Электрические датчики в современной металлургии (стр. 7 из 8)

При изготовлении термопары помещают в защитный чехол из металла или керамики. Для изоляции используют стекло, асбест, фарфор, шамот. При низких температурах можно использовать шелковую и эмалевую изоляцию.

К достоинствам термопар необходимо отнести возможность измерений в большом диапазоне температур, простоту устройства, надежность в эксплуатации. Благодаря этим достоинствам термопары применяют очень широко.

Недостатки термопар – невысокая чувствительность, большая инерционность, необходимость поддержания постоянной температуры свободных спаев.

Широкое применение термопар стало причиной появление в нашей стране многих предприятий – изготовителей, среди них ЗАО «промышленная группа Метран», г. Челябинск; приборостроительный завод, г. Луцк и др.

Фотоэлектрические пирометры

Для измерения в промышленных условиях температур от 100 до 4000 °С применяют фотоэлектрические пирометры.

Действие фотоэлектрического пирометра основано на свойстве фотоприемника изменять возникающий в его цепи ток пропорционально падающему на него потоку излучения.

Изображение контролируемой поверхности 1 фокусируется линзой 2 через ограничивающую диафрагму 3 на отверстии диафрагмы 5, установленной перед приемником излучения 7. Если изображение нагретой поверхности полностью перекрывает отверстие диафрагмы 5, то величина светового потока, падающего на приемник излучения, пропорциональна только интенсивности излучения контролируемой поверхности и, следовательно, ее температуре. Через отверстие 6 на приемник излучения падает световой поток от лампы 11 отрицательной обратной связи, питаемой током выходного каскада усилителя 9. Модулятором 4 световые потоки от визируемого тела и лампы модулируются с частотой 50 Гц в противофазе, благодаря чему переменная составляющая через приемник 7 пропорциональна разности этих потоков. Переменная составляющая фототока усиливается усилителем 8, выпрямляется фазочувствительным детектором и поступает на усилитель постоянного тока. Таким образом, ток лампы обратной связи, однозначно связанный с ее световым потоком, с достаточной точностью характеризует яркостную температуру контролируемой поверхности. Последовательно с лампой обратной связи включен калиброванный резистор 10, падение напряжения на котором, пропорциональное току лампы, измеряется электронным потенциометром 12, градуированным в единицах яркостной температуры.

Конструктивно фотоэлектрический пирометр состоит из визирной головки, электронного блока и электронного потенциометра.

В настоящее время широкое применение получили инфракрасные пирометры. Некоторые из них представлены в таблице 5.

Инфракрасные термометры модели М67В, Р, L разработаны для измерения температуры в различных технологических процессов. Они имеют прочный термозащитный корпус, изготовленный из нержавеющей стали, дополнительные устройство для воздушного и водяного охлаждения, а также другие приспособления, которые обеспечивают работоспособность приборов в жестких производственных условиях.

В отличие от М67 прибор M68L состоит из двух узлов:

– объектива, который улавливает инфракрасное излучение объекта измерения, фокусирует его и передает с помощью волоконно-оптического кабеля;

– электронного блока с чувствительным элементом и процессором для обработки сигналов.

Такая конструкция имеет несколько достоинств:

– гибкий оптико-волоконный кабель позволяет измерять температуру объектов, находящихся за пределами прямой линии зрения;

– отсутствует необходимость водяного охлаждения прибора при измерении температуры в печах различных типов;

– возможно, проводить измерения в закрытых резервуарах, в процессах с электромагнитными полями и радиоактивным излучением.

Таблица 5. Инфракрасные пирометры

Тип	Предел измерения, 0С	Температура окружающей среды, 0С	Погрешность	Быстродействие
М-50	20…300	0…70 без охлаждения; 0…200 с воздушным охлаждением	1,5% шкалы	50 мс
М67В	0…1000	– 0…60 °С (без охлаждения); – до 120 °С (с воздушным охлаждением); – до 315 °С (с термозащитным корпусом).	± 0,5% шкалы или 1 °С (наибольшее)	100 мс
М67Р	250…1650	– / –	– / –	– / –
M67L	400…2200	– / –	– / –	– / –
M68L	350…3000	Электронный модуль 0…60 0С; – 60…315 °С объектив и световод в сборе – до 500 °С объектив с охлаждающим кожухом.	– / –	регулируемое 50 мс..10 с

Измерение температуры валков

Валки прокатных станов работают при обильном охлаждении их поверхностей эмульсией или водой. В этих условиях невозможно применять пирометры. Даже на дрессировочных станах, где не применяется охлаждение валков, пирометры не могут обеспечить необходимой точности измерения температуры поверхности валка из-за ее переменной отражательной способности и большой запыленности.

Непригодны для длительной эксплуатации и контактные способы измерения температуры вследствие высокой скорости вращения валков, приводящей к нестабильной работе датчиков и их быстрому истиранию. Наиболее удачной является конструкция датчика температуры валков типа ДТВ-УЗТМ. Датчик имеет хромель-копелевую микротермопару, измеряющую температуру в замкнутом объеме, образуемом поверхностью валка и прижатым к ней капролитовым стаканом. Постоянство усилия прижатия обеспечивается при помощи груза. По мере истирания капролитового стакана расстояние от поверхности валка до термопары изменяется от 2 до 0,2 мм. При этом возникает дополнительная погрешность около 3 °С на валках, смачиваемых эмульсией, и около 6 °С на валках дрессировочных станов. Наблюдается также погрешность в 5 … 10 °С при изменении скорости прокатки от нуля до 12 м/с. Датчики ДТВ-УЗТМ измеряют температуру поверхности валков в диапазоне 0…200 °С.

4. Датчики измерения устройств управления

Из многочисленных датчиков, применяемых в автоматизации технологического оборудования прокатного производства, будем рассматривать только датчики, использующиеся для получения информации о координатах и скорости некоторого элемента автоматической системы. Эти датчики условно разделим на четыре группы: датчики положения, датчики перемещения, датчики размеров и измерители скорости. Эти датчики условно отнесены к группе измерения устройств управления, однако некоторые из них могут с успехом использоваться и в измерении технологических переменных такие, например, как датчики размеров и др.

4.1 Датчики положения

Датчики положения, называемые также позиционными датчиками или путевыми переключателями, которые предназначены для получения сигнала о том, что движущийся орган объекта управления достиг заданного положения. При достижении этого положения выходной сигнал датчика изменяется скачком, т.е. датчик имеет релейную характеристику.

По виду используемой энергии и коммутируемых цепей датчики положения делятся на электрические, гидравлические и пневматические, а по способу воздействия на датчики – контактные и бесконтактные. Датчики, осуществляющие переключения только в конечных точках пути, называются конечными выключателями. Обычно один и тот же тип переключателя может выполнять функцию как путевого (в промежуточных точках хода), так и конечного выключателя.

Электрические контактные переключатели

Эти датчики применяются для коммутаций цепей управления переменного и постоянного тока. Конструктивно они представляют собой устройства, в корпусе которых размещены контакты и толкатель (рычаг), передающий воздействие к подвижным контактам от механических упоров. Переключатели бывают простые и мгновенного действия. В последних подвижный контакт переходит практически мгновенно из одного положения в другое при приложении к толкателю воздействия определенной величины. Переключатели немгновенного действия (простые) применяются при скоростях движущихся органов более 0,07 м/с, поскольку при меньших скоростях происходит усиленный износ контактов от электрической дуги.

В тех случаях, когда требуются небольшие габариты переключателя, применяются микропереключатели, которые имеют мгновенное действие и достаточно высокую точность срабатывания. В системах циклового программного управления необходимо иметь по одной координате несколько путевых команд, поэтому путевые переключатели здесь выполняют в виде блоков микровыключателей, смонтированных в одном корпусе.

Основным недостатком электроконтактных переключателей является малая долговечность, связанная с износом их механических и электрических элементов.

Бесконтактные выключатели

Бесконтактным выключателем (ВБ) называется выключатель, приводимый в действие внешним объектом без механического контакта выключателя и объекта. Коммутация нагрузки производится полупроводниковыми элементами узла коммутации ВБ. Все это обеспечивает высокую надёжность работы бесконтактного выключателя.

В системах управления они, как правило, выполняют функцию датчиков обратной связи, сигнализируя о завершении выполнения конкретным элементом оборудования команды на перемещение. Но этим их применение не ограничивается.

Входя в зону чувствительности бесконтактного выключателя движущийся объект вызывает его срабатывание. При срабатывании ВБ полупроводниковый узел коммутации включает или отключает ток нагрузки (до 400 мА DC или до 500 мА АС). В качестве нагрузки может быть использован вход контроллера, электронной схемы или непосредственно обмотка реле, контактора.