Файл: Методические указания к выполнению комплекса виртуальных лабораторных работ СанктПетербург 2015.docx

X_вых = K * X_вх * (1- e^-t/T) (12)

  Построенная по уравнению (12) временная характеристика апериодического звена представляет собой экспоненту, из свойств которой известно, что если из любой ее точки провести касательную до пересечения с прямой  нового установившегося значения выходной величины, то проекция этой касательной на ось времени есть величина постоянная для данной экспоненты и равна постоянной времени Т. Таким образом, под постоянной времени можно условно понимать время, в течение ко­торого  выходная величина, изменяясь с постоянной скоростью после скачкообразного изменения входной величины, достигнет нового уста­новившегося значения. За время Т отклонение выходной величины апе­риодического звена, под действием скачкообразного изменения величины достигает 63,2 % от максимального отклонения. Постоянная времени характеризует инерционные свойства термопар (Рис.17).



Рис.17 Временные характеристики термопары

а-статическая, б-динамическая

 Стартовое положение

Стартовое положение прибора в данной лабораторной работе представлено на рисунке 18.



Рис. 18 - Внешний вид электрического термометра напряжения в лаборатории.

Порядок действий

1. 
   Установите температуру нагрева печи 80^о с помощью регулятора.
   
2. 
   Включите прибор с помощью тумблера. И дождитесь нагрева печи до указанной температуры.
   
3. 
   Возьмите блокнот, нажав на него.
   
4. 
   Вставьте термометр в печь. В процессе нагрева, показания термометра будут меняться и автоматически фиксироваться в блокноте.
   
5. 
   Результаты измерение занесите в отчет.
   

Отчет по лабораторной работе должен содержать следующее:

1. 
   Краткое описание и принцип действия электрического термометра сопротивления.
   
2. 
   Порядок измерений.
   
3. 
   Протокол поверки, согласно таблицы 6.
   
4. 
   График нагрева термометра во времени.
   
5. 
   Вывод о погрешности измерения термометра при 80 ºС. Основную приведенную погрешность  определяют по формуле:
   

---

 = (T_з – T_И)*100% / T_з, (13)

T_з – заданное значение температуры;

T_И – измеренное значение температуры.

---

Таблица 6 - Протокол поверки термометра в пределах 80 ºС

№ измерения	Время t, сек	Температуа Т, ºС
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

Контрольные вопросы

1. Принцип действия термоэлектрических термометров.

2. Статическая характеристика термопар

3. Динамическая характеристика, термопар.

Лабораторная работа № 5

«Изучение приборов для измерения давления»

Цель лабораторной работы

Изучение принципа действия и конструкции деформационных чувствительных элементов и поверка трубчатого манометра.

Теоретические основы измерения давления

В международной системе единиц за единицу давления принят Паскаль (Па) - давление, которое испытывает 1 м² плоской поверхности под дей­ствием равномерно распределенной, перпендикулярной к этой поверхности силы в 1 Н.

1 кгс/см² 1*10^-5 Па

Наиболее распространенными средствами измерения давления являются манометры (рис. 19).

---

Рис. 19 – Общий вид манометра

В качестве упругих деформационных чувствительных элементов в приборах давления используются мембраны, мембранные коробки, сильфоны и трубчатые пружины (рис. 20).



Рис. 20 – Чувствительные элементы манометров: а – плоские мембраны;

б – гофрированные мембраны; в – неметаллические мембраны; г – сильфон; д – трубчатые пружины; е – пружины Бурдона эллиптического сечения; ж, з – пружины Бурдона плоскоовального сечения; и – одновитковые трубчатые пру­жины с эксцентричным каналом.

Плоские мембраны (рис. 20а), изготавливаемые из стали и бронзы, представляют собой круглые тонкостенные пластины постоянной толщины. Под действием измеряемого давления Р_изм мембранная пластина прогибается. Приборы этого типа обладают малой инерционностью и позволяют измерять переменное давление с частотой до сотен герц. Прогиб мембраны дифференциально-трансформаторным преобразователем (ДТП) преобразуется в электрический сигнал U_вых.

