Лабораторные работы по метрологии - файл n1.doc

Лабораторные работы по метрологии
скачать (546.9 kb.)
Доступные файлы (5):
n1.doc1096kb.02.06.2002 23:00скачать
n2.doc33kb.29.05.2002 00:41скачать
n3.doc70kb.02.06.2002 20:46скачать
n4.doc134kb.02.06.2002 21:23скачать
n5.doc783kb.02.06.2002 18:31скачать

n1.doc




1. Лабораторная работа №2
Реле времени автоматических систем.

I. Цель работы.

Ознакомление с принципом действия и особенностями реле времени различных типов, а также методами проверки электрических реле.

II. Описание реле времени.

В раде случаев требуется автоматически обеспечить заданный интервал времени между моментом подачи импульса (сигнала), распорядительным процессом и началом выполнения исполнительного процесса. Для этого используются так называемые реле времени, из которых в системах автоматического управления особенно широко применяются три основные группы:

- реле времени с механическим замедлением;

- реле времени с электротермическим замедлением;

- реле времени с электрическим замедлением.

III. РЕЛЕ ВРЕМЕНИ С МЕХАНИЧЕСКИМ ЗАМЕДЛЕНИЕМ


1. В реле с гидравлическим торможением движения якоря (рис.1) якорь 1 связан с поршнем 4, который может перемещаться в заполненном маслом сосуде 3. При включении реле якорь втягивается внутрь катушки, увлекая за собой поршень. При этом пластинка 2 прикрывает отверстия поршня, и масло перетекает из верхней части сосуда в нижнюю только через щель между поршнем и цилиндром, благодаря чему движение якоря замедляется. При подходе к верхнему положению якорь нажимает шток 5, замыкая контакты.

При выключении реле поршень с якорем стремится опуститься вниз, пластина 2 уже не прижимается к поршню, а находится во время движения во взвешенном состоянии, благодаря чему масло протекает по имеющим малое гидросопротивление отверстиям в поршне и поршень быстро возвращается в исходное положение.

Несколько своеобразно устроено реле времени, в котором используется замедленное перетекание ртути через узкое отверстие из одной части в другую (рис. 2). Стеклянная колбочка 1 разделена перегородкой на две полости. Обе полости сообщаются между собой трубкой 3, имеющей узкий участок 4. В правой части колбочки находится ртуть, а в левой – впаянные в стекло контакты 5. Стеклянная колбочка механически связана с якорем электромагнита, так что при срабатывании последнего колбочка с ртутью переворачивается контактами вниз. При этом ртуть постепенно переливается через узкое отверстие соединительной трубки в полость, где находятся контакты, и через определенное время замыкает их.

Скорость перетекания ртути, а, следовательно, и выдержка времени зависят от угла наклона колбы, что и используется для регулирования выдержки времени.
VI. РЕПЕ ВРЕМЕНИ С ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИМ ЗАМЕДЛЕНИЕМ.

В реле времени этого типа для получения замедления используется тепловая инерция тел, нагреваемых электрическим током. При этом тепловое действие тока преобразуется в механическое перемещение, которое используется для замыкания и размыкания управляющих внешней цепью контактов. Рассмотрим некоторые типы этих реле.


1. В биметаллических реле времени используется способность термобиметаллической пластины деформироваться при изменении ее температуры. Термобиметаллическая пластина
состоит из двух слоев металлов или сплавов с разными температурными коэффициентами линейного расширения. Промышленность изготовляет биметаллические полосы или ленты толщиной от 0,2 до 1,5 мм, отличающиеся металлом или сплавом активного (т.е. повышенным температурным коэффициентом линейного расширения) я пассивного компонента. Обычно в качестве пассивного материала употребляется инвар или ферроникель (42 %), а в качестве активного - латунь, константан, сплавы железа с никелем и т.п.

Реле (рис. 3) имеет один замыкающий контакт. На биметаллической пластине 1 укреплен подвижный контакт, а на плоской пружине 2 – неподвижный контакт. Биметаллические реле могут обеспечить выдержку времени до 20…30 с.

2. Реле времени с удлиняющей нитью (рис.4). На металлической плате 1 укреплены изолированные от платы стойки 2, к которым подвешена металлическая нить 3. Нить натянута укрепленной на изолированной стойке 4 плоской пружиной 5 с контактом 6. В изолированную стойку 7 ввинчен контактный винт 8.

