Файл: Смирнов А.А. Основы автоматизации целлюлозно-бумажного и лесохимического производств учебник для техникумов.pdf

с милливольтметром составляет не менее ±1,5%. В тех случаях, когда требуется более высокая точность измерений, применяются компенсационные приборы — потенциометры, так как они не имеют указанных недостатков.

Принцип компенсационного метода измерения т.-э. д. с. термо­ пары состоит в противопоставлении измеряемой т.-э. д. с. встречной разности потенциалов от внешнего источника тока.

Компенсация (уравновешивание) т.-э. д. с. производится либо падением напряжения на калиброванном реохорде, либо разностью потенциалов на вершинах неуравновешенного моста, неравновесие которого может изменяться, а следовательно, может изменяться и разность потенциалов на его вершинах в диагонали нулевого галь­ ванометра.

Рис. 11. Принципиальная электрическая схема переносного потенциометра

Непременным условием правильной работы потенциометра яв­ ляется постоянство и определенность тока в рабочем контуре схе­ мы прибора.

Потенциометры выпускаются неавтоматического и автоматиче­ ского типов. Неавтоматические потенциометры применяются пери­ одически, а также в качестве контрольных переносных или лабора­ торных приборов. Автоматические потенциометры служат для непрерывного измерения, записи и регулирования температуры в раз­ личных установках предприятий. Автоматические потенциометры регулирующего типа могут быть использованы для сигнализации об отклонениях температуры от заданной величины.

На рис. 11 приведена принципиальная электрическая схема пе­ реносного потенциометра, имеющего пределы измерения 0—71 мВ, а на рис. 12 — его упрощенная схема. Постоянство тока в цепи ис­ точника питания Б обеспечивается введением в схему нормаль­ ного элемента НЭ, развивающего строго постоянную э. д. с., равную

53

1,0190 В при 20° С. Постоянная э. д. с. при регулировке тока ком­ пенсируется разностью потенциалов на участке постоянного сопро­ тивления Янэ цепи потенциометра. При полной компенсации, т. е. при отсутствии тока в цепи нормального элемента, что контроли­ руется нулевым гальванометром НГ, имеет место следующее ра­ венство:

тока / тоже является постоянным. Равновесие в цепи нулевого галь­ ванометра НГ достигается реостатом Rver, служащим для регули­

рования тока в рабочем контуре. После того как ток в цепи источ­

ника питания Б отрегулирован, можно перейти к измерению т.-э. д. с. термопары. Перемещение ползуна вдоль реохорда г изменяет сопро­ тивление Ar, вследствие чего изме­ няется разность потенциалов, про­ тивопоставленная т-э. д. с. термо­ пары. На Аг имеется падение напря­ жения, равное ѵ= АгІ. Эта разность потенциалов может при определен­ ном размере Аг сделаться равной т.-э. д. с., т. е. получим ІІ=ЕТ. Со­ стояние этого равновесия будет отме­ чено отсутствием отклонения стрел­ ки в нулевом гальванометре НГ.

Отсюда вытекает возможность непосредственного градуирования реохорда в милливольтах, причем получается прямолинейная за­

Рукоятка пластинчатого переключателя может устанавливаться в двух положениях: И — при измерении т.-э. д. с. или напряжения и К — при контролировании тока по нормальному элементу.

При включении на Я в схему подается ток от сухого элемента Б напряжением 1,45 В. Ток идет от положительного зажима эле­ мента через регулировочный токовый реостат Ярег, пластины 2, 4, резистор RH3, реохорд г с шунтом Яш и секционированный переключатель Rc на отрицательный зажим элемента. В цепи термо­ пары ток идет от положительного зажима Т к пластине 8 пластин­ чатого переключателя, отсюда через пластину 10 к нулевому галь­ ванометру, откуда поступает на пластину 3 и через пластину 1 выходит к отрицательному зажиму термопары. При таком включе­ нии резистор Ri замкнут накоротко.

При включении переключателя на К ток от положительного зажима сухого элемента идет через пластины 12, 10, 6, 4 и дальше

54

по своему пути к отрицательному зажиму элемента. При этом цепь термопары отключена, а вместо нее включена цепь нормаль­ ного элемента НЭ. Ток в этой цепи от положительного зажима нор­ мального элемента пойдет через пластины 11, 9, 5, 3, через нуле­ вой гальванометр с шунтом Rit через пластины 6 и 4, через рези­ сторы Янэ и Яз на отрицательный зажим нормального элемента. Резистор Яз является предохранительным на случай непра­ вильного включения нормального или сухого элементов.

