Основные измерительные приборы в лаборатории
фото с сайта alsi.ua
Точный анализ структуры различных веществ, измерение физических и химических параметров — задачи, которые сотрудникам лабораторий приходится решать особенно часто. Помогает им в этом измерительная техника, которая насчитывает несколько сотен приборов и аппаратов разного назначения и принципа действия.
Распространённый вид измерительного оборудования для лабораторий — механические и электронные весы. Это универсальное техническое приспособление можно встретить в исследовательском центре любого профиля.
Для работы с растворами применяют титраторы — измерительные приборы, позволяющие количественно оценивать соотношение реагентов. С изучением непрозрачных сред отлично справляется мутномер — прибор, позволяющий выделить и изучить химический состав осадка в растворах.
Определить содержание жидкости в образце помогает влагомер. Пользуясь этим несложным приспособлением, учёные получают возможность контролировать содержание влаги в образцах и готовых препаратах.
Несколько десятков разновидностей устройств насчитывает группа аналитического оборудования: pH-метры, анализаторы БПК и ХПК, крови, кислорода, мочи и многих других химико-биологических веществ.
Для исследования структуры и насыщенности (концентрации) растворов используют специальные аппараты: поляриметры, спектрофотометры, колориметры.
В последние годы многие измерительные устройства были «надстроены»: появились функции сохранения результатов в памяти; аналитический блок, помогающий интерпретировать данные; функции автоматической калибровки и контроля точности устройства. Всё это способствует быстрому проведению измерений и высокой надёжности результатов.
Использование серьёзной аппаратуры, позволяющей точно определять химический состав веществ и измерять любые физические величины, даёт лаборатории ряд преимуществ:
- обеспечивает высокую точность и результативность измерений при минимальном количестве и длительности исследовательских циклов;
- способствует снижению затрат на реактивы и расходные материалы;
- уменьшает трудозатраты и повышает практическую значимость исследований.
medbuy.ru
Виды контрольно-измерительных электрохимических приборов и оборудования для лабораторий и не только
20 января 2017
Процесс анализа в лаборатории в большинстве случаев стал аппаратным. Приборы стали делиться на портативные и стационарные, значительно расширили возможности и ускорили все методы исследования. С одной стороны, это значительно упростило получение результатов, с другой, усложнило выбор самих приборов. Но все-таки, легче потратить время на поиск качественного и эргономичного прибора, чем проводить pH-метрию или другой лабораторный процесс на устаревшем устройстве или тем более вручную, согласны? В данной статье мы попробуем вам помочь разобраться в ассортименте современных pH-метров, иономеров, оксиметров, мультиметров и др. устройств, облегчающих процедуру контроля качества воды и водных растворов.
pH метры
Приборы для быстрого измерения уровня концентрации ионов водорода в жидкостях широко востребованы в каждой современной лаборатории. Они используются для определения активности ионов водорода в воде и в водных растворах. Без них невозможно обойтись в пищевой и сырьевой промышленности, при изучении объектов окружающей среды, в производственных системах, обеспечивающих непрерывный контроль технологических процессов, в том числе и происходящих в агрессивных средах. От области применения приборов зависят и требования к ним, например, тип рабочего электрода. Модели отличаются друг от друга и типом конструкции, и специализацией, и многими другими параметрами.
Функционирование ph метра основано на измерении ЭДС электродной системы. Данная величина прямо пропорциональна активности водородных ионов в растворе, то есть pH, или водородному показателю. Измерительная схема данного устройства является, по сути, вольтметром, проградуированным в единицах pH для какой-либо конкретной электродной системы (чаще всего измерительный электрод изготовлен из стекла, а вспомогательный — хлорсеребряный). Основным требованием к входной схеме прибора можно назвать высокое входное сопротивление — входной ток не более 10−10А (а у хороших аппаратов менее 10−12А). Это обеспечивает то, что между входами создается сопротивление изоляции не менее 10-11Ом (обусловлено высоким внутренним сопротивлением зонда, которым является стеклянный электрод). Изначально электродвижущая сила измерялась компенсационным методом, для чего использовался потенциометр и чувствительный гальванометр. Равновесие схемы означало отсутствие тока в гальванометре и нагрузки на электроды (по шкале потенциометра отсчитывается ЭДС). Метод с баллистическим гальванометром мало отличался от предыдущего: от электродов заряжался конденсатор и разряжался на рамку гальванометра. Заряд конденсатора влияет на степень отклонения рамки.
Со временем появились приборы, имеющие входные усилители на электронных лампах. У таких «электрометрических» ламп имеется ток утечки сетки (порядка пикоампер), позволяющий получать большое входное сопротивление. Недостаток схемы — большой дрейф, уход калибровки в результате достаточно быстрого старения и изменения характеристик лампы. Для коррекции были разработаны компенсационные схемы с усилителем, работающие по типу «модулятор — демодулятор». Специальный вибропреобразователь (механический ключ) поочередно соединяет конденсатор с входом и цепью обратной связи. В случае различия напряжения на них через конденсатор протекает переменный ток, создающий переменное напряжение на сеточном резисторе входной лампы. Усиливающаяся несколькими каскадами пульсация поступает на фазочувствительный демодулятор и на выходе получается напряжение, пропорциональное разности на входе. Цепь обратной связи (резистивный делитель) задает общий коэффициент усиления, стремясь поддерживать на входе усилителя нулевую разность напряжений. Эта схема почти не зависит от степени износа ламп, можно использовать массовые приёмно-усилительные лампы. В еще более поздних модификациях вместо контактного преобразователя использовался динамический конденсатор, а затем лампы сменились полевыми транзисторами. В настоящее время прецизионно-операционные усилители с входом на полевых МОП-транзисторах полностью удовлетворяют требованиям по входному сопротивлению.
Второй проблемой для ЭДС электродной системы считается ее сильная зависимость от температуры, поэтому важна схема ее термокомпенсации. Вначале с этой целью использовались медные термометры сопротивления, которые включались в мостовые схемы обратной связи либо потенциометры со шкалой в градусах (ручкой потенциомера устанавливалась температура, измеренная ртутным термометром). Такие схемы были сложны в настройке и калибровке, в современных моделях датчик температуры функционирует на отдельном аналого-цифровом преобразователе, а необходимые корректировки вносит микроконтроллер.
Измерительные электроды в современных приборах конструктивно бывают либо со встроенным контрольным электродом, либо с отдельно выполненным. Кроме того, они могут быть перезаряжаемые и неперезаряжаемые. Основным недостатком любых современных электродов является накопление микротрещин в стекле и загрязнение микропор. Помогает от этого очистка соляной кислотой, но со временем показания датчика все равно необратимо изменяются. Выход из ситуации — использование высококлассных датчиков и своевременная замена стеклянной (мембранной) части или датчика целиком.
Другое электрохимическое оборудование
Кроме pH-метров для контроля качества воды существует целый ряд других приборов. Одним из них является иономер — прибор для проведения ионометрического, или потенциометрического анализа. Современный иономер — это сверхточный измерительный прибор с различным количеством используемых измерительных каналов (от одного до четырех) и различными диапазонами измерения (стандартом считается: плюс-минус 3200 либо 4000 мВ). К данным приборам предъявляются разные требования к точности в зависимости от того, к какому классу принадлежит устройство: прецизионный иономер должен обладать высокой точностью, а для стандартного достаточно средней. Выпускаются как портативные, так и стационарные иономеры. Приборы должны соответствовать требованиям, установленным для устройств, предназначенных для измерения рН, а также требованиям к ионоселективным электродам. Объектами исследования иономера являются питьевые, природные, а также сточные воды. Часто приборы задействуют в анализе различных водных растворов проб твердых веществ, например, проб почв, растительной, пищевой, косметической и другой продукции.