При прохождении через нить 3 электрического тока она нагревается и удлиняется, в результате чего контакт 6 под действием пружины 5 перемешается вниз.

Когда нить нагреется до опр

еделенной температуры контакты 6 и 8 замкнутся. Время с момента включения тока до замыкания контактов составляет время срабатывания реле (0,3...20с).

V. РЕЛЕ ВРЕМЕНИ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ЗАМЕДЛЕНИЕМ.

Электрические схемы с использованием электрического реле постоянного тока.

Для получения сравнительно небольшой выдержки времени (до 5 с) часто применяются простейшие схемные методы замедления срабатывания или отпускания малогабаритных электромагнитных реле.

Стабильность выдержки времени при этом не велика, но из-за простоты осуществления они получили большое распространение.

На рис. 5 приведено несколько схем, позволяющих получить выдержку времени при срабатывании реле. В схеме 5а для замедления срабатывания реле использовано включение лампы накаливания с металлической нитью параллельно обмотке реле и добавочного сопротивления последовательно с источником тока. В холодном состоянии лампа имеет малое сопротивление. Поэтому при замыкании выключателя К в цепи лампы будет протекать большой ток, что обусловит большое падение напряжения на сопротивление R и, следовательно, малое напряжение на обмотке реле. По мере разогрева нити лампы током сопротивление ее увеличивается и растет напряжение на обмотке реле, в результате чего реле срабатывает с замедлением. В цепь лампы включается контакт p1, отключающий лампу после срабатывания реле. Такое отключение необходимо для устранения влияния предварительного нагрева при повторных включениях.

На рис. 5б показан способ замедления срабатывания реле с помощью шунтирования его обмотки конденсатором С. В этом случае при замыкании включателя К ток переходного режима вначале устремляется через емкость в обход индуктивности обмотки реле, представляющей для него значительное сопротивление. Поэтому нарастание тока через обмотку реле замедляется и, следовательно, время срабатывания увеличивается.

Выдержка времени при отпускании обеспечивается уменьшением скорости спада тока в обмотке реле после выключения его цепи.


  1. Конденсаторные реле времени

Рассмотрим принцип действия конденсаторного реле типа ВЛ-1, собранного на тиратроне (рис. 12). Выпрямленное стабилизированное напряжение подается на тиратрон через обмотку реле Р и на делитель напряжения, состоящий из потенциометра r5 и сопротивления R6.

Часть напряжения с этого делителя, регулируемая потенциометром r5, посту-пает через
последовательно включенные сопротивления R7, R8 и R9 на конденсатор С2. При мгновенном

включении напряжения U конденсатор

C2 заряжается по экспоненциальному закону:


Здесь U - подводимое напряжение (В);

R=R7+R8+K9или R=R7+R9 - величина последовательно включенного сопротивления (Ом)

? = RC - постоянная времени зарядки конденсатора (с);

С - емкость конденсатора (Ф).

Соответственно увеличивается напряжение и на управляющем электроде тиратрона. При достижении критического значения напряжения тиратрон зажигается, анодный ток резко возрастает и реле Р срабатывает.

Регулируя переменное сопротивление r7 можно изменить скорость зарядки конденсатора С2 , т.е. выдержку времени.

Переключатель П служит для переключения диапазонов выдержки времени.

При срабатывании реле Р нормально разомкнутый контакт Р1 замыкается и включает цепь разрядки конденсатора C2, чтобы после выключения напряжения схема была подготовлена к повторению цикла работы.

Электронные реле времени применяют обычно с выдержкой времени до долей секунды до 2…3 минут.






Рис. 1 Рис. 2



Рис. 3 Рис. 4


а) б)
Рис. 5



Рис.6

2. Лабораторная работа №3

Системы дистанционной передачи показаний

I. Цель работы: ознакомление с системами передачи показаний на рас­стояние.

II. Описание телеметрических систем

Применение систем дистанционной передачи показаний вызывается про­изводственной необходимостью во многих случаях значительно удалить место наблюдения от места установки датчика и целесообразностью фиксировать показания одновременно в нескольких местах.

В настоящее время находят применение главным образом электрические передающие системы, включающие в себя три основных категории: потенциометрические, омические, индукционные и сельсинные.

Для передачи угловых перемещений на расстояние применяются сельсинные самосинхронизирующиеся системы.

Сельсины - индукционные электрические машины. В простейшем случае
схема передачи угла при помощи сельсинов состоит из двух электрически со­-
единенных друг с другом и совершенно одинаковых по конструкции сельсинов,
выполненных по типу асинхронных с фазовым ротором.

В зависимости от выполняемых функций в схемах передач угла поворо­та сельсины разделяются на следующие типы: сельсины-датчики, сельсины-приемники: дифференциальные сельсины-датчики и приемники; сельсины-трансформаторы.

Сельсин-датчик предназначается для передачи заданных углов перемещений. Для этого ротор датчика приводится в движение вручную или от привода, воспроизводящего требуемое угловое перемещение.

Сельсин-приемник служит для воспроизведения заданного датчиком углового перемещения. Ротор приемника свободно вращается и устанавливается в угловом положении, соответствующем положению датчика.

Дифференциальный сельсин-датчик или приемник используется для алгебраического суммирования угловых перемещений двух механически не связанных между собой валов.

Сельсин-трансформатор предназначается для получения заданных дат­чиком угловых перемещений в виде пропорционального им напряжения, сни­маемого с обмотки ротора сельсина.

В зависимости от точности работы сельсины делятся на три класса. Максимальная погрешность в сельсинах-приемниках: класса 1 - до 0.75°; класса 2- от 0.75 до 1,5°; класса 3 - от 1.5 до 2,5°.

III. Устройство и принцип действия контактных сельсинов

Сельсин-датчик может быть выполнен в двух конструктивных вариантах (рис. 1 а, б).

В первом варианте однофазная первичная обмотка (рис. 1 а) располагает­ся на двух явно выраженных полюсах статора, между которыми находится ро­тор с неявно выраженными полюсами и трехфазной вторичной обмоткой. Трехфазная обмотка ротора состоит из трех одинаковых обмоток, сдвинутых друг относительно друга на 120°, которые в дальнейшем будем называть фазо­выми обмотками ротора. Между собой обмотки соединены в звезду, образуя трехфазную обмотку. Концы роторной обмотки выведены на контактные коль­ца, расположенные на валу ротора; с внешней цепью обмотка соединяется через три неподвижные щетки, скользящие по трем кольцам ротора. Сельсины по­добной конструкции называются контактными сельсинами.

Во втором варианте однофазная первичная обмотка (рис. 1 б) располага­ется на роторе с
явно выраженными полюсами, а трехфазная на статоре с неяв­но выраженными полюсами. Вместо трех колец на роторе сельсина

имеются два кольца.

Сельсин-приемник по конструкции подобен сельсину-датчику. На валу ротора приемника в некоторых случаях для уменьшения его колебаний уста­навливают демпфер. В качестве демпфера (успокоителя) может применяться полый маховик, наполненный ртутью и разделенный диаметральной перего­родкой с отверстиями. При ускорениях ротора приемника ртуть переливается через отверстия из одной половины маховика в другую. Возникающие при этом силы трения создают демпфирующий момент.

Дифференциальный сельсин имеет статор и ротор с неявно выраженными полюсами, на каждом из которых расположена трехфазная обмотка. Роторная обмотка присоединяется к трем контактным кольцам, расположенным на валу ротор. Служит этот сельсин для алгебраического суммирования угловых пере­мещений механически не связанных между собой двух валов. Дифференциальный сельсин включается в цепь роторных обмоток сельсинов дистанционной индикаторной передачи угла (рис. 2).

Сельсин-трансформатор имеет статор и ротор с неявно выраженными полисами. В статоре сельсина расположена трехфазная первичная обмотка. Вторичная однофазная обмотка расположена на роторе. Концы ее выведены на два контактных кольца, находящихся на валу ротора. Схема измерительной пе­редачи угла с сельсином-трансформатором показана на рис. 3.
IV. Повышение точности сельсинных передач угла
При наличии значительной нагрузки на валу приемника погрешность ин­дикаторной передачи угла возрастает. Эта погрешность может быть уменьшена, если угол поворота входного (задающего) вала передавать на вал сельсина-датчика через редуктор. На приведенной на рис. 4 двухскоростной схеме тако­го устройства имеются две передачи угла, состоящие из двух контактных сель­синов- датчиков и двух контактных сельсинов-приемников. Каждый датчик электрически связан с соответствующим приемником: кроме того, между собой датчики связаны через ускоряющую механическую передачу.

Передача угла, в которой датчик связан с входным валом системы пере­даточным отношением 1:1, служит для грубых отсчетов; передача угла, в кото­рой датчик связан с входным валом системы через ускоряющий редуктор служит для точных отсчетов. Датчик передачи грубых отсчетов передает за один оборот весь диапазон изменения передаваемой величины с точностью отсчета не больше, чем класс его точности. Датчик передачи точного отсчета поворачи­вается на значительный угол (определяемый передаточным отношением редук­тора i) при повороте датчика грубого отсчета на одно деление; этим обеспечи­вается высокая точность отсчетов.


Рис. 1 Рис. 2




Рис. 3



Рис. 4


3. Лабораторная работа № 4.

Измерение частоты вращения.

I. Цель работы: ознакомление с методами и приборами, применяемыми для измерения частоты вращения.

II. Тахометрические датчики и преобразователи

1. Индукционные датчики. Для измерения частоты вращения в современной аппаратуре в основном используются датчики, генерирующие в статорной обмот­ке электрический ток, частота и направление которого являются однозначными функциями угловой скорости вращения ротора генератора.

Принцип действия индукционных датчиков основан на использовании за­кона электромагнитной индукции:

E = -BLV*10-8,

где Е - ЭДС, наводимая в проводнике, В;

В - магнитная индукция;

L - длина проводника;

V - скорость перемещения проводника.

В качестве датчиков скорости вращения обычно применяют тахогенераторы, выполненные в виде небольших генераторов постоянного или переменного тока с независимым возбуждением от постоянного магнита (рис 1).

2. Фотоэлектрические датчики. Принцип действия фотоэлектрических дат­чиков основан на модуляции освещенности рабочей поверхности фотоэлектриче­ского элемента частотой вращения измеряемого объекта. Для этой цели применя­ются вакуумные сурьмяно-цезиевые и цезиевые фотоэлементы и фотоумножите­ли. В последнее время широко стали применяться германиевые фотодиоды и фотосопротивления. Принципиальная схема прибора с фотосопротивлением показа­на на рис. 2.

Импульсы света, возникающие на сернисто-свинцовом фотосо­противлении ФСА-I, приводят за счет снижения его сопротивления к резкому увеличению тока в цепи.

Импульсы тока фиксируются частотометром. Подобного рода тахометры позволяют измерять скорости вращения исследуемого объекта в диапазоне от 60 до 30000 об/мин с точностью 1 ... 2 %.

3. Емкостные датчики. Электростатические датчики применяются в тех случаях, когда нежелательно нагружать вал вращающегося объекта. Принцип действия этих датчиков основан на изменении зарядного тока конденсатора С пропорционально скорости изменения его емкости. К конденсатору С при этом приложено постоянное напряжение. Простейшая схема ёмкостного датчика скорости показана на рис.3.

4. Магнитные тахометры.

Принцип действия магнитного тахометра (рис. 4) основан на явлении элек­тромагнитной индукции, сущность которого заключается в том, что в располо­женных вблизи вращающегося постоянного магнита металлических телах индук­тируются токи. В результате взаимодействия этих токов с магнитным током создается механический момент, действующий на металлические тела в направле­нии вращения магнита и пропорциональный частоте вращения.

  1. Дистанционные магнитоиндуктивные тахометры

Приборы магнитоиндукционной системы являются наиболее точными и со­вершенными. Большое распространение эти приборы получили в авиации и тур­бостроении.

Дистанционное измерение скорости вращения электрическим тахометром
магнитоиндукционной системы, например типа ТЭ-15, основано на принципе
дистанционной электрической передачи вращения вала двигателя к валу магнитоиндукционного измерительного узла измерителя и преобразования частоты вращения вала в угловые
перемещения стрелки измерительного узла. Принципи­альная схема прибора изображена на рис.5 .

Тахометр ТЭ-15 имеет диапазон измерений от 200 до 20000 об/мин, по­грешность ±0,5%.

  1. Импульсные электрические тахометры.

Импульсные электрические тахометры позволяют измерять частоту враще­ния с погрешностью 0,3... 1,5 %.

Такой тахометр состоит из переключателя, механически связанного с вра­щающимся объектом и управляющего зарядом и разрядом конденсатора. Проте­кающий при этом ток измеряется стрелочным прибором. Принципиальная схема импульсного тахометра приведена на рис. 6. Переключатель П связан с испыты­ваемым валом. При этом на каждый оборот вала полярность рабочего конденса­тора С меняется дважды. Среднее значение протекающего через

измеритель ток будет:
Jср = 4EnC,
где С – емкость конденсатора;

Е – разность потенциалов на зажимах конденсатора;

n – частота вращения вала переключателя.

Таким образом, при постоянных ЭДС источника питания и емкости ра­бочего конденсатора показания измерителя пропорциональны частоте вращения переключателя.

7. Центробежные тахометры

Работа центробежных тахометров основана на измерении центробежных сил инерции, возникающих при вращении подвижных масс.

Схемы центробежных тахометров показаны на рис. 7 а, б. При вращении оси 2 подвижные массы 1 стремятся отойти от нее, что при­водит к перемещению показывающей системы. Достаточно широко в практике кольцевые тахометры используются для ручных измерительных приборов, на­пример, типа ИО-10 (рис.8), служащих для кратковременного (10... 15 с) изме­рения числа оборотов вала агрегата, вращающегося с частотой 25... 10000 об/мин, при погрешности ± 2%. Конические центробежные тахометры применяются в ка­честве стационарных измерительных приборов (типа ТС) и имеют погрешность не более 1 %.

8. Тахометры ферродинамические унифицированные

Измерение угловой скорости вала установки тахометром ТСФУ-1 произво­дится с помощью двух самостоятельных измерителей: авиационного бортового и измерителя ИТЭ -1 и стендового измерителя ТСФУ-1, работающих одновременно от одного датчика-генератора переменного тока (рис. 9).

Авиационный бортовой измеритель ИТЭ-1 представляет собой дистанционный магнитоиндукционный унифицированный тахометр (типа ТЭ -15), рассмотренный выше.

Принцип действия тахометров ТСФУ-1 заключается в следующем: датчик является генератором переменного тока, вырабатывает при вращении электриче­ский ток, частота которого измеряется частотомером - измерителем (логометром) ТСФУ-1 .Так как частота переменного тока является прямой функцией угло­вой скорости генератора, а, следовательно, и вала установки, то шкала измерите­ля ТСФУ-1 градируется непосредственно в оборотах в минуту или в процентах от номинального значения угловой скорости вала.

9. Акселерометры

Для измерений ускорений применяются датчики сейсмического типа и электрические схемы, в которых производится дифференцирование сигнала тахогенератора. Приборы, измеряющие ускорения, называются акселерометрами.

10. Стробоскопическая тахометрическая аппаратура.

В процессе контроля работы многих технических устройств часто возникает необходимость измерить частоту вращения без механического сочленения с эти­ми устройствами тахометрических датчиков.

На рис. 10 представлен стробоскопический тахометр, имеющий пределы измерения от 300 до 30000 об/мин при погрешности, не пре­вышающей ±1 % от измеряемой величины.

Стробоскопический тахометр состоит из выпрямителя, газоразряд­ной импульсной лампы, схемы зажигания импульсной лампы и задающего гене­ратора.



Рис. 1 Схема работы индуктивного тахогенератора.



Рис. 2 Принципиальная схема тахометра с измерителем частоты типа ИЧ-6




Рис. 3 Схема ёмкостного датчика скорости.







Рис. 4 Схема магнитного тахометра.






Рис. 5 Схема магнитоиндукционного тахометра.




Рис. 6 Принципиальная схема импульсного тахометра.


Рис. 7 Схемы центробежных тахометров: а) конический; б) кольцевой.




Рис. 8 Ручной тахометр типа ИО-10




Рис.9 Принципиальная схема ферродинамического тахометра.



Рис. 10 Строботахометр.
4. Литература


  1. Гоголев И.Г., Дроконов А.М., Зарянкин А.Е. Аэродинамические факторы и надежность турбомашин. – Брянск: Издательство «Грани», 1993.

  2. Дроконов А.М. Метрология. Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов специальности «Газотурбинные, паротурбинные установки и двигатели» - Брянск, БГТУ, 2000. – 98с.


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации