Методы и средства измерений, испытаний и контроля

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное Бюджетное образовательное учреждение высшего образования «российский государственный аграрный университет

МСха имени К.А. Тимирязева» (ФГБОУ ВО ргау - МСХА имени К.А. Тимирязева)

Институт механики и энергетики имени В.П. Горячкина

Кафедра «Метрология, стандартизация и управление качеством»

Курсовая работа

Выполнила:

студент 3курса 305 ДО группы Гусейнов А.Я.

Допущенна к защите Руководитель:

доцент, Голиницкий П.В

Члены комиссии:

к.с.-х..н., доц. Черкасова Э.И.

асс. Антонова У.Ю.



МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное Бюджетное образовательное учреждение высшего образования «российский государственный аграрный университет -

МСха имени К.А. Тимирязева» (ФГБОУ ВО ргау - МСХА имени К.А. Тимирязева)

Кафедра метрологии, стандартизации и управления качеством

ЗАДАНИЕ на курсовую работу по дисциплине

«Методы и средства измерений»

Студент: Гусейнов А.Я.

Группа 305 ДО

Руководитель (консультант) доцент, Голиницкий П.В.

(Должность, Ф.И.О.)

1. Тема курсовой работы «Методы и средства измерений, испытаний и контроля»

2. Основное содержание:

титульный лист;

задание;

индивидуальный план выполнения курсовой работы;

содержание;

введение (актуальность, значение темы, цель работы);

основная часть;

заключение (выводы и рекомендации относительно возможностей использования материалов работы / применения полученных результатов);

список используемой литературы;

приложения.

3. Требования к оформлению

3.1. Пояснительная записка должна быть оформлена:

- основная часть в редакторе MicrosoftWord в соответствии с требованиями ЕСКД, ЕСПД, ГОСТ, СТП, др.

В пояснительной записке должны содержаться следующие разделы согласно номеру варианта:

? методы и средства измерений температуры;

? методы и средства измерения давления;

? методы и средства измерений расхода;

? методы и средства измерения влажности вещества.

Дата выдачи: 23.09.2019. Дата окончания: 23.12.2019.

Руководитель ______________________ Голиницкий П.В.

ПЛАН-ГРАФИК

КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Методы и средства измерений»

Студент Пальчикова Я.Е.

Группа 305 ДО

№	Наименование раздела (подраздела)	Сроки выполнения	Отметка о выполнении
1.	Методы и средства измерений температуры	23.09.2019 - - 28.10.2019
2.	Методы и средства измерения давления;	28.10.2019 - - 11.11.2019
3.	Методы и средства измерений расхода;	11.11.2019 - - 25.11.2019
4.	Методы и средства измерения влажности вещества	25.11.2019 - - 16.12.2019
5.	Оформление пояснительной записки	16.12.2019 - - 23.12.2019

Руководитель ______________________ Голиницкий П.В.



Аннотация

Курсовой проект по дисциплине «Методы и средства измерений» включает 57 листов. Список используемой литературы включает в себя девятнадцать источников.

В первом разделе раскрывается сущность методов и средств измерений температуры.

Во втором разделе описывается методы и средства измерения давления.

В третьем разделе изучены методы и средства измерений расхода.

В четвёртом разделе показаны методы и средства измерения влажности вещества.



Содержание

Введение

1. Методы и средстваизмеренийтемпературы

1.1 Измерение температуры термопарой с милливольтметром

1.1.1 Схема подключения термопары к милливольтметру

1.1.2 Определяем диапазон измерения напряжения на выводах милливольтметра

1.1.3 Определяем диапазон изменения напряжения на выводах милливольтметра и систематическую погрешность, если

1.1.4 Определяем систематическую погрешность, если сопротивление подключаемых проводов будет по 5 Ом

1.2 Измерение температуры с помощью термопары, подключенной к потенциометру

1.2.1 Схема подключения термопары к потенциометру

1.2.2 Определяем значения ТЭДС для заданной термопары

1.3 Измерение температуры с помощью термосопротивления, включенного в уравновешенный мост

1.3.1 Схема подключения термосопротивления к уравновешенному мосту

1.3.2 Определение полного сопротивления переменного резистора и цену деления шкалы (/Ом)

1.3.3 Определяем погрешность измерения температуры в верхнем пределе измерений, для заданного класса допуска ТС

1.3.4 Определяем погрешность прибора, если резисторы и имеют допуски ± 0,5 %

1.3.5 Определяем погрешность измерения при наличии сопротивления проводов 0,5 Ом

1.4 Измерение температуры с помощью термосопротивления, включенного в неуравновешенный мост

1.4.1 Схема подключения термосопротивления к неуравновешенному мосту

1.4.2 Определяем сопротивление при условии

1.4.3 Строим график в пределах диапазона измерения и определяем цену деления шкалы (мА/)

1.4.4 Определяем погрешность измерения, связанную с нелинейностью функции преобразования

1.5 Определяем погрешность измерений при падении напряжения

2. Методы и средства измерений давления

2.1 Измерение давления мембранным деформационным манометром

2.1.1 Схема мембраны деформационного манометра приведена на рисунке 2.1

2.1.2 Определение диапазона измеряемых давлений

2.1.3 Определение результата измерения давления при перемещении центра мембраны

2.1.4 Определяем погрешность результата измерения по классу точности манометра

2.1.5 Определяем погрешность измерений, если толщина пружины hвыполнена с допуском ±0,01 мм

2.2 Измерение давления пружинно-трубчатого деформационным манометром

2.2.1 Схема пружинно-трубчатого манометра

2.2.2 Выбор класс точности пружинно-трубчатого манометра для контроля параметра p

2.2.3 Определение изменения угла закручивания конца пружины при наибольшем давлении

2.2.4 Определение погрешности измерения, если диаметр трубки выполнен с допуском ±1,0 мм

2.3 Измерение давления с помощью пьезоэлектрического преобразователя

2.3.1 Схема пьезокристалла

2.3.2 Определяем диапазон измерения давления для заданных напряжений

2.3.3 Определяем систематическую погрешность от влияния внешних физических величин, в результате чего емкость измерительной цепи увеличится на 5 %.

