Обработка и анализ экспериментальных данных
2.5.1 Определение динамических параметров датчиков По данным таблицы 2.5 постройте график изменения термо-ЭДС термоэлектрического преобразователя в процессе нагрева печи. Этот график называется переходной характеристикой или кривой разгона датчика. Он дает представление о таких свойствах датчика, как запаздывание и инерционность. Пример обработки кривой разгона приведен на рисунке 2.4.
Рисунок 2.4 – Кривая разгона термоэлектрического преобразователя
Найдите на кривой разгона точку с максимальной скоростью изменения термо-ЭДС (точка А) и проведите в ней касательную к кривой. Отрезок ОС, отсекаемый касательной на оси абсцисс, называется временем запаздывания τ з. Отрезок СД называется постоянной времени Т0, этот параметр характеризует инерционность датчика. По данным таблицы 2.6 постройте кривую разгона проволочного термопреобразователя сопротивления и определите время запаздывания τ з и постоянную времени Т0 этого датчика. Результаты внесите в таблицу 2.8.
Таблица 2.8 – Динамические параметры датчиков температуры
Объясните полученное различие одноименных параметров двух исследованных датчиков. Как запаздывание и инерционность датчика скажутся на точности измерения: а) при измерении постоянной температуры; б) при измерении изменяющейся температуры?
2.5.2 Определение наименований градуировочных характеристик термоэлектрических преобразователей
1) Рассчитайте поправки на влияние температуры холодного спая t0 для трех «безымянных» датчиков, исследованных при выполнении п.2.4.1. Учитывая то, что статические характеристики каждого из этих датчиков близки к линейным, поправку можно приближенно оценить по формуле
где Е(t, t0) – экспериментально полученные термо-ЭДС каждого из трех датчиков, мВ; t – значения температуры печи, для которых зафиксированы термо-ЭДС датчиков, 0С.
2) Определите расчетные значения термо-ЭДС для трех датчиков Е(t, 0), соответствующие условию t0=0 по формуле 2.2 EАВ(t, 0)= мВ; EYZ(t, 0)= мВ; EPQ(t, 0)= мВ.
3) Пользуясь рассчитанными значениями EАВ(t, 0), EYZ(t, 0) и EPQ(t, 0) и известными значениями температуры t, подберите из приведенных в таблице 2.2 характеристик такие наименования, которые соответствовали бы полученным в эксперименте данным в наибольшей степени. Запишите полученные таким образом наименования трех исследованных датчиков. Данные введите в таблицу 2.9.
Таблица 2.9 – Определение наименований термоэлектрических преобразователей
4) По данным таблицы 2.2 постройте графики статических характеристик трех наименований датчиков, зафиксированных в таблице 2.9 в диапазоне 0…100 0С (в одних координатах). Нанесите точки, соответствующие экспериментальным данным. Оцените относительную погрешность результатов эксперимента для каждого датчика и укажите ее возможные причины.
2.5.3 Построение статических характеристик проволочного и полупроводникового термопреобразователей сопротивления 1) Определите тип проволочного термопреобразователя сопротивления, данные о котором были получены при выполнении п.2.4.2. Для этого сопоставьте измеренное значение его сопротивления при комнатной температуре R20 с приведенными в таблице 2.4 номинальными значениями сопротивлений R0. Запишите условное обозначение номинальной статической характеристики датчика. 2) Выпишите из таблицы 2.4 интерполяционное уравнение для вычисления параметра Wt в интервале температур 0…100 0С, соответствующие определенному вами типу термопреобразователя, и значения коэффициентов этого уравнения. Вычислите 3…4 значения сопротивлений датчика при различных температурах в интервале 0…100 0С по формуле 2.3 и внесите их в таблицу 2.10.
Таблица 2.10 – Зависимость сопротивления датчика типа … от температуры
3) По результатам расчетов, приведенным в таблице 2.10 постройте график статической характеристики термопреобразователя. Нанесите в тех же координатах две экспериментально полученные точки, соответствующие комнатной температуре t20 и температуре печи t (см. п.2.4.2). При несовпадении этих точек с графиком оцените относительную погрешность и назовите возможные причины ошибки. 4) По результатам измерений сопротивления полупроводникового терморезистора типа … при комнатной температуре и при его нагреве до температуры печи t (см. п.2.4.3) постройте график характеристики преобразования этого датчика. Сравните графики для проволочного и полупроводникового термопреобразователей и сделайте выводы о преимуществах того или другого, приняв во внимание характер зависимостей, абсолютные значения сопротивлений, чувствительность. Сопоставьте зафиксированные в таблицах 2.6 и 2.7 длительности переходных процессов каждого датчика; какой из них обладает большей инерционностью? 2.5.4 Подготовка отчета о работе Отчет о работе должен содержать краткое описание принципов действия двух видов изученных датчиков температуры, рисунки конструкции, измерительную схему, данные экспериментальных исследований, расчеты и результаты (таблицы и графики) обработки экспериментальных данных, выводы.
Для подготовки к защите отчета ответьте на следующие контрольные вопросы 1. Что называется термоэлектрическим преобразователем и каково его устройство? 2. От чего зависит величина термо-ЭДС, развиваемой термоэлектрическим преобразователем? 3. Каково назначение удлиняющих термоэлектродных проводов и как подбираются материалы этих проводов? 4. Назовите несколько наименований стандартных термоэлектричестких преобразователей. 5. Что называется статической характеристикой преобразования термоэлектрического преобразователя? 6. Какие вторичные приборы используются для измерения температуры в комплекте с термоэлектрическими преобразователями? 7. Какое явление положено в основу принципа действия термопреобразователей сопротивления и какие материалы применяются для их изготовления? 8. Какие металлы применяются для изготовления стандартных проволочных термопреобразователей сопротивления? Назовите обозначения стандартных характеристик преобразования. 9. Каковы достоинства и недостатки полупроводниковых термопреобразователей по сравнению с проволочными? 10. Какие вторичные приборы применяются для измерения температуры в комплекте с термопреобразователями сопротивления? 11. Объясните смысл слова «статическая» в названии характеристики преобразования датчика. 12. Какие динамические свойства датчиков необходимо учитывать при измерениях? Какими параметрами они характеризуются? 13. Какое влияние на точность измерения оказывают динамические параметры датчиков в стационарных и нестационарных условиях? 14. Какие особенности конструкции влияют на динамические свойства датчиков температуры? 15. Почему термоэлектрические преобразователи и термопреобразователи сопротивления относятся к датчикам с естественными выходными сигналами?
|
(2.5)
