Автоматические системы регулирования

Для изготовления ТС наиболее пригодны по своим физико-химическим платина и медь. Чувствительные элементы ТС представляют собой тонкую медную или платиновую проволоку намотанную бифилярно на специальный слюдяной, фарфоровый или пластмассовый каркас. Для предохранения от внешних воздействий чувствительные элементы ТС заключают в металлическую трубку с литой головкой, в которой смонтированы выводы концов обмотки для их подключения к соединительным проводам.

Термометры сопротивления  изготавливают следующих типов:

ТС медные (ТСМ) на пределы  от -50 до 200° С;

ТС платиновые (ТСП) на пределы от -200 до 600° С.

Выпускаются ТС с унифицированным выходным сигналом 0-5, 4-20 мА; ТСМУ на пределы от -50 до 200° С; ТСПУ на пределы от -200 до 500° С.

Термометры сопротивления  по сравнению с манометрическими термометрами обладают рядом преимуществ: более высокой точностью измерения, возможностью передачи показаний на большие расстояния, возможностью централизации контроля температуры путём присоединения нескольких термометров к одному многоточечному прибору, меньшим запаздыванием в показаниях.

Недостаток термометров  сопротивления – необходимость  в постороннем источнике тока.

В качестве измерительных (вторичных) приборов термометров сопротивления  применяются уравновешенные мосты  и логометры.

 

Приборы для  измерения и контроля температуры.

В автоматических системах измерение и контроль температуры  осуществляют на основе измерения физических свойств тел, функционально связанных с температурой этих тел. Приборы для измерения и контроля температуры по принципу действия могут быть разделены на следующие группы:

Термометры для  измерения температуры контактным методом

1. Термометры расширения, измеряющие температуру по тепловому  расширению жидкости(жидкостные) или  твёрдых тел, (дилатометрические,  биметаллические)

2. манометрические термометры  и преобразователи, использующие  зависимость между температурой  и давлением газа (газовые) или насыщенных паров жидкостей (конденсационные).

3. Термоэлектрические  преобразователи (ТП), работающие  в комплекте со вторичными  приборами или измерительными  преобразователями; принцип действия  основан на измерении термоэлектродвижущей  силы (термо ЭДС), развиваемой термопарой (спаем) из двух различных проводников (термо ЭДС зависит то разности температур спая и свободных концов ТП, присоединяемых к измерительной схеме.

4. Термопреобразователи (ТС), работающий в комплекте со  вторичными приборами или измерительными преобразователями различного типа; используют изменения электрического сопротивления материалов(металлов, полупроводников) в зависимости от изменения температур.

Пирометры для измерения  температуры бесконтактным методом

1. Яркостные пирометры, измеряющие температуру по яркости нагретого тела на данной длине волны.

2. Радиационные пирометры  для измерения температуры по  тепловому действию лучеиспускания  накалённого тела во всём спектре  длин волн.

При измерении температуры  используют шкалу под названием «Международная практическая температурная шкала 1968 год» (МПТШ – 68).

Единицей температуры  является Кельвин(К), а также градус Цельсия(С). Соотношения между ними следующие: t₆₈ = T₆₈ – 273,15, где t₆₈ – температура в градусах Цельсия; Т₆₈ – температура в кельвинах.

 

Манометрические термометры.

Принципиальная схема  показывающего прибора изображена на рис.1 Изменение температуры контролируемой среды воспринимается заполнителем термосистемы через термобаллон 1 и  преобразуется в изменение давления (объёма). Это изменение по соединительному капилляру 2 передаётся упругому чувствительному элементу 4, представляющему собой одновитковую манометрическую пружину пережатого сечения. Один конец пружины, связанный с капилляром жёстко закреплён в держателе 3, а другой – герметизирован и свободно перемещается под действием избыточного давления (объёма). Движение свободного конца пружины через передаточный механизм 8 преобразуется в перемещении стрелки прибора 6 относительно шкалы 5. Компенсация погрешности термометра при изменении температуры окружающей среды термобиметаллом 7.

Если термосистема манометрического термометра заполнена азотом, гелием или аргоном, то приборы называются газовыми; жидкостные приборы заполняются кремнийорганической полиметилсилаксановой жидкостью МПС – 5.

Термометры системами, заполненными низкокипящими жидкостями (фреоном, хлористым метилом, ацетоном, этилбензолом), пары которых при  измеряемой температуре частично заполняют  термобаллон, называются конденсационными (паровыми). Шкалы манометрических газовых и жидкостных термометров равномерные; конденсационных манометрических – неравномерные (сжатые на первой трети шкалы).

Термобаллон выдерживает  давление 6,4 МПа. Для случаев больших  давлений пользователю необходимо изготавливать  защитную гильзу. В целях увеличения теплопроводности пространство между защитной гильзой и термобаллоном необходимо заполнить металлическими опилками или жидкостью с температурой кипения более высокой, чем верхний предел измерения. Основным условием правильности измерения температуры является полное погружение термобаллона в измеряемую среду. Положение термобаллона может быть любым: вертикальным, горизонтальным, наклонным. У газовых проборов длина термобалонна зависит от длины капилляров, у жидкостных – от пределов измерения.

 

Преобразователи термоэлектрические.

Термоэлектрические преобразователи (ТП) с металлическими электродами  предназначены для измерения  температуры в комплекте с  милливольтметрами, автоматическими  потенциометрами, измерительными преобразователями и устройствами связи с объектом УВМ.

Номинальные статистические характеристики (НСХ) преобразования ТП представляют зависимость термо  ЭДС (мВ) различных ТП от температуры  рабочего спая (температура свободных  концов принята равной 0°).

Чувствительный элемент представляет собой два термоэлектрона, сваренных между собой на рабочем конце в термопару (рабочий спай) и изолированных по всей длине при помощи керамической трубки. Изолированный чувствительный элемент помещается в защитную арматуру, в комплект которой входит водозащитная головка с колодкой зажимов. Двойные ТП имеют два электрически изолированных чувствительных элемента. Рабочий спай может быть изолирован или соединен с защитной арматурой.

Свободные концы ТП через  колодку зажимов присоединяются к вторичному прибору или преобразователю. В связи с тем, что производственных условиях температура свободных концов ТП обычно отличается от температуры, при котрой составлялись таблицы НСХ преобразования, в показания прибора необходимо вводить поправку. Ее можно производить расчетным путем, методом переноса свободных концов ТП в зону постоянной температуры при помощи термоэлектродных проводов, введением в термоэлектрическую цепь компенсирующего напряжения, термостатированием свободных концов с помощью термостата. В милливольтах, автоматических потенциометрах и измерительных преобразователяз компенсация температуры свободных концов обеспечивается автоматически.

При выборе типа ТП необходимо руководствоваться следующими положениями: соответствие НСХ преобразования ТП характеристикам вторичных приборов и преобразовавтелей; выбор области применения; соответствие измеряемой температуры пределам измерения, прочности материала и конструкции защитной арматуры условиям эксплуатации; выбор длины монтажной части, обеспечивающей расположение рабочего спая в середине измеряемого потока (на трубопроводах диаметром менее 50 мм. необходимо устанавливать расширители); показатель тепловой инерции (инерционность) удовлетворяет требованиям к динамическим характеристикам.

Градуировки ТП: XK(L); XA(K); ПП(S); ПР(В4);  ВР(А) – 1,2,3

 

Термопреобразователи  сопротивления.

Термопреобразователи  сопротивления (ТС) по материалу чувствительного  элемента подразделяются на платиновые (ТСП) и медные (ТСМ). Для одновременного измерения температуры одной точки двумя приборами применяются двойные ТС, в которые встроены два электрически изолированных друг от друга чувствительных элемента.

В качестве чувствительного  элемента ТСП используют платиновую спираль, размещенную в каналах  керамического каркаса и укрепленную там изоляционным порошком. Чувствительный элемент ТСМ представляет собой бескаркасную обмотку из медной проволоки, покрытую фторопластовой пленкой и помещенную в тонкостенную металлическую гильзу с керамическим порошком.

Чувствительный элемент размещен в защитном чехле при помощи соединительных проводов, электрически изолированных друг от друга, его подключают к колодке зажимов, расположенной в водозащищенной головке зажимов. Внутренне пространство чехла заполняют ингибиторным порошком. На колодке укреплены два, три или четыре зажима, обеспечивающие двух -, трех -, или четырехпроводное подключение одинарного прибора или двухпроводное двойного.

