Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3
ВИМІРЮВАЛЬННИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ SITRANS TF2 З
ЦИФРОВОЮ ІНДИКАЦІЄЮ
ТА ТЕРМОПЕРЕТВОРЮВАЧЕМ ОПОРУ “ Pt 100 ”
3.1. Мета роботи
Вивчити принцип роботи та будову компактного вимірювального перетворювача SITRANS TF2 з термометром опору Pt 100 фірми “Siemens”.
3.2. Загальні відомості про прилади
Вимірювання температури термоперетворювачами належить до контактних методів і грунтується на властивості провідників та напівпровідників змінювати свій електричний опір в залежності від зміни їхньої температури . В загальному вигляді:
Для металевих провідників опір зростає із зростанням температури. Термоперетворювачі, що виготовлені із металевого дроту, називають терморезисторами (теромперетворювачами опору). Залежность опору металу від температури можна представити виразом:
де – опір відрізка проводу за температури С, – його опір за температури 0 С, – температурні коефіцієнти опору, причому > >. Для більшості металів опір збільшується в основному за лінійним законом в залежності від температури, а та є дуже маленькими коефіцієнтами більш високого порядку, якими можна знехтувати. Тому можна записати, що .
В якості засобів вимірювання температури з нормованими метрологічними характеристиками (НМХ) використовують термоперетворювачі опору (ТО), в яких чутливі елементи виготовлені із чистих металів (міді, платини, нікелю, вольфраму або заліза)
Залежність опору ТО від температури називається градуювальною характеристикою або номінальною статичною характеристикою (НСХ).
Найбільш розповсюдженими ТО є платинові (ТСП) та мідні (ТСМ). Чутливі елементи таких ТО виготовляють відповідно із платинового або емальованого мідного дроту діаметром від 0,04 до 0,1 мм2, який намотують біфілярно на пластину або на стрижень з ізоляційного матеріалу (слюди, пластмаси). Значення опору при температурі 0С підганяють за рахунок довжини дроту до тисячних долей Ом.
Існує поширений ряд ТО з наступними градуюваннями:
а) мідні (ТСМ), в яких дорівнює відповідно 10, 50 та 100 Ом. Такі ТПО позначаються 10М, 50М та 100М (де літера М – мідь) , а характеристика перетворення від зміни температури описується залежністю:
,
де ();
Мідні ТО використовуються в діапазоні вимірювання від -50 до +180С.
б) платинові (ТСП), в яких дорівнює 10, 50, 100 та 1000 Ом і які умовно позначаються 10П, 50П, 100П, 500П та 1000П (де літера П – платина) за діючими стандартами України, а характеристика перетворення яких за умови температури описується залежністю:
,
де () та -5,847*10().
Платинові ТО призначені для вимірювання температури в межах від
-260 до + 650С.
В приладах фірми “Siemens” застосовуються чутливі елементи з НСХ Pt100, які мають також опір 100 Ом за температури 0 С.
3.3.Загальні схеми вимірювальних перетворювачів для роботи з ТПО
В якості вимірювальних перетворювачів отриманого сигналу від ТО використовуються зрівноважені і незрівноважені мости, логометри та сучасні вимірювальні перетворювачі з уніфікованим вихідним сигналом.
В основі роботи більшості вимірювальних схем покладена мостова вимірювальна схема Уітстона (рис. 3.1), призначена для вимірювання електричного опору.
Рис. 3.1. Вимірювальний мост Уітстона
Принцип вимірювання заснований на взаємної компенсації опорів двох ланок, одна з яких включає в себе вимірюваний опір. В якості індикатора використвується чутливий гальванометр, покази якого повинні дорвнювати нулю в момент рівноваги моста.
На схемі АС, СD, BD, АВ, куди включені відповідно опори плечі моста, AD – діагональ живлення, СB – вимірювальна діагональ. являє собою невідомий опір (); R1, R2 та R3 – відомі опори, причому значення R2 може регулюватися.
У відповідності до першого закону Кирхгофа (рис.3.1) можна записати для точок В и С (– струм, який протікає через гальванометр):
B:
С:,
де – струми, що течуть в плечах моста.
Розрахуємо потенціал в ланцюгах АВС та ВСD, використовуючи другий закон Кирхгофа:
АВС:
ВСD: .
Враховуючи, що міст збалансованний та Іg=0, запишемо систему рівнянь:
Вирішуючи систему рівнянь, отримуємо:
.
Звідси можна зробити висновок: якщо відношення опорів дорівнює відношенню опорів , то різниця потенціалів між двома середніми точками СВ буде дорівновати нулю (=0), і струм між ними не буде текти.
Якщо змінити один з опорів моста, равновага порушується, в діагоналі АВ з’являється різниця потенціалів , яка є мірою зміни опору та яку можна контролювати за допомогою різних вимірювальних схем.
3.4. Теоретичні відомості про вимірювальний перетворювач
температури SITRANS TF2
Конфігурований SITRANS TF2 (рис.3.2) – це компактний вимірювальний перетворювач температури з цифровим дисплеєм та термометром опору Pt100. Призначення приладу – індикація та контроль температури, що вимірюється на технологічній лінії за місцем, а також створення вихідного уніфікованого сигналу 4…20 мА для можливості дистанційної передачі виміряної інформації.
SITRANS TF2 складається з трьох компонент, об’єднаних в одному приладі:
– термометр опору з НСХ Pt100 в захистній трубці із нержавіючої сталі;
– корпус из нержавіючої сталі з високим класом захисту;
– вбудований мікропроцесорний вимірювальний перетворювач з рідинно-кристалічним дисплеєм (РКД), який може бути конфігурованим за допомогою трьох клавіш.
Рис. 3.2. Вимірювальний перетворювач
температури SITRANS TF2
Прилад має наступні характеристики:
– висока точність вимірювання та індикація з роздільною здатністю 1/100 °C в усьому діапазоні вимірювання;
– конфігуровані діпазони вимірювання в межах від -50 до +200°C;
– сигнализація ( +/-) про перевищення заданного граничного значения температури на рідиннокристалічному індикаторі, а також за допомогою червоного світлодиоду;
– наявність уніфікованого вихідного струмового сигналу 4...20 мА.
Принципова схема перетворювача наведена на рис. 3.3. Первинний вимірювальний перетворювач Pt100, що знаходиться в об’єкті, отримує живлення від стабілізованого джерела струму. Падіння напруги на датчику Pt100 відповідає вимірюваній температурі. Аналого-цифровий перетворювач (A/D) перетворює падіння напруги у цифровий сигнал. В мікроконтролері (μС) цифровой сигнал лінеаризуеться й відтворюється у числовій формі у відповідності з необхідними даними (наприклад, вибраною одиницею вимірювання або необхідному діапазону), що запрограмовані заздалегідь та зберігаються в постійній перепрограмованій пам’яті EEPROM.
Функціональні блоки та виконувані ними функції:
Вхід:
RTD – термометр опору Pt100;
Ik – стабілізоване джерело сруму;
A/D – аналого-цифровий перетворювач.
Вихід:
D/A – цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП);
U/I – перетворювач напруги в струм, який живиться від стабілізованого джерела напруги та перетворює напругу ЦАП в уніфікований вихідний сигнал по струму (4…20 мА);
EMV – вихідний каскад з захисними компонентами, який об’єднує струм живлення з уніфікованим вихідним сигналом за струмом;
U –джерело живлення перетворювача ( +12 В);
I – уніфікований струмовий вихідний сигнал по струму (він же струм споживання).
EEPROM – запам’ятовуючий пристрій для всіх параметрів;
μС – функції обчислення та контролю мікроконтролера.
Рис.4 Структурна схема SITRANS TF2.
Рис. 3.3.
3.4. Завдання на виконання роботи
1. Вивчити принцип дії термоперетворювачів опору.
2. Вивчити принцип дії незрівноваженого моста Уітстона.
3. Ознайомитися з будовою і роботою перетворювача SITRANS TF2.
4. Провести повірку перетворювача SITRANS TF2.
5. Оформити протокол, скласти звіт і зробити висновки провиконану роботу.
3.5. Методика виконання роботи
Методика повірки перетворювача SITRANS TF2 полягає в порівнянні показань приладу на цифровому індикаторі з одночасними показаннями скляного термометра, встановленого в термостаті, шляхом визначення похибок.
3.6. Порядок виконання роботи
1. Подати електричне живлення на стенд тумблером “Живлення ~220В”.
2. Подати електричне живлення на Sitrans TF2 тумблером “ +24 В”.
3. Прогріти прилади терміном до 5 хвилин та записати у табл.1 (верхній рядок і відповідну колонку прямого ходу) показання скляного термометра і перетворювача Sitrans TF2,
4. Подати електричне живлення (~220В) за допомогою тумблера «Термостат» на розігрів води в термостаті, та ввімкнути одночасно змішувач води відповідним тумблером на стенді. Змішувач забезпечує рівномірність розігріву води в термостаті (об’єкті).
6.6. В момент, коли значення температури на скляному термометрі будуть приймати значення, кратні 2 °C, одночасно фіксувати показання на термометрі Sitrans TF2. Дані перетворення заносити до таблиці протоколу повірки.
Таблиця повірки
|
Показання приладів |
Похибка за умови ходу |
|||
|
Скляного |
Sitrans TF2 |
Абсолют-на, С |
Відносна, % |
Приве-дена, % |