Гофрировка поверхности мембраны в виде кольцевых волн значительно повышает ее надежность и спрямляет характеристику мембраны. В дифманометрах применяются мембранные коробки образованные двумя спаянны­ми гофрированными мембранами (рис. 20б).

В приборах давления, измеряющих малые давления и разность давлений (тягомерах, дифманометрах) применяют неметаллические (вялые) мембраны (рис. 20в). Эти мембраны изготовляют из специальной сетчатой ткани (капрона, шелка), покрытой бензомаслостойкой резиной или пластмассой. Характеристики вялых мембран снимают экспериментально, т. к. рассчитать их не удается. Для повышения жесткости вялых мембран при­меняют пружины.

Сильфон представляет собой тонкостенную трубку с поперечной гофрировкой (рис. 20г). Сильфоны применяют в приборах для измерения вакууметрического давления до 1кгс/см2 (0,1 МПа), избыточного давления до 600 кгс/см2 и разности давлений до 2,5 кгс/см2 (0,25 МПа). При работе на сжатие сильфоны выдерживают давление в 1,5-2раза больше, чем при воздействии давления изнутри. Статическая характеристика сильфонов линейна в небольших диапазонах перемещений.

Трубчатые пружины чаще всего выполняются в виде одновитковых, центральная ось которых представляет собой дугу окружности с центральным углом, равным 200-2700 (рис. 20д). Наиболее широкое примене­ние получили пружины Бурдона эллиптического (рис. 20е) и плоскоовального (рис. 20 ж, з) сечения. Большая ось 2а поперечного сечения располо­жена перпендикулярно радиусу кривизны R

---

_к центральной оси (среднему радиусу) пружины. Один конец пружины Бурдона закрепляется неподвижно, а другой - свободный, закрытый пробкой и запаянный - соединяют с меха­низмом прибора, - стрелочным указателем или преобразователем.

Тонкостенные пружины Бурдона (рис. 20е) применяют в приборах для измерения вакууметрического давления до 1 кгс/см2 (0,1 МПа) и избыточного давления до 60 кгс/см2 (6 МПа). Для измерения избыточного давле­ния до 200-1600 кгс/см2 (20-160 МПа) применяют толстостенные пружины овального сечения (рис. 10ж). Для измерения сверхвысокого давления до 10000 кгс/см2 (1000 МПа) и выше применяют одновитковые трубчатые пру­жины с эксцентричным каналом (рис. 20и).

Под действием измеряемого давления Ризм пружина Бурдона деформи­руется в поперечном сечении, принимая форму, изображенную на рис. 9е пунктиром. Продольные волокна элемента пружин растягиваются наиболее значительно у малой полуоси. В продольных волокнах наружного радиуса трубки Бурдона будет возникать растяжение, а в волокнах внутреннего радиуса - сжатие. Вследствие того, что волокна, стремятся сохранить свою первоначальную длину, трубка Бурдона будет разгибаться. При этом свободный конец трубки совершит некоторое линейное перемещение.

Для изготовления мембран, сильфонов и трубчатых пружин необходим материал с высокой упругостью, антикоррозийностью, малой зависимостью параметров от изменения температуры, который также должен хорошо под­даваться технологической обработке, пайке и сварке. Указанным требованиям отвечают бронза, латунь и хромоникелевые сплавы.

Конструкция и принцип действия пружинного манометра

Основным элементом пружинного манометра является изогнутая полая трубчатая пружина плоской формы (рис. 21). Один конец пружины, в которую поступает измеряемое давление, закреплен неподвижно в держателе, второй (закрытый) – может перемещаться. В трубчатой пружине изначально настраивается определенное давление, после чего можно производить измерения. В трубчатую пружину 1, через штуцер и держатель 2 поступает избыточное давление и она начинает изгибаться, приводя в движение тягу 4, которая в свою очередь перемещает ось 5, тем самым приводя в движение индикаторную стрелку 6, которая показывает соответствующее значение давления.

---