Приборы без соединительной головки оснащены выводными проводниками (двумя, тремя или четырьмя) со специальной заделкой.

Условиями правильного  выбора ТС являются соответствие рекомендуемой  области применения; идентичность статических  характеристик ТС и совместно  применяемых логометров, автоматических мостов и измерительных преобразователей; соответствие измеряемой температуры пределам измерений; соответствие прочности материала и конструкции защитной арматуры условия эксплуатации; длина монтажной части должна быть такой, чтобы середина чувствительного элемента размещалась в середине потока (на трубопроводах диаметром менее 50 мм. необходимо устанавливать расширители); учет такого динамического параметра – показатель тепловой инерции (инерционность); ограничение скорости технологических сред, допускаемых для ТСП (ТСМ). ТСП по сравнению с ТСМ могут обеспечить более высокую точность измерения.

Градуировка ТСП: 50П, 100П; ТСМ: 50М, 100М.

 

Приборы для  измерения и контроля давления и  разности давлений

Приборы для измерения  давления и разности давлений называются манометрами. Они подразделяются на барометры, манометры избыточного давления, вакуумметры, и манометры абсолютного давления. Манометры предназначенные для измерения давления или разрежения в диапазоне до 40 кПа, называются напоромерами и тягомерами. Тягонапоромеры имеют двустороннюю шкалу с пределами измерения до ± 20 кПа. Дифференциальные манометры применяют для измерения разности давлений. В зависимости от принципа, используемого для преобразования силового воздействия давления на чувствительный элемент в показания или пропорциональные измерения другой физической величины, наиболее часто применяемые средства измерения давления подразделяются на жидкостные, деформационные, электрические, ионизационные и грузопоршневые.

В жидкостных манометрах измеряемое давление или разность давлений уравновешивается давлением столба жидкости. В приборах используют принцип сообщающихся сосудов, в которых уровни рабочей жидкости совпадают при равенстве давлений над ними, а при неравенстве занимают такое положение, когда избыточное давление в одном из сосудов уравновешивается гидростатическим давлением столба жидкости в другом.

В деформационных манометрах используется зависимость деформации чувствительного элемента или развиваемой им силы от измеряемого давления. Пропорциональная последнему деформация или сила преобразуется в показания или соответствующие изменения выходного сигнала. В соответствии с используемым чувствительным элементом деформационные манометры подразделяют на трубчато-пружинные, сильфонные и мембранные.

К электрическим приборам для измерения давления относятся манометры с тензопреобразователями и пьезоэлектрические. Чувствительным элементом манометров с тензопреобразователями является мембрана, на которой размещены проволочные, фольговые или полупроводниковые резисторы. При деформации мембраны под действием контролируемого давления сопротивление резисторов меняется. Принцип действия пьезоэлектрических манометров основан на пьезоэлектрическом эффекте, сущность которого заключается в возникновении электрических зарядов на поверхности сжатой кварцевой пластины, вырезанной перпендикулярно к кристаллической оси кристаллов кварца.

Для измерения давления в диапазоне от 10^-1 до 10^-8 Па используют ионизационные манометры, основным элементом которых является стеклянная манометрическая лампа. Принцип действия приборов заключается в том, что эжектируемые раскаленным катодом электроны ускоряются положительным напряжением, приложенным между анодом и катодом, и при своем движении ионизируют молекулы разреженного газа. Положительные ионы попадают на отрицательный зараженный коллектор; при постоянстве анодного напряжения и электронной эмиссии величина коллекторного тока зависит от измеряемого давления.

В грузопоршневых манометрах измеряемое давление уравновешивается силой тяжести неуплотненного поршня с грузами. Манометры используют в качестве образцовых средств воспроизведения единицы давления в диапазоне от 10^-1 до 10¹³ Па, а также для точных измерений давления в лабораторной практике.

 

Измерительные преобразователи давления.

Преобразователи являются бесшкальными приборами и предназначены для получения унифицированного сигнала о давлении (скорость изменения давления) жидкости, газов и пара.