури визначається трьома членами формули (6) для температур 0С:

                                         Rn = R0n (1+t+t2),                                                    (9)

де = +3.96810-3 1/С; = -5.84710-7 1/С .

При вимірюванні температур < 0С – градуювальна характеристика ТСП описується виразом із 4-х членів формули (6).

 Платинові ТО теж мають нормовані значення R0n при температурі 0С і, по аналогії з мідними, в залежності від R0n мають позначення: 1П, 5П, 10П, 50П, 100П, 500П.

Всі типи ТО виготовляються як взаємозамінні і для цього їхні типи, основні параметри та розміри регламентуються відповідним стандартом.

Основними параметрами для забезпечення взаємозамінності ТО є допуски на відхилення їхнього опору при температурі 0С (R0) від номінального значення, що відповідає приведеним вище значенням для кожного ряду, та  на коефіцієнт W100, який визначається відношенням: R100/R0, тобто, відношенням опору ТО при температурі 100С до його опору при 0С і який залежить від чистоти дроту, із якого виготовлений ТО.  Наприклад, для ТСМ 50 коефіцієнт W100 = 1.426; для  ТСП 50 – W100 = 1.391; для TCП 100П W100  = 1,385.

Платинові ТО випускаються першого класу (використовуються як зразкові і еталонні, наприклад, допустиме відхилення опору R0n такого ТО від номінального значення не повинно перевищувати 0,05%, а відношення опорів R100/R0 повинно дорівнювати 1,3910,0007) та другого класу (використовуються як технічні), а мідні випускаються тільки 2-го та 3-го класів і використовуються як технічні термометри з абсолютними похибками від 0.3... 0.5С до 1...2 С.

В якості вимірювальних приладів, які використовуються у комплекті з ТО, використовуються зрівноважені і незрівноважені мости, логометри та

сучасні вимірювальні перетворювачі з уніфікованим вихідним сигналом.

Луцьке НВО "Електротермометрія" випускає мідні термометри серії ТСМ (50М), платинові - серії ТСП (50П) різних модифікацій на різні межі вимірювань та різних конструктивних особливостей. Виготовляються мідні та платинові термометри типів ТСМУ-0288(0289) та ТСПУ-0288(0289) з нормувальними перетворювачами з вихідним уніфікованим сигналом по струму 4...20 мА, а також мідні та платинові типів ТСМУ-0388 і ТСПУ–0388 з гальванічною розв’язкою між джерелом живлення та виходом і мають десятирозрядний послідовний інтерфейсний вихід. ТО поставляються з комплектом монтажних частин під трубний та кабельний монтажі. Діаметр захисної гільзи всіх ТО може становити 8 і 10 мм.

НВФ «АГАТ-1» (м. Харків) випускає ТО серії ДТ1 КВАНТ із уніфікованими вихідними сигналами, які випускаються у звичайному чи вибухозахищеному, пило- і водо захищеному та вібростійкому виконаннях і які використовуються також на об’єктах ядерної енергетики. Довжина заглибної в об’єкт частини ТО може становити: 80; 100; 120; 160; 200; 250; 320; 400; 500 і більше мм (обумовлюється замовленням). У разі потреби вітчизняні ТО теж можуть виготовлятись з цифровою індикацією (позначення - ДТЦ1) за місцем (по аналогії з TF2) або з виносним блоком цифрової індикації.

Межі основної допустимої похибки ТО можуть становити 0,25; 0,4; 0,5; 0,6 або 1%. Середнє напрацювання ТО на відмову – до 150 000 год. Кліматичне виконання (по замовленню) дозволяє застосовувати їх за умови зміни температури навколишнього середовища в межах від -40С до +125С.

Перевагою термометрів опору є: висока точність вимірювання (зазвичай біля ±0,1°С), легкість здійснення автоматичного запису і дистанційної передачі показань і можливість приєднання до одного вторинного приладу за допомогою перемикача декількох однотипних термометрів. До недоліків цих приладів відноситься:  потреба в сторонньому джерелі струму, низький діапазон вимірювань (в порівнянні з термопарами), не можуть вимірювати високі температури.

1.2.4 Дія термоелектричних термометрів заснована на властивості металів і сплавів створювати термоелектрорушійну силу (термо-е.р.с), що залежить від температури місця з'єднання (спаю) кінців двох різнорідних провідників (термоелектродів), що утворюють чутливий елемент термометра — термопару. Маючи у своєму розпорядженні закон зміни термо-е.р.с. термометра від температури і визначаючи значення термо-е.р.с. електровимірювальним приладом, можна знайти шукане значення температури в місці вимірювання.

Термоелектричний термометр, що складається із двох спаяних і ізольованих по довжині термоелектродів, захисного чохла і головки із затискачами для підключення сполучної лінії, є первинним вимірювальним перетворювачем. Як вторинні прилади, що працюють із термоелектричними термометрами, застосовуються магнітоелектричні мілівольтметри і потенціометри.

Термоелектричні термометри, що одержали практичне застосування, розділяються по матеріалам термоелектродів на дві групи: з благородних (платина, платинородій) і неблагородних металів або сплавів (хром-алюмель, хромель-копеловий  сплав).     Найбільш  поширеними  термопарами  є  хромель-алюмелієві (-50...+1000С) і хромель-копелеві (-50...+600С). Термометри типів ТПП і ТПР із термоелектродами із благородних металів і сплавів застосовуються головним чином для вимірювання температури вище 1000°С, тому що вони мають велику термостійкість. Незважаючи на відносно малі значення, що розвиває термо-е.р.с. термометри типу ТПП завдяки винятковій сталості термоелектричних властивостей і великому діапазону вимірювання одержали широке поширення головним чином як лабораторні, зразкові і еталонні.

