Электрические датчики в современной металлургии (стр. 6 из 8)
ВНИИАчерметом, кроме приведенных выше, разработаны более совершенные рентгеновские толщиномеры типов ИТХ-7140 и ТРГ-7138. По своим метрологическим характеристикам они соответствуют современным требованиям и существенно превосходят серийные толщиномеры типов ИТХ-5736, ИТХ-6170, ИТГ-5688.
Толщиномер типа ИТХ-7140 двухлучевой, компенсационного типа, с двумя источниками излучения и одним приемником, с непрерывным уравниванием потоков излучения при помощи компенсирующего клина в рабочем потоке, предназначен для измерения толщины полосы при холодной прокатке. Толщиномер типа ТРГ-7138 также двухлучевой, компенсационного типа, но с одним источником изучения и двумя приемниками для измерения толщины полосы при горячей прокатке.
Таблица 2. Технические характеристики рентгеновских толщиномеров полосы
| Тип | Предел измерения, мм | Погрешность | Быстродействие |
| ИТГ-5688 | 1,0…12,0 | ±1,0% от измеряемой толщины, но не лучше 0,15% от верхнего предела | 0,07…0,1 |
| ИТХ-6170 | 0…1,0; 0…5,0 | ±0,003 мм для толщин 0,3 мм; ±1,0% от измеряемой толщины для величин > 0,3 мм | 0,06…0,08 |
| РИТ-4 | 0,1…12,0 | Основная систематическая составляющая не более ±2,0%. Предел допустимого значения 0,1% от верхнего уровня | – |
Управление толщиномерами может быть как дистанционным, так и вручную с пульта управления. В настоящее время современные информационные технологии завоевывают устойчивое место в технологических процессах металлургии. Сбор данных и управление технологическим операциями осуществляют с помощью автоматизированных рабочих мест (АРМ).
3.5 Измерение температуры
В металлургической промышленности измерители температур пользуются устойчивым спросом, так как они необходимы почти в 90% всех технологических операциях. Большое разнообразие методов и конструкций измерителей температур требует определенного классифицированного подхода при их рассмотрении.
Проведем небольшой анализ используемых их в металлургии.
Электрические термометры сопротивления
Свойство чистых металлов и полупроводников изменять свое сопротивление с изменением температуры используется в электрических термометрах сопротивления (терморезисторы).
Для терморезисторных преобразователей используют материалы, обладающие высокой стабильностью температурного коэффициента сопротивления (ТКС), высокой воспроизводимостью электрического сопротивления при данной температуре, значительным удельным электрическим сопротивлением, высоким ТКС, стабильностью химических и физических свойств при нагревании, инертностью к воздействию исследуемой среды. К таким материалам в первую очередь относятся платина, медь, никель, вольфрам и др. Наиболее широко применяют платиновые и медные терморезисторы.
Для измерения температуры от 0 до +650 СС применяются платиновые термометры сопротивления типа ТСП (таблица 3).
К недостаткам платиновых преобразователей температуры относятся довольно высокая загрязняемость платины парами металлов (особенно железа) при высоких температурах и сравнительно невысокая химическая стойкость в восстановительной среде, вследствие чего материал становится хрупким, теряет стабильность характеристик.
Медные терморезистивные типа ТСМ преобразователи широко используют в диапазоне температур от – 50 до 180 °С вследствие их низкой стоимости и довольно высокой стойкости к коррозии. Зависимость сопротивления меди от температуры описывается линейным уравнением (таблица 3).
К недостаткам медных преобразователей температуры относится высокая окисляемость меди при нагревании, вследствие чего их применяют в сравнительно узком диапазоне температур в средах с низкой влажностью и при отсутствии агрессивных газов.
Чувствительные элементы термосопротивлений имеют относительно большие габариты и боятся вибраций. Поэтому их используют главным образом для измерения температур жидкостей в больших емкостях.
Полупроводниковые терморезисторы отличаются от металлических большими значениями ТКС, а, следовательно, меньшими размерами и инерционностью.
Недостатками полупроводниковых терморезисторов, существенно снижающих их эксплуатационные качества, является нелинейность зависимости сопротивления от температуры, значительный разброс номинальных значений сопротивлений различных образцов и их ТКС.
