Поверка измерительного канала трм101 в режиме работы с термометром сопротивления.

 

Цель работы: Изучить устройство прибора типа ТРМ101 и провести поверку измерительного канала ТРМ101 в режиме работы с термометром сопротивления.

 

Измерение температуры термопреобразователями сопротивления основано на свойстве металлов и полупроводников изменять свое электрическое сопротивление с изменением температуры. Если априорно известна зависимость между электрическим сопротивлением R_t термопреобразователя сопротивления и его температурой t (т. е. — градуировочная характеристика), то, измерив R_t, можно определить значение температуры среды, в которую он погружен

К металлическим проводникам термопреобразователей сопротивления предъявляетсярядтребований, основными из которых являются стабильность градуировочной характеристики, а также ее воспроизводимость, обеспечивающая взаимозаменяемость изготовляемых термопреобразователей сопротивления. К числу не основных, но желательных требований относятся: линейность функции , по возможности высокое значение температурного коэффициента электрического сопротивления , большое удельное сопротивление и невысокая стоимость материала. Для изготовления стандартизованных термопреобразователей сопротивления в настоящее время применяют платину и медь.

Статические характеристики термометров сопротивления представляют линейными выражениями. В некоторых случаях это может привести к значительным систематическим погрешностям в результате измерений. К примеру, выражение для полиномиальной зависимости сопротивления платинового резистора имеет вид:

Линейное приближение этого выражения имеет вид:

Если платиновый резистор при 0^ОС имел сопротивление R₀=100 Ом, то при 150^ОС по полиномиальной зависимости второго порядка это значение равно 157.32 Ом, тогда как линейная аппроксимация позволяет получить значение 155.56 Ом. Разница между этими величинами составляет 1.76 Ом, что эквивалентно ошибке -4.8^о при температуре 150^ОС.

Не­линейность характеристики металлического резистора можно компенсировать противоположной нелинейностью другого ре­зистора, изготовленного из выбранного соответствующим обра­зом металлического материала. Рассмотрим датчик, сопротив­ление которого выражается соотношением

Присоединим к нему последовательно резистор с сопротивлением R_s(t):

Сопротивление составленного из них двухполюсника равно

 

Сопротивление будет линейным при условии

 

 

При работе с термометрами сопротивления их номинальные статические характеристики представляют в виде:

, который можно преобразовать к выражению:

, где

W_t – значение отношения сопротивления при температуре t к сопротивлению при 0^ОС.

Зная значение W_t, можно определить температурный коэффициент сопротивления :

В зависимости от номинального значения сопротивления при 0^ОС (R₀) и номинального значения отношения сопротивлений W₁₀₀условное обозначение номинальной статической характе­ристики преобразования (НСХ) должно соответствовать указанному в таблице 1:

 

К примеру, обозначение ТСМ 50М/A/1.426/3/-190+200 указывает, что используется медный термометр сопротивления класса допуска А с номинальным значением сопротивления при 0^ОС, равным 50 Ом, и отношением сопротивления при 100 ^ОС к сопротивлению при 0^ОС, равным 1.426; 3 – условное обозначение схемы внутренних соединений. Рабочий диапазон температур – от -190 до +200 ^ОС.

Теоретическая часть

Цифровой фильтр

1.1.1 Для корректной работы прибор необходимо защищать от различных внешних воздействий и электромагнитных помех. Для этой цели рекомендуется использовать помехоподавляющий фильтр в цепи питания ТРМ101, а в цепи управления параллельно выходным коммутирующим контактам установить искрогасящие элементы, например RC-цепочку. Кроме аппаратной защиты существует возможность использовать программный цифровой фильтр низких частот. Цифровой фильтр подавляет помехи двух видов.

1.1.2 Во-первых, фильтр устраняет сильные единичные помехи (рис. 1).

Если измеренное значение Ti отличается от предыдущего Ti– 1 на величину, большую, чем значение параметра Fв (заданная «полоса фильтра»), то прибор присваивает ему значение равное Ti– 1 + Fв (рис. 1).Таким образом характеристика сглаживается. Как видно из рис. 1, малая ширина полосы фильтра приводит к замедлению реакции прибора на быстрое изменение входной величины. Поэтому при низком уровне помех или при работе с быстроменяющимися процессами рекомендуется увеличить значение полосы фильтра или отключить действие этого параметра. При работе в условиях сильных помех для устранения их влияния на работу прибора необходимо уменьшить значение в параметре «полоса фильтра».

Рис. 1

 

1.1.3 Во-вторых, фильтр устраняет шумовые составляющие сигнала, осуществляя его экспоненциальное сглаживание. Основной характеристикой экспоненциального фильтра является постоянная времени τф –интервал, в течение которого сигнал достигает 0,63 от значения каждого измерения Ti (рис. 2).

