Файл: Автоматизация_Staroverov.doc

Реохорд выполнен из сплава (палладий с вольфрамом), имею­щего высокую стойкость против истирания, а контакты движка выполнены из сплава золота, серебра и меди.

Синхронный двигатель СД-54 предназначен для перемещения диаграммной ленты. Он питается непосредственно от сети и вклю­чается тумблером Б1. Общее включение прибора осуществляется’ тумблером Б2.

Поверка автоматических потенциометров осуществляется с по­мощью образцовых потенциометров, погрешность которых в 5 раз меньше, чем у поверяемых приборов. При поверке на вход пове­ряемого и образцового потенциометров подается одинаковое на­пряжение от регулируемого питания, с помощью которого ука­затель поверяемого прибора устанавливают на заданную отметку шкалы, а затем измеряют это напряжение образцовым прибором.

Б. ТЕРМОМЕТРЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ И ТЕРМИСТОРЫ

В литейных и термических цехах для измерения тем­пературы до 650 °С широко распространен способ, основанный на зависимости электрического сопротивления проводников и полу­проводников от их температуры. Зная зависимость между сопро­тивлением чувствительного элемента и его температурой, можно, замеряя сопротивление, определить значение температуры с весьма высокой точностью (до 0,02 °С).

Чувствительные элементы, выполненные из металлических проводников, называют термометрами сопротивления.

Термометр сопротивления (термочувствительный элемент) пред­ставляет собой металлическую проволоку, намотанную на каркас. К материалу проволоки предъявляется ряд требований. Он должен иметь высокий температурный коэффициент для получения хорошей чувствительности, большое удельное сопротивление, оп­ределяющее его размеры, устойчивость физических свойств при значительных изменениях температуры, хорошую воспроизводи­мость состава, стойкость к воздействиям окружающей среды, линейность и стабильность характеристик во времени.

Лучше других указанным требованиям отвечают платина (ин­тервал температуры +200 ... + 1Ю0^СС) и медь (интервал темпе­ратуры —50 ... +200 °С).

Платиновые термометры сопротивления (ТСП) изготовляют цз проволоки диаметром 0,03 ... 0,1 мм. Намотка выполняется безындукционной (бифилярной), что обеспечивает возможность включения термометра в схему, питаемую как постоянным, так и переменным током. Для каркаса платиновых термометров ис­пользуют плавленый кварц или керамику на основе окиси алюми­ния.

Рис. 57. Конструкция термометра сопротив­ления

Основными недостатками платины являются высокая стоимость, возможность загрязнения н охрупчивания в восстановительной среде.

К достоинствам меди в первую очередь следует отнести низкую стоимость и возможность получения очень тонкой проволоки вы­сокой степени чистоты.

Промышленность выпускает термометры сопротивления уни­фицированной конструкции для измерения температуры газооб­разных и жидких сред (рис. 57). Термометр состоит из чувстви­тельного элемента 6, помещенного в защитный стальной чехол 5, на который приварен штуцер с резьбой 4, служащий для крепле­ния термометра. С помощью проводов, армированных фарфоро­выми бусами 3, чувствительный элемент соединяется с клеммной колодкой 2, расположенной в корпусе 1.

Основные параметры термометров сопротивления приведены в табл. 8.

Выходной сигнал термометров является стандартным, и каж­дому значению температуры соответствует строго нормированное значение сопротивления (ГОСТ 6651—84).

Полупроводниковые термосопротивления (ПТР) или терми­сторы, температурный коэффициент которых в 8—10 раз больше, чем у чистых металлов, получили широкое распространение в ав­томатических системах регулирования температуры. В литейном производстве нх используют как переносные вспомогательные приборы для быстрого измерения температуры охлаждающихся отливок.

В зависимости от материала термисторы подразделяют на медно-марганцевые (ММТ) и кобальтомарганцевые (КМТ). Диапа­зон измеряемых ими температур —70 ... +180 °С. Конструктивно их выполняют в виде небольших цилиндров, дисков, шайб, бу-

Таблица 8

Технические характеристики термометров сопротивления

синок, помещенных в защитный металлический или стеклянный баллон.

Значения сопротивления термистора и его температурного коэффициента а весьма велики, что обеспечивает высокую точ­ность измерения температуры. К недостаткам термисторов отно­сится сравнительно низкая стабильность параметров. Выпускае­мые промышленностью термисторы имеют разброс ро сопротивле­нию до +20 % от номинала, что затрудняет их взаимозаменяе­мость.

В качестве вторичных приборов, работающих с термометрами сопротивления, в промышленности нашли применение логометры и уравновешивающие мосты (ручные и автоматические).

Логометры являются приборами магнитоэлектрической системы, предназначенными для измерения соотношения двух токов — в цепях термометра и постоянного резистора.

Подвижная система логометра (рис. 58) состоит из двух скре­щенных под углом 15—20° и жестко связанных между собой ра­мок /?_р1 и #_ра. Они изготовлены из тонкой изолированной медной проволоки и могут поворачиваться в двух керновых опорах. Магнитная система логометра подобна магнитной системе милли­вольтметра и отличается от нее только формой воздушного зазора между магнитопроводом 1 и полюсными наконечниками 2. В ло­гометрах воздушный зазор уменьшается от центра полюсных наконечников к их краям, благодаря чему магнитная индукция увеличивается от центра к краям приблизительно по квадратичному закону. Подвод тока к рамкам осуществляется через спиральные пружины с малым противодействующим моментом. С помощью этих пружин обеспечивается возврат рамок и жестко связанной с ним стрелки 3 в исходное положение при отключении источника б.

Рис. 59. Схема уравновешивающего моста с ручной компенсацией

І—ф5—-

лого-

Рамки получают питание от одного источника: в цепь первой рамки включен постоянный резистор В.1, а в цепь второй рамки — постоянный резистор Ц2 и переменное сопротивление термометра сопротивления Постоянные резисторы Я1 и Я2 изготовляют из манганина. Так как вращающие моменты М_х и М_я рамок на­правлены навстречу друг другу, то при их равенстве подвижная система находится в покое.

Допустим, что в начальном состоянии /?_р1 + + /?( —

— + Я*, следовательно, токи рамок равны (1_г — /_а) и под­

вижная система занимает положение, симметричное относительно оси магнитной системы. При повышении температуры контроли­руемой среды сопротивление термометра возрастает, что при­водит к уменьшению тока /₈ и вращающего момента М_я второй рамки. Подвижная система под действием большего момента начнет поворачиваться по часовой стрелке, причем вторая рамка будет переходить в зону большей, а первая рамка — в зону мень­шей магнитной индукции. В определенном положении подвижной системы вновь наступит равновесие.

Таким образом, угол поворота подвижной системы можно рассматривать как функцию сопротивления термометра.

В настоящее время промышленность выпускает только пока­зывающие логометры марок Л-64, Л-64И, Л-64-02 с градуировками Гр. 21, Гр. 22, Гр. 23, внешним сопротивлением 5 и 15 Ом и клас­сом точности 1,5.

Уравновешенные мосты выпускают двух типов: лабораторные (с ручной компенсацией) и технические (автоматические).

Рассмотрим принципиальную схему уравновешенного моста с ручной компенсацией (рис. 59). Уравновешенный мост состоит из трех резисторов Я1, /?2 и /?3, реохорда /?_р, термометра со­противления источника питания б, нуль-гальванометра РА, включенного в диагональ моста А Б, и уравновешивающихся ка­тушек 7?_л. Работа прибора заключается в следующем. Если между значениями сопротивлений плеч достигается соотношение (/?_г -}- + ^гг) (Ра + *я) = Кв/Яг, то в диагонали моста А Б ток отсутствует. При повышении температуры сопротивление изменится и на­рушится равновесие моста. В диагонали моста появится ток, на­правление которого зависит от изменения температуры. Чтобы измерить температуру, необходимо систему привести в равнове­сие. Для этого вручную изменяют соотношение сопротивлений реохорда г_х и г_а до тех пор, пока стрелка нуль-гальванометра не установится на нулевую отметку. По положению движка реохорда определяют температуру среды, в которую помещен термометр сопротивления. В рассмотренном приборе напряжение источника питания не оказывает влияния на показания прибора. Однако сильное снижение напряжения приводит к уменьшению чувстви­тельности нуль-гальванометра, а чрезвычайно высокие напряже­ния вызовут дополнительный нагрев чувствительного элемента.

Электронные автоматические мосты предназначены для не­прерывного измерения, записи и регулирования температуры в комплекте с термометрами сопротивления стандартных граду­ировок. При наличии элемента дистанционной передачи вместо регулирующих элементов некоторые модификации приборов мо­гут осуществлять ^передачу на дублирующий прибор. Приборы выпускают одно- и многоканальные (см. табл. 7).

Поверка автоматических мостов и логометров осуществляется с помощью образцового магазина резисторов с ценой деления 0,01 Ом. Вместо термометра сопротивления на вход прибора под­ключается резистор из магазина. Согласно градуировочной ха­рактеристике каждому значению шкалы прибора соответствует определенное сопротивление. Измеряя сопротивление резистора из магазина, стрелку прибора точно устанавливают на цифровой отметке шкалы. Разность между стандартным значением и со­противлением образцового резистора из магазина определяет погрешность прибора.

в. БЕСКОНТАКТНОЕ ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

Тела при нагреве до 500 °С испускают инфракрасные лучи, не воспринимаемые человеческим глазом. При дальнейшем повышении температуры тело начинает светиться сначала темно­красным цветом, а затем, по мере роста температуры, красным, оранжевым, желтым и, наконец, белым. С повышением темпера­туры тела возрастает также интенсивность монохроматического излучения и еще в большей мере — полное интегральное излуче­ние энергии. Приборы, предназначенные для контроля темпера­туры путем измерения энергии, излучаемой нагретым телом, на­зывают пирометрами. В зависимости от принципа работы разли­чают пирометры суммарного излучения (измеряется полная энер- гая излучения), частичного излучения (измеряется энергия участка спектра излучения, ограниченного фильтром) и спектрального отношения (измеряется отношение энергий фиксированных уча­стков спектра).

В основу пирометра первого типа положена зависимость между температурой тела и его суммарной энергией излучения. Полная энергия Е₀, излучаемая абсолютно черным телом, при температу­ре Т определяется выражением

Е₀ = <г₀7’⁴,

где о₀ — коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела, Вт/(м⁸- К⁴).

Радиационной температурой реального тела называется такая температура черного тела, при которой суммарная энергия излу­чения черного тела Е₀ равна энергии излучения реального тела Е, т. е.