Реферати українською » Физика » Методи та засоби вимірювань


Реферат Методи та засоби вимірювань

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Анотація

Ця розрахункова робота виконано на 35 аркушах друкованого тексту формату А4, містить 13 таблиць, 10 малюнків, 2 графіка. У розрахункової роботі розглянуті такі теми:

– методи і засоби виміру температури;

– методи і засоби вимірювань тиску;

– методи і засоби вимірювання витрати;

– методи і засоби виміру вологості і склад речовини.


Зміст

Запровадження

Завдання 1. Методи і кошти вимірів температури

Завдання 2. Методи і кошти вимірів тиску

Завдання 3. Методи і кошти вимірів витрати

Завдання 4. Прилади для виміру складу, вологості і властивостей речовини

Укладання

>Библиографический список


Запровадження

У різні історичні періоди стан заходів і вимірювальної техніки перебував у прямої залежності від господарську діяльність, релігійних й інших чинників життя суспільства.

У 1790 року Установчим зборами Франції було порушене питання з приводу створення іузаконении єдиної й обов'язкової всім контрольованій державної пенсійної системи заходів. У 1799 року для зберігання архів Французької Республіки було передано платинові еталони метри й кілограма. Уся сукупність метричних заходів, створених і узаконених у Франції кінці XVIII століття, лягла основою метричної системи заходів, деякі одиниці увійшли до ролі основних до Міжнародної системи одиниць (СІ).

Механіка була зі наук, де застосовувалися одиниця виміру. У минулому існувало кілька варіантів систем одиниць, але поступово загальноприйнятої стала системаСГС (сантиметр, грам, секунда). Потім було розроблено систему МКС (метр, кілограм, секунда).

У 1867 року у Парижі організували Міжнародний комітет заходів і терезів, основне завдання котрого полягало в ретельному вивченні метричних заходів, порівняння їх з іншими заходами, виявленні та розробки можливостей їх застосування всередині кожної країни й для міжнародних відносин.

>Электроизмерительние прилади, мають більш 250-літню історію, зобов'язані своїм розвитком роботам А. Вольта, А.Ампера, М. Фарадея. Їм належить першість у створенні приладів прямого перетворення -гальванометров, амперметрів, вольтметрів тощо.

Історія створення приладівуравновешивающего перетворення починається з 1841 року, коли було запропоновано бруківці метод виміру (містУитстона) і компенсаційний метод виміру постійної напруги (компенсаторПоггендорфа). З іншого боку, XIX століття знайдено основні засадинеелектрических величин в електричні: термоелектричний ефект (Т.Зеетек, У. Томсон), п'єзоефект,тензоеффект (Про. Д.Хвольсон).

Подальшому розвитку електровимірювальних приладів сприяло винахід електронної лампи: в 1904 року з'явився діод, а 1910 року –триод іпентод. Поєднання підсилювачів івипрямителей змагнитоелектрическим вимірювальним механізмом дозволило створити електронні вольтметри, частотоміри,фазометри. Винахід електронно-променевої трубки в 1911 року створило електронно-променевого осцилографа, який став універсальнимелектроизмерительним приладом. Розвиток електроніки призвело до розробці автоматичних компенсаторів і мостів. Отже, класичнаелектроизмерительная техніка доповнилася приладами з автоматичнимуравновешиванием і електронними вимірювальними приладами.


ЗАВДАННЯ 1. МЕТОДИ ТА ЗАСОБИИЗМЕРЕНИЙТЕМПЕРАТУРЫ

1.1Термопара, має опір R>вн, підключена домилливольтметру з внутрішнім опором Rv, виміру проводять у діапазоні ДІ.

Потрібна:

1. Зобразити схему підключення термопари домилливольтметру.

2. Визначити діапазон зміни напруги на висновкахмилливольтметра за нормальної температури вільних кінців термопари, якщо Т0 = 0 °З.

3. Визначити систематичну похибка, якщо Т0 = 20 °З.

4. Визначити систематичну похибка, якщо опірподключаемих дротів буде по 5Ом.

Рішення

Вихідні дані зводимо в табл. 1.1.

Таблиця 1.1

Вихідні дані

>Параметр Позначення Значення

1. Внутрішнє

опір вольтметра

R>вн

14Ом

2. Опір

вимірювальної ланцюга

Rv

190Ом
3. Діапазон вимірів ДІ >0…160°С
4. Тип термопари >ТХК(L) -

1.1.1 Схема підключення термопари домилливольтметру

Схема підключення термопари домилливольтметру приведено на рис. 1.1.


>Рис. 1.1. Схема виміруТЭДСмилливольтметром

1.1.2 Визначаємо діапазон зміни напруги на висновкахмилливольтметра

Визначаємо діапазон зміни напруги на висновкахмилливольтметра за нормальної температури вільних кінців термопари, якщо Т0 = 0 °З, за такою формулою:

Uав =Е(T, T0)/(>1+R>вн/Rv),                                                               (1.1)

деЕ(T, T0) –ТЭДС термопари,мВ, за нормальної температури Т гарячихспаев (вимірювальнихспаев) і Т0 – холоднихспаев, °З; Rv – внутрішній спротив вольтметра,Ом; R>вн – опір вимірювальної ланцюга, до якого входить опір термопари, з'єднувальних дротів, контактів, і т.п.,Ом.

По таблиціП12 докладання визначаємо значенняТЭДС термопариТХК(L) при 0 °З повагою та при + 160 °З.

Є ( 0) = 0,000мВ.

Є (+ 160, 0) = + 11,398мВ.

Отримані значення підставляємо в формулу (1.1)


U>ав(0°С) = 0,000 /(1+14/190) = 0,000мВ

U>ав(+160°С) = +11,398 /(1+14/190) = 10,615мВ.

1.1.3 Визначаємо діапазон зміни напруги на висновкахмилливольтметра і систематичну похибка, якщо Т0 = 20 °З

По таблиціП9 докладання визначаємо значенняТЭДС термопариТХК(L) при 0 °З повагою та при + 160 °З , якщо Т0 = 20 °З

Є (0, 20) = 0,000 – 1,290 = – 3,133мВ.

Є (+ 160, 20) = + 11,398 – 1,290 = 10,108мВ.

Отримані значення підставляємо в формулу (1.1)

U>ав(0°С; +20 °З) = – 1,290/(1+14/190) = – 2,947мВ

U>ав(+160°С; +20 °З) = + 10,108/(1+14/190) = + 10,108мВ.

>DUав = U>ав(–30°С; +20 °З) – U>ав(–30°С) = – 1,290 – 0,000 = – 1,290мВ.

Отже, в показаннімилливольтметра житимеаддитивная систематична похибкаDUав = –1,290мВ, яку треба враховувати під час вимірах. У нинішньому вигляді наведеної похибки це значення становитиме

g =DUав/XN 100 %,

де XN –нормализующее значення змінюваного величини.

g= 1,290/(+ 10,615 – 0,000) 100 % = 12,1 %,

що дуже багато.


1.1.4 Визначаємо систематичну похибка, якщо опірподключаемих дротів буде по 5Ом

За наявності двох з'єднувальних дротів з опором по 5Ом кожен опір вимірювальної ланцюга збільшиться на 10Ом і становитиме

>R>вн = 14 + 10 = 24Ом.

Отримане значення підставляємо в формулу (1.1)

>U>ав(–30°С) = 0,000/(1+24/190) = 0,000мВ

>U>ав(+180°С) = + 11,398/(1+24/190) = 10,119мВ.

>DUав =U>ав(0°С) – U>ав(0°С) = 0,000мВ.

>DUав =U>ав(+160°С) – U>ав(+160°С) = + 10,119 – 10,615 = – 0,496мВ.

Отже, в показаннімилливольтметра житимемультипликативная систематична похибка, постійно змінювана залежно від показань приладу так (табл. 12.4), яку треба враховувати в вимірах.

У нинішньому вигляді наведеної похибки це значення становитиме

g = –0%,

g = 0,496/(+10,615 - 0)100 = 4,67%,

що дуже багато.


Таблиця 1.2

Динамікамультипликативной систематичної похибки від наявності неврахованої опору дротів

>Измеряемое значення

температури

Свідчення приладу,мВ

Значення

похибки,мВ

справжнє реальне
0 0 0 0
40 2,443 2,329 0,114
80 5,042 4,805 0,237
120 7,771 7,408 0,363
160 °З 10,615 10,119 0,496

1.2 Вимірювання температури з допомогою термопари підключеної допотенциометру

Розглянемо методику вирішення завдань з прикладу.ТЭДС вимірюється з допомогоюпотенциометра, у якому використовується нормальний елемент зЭДС Єне = 1,01183 У, який має опір Rне.

Потрібна:

1. Зобразити принципову схемупотенциометра.

2. Визначити значенняТЭДС для заданої термопари, якщо зрівноважування сталося при опорах R>р1 і R>р2.

3. Визначити похибкапотенциометра під час падінняЭДС нормального елемента на величинуDЕне


Рішення

Вихідні дані зводимо в табл. 1.2.

Таблиця 1.2

Вихідні дані

>Параметр Позначення Значення
1.ЭДС нормального елемента

Єне

1,01183 У
2. ПадінняЭДС

>DЕне

1,33мВ
3. Опір нормального елемента

Rне

190кОм
4. Опору, у яких сталося зрівноважування

R>р1

R>р2

0,42Ом

0,21Ом

5. Тип термопари >ТПП(R) -

1.2.1 Схема підключення термопари допотенциометру

Схема підключення термопари допотенциометру приведено на рис. 1.2.

>Рис. 1.2. Схема виміруТЭДСпотенциометром

1.2.2 Визначаємо значенняТЭДС для заданої термопари

ЗначенняТЭДС, якщо зрівноважування сталося при опорах R>р1 і R>р2, визначаємо за такою формулою:

>Е(T, T0) =IR>bd = Eне>R>bd/Rне,                                                          (1.2)


де I = Eне/Rне – струм в вимірювальної ланцюга ас, А;

Eне –ЭДС нормального (зразкового) елемента харчування, У;

Rне – опір нормального елемента харчування,Ом;

R>bd – частина опору Rр, у якому сталося зрівноважування,Ом.

>Е(T, T0)1 = 1,011830,42/190 = 0,0022367 У = 2,237мВ.

>Е(T, T0)2 = 1,011830,21/190 = 0,0011183 У = 1,118мВ.

Для термопариТХK(L) за таблицеюП8 докладання визначаємо значення температури

Є(+ 283) = 2,236мВ.

Є(+ 160) = 1,118мВ.

1.2.3 Визначаємо похибкапотенциометра під час падінняЭДС нормального елемента

ВизначаємоТЭДС під час падінняЭДС нормального елемента на величинуDЕне = 1,33мВ за такою формулою (1.2)

>Е(T, T0)1 = (1,01183 – 0,00133)0,42/190 = 0,00223 У = 2,238мВ.

>Е(T, T0)2 = (1,01183 – 0,00133)0,21/190 = 0,0011624 У = 1,162мВ.

Визначаємо похибку вимірюванняТЭДС

>DЕ(T, T0)1=Е(T, T0)1 –Е(T, T0)1 = 2,238 – 2,237 = 0,001мВ.

>DЕ(T, T0)2=Е(T, T0)2 –Е(T, T0)2 = 1,162 – 1,118 = 0,044мВ.

Похибка є систематичноїмультипликативной, у відносній вигляді вона дорівнює:

>1 =DЕ(T, T0)1/>Е(T, T0)1>100 % =0,001/2,237100 % = 0,04 %.

>2 =DЕ(T, T0)2/>Е(T, T0)1>100 % = 0,044/1,118100 % = 3,94%.