2.4 Измерения давления с помощь тензодатчикавключенного в неуравновешенный мост

2.4.1 Определяем ток в измерительной диагонали моста

2.4.2 Определяем цену деления прибора

2.4.3 Определяем погрешность прибора, если резистора имеют допуски

3. Методы и средстваизмеренийрасхода

3.1 Измерения расхода с помощью турбинного тахометрического расходомера

3.1.1 Схема турбинного тахометрического расходомера

3.1.2 Определение диапазона измерения расхода жидкости

3.1.3 Определения частоты вращения и расхода по показанию вольтметра

3.1.4 Определение абсолютной погрешности измерения расхода по классу точности вольтметра

3.1.5 Определение погрешности измерения расхода при допуске изготовления наружного диаметра трубопровода мм

3.1.6 Определяем суммарную погрешность измерения расхода

3.2 Измерения расхода с помощью индукционного расходомера

3.2.1 Схема индукционного расходомера

3.2.2 Определение расхода по показанию вольтметра

3.2.3 Определение абсолютной погрешности измерения расхода по классу точности вольтметра

3.2.4 Определение погрешности измерения расхода от сопротивления жидкости между электродами

4. Методы и средства измерения влажности вещества

4.1 Определение методику влажности психрометрическим методом

4.1.1 Схема мостового психрометра

4.1.2 Определяем относительную влажность воздуха

4.1.3 Определяем погрешность измерения влажности при наличии погрешности измерения термосопротивления в пределах заданного класса

Заключение

Библиографический список



Введение

С различными измерениями человек сталкивается с момента своего рождения всю жизнь, осуществляя их самостоятельно или наблюдая за выполнением измерений. Достаточно вспомнить, как часто приходится использовать стеклянные термометры, линейки, весы и т.п.

Измерения являются одним из самых древних занятий в познавательной деятельности человека. Их возникновение относится к истокам материальной культуры человечества.

На определённом этапе своего развития измерения стали причиной возникновения метрологии, как науки о различных мерах и соотношениях между ними. Слово метрология образовано из двух греческих слов: fiszpov- мера и коуоЈ - учение, что буквально можно перевести как «учение о мерах». В настоящее время метрология - это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Управление современным производством и оценки качества технологических процессов трудно осуществить без проведения сложных измерений. Измерения проводят с помощью измерительных устройств - специальных технических средств, различных по сложности и принципам действия.

Управление современным производством и оценки качества технологических процессов трудно осуществить без проведения сложных измерений. Измерения проводят с помощью измерительных устройств - специальных технических средств, различных по сложности и принципам действия.

Дисциплина «Методы и средства измерений» является важным элементом в цикле общетехнической подготовки бакалавра, который должен грамотно оценивать результаты лабораторных, опытных и промышленных измерений.

Место этой дисциплины - изучение принципов действия и причин возникновения погрешностей реальных измерительных приборов, установок и систем. Приведём основные термины, регулярно встречающиеся при изученииданной дисциплины.

Метод измерений - это совокупность приёмов использования принципов и средств измерений.

Принцип (от лат. principium- начало, основа) измерений - это совокупность физических явлений, на которых основаны измерения.

Различают два базовых метода измерений: метод непосредственной оценки и метод сравнения с мерой. Классификационным признаком в таком разделении методов измерений является наличие или отсутствие при измерениях меры.

Мера - это средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера.

Метод непосредственной оценки - метод измерений, в котором значение величины определяют непосредственно по отсчётному устройству измерительного прибора прямого действия с отсчётом показаний по шкале прибора. Характеризуется тем, что лицу, осуществляющему измерение, не требуется каких-либо вычислений, кроме умножения показаний прибора на некоторую постоянную, соответствующую данному прибору.

Метод сравнения с мерой - метод измерений, в котором измеряемою величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой.

Средство измерений - - это техническое устройство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и хранящее единицу физической величины.

Погрешность результата измерения - отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.

Неопределенность измерений - параметр, связанный с результатом измерений и характеризующий рассеяние значений, которые можно приписать измеряемой величине.

Методика выполнения измерений - установленная совокупность операций и правил при измерении, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с гарантированной точностью в соответствии с принятым методом.



1. Методы и средстваизмеренийтемпературы

1.1 Измерение температуры термопарой с милливольтметром

Термоэлектрические преобразователи или термопары (ТП) предназначены для измерения температур различных сред, в том числе при испытании двигателей внутреннего сгорания (охлаждающей жидкости, смазки, топлива, выхлопных газов, теплового состояния двигателей и др.).

Термопара - два проводника из разнородных материалов, соединённых на одном конце и образующих часть устройства, использующего термоэлектрический эффект для измерений температуры.

Обозначения типа термопары зависит от состава. В таблицы 1.1 представлены условные обозначения термопреобразователей по ГОСТ Р. 8.585-2001 и принятые в промышленности.

Таблица 1.1 -- Условное обозначение типов термопреобразователей

Обозначение типа термопары по ГОСТ Р. 8.585-2001	Обозначение промышленного термопреобразователя
R	ТПП (Платина - 13% родий/платина)
S	ТПП (Платина - 10% родий/платина)
B	ТПР (Платина - 30% родий/платина - 6% родий)
J	ТЖК [Железо/медь - никель (железо/констант)]
T	ТМК [Медь/медь - никель (хромель/констант)]
E	ТХКн [Никель - хром/никель - алюминий (хромель/константа)]
K	ТХА [Никель - хром/никель - алюминий (хромель/алюмель)]
N	ТНН [Никель - хром - кремний/никель - кремний (нихросил/нисил)]
A (A-1, A-2, A-3)	ТВР (Вольфрам - рений/вольфрам/рений)
L	ТХК (Хромель/копель)
M	ТМК (Медь/копель)

Принцип действия термопреобразователя основан на преобразовании тепловой энергии в термоэлектродвижущую силу (ТЭДС) элемента при наличии разности температур между его свободными концами и горячем спаем.

ТЭДС измеряют с помощью милливольтметров и потенциометров.

Рассмотрим методику решения задачи. Термопара, имеющая сопротивление , подключена к милливольтметру с внутренним сопротивлением , измерения проводятся в диапазоне ДИ.

Требуется:

1)Изобразить схему подключения термопары к милливольтметру.

2)Определить диапазон изменения напряжения на выходах милливольтметра при температуре свободных концов термопары, если .

3)Определить систематическую погрешность, если .

4)Определить систематическую погрешность, если сопротивление подключаемых проводов будет по 5 Ом.

Исходные данные приведены в таблицы 1.2

Таблица 1.2 -- Исходные данные

Параметр	Обозначения	Значение
Сопротивление измерительной цепи		150 Ом
Внутреннее сопротивление вольтметра		18 Ом
Диапазон измерений	ДИ	50…+50
Тип термопары	ТПП(R)	--

1.1.1 Схема подключения термопары к милливольтметру

Схема подключения термопары к милливольтметру приведена на рисунке 1.1.



Рисунок 1.1 -- Схема измерения ТЭДС милливольтметром

1.1.2 Определяем диапазон измерения напряжения на выводах милливольтметра

Определяем диапазон измерения на выводах милливольтметра при температуре свободных концов термопары, если , по формуле:

,

где - ТЭДС термопары, мВ, при температуре Т горячих спаев, ;

- внутреннее сопротивление вольтметра, Ом;

- сопротивление измерительной цепи, в которое входит сопротивление термопары, соединительных проводов, контактов и т.п., Ом.

По таблицы значения ТЭДС для термопары ТПП типа R определяем значение ТЭДС термопары ТПП(R) при -50 и при +50 .

,

,

Полученные значения подставляем в формулу 1.1



,

,

1.1.3 Определяем диапазон изменения напряжения на выводах милливольтметра и систематическую погрешность, если

По таблице значения ТЭДС для термопары ТПП типа R определяем значение ТЭДС термопары ТХК(L) при - 50 и при +50 , если

,

,

Полученные значения вставляем формулу 1.1

,

,

,

Таким образом, в показании милливольтметра будет присутствовать аддитивная систематическая погрешность , которую необходима учитывать. В виде приведенной погрешности это значение составит

,



где - нормирующее значение изменяемой величины.

,

что достаточно велико.

1.1.4 Определяем систематическую погрешность, если сопротивление подключаемых проводов будет по 5 Ом

,

Полученное значение подставляем в формулу (1.1)

,

,

,

,

Таким образом, в показании милливольтметра будет присутствовать мультипликативная систематическая погрешность, изменяющаяся в зависимости от показаний прибора следующим образом, табл. 1.3, которую необходимо учитывать при измерениях.

В виде приведенной погрешности это значение составит

,

,



что достаточно велико.

По таблицы значения ТЭДС для термопары ТПП типа R определяем значение ТЭДС термопары ТПП(R) при -25 и при +25 .

,

,

Полученные значения подставляем в формулу (1.1_

,

,

,

,

,

,

Таблица 1.3 -- Динамика мультипликативной систематической погрешности от наличий неучтённого сопротивления проводов

Измеряемое значение температуры	Показания приборов, мВ	Значение погрешности, мВ
	истинное	реальное
	-0,2017	0,1904
-25		-0.1188	0.009
	0	+
+25	0,1259	0,1036	0,0223
	0,2643	,2494



Рисунок 1.2 -- Динамика мультипликативной систематической погрешности от наличия неучтённого сопротивления проводов.

1.2 Измерение температуры с помощью термопары, подключенной к потенциометру

ТЭДС измеряется с помощью потенциометра, в котором используется нормальный элемент с ЭДС , который имеет сопротивление .

Требуется:

1)Изобразить принципиальную схему потенциометра.

2)Определить значение ТЭДС для заданной термопары, если уравновешивание произошло при сопротивлениях и .

3)Определить погрешность потенциометра при падении ЭДС нормально элемента на величину .

Исходные данные приведены в таблице 1.2.1

Таблица 1.4 -- Исходные данные

Параметр	Обозначение	Значение
ЭДС нормального элемента		1,01183 В
Падение ЭДС		1,83 мВ
Сопротивление нормального элемента		250 Ом
Сопротивление, при которых произошло уравновешивание		2,40 Ом 1,20 Ом
Тип термопары	ТХЛ(L)	--

1.2.1 Схема подключения термопары к потенциометру

Схема подключения термопары к потенциометру приведена на рисунке 1.3

Рисунок 1.3 -- Схема измерения ТЭДС потенциометром

1.2.2 Определяем значения ТЭДС для заданной термопары

Значение ТЭДС, если уравновешивание произошло при сопротивлениях и , определяем по формуле:

,

где - ток в измерительной цепи ас, А;

- ЭДС нормального (образцового) элемента питания, В;

- сопротивление нормального элемента питания, Ом;

- часть сопротивления , при котором произошло уравновешивание, Ом.

