Поиск по базе сайта:
Методические указания к лабораторной работе 3 градуировка измерительного канала измерительной информационной системы для студентов специальности 210100 Управление и информатика в технических системах icon

Методические указания к лабораторной работе 3 градуировка измерительного канала измерительной информационной системы для студентов специальности 210100 Управление и информатика в технических системах




Скачати 181.63 Kb.
НазваМетодические указания к лабораторной работе 3 градуировка измерительного канала измерительной информационной системы для студентов специальности 210100 Управление и информатика в технических системах
Дата конвертації05.01.2013
Розмір181.63 Kb.
ТипМетодические указания


Министерство образования Российской Федерации


Кубанский государственный технологический университет


Кафедра автоматизации производственных процессов


ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ


Методические указания к лабораторной работе 4.3

ГРАДУИРОВКА ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КАНАЛА

ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ


для студентов специальности 210100 - Управление

и информатика в технических системах


Краснодар

2003

Составитель канд. техн. наук доцент В.В.Осокин




Технологические измерения: Методические указания к лабораторной работе 4.3 - Градуировка измерительного канала измерительной информационной системы - для студентов специальности 210100-Управление и информатика в технических системах дневной и заочной форм обучения /Кубан. гос. технол. ун-т; Сост. В.В. Осокин. - Краснодар, 2003.- 11 с.


Приведены цели лабораторной работы и общие сведения, содержащие основные теоретические положения, относящиеся к рассматриваемым вопросам; дано описание лабораторной установки; указаны требования техники безопасности; приведен порядок выполнения работы; сформулированы требования к оформлению отчета, контрольные вопросы; дан список рекомендуемой литературы.

Продолжительность лабораторной работы составляет 4 академических часа, в том числе: экспериментальная часть - 2 часа, расчетно-аналитическая часть - 2 часа.


Библиогр.: 4 назв.


Рецензент канд. техн. наук, доцент Шелишпанский Б.В.


^

Нормативные ссылки



В методических указаниях к лабораторной работе 4.3 - Градуировка измерительного канала измерительной информационной системы - использованы ссылки на следующие нормативные документы:

ГОСТ 2.301-68 ЕСКД. Форматы.

ГОСТ 21.101-97 СПДС. Основные требования к проектной и рабочей документации.

ГОСТ 26.011-80 Средства измерений и автоматизации. Сигналы тока и напряжения электрические непрерывные входные и выходные.

ГОСТ 6651-78 Термопреобразователи сопротивления ГСП. Общие технические условия.

ГОСТ 13384-81 Преобразователи измерительные для термоэлектрических преобразователей и термопреобразователей сопротивления ГСП. Общие технические условия.

ГОСТ 23737-79 Меры электрического сопротивления. Общие технические условия.

РМГ 29-99 ГСИ. Метрология. Термины и определения.


1 Цели работы


Изучение методики экспериментально-аналитического определения градуировочной характеристики измерительного канала измерительной информационной системы, состоящего из термопреобразователя сопротивления и нормирующего преобразователя

Изучение методики обработки экспериментальных данных.


2 Общие сведения


Градуировкой средства измерений называется операция определения его статической характеристики.

Измерительный канал (ИК) измерительной информационной системы (ИИС) по РМГ 29 представляет собой совокупность средств измерений, обеспечивающую передачу сигнала измерительной информации на вход вычислительного комплекса.

В лабораторной работе выполняют градуировку измерительного канала, состоящего из термопреобразователя сопротивления типа ТСП-5071 и нормирующего преобразователя типа ПТ-ТС-68 [ 1 ].

Термопреобразователь сопротивления ТСП-5071 предназначен для преобразования входной измеряемой температуры в выходное электрическое сопротивление. Номинальная статическая характеристика (НСХ) преобразования – Гр. 21 по ГОСТ 6651.

Нормирующий преобразователь ПТ-ТС-68 по ГОСТ 13384 предназначен для линейного преобразования выходного сопротивления термопреобразователя ТСП в унифицированный аналоговый сигнал постоянного тока, изменяющегося в диапазоне 0…5 мА по ГОСТ 26.011. Диапазон измерений нормирующего преобразователя: по температуре от минус 70 до плюс 180 оС; по сопротивлению – от 33,08 до 77,99 Ом.