А в т о м а т и ч е с к и е э л е к т р о н н ы е п о т е н ц и о м е т р ы обладают способностью непрерывного уравновешивания. Нулевой

Рис. 13. Упрощенная принципиальная электрическая схема элек­ тронного потенциометра

гальванометр в этих потенциометрах отсутствует, а роль его выпол­ няет электронный усилитель, подающий усиленное нескомпенсиро­ ванное напряжение на реверсивный двигатель. Последний приво­ дит в движение контакт реохорда, показывающую стрелку и перо, записывающее температуру. При малейшем неравенстве т.-э.д. с. термопары и разности потенциалов на вершинах проста реверсив­ ный двигатель немедленно начинает их уравновешивать.

На рис. 13 приведена упрощенная принципиальная электричес­ кая схема электронного потенциометра. Шунт Яш позволяет подго­ нять приведенное сопротивление реохорда до значения 90 ±0,1 Ом, это делает реохорды взаимозаменяемыми. Электролитический кон­ денсатор Сф высокоемкостный, низковольтный, введен в измери­ тельную цепь в качестве фильтра, не допускающего к усилителю переменные токи, которые могут быть индуктированы в цепи

55

т.-э. д. с. в пропорциональные э. д. с. переменного тока служит про­ межуточный преобразователь, состоящий из вибрационного поля­ ризованного переключателя и входного трансформатора.

Вибрационный переключатель представляет собой электриче­ ский однополюсный поляризованный переключатель на два направ­ ления, работающий синхронно с напряжением сети переменного тока 127 или 220 В.

При включении потенциометра вибрирующая пластина а виб­ рационного переключателя будет намагничиваться под действием магнитного поля обмотки возбуждения б и станет колебаться. Вследствие того, что направление магнитного поля в обмотке воз­ буждения все время будет меняться, а на пластину, кроме этого поля, действует еще магнитное поле постоянного магнита в, ча­ стота колебаний вибрирующей пластины будет строго соответство­ вать частоте переменного тока, питающего обмотку возбуждения (50 Гц). Вибрирующая пластина будет поочередно замыкать кон­ такты г и д , расположенные слева и справа от пластины.

Контакты г и д электрически соединены с концами первичной обмотки входного трансформатора. Средняя точка трансформатора, а также сама вибрирующая пластина присоединены к вершинам измерительного моста. При вибрировании пластины а ток в пер­ вичной обмотке входного трансформатора проходит то в одном на­ правлении (в одной половине обмотки), то в другом (в другой поло­ вине обмотки), вследствие чего во вторичной обмотке трансформато­ ра появляется переменная э. д. с- Очевидно, контакт г будет замы­ каться в течение одного полупериода (допустим, положительного),

аконтакт д — в течение второго полупериода (отрицательного). Допустим, что температура термопары понизилась и ее т.-э. д. с.

уменьшилась. Тогда компенсирующее напряжение будет выше, чем т.-э. д. с., и ток в положительные полупериоды будет течь от сред­ ней точки к началу первичной обмотки и контакту г, а в отрица­ тельные полупериоды — к контакту д.

При повышении температуры термопары и росте ее т.-э. д. с. ток в положительные периоды протекает от контакта г к началу пер­ вичной обмотки, а отсюда к средней точке и далее, а в отрица­ тельные полупериоды — от контакта д через вторую половину пер­ вичной обмотки опять к средней точке обмотки и далее к мосту.

Таким образом, напряжение во вторичной обмотке на входе уси­ лителя в зависимости от направления тока в цепи термопары ока­ зывается либо в фазе с напряжением сети, либо сдвинутым по фазе на 180°. Это явление определяет направление вращения ротора ре­ версивного электродвигателя, необходимое для перемещения пол­ зуна реохорда по часовой стрелке или против часовой стрелки.

Допустим, что при возрастании температуры термопары э. д. с., индуктированная во вторичной обмотке входного трансформатора, находится в фазе с напряжением сети. При этом потенциал на сет­

56

ке первого каскада усилителя положителен в течение положитель­ ного полупериода напряжения сети. В это же время вследствие на­ личия емкости разделительного конденсатора переменная состав­ ляющая напряжения в анодной цепи проходит отрицательный полупериод. Таким образом, напряжение на сетке второго каскада оказывается сдвинутым по фазе на 180° по отношению к напряже­ нию на сетке первого каскада. Анодный ток второго каскада умень­ шается, и соответственно этому переменная составляющая напря­ жения анодной цепи этого каскада проходит положительный полупериод.

Следовательно, напряжение на сетке третьего каскада меняется синхронно с напряжением сети; напряжение переменной составля­ ющей анодного напряжения третьего каскада, подаваемое на сетки усилителя мощности, сдвинуто на 180° по отношению к напряже­ нию сети.