,

,

Для термопары ТПП (S) по таблице значения ТЭДС для термопары ТПП типа S определяем значение температуры

, ,

1.2.3 Определяем погрешность потенциометра при падении ЭДС нормального элемента

Определяем ТЭДС при падении ЭДС нормального элемента на величину по формуле 1.3

,

,

Определяем погрешность измерения ТЭДС

,

,

,

,

Погрешность является систематической мультипликативной, в относительном виде она равна:



,

,

,

,

1.3 Измерение температуры с помощью термосопротивления, включенного в уравновешенный мост

Термометр сопротивления (ТС) - средство измерений температуры, состоящее из одного или нескольких термочувствительных элементов сопротивления и внутренних соединительных проводов, помещенных в герметичный защитный корпус, внешних клемм или выводов, предназначенных для подключения к измерительному прибору.

К достоинствам ТС можно отнести: высокую точность измерения температуры; возможность осуществления автоматической записи и дистанционной передачи показаний; возможность централизация контроля температуры путем присоединения взаимозаменяемых термопреобразователей через переключатель к одному измерительному прибору.

Недостатками ТС является: необходимость индивидуального источника питания; относительно большие размеры чувствительного элемента; значительная инерционность; сложность устройства вторичных приборов.

Термопреобразователи сопротивления бывают проволочные и полупроводниковые.

При измерении температуры с помощью термопреобразователя сопротивления применяют уравновешивание и неуравновешенные мосты постоянного тока.

При измерении термосопротивления заданного класса допуска с помощью уравновешенного моста известны сопротивления плеч и , тип термосопротивления и диапазон измерения.

Требуется:

1)Изобразить принципиальную схему уравновешенного моста.

2)Определить полное сопротивление переменного резистора и цену деления шкалы (/Ом).

3)Оценить погрешность измерения температуры в верхнем пределе измерений, для заданного класса точности ТС.

4)Определить погрешность прибора, если резисторы и имеют допуск ±0,5%.

5)Определить погрешность измерения при наличии сопротивления проводов 0,5 Ом.

Исходные данные приведены в таблице 1.5

Таблица 1.5 -- Исходные данные

Параметр	Обозначение	Значение
Диапазон измерения	ДИ
Сопротивления		0,7 кОм 5 кОм
Тип термосопротивления	ТСМ 50	50 Ом при 0
Класс допуска	--	C

1.3.1 Схема подключения термосопротивления к уравновешенному мосту

Схема подключения термосопротивления к уравновешенному мосту приведена на рис. 1.4



Рисунок 1.4 -- Схема измерения термосопротивления с помощью уравновешенного моста

1.3.2 Определение полного сопротивления переменного резистора и цену деления шкалы (/Ом)

Полное сопротивление переменного резистора определяем по закону Кирхгофа

,

,

При 0 получим

,

Значения сопротивления от температуры определяется по формуле:

Медны в диапазоне от - 10 до + 200

,

в диапазоне от - 100 до - 10



,

где и .

При 0 получим

,

,

При + 200 получим

,

,

Диапазон изменения сопротивлений переменного резистора

при измерении температуры от 0 до + 200.

Цена деления шкалы составит

,

1.3.3 Определяем погрешность измерения температуры в верхнем пределе измерений, для заданного класса допуска ТС

Допускаем отклонения сопротивления от номинального значения ТСП, ТСМ, ТСН при 0 для класса А/В/С: ±0,05/ ±0,1 / ±0,2 %.

В нашем случае используется ТСМ 50 класса допуска В из чего следует 50,1% от равен 50,05, а 99,9% от равно 49,95

,

,



Размах показаний приборов в верхнем пределе диапазона измерений (+200) составит:

,

Таким образом, абсолютная погрешность измерения температуры составит .

Погрешность будет иметь как аддитивный, так и мультипликативный характер.

1.3.4 Определяем погрешность прибора, если резисторы и имеют допуски ± 0,5 %

Из анализа формулы 3.1 видно, что

,

Поэтому, при :

,

,

При переводе 0,5 процентов в десятичную дробь получаем:

,

,

,



По формуле приведения

,

где и - наибольшее и наименьшее значения интервала сопротивлений, в который входит известное значение ;

- наименьшее и наибольшее значение интервала температуры в который входит искомое значение .

В градуировочной таблице рассчитанные по формуле 3.6 значения сопротивления попадают в интервал температур от +2 +3 и от 2 3 , поэтому:

,

,

где температура при максимальном и минимальном сопротивлении, соответственно. Таким образом погрешность измерений составит:

, ,

1.3.5 Определяем погрешность измерения при наличии сопротивления проводов 0,5 Ом

Соединительные провода (2 шт.) подключены к термосопративлению, поэтому при истинное сопротивление будет равно

,



Поэтому систематическая аддитивная погрешность составит

,

1.4 Измерение температуры с помощью термосопротивления, включенного в неуравновешенный мост

В неуравновешенный мост включено термосопротивление, напряжение питания моста , известны также сопротивления плеч моста и.

Требуется:

1)Изобразить принципиальную схему неуравновешенного моста.

2)Определить сопротивление , если .

3)Построить график , в пределах диапазона измерений и определить цену деления шкалы (мА/).

4)Определить погрешность измерения, связанную с нелинейностью функции преобразования.

5)Определить погрешность измерений при наличии допуска на номинальное сопротивление терморезистора ± 0,1 Ом.

