Лаб работа Автоматика 1

Содержание
1 Общие положения
4

2 Методические указания по проверке работоспособности и градуировке контрольно-измерительных приборов

4

3 Изучение и проверка работоспособности приборов измерения температуры

6

3.1 Лабораторная работа №1 «Изучение и проверка работоспособности потенциометра и милливольтметра»

6

3.2 Лабораторная работа №2 «Изучение и проверка работоспособности электронного моста и логометра»

12

3.3 Лабораторная работа №3 «Изучение и проверка работоспособности манометрических термометров»

19

4 Лабораторная работа № 4 «Изучение и проверка работоспособности приборов измерения давления»

23

5 Лабораторная работа №5 «Изучение и проверка работоспособности приборов измерения уровня»

30

6 Лабораторная работа № 6 «Электрические цепи в релейной схеме»

35

7 Лабораторная работа №7 «Свойства сигналов логических элементов»

38

8 Лабораторная работа №8 «Кодирование двоичным кодом»
43

Список литературы

47



1 Общие положения
Лабораторный практикум по курсу «Автоматика, автоматизация и АСУ ТП» проводится в соответствии с предусмотренным планом количеством часов и графиком, составленным для каждой учебной группы. Перечень лабораторных работ для каждой специальности утвержден в рабочих программах.
На первом занятии студенты проходят инструктаж по технике безопасности при выполнении лабораторных работ, о чем делается запись в соответствующем журнале.
К началу лабораторного занятия студент обязан ознакомиться с содержанием и методикой выполнения предстоящей работы, как по настоящим методическим указаниям, так и по рекомендуемым литературным источникам. Особое внимание следует обратить на устройство и принцип действия приборов, уяснить смысл физических явлений, описываемых фундаментальными законами сохранения вещества и энергии, которые положены в основу работы приборов и устройств автоматики. Необходимо также подготовить протоколы и таблицы для записи экспериментальных данных. Студент, не подготовленный к занятию, к работе не допускается.
К началу лабораторных занятий студент должен сдать преподавателю отчет по предыдущей работе, если он не был сдан в день выполнения работы. Требования к отчетам указаны в методических указаниях к работам. Студент, не сдавший отчеты по двум предыдущим работам, к дальнейшему прохождению лабораторного практикума не допускается. Для студентов, отстраненных от работы в связи с неподготовленностью или задолженностью по предыдущим работам, преподаватель назначает дополнительное время для выполнения пропущенной работы.

2 Методические указания по проверке работоспособности и
градуировке контрольно-измерительных приборов
При измерении любой физической величины с помощью различных средств измерений, как бы тщательно не осуществлялось измерение, невозможно получить результат, свободный от искажений. Эти искажения могут возникать вследствие несовершенства применяемых методов и средств измерений, влияния на показания прибора условий измерения и ряда других причин. Искажения, сопровождающие всякое измерение, обуславливают погрешности измерений отклонение результата измерений от истинного значения измеряемой величины.
Абсолютная погрешность измерения выражается в единицах измеряемой величины и определяется по формуле:

· = А - А0 (2.1)
где А значение, полученное при измерении,
А0 истинное значение измеряемой величины Поскольку истинное значение измеряемой величины остается неизвестным, в качестве А0 условно принимают значение, называемое действительным, которое получено с помощью метода или прибора более высокой точности.
Относительная погрешность выражается в процентах и определяется по формуле

· = ((А-А0)/А0)100=
·/А0 100 % (2.2)
Приведенной погрешностью называется отношение абсолютной погрешности измерения к полному размаху шкалы прибора, выраженное в процентах:

· = (
·/(Ак-Ан)) 100 (2.3)
где Ан и Ак показания прибора в начале и конце шкалы.
Вариацией называется наибольшая экспериментально полученная разность между показаниями измерительного прибора, соответствующая одному и тому же действительному значению измеряемой величины при прямом и обратном ходах (в неизменных условиях измерения):
В=Ап - Ао6 (2.4)
где Ап и Аоб показания измерительного прибора при прямом и обратном ходах.
Вариации вызываются трением в механизме прибора, зазорами(люфтами) в кинематических парах, гистерезисом, остаточными деформациями в упругих элементах прибора и т.п. Вариация, выраженная в процентах от размаха шкалы прибора, должна быть меньше допустимой основной погрешности прибора:
Впр=((Ап-Ао6) / (Ак-Ан)) 100 % (2.5)
Метрологической характеристикой точности большинства технических средств измерений являются пределы основной и дополнительной погрешностей. Основной погрешностью называется погрешность средства измерения, используемого в нормальных условиях его эксплуатации, определяемых ГОСТами или другими техническими условиями на средства измерений. Под нормальными понимают такие условия эксплуатации прибора, при которых влияющие на измерение величины (температура, давление, влажность окружающего воздуха, напряжение питания, уровень вибраций и т.п.) находятся в пределах допустимых значений. Дополнительной называется погрешность, возникающая при выходе параметров, характеризующих условия эксплуатации прибора, за область допустимых значений. Под пределами основной и дополнительной погрешности понимают наибольшую (без учета знака) соответствующую погрешность средства измерений, при которой оно может быть признано годным и допущено к применению. Пределы допустимых основной и дополнительной погрешностей средств измерений устанавливаются в виде абсолютных и приведенных погрешностей.
Класс точности это обобщенная характеристика средств измерений, определяемая пределами допустимых основной и дополнительной погрешностей, а также другими свойствами средств измерений, влияющих на их точность, значения которых регламентируются стандартами. Под классом точности понимают число, соответствующее абсолютной величине допустимой основной приведенной погрешности. Это число приводится на шкале прибора или в его технической характеристике. Классы точности приборов выбираются из ряда:
К=(1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 4,0; 5,0; 6,0) 10п,
где п = 0;-1;-2;...
Приборы автоматического контроля выпускаются классом от 0,2 до 4,0.
Для определения фактической погрешности измерительных приборов их периодически подвергают поверке. Поверкой называется комплекс мероприятий, проводимых с целью установления работоспособности прибора и достоверности его показаний. Поверка измерительных приборов заключается в определении его наибольшей приведенной погрешности и сравнение ее с классом точности данного прибора. Прибор считается годным для эксплуатации, если его наибольшая приведенная погрешность и вариация, определяемая по формуле (2.5), не превышают присвоенный ему класс точности.
Для выполнения поверочных операций необходимо располагать измерительными устройствами более высокого класса точности: класс точности поверяющего прибора должен быть на 3-5 классов выше класса точности поверяемого прибора. Приведенная погрешность и вариация определяются для всех оцифрованных отметок шкалы поверяемого прибора при прямом и обратном ходах измерений. Данные поверки заносятся в протокол.
Градуировкой измерительного прибора называется операция, посредством которой делениям шкалы прибора присваиваются значения, выраженные в единицах измеряемой величины.

