Методические рекомендации для выполнения контрольных работ (стр. 2 из 4)

НАЗНАЧЕНИЕ ДАТЧИКОВ И РЕГУЛЯТОРОВ

Чувствительные элементы и датчики являются одним из основных элементов автоматических систем. Они предназначены для измерения и контроля различных физических величин (параметров производственных процессов). В основе работы температурных датчиков лежит принцип преобразования измеряемой температуры в электрическую величину, удобную для дальнейшего использования в автоматической системе.

Датчиками температуры с электрическим выходом являются электрические термометры: термометры сопротивления и термопары.

Термопары широко применяют для измерения температуры различных объектов, а также в автоматизированных системах управления и контроля. Измерение температур с помощью термопар получило широкое распространение из-за надежной конструкции датчика, возможности работать в широком диапазоне температур, малой инерционность и дешевизны. Широкому применению термопары обязаны в первую очередь своей простоте, удобству монтажа, возможности измерения локальной температуры. Также они имеют более линейную характеристику, чем многие другие датчики. Термопары незаменимы при измерении высоких температур (вплоть до 2200°С) в агрессивных средах. Термопары могут обеспечивать высокую точность измерения температуры на уровне ±0,01^°С.

Принцип действия термопар основан на термоэлектрическом эффекте, заключающемся в том, что в замкнутом контуре, состоящем из двух разнородных проводников, течет ток, если места спаев проводников имеют различные температуры. Если взять замкнутый контур, состоящий из разнородных проводников (термоэлектродов), то на их спаях возникнут термоЭДС E(t) и E(t₀). Возникновение термоЭДС объясняется тем, что при его нагревании возникает поток электронов от горячего спая к холодному. На холодном спае создается отрицательный потенциал, а на горячем – положительный. Разность этих потенциалов будет определять величину термоЭДС термопреобразователя.

У любой пары однородных проводников значение результирующей термоЭДС зависит только от природы проводников и от температуры спаев и не зависит от распределения температуры вдоль проводников.

Термоэлектрический контур можно разомкнуть в любом месте и включить в него один или несколько разнородных проводников (рис.2). Если все появившиеся при этом места соединений находятся при одинаковой температуре, то результирующая термоЭДС, действующая в контуре, не изменяется. Таким образом, термопара может образовывать устройство (или его часть), использующее термоэлектрический эффект для измерения температуры. Термопары работают в комплекте с пирометрическими милливольтметрами, потенциометрами и цифровыми приборами, которые подключают либо к концам термоэлектродов , либо в разрыв одного из них.

Дилатометрические (объемные) датчики измерения температуры основаны на явлении расширения (сжатия) твердых тел, жидкостей или газов при увеличении (уменьшении) температуры.Температурный диапазон работы преобразователей, основанных на расширении твердых тел, определяется стабильностью свойств материалов при изменении температуры. Обычно с помощью таких преобразователей измеряют температуры в диапазоне –60 – 400 . Погрешность преобразования составляет 1 – 5 %.

Измерители-регуляторы технологические (одноканальные, многоканальные) предназначены для измерения и контроля температуры, а также других неэлектрических величин, значение которых преобразуются в электрические сигналы силы и напряжения постоянного тока или активное сопротивление.

Контрольно-измерительный прибор — это средство измерений, дающее возможность непосредственно отсчитывать (регистрировать) значения измеряемой величины. В аналоговых приборах отсчитывание производится по шкале, а в цифровых — по цифровому отсчётному устройству.

Показывающие контрольно-измерительные приборы предназначены только для визуального отсчитывания показаний, а регистрирующие — снабжены устройством для их фиксации.

В целях автоматизации управления технологическими процессами КИП приборы часто снабжаются дополнительными регулирующими, счётно-решающими и управляющими устройствами, действующими по задаваемым программам.

Позиционный регулятор – это самый широко распространенный тип регулятора. Причина популярности в его простоте при удовлетворительном качестве регулирования. Этот регулятор описывается зависимостью выходного сигнала управления от входного сигнала, представленной на диаграмме (рис.2). Рис.2

Регулятор типа 1 применяется для управления объектами с исполнительным устройством типа «нагреватель»: наличие сигнала управления приводит к увеличению измеренного сигнала, регулятор типа 2 - для управления объектами с исполнительным устройством типа «холодильник»: наличие сигнала управления приводит к уменьшению измеренного сигнала. Принцип действия регулятора типа 1 (типа 2 аналогично) заключается в том, что он полностью включает управляющее воздействие, если измеренный сигнал меньше заданного (уставки), и полностью выключает, если сигнал больше уставки.

ПРИБОРЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

Для автоматизации процесса прессования применяют специальные приборы и датчики, отвечающие выполнению поставленной задачи.

В качестве термоэлектрического преобразователя можно использовать термопары таких фирм-изготовителей как Элемер и Метран.

1.Термоэлектрические преобразователи Rosemount 0185 (Метран)

Термоэлектрические преобразователи изготовлены с использованием многолетнего опыта разработок и современных кабельных технологий. Они отличаются высокой точностью измерений и долговременной стабильностью, надежностью и взаимозаменяемостью.

Термоэлектрические преобразователи Rosemount 0185 поставляются как в комплекте с соединительными головками, защитными гильзами и удлинителями для точного измерения температуры, готовыми к установке на процесс, так и в виде измерительных вставок. Они бывают с проволочными выводами, клеммным блоком или подпружиненным адаптером для резьбового крепления.

Термоэлектрические преобразователи (ТП) Rosemount 0185 соответствуют требованиям стандарта IEC 584 и используют НСХ типов J, К и N. Горячий спай ТП выпускается в заземленном и незаземленном, в изолированном и неизолированном исполнениях.

Основные технические характеристики:

1. ТП Rosemount 0185 изготавливаются из специально подобранных материалов, которые соответствуют стандарту IEC584. Чистое соединение в месте сварки термоэлектродов обеспечивает надежность цепи и гарантирует высокую точность измерений. Горячий спай защищен от окружающей среды оболочкой кабеля.

2. Возможны несколько вариантов материала оболочки термопарного кабеля. Например, при измерении температуры воздушной среды до 800°С используется материал оболочки AISI.

3. Сопротивление изоляции: 1000 МОм при 500 В и постоянном токе.

4. Степень защиты от воздействия пыли и воды: IP65/IP 68.

Наиболее соответствующий требованиям данного технологического процесса преобразователь термоэлектрический - ТХА Метран-241.

Он предназначен для измерения температуры малогабаритных подшипников, поверхности твердых тел, корпусов и головок термопластавтоматов, червячных прессов для переработки пластмасс и резиновых смесей. Его основные характеристики:

1.Количество чувствительных элементов: 1, 1 или 2 .

2.Чувствительный элемент: кабель термопарный КТМС.

3.Класс допуска: 2 по ГОСТ Р 8.585.

4.Диапазон измеряемых температур: -40...200°С.

5.Рабочий спай: изолированный.

6.Материал головки: пластик.

7.Средний срок службы: не менее 3-х лет.

8.Номинальная статическая характеристика :ХА(К)

9.Стандартный ряд монтажных длин: 10 32 60 80 100 120 160 200 250 320 400 500 мм.

10.Масса: 0,4 0,5 0,6 кг.

11.Материал защитной арматуры: латунь Л63 или Л96 , 12Х18Н10Т.

12.Условное давление - 0.4МПа, показатель тепловой инерции - 6, степень устойчивости к пыли и воды - IP5Х

2. Термоэлектрические преобразователи – термопары (Элемер)

Особенности термопар:

1.Данные термопреобразователи могут быть использованы в теплоэнергетике, химической, металлургической и других отраслях промышленности, а также на объектах атомных электростанций.

2.При изготовление большинства термоэлектрических преобразователей в качестве чувствительного элемента применяется кабель термопарный с минеральной изоляцией в стальной оболочке (КТМС)

В данном технологическом процессе можно использовать термопары следующих модификаций: ТП 2088Л, ТП 2088, ТП 2388. Они предназначены для измерения температуры жидких, газообразных сред (в том числе агрессивных, которые не разрушают защитную арматуру изделия) и твердых тел в различных отраслях промышленности. Чувствительный элемент проволока (ХА, ХК) и КТМС кабель для 2088Л.

Рис.3

Наиболее подходящей в качестве чувствительного элемента для процесса прессования является термопара типа ТП2088/4 (рис.3). Ее характеристики:

1.Количество чувствительных элементов: 1 или 2 .

2.Чувствительный элемент: КТМС кабель.

3.Класс допуска: 2.

4.Диапазон измеряемых температур: -40...+600°С.

5.Рабочий спай: изолированный.

6.Номинальная статическая характеристика (НСХ): ХК(L).

7. Материал клеммной головки: алюминиевый сплав Tmax = 200 °C.

8.Материал защитного чехла: цельнотнутая труба 12Х18Н10Т.

9.Средний срок службы: 6 лет.

10.Стандартный ряд монтажных длин: 80, 100, 120, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000 мм.

11.Климатические условия эксплуатации: -50…+100 °C

12.Условное давление - 0.4МПа, показатель тепловой инерции – 7с, степень устойчивости к пыли и влаги - IP65