9 Билет

Термоэлектрические термометры (термопары).

Первичным преобразователем (датчиком) термоэлектрического термометра служит термопара, состоящая из двух разнородных проводников

Принцип действия термопары основан на термоэлектрическом эффекте, заключающемся в том, что в замкнутой цепи, состоящей из двух или нескольких разнородных проводников, возникает электрический ток, если хотя бы два места соединения (спая) проводников имеют разную температуру.

Спай с температурой t называется рабочим (горячим) и помещается в зону измерения температуры, а второй спай с постоянной температурой t₀ — свободным (холодным), эта чаще всего температура того места, где находится измерительный прибор. Проводники A и B называются термоэлектродами.

Термоэлектрический эффект объясняется присутствием в металле свободных электронов, число которых в единице объема различно для разных металлов.

Электрическое поле, возникающее в месте соприкосновения проводников, препятствует этой диффузии, и когда скорость диффузии электронов станет равна скорости их перехода из металла В в металл А, наступит состояние подвижного равновесия. В таком состоянии между электродами А и В возникает некоторая разность потенциалов.

Промышленные типы термопар.

Платинородий(10% родия)-платиновая термопара (тип ТПП) (от 0 до 1300 ⁰С) надежно работает в нейтральной и окислительной средах, но быстро разрушается в восстановительной атмосфере, особенно в присутствии окислов металла и кремнезема вблизи термопары. Вредно действуют на платину пары металла и углерод (особенно окись углерода). Поэтому при промышленных измерениях необходима тщательная изоляция термопары от непосредственного воздействия измеряемой среды. Термопара ТПП при правильной эксплуатации сохраняет постоянство своей градуировки в течение весьма длительного времени. Однако т.э.д.с., этой термопары мала по сравнению с другими термопарами. Термопары ТПП применяются при температурах до 1600 ⁰С.

Платинородий (30% родия) - платинородиевая (6% родия) термопара (тип ТПР) (от 300 до 1600 ⁰С). Особенность термопары в том, что она применяется для измерения самых высоких температур — до 1800 ⁰С и развивает очень малую т.э.д.с. (0,04 мВ при 120 ⁰С и 0,002 мВ при 20 ⁰С).

Термопары платиновой группы ТПП и ТПР изготовляются обычно в виде проволоки диаметром 0,5 или 1 мм и изолируются фарфоровыми бусами или фарфоровыми трубками.

Хромель-алюмелевая термопара (типа ТХА) (от –50 до 1000 ⁰С) наиболее устойчива из всех неблагородных термопар. Она применяется для измерения температуры до 1300 ⁰С. Зависимость т.э.д.с. этой термопары от температуры близка к линейной. Большое содержание никеля в сплаве обеспечивает стойкость термопары против окисления и коррозии. Восстановительная среда вредно действует на хромель-алюмелевую термопару.

Термопара из сплавов НК-СА (типа ТНС) обладает характерной особенностью, заключающейся в том, что она не требует введения поправки на температуру холодных спаев, так как т. э.д.с., развиваемая термопарой до 200 ⁰С, практически равна нулю. Верхний температурный предел 1000 ⁰С.

Хромель(89% Ni)-копелевая(45% Ni) термопара (типа ТХК) (от-50 до 600 ⁰С) развивает наибольшую т.э.д.с. из всех стандартных термопар, что позволяет изготовлять термоэлектрические термометры с узкой температурной шкалой. Применяется для измерения температуры до 800 ⁰С. Стандартные термопары ТХА, ТНС, ТХК изготовляются из проволоки диаметром 0,7–3,2 мм и изолируются керамическими бусами.

Физико-химические газоанализаторы (термохимический)

В термохимических газоанализаторах для определения содержания анализируемого компонента используют тепловой эффект реакции окисления этого компонента. Наибольшее применение получили две группы приборов.

В приборах первой группы горение происходит на каталитически активной платиновой нити, одновременно являющейся чувствительным элементом — плечом измерительного моста. В приборах этой группы анализ основан на измерении повышения температуры при сгорании определяемого компонента.

Измерительная схема газоанализатора представляет собой неуравновешенный мост постоянного и переменного тока (рис).

Сила тока разбаланса пропорциональна содержанию анализируемого компонента в газовой смеси.

В термохимических газоанализаторах второй группы (рис) реакция окисления происходит в слое катализатора, а тепловой эффект реакции измеряется термометром сопротивления или термобатареей, помещенным в этот катализатор.

1 — измерительная камера с катализатором (например, платина, нанесенная на оксид алюминия); 2 и 8 — терморезисторы; 3 и 9 — активный катализатор и неактивная масса; 4 — электронагреватель, 5 — корпус из нержавеющей стали (температура внутри корпуса 200 ⁰С); 6 — теплообменник; 7 — камера с неактивной массой; 10 — неуравновешенный мост, (усилитель); 11 — потенциометр.

Основной недостаток приборов — «отравление» катализатора при наличии в воздухе соединений Cl₂, HCl, H₂S, SO₂, фосфора, мышьяка, сурьмы и других каталитических ядов.

Физико-химические газоанализаторы (электрохимический)

Электрохимические методы используются для непрерывного автоматического анализа газов и паров. В тоже время использование полимерных пленок в качестве диффузионных барьеров позволило расширить область применения электрохимических методов на большие концентрации веществ. Эти газоанализаторы применяют также для определения концентрации газов, растворенных в жидкостях.

На рис. показана схема электролитической ячейки газоанализатора для непрерывного определения малых концентраций SO₂ в газовых смесях.

Анализируемый газ непрерывно пропускается через ячейку 1 газоанализатора. Электроды служат для измерения окислительно-восстановительного потенциала, по величине которого контролируют процесс титрования. В результате электролиза выделяется титрант. При этом сила тока электролиза пропорциональна концентрации SO₂. Для измерения силы тока предназначен стандартный электронный потенциометр.

1 — ячейка; 2 — платиновые электроды; 3 — регулирующее устройство; 4 — потенциометрический датчик; 5 — индикаторный платиновый электрод; 6 — каломельный сравнительный электрод.

Типовые звенья в системах автоматического регулирования. Колебательное звено.

Типовыми звеньями автоматики называются такие звенья, переходный процесс в которых описывается дифференциальным уравнением не выше второго порядка с постоянными коэффициентами.

Колебательное звено

Колебательными называются такие звенья, у которых при внезапном приложении единичного возмущения появляются колебания выходного сигнала.

Уравнение колебательного звена соответствует уравнению апериодического звена 2-го порядка. T₂²=d²y/dt²+T₁*dy/dt+y=kx

Отличие состоит в том, что постоянные времени T₁ и T₂ имеют другое соотношение. Для апериодического звена 2-го порядка T₁ ≥ T₂, а для колебательного звена T₂ > T₁.

Колебательное звено можно рассматривать как соединение двух звеньев, способных запасать энергию и взаимно обмениваться этими запасами, например, два сообщающихся сосуда.

Если при колебаниях запас энергии увеличится, амплитуда колебаний возрастает, элемент или система будет неустойчивой: T₂²=d²y/dt²-T₁*dy/dt+y=kx

Если отсутствует второе слагаемое в уравнении, то колебания равномерные или гармоничные. T₂²=d²y/dt²+ y=kx

Если колебания выходят за диапазон допустимых колебаний регулируемого параметра, то элемент или система будет неустойчивы.

Колебательные звенья характеризуются способностью запасать энергию двух видов и обмениваться этими запасами.

Примерами колебательных звеньев могут служить: любые емкости, в которых регулируется уровень; нагревательные устройства, в которых температура может поддерживаться в колебательном режиме.