6)Определить погрешность измерений при падении напряжения на 0,2 В.

Исходные данные приведены в таблице 1.6

Таблица 1.6 -- Исходные данные

Параметр	Обозначение	Значение
Диапазон измерения	ДИ
Сопротивление		400 Ом 25 Ом
Тип термосопротивления	ТСП 100	100 Ом при 0
Напряжение питания		5 В



1.4.1 Схема подключения термосопротивления к неуравновешенному мосту

Схема подключения термосопротивления к неуравновешенному мосту приведена на рисунке 1.5.

Рисунок 1.5 -- Схема измерения термосопротивления для неуравновешенного моста

1.4.2 Определяем сопротивление при условии

Сопротивление резистора определяем по закону Кирхгофа.

,

,

1.4.3 Строим график в пределах диапазона измерения и определяем цену деления шкалы (мА/)

Зависимость силы тока от изменения сопротивления для неуравновешенного моста определяется по формуле



,

,

после преобразований получим:

,

Для удобства перейдём в миллиамперы:

,

На основании зависимости можно построить таблицу и график изменения силы тока в диагонали измерительного моста в зависимости от изменения сопротивления термопреобразователя и температуры в пределах заданного диапазона измерений.

Таблица 1.7 -- Зависимость силы тока от величины термосопротивления и температуры

Температура	Сопротивления термопреобразователя, Ом	Сила тока I, мА	Значения линейной функции , мА	Цена деления мА/
-60	76,33	2,5099	2,4402	-0,0418
-50	80,31	2,0830	2,0335	-0,0417
-40	84,27	1,6602	1,6268	-0,0415
-30	88,22	1,2404	1,2201	-0,0413
-20	92,16	0,8236	0,8134	-0,0412
-10	96,09	0,4097	0,4067	-0,0409
0	100,0	0	0	--
10	103,90	-0,4067	-0,4067	-0,0407
20	107,79	-0,8108	-0,8134	-0,0405
30	111,67	-1,2119	-1,2201	-0,4039
40	115,54	-1,6102	-1,6268	-0,0403
50	119,40	-2,0057	-2,0335	-0,0401
60	123,24	-2,3973	-2,4402	-0,0399

Рисунок 1.6 -- Зависимость силы тока от температуры

1.4.4 Определяем погрешность измерения, связанную с нелинейностью функции преобразования

Наибольшая величина погрешности от нелинейности функции преобразования в пределах диапазона измерений составит

,

В относительном виде

,

где: - сила тока при максимальной температуре.

1.4.5 Определяем погрешность измерений при наличии допуска на номинальное сопротивление терморезистора ± 0,1 Ом

Подставим в формулу (1.9) значения Ом, получим



,

,

Погрешность измерений при наличии допуска на номинальное сопротивление терморезистора ± 0,1 Ом составит .

В приведённом виде

,

1.5 Определяем погрешность измерений при падении напряжения

Подставим в формулу 4.2 значения напряжения В, при максимальной температуре получим

,

После преобразования получим:

,

Наибольшая величина от падения напряжения питания составит

,

В относительном виде

,



Вывод:

1)Шкала измерительного прибора, отградуированная в градусах Цельсия, будет иметь погрешность нелинейности, увеличивающаяся к концу диапазона измерений и равную это связано с тем, что величина входит в числитель и знаменатель выражения, являющимся теоретическим выражением функции преобразования для неуравновешенного моста.

2)Погрешность измерения при наличии допуска на номинальное сопротивление терморезистора ± 0,1 Ом в приведённом виде равна , она будет оказывать незначительное влияние на погрешность измерений.

3)Погрешность измерений из-за падения напряжения питания на 0,2В в относительном виде равна , поэтому падение напряжения применения неуравновешенного моста будет оказывать существенное влияние на результат измерений.



2. Методы и средства измерений давления

2.1 Измерение давления мембранным деформационным манометром

Допустимое напряжение пружиной мембраны манометра диаметром D, толщиной h и модулем упругости не должно превышать .

Требуется:

1)Изобразить схему мембраны деформационного манометра.

2)Определить диапазон измеряемых давлений, если начальное напряжение равно .

3)Определить результат измерения давления при перемещении центра мембраны .

4)Определить погрешность результата измерения при заданном классе точности.

5)Определить погрешность измерений, если толщина пружины h выполнена с допуском ±0,01 мм.

Исходные данные приведены в таблице 2.1

Таблица 2.1 -- Исходные данные

Параметр	Обозначение	Значение
Толщина, мм	h	0,75мм
Диаметр, мм	D	74 мм
Модуль упругости		85 ГПа
Допустимое напряжение мембраны		550 МПа
Начальное напряжение мембраны		60 МПа
Класс точности	--	1.5
Перемещение центра мембраны		0.5 мм



2.1.1 Схема мембраны деформационного манометра приведена на рисунке 2.1

Рисунок 2.1 -- Схема мембраны деформационного манометра

2.1.2 Определение диапазона измеряемых давлений

Механическое напряжение на мембране определяется по формуле

,

где p- давление, Па; D - диаметр мембраны, мм;

H - толщина мембраны, мм.

Из формулы 2.1 определяем диапазон измерения давлений при заданных значениях напряжения мембраны: нижний предел измерений

,

,

Верхний предел измерений

,



,

2.1.3 Определение результата измерения давления при перемещении центра мембраны

Деформация мембраны связана с давлением, следующим соотношением

,

где - модуль упругости, Па.