Термоелектричні термометри широко застосовуються в енергетичних установках для вимірювання температури перегрітої пари, димових газів, металу труб котлоагрегатів і т.п. Позитивними властивостями їх є: великий діапазон вимірювання, висока чутливість, незначна інерційність, відсутність стороннього джерела електричного струму і легкість здійснення дистанційної передачі показань.

Недоліком термопар є невеликі значення електрорушійної сили, що виникає в електричному ланцюзі, тому є необхідність у відповідному вимірювальному приладі, який коштує значно дорожче самої термопари, а також невелика чутливість.

1.2.5 Пірометри застосовуються для вимірювання температури тіл у діапазоні -30…6000°С. Дія цих приладів заснована на залежності теплового випромінювання нагрітих тіл від їхньої температури і фізико-хімічних властивостей. На відміну від термометрів первинний перетворювач пірометра не підпадає під вплив високої температури і не змінює температурне поле, тому що перебуває поза вимірювальним середовищем.

З підвищенням температури нагрітого тіла інтенсивність його теплового випромінювання у вигляді електромагнітних хвиль різної довжини швидко зростає. При нагріванні до 500°С тіло випромінює невидимі інфрачервоні промені великої довжини хвилі, однак подальше збільшення температури викликає появу видимих променів меншої довжини, завдяки яким тіло починає світитися. Спочатку розпечене тіло має темно-червоні кольори, що у міру росту температури і появи променів, що поступово зменшуються за довжиною хвилі, переходить у червоний, жовтогарячий, жовтий і, нарешті, білі кольори, що складається з комплексу променів різної довжини хвилі.

Одночасно зі збільшенням температури нагрітого тіла і зміною його кольору сильно зростає інтенсивність часткового (монохроматичного або одноколірного) випромінювання (яскравість) для даної ефективної довжини хвилі, а також помітно збільшується інтенсивність сумарного випромінювання (радіація) тілом енергії, що дозволяє використовувати ці властивості для вимірювання температури нагрітих тіл.

Найбільшу здатність випромінювання і поглинання енергії має так називане абсолютно чорне тіло, у природі не існуюче, що представляє собою уявлюваний ідеальний випромінювач. Це тіло поглинає всі падаючі на нього промені, тобто має коефіцієнт поглинання, що дорівнює одиниці, і має найбільшу інтенсивність випромінювання. Фізичні тіла мають здатність відбивати частину падаючих на них променів і, отже, завжди мають коефіцієнт поглинання менше одиниці. Інтенсивність випромінювання і коефіцієнт поглинання при даній температурі залежать від складу речовини і стану його поверхні. Тіло, що має темну і шорсткувату поверхню, ближче по своїх властивостях до чорного тіла, чим тіло зі світлою і полірованою поверхнею.

У цьому зв'язку шкалу пірометра доводиться градуювати по випромінюванню чорного тіла. Тому що випромінювальна здатність реальних тіл менше, ніж чорних тіл, то показання пірометра будуть відповідати не дійсній температурі реального тіла, а дають умовну температуру або, у цьому випадку, так звану температуру яскравості. Пірометри, що вимірюють температуру яскравості по спектральній яскравості у видимій частині спектра, називають оптичними (квазімонохроматичні) візуальними пірометрами і фотоелектричними.

Звичайно в оптичних пірометрах є дві шкали, однією з яких користуються при не встановленому поглинаючому світлофільтрі, наприклад від 800 до 1200°С, а другий -- при встановленому світлофільтрі від 1200 до 2000°С. Існуючі в цей час оптичні пірометри призначені для вимірювання температур в інтервалі від 800 до 6000°С і мають різні модифікації з різними межами вимірювання. Клас точності оптичних пірометрів 1,5-4,0.

Достоїнствами оптичних пірометрів є порівняно висока точність вимірювання, компактність приладу і простота роботи з ними. До числа їхніх недоліків варто віднести потребу в джерелі живлення, неможливість стаціонарного вимірювання температури і автоматичного її запису, а також суб'єктивність методу вимірювання, заснованого на спектральній чутливості очей спостерігача. На результатах вимірювання впливають наявність у навколишнім повітрі пилу, диму і великого змісту двоокису вуглецю. Крім того, усяке забруднення оптичної системи пірометрів також веде до збільшення похибки вимірювання.

Для вимірювання температур вище 3000°С методи пірометрії є практично єдиними, тому що вони безконтактні. Теоретично верхня межа вимірювання температури пірометрами випромінювання необмежена.

  1.   Системи автоматичного вимірювання та регулювання температури

на базі мікропроцесорного вимірювача-регулятора ТРМ1

 

1.3.1 Систе́ма автомати́чного регулюва́ння (САР) — це така автоматична система, задача якої полягає у підтримці вихідної величини об'єкта на заданому рівні.

 Автоматичні системи можна класифікувати за багатьма ознаками:

- за призначенням (системи керування технологічними режимами, апаратами і машинами);

- за характером керованих величин (системи регулювання температури, густини середовища, тиску та ін.);

- за видом енергії, що використовується для керування (електричні, гідравлічні, пневматичні та ін.) і т.д.

За характером зміни задавального впливу автоматичні системи розділяють на три типи: системи стабілізації, програмні системи і слідкуючі системи.

В останній час в автоматичних системах вимірювання та регулювання температури використовуються мікропроцесорні вимірювачі-регулятори типу ТРМ1 та ін. російської фірми «ОВЕН». Вони знаходять своє використання в холодильній техніці, сушильних шафах, печах, пастеризаторах і іншому технологічному обладнанні де необхідне регулювання температури та інших фізичних параметрів.

1.3.2 Приклади систем автоматичного регулювання (САР) температури

1.3.2.1 Автоматичне регулювання температури в печі для виробництва високоякісної цегли.

Робота такої системи полягає в тому, що регулювання температури здійснюється шляхом зміни подачі газоповітряної суміші. Якщо в печі змінилася температура, то датчик (термопара) фіксує це і подає сигнал автоматичному регулятору ТРМ1, який у свою чергу виробляє сигнал управління і посилає його на виконавчий механізм. Двигун починає обертатися в сторону, відповідну закриттю або відкриттю клапана (залежно від збільшення або зменшення температури), який через редуктор пов'язаний з вихідним валом двигуна. Зміна положення заслінки приводить до відповідної зміни витрати газоповітряної суміші, а отже і до зміни температури в печі.

1.3.2.2 Одним із ефективних напрямів використання сої у раціонах тварин є згодовування її у вигляді соєвого молока молодняку великої рогатої худоби. Принцип отримання соєвого молока на установці УПСМ грунтується на методі помелу сої у водному середовищі. Отримане молоко підлягає пастеризації парою, утвореною в парогенераторі. У процесі теплової обробки нейтралізуються інгібітори трипсину. Температура в ємності пристрою для одержання соєвого молока задається й контролюється регулятором температури ТРМ1 і датчиком ТСМ-50. Молоко видають за допомогою зливного крана чи молочного насоса.

1.3.2.3 На рисунку 1 зображено САР водяним опаленням з керуванням засувкою.

 

Рисунок 1 - Блок-схема САР водяним опаленням

Для опису вказаної системи автоматичного регулювання зазвичай використовується наступна структурна схема:

О – оператор;  U – уставка (величина, що програмно задається оператором);

X – контрольована величина (стан об'єкта); Y – сигнал управління;

F – функція виконавчого механізму; G – вплив зовнішніх факторів

Рисунок 2 - Узагальнена структурна схема САР

У процесі роботи регулятор (ТРМ1) порівнює поточне значення вимірюваної величини Х (від датчика) з заданим значенням уставки U і виробляє управляючий сигнал Y для виконавчого механізму, який виконує задану функцію F. Наприклад, при регулюванні температури водяного опалення в приміщенні, уставкою U є необхідна температура повітря в приміщенні, контрольованою величиною X - поточна температура, управляючою величиною Y є включення-виключення електромеханічної засувки, яка відкриває-закриває подачу гарячої води від теплоценталі. Оператор може змінювати уставку протягом доби (наприклад, режим термічної обробки в печах, доосвітлення в теплицях, зміну температури приміщення та ін).

2 КЕРІВНИЦТВО ЩОДО ЕКСПЛУАТАЦІЇ ПРИЛАДІВ ТРМ1

В даній лабораторній роботі використовується прилад модифікації  ТРМ1А_Н.ТС.Р (вимірювач-регулятор мікропроцесорний ТРМ1 в корпусі настінного кріплення, призначений для роботи  з термоперетворювачами опору. Тип вбудованого вихідного пристрою - реле електромагнітне. Діапазон напруг живлення приладу 187... 242 В 50 Гц) та прилад модифікації  ТРМ1А_Н.ТП (вимірювач-регулятор мікропроцесорний ТРМ1 в корпусі настінного кріплення, призначений для роботи  з термопарами. Тип вбудованого вихідного пристрою - реле електромагнітне. Діапазон напруг живлення приладу 187... 242 В 50 Гц).

2.1 Призначення 

2.1.1. Вимірювач-регулятор мікропроцесорний ТРМ1 призначений спільно з первинним перетворювачем (датчиком) для вимірювання та регулювання (за наявності зовнішнього регулюючого виконавчого механізму або пристрою) температури та інших фізичних параметрів, значення яких вхідним датчиком може бути перетворено в сигнали активного опору, напруги постійного струму або постійний струм.

Прилад може бути використаний для вимірювання та регулювання технологічних процесів в різних галузях промисловості, комунального та сільського господарства.

Прилад дозволяє здійснювати наступні функції:

- вимірювання температури та інших фізичних величин (тиску, вологості, витрат, рівня й т.п.) за допомогою стандартних датчиків відповідно до модифікації вхідного пристрою;

- відображення поточного вимірювання на вбудованому світлодіодному цифровому індикаторі;

- регулювання вимірюваної величини по двохпозиційному (релейному) закону;

Параметри роботи приладу задаються користувачем і зберігаються при відключенні живлення в енергонезалежній пам'яті приладу.

2.2 Будова і робота приладу 

2.2.1 Функціональна схема

Функціональна схема приладу наведена на рисунку 1. Прилад має вхід для підключення первинних перетворювачів (датчиків), блок обробки даних, що складається з вимірювача фізичних величин, цифрового фільтру і логічного пристрою.

Логічний пристрій (ЛП) відповідно до запрограмованих користувачем функціональних параметрів формує сигнали управління вихідним пристроєм (ВП), що у залежності від модифікації приладу може бути дискретного чи аналогового типу.

                       Рисунок 1 – Функціональна схема приладу ТРМ1

  2.2.2 Типи вхідних пристроїв

Типи вхідних пристроїв (датчиків) встановлюється в програмованому параметрі b0_1 (п.2.3.2) відповідно зі значеннями кодів, наведеними нижче.

Параметр      Код датчика              Тип датчика             Заводська установка 

  b0_1                   00             ТСМ 100М W100 = 1,426  

                              01             TCM 50M W100    = 1,426                01

                              02              TCП 100П W100  = 1,385

                              03              ТСП 100П W100  = 1,391  

 04             ТХК(L)                                           04

 05             ТХА(K)

 07             ТСП 50П W100    = 1,385

 08             ТСП 50П W100    = 1,391

 2.2.2.1 В лабораторній роботі в приладі модифікації  ТРМ1А_Н.ТС.Р використовується тип датчика TCП 100П W100 , з діапазоном вимірювання  від -199 до +650 оС, роздільною здатністю 0,1. 

Робота таких датчиків заснована на температурній залежності електричного опору металів. Датчик фізично виконаний у вигляді котушки з тонкої мідної або платинового дроту на каркасі з ізоляційного матеріалу, укладеної в захисну гільзу. Термоперетворювачі опору характеризуються двома параметрами: R0-опір датчика при 0 °С і W100 - відношення опору датчика при 100 °С до його опору при 0 ° С.

У приладі використовується трьохпровідна схема підключення термо-перетворювачів опору. До одного з виводів терморезистора Rt під'єднуються два провода, а третій підключається до іншого виводу Rt (рисунок 2). Така схема дозволяє компенсувати опір з'єднувальних проводів. При цьому необхідно дотримуватися умови рівності опорів всіх трьох проводів.

Термоперетворювачі опору можуть також підключатися до приладу з використанням двохпровідної лінії (в лабораторній роботі не реалізується).

                                 

Рисунок 2 – Схема підключення приладу ТРМ1

2.2.2.2 В приладі модифікації  ТРМ1А_Н.ТП.Р використовується тип датчика ТХА(K), з діапазоном вимірювання  від -50 до +1000 оС, роздільною здатністю 1,0.

Примітка: ХА(К) – термопара хромель-алюмель.

Термопара (термоелектричний перетворювач) складається з двох з'єднаних на одному з кінців провідників, виготовлених із металів, що володіють різними термоелектричними властивостями. Сполучені кінці, звані робочим спаєм, опускають у вимірюване середовище, а вільні кінці (холодний спай) термопари підключають до входу ТРМ1 (див.рисунок 2). Якщо температури робочого і холодного спаїв різні, то термопара виробляє термоЕРС, яка і подається на аналізатор. Оскільки термоЕРС залежить від різниці температур двох спаїв термопари, то для отримання коректних показань необхідно знати температуру "холодного" спаю (її вільних кінців), щоб компенсувати її в подальших обчисленнях.

У приладі передбачена схема автоматичної компенсації температури вільних кінців термопари. Датчиком температури "холодного" спаю служить напів-провідниковий діод, встановлений поруч з приєднувальним клемником.

Підключення термопар до приладу повинно здійснюватися за допомогою спеціальних компенсаційних (термоелектродних) проводів, виготовлених з тих же самих матеріалів, що і термопара. Допускається також використовувати проводи з металів  з  термоелектричними  характеристиками,   які   в   діапазоні   температур

0...100°С аналогічні характеристикам матеріалів електродів термопари. При з'єднанні компенсаційних проводів з термопарою і приладом необхідно дотримуватись полярності. У разі порушення вказаних умов можуть мати місце значні похибки при вимірюванні.

2.2.3 Корегування результатів

  

Обчислені приладом значення можуть бути відкореговані з метою усунення початкової похибки перетворення вхідних датчиків. Ці похибки виявляються після проведення метрологічних випробувань та усуваються шляхом введення корегувальних значень.

У приладі закладені два параметри, що дозволяють здійснювати зсув і зміну нахилу вимірювальної характеристики приладу на задану величину (рисунок 3).

Рисунок 3 – Корегування вимірювальних характеристик приладу ТРМ1

2.2.3.1 Зсув характеристики

До кожного обчисленого значення вимірюваної величини додається значення, задане параметром b1_1 (п.2.3.2). Цей параметр використовується для компенсації похибок, що вносяться опорами підвідних проводів, а також при відхиленні у термоперетворювача опору значення R0.

2.2.3.2 Нахил характеристики

Скоректоване сувом" значення множиться на поправочний коефіцієнт, що задається параметром b1_2 (п.2.3.2). Цей коефіцієнт близький до одиниці і знаходиться в межах 0.900 ... 1.100. Використовується, як правило, для компенсації похибок самих датчиків (наприклад, при відхиленні значення W100 у термоперетворювачів опору).

2.2.4 Логічний пристрій (ЛП)

У приладі ТРМ1 є логічний пристрій, що може працювати в одному з режимів:

- пристрій порівняння;

- П-регулятор;

- реєстратор.

Режим роботи ЛП встановлюється відповідним кодом у параметрі А1_1 (п.2.3.2). При установці нуля в цьому параметрі ЛП не працює, переходить у стан "Відключено". При цьому вихідний пристрій переходить в пасивний стан: реле розмикаться.

В лабораторній роботі використовується режим „пристрій порівняння”.

При роботі в режимі „пристрій порівняння ЛП працює по одному з представлених на рисунку 4 типів логіки:

- тип логіки 1 (прямий гістерезис) застосовується у разі використання приладу для управління роботою нагрівача (наприклад, ТЕНа) або сигналізації про те, що значення поточного вимірювання Тпот менше уставки Т. При цьому вихідний пристрій, підключений до ЛП, спочатку включається при значеннях Тпот < Т-Δ, вимикається при Тпот > T+Δ і знову включається при Тпот < Т-Δ, здійснюючи тим самим двохпозиційне регулювання по уставці Т з гістерезисом ± Δ ;

- тип логіки 2 (зворотний гістерезис) застосовується у разі використання приладу для управління роботою охолоджувача (наприклад, вентилятора) або сигналізації про перевищення значення уставки. При цьому вихідний пристрій спочатку включається при значеннях Тпот > T+Δ, вимикається при Тпот < Т-Δ ;

- тип логіки 3-подібна) застосовується при використанні приладу для сигналізації про вхід контрольованої величини в задані межі. При цьому вихідний пристрій включається при Т-Δ < Тпот < T+Δ ;

- тип логіки 4 (U-подібна) застосовується при використанні приладу для сигналізації про вихід контрольованої величини за задані межі. При цьому вихідний пристрій включається при Тпот< Т-Δ і Тпот > T+Δ. Завдання уставки (Т) і гістерезису (Δ) проводиться при програмуванні параметрів регулювання приладу (див. далі).