Следующим важным прибором является устройство, определяющее уровень растворенного кислорода в жидкой исследуемой среде — кислородомер, или оксиметр. В зависимости от того, где будет проводиться исследование, приобретается стационарный или портативный прибор. Современный стационарный кислородомер — это устройство, предназначенное, в основном, для проведения непрерывных автоматизированных анализов растворенного в водных средах кислорода и температур по двум каналам и последующей отправкой полученной информации посредством токового унифицированного выхода и/или интерфейсов RS-232/RS-484.
В использовании анализаторов кислорода в воде заинтересованы очень многие области науки и промышленности: рыбная и пищевая промышленность, аквариумистика, медицина и фармацевтика, биология, химическая, нефтехимическая промышленность, черная/цветная металлургия, природоохранная деятельность, теплоэнергетика.
Оксиметры отличаются друг от друга точностью и скоростью измерений, качеством жидкокристаллического экрана и другими параметрами. При выборе кислородомера следует отдавать предпочтение приборам, изготовленным солидными фирмами.
Для измерений удельной электропроводности различных электролитов и сред используются кондуктометры. Они нужны для определения кислот, оснований и растворов солей в водных и не водных системах, а также коллоидах и расплавах. Основой функционирования кондуктометра является наличие прямой зависимости электрической проводимости веществ от их химического состава. Базовым критерием выбора кондуктометра является точность исследований (прибор с дискретностью 1 смСи/см считается точным). Кроме того, при покупке необходимо обратить внимание на уровень термокомпенсации, потому что температура оказывает ощутимое влияние на удельную электропроводность исследуемых растворов. По уровню термической компенсации все кондуктомеры можно поделить на три группы: без термокомпенсации, с термокомпенсацией в 2% на градус и с произвольно выбираемым термическим коэффициентом.
Для определения взвешенных частиц в водных растворах используются нефелометры (от др.-греч. νεφ?λη — «облако» и μετρ?ω — «измеряю»). В русскоязычной литературе можно встретить названия » мутномер » и «нефелометр» и даже «анализатор взвешенных частиц». С формальной точки зрения принято считать, что турбидиметр, это анализатор мутности, использующий фотометрический принцип и определяющий поглощение в слое анализируемого вещества при условии, что источник излучения и детектор расположены на одной оси.
В современной аналитической практике величина мутности является достаточного важным интегральным показателем и наиболее широкое применение находит в водоподготовке, водоочистке, в пищевом и химическом производстве. Развитие этого метода анализа происходило параллельно во многих направлениях, что объясняется как разносторонней природой самого явления, так и большим разнообразием национальных и отраслевых стандартов, которые, зачастую, являются узкоспециализированными и ориентированными на конкретную технологию.
Это привело к появлению очень большого количество различных единиц измерения мутности и сейчас основная проблема при выборе необходимого анализатора мутности заключается в понимании того, отвечает ли его конструкция и используемая шкала измерения поставленной аналитической задаче.
В нефелометрах для определения мутности используется принцип светорассеяния, определяемого под углом 90° к источнику. Поскольку в конструкции большинства современных анализаторов мутности применяются детекторы как на проходящее, так и на рассеянное под различными углами к источнику излучение, а сами производители довольно свободно оперируют всеми тремя терминами, для наименования анализаторов мутности используют наиболее общий термин «мутномер».
ОВП метр (ORP метр) измеряет окислительно-восстановительный потенциал. ОВП или ORP (от англ. redox (потенциал) — reduction-oxidation reaction) — это уровень способности химических веществ восстанавливаться, то есть присоединять электроны.
С помощью ОВП (ORP) метра можно измерить окислительно-восстановительный потенциал в водоемах и бассейнах, аквариумах, и даже ОВП почвы. С точки зрения водоподготовки можно проводить измерения ОВП жидкостей: воды и слабых водных растворов, кислот, щелочей, солей.
Окислительно-восстановительный потенциал определяют электрохимическим методом с использованием стеклянного электрода, например ОВП (ORP) метра с red-ox, и выражают в милливольтах (мВ) относительно стандартного водородного электрода в стандартных условиях. В природных условиях значение ОВП (Eh) воды находится в пределах от — 400 до + 700 мВ. Окислительно-восстановительный потенциал взаимосвязан с уровнем кислотности (рН) и зависит от температуры среды.
Прибор для измерения концентрации растворенных в воде солей называется солемером или TDS-метром (TDS от «total dissolved solids» — общее содержание растворенных твердых веществ). Принцип действия солемера достаточно прост и основан на прямой зависимости электропроводности раствора (силы тока между электродами прибора) от количества растворенных в воде соединений.
Для того чтобы определить концентрацию в воде солей, достаточно налить ее в небольшую емкость и опустить электроды прибора в воду. После этого на жидкокристаллическом экране солемер выведет результат в миллиграммах на литр (ppm). Солемеры имеют заводскую калибровку, для дополнительной калибровки имеются специальные калибровочные растворы. Солемеры хорошего качества при правильном уходе не требуют частого проведения этой процедуры. Чтобы TDS-метр прослужил долго, он должен быть сертифицирован и иметь гарантию.
Кроме обычных однопараметровых приборов в лабораториях и на производствах все чаще стали использоваться лабораторные мультиметры — устройства, имеющие несколько входов, позволяющих одновременно исследовать и рН, и ОВП, и ISE, и электропроводность, и содержание растворенного кислорода. Приборы отличаются друг от друга набором совместимых с устройством электродов, объемом встроенной памяти, качеством дисплея. Благодаря универсальности мультиметры идеально подходят для исследований не только в лабораторных, но и в полевых условиях.
Основные производители рH метров и других приборов
рH метры производятся многими отечественными и зарубежными фирмами. В ООО ТД «Лабораторное оснащение» вы можете купить рH-метры практически всех основных производителей этих приборов. Лидируют в списке, конечно, немецкие компании. Во-первых, стоит сказать несколько слов о Hanna Instruments. Компания постоянно расширяет ассортимент продукции, разрабатывает новые виды оборудования и совершенствует уже имеющиеся. Своим клиентам она предлагает приборы самого разного уровня: от карманных или портативных до стационарных устройств, создающихся для контроля за технологическими процессами. Приборы фирмы HANNA внесены в Государственный реестр средств измерений. Немаловажно, что в России есть большой склад готовой продукции фирмы. Это значит, что любое заказанное оборудование может быть получено в кратчайшие сроки и доставлено в любой регион России.
Другими немецкими компаниями, о которых надо знать людям, выбирающим, которые выбирают среди данного оборудования, являются pH метр PCE (Мешед, регион Нижний Рейн — Вестфалия), которая является общепризнанным во всем мире и отвечает самым жестким требованиям европейских стандартов качества, концерн Testo AG (глобально известный изготовитель портативного измерительного оборудования, действующий на рынке электронного измерительного оборудования в течении более 50 лет), а так же фирма WTW (Wissenschaftlich-Technische-Werkstätten), в течение уже семидесяти лет предлагающая высококлассное оборудование для контроля качества воды и специализируется на изготовлении промышленного оборудования, электрохимических приборов, которые позволяют выполнить точные измерения как в полевых, так и в лабораторных условиях.
Известны своей точностью и надежностью и pH-метры компании OHAUS. Основана фирма в 1907 году инженерами-механиками немецкого происхождения отцом и сыном Охаус в штате Нью-Джерси, США. За более чем столетний период своего существования фирма неоднократно доказывала, что она является мировым лидером в производстве точного лабораторного оборудования. В настоящее время часть ее заводов находится в Европе (Германия, Швейцария) и этот факт также свидетельствует о высоком качестве товаров. Несомненными плюсами приборов OHAUS являются изготовление их из высококлассных материалов, продуманный эргономичный дизайн и особенно удобный интерфейс.
Приборы сертифицированы в России. Все карманные измерители соответствуют требованиям стандартов ЕС и части 15 правил FCC по уровням излучений для оборудования класса B. Эти нормы обеспечивают целесообразный уровень защиты от помех при эксплуатации оборудования в производственных условиях.
Существует достаточно много российских компаний, которые также выпускают аппараты сделанные на высоком технологическом уровне. Например, pH-метры новосибирского научно-производственного предприятия «Инфраспак-Аналит» практически ничем не уступают по точности зарубежным. Компания выпускает приборы, известные под торговой маркой «АНИОН». В основе функционирования приборов АНИОН лежат три основных метода электрохимического анализа: кондуктометрический, потенциометрический и амперометрический. Приборы АНИОН могут быть однопараметровыми (в них возможен анализ одним из методов) и комбинированными (имеющими сразу несколько измерительных каналов для многокомпонентного анализа).
К однопараметровым приборам относятся pH-метры, кондуктометры, иономеры и кислородомеры. А к комбинированным различные виды их сочетаний (Иономер/кондуктометр/кислородомер и др.).
К не менее известным по качеству своей продукции российским компаниям можно отнести ЗАО «НПП «Автоматика», НПП «Взор», научно-производственное объединение «Измерительная техника ИТ». А если говорить о странах ближнего зарубежья, то нельзя обойти вниманием белорусский ОАО «Гомельский завод измерительных приборов».
Наша компания продает только сертифицированные товары и цены у нас ниже, чем в целом по России, поэтому если вам нужен прибор для контроля качество воды, то его стоит купить у нас. Кстати, у нас очень широкий ассортимент! Звоните.
www.moslabo.ru
Приборы лабораторные — это… Что такое Приборы лабораторные?
Приборы лабораторные – приборы, применяемые для точных измерений в лабораторных условиях. Для повышения точности измерения в их показания вводят поправки, учитывающие внешние условия, в которых проводились измерения (температура, атмосферное давление, влажность и т. п.). Кроме того лабораторные приборы используют для поверки технических приборов.
[Покровский Б. С. Справочник слесаря механосборочных работ. Учебное пособие для начального профессионального образования. Изд.: Академия 2013 г. 224 стр.]
Рубрика термина: Приборы
Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование, Абразивы, Автодороги, Автотехника, Автотранспорт, Акустические материалы, Акустические свойства, Арки, Арматура, Арматурное оборудование, Архитектура, Асбест, Аспирация, Асфальт, Балки, Без рубрики, Бетон, Бетонные и железобетонные, Блоки, Блоки оконные и дверные, Бревно, Брус, Ванты, Вентиляция, Весовое оборудование, Виброзащита, Вибротехника, Виды арматуры, Виды бетона, Виды вибрации, Виды испарений, Виды испытаний, Виды камней, Виды кирпича, Виды кладки, Виды контроля, Виды коррозии, Виды нагрузок на материалы, Виды полов, Виды стекла, Виды цемента, Водонапорное оборудование, Водоснабжение, вода, Вяжущие вещества, Герметики, Гидроизоляционное оборудование, Гидроизоляционные материалы, Гипс, Горное оборудование, Горные породы, Горючесть материалов, Гравий, Грузоподъемные механизмы, Грунтовки, ДВП, Деревообрабатывающее оборудование, Деревообработка, ДЕФЕКТЫ, Дефекты керамики, Дефекты краски, Дефекты стекла, Дефекты структуры бетона, Дефекты, деревообработка, Деформации материалов, Добавки, Добавки в бетон, Добавки к цементу, Дозаторы, Древесина, ДСП, ЖД транспорт, Заводы, Заводы, производства, цеха, Замазки, Заполнители для бетона, Защита бетона, Защита древесины, Защита от коррозии, Звукопоглащающий материал, Золы, Известь, Изделия деревянные, Изделия из стекла, Инструменты, Инструменты геодезия, Испытания бетона, Испытательное оборудование, Качество цемента, Качество, контроль, Керамика, Керамика и огнеупоры, Клеи, Клинкер, Колодцы, Колонны, Компрессорное оборудование, Конвеера, Конструкции ЖБИ, Конструкции металлические, Конструкции прочие, Коррозия материалов, Крановое оборудование, Краски, Лаки, Легкие бетоны, Легкие наполнители для бетона, Лестницы, Лотки, Мастики, Мельницы, Минералы, Монтажное оборудование, Мосты, Напыления, Обжиговое оборудование, Обои, Оборудование, Оборудование для производства бетона, Оборудование для производства вяжущие, Оборудование для производства керамики, Оборудование для производства стекла, Оборудование для производства цемента, Общие, Общие термины, Общие термины, бетон, Общие термины, деревообработка, Общие термины, оборудование, Общие, заводы, Общие, заполнители, Общие, качество, Общие, коррозия, Общие, краски, Общие, стекло, Огнезащита материалов, Огнеупоры, Опалубка, Освещение, Отделочные материалы, Отклонения при испытаниях, Отходы, Отходы производства, Панели, Паркет, Перемычки, Песок, Пигменты, Пиломатериал, Питатели, Пластификаторы для бетона, Пластифицирующие добавки, Плиты, Покрытия, Полимерное оборудование, Полимеры, Половое покрытие, Полы, Прессовое оборудование, Приборы, Приспособления, Прогоны, Проектирование, Производства, Противоморозные добавки, Противопожарное оборудование, Прочие, Прочие, бетон, Прочие, замазки, Прочие, краски, Прочие, оборудование, Разновидности древесины, Разрушения материалов, Раствор, Ригеля, Сваи, Сваизабивное оборудование, Сварка, Сварочное оборудование, Свойства, Свойства бетона, Свойства вяжущих веществ, Свойства горной породы, Свойства камней, Свойства материалов, Свойства цемента, Сейсмика, Склады, Скобяные изделия, Смеси сухие, Смолы, Стекло, Строительная химия, Строительные материалы, Суперпластификаторы, Сушильное оборудование, Сушка, Сушка, деревообработка, Сырье, Теория и расчет конструкций, Тепловое оборудование, Тепловые свойства материалов, Теплоизоляционные материалы, Теплоизоляционные свойства материалов, Термовлажносная обработка бетона, Техника безопасности, Технологии, Технологии бетонирования, Технологии керамики, Трубы, Фанера, Фермы, Фибра, Фундаменты, Фурнитура, Цемент, Цеха, Шлаки, Шлифовальное оборудование, Шпаклевки, Шпон, Штукатурное оборудование, Шум, Щебень, Экономика, Эмали, Эмульсии, Энергетическое оборудование
Источник: Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов. — Калининград. Под редакцией Ложкина В.П.. 2015-2016.
construction_materials.academic.ru
Виды лабораторных измерительных приборов
Изучение структуры и состава различных веществ, качественный и количественный анализ химических и физических веществ — основные виды задач, выполняемых современными лабораториями. Для их решения используется широкий спектр разнообразных измерительных приборов.
Весы
Лабораторные весы необходимы при расчете дозировок и выполнении других операций с образцами и реагентами. В лабораториях применяются весы различной точности (аналитические, прецизионные, микро- и полумикровесы) и конструкции (механические, электронные).
Титраторы
Приборы титрометрического анализа применяются для измерения объема раствора реактивов в строго определенной концентрации, расходуемого для проведения реакции с изучаемым веществом. Титраторы широко используются в фармацевтических, медицинских, научных лабораториях для выполнения проб с ядовитыми, лекарственными, радиоактивными веществами. Как и многие другие измерительные приборы, многие современные титраторы способны работать в автоматическом режиме.
Мутномеры
Анализатор мутности жидких сред (мутномер) чаще всего применяется для автоматизированного контроля за техническими и сточными водами, а также для измерения концентрации взвешенных частиц в других средах. Мутномеры применяются при лабораторных исследованиях в пищевой, химической, целлюлозно-бумажной и других отраслях промышленности.
Наряду с мутномерами для изучения насыщенности и структуры растворов применяются поляриметры, колориметры, спектрофотометры.
Биохимические анализаторы
К этой группе устройств относятся анализаторы ХПК и БПК, pH-метры, различные виды биохимических анализаторов, применяемых для исследования крови, мочи, спинномозговой жидкости, плазмы и прочих биологических образцов.
Влагомеры
Влагомеры различных типов используются для определения количества влаги в твердых, жидких, газообразных образцах. Все влагомеры можно разделить на две основные разновидности: игольчатые и бесконтактные. Приборы игольчатого типа позволяют оценить влажность при измерении электрического сопротивления между контактам
chudo-dieta.com
Лабораторная работа №1 приборы и средства автоматизации
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
Пятигорский государственный технологический университет
Кафедра «Механизмы и аппараты пищевых производств»
Методические указания
к выполнению лабораторных работ по курсу
«Управление в технических системах»
для студентов специальностей
260601.65 260602.65
г. Пятигорск 2007г.
Лабораторный практикум, разработанный в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования и рабочими программами по курсу «Управление в техническими системами», предназначен для студентов не электротехнических специальностей механико-транспортного факультета. В методическом пособии даны общие сведения по выполнению лабораторных работ, по каждой из лабораторных работ приведены краткие сведения из теории, порядок выполнения работ, контрольные вопросы , рекомендуемая литература.
Составитель : к.т.н., доцент В.И. Бурьяница
ассистент С.В. Зайцев
ассистент к.т.н. А.С.Татов
Рецензент : д.т.н., профессор И.М. Першин
Цель работы: изучить элементы систем управления такие, как датчики, коммутационные устройства, исполнительные устройства, клапаны.
Приборы для измерения температуры
Температура — это значение теплового состояния гомогенного вещества, т.е. величина средней кинетической энергии его молекул.
Тесный температурный контакт необходим между двумя телами для того, чтобы они приняли одинаковую температуру (выравнивание температуры). Измеряемое тело должно находится в максимально тесном контакте, который возможен, с термометром.
Известнейшие методы измерения температуры базируются на свойствах веществ и тел, изменяющихся в зависимости от температуры.
Для измерения температуры применяют термометры расширения, сопротивления, термопары и манометрические термометры.
Термометры расширения служат для контроля температуры помещения, наружного воздуха и т. п. Чувствительный элемент представляет собой баллон с жидкостью, при нагревании которого жидкость расширяется и ее столбик поднимается в отсчетном устройстве. Положение конца столбика относительно шкалы термометра соответствует температуре среды, в которой находится баллон.
Термометры сопротивления (ТС) применяют в системах, где требуется дистанционная передача показаний. Принцип работы таких термометров основан на свойстве металлов изменять удельное сопротивление при изменении температуры.
Чувствительные элементы термометров сопротивления выполняют из медной (термометры сопротивления медные – ТСМ) или платиновой (ТСП) проволоки, намотанной на каркас.
Каркас с чувствительным элементом 1 (рисунок 1) помещен в корпус защитной арматуры, выполняемый, как правило, из нержавеющей стали. Провода проходят в изолирующих керамических бусах 3 и подсоединяются к клеммам 5 головки термометра. К линии связи термометр подсоединяют через сальниковое уплотнение 4. На технологическом оборудовании термометр вставляют в гнездо и укрепляют штуцером 6.
1– чувствительный элемент; 2– корпус; 3– бусы; 4– уплотнение; 5– клеммы; 6– штуцер. Рисунок 1 – Термометр сопротивления |
Термопары применяют для измерения температур в пределах до 1800° С. Действие термопары основано на следующем принципе. Если спаять два стержня из различных металлов, а затем спаянный (горячий) и свободные (холодные) концы поместить в среды с различными температурами, то между свободными концами стержней появляется разность потенциалов. Свободные концы стержней соединяют с приемником тока и получают электрическую цепь, в которой находится источник э. д. с.
1 – корпус; 2 – фланец; 3 – головка с уплотнением Рисунок 2–Термопара ХК |
В промышленности применяют термопары из сплавов: хромель-копель (ХК), хромель-алюмель (ХА), платинородий-платина (ПП), платинородий (ПР).
Термопара устроена аналогично термометру сопротивления (рисунок 2). Чувствительный элемент, помещенный в корпус 1, представляет собой спай термоэлектродов, изготовленных из указанных выше металлов или сплавов, припаянный к серебряному диску (горячий конец). Термоэлектроды выведены через каналы изолирующих бус на клеммы головки 3 термопары. К корпусам аппаратов или трубопроводов термопару крепят штуцерами или фланцами.
Биметаллические термометры Полоска из двух свальцованных друг с другом пластин из металлов с различными коэффициентами расширения (биметалл), искривляется при изменении температуры (рисунок 3). Искривление находится в приблизительной пропорции с температурой.
Рисунок 3 – Схема биметаллического термометра |
— винтовая пружина
— спиральная пружина
В результате механической деформации биметаллических пластин при изменении температуры в указанных элементах возникает вращательное движение. Если внешний конец биметаллической измерительной системы жестко закреплен, то другой конец без промежуточного элемента проворачивает вал указательной стрелки. Диапазоны показаний лежат между -70 °C и + 600 °C при измерениях с классом точности 1 и 2.
Манометрические термометры применяют для измерения температуры в зоне аппарата. Принцип действия манометрических термометров основан на зависимости между температурой и давлением жидкости или газа при постоянном объеме. Измерительная система состоит из погружаемого элемента (рисунок 4), капиллярного провода и трубчатой пружины в корпусе.
Рисунок 4 – Схема манометрического термометра |
Приборы для измерения давления
Манометры с упругим чувствительным элементом
Манометры с упругим чувствительным элементом широко распространены благодаря своей прочности и простоте обращения. Они содержат чувствительные элементы, которые упруго меняют свою форму под воздействием давления. Как правило, чувствительные элементы исполняются из медных сплавов, легированных сталей или из специальных материалов, если речь идет о специфических измерительных задачах.
Давление измеряется по отношению к исходному давлению (эталонное давление). В качестве исходного давления служит, как правило, атмосферное давление. Это означает, что манометр указывает насколько измеренное давление ниже или выше атмосферного давления, присутствующего в момент измерений (манометр избыточного давления). Манометры с гидрозаполнением используются для измерения давления в услових сильных пульсаций или вибраций. Функцию сигнализации можно обеспечить путем комбинирования манометра с электроконтактами. Для автоматизации производственных процессов манометры комбинируются с датчиком выходного электрического сигнала, например 4-20 мА.
По форме пружины и принципам они разделяются на:
Манометры с трубчатой пружиной
Рисунок 5 – Манометр с трубкой Бурдона |
Манометры с пластинчатой пружиной.
Рисунок 6 – Манометр с пластинчатой пружиной |
Манометры с коробчатой пружиной
Рисунок 7 – Манометр с коробчатой пружиной |
Манометры абсолютного давления
Рисунок 8 – Манометр абсолютного давления |
Манометры дифференциального давления
Рисунок 9 – Манометр дифференциального давления |
Приборы для измерения расхода жидкостей
Для измерения расходов жидкостей и газов используют в основном два вида расходомеров – расходомеры переменного перепада и постоянного.
Расходомер переменного перепада. В основу принципа действия положено измерение перепада давления на сопротивлении, введенном в поток жидкости или газа.
Любая движущаяся система характеризуется соотношением ее кинетической и потенциальной энергий. Для жидкостей или газов, протекающих в трубопроводе, кинетическая энергия будет определяться скоростью движения среды через поперечное сечение трубопровода, а потенциальная – давлением в трубопроводе. При увеличении скорости протекания среды давление падает, и наоборот, т. е. происходит превращение одного вида энергии в другой.
Рисунок 10 – Расходомер переменного перепада |
В месте установки сопротивления скорость жидкости резко возрастает. Если измерять давление до сопротивления и непосредственно за ним, то разность давлений (перепад) будет зависеть от скорости потока, а следовательно, и от расхода. Такие сопротивления, устанавливаемые в трубопроводах, называются сужающими устройствами. В качестве сужающих устройств в системах контроля расхода применяют нормальные диафрагмы.
Рисунок 11 – Чувствительный элемент расходомера постоянного перепада |
Применение сужающих устройств ограничено диаметрами трубопроводов (d > 50 мм) и, следовательно, величиной измеряемого расхода (не ниже 25 м3/ч).
Расходомеры постоянного перепада применяют для измерения расходов до 20 м3/ч. Преобразователь постоянного перепада устроен следующим образом. Внутри расширяющегося патрубка или трубы с диафрагмой 2 (рисунок 11) помещают поплавок 3 конической формы, свободно перемещающийся в трубе. При восходящем потоке жидкости или газа на диафрагме 2 создается перепад давлений, который уравновешивается массой поплавка 3. При увеличении расхода перепад увеличивается и поплавок 3 перемещается вверх до тех пор, пока площадь кольцевого зазора между поплавком 3 и диафрагмой 2 не увеличится до значения, при котором сила, вызванная увеличением перепада давления на поплавке, снова не уравновесится его массой. Перемещение поплавка 3 передается на стрелку показывающего прибора через шток 1, магнит 4 и магнитную муфту 5.
Приборы для измерения уровня
Для измерения уровня жидкости с постоянной плотностью применяют гидростатические, поплавковые и буйковые уровнемеры.
Принцип действия гидростатических уровнемеров основан на измерении давления внутри жидкости, определяемого массой столба жидкости, расположенного между точкой измерения и поверхностью жидкости в емкости.
Рисунок 12 – Принципиальная схема гидростатического измерения уровня |
Для измерения уровня агрессивных жидкостей, контакт которых с чувствительным элементом недопустим, отделяют чувствительный элемент прибора от агрессивной жидкости потоком сжатого воздуха или газа, который подают в соединительную линию.
В этом случае чувствительный элемент манометра не будет контактировать с жидкостью, уровень которой измеряют. Гидростатический уровнемер, построенный по такому принципу, представляет собой трубку 1 (рисунок 12), в которую от редукционного пневмоклапана 2 через вентиль 3 и стакан 4 подают сжатый воздух. При небольшом расходе воздуха, который регулируют вентилем по числу пузырьков воздуха в стакане 4 за единицу времени, давление, измеренное манометром 5, будет равно гидростатическому давлению столба жидкости между концом трубки и поверхностью жидкости. При постоянной плотности жидкости показания манометра будут пропорциональны уровню жидкости.
Уровень в емкости, которая находится под давлением измеряют дифманометром. Перепад давлений равен гидростатическому давлению жидкости.
Поплавковые уровнемеры (рисунок 13) используют для измерения уровня по месту и дистанционной передачи показаний. Пустотелый поплавок 4 связан тросом 3 с барабаном 2. Трос 3 в один слой наматывают на барабан, длина окружности которого равна целой или дольной единице длины, например метру. Через вал 5 и шестерню 6 вращение барабана передается на устройство 1 дистанционной передачи показаний и на местное отсчетное устройство 7, которое фиксирует число оборотов барабана. Система приводится в действие противовесом 8.
1 – устройство дистанционной передачи показаний; 2, 10 – барабан; 3, 9 – трос; 4 – поплавок; 5 – вал; 6 – шестерни; 7 – отсчетное устройство; 8 – противовес. Рисунок 13 – Поплавковый уровнемер | 1 – сосуд; 2 – тяга; 3 – буек; 4 – камера Рисунок 14 – Буйковый уровнемер |
Буйковые уровнемеры применяют для точного измерения уровня жидкости в сосудах, находящихся под давлением. Они бывают камерные и бескамерные. В камерных уровнемерах (рисунок 14) камера 4 патрубками с запорными вентилями подсоединяется к сосуду 1. Так как камера 4 и сосуд 1 сообщаются, уровень жидкости в них будет одинаковым. В камере на тяге 2 подвешен буек 3. По закону Архимеда при погружении буйка в жидкость на него действует выталкивающая сила, равная массе жидкости, вытесненной погруженной частью буйка. При отсутствии жидкости в камере на тягу 2 будет передаваться максимальное усилие, при заполнении камеры и полном погружении поплавка – минимальное. Передаваемое усилие преобразуется в пропорциональное перемещение стрелки или изменение сигнала дистанционной передачи на выходе передающего преобразователя. Диапазон измерения уровня определяется длиной поплавка и высотой установки камеры на емкости.
В бескамерных уровнемерах поплавок помещен непосредственно в сосуд, в котором измеряют уровень.
Вибрационный датчик предельного уровня для жидкостей
Применяются практически для любых жидкостей, даже в условиях турбулентности, в случае присутствия твердых взвешенных частиц или газовых пузырьков, пенообразования, внешней вибрации, независимо от физических и электропроводных свойств жидкости. Основные выполняемые функции — определение максимального и минимального уровня жидкости в емкости, защита от перелива, предохранение работы насосов при откачке и контроль наличия жидкости в трубопроводе.
Конструктивно датчик выполнен в форме камертона (вилки), одна из половин которого служит источником колебаний, генерируемых пьезокристаллом, а вторая — приемником на резонансной частоте.
Рисунок 15 – Вибрационный датчик предельного уровня для жидкостей |
Прибор может обеспечивать высокую точность срабатывания (в пределах ±1мм) независимо от типа жидкости и типа емкости. Благодаря специально разработанной улучшенной электронике датчик не чувствителен к внешней вибрации, имеет функцию самодиагностики (степень коррозии, отключение датчика, обрыв сигнального кабеля), также имеет иммунитет против налипания продукта на рабочей поверхности или изменения размеров в результате коррозионных потерь материала, а также в результате воздействия ударной нагрузки, приводящей к деформации. Прибор может быть смонтирован на верхней или боковой поверхности емкости.
Предел измерения от -40 до +150оС, при давлении среды от -1 до +40 Бар.
Анализаторы свойств жидкостей и газов
Психрометры применяют для автоматического измерения влажности газов. Два термометра, один из которых обернут влажной материей, будут иметь разные показания. Это явление объясняется тем, что при испарении влаги затрачивается энергия, и температура влажного предмета становится ниже. Кроме того, испарение идет тем интенсивнее, чем ниже влажность окружающей среды (больше ее влагопоглощающая способность). Следовательно, разница в показаниях сухого и мокрого термометров будет тем больше, чем ниже влажность в измеряемой точке.
Рисунок 16 – Принципиальная схема автоматического психрометра |
Буйковый плотномер. Принцип действия основан на законе Архимеда. Конструкция чувствительных элементов таких плотномеров аналогична конструкции буйковых уровнемеров, буек которых полностью погружен в жидкость (затоплен). В этом случае на тягу со стороны буйка будет действовать сила F, равная
F = Gп – Fв = Gп – Vп γж,
где Gп – масса поплавка;
Fв – выталкивающая сила;
Vп – объем поплавка;
γж – плотность жидкости.
Измеряя изменение силы F, измеряют пропорциональное изменение плотности жидкости.
Концентратомер. Принцип действия основан на измерении электропроводности растворов. Концентратомер представляет собой мост (рисунок 16, а), плечи которого постоянные сопротивления R1, R2, а Rх и Rэ– измерительная и эталонная электродные системы, остальные сопротивления служат для настройки схемы.
Рисунок 17 – Принципиальная схема (а) и преобразователь концентрации (б) |
В корпус 1 (рисунок 16, б) преобразователя для измерения концентрации помещен стакан 5 с отверстиями, в верхнюю стенку которого вмонтированы два измерительных электрода 2 и эталонный сосуд 4. Расход продукта через преобразователь регулируют вентилем 3.
Рисунок 18 – Ротационный вискозиметр |
studfiles.net
Лабораторная работа № 1
ИЗУЧЕНИЕ электроИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Цель проведения работы.
Целью проведения лабораторной работы является изучение студентами устройства, принципа действия, достоинств и недостатков, методики проведения измерений электроизмерительными приборами магнитоэлектрической, электромагнитной и электродинамической системы.
Задачи проведения лабораторной работы.
В результате проведения лабораторной работы студенты должны:
знать устройство, принцип действия, достоинства и недостатки электроизмерительных приборов магнитоэлектрической, электромагнитной и электродинамической систем, методику проведения измерений;
уметь собирать простейшие электрические схемы, выбирать электроизмерительные приборы, измерять основные электрические величины.
Перечень наглядных пособий, оборудования и электроизмерительных приборов.
При выполнении этой лабораторной работы используются: плакаты, источник переменного трехфазного тока с напряжением 220 В и частотой 50 Гц (2), проволочный резистор (24), щитовые амперметры (9, 15) и вольтметр (18) электромагнитной системы, ваттметр электродинамической системы, соединительные многожильные провода со штекерами.
Теоретический материал.
Электроизмерительные приборы
Для оценки работы различных электротехнических устройств и состояния электрооборудования используются различные электроизмерительные приборы. Объектами электрических измерений являются все электрические и магнитные величины: сила тока, напряжение, мощность, электрическая энергия, электрическое сопротивление и другие.
Измерением называется процесс сравнения измеряемой физической величины с некоторым значением той же величины, принятым за единицу. Физические величины измеряют соответствующими техническими средствами — электроизмерительными приборами.
Для измерения каждой величины используются соответствующие электроизмерительные приборы.
Электроизмерительные приборы, показания которых являются непрерывными функциями измеряемых величин, называются аналоговыми. Измерительные приборы, автоматически вырабатывающие дискретные сигналы измерительной информации, показания которых представлены в цифровой форме, называются цифровыми.
В аналоговых приборах электрическая энергия преобразуется в механическую, под действием которой подвижная часть прибора поворачивается на некоторый угол. Аналоговые электроизмерительные приборы являются электромеханическими. Они состоят из двух основных частей: измерительного механизма и измерительной цепи. Назначение измерительного механизма — преобразование подводимой к нему электрической энергии в механическую энергию перемещения подвижной части и связанного с ней указателя. Следовательно, измерительный механизм должен содержать подвижную часть, перемещающуюся под действием вращающего момента, возникающего в механизме и не подвижную часть. Измерительная цепь преобразует измеряемую электрическую величину в пропорциональную ей величину, непосредственно воздействующую на измерительный механизм. Так, например, в вольтметре измерительная цепь состоит из добавочного сопротивления и катушки измерительного механизма. Благодаря постоянству сопротивления этой измерительной цепи через измерительный механизм вольтметра проходит ток, пропорциональный измеряемому напряжению.
Принцип действия измерительных приборов независимо от их назначения заключается в следующем: электрический ток проходя через прибор вызывает появление вращающего момента и подвижная часть прибора поворачивается на определенный угол. При этом стрелочный указатель перемещаясь по неподвижной шкале, связанной с неподвижной частью прибора, покажет значение измеряемой величины. Когда прибор отключается, вращательный момент исчезает и возвратные пружины возвращают подвижную часть в исходное положение. В состав аналоговых приборов обязательно входят успокоители.
Измерительные приборы различают: по назначению, роду измеряемого тока, принципу действия, классу точности, положению корпуса, по климатическим условиям в которых можно применять приборы.
По назначению приборы делятся: амперметры, вольтметры, омметры, ваттметры, счетчики, частотомеры, фазометры и другие.
Измерительные приборы применяются в цепях переменного и постоянного тока. Существуют приборы предназначенные для измерения в цепях как переменного, так и постоянного тока.
Для определения измеряемой величины измерительные приборы снабжаются отсчетным устройством, состоящим из шкалы и указательной стрелки. По своему характеру шкалы приборов бывают равномерными, у которых расстояние между двумя смежными отметками равны по всей шкале, и неравномерными, имеющими разные расстояния между отметками одинаковых величин в разных частях шкалы.
По конструкции шкалы подразделяются на обыкновенные у которых деления нанесены на гладкую белую поверхность, и зеркальные, имеющие дугообразный вырез ниже делений. С внутренней стороны против выреза укреплено зеркало. Такие шкалы применяются у приборов высокого класса точности, снабженных ножевидной стрелкой. Отсчет измеряемой величины производится в таком положении глаза, при котором ножевидная часть стрелки закрывает свое изображение в зеркале. Благодаря этому устраняется погрешность, вызываемая неправильным положением глаза наблюдателя. Лабораторные приборы также имеют ножевидную стрелку, а зеркальной шкалы у них может и не быть. Технические и учебные приборы имеют копьеподобную стрелку и обычную шкалу.
Ценой деления шкалы прибора называется количество электрических единиц, приходящихся на одно деление шкалы. Цену деления прибора можно определить, поделив наибольшую измеряемую им величину на количество делений шкалы. Например, если шкала амперметра рассчитанного на 5А, поделена на 100 делений, то цена деления равна:
С = I / n = 5 / 100 = 0,05 А/дел.
Величина обратная цене деления называется чувствительностью прибора:
S = n / I = 20 дел/А.
Промышленность выпускает пять групп измерительных приборов в зависимости от условий эксплуатации. Эти пять групп различаются по диапазону рабочих температур и относительной влажности.
А: + 10 С — + 35 С, относительная влажность — 80 % — закрытые, сухие отапливаемые помещения;
Б: — 30 С — + 40 С, относительная влажность — 90 % — закрытые, не отапливаемые помещения;
В1 : — 40 С — + 50 С, относительная влажность — 95 %;
В2 : — 50 С — + 60 С, относительная влажность — 95 %;
В3 : — 50 С — + 80 С, относительная влажность — 98 %.
В1, В2, В3 — в полевых, морских условиях и передвижных установках.
Принадлежность прибора к одной из эксплуатационных групп отмечается на шкале прибора. Приборы группы А отметки на шкале не имеют.
Приборы предназначенные для измерений в цепях переменного тока показывают действующие значения.
В зависимости от физического явления, используемого для целей измерения, измерительные приборы классифицируют по системам: электромагнитная, магнитоэлектрическая, электродинамическая, ферродинамическая, электростатическая, индукционная, термоэлектрическая, вибрационная.
Приборы магнитоэлектрической системы. Приборы этой системы используются для измерения силы тока и напряжения в цепях постоянного тока. Принцип действия основан на силовом взаимодействии постоянного магнитного поля и проводника с током. Существуют два основных типа приборов магнитоэлектрической системы : приборы с подвижной катушкой и приборы с подвижным магнитом. Приборы с подвижной катушкой применяются значительно чаще, чем приборы с подвижным магнитом. В приборах этой системы вращающий момент пропорционален силе тока протекающего через измерительную цепь.
Достоинства: равномерность шкалы, высокая точность, высокая чувствительность, малое потребление энергии ( 10-4— 10-6 Вт ), низкая чувствительность на внешние магнитные поля, быстрое успокоение подвижной части.
Недостатки: только для цепей постоянного тока, сложны в изготовлении и высокая стоимость, высокая чувствительность к перегрузкам.
Приборы электромагнитной системы. Приборы этой системы используются для измерения силы тока и напряжения в цепях как переменного, так и постоянного тока. Принцип действия основан на силовом взаимодействии магнитного поля неподвижной катушки и сердечника из магнитного материала. Вращающий момент приборов этой системы зависит квадратично от силы тока, протекающего через измерительную цепь прибора.
Достоинства: очень просты в изготовлении, предназначены для цепей переменного и постоянного тока, надежны в эксплуатации, способны выдерживать кратковременные перегрузки.
Недостатки: неравномерность шкалы, низкая точность (класс точности 1; 1,5; 2,5), относительно большое потребление энергии (2 — 8 Вт), малая чувствительность, незащищенность от внешних полей.
Приборы электродинамической системы. Приборы этой системы используются для измерений силы тока, напряжений, мощности в цепях переменного и постоянного тока. Принцип действия основан на силовом взаимодействии магнитных полей, создаваемых подвижной и неподвижной катушками. Вращающий момент приборов этой системы зависит от произведения силы токов притекающих через обе катушки прибора.
Достоинства: возможность измерения в цепях переменного и постоянного тока, высокая точность, равномерность шкалы.
Недостатки: большое потребление энергии, чувствительность на внешние магнитные поля, боятся перегрузок, чувствительны к механическим воздействиям, высокая стоимость.
Приборы ферродинамической системы. Приборы этой системы являются разновидностью приборов электродинамической системы. Для увеличения вращающего момента и уменьшения влияния внешних магнитных полей внутрь подвижной катушки таких приборов иногда вставляют стальной сердечник, а неподвижную катушку наматывают на стальной магнитопровод. Однако показания начинают зависеть от частоты, поэтому класс точности, как правило, не высокий (1,5; 2,5 ).
Приборы электростатической системы. Принцип действия основан на взаимодействии между двумя электрически заряженными металлическими телами, разделенными диэлектриком. При подключении прибора к источнику постоянного напряжения неподвижные пластины заряжаются одноименным зарядом, а подвижная — зарядом противоположного знака. Между пластинами возникает электрическое поле. Под действием сил этого поля подвижная пластина, притягиваясь к неподвижным, поворачивается на оси и входит в зазор между неподвижными пластинами.
Достоинства: равномерная шкала, применяются в цепях переменного и постоянного тока, нечувствительны к внешним магнитным полям, малое энергопотребление.
Недостатки: чувствительны к внешним электрическим полям, низкая точность (1,5 и ниже).
Приборы индукционной системы. Приборы этой системы используются только для цепей переменного тока. Они построены на принципе использования электромагнитной индукции. Вращающий момент в подвижной части — диске создается двумя переменными магнитными потоками, взаимодействующими с вихревыми токами, индуктированными этими же магнитными потоками в подвижной части прибора. Если одну индукционную катушку включить в цепь тока (последовательно с нагрузкой), а другую катушку — в цепь напряжения (то есть параллельно нагрузке), то частота вращения диска будет пропорциональна мощности потребляемой в нагрузке. Число оборотов диска, пропорциональное энергии потребляемой нагрузкой за некоторое время, фиксируется счетным механизмом. Индукционные приборы используются в качестве счетчиков электрической энергии в цепях переменного тока.
Каждый электроизмерительный прибор рассчитан на определенные условия, в которых им можно пользоваться: на определенный ток (переменный или постоянный), установку, класс точности и так далее. Поэтому на шкале каждого электроизмерительного прибора имеются соответствующие условные обозначения, приведенные ниже в таблице.
Условное обозначение | Значение условного обозначения |
Приборы постоянного тока | |
Приборы переменного тока | |
Приборы переменного и постоянного тока | |
, | Приборы трехфазного тока |
Приборы магнитоэлектрической системы | |
Приборы электромагнитной системы | |
Приборы электродинамической системы | |
Приборы ферродинамической системы | |
Приборы индукционной системы | |
Приборы вибрационной системы | |
Приборы электростатической системы | |
, | Рабочее положение шкалы вертикальное |
, | Рабочее положение шкалы горизонтальное |
Рабочее положение шкалы, под углом 450 к горизонту | |
Условное обозначение | Значение условного обозначения |
, | Измерительная цепь изолирована от корпуса и испытана напряжением 2 кВ |
Защита от внешних магнитных полей 3 мТл | |
Защита от внешних электрических полей 10 кВ/м | |
400 Гц | Номинальное значение частоты |
, | Класс точности прибора |
А | Амперметр |
V | Вольтметр |
W | Ваттметр |
Wh | Электрические счетчики |
Hz | Частотомеры |
cos j | Фазометры |
W, МW | Омметры и мегомметры |
Кроме этих обозначений на шкалах приборов иногда ставят в начале и в конце шкалы, а иногда только в начале или только в конце точки. Эти точки означают следующее, что если значение измеряемой величины находится между точками или между точкой (если точка одна) и большей части шкалы, то точность данного измерения соответствует классу точности указанному на шкале электроизмерительного прибора.
Перед каждым измерением необходимо внимательно рассмотреть обозначения на шкале прибора, определить, пригоден ли он для данного измерения, правильно установить его и только после этого производить измерение.
studfiles.net
8. Лабораторные измерительные приборы
В состав лабораторных стендов входят измерительные приборы: осциллографы, милливольтметры, генераторы.
8.1. Осциллографы
Электронный осциллограф — универсальный прибор, позволяющий производить различные измерения постоянных и переменных напряжений с одновременным наблюдением формы исследуемых сигналов. Главное преимущество осциллографов состоит в том, что они позволяют не только определить величину измеряемого сигнала, но и показывают его форму. Поэтому по осциллографу можно определить пиковые и амплитудные величины сигналов, а также определить величину периода гармонического сигнала или скважность прямоугольных импульсов.
В лаборатории применяются различные типы осциллографов: С1-72, С1-65, С1-68, С1-81. Принципиальных отличий у этих типов осциллографов нет. Осциллограф С1-68 включается тумблером «сеть», а С1-81 — поворотом по часовой стрелке второй маленькой ручки в нижнем ряду. У С1-81 — два входа; мы используем «левый» и в соответствующее положение ставим крайнюю левую ручку.
На рисунке 1 показан экран осциллографа с переменным сигналом в виде синусоиды. Измерения переменных сигналов производят, вычисляя расстояние между верхним и нижним пиковыми значениями. Первоначально измерения делают в клетках экрана. В данном случае напряжение размаха составляет шесть клеток (Uраз = 6 ). Затем вычисляют напряжение размаха в Вольтах, умножая количество клеток на масштаб клетки. Масштаб клетки зависит от положения переключателя «Вольт/деление» (на некоторых осциллографах данный переключатель обозначен «Вольт/сантиметр»). Так, например, если переключатель стоит в положении 0,5 Вольт/делен, то Uраз = 6*0,5 = 3 В.
Под амплитудой гармонических сигналов понимается максимальное отклонение от средней линии гармонического сигнала, поэтому определяется расстояние между крайней верхней и крайней нижней точкой сигнала и делится пополам, т.е. определяется как половина размаха Um = Uраз/2. В нашем случае амплитудное значение Um = 3/2 = 1,5 В. Расстояние определяется в клетках экрана. Для определения дробных долей на осевых линиях экрана нанесены мелкие деления (десятая часть клетки). После умножения расстояния в клетках на число, которое показывает переключатель «Вольт/деление», получим амплитудное напряжение в вольтах.
Для сигналов прямоугольной формы обычно определяется не амплитуда, а высота импульсов. В этом случае деление на два не производится, а расстояние в клетках умножается на число переключателя и получается высота импульса в Вольтах.
Для измерения амплитудных или пиковых значений сигнала необходимо правильно выбрать масштаб в блоке «усилитель Y». Переключатель «Вольт/деление» устанавливается в такое положение, чтобы изображение не выходило за пределы экрана и занимало максимально возможную площадь экрана. Цифра на переключателе соответствует напряжению, перемещающему светящуюся точку экрана на 1 клетку по вертикали, т.е. на 1 см.
Для измерения периода гармонического сигнала или для определения скважности прямоугольных импульсов необходимо правильно выбрать масштаб в блоке «развертка». Переключатель «Время/сантиметр» устанавливается в такое положение, чтобы на всей ширине экрана могли поместиться от двух до пяти периодов исследуемого сигнала. Число на переключателе соответствует времени, за которое светящаяся точка экрана перемещается на 1 клетку по горизонтали, т.е. на 1 см.
При определении величины периода немного перемещают изображение вправо или влево до совмещения исследуемого сигнала с одной из точек пересечения вертикальных и горизонтальных линий сетки экрана. После этого подсчитывают, сколько клеток и десятых долей занимает один период. Перемножив эту величину на число, которое показывает переключатель «Время/сантиметр», получают величину периода.
Обратите внимание, что в левой части переключателя числа имеют размерность миллисекунд (мс), а в правой – микросекунд (мкс). 1мс=0,001с; 1мкс= 0,000001с.
Рис. 1. Экран осциллографа.
Осциллограф подсоединяется к измеряемым точкам электронной схемы с помощью стандартного измерительного кабеля, один конец которого подключается к гнезду осциллографа «вход Y». На свободном конце измерительного кабеля имеются два штекера. Один штекер соединяется с корпусом осциллографа, и таким образом является заземлённым. Его также называют «общим». Другой штекер соединяется с сигнальным проводом.
Для того, чтобы правильно подсоединить осциллограф к точкам измеряемой схемы, необходимо точно знать какой штекер является сигнальным, а какой общим («землёй»). Обычно сигнальный конец бывает несколько короче общего, но для проверки необходимо дотронуться одной рукой сначала до одного, а потом до другого. При этом другой рукой нельзя дотрагиваться до заземленных предметов.
Данную проверку разрешается производить только в присутствии преподавателя. Переключатель осциллографа «Вольт/деление» необходимо поставить в положение 0,1В. При прикосновении к сигнальному проводу на экране можно увидеть сигнал от электромагнитных наводок. При прикосновении к «земле» на экране видна горизонтальная линия.
При измерении постоянных сигналов необходимо заранее определить, какой полюс будет подключен к сигнальному проводу. Если на сигнальном проводе будет «плюс», то нулевую линию устанавливают в нижней части экрана, а если будет «минус», то в верхней. Для установки нулевой линии необходимо соединить вместе два штекера (сигнальный и общий) и, вращая ручку перемещения луча по вертикали, устанавливают нулевую линию в нужном месте экрана. При этом ручка «стабильность» должна быть повернута до упора по часовой стрелке.
Как для перемещения изображения сигнала вверх-вниз используется ручка , так для перемещения изображения сигнала вправо-влево используется ручка. У С1-81 две регулировки: грубая и тонкая. Маленькая ручка — грубая регулировка, большая — тонкая.
При измерении постоянных сигналов переключатель входного сигнала должен быть в положении « » (открытый вход).
Электрические сигналы могут состоять из двух составляющих – переменной и постоянной. В этом случае положение нулевой линии выбирается экспериментально, так чтобы сигнал полностью разместился на экране осциллографа. При исследовании таких сигналов также используется открытый вход.
Для отделения переменной составляющей сигнала от постоянной переключатель входного сигнала ставят в положение «» (закрытый вход). Термин «закрытый вход» происходит от того, что сигнал пропускается через конденсатор, который отсекает постоянную составляющую. В этом случае нулевую линию устанавливают в центре экрана.
Для того чтобы картина исследуемого сигнала на экране осциллографа не была расплывчатой, используется регулятор фокусировки. У С1-68 — одна ручка, С1-81 — две ручки (большая и малая, третья в нижнем ряду).
Для обеспечения неподвижности изображения используется схема синхронизации. Мы будем использовать только внутреннюю синхронизацию. У С1-81 переключатель устанавливается в положение – «АВТ», у С1-68 — в положение «ВНУТР» или «точка внутри квадрата». Для регулировки неподвижности у С1-81 используется ручка «уровень» (маленькая), а у С1-68 – «стабильность».
studfiles.net