Метрология и измерения

На (рис. 14б) показано устройство телескопа  ПСИ. Он включает: корпус 1 с диафрагмой 7; объектив, имеющий стеклянную или  кварцевую линзу 2, устанавливаемую  во втулке 13, ввинчиваемой в корпус; блок термобатареи, состоящей из самой термобатареи 3, корпуса 5, отростка, на который навинчивается подвижная диафрагма 6, и контактных винтов 10; компенсационное медное сопротивление 4, шунтирующее термобатарею и обеспечивающее уменьшение влияния измерений температуры телескопа на показания пирометра; окуляр, включающий линзу 8 и защитное стекло 9. Фланец 11 служит для крепления корпуса к защитной арматуре, обеспечивающей работу пирометра в тяжелых условиях металлургического производства.

Получение стандартной градуировки  обеспечивается перемещением диафрагмы 6, зубчатый венец которой сочленен с зубьями трубки 12.

Диафрагма, устанавливаемая в телескопе, ограничивает телесный угол визирования, что исключает влияние на показания  размеров излучателя и его расстояния от пирометра. При этом на термобатарею попадает излучение только с определенного небольшого участка объекта измерения. Размеры этого участка определяются по показателю визирования, который является отношением наименьшего диаметра излучателя к расстоянию от объекта измерения до объектива телескопа. При этом изображение круга, вписанного в излучатель, полностью перекрывает отверстие диафрагмы 6, находящейся перед термобатареей. Телескопы с показателем визирования более 1/16 являются широкоугольными, а с показателем, равным или меньшим 1/16, - узкоугольными.

При измерении температуры в  схему пирометра между телескопом и вторичным прибором (милливольтметром или потенциометром) включается панель уравнительных и эквивалентных  сопротивлений – панель взаимозаменяемости телескопов типа ПУЭС. Она обеспечивает постоянную нагрузку телескопа при работе с одним или двумя вторичными приборами, а также замену телескопа одной градуировки на телескоп другой градуировки. Защита пирометра от пыли, высокой температуры, механических воздействий обеспечивается с помощью специальной защитной арматуры.

Сопротивление соединительной линии  между ПСИ и потенциометром не должно превышать 200 Ом, а при работе с милливольтметром оно равно 5 Ом.

ПСИ имеют меньшую точность по сравнению  с другими пирометрами. Методические погрешности измерения температуры при использовании ПСИ возникают вследствие значительной ошибки определения интегральной степени черноты , из-за неправильной наводки телескопа на излучатель, из-за влияния излучения кладки (измерение температуры металла в печах) и из-за поглощения энергии водяными парам и углекислым газом, содержащихся в слое воздуха, находящегося между излучателем и пирометром. Вследствие последней причины оптимальным считается расстояние 0.8-1.3 м.

Вид материала линзы определяет интервал измеряемых температур и градуировочную характеристику. Стекло из флюорита обеспечивает возможность измерения низких температур начиная с 100 ⁰С, кварцевое стекло используется для температуры 400¸1500 ⁰С, а оптическое стекло для температур 950 ⁰С и выше.

ПСИ измеряют температуру от 100 до 3500 ⁰С. Основная допустимая погрешность технических промышленных пирометров возрастает с увеличением верхнего предела измерения и для температур 1000, 2000 и 
3000 ⁰С составляет соответственно ±12; ±20 и ±35 ⁰С.

 

2. Расчетное задание

2.1. Расчет измерительной схемы  автоматического уравновешенного  моста

Заданы:

• градуировка термометра сопротивления 23;
• значения начальной и конечной показаний температур прибора;

;   ;

;    ;

Наибольшую чувствительность обеспечивает попарно равноплечий мост у которого R₂=R₃ и R₁»R_т, причем сопротивления R₂ и R₃ задаются в пределах 100-400 Ом. Наиболее часто принимают значение 300 Ом.

;

Эквивалентное сопротивление  R_э реохорда с шунтирующим сопротивлением R_ш принимают равным 90 Ом. Сопротивление резистора R_н принимают обычно равным 4.5 Ом.

;  ;  ;

Сопротивление плеча моста  R₁ определяют по формуле:

;

где

;

Из условия равновесия измерительной  схемы моста соответственно для  левого и правого крайних положений  движка:

;

;

Решая данную систему относительно R_п получим:

;

Величину сопротивления резистора  R_к, определяющего верхний предел измерений, определяют по формуле:

;

Максимальное значение тока I_max, протекающего через ТС, принимается равным 0.007 А. Величину балластного сопротивления рассчитывают по формуле:

;

где U – напряжение питания измерительной схемы моста, равное 6.3 В.

2.2. Расчет сопротивлений измерительной схемы автоматического потенциометра

Заданы:

• шкала прибора 0¸1300 ⁰С;
• градуировка термоэлектрического термометра ТПП;
• расчетная температура свободных концов термометра ;
• возможная температура свободных концов термометра ;
• начальное значение шкалы ;
• конечное значение шкалы ;
• диапазон измерений ;
• нормированное номинальное сопротивление реохорда ;
• нерабочие участки реохорда ;
• нормированное номинальное падение напряжения на резисторе R_к ;
• выходное напряжение ИПС ;
• номинальная сила тока в цепи ИПС ;
• сопротивление нагрузки ИПС ;
• номинальная сила тока в верхней ветви измерительной схемы прибора ;
• номинальная сила тока в нижней ветви измерительной схемы прибора ;
• температурный коэффициент электрического сопротивления меди ;

Определяем  по формуле:

;

Определяем приведенное сопротивление  реохорда:

;

проверяем правильность определения  R_пр:

;

Определяем величину резистора  R_к и величину балластного сопротивления R_б:

;

;

Определяем значение сопротивления  медного резистора R_м:

;

;

;

;   ;   ;

Изменение показаний потенциометра  для конечного значения шкалы  при изменении температуры свободных  концов термоэлектрического термометра от до составит:

.

 

Вывод

Практический опыт построения систем регулирования промышленных объектов показывает, что главное значение здесь приобретает не задача выбора алгоритмов функционирования регуляторов, а задачи построения оптимальной схемы получения регулятором текущей информации о состоянии объекта регулирования, которое отражает характер взаимодействий между двумя функциональными основными элементами системы регулирования - объектом и регулятором. Высокопроизводительная, экономичная и безопасная работа технологических агрегатов металлургической промышленности требует применения современных методов и средств измерения величин, характеризующих ход производственного процесса и состояние оборудования. Температура является одним из основных параметров, подлежащих контролю со стороны систем автоматического управления металлургическими процессами. В условиях агрессивных сред и высоких температур, наиболее подходящими для использования являются фотоэлектрические пирометры. Они позволяют контролировать температуру от 100 до 6000 ⁰С и выше. Одним из главных достоинств данных устройств является отсутствие влияния температурного поля нагретого тела на измеритель, так как в процессе измерения они не вступают в непосредственный контакт друг с другом. Так же фотоэлектрические пирометры обеспечивают непрерывное автоматическое измерение и регистрацию температуры, что позволяет использовать их в системах автоматического управления процессами без дополнительных затрат на приобретение и обслуживание устройств сопряжения.

 

Список литературы

1. Преображенский В. П. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергия, 1978, - 704 с.
2. Чистяков С. Ф., Радун Д. В. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Высшая школа, 1972, - 392 с.