3 Изучение и проверка работоспособности приборов
измерения температуры
3.1 Лабораторная работа №1 «Изучение и проверка
работоспособности потенциометра и милливольтметра»
Цель работы: Изучение устройства и принцип действия автоматического потенциометра и милливольтметра; приобретение навыков по проверке работоспособности указанных приборов.
3.1.1 Общие сведения
Термоэлектрический термометр состоит из термоэлектрического преобразователя температуры (термопары) и вторичного прибора. Измерение температуры осуществляется косвенным методом путем измерения с помощью вторичного прибора термоэлектродвижущей силы (термоЭДС) термопары, однозначно зависящей от разности температур рабочего (горячего) спая термопары и ее свободных концов. Эта зависимость (статическая характеристика термопары) стандартизована для температуры свободных концов, равной 0єС. При температуре свободных концов Т єС величина ЭДС термопары ЕТ(t) отличается от стандартной на постоянную величину Е0 (Т):
ЕТ(t) = Е0 (t) Е0 (Т), (3.1)
где ЕТ(t) и Е0 (t) ЭДС термопары при температуре рабочего спая t єС и температуре свободных концов соответственно Т єС и 0 єС;
Е0(Т) ЭДС термопары при температуре рабочего спая Т єС и температуре свободных концов 0 єС.
По уравнению (3.1) характеристика термопары может быть пересчитана для любой температуры свободных концов термопары.
В качестве вторичных приборов для измерения термоЭДС применяются милливольтметры и автоматические потенциометры. Шкалы вторичных приборов, предназначенных для работы с термопарами, градуированы в единицах температуры. Так как зависимости термоЭДС Ео(t) от температуры у различных типов термопар отличаются друг от друга, на шкале конкретного прибора указывается тип термопары, для которой проградуирована шкала данного прибора: ХК хромель-копелевая термопара, ХА хромель-алюмелевая и т.д. Термопары других марок в комплекте с данным прибором не могут применяться без градуировки его шкалы.
Следует помнить, что градуировка шкалы приборов может быть произведена и при температуре свободных концов термопары, отличной от 0 єС. В современных автоматических потенциометрах, предназначенных для работы с термопарами (потенциометры могут применяться для измерения других физических величин, преобразованных в напряжение постоянного тока), предусмотрена автоматическая компенсация измерения действительной температуры свободных концов термопары для исключения возникающей при этом ошибки измерения температуры.
В основу работы потенциометра положен компенсационный метод измерения, заключающийся в уравновешивании (компенсации) измеряемой ЭДС известным падением напряжения.
Принципиальная схема измерения ЭДС термопреобразователя компенсационным методом показана на рисунке 3.1.1. Схема содержит: Б батарею; г- реостат; Rр калиброванный реохорд; НГ нуль-гальванометр; Т  термоэлектрический преобразователь (термопару); НЭ  нормальный элемент Вестона; RK контрольное сопротивление; П переключатель.
Простейшая потенциометрическая схема состоит из трёх взаимосвязанных электрических цепей рабочей, измерительной и контрольной. Под действием ЭДС батареи в рабочей цепи протекает ток Iр, величина которого определяется суммой трёх сопротивлений  реостата г, сопротивления RK и сопротивления реохорда Rр . При постоянстве тока Iр реохорд может рассматриваться как известный источник напряжения, величина которого определяется положением движка, а полярность направлением тока в рабочей ветви. К реохорду встречно через нуль-гальванометр НГ, называемый нуль-прибором, подключён термопреобразователь Т с неизвестным значением ТЭДС. В случае неравенства ЕХ и падения напряжения UАД на участке реохорда АД в измерительной цепи возникает напряжение разбаланса, наличие которого определяется по отклонению стрелки нуль-прибора. При перемещении движка реохорда в направлении, соответствующем уменьшению напряжения разбаланса, в момент равенства ЕХ = UАД стрелка нуль-прибора установится на нулевой отметке, т.е. ток в измерительной цепи будет равен нулю, и по шкале калиброванного реохорда можно определить величину падения напряжения, а следовательно, и неизвестную ЭДС. Результат измерения будет правилен лишь при условии постоянства тока IР. Поскольку ЭДС батареи изменяется с течением времени вследствие необратимости протекающих в ней при разрядке электрохимических процессов, ток в рабочей цепи поддерживается постоянным за счёт изменения сопротивления реостата г.
Установка рабочего тока производится с помощью контрольной цепи. Для этого переключатель П устанавливают в положение К (контроль). При этом термопара Т отключается от схемы, нормальный элемент НЭ подключается так, что его напряжение сравнивается с напряжением на контрольном сопротивлении RК. Равенству ЕНЭ =IРRK соответствует требуемое значение тока IР. При выполнении этого условия ток через нуль-прибор протекать не будет и его стрелка должна находится на нулевой отметке, что достигается путём изменения сопротивления реостата г. Данный метод измерения ЭДС является одним из наиболее точных.
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Рисунок 3.1.1 Принципиальная схема измерения ТЭДС

3.1.2 Описание лабораторного стенда
На лабораторном стенде (рисунок 3.1.2) смонтированы: автоматический показывающий и самопишущий потенциометр КСП 2 (градуировка ХК, шкала 0-300 єС, класс точности 0,5), показывающий милливольтметр Щ4500 (градуировка ХК, шкала 0-600 єС, класс точности 1,5), универсальный измерительный прибор УПИП  60М (класс точности 0,05), тумблер подачи напряжения.


1 милливольтметр Щ4500
2 тумблер подачи напряжения на стенд
3 - автоматический потенциометр КСП 2
4 универсальный измерительный прибор УПИП  60М



Рисунок 3.1.2 Схема лабораторного стенда
3.1.3 Задание к выполнению работы
1) Ознакомиться с лабораторным стендом и установленными на нем приборами.
2) Проверить работоспособность автоматического потенциометра КСП 2.
3) Проверить работоспособность милливольтметра Ш4500.
3.1.4 Методика выполнения работы
Проверка работоспособности автоматического потенциометра КСП 2 и милливольтметра Ш4500 заключается в сравнении их показаний на оцифрованных отметках шкалы при экспериментальных значениях напряжения (имитирующего термоЭДС) со значениями градуировочной характеристики соответствующей термопары (см. таблицу 3.1), определении максимальной приведенной погрешности и сравнении ее (и приведенной вариации) с классом точности приборов КСП 2 и Ш4500.
Проверка производится с помощью образцового прибора УПИП-60М, который в данном случае служит источником калиброванного напряжения u(t), имитируя ЭДС термопары, и подключается вместо нее к входным клеммам автоматического потенциометра КСП 2 и милливольтметра Ш4500.
Шкала используемого в данной работе автоматического потенциометра проградуирована при температуре свободных концов термопары 30 єС, поэтому градуировочную характеристику термопреобразователя (таблица 3.1) следует пересчитать по формуле (3.1), т.е. найти зависимость Е30(t).

Таблица 3.1 Градуировочная характеристика термопары ХК
Свободные концы при 0 єС
t, єC
0
50
100
150
200
250
300
400
500
600

E0(t), мВ
0
3,35
6,90
10,60
14,60
18,70
22,90
31,48
40,27
49,09


Проверка работоспособности потенциометра начинается с конечной (наибольшей) оцифрованной отметки шкалы и продолжается до начальной (наименьшей). При переходе через значение температуры, равной температуре свободных концов термопары (в данном случае 30 єС), подаваемое на прибор напряжение становится отрицательным. При этом полярность подключения прибора УПИП-60М ко входу КСП2 должна быть изменена на противоположную.
По результатам испытаний приборов рассчитываются абсолютные и приведенные погрешности, а также приведенная вариация, которые сравниваются с допустимыми для данных приборов погрешностями. При вычислении погрешности автоматического потенциометра и милливольтметра под А в формулах (2.1), (2.2), (2.5) понимается величина термоЭДС.
3.1.5 Порядок проведения работы
Подключите измерительный прибор УПИП-60М к автоматическому потенциометру КСП 2.
Подайте напряжение на стенд тумблером 2, расположенным на панели управления.
Включите прибор УПИП-60М тумблером, находящимся в левой части прибора. Перед работой необходимо установить требуемый рабочий ток в измерительных контурах прибора УПИП-60М. Для этого тумблер прибора установите в положение К (контроль рабочего тока) и нажмите кнопку «грубо». Вращая ручку регулятора «рабочий ток», установите стрелку гальванометра на 0. Затем отожмите кнопку «грубо». Нажмите кнопку «точно». Стрелка нуль-гальванометра отклонится от нулевого положения. Ручкой регулятора «рабочий ток» установите стрелку гальванометра на 0. Отожмите кнопку «точно». Прибор УПИП-60М готов к проверке работоспособности автоматического потенциометра.
Тумблер установите в положение И (измерение). Ручкой регулятора напряжения mV установите стрелку автоматического потенциометра КСП 2 на проверяемую отметку шкалы. Нажав кнопку «грубо», ручками универсального прибора УПИП-60М, связанными со шкалами, установите стрелку нуль-гальванометра на 0. При установке показаний на шкалах ориентируйтесь на данные градуировочной таблицы для проверяемой отметки шкалы. Затем отожмите кнопку «грубо», нажмите кнопку «точно» и, вращая правую ручку прибора УПИП-60М, установите стрелку нуль-гальванометра на 0. Отожмите кнопку «точно». Сумма показаний двух шкал, умноженная на кратность, и есть величина напряжения (мВ), имитирующего термоЭДС для поверяемой отметки шкалы. Кратность определяется положением переключателя, который находится в правой части УПИП-60М (х1, х0,5, х2).
Проделайте описанные операции для всех оцифрованных отметок шкалы КСП 2 для прямого и обратного хода, занося результаты измерения имитируемой ТЭДС (напряжения) в таблицу 3.2.
Отключите напряжение на стенде тумблером 2.
Подключите измерительный прибор УПИП-60М к милливольтметру Ш4500.
Проведите проверку работоспособности милливольтметра Ш4500 аналогично проверке потенциометра. Занесите результаты измерений имитируемой ТЭДС (напряжения) в таблицу 3.2 для опытов прямого и обратного хода.
Таблица 3.2 Протокол испытаний прибора
Тип прибора
Проверяемая отметка шкалы, єС
Градуировочная характеристика, Е30(t), мВ
Данные испытаний,
U(t), мВ
Погрешности прибора
Вариация, %





абсолютная
·, мВ
приведенная
·, %





прямой ход
обратный ход
прямой ход
обратный ход
прямой ход
обратный ход


КСП 2










Ш4500










Рассчитайте погрешности приборов.
Требования к отчету
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
цель работы;
принципиальные схемы потенциометра и милливольтметра;
методику проверки работоспособности автоматического потенциометра и милливольтметра;
протоколы испытаний приборов;
выводы по работе.
3.1.7 Контрольные вопросы
В чем заключается принцип действия автоматического потенциометра и милливольтметра?
В чем заключается принцип измерения температуры с помощью термоэлектрических преобразователей (термопар)?
Что понимается под градуировочными характеристиками термопар?
Какова методика пересчета градуировочных характеристик термопар при изменении температуры ее свободных концов?
Каковы источники ошибок при измерении температуры с помощью термопар?

3.2 Лабораторная работа №2 «Изучение и проверка
работоспособности электронного моста и логометра»
Цель работы:
1) изучение устройства и принцип действия электронного моста и логометра;
2) приобретение навыков по проверке работоспособности указанных приборов.
3.2.1 Общие сведения
Лабораторный стенд состоит из термопреобразователя сопротивления и вторичного прибора. Измерение температуры осуществляется косвенным методом путем измерения с помощью вторичного прибора электрического сопротивления датчика Rt(t) (платиновой или медной проволоки), однозначно зависящего от температуры. В качестве вторичных приборов используются логометры и автоматические уравновешенные мосты, шкалы которых проградуированы в единицах температуры. В промышленности выпускаются термопреобразователи сопротивления со статическими температурными характеристиками, соответствующими ГОСТ 651-94. Поскольку существует несколько стандартных градуировок термопреобразователей сопротивления, то на шкале конкретного прибора указывается та из них, по которой проградуирован данный прибор. Термопреобразователи других градуировок в комплекте с данным прибором применяться не могут без переградуировки его шкалы.


Рисунок 3.2.1 Принципиальная электрическая схема уравновешенного моста. Двухпроводное включение термопреобразователя сопротивления в цепь моста
Рисунок 3.2.2 Принципиальная электрическая схема уравновешенного моста. Трехпроводное включение термопреобразователя сопротивления в цепь моста


Принципиальная электрическая схема уравновешенного моста (рисунок 3.2.1) состоит из постоянных резисторов R1 и R2, компенсирующего переменного резистора (реохорда) RP, термопреобразователя сопротивления Rt и сопротивления соединительных проводов Rпр. В одну диагональ включен источник постоянного тока Е, в другую нуль-прибор НП. Измерение Rt производится путем перемещения движка реохорда RP до тех пор, пока стрелка нуль-прибора не установится на нулевой отметке. В этот момент ток в измерительной диагонали cd отсутствует.
При равновесии моста имеет место равенство
R2 (2 Rпр + Rt) = R1RP (3.2.1)
Если считать, что температура окружающей среды постоянна, то 2Rпр = const. Тогда каждому значению Rt соответствует определенное значение сопротивления реохорда RP, шкала которого проградуирована либо в Омах, либо в единицах неэлектрической величины (например, в градусах Цельсия), для измерения которой предназначена схема.
В случаях, когда колебания температуры окружающей среды велики и погрешность за счет изменения RПР может достигать значительной величины, применяется трехпроводная схема включения термопреобразователя сопротивления (рисунок 3.2.2). При таком соединении сопротивление одного провода прибавляется к сопротивлению Rt, а сопротивление второго провода  к переменному сопротивлению RP. Уравнение равновесия моста принимает вид
R2 (Rt + Rnp) = R1 (Rp + Rnp) (3.2.2)
Из уравнения (3.2.2) следует, что в трехпроводной схеме сопротивление соединительных проводов не влияет на результаты измерения при равенстве R1=R2.
Логометр прибор магнитоэлектрической системы, используется для измерения температуры в комплекте с термпреобразователями сопротивления. Логометры выпускаются обычно с градуировкой шкалы в градусах Цельсия. Температурная шкала логометра действительна только для определенной градуировки термометра сопротивления и заданного значения сопротивления внешних соединительных проводов.
Измерительный механизм логометра состоит из 2 рамок, расположенных под некоторым углом одна к другой и жестко скрепленных между собой. Рамки помещены в воздушный зазор между полюсами постоянного магнита и сердечником. Воздушный зазор между полюсами постоянного магнита и сердечником сделан неравномерным и поэтому магнитная индукция в зазоре не постоянна.
Принципиальная схема логометра с внешним постоянным магнитом показана на рисунке 3.2.3. В межполюсном пространстве постоянного магнита на общей оси (двух кернах) укреплены 2 рамки Rp и Rp, изготовленные из тонкой изолированной медной проволоки. Эти рамки могут свободно поворачиваться в пределах рабочего угла в воздушном зазоре. Выточки полюсных наконечников выполнены по окружности, но радиус этих выточек смещен по отношению к центру сердечника так, что воздушный зазор убывает от центра полюсных наконечников к их краям, а магнитная индукция возрастает приблизительно по квадратичному закону от центра к краям наконечников.
Рамки логометров включены таким образом, что их вращающие моменты 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415направлены навстречу друг другу. Подвод тока к рамкам осуществляется либо с помощью «безмоментных» вводов, сделанных из золотых ленточек, либо посредством маломоментных спиральных волосков, изготовленных из бронзовых сплавов. На приведенной схеме R1 и R2 добавочные манганиновые резисторы, Rt сопротивление термометра сопротивления.
Как видно из рисунка 3.2.3, ток источника питания в точке а разветвляется и проходит по двум ветвям: через резистор R1, рамку Rp и через термометр Rt, резистор R2 и рамку Rp’.
В точке b ветви сходятся, и дальше ток идет до одному проводнику до источника питания. При протекании по рамкам Rp’ и Rp токов I1 и I1’ создаются магнитные поля, в результате взаимодействия которых с полем постоянного магнита возникают вращающие моменты соответственно Mp и Mp, направленные навстречу друг другу. Если 13 EMBED Equation.3 1415, то 13 EMBED Equation.3 1415=13 EMBED Equation.3 1415 и при симметричном расположении рамок относительно полюсных наконечников вращающие моменты будут равны (рамки занимают положение, показанное на рисунке 3.2.3).
Если сопротивление термометра сопротивления вследствие нагрева возрастает, то вращающий момент рамки Rp будет больше момента рамки Rp’, так как 13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415, и подвижная система начнет поворачиваться по часовой стрелке, т.е. в направлении момента 13 EMBED Equation.3 1415. При этом рамка 13 EMBED Equation.3 1415 с большим вращающим моментом попадет в более слабое магнитное поле и ее момент уменьшится, момент же рамки 13 EMBED Equation.3 1415,наоборот, будет увеличиваться . При определенном угле поворота моменты сравняются и рамки остановятся. Это произойдет при условии
13 EMBED Equation.3 1415=13 EMBED Equation.3 1415 (3.2.3)
или
13 EMBED Equation.3 1415 , (3.2.4)
где 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415 магнитная индукция в зонах расположения рамок;
n1 и 13 EMBED Equation.3 1415 число витков рамок;
13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415 площадь активной части рамок.
Полагая в уравнении (3.2.2) , что
13 EMBED Equation.3 1415 , (3.2.5)
получим
13 EMBED Equation.3 1415 , (3.2.6)
откуда
13 EMBED Equation.3 1415 (3.2.7)
Учитывая, что значение отношения 13 EMBED Equation.3 1415, является функцией угла поворота подвижной части, уравнение (5) может быть представлено в виде
13 EMBED Equation.3 1415 (3.2.8),
или
13 EMBED Equation.3 1415 (3.2.9)
Подставляя в уравнение (3.2.7) значения
13 EMBED Equation.3 1415 (3.2.10)
13 EMBED Equation.3 1415 (3.2.11)
получим:

13 EMBED Equation.3 1415 (3.2.12).
Так как 13 EMBED Equation.3 1415,13 EMBED Equation.3 1415,13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415 являются постоянными величинами, то
13 EMBED Equation.3 1415, (3.2.13)
т.е. угол отклонения подвижной части или указателя логометра являются функцией измеряемого сопротивления термометра.
Основным недостатком рассмотренной дифференциальной логометрической схемы является то, что для уменьшения температурной погрешности прибора приходится включать последовательно с рамками манганиновые резисторы с большими сопротивлениями 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415. Вследствие этого логометры с такой измерительной цепью обладают меньшей чувствительностью по сопротивлению по сравнению с приборами с мостовыми логометрическими схемами.
Рисунок 3.2.3 Принципиальная электрическая схема логометра с внешним постоянным магнитом

3.2.2 Описание лабораторного стенда
На лабораторном стенде (рисунок 3.2.4) смонтированы: автоматический показывающий и самопишущий мост КСМ2 (градуировка 22, шкала 0 - 400 єС, класс точности 0,5), показывающий логометр Ш69000 (градуировка 21, шкала 0-150 єС, класс точности 1,5), магазин сопротивлений К4830/2(класс точности 0,9), тумблер подачи напряжения.












1 логометр Ш69000, 2 тумблер подачи напряжения на стенд, 3 автоматический мост КСМ2, 4 магазин сопротивлений Р 4830/2
Рисунок 3.2.4 Схема лабораторного стенда
3.2.3 Задание к выполнению работы
1) Ознакомиться с лабораторным стендом и установленными на нем приборами.
2) Проверить работоспособность автоматического моста КСМ2.
3) Проверить работоспособность логометра Ш69000.
3.2.4 Методика выполнения работы
Проверка работоспособности автоматического уравновешенного моста КСМ2 и логометра Ш69000 заключается в сравнении их показаний на оцифрованных отметках со значениями градуировочных характеристик соответствующих термопреобразователей сопротивления (см. таблицы 3.2.1, 3.2.2), определении максимальной приведенной погрешности и сравнении ее с классом точности проверяемых приборов. Проверка производится с помощью магазина сопротивлений Р4830/2, который имитирует термопреобразователь сопротивления R(t) и подключается вместо него к входным клеммам КСМ2 и Ш69000.

Таблица 3.2.1 Температурная характеристика термопреобразователя сопротивления. Градуировка 22
t,

0
50
100
150
200
250
300
350
400

Rt , Ом
100
119,7
139,1
158,2
177
195,6
213,8
231,7
249,4


Таблица 3.2.2. Температурная характеристика термопреобразователя сопротивления. Градуировка 21
t, Cє
0
30
60
90
120
150

Rt , Ом
46
51,45
56,86
62,21
67,52
72,78


При расчете погрешностей автоматического моста и логометра под ''А'' в формулах (2.1), (2.2), (2.5) понимается величина электрического сопротивления.
3.2.5 Порядок проведения работы
Подайте напряжение на стенд тумблером, расположенным на панели управления.
Подключите образцовый магазин сопротивления Р4830/2 к автоматическому мосту КСМ2.
Ручками магазина сопротивления Р4830/2 ''х10
·'' , ''х1
·'', ''х0,1
·'' установите стрелку КСМ2 на проверяемую отметку шкалы и занесите в таблицу 3.2.3, результаты измерений (сумму показаний декад магазина сопротивления, Ом и показания автоматического моста). Проделайте те же операции для всех оцифрованных отметок шкалы КСМ2 при прямом и обратном ходе.
Подключите образцовый магазин сопротивления Р4830/2 к логометру Ш69000.
Проделайте те же операции (см. пункт 3) для оцифрованных отметок шкалы Ш69000.
Таблица 3.2.3 - Протокол испытаний приборов ( КСМ2, Ш69000)
Тип прибора
Проверенная отметка
шкалы,

Градуировочная
характеристика
Rt , Ом
Данные
испытаний
Rt , Ом
Погрешности прибора
Вариция, %





абсолют-
ная
·, Ом
приведенная

·, %





прямой ход
обратный ход
прямой ход
обратный ход
прямой ход
обратный ход


КСМ2










Ш69000










3.2.6 Требования к отчету
Отчёт по работе должен содержать:
1) цель работы;
2) принципиальные схемы уравновешенного моста и логометра;
3) методику проверки работоспособности автоматического моста и логометра;
4) протокол испытаний приборов;
5) выводы по работе.

3.2.7 Контрольные вопросы
1) В чём состоит принцип действия автоматического моста?
2) В чём заключается принцип измерения температуры с помощью термопреобразователей сопротивления?
3) Что понимается под градуировочными характеристиками термопреобразователей сопротивлений?
4) Каковы источники ошибок при измерении температуры с помощью термометров сопротивления?
5) Опишите принцип действия измерительной схемы логометра.


Лабораторная работа №3 «Изучение и проверка
работоспособности манометрических термометров»
Цель работы: изучение устройства и принципа действия манометрических термометров; приобретение навыков по проверке работоспособности термометров.
3.3.1 Общие сведения
Принцип действия манометрических термометров основан на измерении давления рабочего вещества в замкнутом объёме, зависящего от температуры. Прибор состоит из термобаллона, капиллярной трубки и трубчато-пружинного манометра, заполненных рабочим веществом (рисунок 3.3.1). В зависимости от вида рабочего вещества манометрические термометры подразделяются на газовые, жидкостные и парожидкостные (конденсационные). При измерении температуры среды, в которую помещён термобаллон, меняется давление в герметичной системе прибора, которое фиксируется трубчато-пружинным манометром. Шкала манометра проградуирована в единицах температуры.
Газовые манометрические термометры позволяют измерять температуру от минус 150 Cє до 600 Cє. В качестве рабочего вещества в них используют азот, аргон или гелий.
Начальное давление газа в термосистеме составляет 1 5 МПа. Вследствие высокого давления газа в термосистеме колебания атмосферного давления незначительно влияют на показания прибора.
Для уменьшения влияния температуры окружающей среды увеличивают объём термобаллона, уменьшая при этом объём капилляра и манометрической трубки.
В качестве рабочего вещества в жидкостных термометрах используют ртуть или полиметилксилоксановые жидкости. При повышении температуры жидкость в термобаллоне расширяется и заставляет перемещаться конец манометрической трубки. Благодаря тому что жидкости обладают большей теплопроводностью, инерционность этих термометров меньше, чем газовых.
Жидкостные и газовые манометрические термометры имеют равномерную линейную шкалу.

1 термобаллон, 2 капиллярная трубка, 3 стрелка, 4 зубчатая шестерня, 5 манометрическая трубка, 6 зубчатый сектор, 7 тяга
Рисунок 3.3.1 Схема манометрического термометра
Термобаллон конденсационных термометров обычно заполняется на 2/3 объёма низкокипящей жидкостью фреоном, ацетоном, хлористым метилом, бензолом и т. д. При повышении температуры увеличиваются давление насыщенного пара в термобаллоне, которое через капилляр передаётся манометрической пружине. Однако изменение давления пара непропорционально изменению температуры, что является недостатком конденсационных термометров, шкала которых нелинейная.
Приборы этого типа наиболее чувствительны, однако диапазон измерения их невелик от минус 50 до 300 єC.
Так как давление в термосистеме зависит только от измеряемой температуры, то изменение температуры окружающей среды погрешности не вносит. На показания этого типа приборов влияют изменения атмосферного давления.
Промышленностью выпускается показывающие, самопишущие, регулирующие и сигнализирующие манометрические термометры.
3.3.2 Описание лабораторного стенда
Лабораторный стенд (рисунок 3.3.2) состоит из трубы 1, внутри которой установлен электрический нагревательный элемент 6. В стенке трубы сделаны технологические отверстия, в которых установлены контрольный жидкостной термометр 2 (типа ТТ, класс точности 0,5) и проверяемые манометрические термометры: жидкостной 4 (тип VYR.C, пределы измерений 0100 Cє, класс точности 1,5); газовый 3 (тип ТПГ 4, 0100 Cє, класс точности 1); конденсационный 5 (тип ТПП СК, 0100 Cє, класс точности 2,5). Для охлаждения используется вентилятор 7.


Рисунок 3.3.2 Лабораторный стенд

3.3.3 Задание к выполнению работы
1) Ознакомиться с лабораторным стендом и установленными на нём приборами.
2) Проверить работоспособность газового, жидкостного и конденсационного манометрических термометров.
3.3.4 Методика выполнения работы
Проверка работоспособности манометрических термометров VYR.C, ТПГ 4 и ТПП СК заключается в сравнении их показаний с показаниями контрольного термометра ТТ, определении максимальной приведенной погрешности и сравнении её (и приведенной вариации) с классом точности. При расчете погрешности термометров под ''А'' (см. формулы 2.1; 2.2; 2.5) понимается температура.
3.3.5 Порядок проведения работы
Подайте напряжение на стенд-тумблер, ''питание'' перевести в положение ''ВКЛ''.
Тумблером ''НАГРЕВАТЕЛЬ'' подайте питание на ТЭН.
Снимите показания манометрических термометров и контрольного термометра через каждые 10 Cє, начиная с 20 Cє до 70 Cє (прямой ход).
Отключите электрический нагреватель от источника питания и включите вентилятор.
Снимите показания проверяемых и контрольного термометров в процессе охлаждения (обратный ход).
Полученные данные занесите в таблицу 3.3.1.
Таблица 3.3.1 - Протокол испытаний манометрических термометров
Показания контрольного термометра, Cє
Данные испытаний манометрического термометра,

