Файл: Курсовой проект по дисциплине Автоматизация измерений, испытаний и контроля.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.05.2024
Просмотров: 57
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
2 Структурная и электрическая принципиальные схемы автоматического компенсатора
3 Технические требования, предъявляемые к автоматическим компенсаторам
4 Выбор автоматического компенсатора и термопары
4.1 Выбор автоматического компенсатора
5 Описание конструкции термопары
6 Погрешность прибора с датчиком температуры
Структурная схема автоматического компенсатора
Электрическая принципиальная схема
Потенциометры должны выдерживать перегрузку, вызванную увеличением (уменьшением) входного сигнала, соответствующего верхнему (нижнему) пределу измерения, на 25 % от нормирующего значения.
Мосты должны выдерживать короткое замыкание и обрыв любого провода линии связи приборов с первичными преобразователями.
Номинальная средняя скорость перемещения диаграммных лент регистрирующих приборов должна выбираться из ряда: 10, 20, 40, 60, 120, 180, 240, 300, 600, 720, 1200, 1800, 2400, 3600, 5400, 7200, 12800, 14400, 18000, 36000, 54000, 90000 мм/ч.
Номинальная средняя скорость вращения диаграммных дисков регистрирующих приборов должна выбираться из ряда: один оборот за 0,1; 0,5; 1,0; 2,0; 4,0; 6,0; 8,0; 12,0; 24,0; 48,0; 72,0; 120; 168 ч. [6]
4 Выбор автоматического компенсатора и термопары
4.1 Выбор автоматического компенсатора
По конструктивному оформлению автокомпенсаторы подразделяются на следующие группы: показывающие (КПП1 и КВП1); показывающие и самопишущие с ленточной диаграммой (КСП1, КСП2 и КСП4); показывающие и самопишущие с дисковой диаграммой (КСПЗ). Потенциометры, также, как и другие вторичные приборы, разделяются на миниатюрные (КПП1, КВП1, КСП1), малогабаритные (КСП2, КСПЗ) и нормальногабаритные (КСП4).
Осуществим выбор автокомпенсатора с помощью таблицы № 10 из учебника Орнатского П.П. «Автоматические измерения и приборы», приведенной на рисунке 1. [7]
Рисунок 1 – Таблица для выбора автокомпенсатора
Выбор автоматического компенсатора производится на основе исходных данных. Они включают в себя:
а) основная погрешность автокомпенсатора 0,5 %;
б) длина шкалы 160 мм;
в) габариты 240 × 320 × 492 мм;
г) с регистрацией.
Исходя из этих данных делаем вывод, что в качестве автоматического компенсатора можно взять КСП2. Поскольку требуется автоматический компенсатор с регистрацией данных, то для выполнения курсового проекта подходят КСП1, КСП2 и КСП4. Учитывая потребляемую мощность, погрешность и возможность регистрации данных, выбираем КСП2.
Потенциометры КСП2 предназначены для измерения, записи, сигнализации (регулирования) температуры и других величин, изменение значения которых может быть преобразовано в изменение постоянного тока, напряжения постоянного тока и активного сопротивления.
Приборы КСП2 – одноточечные. Показания приборов отсчитываются при помощи указателя по шкале, а запись (непрерывная) – на ленточной диаграмме.
Потенциометры КСП2 работают в комплекте с преобразователями термоэлектрическими стандартных градуировок, телескопами радиационных пирометров, с датчиками ЭДС или напряжения постоянного тока.
Технические характеристики потенциометра типа КСП2:
– класс точности приборов – 1,0;
– основная погрешность 0,5%, в записи 1%;
– время прохождения указателя прибора всей шкалы, не превышает 2,5 и
10 с в зависимости от модификации.
– скорость продвижения диаграммной ленты любая из ряда 20, 40, 60, 120, 240, или 600, 1200, 2400 мм/ч;
– погрешность скорости продвижения диаграммной ленты при напряжении сети 220 В и частоте 50 Гц не превышает ± 0,5% от заданной скорости;
– питание силовой схемы прибора от сети переменного тока напряжением 220 В, 50 Гц (по особому заказу - от сети с частотой 60 Гц);
– мощность, потребляемая прибором, не должна превышать 16 Вт;
– длинна шкалы и ширина диаграммной ленты 100 мм;
– толщина линии записи 0,6 мм;
– габаритные размеры прибора 240 × 320 × 492 мм;
– масса прибора не превышает 21 кг;
– срок службы прибора не менее 10 лет. [8]
4.2 Выбор термопары
Термопары имеют широкую область применения в технике – в измерительных устройствах и преобразователях, их главной функцией является участие в процессе измерения температуры. Температурное воздействие на контакты термопары сопровождается возникновением термоэлектродвижущей силы, что дает возможность произвести необходимые измерения. Этот простой прибор помогает измерять температуру различных агрессивных сред и позволяет достичь высокой точности в этих измерениях. Существуют термопары погружаемые и поверхностные, стационарные и переносные, со специальными ударопрочными и виброзащитными оболочками. Ни один электронный термометр не может обойтись без этого устройства, надежного и удобного в монтаже.
При разности температур точек 1 и 2 соединения двух разнородных проводников А и В (рисунок 2), образующих термопару, в цепи термопары возникает термо-ЭДС.
Рисунок 2 – Термопара
Для измерения термо-ЭДС электроизмерительный прибор (милливольтметр, компенсатор) включают в цепь термопары. Точку соединения проводников (электродов) называют рабочим концом термопары, а точки 2 и 2' − свободными концами. Чтобы термо-ЭДС в цепи термопары однозначно определялась температурой рабочего конца, необходимо температуру свободных концов термопары поддерживать одинаковой и неизменной.
Выбор материала термопары обусловливается, в частности, температурным диапазоном измерений. Жаростойкие провода нашли применение в сталелитейных производствах, на предприятиях ВПК, на энергоблоках электростанций. В качестве изоляции для таких проводов применяется керамическое волокно.
Изоляция может быть как одинарной, так и двойной, когда каждая жила провода заключена в отдельный изоляционный слой. В качестве оболочки компенсационного провода широко применяется тефлон, стеклонить. Для изоляции термопарных кабелей обычно применяются минеральные изоляционные материалы, такие, как оксид магния или оксид алюминия. Внешняя оболочка кабеля изготавливается из нержавеющей стали. Все эти оболочки делают кабель устойчивым к механическим повреждениям и допускают изгибы, которые не приводят к деформации.
В таблице 1 приведены характеристики термопар в соответствии с ГОСТ 6616-74 [9]. Для измерения высоких температур используют термопары типов ТПП, ТПР и ТВР. Термопары из благородных металлов (ТПП и ТПР) применяют при измерениях с повышенной точностью. В остальных случаях применяют термопары из неблагородных металлов (ТХА, ТХК).
Таблица 1 – Характеристики термопар
| Тип термопары | Материалы электродов термопар | Термо-ЭДС (при Tр.к. ≤ 100 °С и Tс.к. ≤ 0 °С), мВ | Верхний предел измеряемой температуры, °С | |
| длительно | кратковременно | |||
| ТПП | Платинородий (10 % родия) − платина | 0,64 | 1300 | 1600 |
| ТПР | Платинородий (30 % родия) − платинородий (6 % родия) | 13,81 | 1600 | 1800 |
| ТХА | Хромель (90 % Ni + 10 % Cr) − алюмель (94,83 % Ni + 2 % A1 + + 2 % Mn + 1 % Si + 0,17 % Fe) | 4,10 | 1000 | 1300 |
| ТХК | Хромель − копель (56 % Сr + 44 % Ni) | 6,90 | 600 | 800 |
| ТВР | Вольфрамрений (5 % рения) − вольфрамрений (20 % рения) | 1,33 | 2200 | 2500 |
Примечания:
Tр.к. − температура рабочего конца.
Tс.к. − температура свободных концов.
Исходя из условий в техническом задании и описаний к теплопреобразователям, была выбрана термопара типа ТВР. Технические характеристики термопары:
а) диапазон измерений температуры: +1300...+2500°С
б) условное давление измеряемой среды – 1,5 Мпа.
В изготовлении термоэлектрической проволоки для термопар используются различные сплавы. При выборе термопары для определенной цели учитывается диапазон измеряемых температур, точность измерения и условия эксплуатации. Термопара вольфрамрений (ТВР) - из сплавов ВР5 и ВР20 производят контактные электроды вольфрамо-рениевых термопар, а также комплектующие для измерительно-преобразовательных устройств к ним. Такие измерители эксплуатируются в высокотемпературных режимах, характерных для промышленной металлургии. В термопаре данного типа в качестве положительного электрода используется ВР5, в качестве отрицательного ВР20.
5 Описание конструкции термопары
Термоэлектрический преобразователь ТВР относится к системам измерения и контроля температуры промышленного типа. Он используется в тех случаях, когда произвести замер температуры обычными термометрами не позволяет ситуация. Работа термопар ТВР основана на зависимости величины электрического сопротивления металлических элементов от температуры. В зависимости от величины электросопротивления вольфрамо-рениего элемента можно, по установленному алгоритму, определить величину температуры зон, в которую он помещен. [11]
Преобразователь термоэлектрический ТВР применяют в отраслях промышленности, связанных с высокими температурами. Например, вольфрамо-рениевая термопара используется для измерения температуры при производстве тугоплавких металлов, твердых сплавов и керамики, при выплавке и разливке сталей и сплавов, для измерения температуры газовых потоков и низкотемпературной плазмы в газотурбинных двигателях, МГД-генераторах, а также в атомной энергетике. Замер температуры расплава жидкого металла до 2500 °С; чувствительность термопар – 7-10 и 4-7 мкВ/°С;
Конструкция данной термопары, включая материалы и отдельные составляющие конструкции, имеет ряд характеристик:
1) защитная арматура – с штуцером;
2) материал защитной арматуры – сплав ХН45Ю;
3) класс допуска – 2;
4) рабочий спай не изолирован;
5) исполнение – виброустойчивое;
6) длина монтажной части – 200 - 800 мм;
7) вес – 1,15 - 2,5 кг. [12]
Сборочный чертеж термопары представлен в приложении В, а спецификация к ней представлена в приложении Г.
6 Погрешность прибора с датчиком температуры
Погрешность автоматического компенсатора КСП2 вместе с термопарой ТВР определяется как сумма погрешности автокомпенсатора и допускаемой приведенной погрешности датчика температуры:
k = kа + kт, (2)
где kт =
(d − диапазон измерения температуры).Погрешность автокомпенсатора: kа = 0,5 %.
Предел отклонений равен ∆ = ± 0,01 °C.
Диапазон измерения температуры d = 1200 °C.
Значение допускаемой приведенной погрешности термопары:
kт =
∙100 % = 0,00083 %.Общая погрешность, исходя из равенства (2):
k =0,5 + 0,00083 = 0,50083 %.
Заключение
В данном курсовом проекте был изучен принцип работы и устройство автоматического компенсатора, а также рассмотрен порядок работы и основные параметры термопары, а именно:
а) начерчена структурная и принципиальная схема;
б) перечислены технические требования в соответствии с ГОСТ 7164-78;
в) произведён выбор типа автокомпенсатора (КСП2) с датчиком температуры (ТВР);
г) выполнен сборочный чертёж термопары и приведено описание её конструкции;
д) определена погрешность прибора (0,50083 %).