Файл: В.А. Старовойтов Контроль температуры с помощью термопреобразователя сопротивления.pdf

8

тенциалов двух промежуточных точек в параллельно включенных ветвях.

Питание измерительной схемы моста осуществляется от одной из обмоток силового трансформатора напряжением Umax = 6,3 В. Измерительная схема уравновешенного моста включает четыре плеча, три из которых представлены постоянными резисторами R1, R2 и R3, а четвертое - последовательно соединенным ТС Rt, постоянным резистором R4 и общим сопротивлением реохода Rоб. Точки b и d измерительной схемы присоединены к усилителю УС, являющемуся индикатором нарушения равновесия в измерительной схеме.

Если температура среды, в которой находится ТС Rt, неизменна, то мостовая схема находится в равновесии, разность потенциалов в точках b и d равна нулю и напряжение небаланса, подаваемое на усилитель УС, отсутствует. Движок реохода Rp в этом случае неподвижен, а стрелка показывает измеряемое значение температуры.

В случае изменения температуры среды изменится температура ТС Rt, и следовательно, величина его электрического сопротивления. При этом измерительный мост разбалансируется, и в диагонали моста между точками b и d появится напряжение небаланса Udb. Последнее подается на вход усилителя УС, где усиливается по напряжению и мощности, поступает на реверсивный двигатель РД и приводит в движение его ротор, который перемещает механически с ним связанные движок реохода Rp, стрелку и перо по шкале прибора до тех пор, пока измерительный мост не придет в состояние равновесия. Напряжение на входе усилителя УС в этом случае станет равным нулю, электродвигатель РД остановится, а прибор покажет измеряемую температуру.

На точность показаний прибора влияет тщательность подгонки сопротивлений проводов Rл, соединяющих ТС с автоматическим мостом. Для подгонки сопротивлений соединительных проводов до градуированного значения Rс = 2,5 Ом служат резисторы Ry величиной по 2,5 Ом каждый. При градуировании приборов сопротивление каждого провода, идущего от термометра до прибора, принято 2,5 ± 0,01 Ом. Если сопротивление каждого провода меньше 2,5 Ом, то в соединительную линию последовательно включают добавочный резистор, дополняющий сопротивление каждого провода до 2,5 Ом. В производственных условиях ТС может находиться на значительном удалении от вторичного прибора.

9

При колебаниях температуры помещения, в которых прокладываются соединительные провода, величина их сопротивления будет изменяться, что приведет к дополнительной погрешности в показаниях прибора. Для практического устранения указанной погрешности применяют трехпроводную схему соединений термопреобразователя сопротивления с вторичным прибором. В этом случае точка α ′ (см. рис. 5) переносится к ТС. При таком соединении сопротивление одного провода Rпр прибавляется к плечу измерительного моста, включающему ТС, а сопротивление другого провода Rпр прибавляется к соседнему плечу моста с резистором R1. Наряду с рассмотренным автоматическим уравновешенным мостом КСМ-4 в промышленности используются показывающие и записывающие на дисковой диаграмме автоматические мосты КСМЗ; показывающие и записывающие на ленточной диаграмме мосты КСМ1 и КСМ2; показывающие мосты с вращающимся циферблатом КВМ1 и другие модификации. Принципиальные схемы их подобны описанной схеме автоматического моста КСМ4; различаются они только конструкцией отдельных узлов. Некоторые модификации этих приборов оснащаются рядом встроенных устройств, используемых для дистанционной передачи показаний, регулирования и сигнализации [4, с. 495]. Кроме того они могут выполняться с искробезопасной измерительной схемой, что позволяет эксплуатировать их совместно с ТС, установленными во взрывоопасных зонах.

В настоящее время приборы серии КС еще находятся в эксплуатации, но они сняты с производства и их успешно заменяют более современные приборы типов РП-160, Диск-250 и А500, выполненные на микросхемах [5, с. 380]. Сведения об устройстве и возможностях логометров можно найти в книгах [1, с. 77; 5, с. 358].

