 |
Схемы автоматического введения поправки на изменение температуры холодного спая
|
|
|
|
1..
Последовательно с термопарой включается источник ЭДС, компенсирующий влияние разогрева холодных спаев термопары. Для этого в одно из плеч моста включается терморезистор Rт типа ТСМ, который должен располагаться вблизи холодных концов термопары. С увеличением температуры его сопротивление увеличивается и увеличивается небаланс моста. В этой схеме реализуется непосредственное измерение ЭДС термопары при наличии эффекта Пельтье.
Uвых = EТП ± ∆U
2. Компенсационный способ измерения ЭДС при отсутствии эффекта Пельтье
2.1 Ручной компенсатор
 |
ЭДС термопары уравновешивается напряжением UК, снимаемого с делителя напряжения. Отсчет температуры снимается со шкалы через указатель, механически связанный с подвижным контактом делителя напряжения. Момент, когда 
, определяется по нуль-органу и ток в измерительной цепи отсутствует.
Лекция №9
2.2 Автоматический компенсатор
Измерительный мост используется в качестве источника ЭДС для уравновешивания ЭДС термопары.
ПН – преобразователь напряжения преобразует постоянное напряжение управления в переменное напряжение.
Питание моста осуществляется от ИПС.
РД – реверсивный двигатель (однофазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором) через механическую связь перемещает движок реохорда измерительного моста до момента, когда Етп = Uк.
Если температура на объекте изменилась, то изменяется Етп и появляется ошибка ΔU = Етп - Uк, которая преобразуется в переменное напряжение, усиливается и подается в обмотку управления РД. Вал двигателя вращается и поворачивает движок реохорда до тех пор, когда ΔU = 0. Показания температуры считываются по шкале реохорда.
|
|
|
RШ – шунтирующий резистор для каретки RШ = 90 Ом.
R2, R4 – для сдвига шкалы вправо или влево.
R3 – для растяжения и сжатия шкалы.
Rt – медный терморезистор для компенсации погрешности от изменения температуры свободного спая термопары. Здесь трехпроводной линии связи не требуется, так как Rt располагается у клемм подключения дополнительных электродов термопары к прибору (холодный спай термопары).
Для формирования источника тока по отношению к медному термосопротивлению необходимо выбирать R1>> Rt. Согласно метода контурных токов запишем
↓U12=i1(R4+ Rpℓx/ℓp) – i2 Rt↑,
откуда следует, что при правильном выборе номинала медного термосопротивления можно выполнить условие ∆U=↓U12-Et↓= 0 и исключить влияние разогрева холодных спаев термопары на точность измерения температуры.
Расчет Rt
Пирометры
Это бесконтактные приборы для измерения излучения нагретого тела.
Существуют:
- пирометры полного излучения (радиационные);
- пирометры частичного излучения (яркостные);
- цветовые пирометры;
Радиационные пирометры (РАПИР)
Измеряют полное излучение во всех частях спектра.
Приведенная погрешность 1%.
Визуально направляется трубка (ТЕРА- 50) на нагретое тело. При этом излучение фокусируется на чувствительном элементе (батарее термопар, горячие спаи которых располагаются на пластине из зачерненной платины).
1 – нагретое тело, объект;
2 – объектив;
3 – чувствительный элемент (батарея термопар);
4 – окуляр;
5 – наблюдатель;
Такой пирометр применяется для измерения температуры от 6000С до 25000С.
Охлаждение ТЕРА-50 водяное - для стабилизации температуры холодных спаев батареи термопар или применяют медную термокомпенсацию.
Погрешность:
1. Погрешность от неполноты излучения.
Коэффициент неполноты излучения может меняться 0,04÷1.
|
|
|
Пирометры градуируются по типам поверхностей, т.е. в соответствии с коэффициентом неполноты.
2. Расстояние до объекта.
Интенсивность излучения зависит от квадрата расстояния, чем больше расстояние, тем меньше излучение.
Обычное расстояние: (1,5 – 4)м.
3. Погрешность среды.
Излучение частично поглощается окружающей средой.
Яркостные пирометры
Яркость поверхности объекта сравнивается с поверхностью образцового излучателя в видимой (узкой) части спектра.
Большое значение будет иметь коэффициент неполноты излучения в данном диапазоне.
Показания не зависят от расстояния объект.
1) Яркостный пирометр с исчезающей нитью (ОППИР ).
1 – наблюдатель;
2 – светофильтр;
3 – лампа с нитью накаливания (вольфрам);
4 - объект;
Применяется для измерения температур 800÷15000С.
Наблюдатель направляет трубу пирометра на объект и видит нить. Регулируя ток, он изменяет яркость свечения нити.
Если яркость нити выше, то будет светящаяся нить на фоне темного объекта. Если яркость нити равна яркости объекта, то контуры нити будут размыты. В этот момент температура считывается по шкале амперметра. Шкала нелинейная, т.к. от тока зависит яркость.
2) Яркостный пирометр с оптическим клином .
Яркость нити остается неизменной, т.е. Uп не изменяется, уравновешивание происходит путем перемещения оптического клина с переменной прозрачностью, температура считывается при определенном положении оптического клина.
Особенности:
Высокая точность, т.к. яркость растет быстрее, чем температура, т.е. зависимость нелинейная. Поэтому измерение яркости с точностью 1%, а температуры – 0,1%. Клин увеличивает диапазон измеряемых температур. Показания прибора умножают на коэффициент поглащения клина.
Цветовые пирометры.
Измеряют интенсивность излучения в разных частях спектра при различных температурах: при пониженных температурах - излучение красного спектра, а при повышенных температурах - излучение синего спектра.
λ1 и λ2 должны быть разнесены.
На диске расположены синие и красные цветофильтры, которые чередуются между собой. При вращении диска потоки коммутируются на один канал, сигнал с выхода фотоэлемента усиливается и подается на микроЭВМ.
|
|
|
Лекция №10
Измерение давления
В отличие от твердых тел частицы жидкости обладают большей подвижностью и при воздействии силы перемещаются. Жидкость будет находиться в равновесии, если действующие силы равномерно распределены по поверхности и направлены перпендикулярно к ней. На любую поверхность твердых тел, граничащая с ней жидкость, воздействует с некоторой силой давления, направленной всегда перпендикулярно к этой поверхности. Сила давления появляется при изменении объема жидкости или при ее сжатии. Почти все жидкости сжимаемы, однако это сжатие мало даже при больших давлениях. При давлении 98 МПа объем воды изменится на 5%. Распределение сил давления по поверхности соприкосновения твердого тела с жидкостью характеризуется давлением – силой F, действующей на единицу поверхности перпендикулярно к ней. При переходе от одной горизонтальной плоскости к другой, лежащей ниже, давление в жидкости увеличивается. Если на свободной поверхности давление равно нулю, то на глубине h давление Р = 
. Это соотношение справедливо для любой формы сосуда. Если свободная поверхность жидкости находится под давлением 
, то на глубине h
.
1 Паскаль – единица измерения давления в системе СИ названа по имени французского ученого Б.Паскаля (1623- 1662).
1Па = 1Н/1м2
1МегаПа = 106 Па.
Несистемные: атмосферные = 1кгс/см2 = 105 Па=1бар.
мм. ртутного столба = 133,3 Па;
мм. водного столба = 9,8 Па.
Приборы для измерения давления:
- манометры (давление выше атмосферного, избыточное давление);
- вакуумметры (давление ниже атмосферного);
- дифференциальные манометры (разностное давление).
Атмосферное давление есть слой воздуха вокруг Земли, удерживаемый вблизи нее силами тяготения. Масса атмосферного воздуха достигает 5 
. Он распределен на площади 
, т.е. на каждый 1 
поверхности приходится 1 
воздуха или 10 
Па. Прибор для измерения атмосферного давления относительно вакуума называется барометром -анероидом. Если такой прибор проградуировать в метрах, то с его помощью можно измерять высоту и называют его альтиметром. Альтиметр используется на самолетах для определения высоты полета.
|
|
|
Манометры разделяют на:
- жидкостные;
- пружинные с упругим преобразователем; поверхности приходится электрические;
Избыточное давление должно превышать давление при температуре 00С. Абсолютное давление должно превышать давление при температуре 00К.
Жидкостные манометры
P=∆h1+∆h2
Стеклянная V – образная трубка заполнена на половину жидкостью. Один конец открыт, а на другой подается давление. Отсчет суммируется из двух показаний – вверх от нуля и вниз от нуля (в этом недостаток).
Чашечный манометр
Площадь левого колена намного больше площади правого, изменение столба жидкости будет прямо пропорционально площади. Т.е. опускание жидкости в чашке незначительно, отсчет от одного уровня, от нуля (в одну сторону).
3) Поплавковый дифференциальный манометр
Два колена на половину заполнены жидкостью и соединены между собой. Уровень левой трубки определяет положение поплавка.
Пусть Р1 > P2
ΔP = h (γp – γc)
γp – плотность рабочей жидкости;
γc – плотность среды;
h=h1
Перемещение поплавка измеряется дифференциальным трансформаторным датчиком.
UВЫХ=k∆P
4) Кольцевой дифференциальный манометр
Трубка с перегородкой на половину заполнена жидкостью и подвешена на призме, т.е. может качаться.
Если P1 > P2, то жидкость из левой половины вытесняется, появляется разность уровней и возникает вращающий момент МВ.
- вращающий момент; R – радиус; ℓ=h sinα
- тормозящий момент;
Если 
, то 
k= 
α = arcsin k ∆P.
Для получения равномерной (линейной) шкалы необходимо использовать преобразователь. Для электрического сигнала надо использовать потенциометр с характеристикой арксинус.
5) Колокольный дифференциальный манометр
Колокол погружен в жидкость. Внутри него давление Р2, снаружи - давление Р1. На колокол действует выталкивающая сила, пропорциональная разности давлений, равной весу жидкости, вытесненной колоколом. Сила выталкивания уравновешивается пружиной. При разности давления (P1-P2) перемещается плунжер дифференциального трансформаторного датчика, который формирует выходное напряжение манометра.
Б) Манометры с упругими преобразователями
1)
Манометр с трубчатой пружиной или трубка Бурдона. Трубка из упругого материала (бронза), изогнута в виде кольца. Один конец запаян, на с другой подается давление P. Особенность трубки – эллипсовидное сечение. Под действием давления P сечение трубки расширяется и трубка распрямляется. Для повышения чувствительности необходимо увеличивать длину трубки. Для уменьшения габаритов датчика трубку можно свернуть спирально, при этом увеличится чувствительность и угловое перемещение оси.
|
|
|
2) Сильфонный дифференциальный манометр.
На балку крепится сапфировая подложка, на которую методом напыления наносится пленочный (кремниевый) тензодатчик.
Разность давлений преобразуется в изгибающий момент балки. Тензодатчик измеряет внутреннее напряжение в балке.
3)Мембранный дифференциальный манометр
Упругий преобразователь – гофрированная мембрана (сталь, латунь) помещается в коробку.
Сапфир 22 ДИ измеряет избыточное давление;
Сапфир 22 ДА измеряет абсолютное давление;
Сапфир 22 ДД измеряет разностное давление;
|
|
|
