§ 25. Автоматический контроль температуры

Температура является важнейшим параметром, характеризую­щим очень многие технологические процессы в деревообработке. Температурный контроль часто предопределяет успех производства в целом, качество готовой продукции и т. д. Такие технологические процессы, как сушка, выпарка, горячее прессование и т. д., тре­буют точного измерения температуры и поддержания ее на задан­ном уровне.

В табл. 3 приведены приборы для измерения температуры, вы­пускаемые нашей промышленностью, и их характеристики.

3. Приборы для измерения температуры табл

Пределы Физические явления, измерения "ИД положенные в основу действия температуры, °С Термометры: расширения Расширение тел при нагревании —190 -.—[-750 манометрические Изменение давления в замкнутой си- —160 -н +600 стеме при нагревании заполненной жидкостью или газом термовосприни-мающей части термометра сопротивления Изменение электрического сопротив- —200 -f- +650 ления проводника термоэлектрические Возникновение ЭДС при нагревании —50н-+1600 спая двух различных электродов

Термометры расширения. Действие этих приборов основано на принципе расширения объема жидкости (жидкостные) или линей­ных размеров твердых тел (биметаллические и дилатометрические) при изменении температуры.

Жидкостные термометры применяют в основном для ме­стных измерений температуры в пределах — 190 600 °С. Их основные достоинства — простота и высокая точность измерения; недостатки — невозможность ремонта, отсутствие автоматической записи и передачи показаний на расстояние.

Биметаллические и дилатометрические термометры чаще всего используют в качестве измерительных пре­образователей в системах автоматической сигнализации и регули­рования. Пределы измерения таких термометров от — 150 до + 750 °С. Погрешность измерения 1—2 % .

Манометрические термометры. В зависимости от заполнения рабочим веществом подразделяются на газовые, жидкостные и кон­денсационные. Устройство всех типов манометрических термомет­ров аналогично. Они состоят из чувствительного элемента (термо­баллона), соединительного капилляра и вторичного прибора — манометра. Класс точности манометрических термометров 1,0 2,5. Они используются для дистанционного (до 60 м) измерения темпе­ратуры. Их достоинства: простота конструкции и обслуживания, возможность дистанционного измерения и автоматической записи показаний; недостатки: невысокая точность измерений, значитель­ная инерционность, сравнительно небольшое расстояние дистан­ционной передачи.

Термометры сопротивления. Эти приборы состоят из термопре­образователя сопротивления и вторичного прибора. Изготавливают металлические и полупроводниковые термометры сопротивления.

Для промышленного применения используют платиновые ТСП и медные ТСМ термометры сопротивления, характеристики кото­рых представлены в табл. 4.

4. ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕРМОМЕТРОВ СОПРОТИВЛЕНИЯ

\ \ 1 Тип	Градуировка шкалы	Номинальное сопротивление при 0 °С, Ом	Диапазон измерения °С
ТСП ТСМ	20 21 22 23 24	10 46 100 53 100	0— +650 —200—+500 —200—+500 -50—+ 180 -50-+ 180

Конструкция платиновых термометров сопротивления состоит из бифилярной платиновой спирали, намотанной на слюдя­ной каркас или расположенной в капиллярных керамических трубках с керамическим порошком.

Медные термометры сопротивления выполняют в виде мед­ной проволоки, намотанной на пластмассовый каркас. Чувстви­тельные элементы ТСП и ТСМ расположены в герметических тон­костенных металлических гильзах. Защитный корпус термометра сопротивления — это отрезок металлической трубы с резьбовым штуцером и клеммной головкой, к зажимам которой подсоединяют термометр.

В качестве вторичных приборов в комплекте с термометрами сопротивления обычно применяют логометры и автоматические электронные измерительные уравновешенные мосты.

На рис. 46, а приведена схема логометра типа Л-64. Его измерительная схема представляет собой неуравновешенный мост, в котором термометр сопротивления R_t включен в одно из плечей. К диагонали С—D подается напряжение 4 В от источника постоян-

ного тока. В диагональ А—В включены катушки логометра с со­противлениями r₁ и r₂. Плечи моста образованы резисторами R2 (R1 + R_y), R3 и (R6 + R_y + R_t)- Сопротивление R_y предназна­чено для подгонки сопротивления соединительных проводов до значения, указанного на шкале прибора. Резисторы R1, R4 — подгоночные сопротивления плеч моста, служащие для подгонки шкалы логометра на данный предел измерения; R5 — постоянное сопротивление из медной проволоки, предназначенное для темпе­ратурной компенсации при изменении температуры окружающей

Рис. 46. Измерение температуры:

а — схема логометра; б — схема уравновешенного автоматического моста

среды. Резистор R_K — эталонное сопротивление, предназначенное для проверки исправности прибора. При изменении температуры в месте установки термометра сопротивления изменяется его со­противление R_t, что вызывает изменение разбаланса моста, а сле­довательно, изменение напряжения на диагонали А—В и токов I₁ и I₂ в рамках прибора.

Взаимодействие токов, протекающих в рамках с магнитным по­лем постоянного магнита, вызывает поворот подвижных рамок и от­клонение стрелок логометра на угол, зависящий от изменения со­противления R_t, а следовательно, и от измеряемой температуры. Правильность показаний прибора контролируют, подключая эта­лонное сопротивление R_K вместо термометра сопротивления R_t. Для этого на клеммах термометра сопротивления ставят перемычку, а провод, подключенный к клемме 3 логометра, переносят на клемму 1, включая тем самым вместо R_t эталонный резистор R_K. При правильной подгонке сопротивления проводов, соединяющих термометр сопротивления с логометром, и исправном приборе по­казывающая стрелка должна устанавливаться на красной отметке шкалы логометра. После проверки провод переносят с клеммы / на клемму 3 и снимают перемычку с клемм термометра сопротив­ления.

Шкалы логометров градуируют в соответствии с характеристи­кой термометра сопротивления. Поэтому на шкале кроме сопротив­ления соединительных проводов указана и градуировка термометра сопротивления (например, гр. 23), с которым должен работать ло-гометр.

Автоматические электронные уравновешенные мосты предназначены для измерения температуры при работе в комплекте с термометрами сопротивления стандартных градуи­ровок. На рис. 46, б приведена электрическая схема автоматиче­ского электронного уравновешенного моста КСМЗ. Мост КСМЗ состоит из измерительной схемы, электронного усилителя УЭУ-209М, реверсивного двигателя Д-32 и синхронного двигателя ДСД, приводящего в движение дисковую диаграмму. В качестве измерительной схемы в приборе использован уравновешенный мост с диагоналями а—b и с—d. К точкам с—d мостовой схемы под­ключен источник питания — напряжение переменного тока. К диа­гонали мостовой схемы а—b подключен вход усилителя. Плечи моста образованы резисторами R_a, R_c, R_K1 , R_K2 , термометром со­противления R_t, сопротивлениями линии R_л и сопротивлениями реохорда R_p = r'_p + r_p.

Сопротивление обмотки реохорда для всех градуировок и пре­делов шкал одинаково и составляет приблизительно 130 Ом. Об­мотка реохорда шунтируется сопротивлением R_ш, которое подби­рают отдельно для каждого реохорда в зависимости от градуировки и пределов измерения. Токосъемник реохорда Т имеет сопротивле­ние такое же, как и его обмотка, и для уменьшения наводок от маг­нитных полей закорочен. В измерительную схему моста введены уравнительные катушки R_K1 и R_K2 Начальное сопротивление каж­дой уравнительной катушки составляет 2,5 Ом. Резистор R_б, вклю­ченный в диагональ питания мостовой схемы, служит для ограни­чения тока в измеряемой схеме. Переключатель, расположенный на корпусе прибора, имеет две позиции: «Работа» и «Контроль». В положении «Работа» разомкнуты контакты 1—3, 2—4 и 4—5, а термометр сопротивления R_t включен в одно из плеч измерительной схемы. Без учета ветви шунтирующего реохорда R_ш и сопротивле­ния проводов уравнение равновесия будет иметь следующий вид:

При изменении температуры сопротивление R_t меняется. Это приводит к разбалансу мостовой измерительной схемы, и на вход усилителя с диагонали подается напряжение небаланса. Усили­тель его усиливает и подает на управляющую обмотку двигателя Д-32. Ротор двигателя через редуктор перемещает движок по рео­хорду, изменяя соотношение сопротивлений r'_p и r''_p до тех пор, пока мостовая схема не придет в равновесие. Так как ротор двигателя механически связан с показывающей и записывающей стрелками, каждому положению движка реохорда будет соответствовать опре-

деленное положение стрелок на шкале, по которой отсчитывается измеряемая величина.

Термоэлектрические термометры. Эти приборы состоят из тер­моэлектрического преобразователя (термопары) и вторичного при­бора. Наибольшее распространение получили следующие типы термоэлектрических преобразователей:

Пределы измерения, °С Платинородий-платинородий ТПР от +300 до +1600 Платинородий-платиновые ТПП от 0 до +1300 Хромель-алю.мель ТХА от 50 до +1000 Хромель-копелевые ТХК от 50 до +600

Рис. 47. Принципиальная схема одноточечного автоматического потенцио­метра

Для измерения термоЭДС термопары в качестве вторичных при­боров используют автоматические потенциометры и пирометриче­ские милливольтметры.

На рис. 47 показана принципиальная схема одноточечного ав­томатического потенциометра КСП4. Автоматический по­тенциометр КСП4 состоит из мостовой измерительной схемы, уси­лителя, реверсивного двигателя РД, ленточной диаграммы, приво­димой в движение синхронным двигателем ДСМ.

В диагональ измерительного моста с—d включен источник ста­билизированного питания ИПС-148П, обеспечивающий постоянство силы рабочего тока в измерительной схеме. С диагонали а—b сни­мается компенсирующее напряжение. Термопара подключается к из­мерительному мосту так, что ее ЭДС Е_Т направлена навстречу компенсирующему напряжению U_аЬ. Поэтому напряжение, по­данное на вход усилителя, равно U = U_ab — Е_Т. Если компенси­рующее напряжение U_ab равно ЭДС термопары Е_Т, то напряже-

ние, поданное на вход усилителя, равно нулю, реверсивный двига­тель неподвижен, и стрелка прибора показывает установившуюся температуру. При изменении температуры в месте установки тер­мопары ЭДС Е_Т изменяется, в результате чего на входе усилителя появляется напряжение рассогласования.

Это напряжение через усилитель поступает на управляющую обмотку реверсивного двигателя РД. В зависимости от знака на­пряжения рассогласования реверсивный двигатель РД перемещает в соответствующем направлении показывающую и записывающие стрелки и подвижный контакт по реохорду до тех пор, пока напря­жение рассогласования не станет равным нулю, т. е. когда напря­жение U_ab скомпенсирует Е_Т. При этом положение показывающей и записывающей стрелок определит значение измеряемой температуры.

На схеме показаны: R_Н, R_П, R_а, R_с — сопротивления измери­тельного моста; г_н, г„, г_к — сопротивления подгонки; R_pT — со­противление в цепи источника питания; R_ф1, R_ф2, R_ф3 — сопро­тивления фильтра; С_ф1, С_ф2, С_ф3 — конденсаторы фильтра; К1 и К2 — выключатели прибора и синхронного электродвигателя. Основная погрешность показаний автоматического потенциометра КСП4 на всех отметках шкалы ± 0,25 % диапазона измерения.