Изучение свойств емкостного уровнемера

Тип работы:
Лабораторная работа
Предмет:
Физика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Министерство образования и науки Украины

Национальный технический университет

«Харьковский политехнический институт»

Кафедра приборов и методов неразрушающего контроля

Изучение свойств емкостного уровнемера

Харьков

Цель работы

Целью работы является изучение установки для определения уровня непроводящих жидкостей на основе использования аналогового прибора с емкостным преобразователем.

1. Описание структурной схемы емкостного уровнемера

Рис. Схема емкостного уровнемера

Задающий генератор выполнен на микросхеме Д1. 1, вырабатывает импульсы, которые с помощью формирователя, собранного на микросхеме ДД1. 2, преобразуются в сигнал «меандр».

Импульсы с помощью коммутатора, который выполнен на микросхеме ДА3. 1, преобразуются в управляющий сигнал. Эти сигналы управляют коммутатором, который собран на микросхеме ДА1, он же подает на опорный конденсатор С0 импульсы, формируемые из выходного напряжения Uвых, а на измерительный конденсатор -- импульсы, формируемые из опорного напряжения Uon.

На микросхеме ДА2 выполнен преобразователь заряда в напряжение, где разность зарядов на конденсаторе С0 и Сх преобразуется в импульсы напряжения.

В установившемся режиме работы:

i1 + i2 = 0;

i1 = q1/? = Cx? Uon/?; i2 = q2/? = C0Uвых/?

где i1 и і2 -- токи, протекающие через измеряемую и опорную емкости Сх и С0;

? -- время заряда конденсаторов;

q1 и q2 -- заряды на емкостях Сх и С0.

Импульсы напряжения с выхода преобразователя заряда ДА2 накапливаются в дискретном интеграторе, выполненном на микросхемах ДА4 и ДА3.2. Синхронизация работы коммутаторов ДА1 и ДА3.2 обеспечивает детектирование выходного напряжения преобразователя заряда и его интегрирование.

На микросхеме ДА5 собран масштабный усилитель, нагрузкой которого служит измерительный прибор -- микроамперметр мА (100 мА).

В схеме, предусмотрены устройства для установки «нуля» прибора, максимальных показаний измерителя и другие элементы. Схема содержит также двухполярный стабилизированный источник питания, собранный на микросхеме ДА6.

