Департамент образования Вологодской области

Бюджетное профессиональное образовательное учреждение

Вологодской области

«Череповецкий химико-технологический колледж»

ИЗУЧЕНИЕ ПРИБОРА

ПЬЕЗОРЕЗИСТИВНОГО ТИПА ДЛЯ

ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА

Методические рекомендации

по выполнению лабораторной работы

для студентов 2 курса

обучения по специальности

15.02.07 Автоматизация

технологических процессов

и производств (химическая

отрасль)

Череповец, 2018

1

Методические рекомендации предназначены для

выполнения лабораторной работы по

междисциплинарному курсу МДК 01.01

«Технология формирования систем

автоматического управления типовых

технологических процессов, средств измерений,

несложных мехатронных устройств и систем» для

студентов БПОУ ВО «Череповецкий химико-

технологический колледж»

специальности 15.02.07 Автоматизация

технологических процессов и производств

(химическая отрасль).

Методические рекомендации разработаны в

соответствии с программой профессионального

модуля ПМ.01 «Контроль и метрологическое

обеспечение средств и систем автоматизации» и

направлены на формирование профессиональных

компетенций (ПК):

2

1.

П р о в о д и т ь

а н а л и з

работоспособности

измерительных

приборов и средств автоматизации.

2.

Диагностировать

измерительные

приборы

и

средства

автоматического

управления.

Составитель: Кузнецова Наталья Гаевна –

преподаватель БПОУ ВО «Череповецкий химико-

технологический колледж»

Рассмотрены и рекомендованы к

использованию на заседании

ЦМК профессионального цикла

Протокол № 5

от «17» января 2018 г.

Председатель

_____________/Н.Г.Кузнецова/

3

Содержание

Введение ………………………………….5

1.

Правила

техники

безопасно сти

п р и

выполнении лабораторной

р а б о т ы

н а

с т е н д е

И П Д Р Т - 0 1

«Измерительные приборы давления, расхода,

температуры»..............…..………….…….7

2.Поря д ок

выполнения

л а б о р а т о р н о й

работы…………………………………..……..9

3. Лабораторная работа № 6 Изучение прибора

пьезорезистивного типа для измерения

давления газа..…………….…………………..13

4. Критерии оценивания лабораторной

работы………………………………….……...22

Список литературы…………………………...25

Введение

4

Автоматизация это технологический процесс, без

которого

не

обойдётся

ни

одно

предприятие.

Автоматизация служит для упрощения управления

процессами,

для

уменьшения

себестоимости

продукции

и

для

облегчения

рабочего

труда

на

предприятии. Автоматизация

–

это

о снова

развития

современной

п р омы шл е н н о с т и ,

генеральное

направление

научно-технического

прогресса.

Цель

автоматизации

производства

заключается в повышении эффективности труда,

улучшении

качества

выпускаемой

продукции,

в

с о з д а н и и

у с л о в и й

д л я

о п т и м а л ь н о г о

использования всех ресурсов производства.

Автоматизация производства – это процесс, при

котором функции управления и контроля, ранее

выполнявшиеся человеком, передаются приборам

и автоматическим устройствам. Для обеспечения

надежной работы данных устройств, необходимо

знание

их

принципа

работы,

динамических

характеристик;

умение

проводить

ана лиз

5

работоспособности приборов.

В лабораторной работе рассматриваются основные

п р а к т и ч е с к и е

м е т о д ы

о п р е д е л е н и я

работоспособности отдельных элементов, которые

входят в состав устройств автоматики.

Цель лабораторной работы - ознакомление

обучающихся с устройством, принципом действия

приборов.

К

выполнению

работы

допускают ся

обучающиеся

только

после

прохождения

инструктажа

по

технике

безопасности

и

о з н а ко м л е н и я

с

п о р я д ко м

в ы п о л н е н и я

лабораторной работы.

Лабораторные

работы

должны

быть

оформлены

в

соответствии

с

требованиями

и

сданы преподавателю.

1.

Правила

техники

безопасности

при

выполнении

лабораторной

работы

на

6

стенде

ИПДРТ-01

«Измерительные

п р и б о р ы

д а в л е н и я ,

р а с х о д а ,

температуры»

При работе в лаборатории «Процессы и

аппараты»

во

избежание

несчастных

случаев,

а

также

преждевременного

выхода

из

строя

приборов

и

электрооборудования

обучающийся,

при

выполнении

лабораторной

работы

должен

строго соблюдать правила техники безопасности:

1) Приступая к работе, необходимо убедиться

в том, что к стенду не подано напряжение.