Погрешности прибора
Вариация, %



абсолютная
·,
Ом
приведенная
·,
%



прямой ход
обратный ход
прямой ход
обратный ход
прямой ход
обратный ход






































































































































































Требования к отчету
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
цель работы;
схему манометрического термометра;
схему лабораторного стенда;
протоколы испытаний приборов;
выводы по работе.
3.3.7 Контрольные вопросы
Принцип действия манометрических термометров.
Классификация манометрических термометров.
Какие манометрические термометры имеют равномерную линейную шкалу, а какие неравномерную?
Как определить абсолютную, приведенную погрешность и вариацию прибора?
В чем заключается поверка градуировки шкалы прибора?
Приведите основные достоинства и недостатки манометрических термометров.
Приведите примеры использования манометрических термометров в системах контроля, в системах сигнализации.
Лабораторная работа № 4 «Изучение и проверка работоспособности приборов измерения давления»
Цель работы: Изучение устройства принципа действия приборов измерения давления; приобретение навыков при проверке работоспособности манометров.
4.1 Общие сведения
Для измерения давления жидкостей, а также давления и разряжения газов и паров в промышленной практике наиболее широко используются деформационные манометры. Принцип их действия основан на преобразовании деформации чувствительных элементов под действием измеряемого давления в пропорциональное перемещение или усилие. Другими словами, в деформационных приборах измеряемое давление (усилие) уравновешивается механическим напряжением в материале чувствительного элемента. В качестве чувствительных элементов широко применяются трубчатые манометрические пружины, мембраны (жесткие и вялые) и сильфоны.
В трубчатом манометре (рисунок.4.1) измеряемое давление уравновешивается силой упругой деформации одновитковой манометрической пружины 1, наглухо запаянной с одной стороны. При увеличении избыточного давления внутри трубки эллиптическое сечение ее деформируется, стремясь к круглому, т.е. малая ось эллипса увеличивается, а большая уменьшается, что ведет к раскручиванию трубки. Перемещение запаянного конца трубки 1 через тягу 2 передается сектору 3, который вращается на оси 4. Угловое перемещение сектора 3 с помощью зубчатого зацепления вызывает вращение зубчатого колеса 5, на оси которого укреплена стрелка отсчетного устройства манометра.
Электроконтактные манометры и вакуумметры типа ЭКМ предназначены для измерения давления разряжения жидкостей, газов и паров, а также для сигнализации при достижении минимального или максимального рабочего давления или для автоматического двухпозиционного регулирования давления. Работают только при плавной, не пульсирующей нагрузке. По принципу действия электроконтактный манометр аналогичен манометру с одновитковой трубчатой пружиной. Для сигнализации служат электрические контакты, связанные с двумя указателями, которые могут быть установлены вручную на два заданных значения в пределах шкалы прибора.


Рисунок.4.1 Схема манометра с одновитковой трубчатой пружиной

Указатели с контактами электрически изолированы друг от друга и от рабочей стрелки прибора. При достижении давления, соответствующего одному из предельных значений, на которые установлены указатели, контакт, связанный со стрелкой прибора, соприкасается с контактом указателя и замыкает электрическую цепь. При переходе стрелки прибора за максимальное или минимальное значение давления, на котором стоят указатели, соответствующий контакт остается замкнутым. В диапазоне между контактами,цепь управления разомкнута.
Наряду с показывающими манометрами широко применяются приборы, преобразующие измеряемое давление в стандартный электрический или пневматический сигнал. Примером может служить пружинный манометр типа МПЭ, предназначенный для пропорционального преобразования избыточного давления жидкостей, газов и паров в унифицированный токовый сигнал 0-5 мA. Принцип действия преобразователя (рисунок.4.2) основан на электрической силовой компенсации.
Измеряемое давление Рвх преобразуется в чувствительном элементе пружине 1 в пропорциональное усилие q. Это усилие через рычажную систему 2 и 3 передаточного механизма уравновешивается усилием обратной связи qос, развиваемым электромагнитом 4. При протекании выходного постоянного тока Iвых через обмотку магнита возникает усилие обратной связи qос. При изменении измеряемой величины Рвх, а следовательно, и усилия q, происходит незначительное перемещение рычажной системы 2 и 3 и связанного с рычагом 5 управляющего сердечника 6 дифференциально-трансформаторного преобразователя 7, преобразующего это перемещение в сигнал напряжения переменного тока. Этот сигнал поступает на усилитель 8, служащий для усиления и преобразования ЭДС в унифицированный выходной сигнал постоянного тока Iвых. Последний поступает в линию дистанционной передачи и одновременно в обмотку магнита 4 обратной связи, где и преобразуется в усилие qос.

Рисунок 4.2 Схема манометра

Изменение передаточного отношения рычажной системы при ее настройке достигается перестановкой подвижной опоры 9. Корректировка «нуля» устройства осуществляется с помощью пружины 10.
При проверке и градуировке приборов для измерения давления широко применяются грузопоршневые манометры (рисунок.4.3). В гидравлической системе грузопоршневого манометра 1, заполненной маслом, с помощью ручного пресса 2 создается избыточное давление, которое уравновешивается массой поршня 3 с грузовой площадкой и накладываемых на нее грузов 4.



13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415Рисунок.4.3 Схема грузопоршневого манометра

Вертикальный поршень 3 пригнан к цилиндру 5 так, что зазор между ними не превышает нескольких микрометров, что исключает необходимость применения уплотнительных устройств. Пренебрегая силами трения, можно записать условие равновесия (фиксируется по индикатору подъема поршня с грузами):
mg = Pизб F (4.1)
где m масса поршня с площадкой и грузами,
g ускорение свободного падения,
Ризб избыточное давление в гидравлической системе грузопоршневого манометра,
F эффективная площадь поршня.

Создавая таким образом в гидравлической системе грузопоршневого манометра требуемое давление, определяемое массой установленных на поршень грузов, можно осуществить поверку других приборов для измерения давления (6 и 7). Грузопоршневой манометр может быть использован и в качестве устройства для создания избыточного давления при проверке одного манометра другим. В этом случае колонка с поршнем отключается от гидравлической системы грузопоршневого манометра запорным устройством.
4.2 Описание лабораторного стенда
Лабораторный стенд (рисунок.4.4) для проверки работоспособности приборов, измеряющих давление, собран на базе грузопоршневого манометра МТ-60.
К гидравлической системе грузопоршневого манометра через запорные вентили подключены: образцовый пружинный манометр МО-11202 (класс точности 0,6), технический пружинный манометр МТП-160 (класс точности 1,5), преобразователь давления типа МЭД (класс точности 1, выходной сигнал 010 мГн). Выход манометра МЭД подключен ко входу вторичного измерительного прибора с дифференциально-трансформаторной схемой типа КСД 2-003 (класс точности 1).

1 грузопоршневой манометр МТ-60, 2 образцовый манометр МО 11202, 3 технический манометр МТП-160, 4  преобразователь давления МЭД, 5 вторичный прибор КСД 2-003
Рисунок 4.4 Схема лабораторного стенда
4.3 Задание к выполнению работы
1) Ознакомиться с лабораторным стендом и установленными на нем приборами.
2) Проверить работоспособность технического манометра МТП-160 по образцовому манометру МО 11202.
3) Проверить работоспособность комплекта МЭД и КСД 2-003 по образцовому манометру МО 11202.
4.4 Методика выполнения работы
Работоспособность технического манометра МТП-160, комплекта МЭД и КСД 2-003 проверяются по образцовому манометру МО 11202.
Создавая ручным прессом давление, при котором стрелка проверяемого манометра устанавливается на нужную отметку шкалы, отсчитываем действительное значение давления в гидравлической системе по шкале контрольного прибора МО11202. Результаты испытаний заносят в протокол (таблица 4.1).

Протокол испытаний манометра
Проверяемый прибор: тип_________
пределы измерений_________ класс точности_________
Контрольный прибор: тип_________
пределы измерений_________ класс точности_________

Таблица 4.1
Показания проверяемого манометра
Показания контрольного прибора
Погрешности прибора
Приведенная вариация

%



абсолютная
приведенная



прямой
ход
обратный
ход
прямой
ход
обратный
ход
прямой
ход
обратный
ход





































































































































































При заполнении протоколов испытаний показания проверяемых и контрольных манометров должны быть выражены в кПа.
Для каждого испытанного прибора рассчитываются абсолютные и приведенные погрешности, вариация и делается вывод о пригодности прибора к работе.

4.5 Порядок проведения работы
Перед работой необходимо заполнить ручной пресс грузопоршневого манометра маслом. Для этого откройте вентиль масляного бачка и вращайте маховик пресса против часовой стрелки до упора. После заполнения прессовой части маслом закройте вентиль масляного бачка. При проведении испытаний должны быть открыты вентили, связывающие контрольный и проверяемый манометры с гидравлической системой грузопоршневого манометра. Проверяют все оцифрованные отметки шкалы прибора при прямом и обратном ходе: сначала при нарастании давления в системе, затем, после выдержки проверяемого прибора на предельном давлении в течение 2-х минут, в обратном порядке.
В случае, если одного хода поршня ручного пресса недостаточно для создания требуемого давления, следует закрыть вентили подключенных в данный момент к гидравлической системе манометров, открыть вентиль масляного бачка, заполнить пресс маслом, вращая маховик часовой стрелки, закрыть вентиль масляного бачка и, открыв вентили контрольного и проверяемого манометров, продолжить испытания последнего.
4.6 Требования к отчету
Отчет по данной работе должен содержать:
1) цель работы;
2) схему лабораторного стенда;
3) методику проверки работоспособности манометров;
4) протоколы испытаний манометров;
5) выводы.
4.7 Контрольные вопросы
1) В чем состоит принцип действия пружинных манометров?
2) Каково назначение, устройство и принцип действия грузопоршневого манометра?
3) Что называется классом точности манометра?
4) В чем состоит принцип электросиловой компенсации?
5) С какой целью производится периодическая проверка приборов для измерения давления? В чем она состоит?
6) Каково устройство и область применения электроконтактных манометров?
7) Почему проверка манометров производится при прямом и обратном ходе?
8) Для каких целей применяются вторичные приборы электрической ветви ГСП?

5 Лабораторная работа №5 «Изучение и проверка
работоспособности приборов измерения уровня»
Цель работы: Изучение конструкций и принципов действия гидростатических уровнемеров, емкостного сигнализатора уровня, а также приобретение навыков по проверке работоспособности приборов для измерения уровня.
5.1 Общие сведения
Практически во всех технологических процессах пищевой промышленности возникает необходимость измерять уровень жидких или сыпучих материалов, а также сигнализировать о достижении или максимального, или минимального значения для предупреждения от переливов и пересыпаний, или снижения уровня ниже допустимых пределов.
Гидростатические уровнемеры основаны на измерении давления столба жидкости или выталкивающей силы, действующей на тело, погруженное в жидкость. В пищевой промышленности нашли широкое применение буйковые и пьезометрические (барботажные) гидростатические уровнемеры, а также уровнемеры-манометры.
Пьезометрический уровнемер (рисунок 5.1) состоит из опускаемой в резервуар трубки 1, через которую продувается с малой скоростью воздух, подаваемый компрессором через вентиль 2 и стеклянный сосуд 3. Сосуд 3 служит для визуального контроля подачи воздуха, манометр 4 для измерения давления воздуха в трубке, следовательно, и статического напора жидкости, пропорционального высоте столба жидкости Н над выходным отверстием трубки:

13 EMBED Equation.3 1415, (5.1)
где 13 EMBED Equation.3 1415 плотность жидкости,
g ускорение свободного падения.
Подобные приборы могут с успехом применяться для измерения уровня агрессивных, загрязненных и кристаллизирующихся жидкостей при постоянной плотности жидкости.
К гидростатическим приборам относятся уровнемеры, основанные на измерении давления, которое создается столбом жидкости; это давление, определяемое согласно формуле (5.1), измеряется с помощью манометров (рисунок 5.2).

Рисунок 5.2 Структурная схема пьезометрического уровнемера

Рисунок 5.2 Схема уровнемера-манометра

Буйковый уровнемер (рисунок 5.3) состоит из чувствительного элемента буйка 1, подвешенного на рычаге 2 измерительного блока 3. Буек погружается в жидкость, уровень который измеряется. Начальная масса буйка (в воздухе) уравновешивается грузом 4, расположенном на плече уравновешивающего рычага 5.
На буек действует выталкивающая сила, равная весу жидкости, вытесненной погруженной частью буйка:
13 EMBED Equation.3 1415, (5.2)
где d диаметр буйка,
Н высота погруженной части буйка,
13 EMBED Equation.3 1415 плотность жидкости,
g ускорение свободного падения.

Рисунок 5.3 Структурная схема буйкового уровнемера
Таким образом, выталкивающая сила при цилиндрической форме буйка и постоянной плотности жидкости прямо пропорциональна высоте погружения буйка в жидкость, т. е. ее уровню в резервуаре Н. Величина выталкивающей силы измеряется и уравновешивается измерительным блоком 3, принцип действия которого основан на электросиловой или пневмосиловой компенсации измеряемого усилия. Результатом измерения является унифицированный электрический (20 100 кПа) сигнал, пропорциональный уровню жидкости в резервуаре. Емкостные сигнализаторы уровня основаны на принципе измерения электрической емкости системы «Электроды датчика контролируемая среда». Датчик имеет такую же конструкцию, как и в емкостном уровнемере. При погружении его в контролируемую среду происходит срабатывание емкостного реле измерительного блока. Сигнализатор обеспечивает световую сигнализацию и выдачу сигнала на исполнительные механизмы (например, включает и отключает насос).
5.2 Описание лабораторного стенда
Схема лабораторного стенда представлена на рисунке 5.4. Насосом 1 вода из бака 2 подается в напорный бак 3, снабженный водомерным стеклом 4. В напорном баке размещены датчики емкостного сигнализатора уровня 5 (ЭСУ-4), контролирующие нижний и верхний уровни. Кроме сигнализации, ЭСУ-4 управляет работой насоса 1, включая его при достижении нижнего и выключая при достижении верхнего уровня. Подача воды из напорного бака 3 в стеклянные резервуары осуществляется с помощью вентиля 6. При этом вентиль 7 должен быть закрыт.
В левом резервуаре 9 размещается микропроцессорный датчик давления 10 СЕНСОР-ДИ-101 (пределы измерения 0 16 кПа, класс точности 0,5), сигнал от которого поступает в измерительный прибор с цифровой индикацией МТ-2.


1 насос; 2 бак; 3 напорный бак; 4 водомерное стекло; 5 емкостной сигнализатор уровня ЭСУ-4; 6, 7, 8 вентили; 9 стеклянные резервуары; 10  датчик давления СЕНСОР-ДИ-101; 11 измерительный прибор МТ-2; 12 буек; 13 уровнемер буйковый УБ-П; 14 прибор контроля пневматический ППВ 1.2; 15 трубка барботажного уровнемера; 16 манометр.
Рисунок 5.4 Схема лабораторного стенда
В центральном резервуаре 9 расположен датчик 12 буйкового уровнемера 13 УБ-П (пневмосиловой компенсацией измеряемого усилия), сигнал от которого поступает в прибор контроля пневматический 14 ППВ 1.2 со 100% шкалой.
Барботажный уровнемер состоит из стеклянной трубки, размещенной в правом резервуаре. Для измерения давления воздуха в трубке используется манометр 16.
5.3 Задание к выполнению работы
Ознакомиться с лабораторным стендом и установленными на нем приборами.
Проверить работоспособность гидростатических уровнемеров (буйкового, барботажного уровнемеров и уровнемера-манометра).
5.4 Методика выполнения работы
Методика проверки работоспособности уровнемеров заключается в сравнении их показаний с фактическим уровнем воды в резервуарах (определяется по мерной шкале, нанесенной на их стенки), вычислением максимальной приведенной погрешности и приведенной вариации и сравнении их с классом точности данного прибора. Испытания приборов проводятся при заполнении резервуаров водой (прямой ход) и их опорожнении (обратный ход). Результаты измерений заносятся в таблицу 5.1.

Таблица 5.1 - Протокол испытаний уровнемеров
Фактический уровень воды в резервуаре,
мм
Показания прибора,
мм
Погрешности прибора
Приведенная вариация, %


прямой ход
обратный ход
абсолютная
приведенная





прямой ход
обратный ход
прямой ход
обратный ход



5.5 Порядок выполнения работы
Тумблером на панели стенда включите насос 1 (рисунок 5.4). Скорость наполнения напорного бака 3 можно изменять с помощью вентиля 7, при этом вентиль 6 должен быть полностью открыт. Необходимая скорость наполнения бака контролируется по водомерному стеклу. Измерьте по водомерному стеклу моменты срабатывания сигнализатора, контролирующего нижний и верхний уровни воды в баке. При достижении верхнего уровня в напорном баке (о чем будет свидетельствовать отключение электродвигателя насоса) закройте вентиль 6. С помощью вентилей 6 и 7 проверьте работоспособность гидростатических уровнемеров по методике, описанной в предыдущем разделе.
5.6 Требования к отчету
Отчет по работе должен содержать:
цель работы;
схему лабораторного стенда;
методику выполнения работы;
протоколы испытаний уровнемеров;
выводы.
5.7 Контрольные вопросы
На чем основан принцип действия пьезометрических и буйковых уровнемеров?
Каковы источники возникновения погрешностей при измерении уровня жидкостей буйковыми уровнемерами?
В чем состоит принцип действия емкостных сигнализаторов уровня?
В чем заключается методика проверки работоспособности уровнемеров?
Приведите классификацию приборов для измерения уровня жидких и сыпучих сред.
С какой целью датчики электрических уровнемеров покрываются слоем изоляции?

6 Лабораторная работа № 6 «Электрические цепи в релейной
схеме»
Цель работы: Ознакомиться с принципом построения дискретных систем управления на основе электрических реле; получить практические навыки по разработке и сборке простейших схем электроавтоматики.
6.1 Общие сведения
В системах автоматического управления часто находят применение устройства дискретного действия. Устройства дискретного действия и состоящие из них системы дискретного автоматического управления по сравнению с устройствами и системами непрерывного управления более надежны, на их работу меньше влияет разброс параметров отдельных элементов или колебания параметров источника питания. Как следствие, при передаче сигналов в таких системах меньше сказываются помехи.
Большинство операций в дискретных системах можно свести к простейшим логическим операциям, соответствующим появлению сигналов «да» либо «нет» (включено или выключено). Поэтому подобные элементы, к которым могут быть отнесены реле, получили название логические элементы.
Релейно-контактная аппаратура оборудования предприятий пищевой промышленности построена часто на электромагнитных реле.
Электромагнитным называется реле, в котором тяговое усилие создается энергией магнитного поля, возникающего при протекании электрического тока через обмотку.
Электромагнитное реле содержит неподвижный сердечник с обмоткой и подвижный якорь, который при перемещении замыкает или размыкает контакты. Электрические реле являются наиболее распространенными элементами электроавтоматики, что обусловлено основным свойством реле возможностью управлять достаточно мощными процессами в исполнительных электрических цепях с помощью незначительных управляющих электрических сигналов малой мощности.
Электрическое реле (рисунок 6.1) в общем случае является промежуточным элементом, приводящим в действие одну или несколько управляемых электрических цепей при воздействии на него определенных электрических сигналов управляющей цепи. Поэтому реле нельзя характеризовать только его собственными параметрами в отрыве от характеристик управляющей и управляемой электрических цепей.







Рисунок6.1 Схема расположения реле в электрических цепях

Применение электрических реле позволяет использовать алгебру логики. В алгебре логики имеются три основные логические операции: логическое умножение (И); логическое сложение (ИЛИ); логическое отрицание (НЕ). Более подробно смотри в разделе «Общие сведения к лабораторной работе №7».
6.2 Задание на выполнение работы
1) Разработать и собрать схему (рисунок 6.2), в которой при замыкании выключателя S2, реле К1 своим контактом включает или выключает объект управления (лампу, двигатель).
2) Разработать и исследовать схему (рисунок 6.2), в которой электродвигатель должен включаться с помощью реле и оставаться во включенном состоянии после выключения реле. Использовать тумблер S2, реле К1, К2 и двигатель.
3) Описать принцип действия разработанных схем.
4) Составить логические уравнения для разработанных схем.


+15 В

S2 S2 К2.1 К1.1 К2.2

К1 К2


ЕL1 M1

Рисунок6.2 Фрагмент релейно-контактной аппаратуры стенда,
используемый для выполнения лабораторной работы №6

6.3 Подготовка и порядок выполнения работы
1) Перед началом работы необходимо тщательно ознакомиться со схемой, расположенной на лабораторном стенде.
2) Вычертить монтажную схему с указанием мест подключения перемычек.
3) Сборку схемы производить при отключенном стенде. После сборки обратиться к преподавателю за разрешением на проведение лабораторной работы.
6.4 Требования к отчету
Отчет по данной работе должен содержать:
1) цель работы;
2) разработанные схемы;
3) описание работы схем;
4) логические уравнения разработанных схем.
6.5 Контрольные вопросы
1) Перечислите основные параметры электрических реле.
2) Почему электрические реле являются наиболее распространенными элементами электроавтоматики?
3) В чем состоит принцип действия электромагнитного реле?
4) Какие три основные логические операции используются в алгебре логики?
5) Как можно представить функциональную логическую связь?
7 Лабораторная работа №7 «Свойства сигналов логических
элементов»
Цель работы: Изучить принцип действия и назначения основных логических элементов, а также приобретение навыков по исследованию характеристик комбинационных логических схем.
7.1 Общие сведения
Основными составными частями любых цифровых устройств, включая современные ЭВМ, являются логические элементы.
Логический элемент это такая схема, которая, «основываясь» на входных сигналах, «может решать», что ей ответить на выходе «да» или «нет». На рисунке 7.1 представлена схема логического элемента И, которая отвечает «да» (на выходе загорается лампа) только в том случае, когда на оба ее входа поданы сигналы «да» (оба ключа замкнуты).


А
Входы
Выход Y
В

Рисунок 7.1 Схема И на механических переключателях.

Условное обозначение элемента И представлено на рисунке 7.2. Это стандартное обозначение применяется независимо от того, на чем он собран  на реле, переключателях, диодах и транзисторах или на ИС.

Рисунок 7.2 Условное обозначение (символ) логического элемента И

В таблице 7.1 указаны все возможные комбинации сигналов на входах А и В и соответствующие им сигналы на выходе.

Таблица 7.1 Таблица истинности логического элемента И

Входы
Выход

В
А
Y

0
0
0

0
1
0

1
0
0

1
1
1








Таблица 7.2 Таблица истинности логического элемента ИЛИ
Входы
Выход

В
А
Y

0
0
0

0
1
1

1
0
1

1
1
1


Приведенная таблица истинности дает характеристику работы этого логического элемента, т.е. описывает логическую функцию И. Другим сокращенным способом записи того, что входы А и В связаны функцией логического умножения И является его булево выражение:
13 EMBED Equation.3 1415 (7.1)
Знак умножения в виде точки 13 EMBED Equation.3 1415здесь использован для обозначения функции И (логического умножения).
На рисунке 7.3 иллюстрируется принцип работы элемента ИЛИ с использованием обычных переключателей.
Рисунок 7.3 Схема ИЛИ на переключателях

Возможные комбинации сигналов на входах и выходе логического элемента ИЛИ приведены в таблице 7.2.
Условное обозначение логического элемента ИЛИ показано на рисунке 7.4. На том же рисунке приведено его булево выражение, в нем знак (+) представляет собой символ для логической функции ИЛИ.






Рисунок 7.4 Условное графическое обозначение элемента ИЛИ и соответствующее булево выражение

В логическом элементе НЕ, часто называемом инвертором, есть только один вход и один выход. Основная функция схемы НЕ (инвертора) состоит в том, чтобы обеспечивать на выходе сигнал, противоположный сигналу на входе. Условное обозначение инвертора и его булево выражение приведены на рисунке 7.5






Рисунок 7.5 Условное графическое обозначение инвертора и булево выражение для него

Использование черты 13 EMBED Equation.3 1415 над обозначением выходного сигнала указывает на то, что входной сигнал А инвертирован. Обозначение 13 EMBED Equation.3 1415 читается как «не А».
Логический элемент исключающее ИЛИ иногда называют элементом типа «что-нибудь, но не все».
Условное обозначение элемента исключающее ИЛИ и булево выражение для него показано на рисунке 7.6. Символ 13 EMBED Equation.3 1415 (псевдоплюс) означает, что входы А и В связаны логической функцией исключающее ИЛИ.
Из таблицы 7.4 видно, что если на какой-либо из входов (но не на все) подана логическая единица, то на выходе тоже появляется логическая единица.


Таблица 7.3 - Таблица истинности инвертора




Таблица 7.4 - Таблица истинности для логического элемента исключающее ИЛИ
Вход
Выход

А
Y

0
1

1
0

Входы
Выход

В
А
Y

0
0
0

0
1
1

1
0
1

1
1
0















Рисунок 7.6 Условное обозначение элемента исключающее ИЛИ и его булево выражение

7.2 Задание на выполнение работы
1) Составить экспериментальные таблицы состояний следующих элементов: И; ИЛИ, «исключающее ИЛИ», «исключающее ИЛИ-НЕ».
2) Используя представленные на стенде логические элементы, собрать предложенную преподавателем комбинационную логическую схему, например:

=1 1
Входы & Выход
=1 1

3) Экспериментально построить таблицу состояний для предложенной комбинационной схемы.
4) Построить булево выражение на основе таблицы истинности.
7.3 Подготовка и порядок выполнения работы
1) Перед началом работы необходимо тщательно ознакомиться со схемой предстоящей лабораторной работы.
2) Начертить принципиальную схему работы в тетради. Продумать, каким образом производить коммутацию между узлами схем, разобраться в их назначении, уяснить работу схемы и ее элементов. После этого вычертить монтажную схему с указанием мест установки перемычек.
3) Сборку схемы производить только при отключенной питающей сети. Убедиться в отсутствии коротких замыканий в монтаже схемы. После чего обратиться к преподавателю за разрешением на проведение лабораторной работы.
4) Приступая к работе, следует установить все тумблеры в нижнее положение, соответствующее их отключенному состоянию.
5) При исследовании логических элементов следует помнить что при включении тумблера «Сеть», на все их уровни подаются сигналы высокого логического уровня (+5В). Поэтому для получения сигнала низкого логического уровня необходимо соединить соответствующее гнездо с землей.
7.4 Требования к отчету
Отчет по данной работе должен содержать:
1) цель работы;
2) схемы основных логических элементов; включая их таблицы истинности и булевы выражения;
3) комбинационную логическую схему, включая ее таблицу состояний и булево выражение.
7.5 Контрольные вопросы
1) Если на оба элемента И поданы логические сигналы высокого уровня, то сигнал какого уровня появится на выходе?
2) Запишите булево выражение для логического элемента ИЛИ.
3) Запишите булево выражение для инвертора.
4) В чем различие логических элементов «ИЛИ» и «исключающее ИЛИ»?
5) Где и как применяются логические элементы?



8 Лабораторная работа №8 «Кодирование двоичным кодом»
Цель работы: Изучить методы представления информации в двоичном и двоично-десятичном кодах. Экспериментально проверить работу шифраторов и дешифраторов.
8.1 Общие сведения
В повседневной жизни для представления чисел пользуются исключительно десятичным кодом. В цифровых устройствах автоматики, включая ЭВМ, для представления чисел или других дискретных сообщений по большей части применяется двоичный код. В двоичной системе счисления используются только два символа: 0 и 1, и поэтому ее иногда называют системой счисления с основанием 2.
В десятичной позиционной системе основанием счисления является число 10. Поэтому любое число N можно представить в виде:
13 EMBED Equation.3 1415,
где а0, а1, , аn коэффициенты, принимающие значения от 0 до 9.
Так, число 648 можно представить как 13 EMBED Equation.3 1415.
Очевидно, в двоичной позиционной системе счисления число N можно представить как:
13 EMBED Equation.3 1415
где: а0, а1, , аn коэффициенты, принимающие значения 0 или 1.
Например, число 13 в двоичной системе записывается 1101, что соответствует выражению:
13 EMBED Equation.3 1415
Для перевода десятичных чисел в двоичную систему можно воспользоваться следующим приемом:
Таким образом, десятичное число 13 мы преобразуем в двоичное число 1101.
Код, в котором каждое десятичное число записано в двоичной системе, называется двоично-десятичным кодом.
В двоично-десятичной системе каждая десятичная цифра задается в двоичной системе. Цифры 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 записываются в виде двоичных четырехзначных чисел 0000, 0001, 0010, , 1001.
Преобразование десятичного числа 826 в этот код показано ниже.

Сотни Десятки Единицы
Десятичное число 9 2 6

Число в коде 8421 1001 0010 0110

Двоично-десятичная система менее экономна, чем двоичная, запись числа в двоично-десятичной системе на 20% длиннее чисто двоичной его записи. Двоично-десятичная кодировка чисел часто применяется при выводе числовых значений на индикатор и при арифметических расчетах.
При кодировании происходит процесс преобразования элементов сообщения в соответствующие кодовые им числа (кодовые символы).
На рисунке 8.1. показана типичная система, которая реализует перевод десятичных чисел в двоичные и двоичных в десятичные.

Рисунок 8.1 Цифровая система с шифратором и дешифратором
Устройство, переводящее десятичные числа, набранные на клавиатуре, в двоичные числа, называется шифратором, а устройство, преобразующее двоичные числа в десятичные, называется дешифратором. Дешифратор переводит двоично-десятичный код в код семисегментного индикатора, обеспечивающего свечение соответствующих сегментов. Это устройство осуществляет перевод данных с машинного языка на язык десятичных чисел, высвечиваемых на семисегментном индикаторе. Шифраторы и дешифраторы  это сложные логические схемы, которые изготавливаются в виде микросхем в отдельных корпусах.
8.2 Задание на выполнение работы
1) На основе имеющихся на стенде микросхем шифраторов (Д9, Д10) и дешифраторов (Д11, Д12) собрать электронную цифровую систему, реализующую перевод десятичных чисел в двоичные и двоичных чисел в десятичные.
2) Переключателями S7, S8 (рисунок 8.2) на входе микросхем Д9, Д10 могут быть установлены различные десятичные числа; на выходе этих микросхем производится отображение установленного числа в двоичном коде. Составьте экспериментальную таблицу десятичных чисел и их двоичных кодов.
С помощью дешифраторов Д11, Д12 и элементов индикации осуществляется преобразование четырехзначного двоичного числа в семибитовую последовательность символов и соответствующая индикация в виде цифры. Установка различных чисел осуществляется с помощью переключателей S7, S8. Для заданных преподавателем десятичных чисел составьте таблицу их двоичных цифр в двоично-десятичном коде.
8.3 Порядок работы
1) Перед началом работы необходимо тщательно ознакомиться со схемой предстоящей работы.
2) Продумать, каким образом производить коммутацию между узлами схемы, разобраться в их назначении. После этого вычертить монтажную схему с указанием мест подключения перемычек, согласно которой будет производиться коммутация элементов.
3) Сборку схемы производить при отключенной питающей цепи. После чего обратиться к преподавателю за разрешением на проведение лабораторной работы.
4) Чтобы подать питание на дешифраторы и индикаторы, необходимо включить тумблер S9.
8.4 Требования к отчету
Отчет по данной работе должен содержать:
1)цель работы;
2)схему цифровой системы; реализующей перевод десятичных чисел в двоичные и двоичных чисел в десятичные;
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
3)таблицы десятичных чисел и их двоичных и двоично-десятичных кодов.
8.5 Контрольные вопросы
1) Какому десятичному числу эквивалентно двоичное число 1111?
2) Какому двоичному числу эквивалентно десятичное число 22?
3) Какому числу эквивалентно десятичное число 22 в коде 8421?
4) Какие функции выполняют шифраторы и дешифраторы?
5) Как называется устройство, осуществляющее перевод данных с машинного языка на язык десятичных чисел?
6) Из каких основных элементов состоят шифраторы и дешифраторы?

Список литературы
1 Петров И.К. Технологические измерения и приборы в пищевой промышленности. М.: Агропромиздат, 1985.
2 Петров И.К., Солошенко М.М., Царьков В.А. Приборы и средства автоматизации для пищевой промышленности. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981
3 Преображенский В. П. Теплотехнические измерения. М.: Энергия, 1978. 315 с.
4 Кулаков М. В. Технологические измерения и приборы химических производств М.: Машиностроение, 1983.
5 Чистяков В. С. Краткий справочник по теплотехническим измерениям М.: Энергоатомиздат, 1990. 245 с.
6 Фарзане И. Г., Илясов Л. В., Азим-Заде А. Ю. Технологические измерения и приборы М.: ВШ, 1989. 340 с.
7 Иванова Т. М. Теплотехнические измерения и приборы М.: Энергоатомиздат, 1984.
8 Шкатов Е. Ф. Лабораторный практикум по приборам контроля и регулирования М.: Химия, 1990.












13PAGE 15





13PAGE 15



r

4

RK

RP

НЭ

НГ

Д

П

ЕХ

Т

IP

IНЭ

А

+

_

+

_

IT

_

+

К

И

1

2

3

4

КСП 2



Rt

R1

b

а



R2

7



c

RP

Е

НП

RP

Е

НП

R1

Rпр

Rt

Rпр



R2



c

b

а

d

Rпр

Rt



d

Р 4830/2

КСМ

4

3

2

1

R2

Rt

R1

a

в

I’1

I1

MP

M’P

N

S

R’P

RP



2
b

Рисунок 8.2 - Схема установки

Десятичное число 13 13 : 2 = 6 с остатком 1 разряд с весом 1.

6 : 2 = 3 с остатком 0 разряд с весом 2.

3 : 2 = 1 с остатком 1 разряд с весом 4.

1 : 2 = 1 с остатком 1 разряд с весом 8.

Двоичное число


13 EMBED Equation.3 1415

символ исключающего ИЛИ

=1

Входы А
В

Y Выход

символ НЕ

Выход Y 13 EMBED Equation.3 1415

1

Вход А

13 EMBED Equation.3 1415
символ ИЛИ

1

Входы А
В

Y Выход

Входы
А
В

Выход

&

Входы А
В

Y Выход

Управляющая цепь Управляемая цепь


Реле

Командные органы

Исполни тельные органы

1

3

6




5

































Root EntryEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Nativeрис 5Equation Nativeрис 5Equation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native

Приложенные файлы

  • doc 210864
    Размер файла: 702 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий