Файл: Львов Н.С. Автоматизация контроля и регулирования сварочных процессов.pdf

излучения. Такие уровнемеры состоят из трех частей: источника радиоактивного излучения (чаще всего это радиоактивные изо­ топы цезия-137 или кобальта-60 с периодами полураспада со­ ответственно 33 и 5,3 года), приемника излучения (ионизацион­ ная камера или, чаще, счетчик Гейгера-Мюллера) и электриче­ ских блоков, выявляющих и преобразующих сигнал приемника в управляющее воздействие для системы сигнализации или ре­ гулирования. Радиоизотопные уровнемеры характеризуются высокой надежностью и удобством использования, так как не требуется внедрение их внутрь контролируемой жидкости. Для непрерывного дистанционного измерения уровня вещества в за­ крытых объемах можно использовать выпускаемые промышлен­ ностью «радиоактивные» уровнемеры типа УР-8, сохраняющие работоспособность при толщине стальной стенки до 70 мм и имеющие погрешность не более ±0,5% в диапазоне 0—1 м.

Контроль расхода твердых материалов, жидкостей и газов часто сопровождается их дозированием. В сварочном производ­ стве это требуется при изготовлении электродов, флюса и в са­ мом технологическом процессе сварки. Например, автоматиза­ ция дозирования компонентов шихты в производстве сварочных электродов осуществляется на Московском электродном заводе.

3. ТЕМПЕРАТУРА

На контроль температуры при сварке должно быть обраще­ но особое внимание, поскольку почти все способы сварки ме­ таллов основаны на нагреве свариваемых изделий в зоне их соединения.

Существует три метода измерения температуры твердых тел: радиационный, яркостный и цветовой. Известно, что излучательная способность нагретых-тел и особенно газовых сред за­ висит не только от их температуры, но и от коэффициента из­ лучения, от размеров тела, от происходящих в нем химических процессов, от конкретных условий. Поэтому целесообразно про­ водить предварительное исследование и анализ свойств контро­ лируемого объекта. Следует учитывать, что все оптические методы в отличие от контактных методов измерения темпера­ туры применимы только при термическом характере излучения^ т. е. когда имеется определенная связь между температурой и излучением. Никакой метод измерения температуры не дает ее истинного значения, а получаемая псевдотемпература отличает­ ся от истинной на величину ошибки, зависящей от метода изме­ рения, а при оптических методах еще и от используемой обла­ сти спектра.

Температуру измеряют с помощью чувствительных элемен­ тов и датчиков, преобразующих ее в некоторую другую физи­ ческую величину за счет изменения электрической проводимости вещества, возникновения контактной т. э. д. с , теплового рас-

ширения или изменения давления. Приборы визуального конт­ роля температуры (пирометр с исчезающей нитью) непригодны для автоматизации. Перспективными являются приборы, в ко­ торых в качестве чувствительного элемента использованы тер­ морезисторы, термопары и фотоэлементы, причем особенно по­ следние, как наименее инерционные.

Электроконтактные термометры. Наиболее простыми датчи­ ками температуры являются электроконтактные датчики типов ТК и ТКМ с ртутными чувствительными элементами. В них из­ менение объема ртути, вызванное изменением контролируемой температуры, приводит к закорачиванию двух контактов, впа­ янных или погруженных в капиллярную трубку на определен­ ном уровнеДиапазон контролируемых температур контактных термометров распространяется от 0 до 300° С, зона нечувстви­ тельности их 1—3°, допустимая нагрузка на контактах 2 вт при напряжении 6 е.

менения температуры используют в электроконтактных термо­

витковой, спиральной или геликоидальной) и передаточного ме­ ханизма со стрелкой на выходе. Стрелка замыкает устанавли­

основаны на использовании эффекта различной степени расши­ рения разных металлов при изменении температуры. Они состоят из двух элементов, изготовленных из материалов с раз­ личными температурными коэффициентами линейного расшире­ ния а,[ и аг. В биметаллических датчиках типа ДИКМ элемен­ ты представляют собой две спаянные между собой пластинки, закрепленные одним концом. В результате нагрева происходит изгиб конструкции и замыкание (размыкание) контактов. Их рабочий диапазон от —30 до +50°С. У дилатометрических дат­ чиков типов ТР-200, ДЖК-2, АД-155м чувствительным элемен­ том является патрон, например из дуралюмина с ai=23-10~6 ljград, внутри которого размещен шток из другого материала, например, инвара с а 2 = Ы 0 ~ 6 \/град- Рабочий диапазон датчи­ ков 25—200° С, а у АД-155м —60—+ 255° С.

Самым ненадежным и недолговечным узлом электрокон­ тактных датчиков являются контакты. Для повышения срока

службы и надежности контактов рекомендуется использовать усилители, например, поляризованные электромагнитные реле. Целесообразно использование транзисторных усилителей. На рис. 11 показана схема одного такого усилителя на составном транзисторе Т1-Т2. В цепи контакта КТ сила тока не превы­ шает 1 ма (при подборе транзисторов с коэффициентами усиле­ ния по току 12 и 20). В коллекторную цепь выходного транзи­ стора включается мощное реле или сигнальная лампа Л1.

Рис. 11. Схема усилителя для электроконтактных термометров

Электроконтактные термометры позволяют контролировать температуру с точностью до 2—5° С, но могут быть использо­ ваны как собственно датчики только при переходе ее за уста­ новленные пределы. Их, таким образом, можно применять толь­ ко в системах двухпозиционного регулирования. Более широкое применение имеют термометры сопротивления, принцип дейст­ вия которых основан на зависимости электрической проводимо­ сти металлов и полупроводников от их теплового состояния.

Термометры сопротивления позволяют контролировать тем­ пературу до 1250° С. Омическое сопротивление терморезисторов зависит от интенсивности теплообмена их с внешней средой. Влияют при этом геометрические размеры, форма, материал те­ ла и арматуры терморезистора, а также состав, плотность, вяз­ кость, теплопроводность, скорость перемещения и температура контролируемой среды. Таким образом, теплообмен между на­

известны, можно получить почти однозначную зависимость со­ противления терморезистора от температуры среды.

Проволочные термометры сопротивления конструктивно представляют собой фарфоровый стержень с намотанной на нем проволокой, защищенной металлическим кожухомТочность их 0,5—1%. Большей линейностью характеристики отличаются медные термометры. Если через Ro обозначить сопротивление терморезистора при 0°С, то при контролируемой температуре Т:

В последнее время разработана технология изготовления терморезисторов из платиновой проволоки диаметром 0,02 мм, намотанной на стеклянную трубку диаметром 2—5 мм и оплав­ ленной снаружи также стеклом, так что в целом они имеют размер (3—4) X (Ю—15) мм и сопротивление 100—120 ом. Наи­ более перспективны термосопротивления из золоченой вольфра­ мовой проволоки.

Проволочные термометры сопротивления включают преиму­ щественно в мостовые схемы. Наилучший способ включения — по трехпроводной схеме. Пример такого включения термометра в автоматический уравновешиваемый мост показан на рис. 12,а. Два провода, соединяющие термометр с мостом, входят в плечи моста, а третий в диагональ питания. Это позволяет существен­ но уменьшить погрешности от изменения сопротивления соеди­ нительных проводов при изменении температуры среды.

Большие удобства дает применение логометра — двухрамочного магнитоэлектрического прибора для измерения сопро­ тивления путем сравнения двух токов. Внутри корпуса логомет­

Полупроводниковые терморезисторы — термисторы имеют преимущества перед проволочными термометрами сопротивле­ ния: они малогабаритны, обладают в 5—10 раз более высокой чувствительностью (отрицательной по сравнению с проволоч­ ными термосопротивлениями) и точностью до 0,1 °С, имеют не­ большую стоимость. Из большого числа термисторов, выпуска­ емых отечественной промышленностью, для контроля и регули­ рования температуры наиболее подходящими являются термисторы типов КМТ (кобальто-марганцевые) и ММТ (мед- но-марганцевые). Рабочий диапазон их достигает 180—120° С. Срок службы термисторов приблизительно 5000 ч.

постоянных сопротивлений можно получить характеристику це­ пи желаемого вида.

Наиболее простой схемой включения термисторов является

противление 920 ом). Для измерения температуры в диапазоне 50—150° С термистор нужно заменить на КМТ-14 с ^20 = 35 ком, а резисторы Rl, R3 и R4 соответственно на 1 ком, 1 ком, 510 ом. Резисторы R1-R4 в мосте должны быть термостабильными, поэтому рекомендуется изготовить их, например, из манганина. Целесообразно также включение термисторов с логометром (см рис. 12,б).

Для контроля и регистрации температуры и разности темпе­ ратур разработано большое число автокомпенсационных прибо­ ров переменного тока- В основе их лежат, например, бескон­ тактные компенсирующие преобразователи (БКП), позволяю­ щие повысить точность измерения до 0,5—0,25%, надежность и быстродействие. Компенсаторы с бесконтактными преобразова­ телями надежнее приборов с реохордами, применимы в различ­ ных климатических и производственных условиях, в агрессивной среде. Разность температур измеряют с помощью приборов типов КБ-012 и КБ-023 (второй многоточечный), в качестве чув­ ствительных элементов используют термисторы.

Стандартные полупроводниковые диоды и триоды специаль­ но не предназначены для контроля температуры, но и они вслед­ ствие большой чувствительности электронно-дырочного перехо­ да к изменению температуры могут быть использованы в дат­