1.3 Вимірювання температури з допомогоютермосопротивления, включеного в урівноважений міст

При вимірітермосопротивления з допомогою врівноваженого мосту відомі опору плечей R1 і R2, типтермосопротивления і діапазон виміру.

Потрібна:

1. Зобразити принципову схему врівноваженого мосту.

2. Визначити повне опір змінного резистора R3 і ціну розподілу шкали (°>С/Ом).

3. Оцінити похибка вимірювання температури у верхній межі вимірів для заданого класу допуску МС.

4. Визначити похибка приладу, якщорезистори R1 і R2 мають допуски ± 0,5 %.

5. Визначити похибку вимірювання за наявності опору дротів 0,5Ом.

Рішення

Вихідні дані зводимо в табл. 1.4.

Таблиця 1.4

Вихідні дані

>Параметр Позначення Значення
Діапазон вимірів ДІ -50…+150 °З
Опору

R1

R2

1,3кОм

6кОм

Типтермосопротивления ПММ 50 50 м при 0°С
Клас допуску - З

1.3.1 Схема підключеннятермосопротивления до урівноваженому мосту

Схема підключеннятермосопротивления до урівноваженому мосту приведено на рис. 1.3.

>Рис. 1.3. Схема вимірутермосопротивления з допомогою врівноваженого мосту

1.3.2 Визначення повного опору змінного резистора R3 і ціну розподілу шкали (°>С/Ом)

Повне опір змінного резистора R3 визначаємо згідно із закономКирхгофа:

R1R3=R2R4,                                                                                      (1.3)

звідки

R3=R2R4/ R1,                                                                                    (1.4)

При 0 °З одержимо


R>3-0°С =6000·50/ 1300=230,8Ом.

Значення опору від температури визначаємо по формулам:

платинові буде в діапазоні від 0 до 600 °З

                                                                  (1.5)

буде в діапазоні від – 200 до 0 °З

                                         (1.6)

деT = 3,9692 10-3 >1/°К,У = 5,8290 10-71/°К2 і >З = 4,3303 10-121/°К3 – температурні коефіцієнти опору.

>Медние буде в діапазоні від – 50 до + 150 °З

,                                                                            (1.7)

буде в діапазоні від – 100 до – 10 °З

,                                                         (1.8)

деT = 4,28 10-3 >1/°К іУ = 5,4136 10-71/°К2.

При -50 °С одержимо

R>Т-50=50·(1+3,9692·10-3(-50)+5,8290·10-7·(-50)2+4,3303·10-12(-50-100)·(-50)3) =78,46Ом.

R>3-50°С=6000·78,46 /1300=362,215Ом

При +>150°С одержимо


R>Т+150=50·(1+3,9692·10-3(+150)+5,8290·10-7·(+150)2) =164,20Ом.

R>3+100°С=6000·164,20/1300=757,846Ом

Діапазон зміни опорів змінного резистора

R3=362,215…757,846Ом за зміни температури від -50 до +150 °З.

Ціна розподілу шкали становитиме

>ЦД=(150-(-50))/( 757,846-362,215)=0,5 °>С/Ом.

1.3.3 Визначаємо похибка вимірювання температури у верхній межі вимірів, для заданого класу допуску МС

У нашому випадку використовується ПММ 50 класу допуску У.Допускаемие відхилення опорів від номінального значенняТСП при 0 °З для класуВ:±0,05%.

R>Т150,2=164,415Ом,

R>Т149,2=163,985Ом.

Розмах показань приладу у верхній межі діапазону вимірів (+200 проЗ) становитиме R>Т150,2- R>Т149,2=164,415-163,985=0,43Ом. Отже, абсолютна похибка вимірювання температури становитимеТ=±0,4 проЗ

Похибка матиме якаддитивний, і мультиплікативний характер.

1.3.4 Визначаємо похибка приладу, якщорезистори R1 і R2 мають допуски ± 0,5 %

З аналізу формули (1.3) видно, що

R4 = R1>R3 /R2.                                                                                (1.9)


Тому, при Т = 0 °З:

R>4max = R>1max>R3/R>2min,

R>4min = R>1min>R3/R>2max,

R4>max =6000(1,005)230,8/(13000,995) = 10,7593 = 10,76Ом,

R4>min =6000(0,995)230,8/(13001,005) = 10,5463 = 10,54Ом.

За формулою приведення

Т = Т1 + (Т2 – Т1)>(R – R1)/(R2 – R1),                                              (1.10)

де R2 і R1 – найбільше і найменше значення інтервалу опорів, куди входить відоме значення R; Т1 і Т2 – найменше і найбільше значення інтервалу температури куди входить дані значення Т.

Уградуировочной таблиці розраховані за такою формулою (1.9) від +2 +3 °З повагою та від -2– 3 °З), тому

Т = 2 + (3 –2)(50,50 – 50,39)/(50,585 – 50,39) = +2,564 °З.

Т = -2 + (–3 –(->2))(49,50 – 49,661)/(49,4165 – 49,661) = – 2,571 °З.

Отже, похибка вимірів становитимеDТ = ± 2,5 °З.

1.3.5 Визначаємо похибку вимірювання за наявності опору дротів 0,5Ом

>Соединительние дроти (2 прим.) під'єднані до термоопору, тому при Т = 0 °З справжнє опір дорівнюватиме

R4 = R1>R3 /R2 –2RП = 50 – 0,5 – 0,5 = 49Ом.


Тому систематичнааддитивная похибка становитиме

>DТ = -5 + (->6-(-5))(49,00 – 49,0225)/(47,328 – 49,0225) = – 5,013 °З.

1.4 Вимірювання температури з допомогоютермосопротивления, включеного в неврівноважений міст

 неврівноважений міст включенотермосопротивление, шкаламиллиамперметра має поставлене діапазон вимірів, напруга харчування мосту U>ab, відомі й опору плечей мосту R2 і R3.

Потрібна:

1. Зобразити принципову схему неврівноваженого мосту.

2. Визначити опір R1, якщо Т0 = 0 °З.

3. Побудувати графік I =f(T), не більше діапазону вимірів і побачити ціну розподілу шкали (>мА/°С).

4. Визначити похибку вимірювання, пов'язану знелинейностью функції перетворення.

5. Визначити похибка вимірів за наявності допуску на номінальне опіртерморезистора ± 0,1Ом.

6. Визначити похибка вимірів під час падіння напруги на 0,2 У.

Рішення

Вихідні дані зводимо в табл. 1.5.

Таблиця 1.5

Вихідні дані

>Параметр Позначення Значення
1. Діапазон вимірів ДІ ± 60 °З
2. Опору

R2

R3

280Ом

35Ом

3. Типтермосопротивления >ТСП 100 100Ом при 0°С
4. Напруга харчування

U>ab

5 У

1.4.1 Схема підключеннятермосопротивления донеуравновешенному мосту

Схема підключеннятермосопротивления донеуравновешенному мосту приведено на рис. 1.4.

1.4.2 Визначаємо опір R1 за умови Т0 = 0 °З

Опір резистора R1 визначаємо згідно із закономКирхгофа (1.5)

R1 = R2>R4 /R3,                                                                                (1.9)

R1 =280100/35 = 800Ом.

1.4.3 Будуємо графік I =f(T) не більше діапазону вимірів і визначаємо ціну розподілу шкали (>мА/°С)

>Рис. 1.4. Схема вимірутермосопротивления з допомогою неврівноваженого мосту


Залежність сили струму через зміну опору для неврівноваженого мосту визначається за такою формулою

,                                                               (1.10)

після перетворень одержимо:

Для зручності перейдемо вмиллиампери:

                                                                     (1.11)

З залежності (1.11) можна побудувати таблицю і графік зміни сили струму в діагоналі

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація