МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ
БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ЧУВАШСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ ИМ. И. Я. ЯКОВЛЕВА»
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
Наименование лабораторной работы. Цель:
Дисциплина «Производственная и пожарная автоматика»
Учебная группа ПБ ____ 2013 год
Студент _________________________________________________________
(фамилия и инициалы)
Руководитель: ____________________________________________________
(должность, фамилия и инициалы)
ЧЕБОКСАРЫ
Содержание лабораторной работы
1. Схема лабораторной установки (рисунок).
2. Приборная техника (тип приборов, технические данные).
3. Порядок выполнения работы (краткое описание).
3.1. Таблицы экспериментальных данных и результатов их обработки.
3.2. Графическая обработка экспериментальных и расчетных данных.
4. Выводы (полученные результаты и их интерпретация).
Работа выполнена Работа защищена
«__» ___________ 2013 г. «__» _____________2013 г.
___________________________ _____________________________
(Подпись студента) (Подпись преподавателя)
Примечание: Все материалы набираются и печатаются
Основные понятия теории измерений
Автоматизация производственных процессов неразрывно связана с измерением физических величин. Для этой цели используются различные датчики и измерительные устройства, нормальная работа которых определяется основными положениями теории измерений.
Измерением называют экспериментальное определение численного соотношения между измеряемой физической величиной и значением, принятым за единицу.
Измерения делятся: на прямые и косвенные.
При выполнении прямых измерений значение измеряемой величины определяют непосредственным сравнением ее с единицей измерения или по показаниям приборов, градуированных в выбранных единицах. При проведении косвенных измерений измеряемую величину находят на основании результатов прямых измерений других величин, связанных с искомой однозначной зависимостью.
Погрешности приборов. Вследствие несовершенства методов измерений и самих измерительных приборов результаты измерений, как бы тщательно они не выполнялись, имеют отклонения от истинных значений. Для определения степени достоверности полученного результата необходимо знать погрешность при измерении данным прибором.
Различают абсолютную, относительную и приведенную относительную погрешности.
Абсолютной погрешностью измерительного прибора называют разность между его показанием и истинным значением измеряемой величины. Поскольку последнее установить нельзя, то в измерительной технике используют так называемое действительное значение, полученное с помощью образцового прибора.
Таким образом, абсолютная погрешность Δ Х представляет собой разность:
Δ Х = Х - Х ист, (1)
где Х - показание измерительного прибора; Х ист - действительное значение измеряемой величины.
Абсолютная погрешность выражается в единицах измеряемой величины, то есть является именованным числом.
Для нахождения действительного значения измеряемой величины в показания прибора вводят поправку С, которая численно равна абсолютной погрешности, взятой с обратным знаком.
Относительной погрешностью называется выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины и определяется по формуле:
(2)
Приведенной относительной погрешностью называется выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к диапазону шкалы измерительного прибора N:
(3)
Класс точности прибора. В технике обычно применяют приборы, с помощью которых измерения производят лишь с определенной, заранее заданной и установленной ГОСТом допустимой основной приведенной относительной погрешностью. По её величине измерительные приборы делятся на классы точности 0,05-4,0. Промышленные приборы в большинстве случаев выпускаются с классом точности 0,25; 0,5; 1,0; 1,5. Например, прибор класса 1,5 имеет максимально допустимую основную (при нормальных условиях) приведенную относительную погрешность ±1,5 % от диапазона шкалы.
Класс точности прибора указывается в его паспорте.
Вариацией называется наибольшая полученная экспериментально разность между показаниями измерительного прибора, соответствующими одному и тому же действительному значению измеряемой величины при одинаковых условиях измерения. Определяется при прямом и обратном ходе измерения.
Чувствительностью измерительного прибора S называется отношение линейного или углового перемещения указателя прибора A L к приращению измеряемой величины Δ Х, вызвавшему это перемещение.
Под порогом чувствительности прибора понимают то наименьшее изменение значения измеряемой величины, которое способно вызвать минимально измеряемое изменение в показаниях прибора.
Поверка приборов. Под поверкой приборов понимают сравнение показаний измерительного и образцового приборов с целью определения погрешности измерительного прибора.
Для поверки в качестве образцового прибора необходимо выбрать такой прибор, класс точности которого выше, чем у поверяемого, в три- четыре раза.
Градуировка приборов. Градуировкой приборов называют операцию, посредством которой делениям шкалы прибора придают значения, выраженные в установленных единицах измерения. При градуировке экспериментально находят зависимость между значениями измеряемой величины и количеством делений по шкале прибора.
Датчики температуры
Датчики в системах автоматики являются устройствами, поставляющими информацию о контролируемой величине.
В общем виде датчик можно представить в виде чувствительного элемента (ЧЭ) и нормирующего преобразователя (НП). Структурная схема датчика представлена на рис. 1.
| Рис. 1. Структура датчика х – входной сигнал (измеряемый параметр); X1 - промежуточный сигнал; у – выходной сигнал |
Чувствительный элемент измеряет и преобразует контролируемый параметр в физическую величину более удобную для использования и, как правило, пропорциональную этому параметру. Вид промежуточного сигнала определяется принципом действия и конструкцией чувствительного элемента. Обычно промежуточный сигнал бывает электрический (ЭДС, электрическое сопротивление) или механический (сила, линейное или угловое перемещение).
Нормирующий преобразователь преобразует сигнал в форму удобную для дистанционной передачи и дальнейшего его использования в системах автоматического контроля и регулирования. Обычно выходной сигнал датчика бывает электрический или пневматический.
Датчики, применяемые для автоматизации на промышленных предприятиях, должны выдавать выходные унифицированные (стандартные) сигналы в соответствии с требованиями системы ГСП (Государственная Система Приборов). Так, датчики выходным сигналом которых является напряжение, должны отвечать ряду: 0,1 В; 0,2 В; 0,5 В; 1 В; 5 В; 10 В; 20 В. Датчики, выходным сигналом которых является ток, должны отвечать ряду: 1 мА; 2 мА; 5 мА; 10 мА; 20 мА.
Унификация промежуточного сигнала позволяет:
уменьшить номенклатуру измерительных приборов и использовать только небольшую группу приборов;
соединять различные приборы и регуляторы без дополнительного согласования их входных и выходных сигналов.
Унификация выходных сигналов датчиков необходима при использовании их в системах АСУТП с управляющими ЭВМ. Аналого-цифровые преобразователи на входе ЭВМ обслуживают обычно группу датчиков, различных по принципу действия и входным сигналам, но унифицированных по значению и виду выходного сигнала.
В настоящее время наибольшее распространение в автоматике и телемеханике получили электрические датчики, которые можно разделить на две большие группы: генераторные и параметрические.
Параметрические датчики преобразуют неэлектрическую контролируемую или регулируемую величину в параметр электрической цепи: сопротивление R, индуктивность L, ёмкость С. Для работы этих датчиков необходимы вспомогательные источники электроэнергии. К параметрическим относятся следующие типы датчиков: потенциометрические, тензо-метрические, терморезисторные, ёмкостные, индуктивные, трансформаторные.
Генераторные датчики преобразуют неэлектрическую контролируемую или регулируемую величину в ЭДС. Эти датчики не требуют вспомогательных источников электроэнергии, поскольку сами являются источниками электроэнергии. К генераторным относятся следующие типы датчиков: термоэлектрические, тахометрические, индукционные, фотоэлектрические, вентильные, пьезоэлектрические.
К параметрическим и генераторным датчикам предъявляются следующие общие требования:
1) непрерывная и линейная зависимость выходной величины y от входной величины x;
2) стабильность параметров и характеристик в времени, при изменении условий эксплуатации;
3) высокая динамическая (дифференциальная) чувствительность;
4) малая инерционность;
5) наименьшее влияние датчика на измеряемый или регулируемый параметр;
6) надёжность в работе и долговечность;
7) применимость к используемой измерительной аппаратуре и источникам питания;
8) наименьшая себестоимость;
9) минимальные масса и габариты.
К датчикам могут предъявляться особые требования по параметрам, характеризующим условия эксплуатации, такие как: взрывобезопасность, устойчивость к воздействию атмосферных условий (влажность и температура воздуха), стойкость к химическим, механическим воздействиям, радиационному излучению.
К датчикам могут предъявляться особые требования и по параметрам, характеризующим эксплуатационные свойства: ремонтопригодность; взаимозаменяемость однотипных датчиков; удобство монтажа и обслуживания.
В промышленности для измерения температуры наиболее часто используются термоэлектрические датчики генераторного типа - термопары, (термоэлектрические пирометры) и терморезисторные датчики параметрического типа - термометры сопротивления.
Лабораторная работа № 1