Выразим из формулы 5.4 давление

,

Таким образом, при перемещении мембраны мм давление составит

,

2.1.4 Определяем погрешность результата измерения по классу точности манометра

При заданном классе точности 1,6 нормируемое значение абсолютной погрешности измерений будет равно

,

где г приведенная погрешность манометра, %;

- нормирующее значение, Па: в нашем случае, т.к. принимаем, что верхний предел измерения манометра 396 кПа, т.е. .

,

Запишем результат измерения

,

2.1.5 Определяем погрешность измерений, если толщина пружины hвыполнена с допуском ±0,01 мм

Подставим в зависимость (2.2) значения наибольшего давления и величину h с наибольшим и наименьшим размерами

,

,

Наибольшая абсолютную погрешность определяется по выражению

,

,

Подставим в зависимость (2.2) значения минимальное давления и величину h с наибольшим и наименьшим размерами

,

,



Минимальную абсолютную погрешность определим по выражению

,

,

Таким образом, видно, что погрешность от допуска на изготовления толщины мембраны зависит от измеряемого давления, т.е. является мультипликативной.

2.2 Измерение давления пружинно-трубчатого деформационным манометром

В пружинно-трубчатого манометре однотрубная пружина радиусом с первоначальным углом закручивания и параметрами поперечного сечения a иb, выполнена из материала с модулем упругости .

Требуется:

1)Изобразить схему пружинно-трубчатого манометра.

2)Выбрать класс точности пружинно-трубчатого манометра для контролируемого параметра p.

3)Определить изменения угла закручивания конца пружины при наибольшем давлении .

4)Определить абсолютную погрешность измерения, если диаметр трубки выполнен с допуском ±1,0 мм.

Исходные данные сводим в таблицу 6.1

Таблица 2.2 -- Исходные данные

Параметр	Обозначение	Значение
Радиус		32 мм
Параметры поперечного сечения	a b	16 мм 7.2 мм
Контролируемы параметр	P
Модуль упругости материала		170 МПа

2.2.1 Схема пружинно-трубчатого манометра

Схема пружинно-трубчатого манометра приведена на рисунке 2.2

Рисунок 2.2 -- Схема пружинно-трубчатого манометра

2.2.2 Выбор класс точности пружинно-трубчатого манометра для контроля параметра p

Определяем допуск контролируемого параметра

,

где - наибольшее значение контролируемого параметра, Па;

- минимальное значение контролируемого параметра, МПа.

Для контролируемого параметра :

наибольшее давление ;

минимальное давление .

,

Допускаем погрешность измерения контролируемого параметра определяем по формуле



,

,

Пределы измерения манометра определяем по формулам

нижний предел измерения

,

,

верхний предел измерения

,

,

В соответствии с определенными значениями и выбираем манометр с верхним пределом измерений 3 МПа.

Приведенную погрешность манометра определяем по формуле

,

,

При присвоении прибору класса точности он выбирается из ряда ; ; ; ; ; ; ; ; ; (где .

По найденному значению основной приведенной погрешности выбираем манометр класса точности 7.



2.2.3 Определение изменения угла закручивания конца пружины при наибольшем давлении

Угол закручивания связан с давлением соотношением

,

,

Изменение угла закручивания определяем по формуле

,

,

2.2.4 Определение погрешности измерения, если диаметр трубки выполнен с допуском ±1,0 мм

Из формулы (2.14) выразим давление

,

Подставим в зависимость (2.16) величину с наибольшим и наименьшим размерами При минимальном диаметре:

,

При максимальном диаметре:



,

Максимальную абсолютную погрешность определим по выражению

,

,

Погрешность является мультипликативной, т.к. зависит от измеряемого параметра.

2.3 Измерение давления с помощью пьезоэлектрического преобразователя

Напряжение на пьезокристалле кварца преобразователя давления меняется от до , причем используется n пластин толщиной hи размером . Емкость измерительной цепи . Пьезоэлектрическая постоянная для кварца Кл/Н и относительная диэлектрическая проницаемость .

Требуется:

1)Изобразить схему пьезокристалла с заданным количеством пластин.

2)Определить диапазон измерения давления для заданных напряжений.

3)Определить систематическую погрешность от влияния внешних физических величин, в результате чего емкость измерительной цепи увеличится на 5%. Исходные данные приведем в таблице 7.1

Таблица 2.3 -- Исходные данные

Параметр	Обозначение	Значение
Число пластин n	n	8
Размеры пластин	a b	20 мм 10 мм
Толщина пластин	h	0,8 мм
Наименьшее напряжение		8 В
Наибольшее напряжение		54 В

2.3.1 Схема пьезокристалла

Схема пьезокристалла приведена на рисунке 2.3

Рисунок 2.3 -- Схема пьезокристалла

2.3.2 Определяем диапазон измерения давления для заданных напряжений

Значения давления определяем по формуле:

,

,где S - площадь поверхности грани кристалла, ;

- емкость измерительной цепи, пФ;

- емкость кристалла, пФ;

n - число пластинок.

Емкостьпьезокристалла определяем по соотношению

,



где h - толщина кристалла, м;

- относительна диэлектрическая проницаемость.

,

,

,

2.3.3 Определяем систематическую погрешность от влияния внешних физических величин, в результате чего емкость измерительной цепи увеличится на 5 %.

,

,

,

,

Таким образом, увеличение емкость измерительной цепи на 5% приведет к возникновению мультипликативной систематической погрешности.

2.4 Измерения давления с помощь тензодатчикавключенного в неуравновешенный мост

Тензодатчик с начальным сопротивлением и длинной l с коэффициентом тензочувствительности включен в схему неуравновешенного моста с сопротивлениями и к которому приложено напряжение питания U. При увеличении давления от 0 до тензодатчик удлинялся на величину . Тензодатчик наклеен на мембрану. температура мембранный манометр тахометрический

Требуется:

1)Определить ток в измерительный диагонали моста.

