Описание опытной установки

Схема стенда градуировки средств измерения давления представлена на рис. 35.

Установка состоит из системы создания постоянного давления жидкости, системы измерения давления, системы создания пульсирую­щего давления. В качестве рабочей жидкости используется вода.

Система создания постоянного давления жидкости включает в себя емкость с водой, редуктор 16, вентиля 15 и 7. Заправка и слив воды из емкости производится через вентиль 14. Избыточное давление в емкости создается подачей в нее воздуха из линии низкого давле­ния Р < 0,6 МПа. Настройка заданного давления осуществляется редуктором 16 и дренажным вентилем 7.

Система измерения состоит из образцового манометра 5, используемого в качестве контрольного, манометрического преобразователя МП4-IV в комплекте с цифровым вольтметром Ф203, датчика давления индуктивного типа ДДИ-20 со вторичным преобразователем ИВП-2 и осциллографом С149, датчика давления виброчастотного типа ПДВ в комплекте с частотомером ЧЗ-54. (В качестве датчиков давления мо­гут быть установлены другие типы из рассмотренных в разделе 3).

Система создания пульсирующего давления состоит из гидропульсатора с приводом от электродвигателя постоянного тока. Изменение частоты пульсирующего давления осуществляется изменением числа оборотов электродвигателя.

Подключение каждого датчика к магистрали стенда осуществля­ется через трехходовые краны 10...13. Конструктивно опытная уста­новка представляет собой единый корпус, на столе которого установ­лены вентили и пульт управления включением приборов сети 220 В, питания датчиков давления и регулятор числа оборотов электродви­гателя пульсатора.

На передней панели стенда размещены приборы регистрации пока­заний датчиков давления: манометр 5, частотомер Ч3-54 23, индукционно-высокочастотный преобразователь ИВП-2 21, осциллограф С1-49 22, манометрический преобразователь МП4-IV 6, вольтметр Ф 203 20.

В столе установки смонтирована градуировочная магистраль, доступ к которой производится через откидную крышку. Датчики давления ДДИ-20 и ПДВ 18 устанавливаются непосредственно на магистраль, а манометр и манометрический преобразователь подключаются через специальные гибкие трубопроводы.

Методика проведения опыта

Провести установку измерителей давления на градуировочную магистраль, для чего необходимо поднять крышку стола стенда и произвести монтаж датчиков согласно схемы.

Подключить датчики ко вторичным приборам регистрации и блокам питания согласно схемы, расположенной на столе стенда.

Манометрический: преобразователь давления МП4-IV подключается к сети питания 220 В и регистрирующему цифровому вольтметру Ф 203.

Датчик давления ПДВ соединяется с частотомером Ч3-54 и блоком питания +10 В специальным разъемом.

Датчик давления ДДИ-20 стыкуется с ИВП-2, канал пульсаций которого специальным кабелем подключается к осциллографу С1-49.

Проверить стыковку всех магистралей трубопровода и закрытия вентилей.

Пронести заправку емкости водой, для чего открыть вентили 14, 7 и 8. Окончание заправки контролируется по появлению воды из трубопровода после вентиля 7, отведенного в сливную магистраль. После окончания заправки закрыть вентили 14 и 7. Открыть вентили 15, 10, 11, 12, 13 и нагружением редуктора 16 до давления 0,4 кгс/см² (контроль по манометру 5) провести предварительную опрессовку магистрали и мест стыковки. Герметичность определяется по спаду давления на манометре 5 в течение 5 минут при закрытом вентиле 15. Проверяется наличие течей, капель жидкости в местах стыковки. При обнаружении течи необходимо сбросить давление из емкости разгрузкой редуктора 16 и открытием вентиля 7. Закрыть вентиль 8 и устранить течь подтяжкой резьбовых соединений или заменой уплотнительных прокладок в местах стыковки. Повторить опрессовку. Показать под­ключение приборов и результаты опрессовки преподавателю.

Включить регистрирующие приборы и блоки питания и прогреть их в течение 10-15 минут.

Вывести показания приборов Ф203, ИВП-2 на нуль.

Открыть вентиль 8 и снять показания всех приборов при атмосферном давлении.

Открыть вентиль 15 и нагружением редуктора 16 установить показания образцового манометра в 1кгс/см². Для более точной настройки можно пользоваться дренажным вентилем 7.

Снять отсчеты с приборов: вольтметра Ф 203, индукционно-высокочастотного преобразователя ИВП-2, частотомера Ч3-54, маномет­ра и занести в протокол испытаний №1 (табл. 3).

Таблица 3
Протокол испытаний №1
№№ Датчик	Манометр	ДДИ-20	МП4-IV	ПДВ
Ед.изм.	кгс/см2	В	В	Гц
… …

Нагружением редуктора 16 установить последовательно значения давлений в 2, 3, 4, 5, 6 кгс/см² провести снятие отсчетов и занести в протокол испытаний №1.

Провести эксперимент в обратной последовательности, устанав­ливая последовательно на образцовом манометре давление в 5, 4, 3, 2, 1 и 0 кгс/см² и занося данные отсчетов в протокол испытаний №1.

Нагружением редуктора 16 установить значение в емкости в 5кгс/см² и провести снятие показаний с приборов. Закрыть вентиль 15 и через вентиль 7 сбросить давление из емкости. Эксперимент повторить еще 5 раз и данные отсчетов занести в протокол испытаний № 2 (табл. 3). Открыв вентиль 7, сбросить давление из емкости и магистрали. Закрыть вентили 7 и 8 и открыть вентиль 9.

Закрыть вентили 10, 11, 13 и отключить манометр, манометрический преобразователь, ПДВ.

Включить электродвигатель гидропульсатора и по осциллографу С1-49 снять осциллограмму амплитуды и частоты колебаний давления на кальку, приложенную к экрану осциллографа. На кальке, кроме развертки луча, необходимо нанести координатную сетку экрана.

Записать показания с ручек временной развертки и делителя напряжения на передней панели осциллографа.

Обработка результатов измерений

1. Для каждого датчика давления (МП4-IV, ДДИ-20, ПДВ) рассчитать зависимости давления в функции от показаний приборов. Для датчика МП4-IV – Р = f (U)

Для датчика ДДИ-20 – y = f (x).

Для датчика ПДВ – Р = f (t).

Если известна априорная информация о виде функциональной зависимости, то коэффициенты зависимостей могут быть рассчитаны по следующим выражениям:

1) линейная зависимость

(22)

2) квадратичная зависимость

(23)

3) степенная зависимость

(24)

Для удобства вычислений расчеты оформить в виде таблиц.

Пример таблицы для обработки результатов градуировки линей­ной зависимостью дан ниже (табл.4).

Таблица 4
К расчету среднеквадратичного отклонения
№	yi	xi		yixi	y выч	D yi = yi – y выч
… …
сумма
среднее

Для каждого датчика определить среднеквадратичную погрешность градуировки:

. (25)

Построить рассчитанные зависимости Р = f (U) для датчи­ков ДДИ-20 и МП4-IV и P = f (t) для датчика ПДВ и нанести на них экспериментальные точки из протокола испытаний № 1.

2. Обработать протокол испытаний № 2.

Вычислить среднее значение из n измерений для каждого датчика

. (26)

Найти погрешность отдельных измерений:

. (27)

Вычислить квадраты погрешностей отдельных измерении (D y_i)².

Если одно измерение (например, y ₅) резко отличается от ос­тальных измерений по своему значению, то следует проверить, не является ли оно промахом, для чего необходимо определить величину

,

подсчитать значение

. (28)

Из табл. 5 максимально возможных значений , возникающих вследствие статистического разброса, соответствующих заданной надежности a, определить величину .

Таблица 5
Значение при заданной надежности a
n	a = 0,9	a = 0,95	a = 0,99
	1,41	1.41	1,41
	1,64	1,69	1,72
	1,79	1,87	1,96
	1,89	2,00	2,13
	1,97	2,09	2,26
	2,04	2,17	2,37
	2,10	2,24	2,46
	2,15	2,29	2,54

Если , то это значение y_i будет промахом и его следует исключить из расчетов и пересчитать , .

Определить среднеквадратичную погрешность результата серии измерений:

. (29)

Задаться значением a.

Определить коэффициент Стьюдента t _a(n) для заданной надежности a и числа произведенных измерений n по табл. 6.

Таблица 6
Значения критерия Стьюдента
n	a = 0,9	a = 0,95	a = 0,99
	6,31	12,71	63,66
	2,92	4,30	9,92
	2,35	3,18	5,84
	2,13	2,78	4,60
	2,02	2,57	4,03
	1,94	2,45	9,71
	1,90	2,36	3,5
	1,86	2,31	3,36
	1,83	2,26	3,25
	1,80	2,23	3,17
	1,78	2,2	3,11
	1,77	2,18	3,05
	1,75	2,16	3,01
	1,65	1,96	2,58

Рассчитать границы доверительного интервала:

.

Если величина погрешности результата измерений окажется сравнимой с величиной погрешности прибора, то в качестве границы доверительного интервала следует взять величину

,

где ;

d – величина погрешности прибора.

Оценить относительную погрешность результата серии измерений:

.

Записать окончательный результат измерений в виде

. (32)

3. Обработка результата измерения пульсирующего давления.

По полученной осциллограмме определить амплитуду колебаний давления в вольтах, используя координатную сетку экрана и показа­ние с ручки делителя напряжения.

Из градуировочной характеристики датчика давления ДДИ-20 определить амплитуду колебаний давления в кгс/см².

Используя осциллограмму и шкалу временной развертки рассчи­тать частоту колебаний давления.

Кроме графиков и таблиц в отчете необходимо иметь схему опытной установки.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое абсолютное, избыточное и вакуумметрическое давление, единицы давлений, их перевод.

2. Принцип работы жидкостных приборов давления с видимым уровнем, их применение и устройство.

3. Дать классификацию чувствительных упругих элементов при­боров давления.

4. Конструктивные решения, достоинства и недостатки резистивных преобразователей механических величин.

5. Принцип работы, конструктивные схемы приборов измерения давления прямого действия.

6. Привести схему работы манометра пружинного электрического типа МПЭ и МП4-IV.

7. На каком принципе устроена работа индуктивных датчиков давления типа ДДИ-20, ДД10, ДМИ? Схема работы.

8. Объяснить устройство и принцип работы преобразователей давления вибростержневых.

9. Конструктивные схемы, преимущества и недостатки дифманометров типа ДМИ.

10. Привести схему и объяснить назначение узлов стенда градуировки датчиков давления.

11. Построение градуировочных зависимостей по результатам градуировки. Как определяется погрешность градуировки по методу наименьших квадратов?

12 Обработка результатов прямых измерений, вычисление промахов.

13. Особенности приборов для измерения быстроменяющихся давлений, их конструктивные схемы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Касандрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов наблю­дений, -М.: наука, 1970. -104с.

2. Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы. -М.: Энергия, 1978. –704с.

3. Степнов М.Н. Статистические методы обработки результатов механических испытаний: Справочник. -М.: Машиностроение, 1985. –232с.

4. Электрические измерения неэлектрических величин: Учеб. пособие/А.М. Туригин, Л.В. Новицкий, Е.С. Левшина и др.; Под ред. Л.В.Новицкого.-5-е изд., перераб.. -Л.: Энергия, 1975. -576с.