              

 Рисунок 4 - Робота приладу в режимі „пристрій порівняння

2.2.5 Типи вихідних пристроїв

Виходи призначені для передачі вихідного управляючого сигналу на виконавчі механізми, або для передачі даних на реєструючий пристрій.

В даних приладах використовується дискретний вихід - електромагнітне реле з максимальний струм комутації 8 А при напрузі 220 В 50 Гц. 

2.2.6 Конструкція приладу

2.2.6.1 Прилад конструктивно виконаний у пластмасовому корпусі, призначе-ному для щитового, настінного кріплення або кріплення на DIN-рейку.

2.2.6.2 На рисунку 5 наведено зовнішній вигляд лицьової панелі приладу ТРМ1. 

                                   

                               Рисунок 5 – Лицьова панель приладу ТРМ1

На лицьовій панелі розташовані елементи управління та індикації.

2.2.6.3 Чотирирозрядний цифровий індикатор в режимі РОБОТА відобра-жає значення вимірюваної величини, а в режимі ПРОГРАМУВАННЯ - значення програмованих параметрів приладу.

2.2.6.4 Чотири світлодіода червоного свічення сигналізують про різні режими роботи:

- світлодіод " I " сигналізує про виведення на індикацію поточного вимірю-вання (безперервна засвічення) і про аварію по входу (миготлива засвічення);

- світлодіоди "Т" і "Δ" засвічуються в режимі УСТАНОВКА ПАРАМЕТРІВ і сигналізують про те, який параметр вибрано для встановлення: Т - значення уставки, Δ - значення гістерезису;

- світлодіод "К" сигналізує про включення вихідного пристрою.

2.2.6.5 Кнопка "▲" призначена: - для перегляду заданого значення уставки ЛП; - для вибору параметра і збільшення його значення.

2.2.6.6 Кнопка "▼" призначена: - для вибору параметра і зменшення його значення.

2.2.6.7 Кнопка "ПРОГ" призначена для входу в режим перегляду і установки робочих параметрів, а також для запису нових встановлених значень в енергонезалежну пам'ять приладу.

2.3 Режими роботи приладу

При експлуатації приладу його функціонування здійснюється в одному з режимів: РОБОТА або ПРОГРАМУВАННЯ.

2.3.1 Режим РОБОТА

2.3.1.1 Режим РОБОТА є основним експлуатаційним режимом, у який прилад автоматично входить при включенні напруги живлення. У даному режимі ТРМ1 проводить опитування вхідного датчика, обчислює за отриманими даними поточні значення вимірюваної величини, відображає їх на цифровому індикаторі і видає відповідний сигнал на вихідну пристрій.

2.3.1.2 У процесі роботи прилад контролює справність вхідного датчика і в разі виникнення аварії по входу прилад сигналізує про це миготінням світлодіода "I" і виведенням на цифровий індикатор повідомлення у вигляді горизонтальних прочерків. Робота вихідного пристрою, при цьому блокується. Аварійна ситуація виникає також при виході вимірюваної величини за допустимий діапазон контролю. 

Після усунення несправності робота приладу автоматично відновлюється.

2.3.1.3 У режимі РОБОТА прилад управляє зовнішніми виконавчими пристроями відповідно із заданим режимом роботи ЛП. Візуальний контроль за роботою вихідного пристрою дискретного типу може здійснюватися оператором по світлодіоду "К", розташованому на передній панелі приладу. Свічення світлодіода сигналізує про переведення ЛП і пов'язаного з ним виходу в стан "ВКЛЮЧЕНО", а погашення - в стан "ВІДКЛЮЧЕНО".

У режимі РОБОТА можливий перегляд заданого значення уставки ЛП, шляхом натискання та утримання кнопки "▲" .

2.3.2 Режим ПРОГРАМУВАННЯ

2.3.2.1 Режим ПРОГРАМУВАННЯ призначений для завдання й запису в енергонезалежну пам'ять приладу необхідних при експлуатації робочих параметрів вимірювання та регулювання.

Програмування приладу здійснюється кнопками, розташованими на передній панелі. Задані значення параметрів зберігаються в пам'яті приладу при вимиканні живлення.

При вході в режим ПРОГРАМУВАННЯ вихідний пристрій переводиться в стан, визначений у параметрі b0_5 (0 – „відключено”, 1 – „включено”). Якщо протягом 20 с в режимі ПРОГРАМУВАННЯ не проводиться операцій з кнопками, прилад автоматично повертається в режим РОБОТА.

2.3.2.2 У приладі встановлено два рівні програмування. На першому рівні здійснюється перегляд і зміна значень параметрів регулювання: уставки Т і гістерезису Δ . Вхід на перший рівень програмування здійснюється короткочасним (близько 1с) натисканням на кнопку "ПРОГ". Послідовність роботи з приладом на першому рівні програмування наведена в методичних вказівках до виконання лабораторної роботи (п.4.2).

Примітка: Якщо протягом 20 с в режимі ПРОГРАМУВАННЯ не проводяться операції з кнопками, прилад автоматично повертається в режим РОБОТА.

2.3.2.3 На другому рівні програмування здійснюється перегляд і необхідна зміна функціональних параметрів приладу. Функціональні параметри приладу розділені на групи А і b. У групі А знаходяться параметри, що визначають логіку роботи приладу. У групі b - параметри, що відповідають за налаштування вимірювальної частини приладу. Вхід на другий рівень програмування здійснюється натисканням і утримуванням кнопки "ПРОГ" більше 6 с. Послідовності процедури програмування приладу на другому рівні для обох груп параметрів наведені в методичних вказівках до виконання лабораторної роботи (п.4.3).

  

3 ЗАВДАННЯ ДО ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ

3.1 Дослідити систему автоматичного регулювання температури нагрівача за допомогою першого приладу ТРМ1, логічний пристрій ЛП якого працює в режимі „пристрій порівняння” згідно одного з 4-х типів логіки (див.пункт 2.2.4) за вказівкою викладача, використовуючи трьохпровідну схему підключення термоперетворювача опору. Побудувати графік роботи (див.рис. 4).

Таблиця 3.1 – Варіанти завдань

Вар.01

А1-1:01

Вар.02

А1-1:02

Вар.03

А1-1:03

Вар.04

А1-1:04

Вар.05

А1-1:01

Вар.06

А1-1:02

Вар.07

А1-1:03

Вар.08

А1-1:04

Т

Δ

Т

Δ

Т

Δ

Т

Δ

Т

Δ

Т

Δ

Т

Δ

Т

Δ

25

0,5

30

0,6

35

0,7

40

0,8

45

0,9

50

1,0

55

1,1

60

1,2

А1-1 – режим роботи ЛП;  01 – тип логіки

Т – установлена температура;  Δ – гістерезис

3.2 Отримані значення п.3.1 відкорегувати з метою усунення похибок, що вносяться опорами підвідних проводів та самим датчиком шляхом введення корегувальних значень (див.пункт 2.2.3). Побудувати графіки зсуву і зміни нахилу вимірювальної характеристики приладу на задану величину (див.рис. 3).

Таблиця 3.2 – Варіанти завдань

Вар.01

Вар.02

Вар.03

Вар.04

Вар.05

Вар.06

Вар.07

Вар.08

b

1-1

B

1-2

b

1-1

b

1-2

B

1-1

b

1-2

b

1-1

b

1-2

b

1-1

b

1-2

b

1-1

b

1-2

b

1-1

b

1-2

b

1-1

b

1-2

5

0,9

10

0,91

15

0,92

20

0,94

25

0,96

30

0,98

35

1,0

40

1,1

b1-1 – корекція „зсув характеристики”

b1-2 – корекція „нахил характеристики”

3.3 Дослідити систему автоматичного регулювання температури нагрівача за допомогою другого приладу ТРМ1, логічний пристрій ЛП якого працює в режимі „пристрій порівняння” згідно типу логіки 1 (див.пункт 2.2.4), використовуючи схему підключення термопари. Розрахувати абсолютну і відносну статистичну похибку вимірювання температури виключення і включення нагрівача.

 

Таблиця 3.3 – Варіанти завдань

Вар.01

Вар.02

Вар.03

Вар.04

Вар.05

Вар.06

Вар.07

Вар.08

Т

Δ

Т

Δ

Т

Δ

Т

Δ

Т

Δ

Т

Δ

Т

Δ

Т

Δ

55

0,5

60

0,6

65

0,7

70

0,8

75

0,9

80

1,0

85

1,1

90

1,2

Т – установлена температура;  Δ – гістерезис

3.4 У вказаному діапазоні зміни температур (таблиця 3.4). зняти градуювальну характеристику термоперетворювача опору. Розрахувати його характеристику градуювання для діапазону проведених вимірювань, використовуючи формулу (9).

Таблиця 3.4 – Варіанти завдань

Вар.01

Вар.02

Вар.03

Вар.04

Вар.05

Вар.06

Вар.07

Вар.08

t,oC

t,oC

t,oC

t,oC

t,oC

t,oC

t,oC

t,oC

40-90

50-100

60-110

70-120

80-130

90-140

100-150

110-160

 70-120 – діапазон температур, oC

Побудувати графіки:

а) реальної градуювальної характеристики;

б) розрахункової градуювальної характеристики у вказаному діапазоні 

вимірювання (точки наносити через кожні 5°C ).                                      

3.5 Зробити висновки.

4 МЕТОДИКА ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ

4.1 Схема лабораторного стенда наведена на рисунку 4.1.

Рисунок 4.1 - Схема лабораторного стенда

4.2 Ознайомитися з керівництвом щодо експлуатації приладу ТРМ1 та об’єктом контролю.

Підключить до першого приладу ТРМ1 термоперетворювач опору (включить перемикач SA1 в положення 1) та подать на нього напругу живлення. На цифровому індикаторі приблизно на 3 секунди появиться код датчика, який установлений по мовчанню (залежить від модифікації), і засвітяться всі 4 світлодіода, після чого прилад перейде в режим РОБОТА. При справності датчика і лінії зв’язку на цифровому індикаторі відобразиться значення вимірюваної величини (температури). Якщо після подачі живлення на індикаторі появились прочерки або показання приладу не відповідають реальним значенням вимірюваної величини, то це свідчить про несправність датчика або лінії зв’язку, а також неправильність їх підключення (наприклад, встановлення перемикача SA1 в положення 2).

4.3 Для виконання п.3.1 натиснути кнопку "ПРОГ" на першому приладі ТРМ1. Натискання необхідно здійснювати короткочасно (близько 1с). При першому натисканні прилад переходить в режим установки значень параметра Т (кнопками "" і "" – задається значення).

При другому натисканні кнопки "ПРОГ" прилад переходить в режим установки значень гістерезиса Δ (кнопками "" і "" – задається значення).

