Программа работы
1. Изучить назначение, технические характеристики, устройство, принцип работы, настройку и подготовку к работе;
2. Изучить требования инструкций по эксплуатации автоматических приборов по измерению, записи и регулированию температуры, знать правила их эксплуатации и технику безопасности.
3. Схемы принципиальные начертить, объяснить принцип работы автоматических приборов по измерению, записи и регулированию температуры.
4. Изучить конструктивное устройство приборов по натурным образцам и схемы их подключения на лабораторных стендах.
АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ПОТЕНЦИОМЕТРЫИ МОСТЫ
Назначение н принцип действия
Электронные автоматические потенциометры и уравновешенные мосты применяют для измерения, записи и регулирования температуры и других величин, изменение значений которых может быть преобразовано в напряжение постоянного тока или в изменение активного сопротивления. Приборы состоят из трех основных узлов: измерительной схемы, электронного усилителя и отсчётного устройства.
В основу работы автоматического потенциометров положен компенсационный метод измерения, основанный на уравновешивании измеряемой величины другой известной величиной. Компенсационный метод характеризуется высокой точностью измерения.
Типовая измерительная схема автоматического потенциометра приведена на рисунке 1. В одну диагональ мостовой схемы включен стабилизированный источник питания У2; в другую через нуль-индикатор У1 подается ЭДС датчика УЗ. Если измеряемая ЭДС равна падению напряжения на реохорде Rp, то к усилителю У1, выполняющему функцию нульиндикатора, будет подведен нулевой сигнал и вся система будет находиться в равновесии. При изменении ЭДС датчика на величину, равную или большую чувствительности усилителя, на вход последнего подается напряжение разбаланса, которое после преобразования и усиления воздействует на уравновешивающий электродвигатель. Ротор последнего, вращаясь, перемещает движок реохорда до равновесного состояния схемы. Вращение выходного вала реверсивного электродвигателя с помощью механической передачи преобразуется в перемещение указателя. Так как каждому значению ЭДС датчика соответствует определенное положение движка реохорда и указателя, то в момент равновесия схемы положение указателя определяет значение измеряемого параметра.
Все резисторы измерительной схемы, кроме RМ, изготавливают из стабилизированной манганиновой проволоки. Резистор RМ выполнен из медной проволоки, имеющей большой температурный коэффициент сопротивления и расположен в месте подключения компенсационных проводов к прибору. В результате этого резистор RМ и свободные концы термопары находятся при одинаковой температуре и изменение ЭДС термопары за счет изменения температуры свободных концов, компенсируется изменением падения напряжения на RМ вследствие изменения величины этого сопротивления. Таким образом, компенсация температуры свободных концов термопары осуществляется автоматически. Уравновешивающим устройством в измерительных схемах потенциометров является реохорд, состоящий обычно из рабочей и токосъемной спиралей, выполненных из устойчивой к износу и коррозии вольфрам-палладиевой проволоки, намотанной на две изолированные медные шинки. Для повышения надежности работы схемы движок реохорда снабжают контактами, выполненными из сплава золото-серебро-медь.
Также для измерений применяют электронные автоматические мосты, в основу которых положен нулевой метод измерения сопротивления. Типовая измерительная схема автоматического уравновешенного моста показана на рисунке 2. Она построена по схеме уравновешенного моста, в одну диагональ которого включают источник постоянного или переменного тока, в противоположную диагональ — электронный усилитель, управляющий работой асинхронного двигателя следящей системы
Рисунок 2-Измерительная схема автоматического уравновешенного моста.
Схема работает следующим образом. При изменении температуры контролируемого объекта изменяется сопротивление термопреобразователя сопротивления RТ, в результате чего нарушается равновесие мостовой схемы. В измерительной диагонали моста появляется напряжение разбаланса, поступающее на усилитель У1, выполняющий роль нуль-индикатора. Напряжение разбаланса в усилителе усиливается до величины, достаточной для приведения в действие реверсивного электродвигателя, ротор которого, вращаясь, перемешает движок реохорда до равновесного состояния схемы. Вращения выходного вала реверсивного электродвигателя с помощью механической передачи преобразуется в перемещение указателя. Так как каждому значению термопреобразователя сопротивления соответствует определенное положение движка реохорда и указателя, то в момент равновесия схемы положение указателя определяет значение измеряемого параметра. Полярность сигнала зависит от величины реохорда в момент равновесия. Уравновешивающим устройством в измерительных схемах мостов является калибрированный реохорд, аналогичный по своему устройству с реохордом, применяемым в автоматических потенциометрах.
Типы и основные параметры
Различают следующие типы автоматических потенциометров и мостов:
- показывающие;
- регистрирующие (самопишущие);
- показывающие и регистрирующие (самопишущие).
В зависимости от назначения любая группа приборов может иметь следующие исполнения:
- с регулирующим устройством;
- с задатчиком для регулирующих устройств;
- с дополнительными устройствами, служащими для сигнализации, передачи информации об измеряемой величине, выдаче электрических или пневматических сигналов.
В зависимости от условий эксплуатации приборы имеют следующие исполнения:
- обыкновенное;
- обыкновенное с искробезопасной измерительной цепью;
- тропическое;
- тропическое с искробезопасной измерительной цепью.
По числу измерительных систем регистрирующих устройств приборы подразделяют на
одноканальные и многоканальные.
По числу контролируемых точек:
- одноточечные;
- многоточечные
По виду регистрации приборы разделяют на следующие группы:
- с регистрацией в прямоугольных координатах;
- с регистрацией в полярных координатах.
Принцип действия. Виды термопар
Принцип действия термопар основан на явлении термо ЭДС - при
разности температур между рабочим и свободными концами преобразователя, в его цепи возникает электродвижущая сила и, при известном законе зависимости величины этой термо ЭДС от разности
температур, можно измерить саму разность температур.
Принципиальное устройство термопар - термопреобразователь состоит из чувствительного элемента (термопары, армированной электроизоляционной огнеупорной керамикой), заключеннного в высокотемпературную арматуру, защищающую чувствительный элемент термопары от механических
повреждений и вредного воздействия измеряемой среды.
Термопары ТХА и ТХК - это термометры сопротивления которые применяют для измерения температуры различных промышленных объектов, а также в различных контурах управления и автоматического контроля на производствах. Главные преимущества хромель-алюмелевых и хромель-копелевых термопар перед другими видами термопреобразователей - невысокая стоимость, достаточно широкий диапазон измеряемых температур - от -2000С до +13720C (предел измерений зависит от диаметра используемой термоэлектродной проволоки), а также надежная конструкция термопреобразователей. Также широкому применению хромель-алюмелевые и хромель-копелевые термопары обязаны в первую очередь своей простоте, удобству монтажа, возможностям по измерению локальной температуры. Показатели термопреобразователей ТХА и ТХК гораздо более линейны, чем многие другие датчики, а их нелинейность хорошо предсказуема и подробно описана в специальной литературе. Кроме того к числу достоинств термопар ТХА и ТХК относятся также малая инерционность, возможность измерения малых разностей температур. При выборе датчиков температуры видов ТХА и ТХК следует учесть что их нежелательно использовать в атмосфере с повышенным содержанием серы, так как она влияет на оба электрода. Существует более пятидесяти модификаций под различные производственные нужды.
Преобразователи термоэлектрические ТПП (платина-платина),ТПР (платино-родиевая термопара) предназначены для измерения температуры окисилительных и нейтральных газовых сред, не взаимодействующих с материалом термоэлектродов и не разрушающих материал защитной арматуры.
Отдельные исполнения термопар ТПП и ТПР также предназначены для измерения температуры в печах с продуктами горения твердого
и газообразного топлива и температуры расплавов, не разрушающих материал защитной арматуры
Принцип работы КСП-3
КСП-3 предназначены для измерения силы и напряжения постоянного тока, а также неэлектрических величин, преобразованных в электрические сигналы. Прибор является показывающим и регистрирующим, могут иметь выходные устройства.
В основу работы прибора положен принцип следящего уравновешивания, при котором входной сигнал сравнивается с компенсирующим напряжением измерительной схемы. Сигнал разбаланса усиливается и подается на реверсивный двигатель, выходной вал которого кинематически связан с указателем прибора, регистрирующим и выходными устройствами и с контактом реохорда измерительной схемы. Положение контакта определяет значение компенсирующего напряжения.
Значение измеряемой величины отсчитывается по положению указателя относительно шкалы. Это же значение регистрируется на диаграммном диске. Перемещение диаграммного диска осуществляется синхронным микродвигателем. Выходные устройства преобразуют в соответствующий выходной сигнал.
Прибор является одноканальным. Регистрация показаний измеряемой величины осуществляется непрерывно на диаграммном диске.
Рассмотрим принцип действия потенциометра типа КСП3 с помощью рисунка 3
Рисунок 4. Элементарная блок-схема автоматического потенциометра
Компенсационная цепь потенциометра состоит из реохорда 1 с ползунком, усилителя 2, электродвигателя 3, термосопративление 5. Электродвигатель через редуктор 4 связан с ползунком, указателем и пером (последнее на схеме не указано). Действие компенсационной цепи сводится к автоматическому перемещению ползунка по реохорду в сторону уменьшения напряжения рассогласования (разности термоэлектродвижущей силы и падения напряжения на реохорде) до тех пор, пока это напряжение не станет меньше зоны нечувствительности усилителя. Таким образом положение ползунка и связанных с ним указателя и пера прибора однозначно определяет величину термоэлектродвижущей силы и, следовательно, величину измеряемой температуры.
Преобразование температуры осуществляется с использованием термоэлектрического преобразователя типа ТХА (условное обозначение ХА68). Диапазон измеряемых температур определяется нижним и верхним пределом и соответствует: 0-800˚С; 0-900˚С; 0-1100˚С; 0-1300˚С; 200-600˚С; 200-1200˚С; 400- 900˚С; 600-1100˚С; 700-1300˚С. Диапазон измерений напряжения постоянного тока: от -10 до 0 и до +10 мВ; от 0 до 20 мВ; от 0 до 50 мВ; от 0 до 100 мВ; от - 100 до 0 и до +100 мВ.
Используемая литература:
1. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к лабораторной работе по дисциплинам «Электротехнологические установки» и «Светотехника и электротехнологии»: «АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ»
2.. Баранов Л.А. Светотехника и электротехнология [Текст]/Л.А. Баранов, В.А. Захаров; М: Колос С, 2008.-344с.
3. Старостин В.А. «Технологии измерения и контрольно-измерительнные приборы в промышленности строительных материалов» М: Стройиздат 1988г.