Теоретическая математическая модель статики термопреобразователя сопротивления ТСП-5071 имеет вид:

, (1)

где Rt – сопротивление термопреобразователя, Ом;

R0 – сопротивление термопреобразователя при температуре 0 оС, Ом;

t – измеряемая температура, оС;

А, В – параметры математической модели.


В свою очередь параметры равны:

R0 = 46 Ом; А = 3,9684710-3 оС-1 ; В = - 5,84710-7 оС-2.


Теоретическая математическая модель статики нормирующего преобразователя ПТ-ТС-68 имеет вид:

, (2)

где I – выходной ток нормирующего преобразователя, мА;

Sш – чувствительность нормирующего преобразователя, мА/Ом;

Rt.н – сопротивление термопреобразователя сопротивления при

температуре минус 70 оС, Ом.

^

Чувствительность нормирующего преобразователя с линейной статической характеристикой равна


.

При градуировке измерительного канала находят уравнение приближенной регрессии, связывающее входную измеряемую температуру t с выходным током I.

При этом сначала проводят экспериментальное определение значений выходного тока нормирующего преобразователя, соответствующих устанавливаемым на его входе значениям электрического сопротивления (с помощью магазина типа Р4834 по ГОСТ 23737). Затем, используя НСХ преобразования датчика, аналитически заменяют значения сопротивления на его выходе значениями температуры на его входе. После этого рассматривают совместно выборки значений температуры и тока – получают искомое уравнение статики измерительного канала и проверяют его адекватность.

Экспериментальные данные и результаты расчетов записывают в таблицу 1.
^

Таблица 1 - Результаты наблюдений и расчетов


ti,

oC

Rti,

Ом

Ii1,

мА

Ii2,

мА

Ii,

мА

Di,

мА2

,

oC2

tiIi,

oCмА

1

2

3

4

5

6

7

8

-70

33,08



















-20

42,34



















+30

51,45



















+80

60,43



















+130

69,28



















+180

77,99




















В графу 1 таблицы внесены значения температуры, в графу 2 – соответствующие значения сопротивления датчика, в графы 3 и 4 следует записать экспериментально полученные значения выходного тока нормирующего преобразователя (при увеличении и уменьшении сопротивления) – для n=6 серий опытов при m=2 опытах в каждой серии, в графу 5 - средние арифметические значения тока для каждой i-ой серии опытов, в графу 6 - значения дисперсий Di, рассчитанные по формуле, приведенной в [ 2 ]:

; (3)

графы 7 и 8 предназначены для записи результатов промежуточных расчетов, выполняемых при определении параметров математической модели статики.

Для проверки воспроизводимости опытов рассчитывают значение критерия Кочрена

(4)

и сравнивают его с табличным значением критерия G т, взятым из таблицы А.1 приложения А - при числе степеней свободы f = m – 1 для доверительной вероятности Рдов = 0,95 и числе серий опытов n. Опыты считают воспроизводимыми при выполнении условия Gр < Gт.

Для расчета параметров b0 и b1 математической модели статики измерительного канала, представленной в виде уравнения

, (5)

используют систему уравнений, полученную на основе метода наименьших квадратов [ 3 ]:

(6)

При решении этой системы уравнений значения коэффициентов (параметров математической модели статики) могут быть получены по выражениям [ 4 ]:


, (7)


, (8)


Для облегчения процедуры расчета сумм в системе уравнений заполняют графы 7, 8 в таблице 1.

Для проверки адекватности полученной математической модели по критерию Фишера необходимо предварительно рассчитать значение дисперсии воспроизводимости:

(9)

и соответствующее число степеней свободы .

Затем необходимо рассчитать значение дисперсии адекватности:

, (10)

где - расчетные значения тока I, полученные по формуле (5);

q - число коэффициентов регрессии.


Соответствующее число степеней свободы .

Расчетное значение критерия Фишера:

. (11)

Если расчетное значение Fр меньше теоретического значения Fт , найденного по таблице А2 приложения А, то уравнение (5) считают адекватным.


