Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Метод компенсации напряженийСодержание книги
Похожие статьи вашей тематики
Поиск на нашем сайте
На рисунке 9 приведена упрощенная схема устройства автоматического потенциометра. Сигнал термоэлектрического термометра (ТТ) (Е (t2,t0)) сравнивается с компенсирующим напряжением UK, снимаемым с диагонали неуравновешенного измерительного моста ИМ (Б – источник питания). Мостовая измерительная схема является более совершенной и позволяет непрерывно вводить коррекцию на изменяющуюся температуру свободных концов термоэлектрического термометра. Если E(t2,t0)≠UK, то на вход вибропреобразователя (ВП) подается сигнал дисбаланса ∆U. Происходит преобразование напряжения постоянного тока, который затем усиливается в усилителе и подается на реверсивный двигатель (РД). Последний одновременно перемещает движок реохорда Rp и стрелку относительно шкалы прибора. Изменение положения движка Rp приводит к такому изменению UK, которое влечет за собой уравновешивание измеряемой т.э.д.с. компенсирующим напряжением. При этом ∆U=0 и двигатель остановится. Таким образом, любые изменения т.э.д.с. приводят к перемещению РД, т.е. прибор непрерывно автоматически компенсирует измеряемый сигнал известным напряжением. Рисунок 9 − Упрощенная принципиальная схема автоматического потенциометра
Описание лабораторной работы представлено в параграфе 2. Погрешности показаний и записи автоматических потенциометров (и мостов) можно разделить на две группы: ошибки, возникающие в условиях нормальной эксплуатации, и ошибки, являющиеся следствием: а) отклонения различных внешних факторов (температуры и влажности воздуха, напряжения и частоты тока питания, вибрации) от нормальных значений; б) появления внешних магнитных полей и других источников наводок и помех. Вибрация и погрешности в измерении и регистрации контролируемых величин при нормальных условиях работы приборов возникают вследствие: а) неточной градуировки шкалы; б) неточной установки шкалы и диаграммной бумаги; в) наличия зоны нечувствительности и зазоров в следящей системе автоматической компенсации; г) нестабильности внутренних электромагнитных полей и напряжения источника питания измерительной системы; д) ошибки отсчета показания. Значительные дополнительные погрешности, часто превышающие допустимые значения, возникают из-за мощных электромагнитных полей, являющихся следствием работы мощных металлургических агрегатов (электродуговые печи, камерные и протяжные печи с электронагревателями сопротивления) или их вспомогательного оборудования (электродвигатели загрузочных кранов, привод роликов и т.п.). Также на точность записи влияет влажность окружающего воздуха: изменение этой величины на 10% может за счет увеличения (при росте влажности) или уменьшения (при ее снижении) ширины диаграммной бумаги увеличить погрешность регистрации контролируемого параметра на 0,15% от диапазона шкалы.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 Цель лабораторной работы – изучение разностного и компенсационного методов и средств измерения, проведение лабораторного эксперимента по исследованию влияния температуры свободных концов термопары на термо-ЭДС. Основные понятия Одним из основных параметров, определяющих ход металлургических процессов, является температура. Работа печных агрегатов характеризуется температурой металла, шлака, топлива, защитной атмосферы, дымовых газов, кладки, а также других сред и элементов рабочего пространства. От точного и надежного измерения данной величины в значительной мере зависит эффективность функционирования АСУ ТП. Многообразие задач предопределило появление большого числа различных методов и средств контроля температуры [3]. Тепловое состояние тела (степень его нагретости) определяется средней кинетической энергией поступательного движения молекул данного тела. Следовательно, и температура, характеризующая тепловое состояние физического объекта, является статистической