Поверка градуировки логометра

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Саратовский государственный  технический университет

 

 

 

 

 

 

 

 

ПОВЕРКА ГРАДУИРОВКИ  ЛОГОМЕТРА

 

Методические указания

к лабораторной работе 3

по курсу «Системы управления

химико-технологическими процессами»

для студентов специальностей 240801.65, 240302.65, 240502.65, 240100.62

по курсу «Управление техническими системами»

для студентов специальности 260601.65

по курсу «Автоматизация технологических процессов»

для студентов специальности 260901.65

 

 

 

 

 

Одобрено 

редакционно-издательским советом

Саратовского  государственного

технического  университета

 

 

 

 

 

 

 

 

Саратов 2009 
Лабораторная работа 3

ПОВЕРКА ГРАДУИРОВКИ  ЛОГОМЕТРА

Цель работы: Ознакомиться с принципом действия и устройством логометра, техникой проверки градуировки шкалы логометра, предназначенного для измерения температуры.

Основные понятия.

 

1 Принцип  действия  логометра   и  измерение  температуры

с  помощью  него.

 

Одним  из  наиболее  распространенных  вторичных  приборов, работающих  в  комплекте  с  термометром  сопротивления, является  магнитоэлектрический  логометр, относящийся  к  группе  технических  приборов.

Принципиальная схема логометра  приведена на рис.1. Между полюсными наконечниками постоянного магнита перемещаются одинаковые скрещенные рамки R₁ и R₂ из тонкого медного провода, жестко скрепленные между собой и со стрелкой прибора. Ток проводится к рамкам через спиральные пружинки с очень малым противодействующим моментом. Эти пружинки обеспечивают возврат стрелки в исходное положение при отключении источника питания.

Рис.1 Рис.2

Воздушный зазор между  полюсными наконечниками и сердечниками неравномерный, поэтому магнитная индукция  меняется. Наибольшее значение магнитной индукции в середине полюсных наконечников, наименьшее - у края.

Измерительная схема  логометра состоит из параллельных цепей, получающих питание от одного источника. В одну из цепей включено термосопротивление R_t с сопротивлением R_n соединительных проводов и рамка R₂. Во вторую цепь включены рамка R₁ и постоянное сопротивление R. Через рамки R₁ и R₂ протекают токи I₁ и I₂, образующие свои магнитные поля, которые, взаимодействуя  с полем постоянного магнита, создают вращающие моменты М₁ и М₂, направленные навстречу друг другу. Подвижная система находится в равновесии, если моменты рамок, обусловленные токами I₁ и I₂ равны. Если сопротивления обеих цепей одинаковы, т.е. R₂+R_t+R_n=R₁+R, то I₁=I₂ и подвижная система займет положение, симметричное относительно полюсных наконечников. Увеличение R_t при увеличении температуры вызовет уменьшение  I₂ и вращающего момента М₂. В результате равновесие нарушается, и подвижная система поворачивается  по часовой стрелке, рамка R₂ переходит в зону большей, а рамка R₁ - в зону меньшей магнитной индукции. Новое равновесие подвижной системы наступит в положении, при котором  вращающие моменты рамок сравняются. Угол поворота подвижной системы логометра зависит от соотношения сопротивлений цепей рамок

=                 (1)

При постоянных сопротивлениях R₁, R₂, R_n, R угол поворота стрелки логометра зависит только от величины  сопротивления R_t. Для измерения температуры шкала логометра, работающего совместно с термосопротивлением, градуируется в единицах температуры.

 

2.Принципиальная электрическая схема логометра Л - 64.

 

Принципиальная электрическая  схема логометра Л - 64 показана на рис.2. Рамки логометра R^’_p  и R^’’_p включены последовательно в диагональ моста, составленного из постоянных резисторов R₁, R₂, R₃, R₆, изготовленных из манганиновой проволоки, отличающейся малым температурным коэффициентом электрического сопротивления, а также термометра сопротивления R_t и сопротивления R^’_n и R^’’_n соединительных проводов, которые включают в себя  уравнительные катушки, намотанные манганиновым проводом.

Резистор R₄ служит для изменения угла отклонения подвижной системы, а сопротивление R₅ изготовлено из медной проволоки и служит для температурной компенсации. Резистор R₁ выбран так, чтобы мост находился в равновесии при сопротивлении термометра R_t, соответствующему значению температуры в середине шкалы прибора. При  этом, вследствие равенства потенциалов на вершинах моста а и б падение напряжения на резисторах R₂ и R₃, и силы тока I₁ и I₂ в рамках R^’_p и R^’’_p равны и обе рамки располагаются в магнитном поле симметрично относительно оси полюсных наконечников. В случае  изменения R_t нарушается  баланс токов I₁ и I₂,  и рамки приходят в движение и перемещаются до наступления нового состояния равновесия.

Подгонку сопротивления соединительных проводов до расчетного значения  выполняют раздельно для каждого провода. Расчетное сопротивление для провода указано на циферблате прибора (5 или 15 Ом, т.е. 2,5 или 7,5 Ом для каждого провода).

При проверке правильности подгонки R’_n и R^’’_n  вместо R_t включается эквивалентное сопротивление R_э. В этом случае при включении питания стрелка логометра должна устанавливаться на контрольной отметке, нанесенной в середине шкалы логометра (красная отметка).

 

Методика эксперимента.

 

1. Метод проверки логометра.

 

Первичным прибором по отношению к  логометру является термосопотивление, выходным сигналом которого является изменение сопротивления.

Проверка показаний логометра  сводится к сопоставлению его  показаний с табличными при подключении к входу прибора имеющегося сопротивления.  Изменение сопротивления имитируется магазином сопротивления в соответствии с градуировочной таблицей.

 

2. Устройство установки для проверки логометра.

 

Установка для проверки градуировки логометра включает: щит, на котором укреплен логометр типа Л-64 с пределами измерения 0 ... 100 С, ценой деления 2 С, классом точности 1,5, источник  питания (входное напряжение 220 В переменного тока, выходное - стабилизированное напряжение 5 В постоянного тока), переключатели В₁, В₂, В₃, магазин сопротивления МОД - 49 класс точности 0,05.

С помощью магазина сопротивлений  производится точная имитация работы термосопротивления,  имеющего стандартную градуировку № 23.

 

 

3. Оценка точности измерений.

 

Точность проверки логометра зависит  от точности воспроизведения стандартной  градуировки термосопротивления, т.е. погрешности подачи сопротивления  на вход логометра, а также точности снятия показаний оператором (погрешность параллакса).

Наибольшая погрешность возникает при воспроизведении меньших сопротивлений (в данном случае 53 Ом). Класс точности магазина сопротивлений 0,05. Погрешность воспроизведения характеристики термосопротивления в точке 0 С (R=53 Ом) равна:

Согласно градуировочной характеристики изменению температуры  на 2 С соответствует изменение сопротивления на 0,452 Ом. Погрешность, выраженная в градусах равна:

Погрешность от параллакса возникает если, например, в самом распространенном случае оператор располагается против центра прибора, в то время, как стрелка находится на краю шкалы.

Погрешность от параллакса для шкалы, нанесенной на цилиндрической поверхности, равна:

    (2)

где: h =2 мм - расстояние от стрелки до циферблата,

        а =120 мм - хорда, соответствующая  части окружности, на которой нанесена шкала,

        H=r+l=400 мм,

        r=150 мм - радиус окружности  сечения цилиндрической поверхности, на которой нанесена шкала,

        l =250 мм - расстояние от глаз наблюдателя до шкалы.

Подставляя числовые значения в  формулу (3) получим ошибку оператора для указанного выше случая:

Интервал деления шкалы логометра равен 2,5 мм, и соответствует цене деления 2 С. Погрешность от параллакса в единицах измеряемой величины равна:

Если глаз наблюдателя  будет находиться против центра шкалы  прибора, а стрелка сместится на четверть шкалы, то погрешность измерения от параллакса составит 0,48 С.

Сравнивая погрешность, вносимую поверочным средством (магазин сопротивлений), и погрешность, вносимую оператором при его неправильном положении в ходе измерений, можно заключить, что субъективная погрешность оказывается в несколько раз больше погрешности поверочного средства.

Для исключения погрешности  от параллакса необходимо каждое измерение производить при нормальной линии зрения к шкале прибора. Особенно это важно соблюдать при работе с приборами, шкала которых нанесена на цилиндрической поверхности.

 

Требования  техники безопасности

 

1. Соблюдать порядок выполнения приборов.
2. В случае обнаружения неисправности приборов поставить тумблеры в положение “Включено“ и доложить преподавателю.
3. Не производить никаких ремонтных работ.
4. Не касайтесь частей приборов и клемм, находящимся за стендом.
5. Убедитесь в том, что имеется заземление стенда.

 

Порядок проведения измерений

 

Произвести проверку градуировки логометра Л-64  с помощью магазина сопротивлений согласно таблице 1  стандартной градуировки №23 для термосопротивления.

Таблица 1

Температ. Т0С	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
RГ Ом	53	55,26	57,52	59,77	62,03	64,29	66,55	68,81	71,05	73,32	75,58

 

Результаты проверки свести в таблицу 2.

Таблица 2.

Т0С	RГ Ом	Прямой Ход  R1	Обратный Ход R2	Абсолютная погрешность				DТ	dПТ	ВD
				Прямой ход		Обратный ход
				DR1		DR2
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11

 

1. Тумблеры  SA₂, SA₃, SA₄  поставить в положение включено,  SA₁ - выключено.  Стрелка  логометра,  если  прибор  исправен,  должна установиться в  середине  шкалы  на  красной  отметке.

2. Тумблеры   поставить  в  положение  выключено  и  установить  с  помощью магазина  сопротивлений  входное  сопротивление  53  Ом,  соответствующее  0 С.

3. Включить тумблеры  SA₁,  SA₄  и произвести  проверку  логометра  в оцифрованных   точках  при  прямом  и  обратном  ходе,  изменяя  входное  сопротивление  согласно  таблице  1.  В  графы  1 и  2  таблицы  2  предварительно  перенести   градуировочные  данные  таблицы  1.  При прямом ходе  изменять  входное  сопротивление  в  сторону  увеличения  и  производить  отсчет  в  момент, когда стрелка логометра достигает проверяемого  деления.  При  обратном  ходе  входное  сопротивление  необходимо  уменьшать,  производя  аналогичный  отсчет.  Для  прямого и  обратного  хода  повторить  измерения  три  раза,  занося  результаты  в  графы 3 и 4  таблицы 2.

4 Закончить  измерения  и   привести  установку  в  исходное  состояние:  выключить  тумблеры,  установить  рукоятки  магазина  сопротивлений  на  ноль.

 

Обработка  результатов  наблюдений

 

1 Систематическую   составляющую  Т  основной  погрешности  логометра  в  оцифрованных  точках  шкалы  вычислить  по  формуле: 

   ( С)       (3)

где    и -  средние  значения  (по  трем  измерениям  для каждой  оцифрованной  точки  шкалы)  абсолютных  погрешностей  при  прямом  и    обратном  ходе, Кп  =  4,44 С/ Ом  -  коэффициент  передачи  прибора.

2. Для  каждой  оцифрованной  точки  логометра  определить   приведенную  погрешность  :

,

где  100 С - нормирующее  значение  измеряемой  величины.

Класс  точности  К  прибора  равен   _{п мах}Т, которое     выбирают  из  графы  10  таблицы 2.

3. Вариацию  следует   определять  как  абсолютную  величину  разности  между  значениями       и

 

в =    ( С)       (4)

 

Содержание  и  оформление  отчета  по  работе

 

Отчет  должен  включать:  название  лабораторной  работы,  развернутую  формулировку  цели  работы,  принципиальную  схему  логометра  и  электрическую  схему  логометра,  результаты  проверки  прибора   в   виде  таблицы  2,  выводы  о классе  точности  и  о  проявлении  вариации  показаний  прибора.