Если рассматривать обратное явление, когда температура тер­ мопары понижается и разность потенциалов на вершинах моста становится больше т.-э. д. с., то в этом случае напряжение на сет­ ках усилителя мощности будет находиться в фазе с напряжением во вторичной обмотке входного трансформатора.

Таким образом, на сетках ламп усилителя мощности напряже­ ние в зависимости от направления тока в цепи термопары оказы­ вается либо в фазе с напряжением сети, либо сдвинутым на 180° С по отношению к этому напряжению, чем определяется направление вращения ротора реверсивного электродвигателя и перемещение ползуна вдоль реохорда, стрелки вдоль шкалы и пера по диаг­ рамме.

При равновесии в измерительном контуре (момент компенса­ ции) напряжение на сетках ламп усилителя мощности равно нулю, токи в анодных цепях вследствие равенства потенциалов на анодах равны между собой и ротор электродвигателя не вращается.

В одних потенциометрах контроль тока осуществляется полу­ автоматически, в других автоматически. Происходит автоматиче­ ская компенсация влияния температуры свободных концов. Класс точности показаний потенциометра 0,25 или 0,50. Основная погреш­ ность записи может быть равной допускаемой основной погреш­ ности следующего по порядку класса точности, т. е. 0,5% для класса точности 0,25 и 1% для класса 0,5. Вариация показаний не должна превышать 0,2% для приборов класса 0,25 и половины аб­ солютного значения предела допускаемой основной погрешности для приборов класса 0,5, т. е. 0,25%.

В электронных потенциометрах, выпускаемых в настоящее вре­ мя, вместо батареи для электрического питания измерительной схемы применяется стабилизированный источник питания, обес­ печивающий постоянство силы тока в цепи реохорда. При этом

и нормального элемента, которые в современных электронных по­ тенциометрах отсутствуют.

57

Повседневное обслуживание прибора при эксплуатации заклю­ чается в смене диаграммы и заливке чернил в перо, в регулировке чувствительности, в периодической смазке редуктора реверсивного двигателя, поверке показаний и т. п.

Электрические термометры сопротивления. Электрическое сопро­ тивление металлических проводников существенно изменяется в зависимости от температуры. Например, платиновая проволока при нагревании от 0 до 500°С увеличивает электрическое сопро­ тивление почти в 3 раза, медная проволока при нагревании от 0 до 100° С — почти в 1,5 раза и т. п.

Измерение температур термометрами сопротивления основано на изменении электрического сопротивления проводника или полу­ проводника при нагревании или охлаждении.

Термометр сопротивления состоит из чувствительного элемента, выполненного из платиновой или медной проволоки, и защитной арматуры для предохранения элемента от разрушения. Медная проволока применяется для измерений в интервале от —50 до

+180° С, платиновая — в интервале от —200 до +650° С. Конструктивно чувствительный элемент для всех платиновых

термометров сопротивления представляет собой платиновую спи­ раль, расположенную в капиллярных керамических трубках, запол­ ненных дополнительно керамическим порошком, который служит изолятором, создает эффект подпружинивания спиралей, а также обладает ингибиторным свойством, препятствующим каталити­ ческому разрушению чувствительного элемента. В отличие от уста­ ревших конструкций чувствительных элементов, в которых плати­ новая проволока наматывалась на слюдяную пластинку, данная конструкция обеспечивает высокую надежность чувствительного элемента в условиях вибрации и высокой температуры.

Чувствительный элемент для всех медных термометров сопро­ тивления выполняется в виде бескаркасной безындукционной на­ мотки из медной эмалированной проволоки диаметром 0,08 мм, по­ крытой фторопластовой пленкой. К намотке припаяны два медных вывода. С целью обеспечения виброустойчивости чувствительный элемент помещают в тонкостенную металлическую гильзу, засы­ пают керамическим порошком и герметизируют.

При измерении термометр сопротивления погружают в среду, температуру которой необходимо определить. Зная зависимость ме­ жду температурой чувствительного элемента и его сопротивлением, можно по изменению сопротивления судить о температуре измеря­ емой среды.

При непрерывном измерении температуры поверхности сушиль­ ных цилиндров в качестве первичного измерительного преобразо­ вателя используется поверхностный термометр сопротивления, об­ щий вид которого представлен на рис. 14.

Чувствительный элемент термометра в виде растянутой по эл­ липсу плоской спирали 1 изготовляется из медной эмалированной проволоки диаметром 0,05 мм. Термостойким лаком спираль при­ клеена к тонкостенной медной пластине-2, закрепленной на изоля­

58