Таблица 3. Основные характеристики терморезисторов платиновых и медных
| Тип | Номинальное значение сопротивления, Ом | Условное обозначение | Диапазон рабочих температур, 0С |
| ТСП | 1 5 10 (46) 50 100 500 | 1П 5П 10П (гр. 21) 50П 100П 500П | –50…1100 –100…1100 –200…1000 –260…1000 –260…1000 –260…1000 –260…300 |
| ТСМ | 10 50 (53) 100 | 10М 50М (гр. 23) 100М | –50…200 –50…200 –50…180 –200…200 |
Для измерения изменений сопротивлений применяются логометры или уравновешенные мосты. Измерительная цепь уравновешенного моста состоит из термометра сопротивления, двух постоянных резисторов и переменного сопротивления-реохорда, изменяемого путем перемещения его подвижного контакта при помощи двигателя, включенного на выход электронного усилителя, на вход которого подается дисбаланс моста.
Термопары
Термопарой называют датчик генераторного типа, измеряющий температуру в окрестности определенной точки температурного поля относительно другой. Термоэлектрический термометр имеет в качестве чувствительного элемента два спаянных между собой разнородных металлических проводника. Если температуры спаев t и t0 отличаются друг от друга, то в рассматриваемом контуре образуется ЭДС постоянного тока, возникающая вследствие совместного действия явлений Томпсона и Зеебека.
Явление Томпсона состоит в том, что в проводнике, обладающем электронной проводимостью, при неравномерном нагревании по длине в нагретых частях повышается концентрация свободных электронов, которые диффундируют от горячего конца проводника к холодному, заряжая горячий конец положительно, а холодный – отрицательно. ЭДС Томпсона в замкнутой цепи из разнородных проводников равна разности ЭДС обоих проводников.
Явление Зеебека заключается в том, что в месте контакта двух различных проводников возникает ЭДС, вызванная различной концентрацией свободных электронов и наличием контактной разности потенциалов. Суммарная ЭДС, вызванная явлениями Томпсона и Зеебека, является функцией температур t и t0 и зависит от физической природы проводников. Термопары градуируются при нулевой температуре холодного спая. Для компенсации влияния изменения температуры холодного спая применяются специальные компенсационные провода.
Термопары применяют в основном для измерения температур жидкости и газов, а также для измерения поверхности твердых тел. Они используются в диапазоне температур от 0 0К до 1600 0С, но наибольшую точность термопары обеспечивают до 1000 0С. Некоторые термопары (вольфрам – вольфрам – молибден) измеряют температуру до 20000С. На агрегатах цехов холодной прокатки применяются в основном два типа термопар: хромель-алюмелевые и хромель-копелевые. Термопары хромель-алюмелевые (ТХА) работают в диапазоне температур от – 50 до 1000 °С и имеют практически линейную шкалу. Такие термопары рекомендуется применять в восстановительной и нейтральной средах, где обеспечивается погрешность ±1,0%. Термопары хромель-копелевые (ТХК) применяются в диапазоне температур от – 50 до +600 °С, обеспечивая погрешность не более +0,8% при нелинейной шкале.
Для измерения температур в пределах от – 200 до 2500 0С выпускают стандартные термопреобразователи температуры представленные в таблице 4.
Важным фактором учета погрешностей при измерениях с помощью термопары является введение поправок
на температуру ее свободных концов. При проведении ответственных измерений применяется термостатирование свободных концов термопары при 0 0С.Таблица 4. Характеристики промышленных термопар
| Условное обозначение | Материал термоэлектродов | Предел преобразования, (при работе в кратковременном режиме), 0С | Погрешность термоЭДС, мВ | |
| До 300 0С | Свыше 3000С | |||
| ТПП | Платинородий (10% родия) – платина | 0…1300 (1600) | ±0,01 | ±(0,01+2,5х 10-5(t-300)) |
| ТПР-30/6 | Платинородий (30% родия) – платинородий (6% родия) | 300…1600 (1800) | – | ±(0,01+3,3х х10-5(t-300)) |
| ТХА | Хромель – алюмель | –50…1000 (1300) | ±0,16 | ±(0,16+2,0х х10-4(t-300)) |
| ТХК | Хромель – копель | –50…600 (800) | ±0,2 | ±(0,2+6,0х х10-4(t-300)) |
| ТВР-5/20 | Вольфрамрений (5% рения) – вольфрамрений (20% рения) | 0…2200 (2500) | ±0,08 (до 10000С) | ±(0,08+4,0х х10-5(t-1000)) (от 1000 до 1800 0С) |
Однако в промышленных условиях термостатирование применять технически сложно и экономически нецелесообразно. Значение поправки
связано с разностью температур свободных концов через коэффициент Кt. Из-за нелинейности зависимости термоЭДС Е = f(t) значение Кt, различно для каждого участка кривой, поэтому градуировочную кривую (статическую характеристику) разделяют на участки по 100 °С и для каждого участка определяют Кt.Еще одна причина возможного возникновения погрешности – сопротивление измерительной цепи, состоящей из непосредственно термопары и соединительных проводов.