2) Включение и выключение кранов стенда

производится

в

строгом

соответствии

с

порядком, представленным в лабораторной

работе, обеспечивая при этом надежность

всех соединений.

3) После выполнения действий, указанных в

методическом пособии, необходимых для

выполнения

лабораторной

работы,

стенд

п р е д ъ я в л я е т с я

д л я

п р о в е р к и

преподавателю.

4) Подача напряжения на стенд производится

только в присутствии преподавателя.

5) Включение

и

остановка

насоса

подачи

воды

выполняется

в

соответствии

с

7

порядком

выполнения

соответствующей

лабораторной

работой

и

в

присутствии

п р е п од а в ат е л я .

Д а в л е н и е

н а с о с а

контролируется по манометру.

6) Включение

стенда,

измерение

и

снятие

п о к а з а н и й

в ы п о л н я е т с я т о л ь к о

в

присутствии преподавателя.

7) При обнаружении неисправностей в стенде

необходимо немедленно отключить его от

питающей

сети

и

доложить

об

этом

преподавателю.

8) Переключения

и

исправления

в

стенде

разрешается

производить

только

при

отключенном напряжении питания.

9) В

с л у ч а е

п о р а ж е н и я

ч е л о в е к а

эле кт рич е с ким

током

н е о бход и м о

немедленно

обесточить

стенд,

выключив

напряжение питания. При потере сознания

и

о ст ановке

дыхания

н е о бход и м о

немедленно освободить пострадавшего от

сте сняющей

его

одежды

и

д е л ат ь

искусственное дыхание до прибытия врача.

2.

Порядок работы в лаборатории

1)

Вход в лабораторию допускается только по

разрешению преподавателя.

8

2)

При

работе

в

лаборатории

категорически

запрещается

приносить

с

собой

вещи

и

предметы, загромождающие рабочие места,

способствующие

созданию

у с л о в и й ,

могущих

привести

к

нарушению

правил

техники безопасности.

3)

В

лаборатории

запрещается

г р ом ко

разговаривать,

покидать

рабочие

места

и

переходить от одного стенда к другому, без

разрешения преподавателя.

4)

Приступая

в

лаборатории

к

ра б от е ,

обучающийся

должен

ознакомиться

с

правилами

техники

безопасности

и

п о р я д ко м

р а б о т ы

в

л а б о р а т о р и и ,

расписаться

в

журнале

по

«Технике

безопасности».

5)

Приступая к работе в лаборатории, группа

делится

на

подгруппы

(3-4

человека),

которые затем последовательно выполняют

лабораторную работу.

6)

Лабораторная

работа,

п р о п у щ е н н а я

студентом, выполняется по согласованию с

преподавателем

9

7)

Лабораторная работа выполняется в

соответствии с методическими

рекомендациями:



Прочитать название работы и выяснить

смысл всех непонятных слов.



Прочитать

описание

работы

от

начала

до

конца, не задерживаясь на выводе формул.

Задача

первого

прочтения

состоит

в

том,

чтобы выяснить, какова цель лабораторной

работы, какой физический закон или явление

изучается в данной работе и каким методом

она проводится.



Прочитать

по

теоретический

материал,

относящийся

к

данной

работе.

Разобрать

в ы в о д

ф о р м у л .

Н а й т и

о т в е т ы

н а

контрольные вопросы, приведенные в конце

описания работы (если они имеются).

10



Рассмотреть

внимательно

устройство

и

принцип

работы

приборов,

которые

будут

использоваться в работе.



Выяснить, какие физические величины и с

какой

точностью

будут

непосредственно

измеряться и каковы их наименования.



Рассмотреть

в

описании

лабораторной

работы таблицу, в которую будут заноситься

результаты

измерений.

Если

таблицы

в

работе нет, составить ее.



Продумать, какой окончательный результат

и

вывод

должен

быть

получен

в

данной

лабораторной работе.

8)

Лабораторная работа оформляется в тетради

в соответствии с ходом выполнения работы.

9)

В требования к оформлению работы входит

- название лабораторной работы и её цель;

используемо е

оборудование;

ход

11

выполнения лабораторной работы; исходные

данные (схемы, значения параметров, типы

устройств и элементов), таблицы измерений

и расчётных данных, таблицы истинности;

таблицы режимов работы; краткие выводы

по

каждой

работе,

анализ

полученных

данных;

обобщающий

вывод

по

всей

лабораторной работе — краткое заключение

о результатах работы, согласующееся с ее

целью.

10)

Лабораторная работа, оформленная в

тетради, сдается для проверки и оценивания

преподавателю.

3.

Лабораторная работа № 6

Изучение прибора пьезорезистивного типа для

измерения давления газа

12

Цель

работы:

Изучение

прибора

для

измерения

давления

газа

-

датчика

давления

пъезорезистивного типа с цифровой индикацией,

устройство,

определение

от но с ит е льно й

погрешности измерения при различных уровнях

давления.

Оборудование: пневматическая

система

стенда,

пьезорезистивный

датчик

давления,

измеритель регулятор ТРМ.

Теоретический материал

В состав пьезорезистивного датчика давления

обязательно входят два компонента: пластина

(мембрана) известной площади и детектор,

выходной сигнал которого пропорционален

приложенному к мембране давлению. Оба эти

элемента могут быть изготовлены из кремния.

Датчик давления с кремниевой диафрагмой

состоит из самой диафрагмы и встроенных в нее

13

диффузионным методом пьезорезистивных

преобразователей в виде резисторов. Поскольку

монокристаллический кремний обладает очень

хорошими характеристиками упругости, в таком

датчике отсутствуют ползучесть и гистерезис

даже при высоком давлении. Коэффициент

тензочувствительности кремния во много раз

превышает аналогичный коэффициент тонкого

металлического проводника. Обычно

тензорезисторы включаются по схеме Уитстона.

Максимальное выходное напряжение таких

датчиков обычно составляет несколько сот

милливольт, поэтому на их выходе, как правило,

ставятся усилители сигналов. Кремниевые

резисторы обладают довольно сильной

температурной чувствительностью, поэтому

всегда при разработке датчиков на их основе

предусматривают цепи температурной

компенсации.

14

В

установленных

на

стенде

датчиках

д а в л е н и я

в о з д у х а

ф и р м ы Delta

к

пьезорезистивному

преобразователю

через

усилитель

подключен

ана логовоцифровой

преобразователь, сигнал с которого выводится на

электронное табло датчика в виде показаний.

Ход выполнения лабораторной работы:

Для

изучения

датчиков

измерения

давления

воздуха

используется

пневматическая

система

стенда.

1.

Полностью открыть редукционный клапан

КП2.

2.

Закрыть краны ВН14, ВН15.

3.

Открыть краны ВН12, ВН13.

4.

Включить

компрессор

тумблером

«Подача воздуха в ресивер». Дождаться

а в т о м а т и ч е с к о г о

о т к л ю ч е н и я

компрессора.

15

5.

Занести показания ДД4, ДД5 в таблицу

6.1.

6.

Плавно закрывая редукционный клапан

КП2

(вращая

ручку

по

ча с о во й

стрелке),

добиться

показаний

ДД4

и

ДД5 на 8 - 10 кПа больше предыдущих.

7.

Занести показания ДД4, ДД5 в таблицу

6.1.

8.

Повторить пункты 6 и 7 до достижения

давления 90-95 кПа по ДД4 и

ДД5.

9.

Вычислить среднее значение давления по

двум измерителям, абсолютную и

относительную погрешность каждого

измерителя. Вычислить среднее значение

давления по формуле:

Р

СР

= Р

ДД

4+Р

ДД

5

2

Абсолютная погрешность меры – это значение,

вычисляемое как разность между числом,

16

являющимся номинальным значением меры

(истинным), и настоящим (действительным)

значением воспроизводимой мерой величины.



Х=



Хд – Хизм



, где (Хд=Рср)

где Хизм – измеренное значение давления, Хд –

действительное (истинное) значение давления.

На практике истинное значение величины нам, как

правило, не известно, поэтому вместо Хд берут

среднее значение величины Р

СР

(т.к., согласно

математической статистике, Р

СР

наиболее близко к

Хд).

Пример: для



Рдд4=



Рср –Рдд4



и т.д.

Относительная погрешность – это число,

отражающее степень точности измерения.

Относительная погрешность вычисляется по

следующей формуле:

17



=



∆ Х

Х

д



*100%

На практике формула относительной погрешности

имеет вид:



(

Р

)

=



∆ Р

Р

ср



*100%

Пример:



Рдд 4

=



∆ Рдд 4

Р

ср



*100%

Приведённая погрешность — погрешность,

выраженная отношением абсолютной

погрешности средства измерений к условно

принятому значению величины, постоянному во

всем диапазоне измерений или в части диапазона.

Вычисляется по формуле



=



∆ Х

N



*100%

Пример:



(дд4)

=



Рдд4

N

(

дд 4

)



*100%

18

N – нормирующее значение (вся шкала), которое

зависит от типа шкалы измерительного прибора и

определяется по его градуировке:

1. Если шкала прибора односторонняя, то есть

нижний предел измерений равен нулю, то норм x

определяется равным верхнему пределу

измерений;

2. Если шкала прибора двухсторонняя, то

нормирующее значение равно ширине диапазона

измерений прибора.

10.

Сравнить вычисленные погрешности с

классом точности измерителя (см.

инструкции).

Класс точности

— основная метрологическая

характеристика прибора, определяющая

допустимые значения основных и

дополнительных погрешностей,

влияющих на точность измерения.

11. Сделать

выводы

об

о п т и м а л ь н ы х

19

диапазонах

измерения

давления

для

различных видов измерителей.

Таблица 6.1. Результаты измерения давления

воздуха

№ опыта

Рдд4, кПа

Рдд5, кПа

Рср, кПа

∆ Рдд 4,

кПа

∆ Рдд 5,

кПа



Рдд 4,

%



Рдд 5,

%

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Класс точности ДД4

Класс точности ДД5

20

21

4.

Критерии

оценивания

лабораторной

работы

Оценка

«5»

ставится

в

том

случае,

е с л и

обучающийся:

а)

выполнил

работу

в

полном

объеме

с

соблюдением

необходимой

последовательности

проведения опытов и измерений;

б)

самостоятельно

и

рационально

выбрал

и

подготовил для опыта необходимое оборудование,

все

опыты

провел

в

условиях

и

режимах,

обеспечивающих получение результатов и выводов

с наибольшей точностью;

в) в представленном отчете правильно и аккуратно

выполнил все записи, таблицы, рисунки, чертежи,

графики, вычисления и сделал выводы;

г) правильно выполнил анализ погрешностей;

д) соблюдал правила техники безопасности.

Оценка

«4»

ставится

в

том

случае,

е с л и

выполнены требования к оценке «5», но:

а )

о п ы т

п р о в о д и л с я

в

у с л о в и я х ,

н е

22

о бе с п еч и ва ющ и х

д о с т аточ н о й

т о ч н о с т и

измерении,

б) или было допущено два-три недочета, или не

более одной негрубой ошибки и одного недочета.

Оценка «3» ставится, если работа выполнена не

полностью, но объем выполненной части таков,

что позволяет получить правильные результаты и

выводы,

или

если

в

ходе

проведения

опыта

и

измерений были допущены следующие ошибки:

а) опыт проводился в нерациональных условиях,

что привело к получению результатов с большей

погрешностью,

б)

или

в

отчете

были

допущены

в

общей

сложности

не

более

двух

ошибок

(в

записях

единиц,

измерениях,

в

вычислениях,

графиках,

таблицах, схемах, анализе погрешностей и т. д., не

принципиального для данной работы характера, но

повлиявших на результат выполнения,

в) или не выполнен совсем или выполнен неверно

анализ погрешностей;

23

г) или работа выполнена не полностью, однако

объем

выполненной

части

таков,

что

позволяет

получить

правильные

результаты

и

выводы

по

основным,

принципиально

важным

задачам

работы.

Оценка «2» ставится в том случае, если:

а)

работа

выполнена

не

полностью,

и

объем

выполненной части работы не позволяет сделать

правильных выводов,

б) или опыты, измерения, вычисления, наблюдения

производились неправильно,

в) или в ходе работы и в отчете обнаружились в

совокупности все недостатки, отмеченные в

требованиях к, оценке «3».

Во всех случаях оценка снижается, если ученик

не соблюдал правила техники безопасности!

Список литературы

24

1.

Шишмарев В.Ю. Средства измерений. – М.:

Издательский центр «Академия», 2012;

2.

Описание лабораторных работ ИПДРТ -01-

00.000.000

ПЗ

Стенд

учебный

ИПДРТ-01

«Измерительные приборы давления, расхода,

температуры»

(«Физиче ские

о сновы

и з м е р е н и я

р а с х о д а ,

д а в л е н и я

и

температуры»).

25