5. УСТРОЙСТВО СТЕНДА

Стенд выполнен на основе металлической стойки, где и размещены необходимые для проведения работы объект контроля и технические средства измерения (рис. 6). Питание стенда производится от сети переменного тока 220В с подключением через розетку.

Объектом контроля служит термоэлектрический микрохолодильник (МХ) 12, у которого отвод тепла с низкого на высокий температурный уровень осуществляется с помощью проточной холодной воды. Именно поэтому он подключается к водопроводной сети с помощью

10

трубок 17 и без охлаждения выйдет из строя (сгорит). В камере холодильника может поддерживаться температура до -300С, для этого он должен быть подключен кроме того к источнику питания, в качестве которого используется селеновый выпрямитель 13.

Рис. 6. Внешний вид стенда: 1 - автоматический мост КСМ-4; 2 - указатель; 3 - указатель задания «мало»; 4 - указатель задания «много»; 5 - вольтметр ЛАТРа; 6, 7, 8 - лампы сигнальные; 9 - сетевой выключатель; 10 - термометр ртутный; 11 - термопреобразователь сопротивления; 12 - микрохолодильник (объект контроля); 13 - выпрямитель ВСП33; 14 - амперметр; 15 - индикатор сетевой; 16 - переключатель силы тока; 17 - трубки водопроводные; 18 - тумблер включения движения диаграммной бумаги; 19 - тумблер включения питания прибора КСМ-4 (доступ к тумблерам 18 и 19 только при открытой крышке КСМ-4)

Выпрямитель позволяет с помощью переключателя 16 ступенчато регулировать величину подаваемого на MX тока в пределах от 14 до 25 А. Питание выпрямителя производится от автотрансформатора ЛАТР, выходное напряжение которого фиксируется по вольтметру 5. Установившаяся в MX температура определяется по показаниям ртут-

11

ного термометра 10, а также с помощью термопреобразователя сопротивления 11, подключенного к записывающему автоматическому мосту 1. Включение и отключение прибора (моста) и записи производятся непосредственно на внутренней панели тумблерами 18 и 19 при открытой крышке прибора. Сигнализация крайних значений измеряемого диапазона температур производится с помощью сигнальных ламп 6, 7 и 8 в зависимости от положения указателей 3 и 4.

6. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

После изучения настоящих указаний приступить к выполнению экспериментальной части работы. Сетевым переключателем 9 (см. рис. 6), установив его в положение «Вкл», подать электропитание на стенд. При этом должна загореться лампа накаливания местного освещения. Убедиться, что переключатель силы тока 16 выпрямителя 13 установлен в положении «Выкл».

6.1. Произвести измерения температуры в неработающем MX 12, для чего открыть крышку прибора 1, установить тумблер «Прибор» в положение «Вкл». Отсчет по шкале производить после прогрева прибора, т. е. через 6-10 минут. Эти, а также последующие экспериментальные и расчетные данные занести в таблицу.

Одновременно с началом отсчета включить и тумблер «Диаграмма» 18. После этого диаграммная лента прибора начнет двигаться, фиксируя пером динамику теплового процесса в MX (охлаждения объема его камеры).

12

6.2. Для последующих измерений более низких температур в МХ необходимо сначала подать охлаждающую воду на MX и убедиться, что она проточная (вытекает в раковину по одной из трубок 17). Вода понизит температуру в камере неработающего MX, которую также необходимо зафиксировать, поскольку этот процесс достаточно длителен, можно пропустив его, приступить к исполнению п. 6.3.

6.3.Дальнейшее понижение температуры возможно лишь при подаче электроэнергии на термоэлементы MX. Для этого необходимо движком ЛАТРа (на рис. 6 не показан) установить напряжение 220В, ориентируясь на показания вольтметра 5, а переключатель 16 выпрямителя установить в положение 1. Таким образом постоянный ток силой около 14А будет подан на термоэлементы MX, что в сочетании с их охлаждением водой соответствует достижению минимальной его холодопроизводительности. Поскольку процесс охлаждения камеры MX достаточно инерционен, то установившееся значение температуры для данного режима следует фиксировать через 10-15 мин.

Дальнейшее поочередное увеличение холодопроизводительности

исоответственное снижение температуры MX достигается за счет повышения силы тока (перевод переключателя в положения II, III, IV). Измерения температур в каждом режиме производятся также в установившемся состоянии. Показания ртутного термометра и прибора КСМ4 заносятся в таблицу.

Следует помнить, что в режимах, сопровождаемых подачей тока на термоэлементы MX, охлаждение проточной водой должно быть обязательным и предварять подачу тока.

6.4.После проведения последнего измерения отключить питание MX, установить переключатель выпрямителя в положение «Откл». Отключить прибор и протяжку диаграммной ленты, переводя тумблер «Прибор» и «Диаграмма» на внутренней панели КСМ-4 в положение «Откл». Сетевой переключатель 9 также установить в положение «Откл», после чего должна погаснуть лампа местного освещения стенда. Отключить подачу воды в МХ.

6.5.Приступить к составлению отчета.

13

7. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

Вычисление значений абсолютных погрешностей проверяемого

прибора производится по формуле а = Аобр - Аизм, где Аобр и Аизм - показания образцового (ртутного) и проверяемого (КСМ-4) приборов соот-

ветственно.

Значения приведенных погрешностей определяются по формуле

диапазона измерений (по шкале), т. е. XN = Xmax - Xmin. Для приборов с нулевым значением не в начале шкалы XN определяется как сумма пре-

дельных значений шкалы без учета их знаков.

Класс точности измеряемого прибора равен максимальному зна-

ходит свое отражение на шкале прибора в виде отдельно стоящего числа (для КСМ-4 на стенде К = 0,25). Следует помнить, что класс точности определяет не точность результата измерений, зависящего от большого количества разнообразных факторов, а гарантируемые заводом - изготовителем точностные свойства самого прибора, эксплуатируемого строго в указанных в паспорте условиях [1, с. 18]. Именно в этих случаях для прибора δ п max ≤ К. При δ > δ п max прибору требуется дополнительная настройка (поверка).

14

8. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назовите и охарактеризуйте объект контроля в данной работе.

2.Что подразумевается под классом точности?

3.Каковы основные и дополнительные погрешности средств измерения?

4.Объясните принцип действия уравновешенного моста постоянного тока при использовании его для измерения температуры.

5.Назовите диапазоны температур, в которых используются для измерения известные Вам ТС.

6.Объясните устройство промышленного проводникового ТС.

7.Что подразумевается под понятием «градуировка»?

8.В чем принципиальное отличие проводниковых и полупроводниковых термопреобразователей сопротивления?

9.Объясните принцип действия автоматического уравновешенного моста и почему он называется автоматическим.

10.В чем разница между двух- и трехпроводной схемой подключения ТС?

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Кулаков М.В. Технологические измерения и приборы для химических производств. - М.: Машиностроение, 1983.- 424с.

2.Лапшенков Г. И., Полоцкий Л.М. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности. Технические средства и лабораторные работы. - М.: Химия, 1988. - 288с.

3.Кузнецов Н.Д., Чистяков В.С. Сборник задач и вопросов по технологическим измерениям и приборам. - М.: Энергоатомиздат, 1985.

-322с.

4.Полоцкий Л.Н., Латышенко Г.И. Автоматизация химических производств. Теория, расчет и проектирование систем автоматизации.-

М.: Химия, 1982.- 296 с.

5.Промышленные приборы и средства автоматизации: Справочник /Под общ.ред. В. В. Черенкова. - Л.: Машиностроение. Ленингр.

отд-ние, 1987.-847 с.

15

Составитель ВЛАДИМИР АЛЕКСЕЕВИЧ

СТАРОВОЙТОВ

КОНТРОЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ С ПОМОЩЬЮ ТЕРМОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Методические указания к лабораторной работе по курсу «Технические средства автоматизации»

для студентов направления 551800

Редактор З.М. Савина

ЛР № 020313 от 23.12.96.

Подписано в печать 29.10.99 . Формат 60х84/16. Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Уч.-изд.л. 0,9. Тираж 50 экз. Заказ

Кузбасский государственный технический университет. 650026, Кемерово, ул. Весенняя, 28.

Типография Кузбасского государственного технического университета. 650099, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4А.