2. Таблицы данных наблюдений и расчетов

Таблица 1

x

I1, мкА

I2, мкА

Iср, мкА

N, мкА/мм

Nx, мкА

0

5,00

4,8

4,900

0

0

0,067

8,90

12,3

10,600

0,5300

159,000

0,133

14,90

16,5

15,700

0,3925

117,750

0,200

21,30

23,6

22,450

0,3742

112,250

0,267

27,20

29,7

28,450

0,3556

106,688

0,333

32,90

35,2

34,050

0,3405

102,150

0,400

39,20

41,3

40,250

0,3354

100,625

0,467

44,45

47,5

45,975

0,3284

98,518

0,533

50,50

52,7

51,600

0,3225

96,750

0,600

55,60

59,4

57,500

0,3194

95,833

0,667

60,40

65,3

62,850

0,3143

94,275

0,733

66,60

71,8

69,200

0,3145

94,364

0,800

73,30

77,7

75,500

0,3146

94,375

0,867

79,50

83,4

81,450

0,3133

93,981

0,933

84,80

89,3

87,050

0,3109

93,268

1,000

91,20

91,2

91,200

0,3040

91,200

Таблица 3

х

I, мкА

?I, %

?N, %

C

?l*, %

?l, %

0

4,900

10,2041

1,0000

1

0,0000

11,28 255

0,067

10,600

4,7170

0,6404

0,0250

5,245 581

0,133

15,700

3,1847

0,2148

0,0125

3,524 928

0,200

22,450

2,2272

0,1581

0,0083

2,475 695

0,267

28,450

1,7575

0,1007

0,0063

1,961 233

0,333

34,050

1,4684

0,0539

0,0050

1,646 038

0,400

40,250

1,2422

0,0381

0,0042

1,402 067

0,467

45,975

1,0875

0,0164

0,0036

1,236 236

0,533

51,600

0,9690

0,0019

0,0031

1,110 379

0,600

57,500

0,8696

0,0113

0,0028

1,5 931

0,667

62,850

0,7955

0,0274

0,0025

0,929 255

0,733

69,200

0,7225

0,0265

0,0023

0,854 024

0,800

75,500

0,6623

0,0264

0,0021

0,792 669

0,867

81,450

0,6139

0,0304

0,0019

0,744 246

0,933

87,050

0,5744

0,0378

0,0018

0,705 499

1,000

91,200

0,5482

0,0591

0,0017

0,681 708

Таблица 2

x

Sa, мкА/мм

Sax, мкА

Sa ср, мкА

So, мкА/мм

Sox, мкА

So ср, мкА/мм

?Sa, %

?So, %

0,033

0,2850

85,500

0,2877

0,8550

0,8550

0,8630

0,0093

0,0093

0,100

0,2550

76,500

0,7650

0,7650

0,1136

0,1136

0,167

0,3375

101,250

1,0125

1,0125

0,1732

0,1732

0,233

0,3000

90,000

0,9000

0,9000

0,0429

0,0429

0,300

0,2800

84,000

0,8400

0,8400

0,0267

0,0267

0,367

0,3100

93,000

0,9300

0,9300

0,0776

0,0776

0,433

0,2863

85,875

0,8588

0,8588

0,0049

0,0049

0,500

0,2813

84,375

0,8438

0,8438

0,0223

0,0223

0,567

0,2950

88,500

0,8850

0,8850

0,0255

0,0255

0,633

0,2675

80,250

0,8025

0,8025

0,0701

0,0701

0,700

0,3175

95,250

0,9525

0,9525

0,1037

0,1037

0,767

0,3150

94,500

0,9450

0,9450

0,0950

0,0950

0,833

0,2975

89,250

0,8925

0,8925

0,0342

0,0342

0,900

0,2800

84,000

0,8400

0,8400

0,0267

0,0267

0,967

0,2075

62,250

0,6225

0,6225

0,2787

0,2787

3. Определение уровня жидкости аналоговым емкостным измерителем

Описанный емкостной измеритель уровня имеет линейную функцию преобразования, которая записывается в таком виде:

(1)

где I — ток микроамперметра;

N — коэффициент, характеризующий чувствительность прибора;

l — текущее значение уровня.

Порядок выполнения опыта следующий. Установить заданный преподавателем режим работы измерителя.

2 режим — режим наполнения объема емкостного датчика при нулевом начальном уровне.

После этого по заданному преподавателем шагу (шаг = 20мм) перемещения уровня жидкости снять показания микроамперметра для фиксированных положений уровней жидкости. Следует иметь ввиду, что в силу вязкости трансформаторного масла всякий раз при переходе с одного уровня на другой необходимо выждать определенное время до установления стрелки микроамперметра в фиксированное положение. Результаты измерений свести в таблицу 1.

Величины N находят из выражения (1). Значения Nx определяют по формуле:

(2)

После этого найти средние значения Nср и Nxср и записать аналитические функции преобразования I=f (l) и I=f (x).

По данным таблицы 1 построить графики функций преобразования I=f (l) и I=f (x) (рис. 1 и рис. 2).

4. Определение чувствительности измерителя к изменению уровня

жидкости

Абсолютная чувствительность прибора определяется по формулам:

(3)

(4)

Относительная чувствительность прибора к изменению уровня жидкости определяется по формулам:

(5)

(6)

Использую данные таблицы 1 и формулы (3) — (6) рассчитать значения абсолютных и относительных значений чувствительностей прибора к изменению уровня жидкости.

Результаты расчетов свести в таблицу 2.

Относительные отклонения итекущих чувствительностей от средних значений находят по формулам:

(7)

(8)

Величины и характеризуют нестабильности значений коэффициентов преобразования прибора.

По данным таблицы 2 построить графики зависимостей:

, ,

и (рис. 3, рис 4, рис. 5, рис. 6)

5. Оценка погрешностей измерения уровня жидкости

Формула для оценки погрешностей измерения уровня жидкости аналоговым прибором с емкостным преобразователем получена при найденных в эксперименте функциях преобразования по методике расчета погрешностей косвенных измерений. При этом для указанного режима работы установки эта формула имеет вид при доверительной вероятности 0,95:

(9)

Для второго режима C=1

(10)

где — приведенная погрешность прибора (класс точности);

Imax — максимальное значение шкалы прибора; Imax=100 (мкА)

Относительные погрешности определения параметра N находятся из выражения

(11)

Величина рассчитывается по формуле:

(12)

где — абсолютная погрешность измерения уровня механическим указателем — стрелкой: =0,5 (мм)

Численные значения погрешностей и принимаются для всех режимов равным (0,2−0,3)% (т.е. характерным значением погрешностей, вызванных нестабильностью напряжений).

Результаты расчетов погрешностей измерения уровня свести в таблицу 3.

По данным таблицы 3 построить графики функций и (рис. 7 и рис. 8)

6. Графики и диаграммы

уравнемер уровень жидкость погрешность

Выводы

В ходе данной лабораторной работы я изучил установку для определения уровня непроводящих жидкостей на основе использования аналогового прибора с емкостным преобразователем.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой