Файл: Беленький, Я. Е. Многоточечные бесконтактные сигнализаторы температуры.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 29.10.2024

Просмотров: 58

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

я. Е. БЕЛЕНЬКИЙ, Б. М. КАЦ

МНОГОТОЧЕЧНЫЕ

БЕСКОНТАКТНЫЕ

СИГНАЛИЗАТОРЫ

ТЕМПЕРАТУРЫ

«Э Н Е Р Г И Я»

МОСКВА 1974

6П2.1.081 Б 43

УДК 621.317.39:536.53

Беленький Я. Е. и Кац Б. М.

Б 43 Многоточечные бесконтактные сигнализаторы температуры. М., «Энергия», 1974.

120 с. с ил.

Книга посвящена описанию и расчету основных узлов многоточеч­ ных бесконтактных сигнализаторов температуры с резисторными датчи­ ками температуры. Излагаются методы улучшения основных параме­ тров сигнализаторов (точности, быстродействия, экономичности). При­ ведены примеры применения рассмотренных методов для созданияавтоматических приборов контроля и сигнализации температуры.

Книга рассчитана на инженеров, работающих в области автома­ тики. телемеханики и контрольно-измерительной техники.

30407-043

 

6П2.1.081

Б 051(01)-74

223-74

©Издательство «Энергия», 1974 г.

4 -У

ЯН ЕФИМОВИЧ БЕЛЕНЬКИЙ,. БОРИС МОТЕЛЕВИЧ КАЦ

Многоточечные бесконтактные сигнализаторы температуры.

 

Редактор В. А.

С о к о л о в а

 

Редактор издательства Г. В.

Л и х а ч е в а

 

Обложка художника Н.

Т. Я р е ш к о

 

Технический редактор Н. А.

Г а л а н ч е в а

 

Корректор И. А.

В о л о д я е в а

Сдано в набор 24/VII

1973 р. Подписано к печати 1 3/11

1974 г.

Т-02965-

Формат 84хЮ 81/за

Бумага типографская jYs 2

Уел. печ. л. 6,3

 

 

Уч.-нзд. л. 6,53

Тнраж 8 000 экз.

Зак. 327

 

Цена 34 коп.

Издательство «Энергия». Москва, М-114, Шлюзовая паб., 10.

Московская типография № 10 Союзполнграфпрома при Государственном комитете Совета Министров СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли, Москва, М-114, Шлюзовая паб., 10-


ПРЕДИСЛОВИЕ

В 'книге излагаются результаты исследова­ ний, проведенных авторами в области построе­ ния многоточечных бесконтактных сигнализа­ торов температуры с резисторными датчика­ ми. Описываются блок-схемы бесконтактных сигнализаторов и их отдельные узлы, приво­ дится расчет элементов схемы и рассматри­ ваются методы улучшения характеристик сиг­ нализаторов. Результаты исследований были

использованы

три разработке

и

внедрении

в серийное производство приборов

контроля

температуры;

некоторые

из

них

описаны

в гл. 6.

 

 

 

 

Авторы выражают признательность канд.

техн. наук О.

А. Кюздени,

канд. техн. наук

В. И. Лаху, инженерам Я- В. Борису, С. Д. Ла­ ню, И. П. Харенко, оказавшим содействие при исследованиях, разработке и внедрении при­ боров. Авторы выражают также благодарность рецензенту В. Ф. Литвину, редактору В. А. Со­ коловой за тщательный просмотр рукописи и замечания, способствовавшие улучшению, книги.

Авторы

ВВЕДЕНИЕ

Одним из наиболее эффективных путей решения важ­ нейшей народнохозяйственной задачи — повышения про­ изводительности труда и качества продукции — является комплексная автоматизация производственных процессов. В связи с этим в Директивах XXIV съезда КПСС по пятнлетнему плану развития народного хозяйства СССР

особое внимание обращено на развитие приборостроения,, увеличение производства приборов и средств автоматиза­ ции и прежде всего на необходимость значительного по­ вышения качества приборов, их точности, надежности, долговечности и экономичности.

Среди многочисленных технологических параметров и неэлектрнческих величин, контролируемых электрически­ ми методами, самый распространенный — температура. При управлении любым технологическим процессом воз­ никает необходимость измерения температуры. Этим обу­ словлено большое количество известных методов, приме­ няемых при контроле температуры, и типов первичных датчиков. Так, например, из 3 тыс. различных типов дат­ чиков, применяемых в промышленности США для контро­ ля 15 основных технологических параметров, на долю датчиков температуры приходится 420 типов, или около 15% [Л- 12]. Среди датчиков температуры примерно 26%; составляют термометры сопротивления и 22% — термо­ электрические датчики (термопары). Столь широкое рас­ пространение этих датчиков, используемых при так назы­ ваемых контактных методах измерения температуры, объясняется сравнительно большим температурным диа­ пазоном их применимости, простотой конструкций, воз­ можностью передачи данных на расстояние.

Высокая точность воспроизведения передаточных ха­ рактеристик термометров сопротивления и термопар поз­ воляет осуществить их стандартизацию, обеспечивающую взаимозаменяемость датчиков.

4


Следует отметить, что при измерении температуры, особенно в диапазоне температур, достигающих 600 °С, предпочтение отдается термометрам сопротивления, так как они имеют ряд преимуществ перед термопарами: по­ вышенную точность, более высокую чувствительность, возможность преобразования измеряемого сопротивления в сигнал переменного тока.

Последние исследования в области температурных измерений позволили приблизить границу применения металлических термометров (1200 °С для низкоомных пла­ тиновых термометров) к границе применения термопар (1800°С), а для неметаллических термометров — даже превысить ее (2 200°С для керамических термометров из окиси циркония).

Для получения информации о ходе сложных совре­ менных технологических процессов необходимо измерять температуру в большом количестве точек. Например, при управлении мощной тепловой электростанцией надо од­ новременно контролировать более 200 различных вели­ чин. Общее количество измерительных приборов на сов­ ременном нефтехимическом предприятии достигает 3 тыс., причем в обоих случаях 30—40% общего числа парамет­ ров составляет температура. Значительное количество теплотехнических величин необходимо контролировать в объектах атомной энергетики и на судах.

В настоящее время задачи контроля большого числа параметров решаются при помощи автоматических уст­ ройств многоточечного контроля: информационно-измери­ тельных систем и машин централизованного контроля, построенных в большинстве случаев по методу временно­ го разделения каналов. При этом за счет многократного использования одного прибора или части его достигается экономия оборудования, потребляемой мощности, умень­ шаются габариты, вес и стоимость устройства, увеличи­ вается эффективность использования полезной площади приборного щита.

Первые работы по созданию аппаратуры многоточеч­ ного контроля были опубликованы в Советском Союзе в 1935 г. профессором Ф. Е. Темниковым. В 1938— 1939 гг. в МЭИ под его руководством была разработана много­ точечная система типа ДИКО, предназначенная для конт­ роля и наблюдения за выполнением технологического процесса подземной газификации угля. Промышленная разработка аппаратуры множественного контроля была

5

начата

несколькими организациями-! в

1956— 1957 гг.

В 1958

г. машина централизованного

контроля была

впервые установлена для промышленной эксплуатации на Ефремовском заводе синтетического каучука [Л. 39].

В настоящее время разработано и освоено промыш­ ленностью значительное количество типов устройств мно­ готочечного контроля, находящих применение во всех от­ раслях народного хозяйства. Большинство этих устройств построено по методу временного разделения каналов, а коммутаторы, обеспечивающие реализацию этого мето­ да, выполнены на контактных элементах, к числу кото­ рых относятся: шаговые искатели, электромагнитные ре­ ле, электромеханические переключатели с приводом от двигателя, реле с ртутным смачиванием контактов, безъякорные (капсульные) электромагнитные реле.

Устройства с контактными коммутаторами, как прави­ ло, обеспечивают предъявляемые к ним требования по точности контроля. Погрешность большинства устройств находится в пределах 0,5— 1%- Погрешность некоторых систем составляет 0,1—0,2% [Л- 22]. Однако по скорости контроля (до 10 точек в секунду), сроку службы, исчис­ ляемому сотнями часов, по устойчивости к внешним ме­ ханическим воздействиям (вибрации, тряске, ударам), а также по габаритам, весу, потребляемой мощности си­ стемы с контактными коммутаторами в отдельных случа­ ях не позволяют решить стоящие перед ними задачи.

По мере расширения сферы применения устройств многоточечного контроля возникла необходимость в при­ борах, обеспечивающих надежную работу в условиях за­ грязнения, повышенной влажности, достигающей 100%, значительной механической вибрации, ударов с большим ускорением, отсутствия повседневного надзора и ухода за ними. Требования по сроку службы возросли до 11— 12 лет при техническом ресурсе 10—20 тыс. ч. Для конт­ роля ряда процессов требуются скорости переключения, достигающие нескольких сотен точек в секунду и более. При этом требования по точности контроля остались попрежнему высокими.

Для решения этой задачи в конце 50-х годов были начаты работы по созданию систем, выполненных на бес­ контактных элементах, в частности на электронных лам­ пах, магнитных элементах с прямоугольной петлей гисте­ резиса, полупроводниковых приборах, безнакальных ти­ ратронах и т. д. Особое распространение получили

6


бесконтактные системы на полупроводниковых приборах, обладающих такими преимуществами перед элементами других типов, как большой срок службы, высокая на­ дежность и механическая прочность, малые габариты, вес, потребляемая мощность, стоимость, возможность ис­ пользования серийных деталей, удобство конструктивного расположения, переход на многомодульное исполнение. Среди таких систем можно назвать, например, отечест­ венные машины централизованного контроля типов ЦИКЛ-2 и МППИ-1 [Л. 39], зарубежные машины Scana- log-200 и Norscam (США) [Л. 14].

Наряду с многоточечными устройствами автоматиче­ ского контроля разрабатывались многопредельные си­ стемы. В ряде случаев принципы построения и техничес­ кие средства реализации таких систем совпадают. Так, например, в автоматических установках для разбраковки радиодеталей по номинальным значениям и классам точ­ ности [Л. 36] переключение пределов в измерительной схеме осуществляется коммутатором. Многопредельные системы применяются также и при измерении температу­ ры [Л. 9].

При разработке бесконтактных систем возникает ряд трудностей, обусловленных как специфическими особен­ ностями многоточечного контроля (распределенностью объектов контроля в пространстве и соответственно уда­ ленностью датчиков от центральной части системы, цик­ личностью действия и др.), так и особенностями конст­ рукции бесконтактных элементов: конечными сопротив­ лениями в состояниях «замкнуто» и «разомкнуто», оста­ точными напряжениями и токами.

Указанные факторы приводят к увеличению статиче­ ской и динамической погрешности, возникновению им­ пульсных помех. Поэтому бесконтактные системы по ряду параметров, особенно по точности контроля, уступают, как правило, контактным. Попытки повышения точности во многих случаях наталкиваются на необходимость уменьшения скорости переключения каналов и усложне­ ния схемы.

В связи' с этим в настоящее время актуальной явля­ ется задача разработки систем многоточечного контроля температуры повышенной точности при обеспечении за­ данного быстродействия, разработки методов их защиты от влияния импульсных помех, методов повышения эко­ номичности схемных решений, обеспечивающих выполне­

ние современных требований по надежности, весу, габа­ ритам, потребляемой мощности. Однако в литературе, посвященной системам многоточечного контроля, реше­ ние этих задач еще не нашло должного отражения. В предлагаемой монографии авторы попытались в какойто мере восполнить этот пробел.

Авторам не представилась возможность с достаточ­ ной полнотой изложить материалы, касающиеся методов построения всевозможных многоточечных бесконтактных систем контроля температуры. Круг систем, свойства ко­ торых исследуются и описаны в работе, ограничен уст­ ройствами, обеспечивающими получение оперативной ин­ формации при многоточечном контроле температуры с помощью термометров сопротивления. Однако ряд полу­ ченных в работе рекомендаций может быть распростра­ нен и на системы, предназначенные, например, для сбора статистической или отчетной информации, причем не только о температуре, но и о других неэлектрических ве­ личинах, контролируемых электрическими методами.


Г Л А В А П Е Р В А Я

МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ МНОГОТОЧЕЧНЫХ БЕСКОНТАКТНЫХ СИГНАЛИЗАТОРОВ ТЕМПЕРАТУРЫ (МЕСТ)

1-1. СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ МЕСТ

Многоточечные бесконтактные сигнализаторы темпе­ ратуры осуществляют автоматический контроль темпера­ туры и сигнализируют о выходе температуры за установ­ ленный интервал. В зависимости от назначения систем автоматического контроля функции, выполняемые ими, различны. Однако можно выделить ряд основных функ­ ций, которые выполняются любой системой контроля [Л. 14]: восприятие контролируемых параметров, реали­ зация описаний норм (уставок), сопоставление контро­ лируемых параметров и уставок, формирование сужде­ ний, выдача результатов.

Кроме основных функций существует ряд вспомога­ тельных, выполнение которых обусловлено необходимо­ стью получения в некоторых системах результатов кон­ троля в определенной форме для промежуточных преоб­ разований, измерения, регистрации, счета, формирования испытательных сигналов, вспомогательной математиче­ ской обработки, самопроверки, автоматического управ­ ления устройствами системы.

На рис. 1-1 показаны взаимосвязи между элементами системы, выполняющими основные и вспомогательные функции. Следует отметить, что связи между элемента­ ми, выполняющими основные функции, осуществляются в той последовательности, которая указана на рис- 1-1, в то время как связи между вспомогательными элемен­ тами определяются в зависимости от конкретных требо­ ваний, предъявляемых к системе контроля. Поэтому объ­ ем функций, выполняемых системой многоточечного кон-

9