1.1.4 При больших значениях τф фильтр вносит значительное запаздывание, но шумы заметно подавлены (кривая II на рис. 2). При τф близких к нулю фильтр довольно точно отслеживает изменения входного сигнала, но уровень шума практически не уменьшается (кривая I на рис. 2). При установке оптимальных значений параметров фильтра задержка сигнала, вносимая фильтром, не будет оказывать отрицательного влияния на процесс регулирования, при этом сохранится эффективность подавления помех.

Рис. 2

1.1.5 Установка параметров цифрового фильтра

Работа цифрового фильтра описана выше.

1.1.5.1 Настройка цифрового фильтра измерений производится путем установки двух параметров – полоса цифрового фильтра и – постоянная времени цифрового фильтра. Оптимальное значение постоянной времени цифрового фильтра определяется при проведении автонастройки.

1.1.5.2 Значение допускается устанавливать в диапазоне 0...999 с, при = 0

фильтрация методом экспоненциального сглаживания отсутствует. Значение устанавливается в диапазоне 0...999,9 оС/с для температурных датчиков (ТСП, ТСМ и термопар), 0...9999 – для аналоговых. При = 0 «ограничитель единичных помех» выключен.

1.1.6.2.3. В результате автонастройки прибор вычисляет оптимальные значения коэффициентов ПИД регулятора (Xp, τи, τд) для данной системы. Кроме того происходит определение постоянной времени входного сглаживающего фильтра τф периода следования управляющих импульсов Т сл и рекомендуемое значение параметра .

1.1.6.2.4. После окончания автонастройки светодиод гаснет, прибор автоматически переходит в режим РАБОТА. При сбое в процессе автонастройки ее выполнение сразу прекращается, светодиод мигает. Поэтому при выполнении автонастройки особое внимание надо уделить защите прибора от различных внешних воздействий и электромагнитных помех и устранить нежелательные внешние возмущения на объекте регулирования.

 

 

Коррекция измерений

1.2.1 Для устранения начальной погрешности преобразования входных сигналов и погрешностей, вносимых соединительными проводами, измеренное прибором значение может быть откорректировано. В ТРМ101 есть два типа коррекции, позволяющие осуществлять сдвиг или наклон характеристики на заданную величину.

1.2.2 Для компенсации погрешностей Δ R = R 0 – R 0.TCM, вносимых сопротивлением подводящих проводов R TCM, при использовании двухпроводной схемы подключения термопреобразователей сопротивления, к каждому измеренному значению параметра T изм прибавляется заданное пользователем значение δ («сдвиг характеристики датчика»).На рис. 3 приведен пример сдвига характеристики для датчика TCM50M, W100 = 1,426.

1.2.3 Для компенсации погрешностей датчиков при отклонении значения W100 от номинального каждое измеренное значение параметра T изм умножается на заданный пользователем поправочный коэффициент α («наклон характеристики датчика»). Коэффициент задается в пределах от 0,5 до 2,0. На рис. 4 приведен пример изменения наклона характеристики для датчика TCM50M W100 = 1,426.

Рис. 3

Рис. 4

 

Экспериментальная часть

Введение

1.1 Настоящая методика распространяется на микропроцессорные измерители-регуляторы типа ТРМ101 (в дальнейшем по тексту именуемые «приборы» или ТРМ101), предназначенные в комплекте с первичным преобразователем для измерения одного из физических параметров контролируемого объекта и отображения информации об этом параметре в цифровом виде на встроенном цифровом индикаторе. Кроме того, приборы формируют сигналы управления встроенными выходными устройствами, предназначенными для регулирования параметров объекта при эксплуатации.

1.2 Методика устанавливает и определяет порядок и способы проведения первичной, периодической и послеремонтной поверки приборов ТРМ101 в процессе их эксплуатации.

1.3 Номинальные статические характеристики (НСХ) первичных преобразователей, диапазоны измеряемых параметров, разрешающая способность прибора, а также единицы их отображения на цифровом индикаторе ТРМ101 приведены в таблице 1.

Таблица 1

1.4 Предел основной приведенной погрешности прибора при измерении входных величин не хуже ±0,5 %. Основная погрешность приводится к разности пределов измерения для первичных преобразователей с соответствующей НСХ.

Основные характеристики термометров сопротивления, на которые необходимо опираться при определении его пригодности к работе, указаны в таблице 2:

1.5 Предел основной приведенной погрешности измерительных преобразователей

«параметр–ток» не хуже ±0,5 %. Основная погрешность измерительного преобразователя приводится к диапазону выходного сигнала преобразователя.

1.6 Межповерочный интервал приборов ТРМ101 – 2 года.