3.6. Гидростатический уровнемер

Гидростатический уровнемер представляет собой средство измерения уровня жидкости, состоящее из дифференциального манометра и вторичного прибора, связанных дифференциально-трансформаторной связью, с диапазоном измерения от – 31,5 до + 31,5 см.

Принцип действия гидростатического уровнемера основан на перемещении мембраны, разделяющей плюсовую («+») и минусовую («-») камеры дифманометра, в зависимости от давления в них.

Статическая характеристика гидростатического уровнемера имеет вид

Н = k  Н, (15)

где Н – показания вторичного прибора; k - коэффициент пропорциональности; Н = Н₂ – Н₁ - разность уровней в «+» и «-» трубках уровнемера.

Задание 1

Определить статическую характеристику гидроста-тического уровнемера.

Выполнение опыта

Установите прибор на нуль, залив в «+» и «-» трубки воду примерно на 1 см и открыв уравно-вешивающий вентиль. В случае необходимости положе-ние стрелки можно изменить с помощью корректора, на-ходящегося в правой нижней части вторичного прибора.

Перекройте уравновешивающий вентиль.

Залейте в «-» трубку воды так, чтобы стрелка вторичного прибора установилась на значении – 30 см и измерьте уровни в «+» (Н₂) и «-» (Н₁) трубках. Затем слейте воду из «-» трубки так, чтобы прибор показал – 20 см и снова измерьте уровни Н₁ и Н₂ . Достигнув верхней точки диапазона измерений (+ 30 см), снимите показания в тех же точках, уменьшая разность уровней Н. Повторите опыт ещё раз. Результаты эксперимента занесите в табл. 6.

Задание 2

Получить массив данных входного сигнала Н в одной точке диапазона измерений.

Таблица 6

Результаты измерений

Выполнение опыта

Проведите 25 измерений входного сигнала Н уровнемера в одной точке диапазона измерений Н (по заданию преподавателя), приближаясь к ней со стороны больших и меньших значений Н. Запишите значения входного сигнала Н.

1. Нормирующий преобразователь

Нормирующий преобразователь П282В предназначен для преобразования сопротивления термопреобразователя в один из унифицированных электрических сигналов (0 – 5, 0 – 20, 4 – 20 мА или 0 – 10 В).

Нормирование – это операция преобразования входного сигнала Х в выходной Y, размер информа-тивного параметра которого приведён к стандартному диапазону.

Операция нормирования описывается уравнением

Y = , (16)

где Y – выходной сигнал; Х – входной сигнал; Х_MIN – нижний предел диапазона измерения Х; X_MAX - верхний предел диапазона измерения Х; Х _MIN - минимальное значение нормированного сигнала; Х _MAX - максимальное значение нормированного сигнала.

Принцип действия нормирующего преобразователя основан на усилении входных сигналов до определённого уровня, функциональном аналого-цифровом преобра-зовании с учётом нелинейности характеристики датчика и дальнейшем цифроаналоговом преобразовании.

Задание 1

Определить статическую характеристику нормирую-щего преобразователя.

Выполнение опыта

Подключите ко входу преобразователя вместо терморезистора магазин сопротивлений, а к выходу – вольтметр. Выставляя на магазине сопротивлений значения 50,00; 54,28 Ом и т.д. (см. табл. 7), снимите показания вольтметра. Затем запишите показания вольтметра в тех же точках, двигаясь в обратную сторону. Повторите опыт ещё раз. Результаты эксперимента занесите в табл. 7.

Таблица 7

Результаты измерений

Задание 2

Получить массив данных выходного сигнала U в одной точке диапазона измерений.

Выполнение опыта

Проведите 25 измерений выходного сигнала U преобразователя в одной точке диапазона измерений R (по заданию преподавателя), приближаясь к ней со стороны больших и меньших значений сопротивления R. Запишите значения выходного сигнала U.

4. Оформление протокола опытов

Отчет о лабораторной работе должен содержать:

- краткое описание принципа действия прибора;

- результаты измерений и их обработки (аналити-ческие выражения статической характеристики с ошибками аппроксимации; массив данных, снятых в одной точке; значения математического ожидания и СКО для 3, 5, 10, 15, 20 и 25 измерений; результат измерения по ГОСТу);

- максимальные абсолютную, относительную и приведённую погрешности измерения;

- метрологические характеристики средства изме-рения;

- результат поверки средства измерения;

- графики на миллиметровой бумаге статической характеристики Y = f(X) с её линейной и квадратичной аппроксимацией, зависимости = f(N) и = f (N), а также распределение относительной погрешности по диапазону измерения = f (Х).

Пример выполнения лабораторной работы

Имеются деформационные весы, принцип действия которых основан на зависимости усилия растяже-ния пружины от величины её деформации.

Статическая характеристика весов имеет вид

Y = kX, (17)

где Y – вес измеряемого груза, кг; k – коэффициент пропорциональности (жёсткость пружины); X – величина деформации пружины под действием груза, мм.

При снятии статической характеристики деформа-ционных весов были получены следующие эксперимен-

тальные данные ( табл. 8).

Таблица 8

Результаты измерений

В результате 25 измерений в фиксированной точке Х = 2,0 мм при приближении к ней снизу и сверху величина Y приняла следующие значения (табл. 9).

Таблица 9

Результаты измерений

По данным табл. 8 и уравнению (4) рассчитана абсолютная погрешность измерения и составлена табл. 10.

Таблица 10

Абсолютная погрешность измерений

По данным табл. 8 и табл. 10 рассчитана относительная погрешность измерения и составлена табл. 11.

Таблица 11

Относительная погрешность измерений

По данным табл. 8 и табл. 10 рассчитана приведённая погрешность измерения _ПР и составлена табл. 12.

Таблица 12