3 Описание лабораторной установки
^

Схема установки приведена на рисунке 1. Установка содержит нор-



220 В, 50 Гц


ПТ-ТС-68





R1

R2

R3


13



+





1

2

4

3

5

6

7

8

9

10

11

12




М362


Р33

Р4834


— +

 



















ПП-63


+





^

Рисунок 1 - Схема лабораторной установки



мирующий преобразователь ПТ-ТС-68; магазин сопротивлений Р4834 с предельным значением устанавливаемого сопротивления 111111,1 Ом и классом точности 0,02/62,5 –7 (для имитации выходного сигнала термопреобразователя сопротивления); магазин сопротивлений Р33 с предельным значением устанавливаемого сопротивления 99999,9 Ом и классом точности 0,2/610 –6 с установленным на нем сопротивлением 10 Ом (для преобразования тока в напряжение); миллиамперметр М362 (для контроля тока); переносной потенциометр ПП-63 (для измерения напряжения).


4 Техника безопасности при выполнении лабораторной работы


Пакетный выключатель, с помощью которого подается напряжение питания к нормирующему преобразователю, может быть включен только после разрешения преподавателя.

При проведении работы категорически запрещается прикасаться к токоведущим частям установки и клеммам.

На лабораторном столе не должно быть лишних посторонних предметов (пакетов, сумок, одежды, пищевых продуктов).

Категорически запрещается выполнять какие-либо переключения в схеме на лабораторной установке без согласования с преподавателем.


5 Порядок выполнения работы


5.1 Подготовьте лабораторную установку к проведению эксперимента, выполните для этого следующие операции:

- начертите заготовку таблицы для записей результатов наблюдений и расчетов;

- проверьте правильность сборки схемы на лабораторной установке;

- установите на магазине Р4834 сопротивление 33,08 Ом;

- подготовьте переносной потенциометр ПП-63 к работе в режиме «Потенциометр».

5.2 Проведите эксперимент по определению результатов наблюдений выходного тока нормирующего преобразователя, выполните для этого следующие операции:

- после включения преподавателем питания ПТ-ТС-68 измерьте потенциометром ПП-63 падение напряжения на магазине сопротивлений Р33 (в милливольтах), разделите это значение на 10 Ом и запишите результат I11(в миллиамперах) в графу 3 таблицы

- увеличивая с помощью магазина Р4834 входное сопротивление, последовательно устанавливайте на нем значения из графы 2 таблицы 1, измеряйте соответствующие значения напряжения, рассчитывайте значения тока: I21, I31, I41, I51, I61 и записывайте их в графу 3 таблицы;

- увеличив входное сопротивление 77,99 Ом на 0,1 Ом, кратковременно выведите значение выходного тока за верхний предел его изменения и после примерно минутной задержки вновь установите значение сопротивления 77,99 Ом, запишите значение выходного тока I62 в графу 4 таблицы;

- уменьшая с помощью магазина Р4834 входное сопротивление, последовательно устанавливайте на нем значения из графы 2 таблицы 1, измеряйте соответствующие значения напряжения, рассчитывайте значения тока: I52, I42, I32, I22, I12 и записывайте их в графу 4 таблицы;

- с помощью пакетного выключателя выключите питание ПТ-ТС-68; тумблером выключите питание ПП-63.

5.3 Проведите обработку результатов наблюдений, выполните для этого следующие операции:

- для каждой указанной в таблице 1 числовой отметки шкалы диапазона измерений ПТ-ТС-68 (по температуре) рассчитайте и запишите в графу 5 таблицы среднее арифметическое значение Ii , например, для первой отметки:

;

- рассчитайте значения дисперсий Di - по формуле (4) и запишите их в графу 6 таблицы;

- рассчитайте значение критерия Кочрена Gp - по формуле (4);

- по таблице А.1 приложения А определите табличное значение критерия Кочрена Gт , проверьте выполнение условия Gp <. Gт . Сделайте заключение о воспроизводимости опытов;

- заполните вспомогательные графы 7 и 8 таблицы, просуммируйте значения в графах 1, 5, 7 и 8, подставьте суммы в выражения (7) и (8), рассчитайте значения коэффициентов регрессии b0 и b1;

- запишите полученное уравнение регрессии;

- рассчитайте по формуле (9) значение дисперсии воспроизводимости Dвосп;

- рассчитайте по формуле (5) значения выходного тока нормирующего преобразователя, соответствующие числовым отметкам диапазона измерений из таблицы 1, по формуле (10) рассчитайте значение дисперсии адекватности Dад ;

- рассчитайте значение критерия Фишера Fp - по формуле (11);

- по таблице А.2 приложения А определите табличное значение критерия Фишера Fт , проверьте выполнение условия Fp < Fт Сделайте заключение об адекватности уравнения регрессии.