величиной, поэтому ее измерение имеет смысл только в телах, состоящих из достаточно большого числа молекул. Разный уровень температур двух тел, находящихся в контакте, определяет направление теплопередачи: тело с более высокой температурой отдает свою внутреннюю энергию телу с более низкой температурой до тех пор, пока их температуры не станут равными. Таким образом, температура тела − параметр состояния, который определяет направление передачи тепловой энергии. Измерить температуру непосредственно, как плотность или линейные размеры, невозможно, поэтому температуру определяют косвенно, по изменению физических свойств различных тел, получивших название термометрических, например, объемное расширение, изменение электрических свойств: электрической проводимости, термоэлектродвижущей силы (т.э.д.с.) и т.п. Термоэлектрические термометры Для измерения температуры в металлургии наибольшее распространение получили термоэлектрические термометры, работающие в диапазоне температур от -200 до 2500 град.С и выше. Данный тип устройств характеризуют высокая точность и надежность, возможность использования в системах автоматического контроля и регулирования параметров, в значительной степени определяющих ход технологического процесса в металлургических агрегатах. Устройство термоэлектрических термометров Термоэлектрический термометр (ТТ) – это измерительный преобразователь, чувствительный элемент которого (термопара) расположен в специальной защитной арматуре, обеспечивающей защиту термоэлектродов от механических повреждений и воздействия измеряемой среды. На рисунке 10 приведена типовая конструкция термоэлектрического термометра. Термоэлектроды 10 по всей длине изолированы друг от друга керамическими изоляторами 9. Концы термоэлектродов сварены между собой и образуют горячий спай 11. Свободные концы термоэлектродов подсоединяются к контактам колодки 5. Термоэлектроды и контактные зажимы помещены в защитную арматуру 8. Для обеспечения виброустойчивости они засыпаны безводной окисью алюминия и герметизированы эпоксидным компаундом 7. К контактным зажимам колодки подсоединены компенсационные провода, которые выводятся из головки термометра через сальниковое уплотнение 3 со штуцером 2. Водозащитная головка термометра 6 закрыта крышкой 4. Сальниковый ввод головки допускает использование кабеля наружным диаметром до 11 мм. Горячий спай термопары изолирован от защитной арматуры керамическим наконечником 1. Инерционность термоэлектрического термометра составляет 20 −120 с.
Сущность термоэлектрического метода заключается в возникновении электродвижущей силы (ЭДС) в проводнике, концы которого имеют различную температуру. В зависимости от величины перепада температур и природы проводника (состав, физическое состояния) величина ЭДС колеблется в значительных пределах [3]. Принцип действия термопары основан на эффектах Томсона и Зеебека. Эффект Томсона заключается в том, что если проводник, обладающий электронной проводимостью, нагрет по своей длине неравномерно, то на его нагретом конце повышается концентрация свободных электронов, которые диффундируют к холодному концу. При этом горячий конец заряжается положительно, а холодный отрицательно. Если замкнутая цепь состоит из двух различных проводников Х и Y, то т.э.д.с. Томсона в такой цепи равна разности т. э. д. с., возникающих в каждом проводнике, в зависят от температуры спаев t и t0 (t ≠ t0). Эффект Зеебека проявляется в том, что в спаях различных проводников Х и Y возникают контактные разности потенциалов, вызванные диффузией свободных электронов из проводника, где их концентрация больше. , (1) где Еxy (tt0) − общая т.э.д.с, термопары; e XY (t) и eyx(t0) − т.э.д.с., вызванные эффектами Томсона и Зеебека. Если t=t0, то ЕXY (tt0) = 0 и тогда exy (t0) + eyx (tt0) = 0или eyx (t0 ) = -exy (t0 ) (2) Подставляя это равенство в формулу (1), получим выражение т.э.д. с. термопары в виде: Из выражения (3) видно, что т. э. д. с. термопары есть функция двух температур рабочего и холодного спаев, т. е. ЕXY = f(tt0). Эту зависимость можно использовать на практике, если поддерживать постоянной, тогда Таким образом, если для данной термопары экспериментально найдена зависимость f(t), то измерение неизвестной температуры сводится к определению т. э. д. с. с помощью измерительного прибора. Его включение в цепь термопары приводит к появлению там третьего проводника Z. При обходе контура против часовой стрелки получим: ЕXYZ (tt0t0)= eXY (t) +eYZ(t0) (4) eYZ(t0)+eZX(t0) = —еXY(t0). (5) EXYZ(tt0t0)=eXY(t)- eXY(t0), что точно совпадает с выражением (3) для термопары из двух термоэлектродов Х и Y. Таким образом, включение третьего проводника Z в разрыв холодного спая при условии, что концы этого проводника находятся при одинаковой температуре t0 не влияет на общую т. э. д. с. термопары, т. е. EXYZ(tt0t0)=EXY(tt0). Термопары, как правило, градуируются при температуре холодного спая t0 = 0 °С. действительная же температура холодного спая термопары может быть постоянной t’0 = const, но отличаться от 0°С, Поэтому для нахождения действительной температуры горячего спая t необходимо вводить поправку, которую находят следующим образом. Пусть t’0 = const и t’0 > t0, тогда ЕXY (tt0)> ЕXY (tt’0) и, следовательно, Таким образом, с учетом поправки истинная т. э. д. с. термопары будет равна: Пример. Термоэлектрический термометр ТХА измеряет температуру в печи в комплекте с потенциометром. При градуировке ТХА температура свободных концов принималась 0 oC в условиях измерения она составила t'0 =50 oC. Сигнал, измеренный потенциометром, ЕXY(t,50)=40,98 мВ, что соответствует температуре 993 оС. Величина поправки может быть определена либо по градуировочной кривой (см. рисунок 11), либо по таблице: ЕXY(50,0)=2,02 мВ. ЕXY (t,0)= ЕXY(t,50)+ ЕXY(50,0)=40,98+2,02=43,00 мВ, что соответствует температуре рабочего спая t= 1044 oC.
Рисунок 11 − Градуировочные характеристики термопар Для исключения влияния изменения температуры концов ТТ в технике измерения пользуются двумя способами: 1) эвакуацией свободных концов из зоны непосредственного измерения с помощью компенсационных проводов; 2) стабилизацией температуры свободных концов с помощью термостатов. Наибольшее распространение получил первый способ как более надежный и экономичный. Термостатировать головку термометра очень трудно из-за изменяющихся условий теплообмена с окружающей средой. Поэтому свободные концы термопары стремятся удалить как можно дальше от агрегата в такое место, где можно установить термостат. Однако для благородных термопар удлинение термоэлектродов невозможно, так как это приведет к значительному перерасходу платины. Необходимо отметить, что провода, выводимые из головки ТТ, работают при температурах, не превышающих 80-90 °С. Следовательно, соединительные провода для исключения паразитных т.э.д.с. должны иметь в интервале температур от 0 до 100 оС такие же термоэлектрические характеристики, как и термопара ТТ, что позволяет перенести свободные концы термометра непосредственно к измерительному прибору. На рисунке 12 представлена принципиальная схема комплекта для измерения температуры,t включающего: термопару с электродами Х и Y, удлинительные (компенсационные) провода А1 и В1, медные провода Си измерительный прибор ИП (например, автоматический потенциометр, милливольтметр, цифровой вольтметр) либо это может быть информационно-измерительная система или информационно-вычислительный комплекс. Рисунок 12 − Принципиальная схема соединений комплекта для измере- ния температуры с помощью термопары
Для повышения чувствительности таких термометров иногда объединяют последовательно несколько термопар в термобатарею (рисунок 13, б). При этом рабочие концы всех термопар находятся при температуре исследуемого объекта θ1, а свободные — при постоянной (или известной) температуре θ2. Суммарная выходная термоЭДС, естественно, будет равна сумме термоЭДС отдельных ТП.
а − возникновение термоЭДС; б − термобатарея; в − дифференциальная термопара Рисунок 13 − Термоэлектрические преобразователи (термопары)
Для нахождения разности температур двух объектов применяются так называемые дифференциальные термопары, которые состоят из двух встречно включенных ТП (рисунок 13, в). Рабочие концы ТП имеют разную температуру (θА и θБ), а свободные — одинаковую θ2. В результате выходное напряжение пропорционально разности температур. В соответствии с общепринятой международной классификацией термоэлектрические преобразователи (термопары) подразделяются на несколько типов в зависимости от применяемых материалов и характеристик. Характеристики некоторых основных типов ТП приведены в таблице 2.
Таблица 2 − Основные характеристики некоторых типов термопар
Выбор материалов термоэлектродов в значительной степени определяется уровнем температуры и агрессивным воздействием измеряемой среды. Платина и ее сплавы с родием хорошо работают в окислительной и нейтральной средах, вольфрам, молибден, рений и их сплавы – в вакууме, нейтральной и восстановительной средах. Науглероживание проволоки искажает термоэлектрическую характеристику платины и приводит к погрешностям в измерении. Значительный опыт эксплуатации различных термопар привел к тому, что в настоящее время количество применяемых в технике измерения материалов невелико. Отметим, что в России приборостроительными фирмами ТП типа Е и J не выпускаются. Графическая иллюстрация характеристик основных типов ТП приведена на рисунке 10. Наглядно видно, какие типы обеспечивают наибольший диапазон измерения, максимальную чувствительность или наилучшую линейность. В практике типовых температурных измерений чаще всего используются ТП трех типов: J, К, Т. Термопары типа J имеют минимальную стоимость, высокую чувствительность, умеренную точность, но не могут (не должны) использоваться длительное время при экстремальных температурах (выше 1 000 °С), так как нарушается их градуировочная характеристика. Термоэлектрические термометры выпускают двух видов: погружаемые и поверхностные. У последних рабочий спай приводится в непосредственный контакт с измеряемой поверхностью. Приборостроительная промышленность изготовляет устройства различных модификаций, отличающихся: по значению и условиям эксплуатации, по материалу защитного чехла, по способу установке термометра в точке измерения, по герметичности и защищенности от действия окружающей среды, по устойчивости к механическим воздействиям, по степени тепловой инерционности т.п. Цифровой термометр Рассмотрим один из наиболее распространенных вариантов устройства цифрового термометра (ЦТ), входным датчиком которого является термопара (ТП). На рисунке 14 приведена упрощенная структура контактного ЦТ, которая напоминает структуру любого цифрового измерительного прибора. Термопара подключается к входу усилителя, назначение которого поднять уровень входного сигнала с единиц-десятков милливольт до единиц вольт. Аналого-цифровой преобразователь преобразует усиленный сигнал ТП в цифровой код, пропорциональный уровню термоЭДС и, следовательно, значению измеряемой температуры. В автономных ЦТ, как правило, применяются АЦП, использующие интегрирующие методы преобразования, обеспечивающие высокие точность, чувствительность, разрешающую способность, высокое подавление периодических помех общего и нормального вида, уровень которых может быть значительным. Выходной код аналого-цифрового преобразователя (АЦП) запоминается (и затем некоторое время хранится) в регистре и выводится на цифровой индикатор (цифровое отсчетное устройство). Микропроцессорный контроллер управляет работой всех узлов прибора. С помощью клавиатуры оператор задает режимы работы. В структуре прибора может присутствовать интерфейс для обмена информацией с внешними цифровыми устройствами (например, для передачи результатов регистрации в персональный компьютер и (или) в систему автоматизированного управления). Известны модели многоканальных ЦТ (чаще двухканальных). Отличие этих приборов − наличие коммутатора входных ТП, который позволяет поочередно подключать датчики ко входу усилителя. Двухканальные ЦТ обычно имеют режим измерения разности температур. Такие приборы называются дифференциальными термометрами. Современные ЦТ отличаются малыми габаритными размерами и массой (100...500 г), сравнительно низкой стоимостью, достаточно высокими метрологическими и эксплуатационными характеристиками.
Рисунок 14 − Структура контактного цифрового термометра
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2016-04-07; просмотров: 769; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.147.56.125 (0.01 с.) |