При третьому натисканні кнопки "ПРОГ" прилад повертається в режим РОБОТА.

Примітка: Якщо протягом 20 с не проводяться операції з кнопками, прилад автоматично повертається в режим РОБОТА.

Установити перемикач SA2 в положення 1, що подасть напругу живлення на нагрівач, якщо його температура нижче уставки Т.

Далі згідно п. 2.3.1 отримати поточні значення вимірюваної величини і візуально проконтролювати роботу вихідного пристрою по світлодіоду "К" на лицьовій панелі приладу ТРМ1.

4.4 До виконання пункту 3.2. Для перегляду та зміни функціональних параметрів приладу необхідно натиснути і утримувати кнопку "ПРОГ" більше 6 с: на індикаторі зявляться риски. Після повторного натискання кнопки "ПРОГ" зявиться буква "А", що символізує групу параметрів А. За допомогою кнопки "" можна перейти в групу параметрів b і навпаки. Далі, подвійне натискання кнопки "ПРОГ" переводить логічний пристрій в режим: А1-1. Наступне натискання кнопки  "ПРОГ" переводить у вибір логіки роботи пристрою порівняння кнопками "" і "" :

- 01 – прямий гістерезис (для нагрівання);

- 02 – зворотній гістерезис (для охолодження);

- 03 – П-зворотня характеристика;

- 04 – U-зворотня характеристика.

Відповідно кнопками "ПРОГ", "" і "" здійснюється установка вимірювальної частини приладу:

  •  в параметрі b0-1 задається код датчика:

               00  –  ТСМ 100М W100 = 1,426 ;  

                              01    TCM 50M W100    = 1,426 ;               

                              02  –  TCП 100П W100  = 1,385 ;

                              03  –  ТСП 100П W100  = 1,391 ;

04  –  ТХК(L)                            ;              

05  –  ТХА(K)                           ;

  •  в параметрі b1-1 здійснюється корекція «зсув характеристики» від -50 до +50 (сумується з вимірюваним значенням);
  •  в параметрі b1-2 здійснюється корекція «нахил характеристики» від 0,9 до 1,1 (вимірюване значення множиться на заданий коефіцієнт).

Примітка: Якщо протягом 20 с не проводяться операції з кнопками, прилад автоматично повертається в режим РОБОТА.

Далі згідно п. 2.3.1 отримати поточні значення вимірюваної величини і візуально проконтролювати роботу вихідного пристрою.

4.5 До виконання пункту 3.3. Подать напругу живлення на другий прилад ТРМ1. Далі установить перемикач SA2 в положення 2, що подасть напругу живлення на нагрівач, якщо його температура нижче уставки Т.

Встановити логічний пристрій ЛП другого приладу ТРМ1 в режим „пристрій порівняння” згідно типу логіки 1 (див.пункт 2.2.4).

В режимі ПРОГРАМУВАННЯ виконати установку значень параметрів регулювання: уставки Т і гістерезису Δ згідно варіанту (див.табл.3.3).

Послідовно виміряти і записати пять температур виключення і пять температур включення нагрівача. (Примітка: При відключенні логічним пристроєм нагрівача автоматично включається вентилятор для його охолодження).

Виключити лабораторний стенд.

Розрахувати абсолютну і відносну статистичну похибку вимірювання температури виключення і включення нагрівача за наведеною методикою:

а) проводять n вимірювань фізичної величини х, внаслідок яких дістають ряд значень х1, х2, х3,..., хn ;

 б) обчислюють найбільш імовірне значення вимірюваної величини, яким є середнє арифметичне з результатів окремих вимірювань

    =

Середнє значення вимірюваної величини  наближається до істинного х при дуже великому числі вимірювань. При кінцевому числі вимірювань n це виконується не точно, і результат вимірювань подається у вигляді довірчого інтервалу ( - Δх) ≤ x≤ ( + Δх), в якому буде знаходитися вимірювана величина х

з ймовірністю р, що називається довірчою ймовірністю. Довірча ймовірність показує, яка частка вимірювань при великому їхньому числі потрапляє в довірчий інтервал;

в) знаходять відхилення результатів кожного вимірювання від середнього значення

 Δх1= - х1;  Δх2= - х2;  . . . ; Δхn= - хn .

Підносять кожне з них до квадрату і обчислюють суму квадратів відхилень від середнього

 

г) задаються довірчою ймовірністю вимірюваної величини р;

д) за значеннями довірчої ймовірності р і числа вимірювань n з таблиць (фрагмент див. у таблиці 4.1) знаходять значення коефіцієнта Стьюдента tp,n . (Наприклад, при надійності р= 0,95 і числі вимірювань n = 5 дістанемо tp,n = 2,77);

е) визначають оцінку середнього квадратичного відхилення середнього арифметичного за формулою

ж) визначають абсолютну похибку за формулою

Видно, що абсолютна похибка Δх (або довірчий інтервал) тим менше, чим менше коефіцієнт Стьюдента, який, у свою чергу, можна зменшити збільшенням числа вимірювань n, завданням меншої довірчої ймовірності р чи зменшенням похибок окремих вимірювань.

            Таблиця 4.1 – Значення коефіцієнта Стьюдента tp,n

n

p = 0,9

90%

p = 0,95

95%

p = 0,99

99%

3

2,92

4,30

9,96

5

2,13

2,77

4,60

10

1,83

2,26

3,25

ж) розраховують відносну похибку, що характеризує точність вимірювань:

.

и) остаточний результат подається у вигляді значень величин, що визначають довірчий інтервал і відносної похибки:

   

4.6 До виконання пункту 3.4. Відключити напругу живлення від першого приладу ТРМ1. Установить перемикач SA1 в положення 2, що переключить термоперетворювач опору від першого приладу ТРМ1 до мультиметра.

Мультиметр   включить в режим „вимірювання опору”.

Встановити логічний пристрій ЛП другого приладу ТРМ1 в режим „пристрій порівняння” згідно типу логіки 1 (див.пункт 2.2.4).

В режимі ПРОГРАМУВАННЯ виконати установку початкового значення уставки Т згідно варіанту (див.табл.3.4) і гістерезису Δ рівного 0,1. Перевести прилад ТРМ1 в режим РОБОТА.

Далі,  провести вимірювання опору термоперетворювача з кроком 5 градусів (перед кожним вимірюванням змінюючи уставку Т другого приладу ТРМ1 в межах вказаного діапазону). На кожному кроці записувати значення температури і опору.

Виключити лабораторний стенд.

Побудувати графіки:

а) реальної градуювальної характеристики термоперетворювача опору в координатах (t, oCR, Ом) у вказаному діапазоні зміни температур (точки наносити через кожні 10 °C );                              

б) розрахункової градуювальної характеристики у вказаному діапазоні вимірювання, використовуючи формулу  

 

                                                  Rn = R0n (1+t+t2),                     

де = +3.96810-3 1/С; = -5.84710-7 1/С .

 

Зробити висновки.

Контрольні питання

1. Які існують методи вимірювання температури?

2. Які відомі температурні шкали і який між ними звязок?

3. Термометри розширення. Принцип дій, призначення, переваги і недоліки?

4. Манометричні термометри. Принцип дій, призначення, переваги і недоліки?

5. Термометри опору. Принцип дій, призначення, переваги і недоліки?

6. Термоелектричні термометри. Принцип дій, призначення, переваги і недоліки?

7. Пірометри Принцип дій, призначення, переваги і недоліки?

8. Розкрити суть роботи системи автоматичного регулювання температури.

9. Навести приклад системи автоматичного регулювання (САР) температури.

ЗМІСТ

1 КОРОТКІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ ……………………………...1

1.1 Методи вимірювання температури і температурні шкали…………..1

1.2 Класифікація приладів для вимірювання температури……………...3

1.3 Системи автоматичного вимірювання та регулювання

температури на базі мікропроцесорного вимірювача-регулятора ТРМ1……9

2 КЕРІВНИЦТВО ЩОДО ЕКСПЛУАТАЦІЇ ПРИЛАДІВ ТРМ1…… 12

2.1 Призначення …………………………………………………………12

2.2 Будова і робота приладу …………………………………………….12

2.3 Режими роботи приладу……………………………………………..17

3 ЗАВДАННЯ ДО ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ………………………19

4 МЕТОДИКА ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ…………20


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

10881. Художнє конструювання. Прорізне різьблення. Пірографія 35.5 KB
  Тема. Художнє конструювання. Прорізне різьблення. Пірографія. Мета: сформувати уявлення про процес створення виробу процес проектування та його основні етапи із художнім конструюванням як складовою процесу проектування; розвивати вміння застосовувати графічні в...
10882. Історія і сучасна релігійна ситуація в Україні 149 KB
  Дохристиянські (язичницькі) вірування та світогляд давніх українців є важкодосліджуваними, оскільки всі письмові свідчення сучасників про них належать християнським авторам, які вороже ставилися до язичництва або замовчували його існування. Проте язичництво дожило до наших днів — у народних піснях
10884. Оцінка результатів проектної діяльності. Виставка робіт. Тематичне оцінювання 15.72 KB
  Тема: Оцінка результатів проектної діяльності. Виставка робіт. Тематичне оцінювання. Мета: виявити рівень сформованості навичок обробки фанери і ДВП; розвивати навички самоконтролю та політехнічне мислення; виховувати культуру праці. Об'єкти практичної діяльності ...
10885. Типові і спеціальні деталі 57.5 KB
  Типові і спеціальні деталі. Види з'єднань деталей Мета: дати поняття про типові й спеціальні деталі; ознайомити з призначенням та загальною будовою коловорота ручного дриля затискачів столярних верстаків; розвивати інтерес до техніки розширювати технічний кругозір
10886. Поняття про провідники та ізолятори. Проводи та їх види 155 KB
  Тема уроку: Поняття про провідники та ізолятори. Проводи та їх види. Мета уроку. Засвоєння знань про будову і призначення ізольованих проводів правила безпечної роботи під час виконання електротехнічних робіт. Формування умінь здійснювати монтаж простого електричного...
10887. Конструкційні матеріали і їх вибір Види конструкційних матеріалів 78 KB
  Тема. 1.4. Конструкційні матеріали і їх вибір Види конструкційних матеріалів. Мета: ознайомити учнів з різними видами конструкційних матеріалів видами та породами дерев особливостями їх будови характерними ознаками способами заготівлі та одержання пиломатеріалів...
10888. Технологія робіт лобзиком. Технологічний процес пиляння. Прийоми пиляння лобзиком. Організація робочого місця 75 KB
  Тема. Технологія робіт лобзиком. Технологічний процес пиляння. Прийоми пиляння лобзиком. Організація робочого місця. Мета: сформувати в учнів поняття про процес різання та уявлення про технологію пиляння фанери і ДВП; розвивати політехнічне мислення; виховувати культу...
10889. Процес випилювання з фанери й ДВП, обпилювання, шліфування 237 KB
  Тема уроку: Процес випилювання з фанери й ДВП обпилювання шліфування. Мета уроку. Формування вмінь виконувати обпилювання фанери; закріплення знань про обпилюваяння деревини. Розвивати точність окомір. Виховувати акуратність виконавчу дисципліну творче ставлення д