Файл: Азимов, Р. К. Теплообменные измерительные преобразователи.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 31.10.2024
Просмотров: 55
Скачиваний: 0
ная функция звеньев системы, передающей и усиливающей сигнал, должна быть равна величине Ко-
Наиболее подходящим для целей коррекции является идеальное дифференцирующее звено первого порядка, имеющее передаточную функцию вида
Wk(p) = т кр + 1, |
(60) |
где WK(р) — передаточная функция идеального корректирующего звена;
Тк — постоянная времени идеального корректирующего звена. Тогда передаточная функция системы преобразователь— коррек
тирующее звено равна произведению
wnp(p) - w a p ) = k 0t ^j ^ . |
(61) |
|
При условии Т 0 = Тк динамическая |
погрешность |
преобразователя |
будет полностью скомпенсирована, |
что дает возможность получить |
|
практически мгновенный сигнал с помощью инерционного преобразо вателя. Передаточные функции реальных дифференцирующих звень ев отличаются от идеальных, поэтому компенсация динамической по грешности преобразователей с помощью пассивных четырехполюсни ков может быть осуществлена на практике с известным приближением.
Хотя передаточные функции преобразователей не первого порядка (57) и (58), однако их динамическая погрешность может бытьскомпен-
Рис. 17. Блок-схема корректирующего устройства с последова тельным включением двух корректирующих звеньев:
1 — дифференциальная термопара; 2 — модулятор; 3 — усилитель; 4—демо дулятор; 5 — корректирующий четырехполюсник; 6—усилитель постоянного тока; 7 — генератор 35 кгц; 8 — блок питания; 9 — измерительный прибор
сирована схемой коррекции первого порядка 127J по методике, описан ной выше. При этом имеются две возможности:
1) последовательное включение схем коррекции 1-го порядка числу постоянных времени передаточной функции преобразователя; настройка каждой схемы коррекции производится на соответствую щую постоянную времени по методике, указанной для преобразова телей 1-го порядка;
58
2) |
последовательное включение одной схемы коррекции 1го порядка* |
|
которая настраивается на постоянную времени эквивалентного пре |
||
образователя 1-го порядка. |
ЦКТИ |
|
Для |
указанных целей нами совместно с лабораторией |
|
им. И. И. Ползунова исследовалось устройство динамической |
коррек |
|
ции, блок-схема которой представлена на рис. 17.
В схеме использованы два последовательно включенных корректи рующих звена, что значительно расширяет частотный диапазон и уве-
Рис. 18. Осциллограммы динамических характеристик с коррекцией:
1 — правильная компенсация; 2 — перекомпенсация; 3 —
недокомпен сация.
личивает быстродействие схемы. Корректирующая цепь из сопротив лений Ru R2, R3, /?4 и емкостей С1 и С2 воспроизводит на выходе на пряжение, пропорциональное как функции измеряемого расхода, так
и ее второй производной. |
Передаточная функция корректирующей |
|||
цепи имеет вид: |
тъ У |
+ ^к, + г кг)р + 1 |
|
|
Гк(р) |
|
|||
1 + |. |
1+ ! £ d £ l M , + |
|
||
Т'к, V |
|
|||
R? (&1-I- &t) |
Rf |
R2 -\- |
(62) |
|
|
|
|
|
|
гдеРг, R2, R3, R t — сопротивления корректирующей цепи; TKi = R ^ i,
ТЛг = R3C2; Clt С2 — емкости магазина емкостей |
корректирующей |
||
цепочки. |
|
коррекции необходимо выполнить условие ком |
|
Для правильной |
|||
пенсации Тк = |
ГЭкв |
при схеме коррекции с одним |
звеном или Тк, = |
= Тх и Тк, = |
Тъ при схеме коррекции с двумя |
корректирующими |
|
звеньями. Путем подбора соответствующей емкости магазина емксстей выполняются указанные условия. Визуально процесс подбора емкости и компенсации контролируется по экрану осциллографа. Типичные осциллограммы динамических характеристик при компенса ции, перекомпенсации и недокомпенсации при скачкообразном изме нении At(АЕ) и настройке схемы на Гэкв приведены на рис. 18. Рассо гласование постоянных времени корректирующих цепей с постоянными
59
времени преобразователя на 10—15% (что соответствует сложному характеру динамической характеристики и изменению коэффициента теплоотдачи а в измеряемом диапазоне расходов) слабо сказывается на точность коррекции. Схема позволяет снимать динамические характеристики при закороченных емкостях С1 и С2.
Схема последовательной коррекции дает положительный эффект при относительно небольших значениях Г 0 < 20 сек., однако, как нам представляется, этот предел может быть значительно расширен при дальнейших исследованиях и усовершенствованиях устройства.
Исследованное устройство последовательной коррекции не всег да пригодно для промышленного использования ввиду его сравнитель-
Рис. 19. Схема корректирующего устройства с параллельным включением корректирующего звена:
/ — нагреватель: 2, 3 — дифференциальные термопары; 4, 5 — электронные потенцио метры; 6 — реохорд; 7 — тахогенератор; а — с RC-цепочкой; б — с тахогенерагором
ной сложности и необходимости применения усилителей постоянного тока и стабилизированного источника питания. Поэтому нами проана лизировано устройство параллельной коррекции [3], которое отли чается простотой, надежностью и не требует усилителей постоянного тока (рис. 19).
Напряжение, снимаемое с реохорда 6, пропорционально A t(E) и по ступает на вход дифференцирующей цепи R2C. Реохорд 6 включен в цепь стабилизированного источника напряжения постоянного тока Uст- Коэффициент усиления дифференцирующей цепи зависит} от ве личины U„. С части сопротивления Rt снимается напряжение, про порциональное производной от значения А ЦЕг). Суммирование значе ния э. д. с. Ех и £ 2, равной производной от Еъ осуществляется во вход ной цепи потенциометра 5, показания которого дают значения М с меньшей динамической погрешностью. Система параллельной коррек ции изучалась непрерывной записью переходных процессов при скач кообразных изменениях в пределах от 20 до 65е С.
60
Значения R2 и С были соответственно равны 10 ком и 260 |
мкф. |
При увеличении емкости до 310 мкф динамическая погрешность |
в си |
стеме уменьшилась приблизительно в 10 раз. Использование в качестве дифференцирующего устройства миниатюрного тахогенератора посто янного тока 7 с возбуждением от постоянных магнитов упрощает схему (рис. 16,6), гак как при этом отпадает необходимость в дополнительном реохорде и источнике стабилизированного питания. Ротор вращает реверсивный двигатель потенциометра РД. Выходное напряжение тахогенератора, пропорциональное скорости изменения At, склады вается с сигналом, пропорциональным измерительному эффекту кор рекции.
Вследствие нелинейности начального участка характеристики тахогенератора переходный процесс в системе носит характер затухаю щих колебаний. Тахогенератор можно использовать при увеличе нии скорости его вращения в результате изменения передаточного числа от реверсивного двигателя. Необходимо также обеспечить ми нимальное переходное сопротивление в цепи щеток ротора, вызываю щего искажение сигнала производной. Результаты динамической кор рекции могут' быть значительно улучшены при использовании высо кокачественных дифференциаторов и автоматических потенциометров с малым временем пробега шкалы. Дальнейшее исследование и усовер шенствование рассмотренных устройств коррекции позволит значи тельно улучшить динамические свойства теплообменных преобразова телей и расширить их область применения, особенно в системах автома тического регулирования и при измерении быстропеременных величин.
§ 4. Разработанные конструкции и практическое приме нение теплообменных преобразователей
Теплообменные измерительные преобразователи имеют погреш ность (статистическую) измерения такого же порядка, что и другие измерительные преобразователи.
По динамическим свойствам теплообменные преобразователи ус тупают всем другим типам преобразователей. Однако следует отме тить, что у теплообменных преобразователей постоянная времени пере ходного процесса не превышает постоянную времени широко применяе мых в промышленности ряда преобразователей, например, термопары, термометра сопротивления и других. Кроме того, в некоторых случа ях (при измерении параметров пульсирующих потоков) повышенная инерционность проявляет себя как положительное свойство, позволяя определять среднее значение измеряемого параметра.
В неконтактных теплообменных преобразователях полностью от сутствуют какие-либо элементы, вносимые в поток. Конструкция пре образователей отличается сравнительной простотой. Эти свойства обеспечивают большую надежность теплообменных преобразовате лей неконтактного типа.
Преобразователи конструктивно могут быть изготовлены из
трубок практически любого диаметра, |
начиная от десятых долей |
5 4-264 |
61 |
миллиметра до нескольких метров. На толщину стенок труб также не накладывается никаких ограничений. Это означает, что теплооб менные преобразователи могут обеспечить измерение практически при любых давлениях.
Можно указать на следующие области применения, в которых теплообменные измерительные преобразователи являются наиболее перспективными приборами:
1) измерение расходов газов, жидкостей и жидких металлов от мил лиметра в час до десятков метров в час при любых давлениях и тем пературах;
2)измерение расходов различных смесей жидких и твердых ве ществ, жидкостей и газов, газов и сыпучих (например, в пневмотранс порте);
3)измерение влагосодержания газов, жидкостей и сыпучих мате риалов;
4)измерение состава и концентрации различных веществ и др. Кроме вышеуказанных областей применения, теплообменные изме
рительные преобразователи широко используются как составные пре образователи более сложных приборов (например, термомагнитных газоанализаторов).
Измерительные схемы и конструкции теплообменных преобразо вателей со стационарным режимом нагрева. Теплообменные измери тельные преобразователи в зависимости от типа применяемых термо чувствительных элементов и конкретных условий эксплуатации могут работать с несколькими видами измерительных схем. Это разом кнутые и замкнутые измерительные схемы на основе потенциометри ческих и мостовых схем, логометрические схемы, схемы двойных мостов и другие 1421.
Рассмотрим наиболее простые, надежные и получившие распрост ранение измерительные схемы применительно к теплообменным пре образователям расхода с термопарными термочувствительными элемен тами.
И з м е р и т е л ь н ы е с х е м ы т е п л о в ы х р а с х о д о м е р о в . Возможны два принципиально различных режима работы расходомеров: 1) при постоянной мощности нагревателя, когда изме ряется разность температур потока до и после нагревателя и 2) изме ряется переменная мощность нагревателя, изменением которой авто матический регулятор стабилизирует разность температур потока .о и после нагревателя.
Схема расходомера, работающего в режиме постоянной мощнос ти, представлена на рис. 20. Мощность нагревателя поддерживает ся постоянной стабилизатором напряжения 6. Мерой расхода служит разность температур потока. Блок-контакт 5 при отсутствии потока отключает питание нагревателя.
В качестве вторичного прибора используется автоматический элек тронный потенциометр типа ЭПД или ЭПП, в измерительную схему которого вносятся некоторые изменения. Потенциометр в зависимос ти от системы автоматического регулирования может иметь любое
62