2)Определить цену деления прибора.

3)Определить погрешность прибора, если резисторы имеют допуски ± 0,5 %.

Исходные данные приведены в таблице 2.4

Таблица 2.4 -- Исходные данные

Параметр	Обозначение	Значение
Начальное сопротивление тензодатчика		60 Ом
Сопротивления		600 Ом 60 Ом
Длина тензодатчика	L	60 мм
Коэффициент тензочувствительности		1
Напряжение питания	U	12 В
Величина удлинения		3,4 мм

2.4.1 Определяем ток в измерительной диагонали моста

Вначале определяем изменения сопротивления тензодатчика в результате приложенного давления

,

откуда

, ,



Сопротивление тензодатчика в результате приложения нагрузки равно

,

Ток в измерительной диагонали моста определяем по формуле:

,

,

2.4.2 Определяем цену деления прибора

По формуле (2.20), используя характеристики мембраны, приведенной в табл. (2.1), получим величину приложенного к площади деформационного усилия

,

,

Исходя из определения давления и размерности в системе СИ (табл. 2.5), приложенное усилие Н соответствует наибольшему давлению . Таким образом зная наибольшее давление и показания миллиамперметра можно определить цену деления прибора

,

2.4.3 Определяем погрешность прибора, если резистора имеют допуски

Наибольшая погрешность показаний прибора составит



,

,

,

Учитывая цену деления прибора, абсолютная погрешность измерения давления составит

,

В относительном виде при измерении наибольшего давления погрешности измерения составит

,

что достаточно невелико.



3. Методы и средстваизмеренийрасхода

3.1 Измерения расхода с помощью турбинного тахометрического расходомера

Турбинный тахометрический расходомер с диаметром турбины d, постоянным коэффициентом эффективности k, напряжённым диаметром трубопровода D, количеством лопастей N, подключен к усилению со встроенным вольтметром и имеет частоту вращения турбины от до , что соответствует изменению напряжения от до .

Требуется:

1)Изобразить схему турбинного тахометрического расходомера.

2)Определить диапазон измерения расхода жидкости.

3)Определить частоту вращения и расхода при показании вольтметра U.

4)Определить абсолютную погрешность измерения расхода по классу точности вольтметра.

5)Определить погрешность изменения расхода по классу точности вольтметра.

6)Определить суммарную погрешность измерения расхода при показании вольтметра U. Записать результат измерения.

Исходные данные приведены в таблице 3.1

Таблица 3.1 -- Исходные данные

Параметр	Обозначение	Значение
Диаметр турбины	d
Диаметр трубопровода	D
Коэффициент эффективности	k
Количество лопастей	N	9
Диапазон изменения частоты вращения турбины
Наименьшее значение напряжения
Показания вольтметра	U
Класс точности	--

3.1.1 Схема турбинного тахометрического расходомера

Схема турбинного тахометрического расходомера приведена на рисунке 3.1

Рисунок 3.1 Схема турбинного тахометрического расходомера

4 - устройство коррекции;

УС - усилитель;

3.1.2 Определение диапазона измерения расхода жидкости

В турбинном расходомере расход жидкости определяют по формуле

,



Где l--шаг лопастей турбины, м.

Шаг лопастей определяем по формуле:

,

,

Нижний предел измерения расхода жидкости определяем по формуле

,

,

Верхний предел измерения расхода жидкости определяем по формуле

,

,

3.1.3 Определения частоты вращения и расхода по показанию вольтметра

Расход, соответствующий показанию вольтметра можно определить по формуле

,

где C- цена деления вольтметра,

,



При показании вольтметра расход будет равен

,

Частоту вращения, соответствующую показанию вольтметра можно определить по формуле:

,

где - показания вольтметра, соответствующее наибольшему расходу, В: при из формулы (3.5) .

,

3.1.4 Определение абсолютной погрешности измерения расхода по классу точности вольтметра

Абсолютная погрешность вольтметра класса точности 0,5 определяем по формуле

,

где г - приведённая погрешность вольтметра, %

- нормирующее значение, В: в нашем случае, т.к. принимаем, что верхний предел измерения вольтметра 80 В, т.е.

,

Абсолютная погрешность измерения расхода, с учётом цены деления вольтметра

,

3.1.5 Определение погрешности измерения расхода при допуске изготовления наружного диаметра трубопровода мм

Расход на верхнем пределе измерений с увеличенным диаметром определяем по формуле (3.3)

,

Погрешность измерений составит

,

,

3.1.6 Определяем суммарную погрешность измерения расхода

Суммарная погрешность измерения, с учётом погрешности вольтметра и изготовления наружного диаметра трубопровода определяем по формуле

,

где k - поправочный коэффициент, зависящий от числа слагаемых n, их соотношения и доверительной вероятности P: в нашем случае при принимаем .

,



Тогда, результат измерения при показаниях вольтметра , запишем так:

,

3.2 Измерения расхода с помощью индукционного расходомера

В основном индукционного расходомера лежит эффект возникновения электрического тока в проводнике, перемещающимся в магнитном поле.

Единицей измерения индукции магнитного поля является тесла. Тесла равна индукции такого однородного магнитного поля, в котором на 1 метр длины прямого проводника, перпендикулярного вектору магнитной индукции, с током силой 1 ампера действует сила 1 ньютон.

Через единицы СИ тесла выражается следующим образом:

,

Индукционные расходомер установлен на трубопроводе внутренним диаметром d, наружным диаметром D, при его градуировке верхнему пределу измерений расхода соответствует ЭДС . Для измерения ЭДС используется вольтметр с верхним пределом измерений 10 В, класса точности KT и внутренним сопротивлением .

Требуется:

1)Изобразить схему индукционного расходомера.

2)Определить расход при показании вольтметра U.

3)Определить абсолютную погрешность измерения расхода по классу точности вольтметра

4)Определить погрешность измерения расхода U, если сопротивление жидкости между электродами R.

5) Записать результат измерения расхода U.

Исходные данные сводим в таблицу 3.2

Таблица 3.2 -- Исходные данные

Параметр	Обозначение	Значение
Внешний диаметр трубопровода, мм	D	25
Внутренний диаметр трубопровода, мм	d	20
Верхний предел измерения,		50
Наибольшее ЭДС, В		5
Класс точности вольтметра	--	0,1
Внутреннее сопротивление вольтметра, кОм		1,1
Сопротивление жидкости между электродами, Ом	R	1,2
Показания вольтметра, В	U	4

3.2.1 Схема индукционного расходомера

Схема индукционного расходомер приведена на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 -- Схема индукционного расходомера:

1 - обмотка электромагнита;

2 - измерительная обмотка;

3 - магнитопровод;

4 - электроды;

5 - трубопровод.



3.2.2 Определение расхода по показанию вольтметра

Расход, соответствующий показанию вольтметра можно определить по формуле

,

где С - цена деления вольтметра, .

,

По показанию вольтметра расход будет равен

,

3.2.3 Определение абсолютной погрешности измерения расхода по классу точности вольтметра

Абсолютная погрешность вольтметра класса точности 0,1 определяем по формуле

,

где г - приведенная погрешность вольтметра, %;

- нормирующее значение, В.

,

Абсолютная погрешность измерения расхода, с учетом цены деления вольтметра



,

При расходе топлива относительная погрешность измерения составит

,

3.2.4 Определение погрешности измерения расхода от сопротивления жидкости между электродами

Так как вольтметр подключается параллельно измерительной цепи расходомера, то

,

Поэтому топлива, соответствующий , определяем по эмпирической формуле:

,

,

где B - магнитная индукция между полюсами магнита, Тл;

S- площадь поперечного сечения трубопровода, .

Создаваемая цепью магнитная индукция величина постоянная, её можно определить при наибольших показаниях расходомера

,



Подставив значения и переведя в теслы получим:

,

Подставив полученное значение магнитной индукции в формуле (3.13), определим реальный расход топлива с учётом сопротивления жидкости между электродами

,

Абсолютная погрешность измерения расхода составит

,

,

Результат измерения с учётом сопротивления жидкости между электродами и погрешность вольтметра запишем так:

,



4. Методы и средства измерения влажности вещества

4.1 Определение методику влажности психрометрическим методом

Для определения влажности воздуха используется мостовая схема с термосопротивлениями, измеряющими температуру сухого и влажного воздуха. При температуре сухого термометра равновесие моста происходит при добавлении переменного сопротивления

Требуется:

1)Изобразить схему мостового психрометра.

2)Определить относительную влажность воздуха.

3)Определить погрешность измерения влажности при наличии погрешности измерения термосопротивление в пределах заданного класса.

Исходные данные сводим в таблице 4.1.

Таблица 4.1 -- Исходные данные

Параметр	Обозначение	Значение
Температура сухого термометра		10
Класс допуска ТС	А	--
Величина переменного сопротивления		1,3 Ом
Тип термосопротивления	ТСМ 100	--

4.1.1 Схема мостового психрометра

Схема мостового психрометра приведена на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 -- Схема мостового психрометра



4.1.2 Определяем относительную влажность воздуха

Величина переменного сопротивления определяется по формуле:

,

где - сопротивление сухого и мокрого термосопротивлений.

Из формулы (4.1) получим

,

При температуре термометр ТСМ 100 будет иметь сопротивление

, тогда

, по формуле (1.29) определяем температуру, которая соответствует температуре

.

Пользуясь психрометрической таблицей П11, получим значение относительной влажности .

4.1.3 Определяем погрешность измерения влажности при наличии погрешности измерения термосопротивления в пределах заданного класса

Для класса допуска «В» ТСП имеет величину погрешности

,

В нашем случае



,

,

Подставим величины сопротивлений в зависимость (4.1) для получения наибольшей разности

,

,

Следовательно, температура с учетом погрешности термосопротивления составит . Таким образом абсолютная погрешность измерения температуры мокрым термометром составит

,

Полученное значение свидетельствует о том, что в данном случае, погрешность, обусловленная классом точности применяемых термосопротивлений, не будет влиять на точность определения относительной влажности вещества.



Заключение

1.1. По таблице значения ТЭДС для термопары ТПП типа R определяем значение ТЭДС термопары ТПП(R) при - 50 и при +50 , если

,

,

Полученные значения вставляем формулу 1.1

,

,

,

Таким образом, в показании милливольтметра будет присутствовать аддитивная систематическая погрешность ,

,

,

где - нормирующее значение изменяемой величины.

что достаточно велико. При наличии двух соединительных проводов с сопротивлением по 5 Ом каждый сопротивление измерительной цепи увеличится на 10 Ом и составит



,

Полученное значение подставляем в формулу (1.1)

,

,

,

,

Таким образом, в показании милливольтметра будет присутствовать мультипликативная систематическая погрешность, изменяющаяся в зависимости от показаний прибора следующим образом, табл. 1.3, которую необходимо учитывать при измерениях.

В виде приведенной погрешности это значение составит

,

,

что достаточно велико.

1.2. Погрешность является сис...