6 Содержание отчета


Отчет о лабораторной работе должен содержать название работы и следующие разделы: цели работы; технические данные используемых средств измерений (тип, диапазон измерений, класс точности, диапазон изменения выходного сигнала); инструкцию для оператора по выполнению работы; результаты работы: таблицу с экспериментальными и расчетными данными и математические модели статики:

- термопреобразователя сопротивления ТСП-5071 - теоретическую в аналитической, табличной и графической формах;

- нормирующего преобразователя ПТ-ТС-68 - теоретическую в аналитической, табличной и графической формах;

- измерительного канала (ТСП-5071+ПТ-ТС-68) - теоретическую в аналитической, табличной и графической формах;

- измерительного канала (ТСП-5071+ПТ-ТС-68) – экспериментально-аналитическую в графической форме;

- измерительного канала (ТСП-5071+ПТ-ТС-68) - расчетную, полученную после обработки экспериментальных данных - в аналитической, табличной и графической формах.

Отчет должен быть оформлен на листах бумаги формата А4 по ГОСТ 2.301, снабженных рамкой и основной надписью по ГОСТ 21.101.


7 Контрольные вопросы


1) Какой измерительный преобразователь называется первичным?

2) Какие виды сигналов используются в измерительных каналах ИИС для передачи измерительной информации?

3) Какой измерительный преобразователь называется нормирующим?

4) Каким образом нормируются погрешности измерительных преобразователей: первичных и нормирующих?

5) В чем состоит различие между измерительным прибором и измерительным преобразователем?

6) Как могут быть записаны теоретические статические характеристики нормирующих преобразователей: линейных по отношению к входному сопротивлению и к входной температуре?

7) Какой порядок экспериментального определения статической характеристики измерительного канала?

8) Какой порядок проверки воспроизводимости опытов?

9) Какой порядок расчета коэффициентов регрессии при использовании метода наименьших квадратов?

10) Какой порядок проверки адекватности уравнения регрессии?

11) Какими могут быть структурные схемы подсистем ввода аналоговых сигналов от преобразователей в управляющие вычислительные комплексы?

^

Список литературы



1 Фарзане Н.Г. Технологические измерения и приборы/Н.Г.Фарзане, Л.В.Илясов, А.Ю.Азим-Заде. – М.: Высшая школа, 1989. – 456 с.

2 Саутин С.Н. Мир компьютеров и химическая технология/С.Н.Саутин, А.Е.Пунин.-Л.: Химия, 1991.-144 с.

3 Основы научных исследований/В.И.Крутов, И.М.Глушко, В.В.Попов и др.; Под ред. В.И.Крутова, В.В.Попова.-М.: Высшая школа, 1989.-400 с.

4 Автоматизация технологических процессов пищевых производств/Е.Б.Карпин, ММ.Солошенко, Л.А.Широков и др.; Под ред Е.Б.Карпина.-М.: Пищевая промышленность, 1977.-431 с.

^

Приложение А


(справочное)


Таблица А.1 - Значения критерия Кочрена (при Рдов = 0,95)

n

f = m-1

1

2

3

4

5

6

7

2

0,999

0,975

0,939

0,906

0,877

0,853

0,833

3

0,967

0,871

0,798

0,746

0,707

0,677

0,653

4

0,907

0,768

0,684

0,629

0,590

0,560

0,637

5

0,841

0,684

0,598

0,544

0,507

0,478

0,456

6

0,781

0,616

0,532

0,480

0,445

0,418

0,398

7

0,727

0,561

0,480

0,431

0,397

0,373

0,354


Таблица А.2 - Значения критерия Фишера (при Рдов = 0,95)

fвосп

fад

1

2

3

4

5

6

7

1

161,45

199,50

215,71

224,58

230,16

233,99

236,77

2

18,51

19,00

19,16

19,25

19,30

19,33

19,35

3

10,13

9,55

9,28

9,12

9,01

8,94

8,89

4

7,71

6,94

6,59

6,39

6,26

6,16

6,09

5

6,61

5,79

5,41

5,19

5,05

4,95

4,88

6

5,99

5,14

4,76

4,53

4,39

4,28

4,21

7

5,59

4,74

4,35

4,12

3,97

3,87

3,79





Схожі:




База даних захищена авторським правом ©lib.exdat.com
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації