19 Сурет. Кедергі термометрінің конструкциясы:

1 — сезімтал элемент; 2 — қорғаушы арматура (болат құбыр); 3 — штуцер; 4 — қақпақша

Кедергілі термометрлер конструкциясы 19 суретте кескінделген. Платиналы термометрдің сезімталды элементі 1 керамикалық қаңқаға оралған диаметрі 0,07 мм платина сымды көрсетеді. Сымның ұштары үшжелілі кабельге қосылған шығыстарға пісіріп жапсырылған. Мыс термометрінің сезімталдық элементі керамикалық цилиндрге бірнеше қабатты оралған және жез құбыршаға орналасқан, диаметрі 0,1 мм мыс сымды көрсетеді. Сезімталды элементтің орамасы құбыршадан оқшаулаушы қабықшамен оқшауланған.

Екі термометрдеде сезімталды элементтері керамикалық ұнтақпен жабылып, арнайы сыламамен тығыздалады. Кабельдің арнайы қаптамасы термометр ішіне судың өтуін болдырмайды. Инерциялық термометр 9, 20 және 30 с құрайды, ол орындалу жағдайына байланысты.

Қазіргі уақытта —200-ден +650 °С дейін өлшеуге арналған кедергілі платиналық термометрлер (ТСП) және —50-ден +180°С дейін өлшеуге арналған мысты кедергілі термометрлер (ТСМ) сериялы шығарылады.

Тұрақты токтың теңестірілген көпірлерінің сұлбасы 20 суретте кескінделген. Ол тұрақты резисторлардан R1 және R3, реохордтан R2 және кедергі термометрінен Rt құрылған.

20 Сурет. Кедергілі термометрлі теңестірілген көпірдің сұлбасы

Екі қосылысатын сызықтың 2 кедергісі R_л термометрдің кедергісіне R_t қосылады. Көпірдің BD қорегінің диагоналына тұрақты токтің сыртқы көзі қосылған, өлшенетін диагоналға АС — нөл-аспап НП. Өлшеу тепе-теңдік режимде салыстыру әдісімен жүргізіледі.

Сұлбадағы тепе-теңдік, реохордтың R2 қозғалтқышын өлшенетін диагоналдағы АС ток нөлге теңескеніне дейінгі кезеңге дейін жылжытылуымен жүргізіледі. Онда көпірдің қарама-қарсы иықтарындағы кедергілердің көбейтіндісі өзара тең, яғни

R1(R_t + 2 R_л)= R2 R3 (24)

демек: R_t = R2(R3 / R1) - 2 R_л (25)

Егер R3 = R1 таңдасақ, онда

R_t = R2 - 2 R_л (26)

Өрнектің (24) оң жағындағы мүше 2 R_л жалпы жағдайда өзгере алады, өйткені қосылысатын сызықтар кедергісі қоршаған ортаның температурасының ауытқуына тәуелді. Егер осы кезде пайда болатын өлшеу қателіктері ұйғарынды шамадан артатын болса, онда термометрді қосудың үшсымды сұлбасы қолданылады. Бұл кезде қоректену көзінің минусы қосалқы үшінші сымның көмегімен тікелей кедергі термометріне қосылады R_t; бұл жағдайда көпірдің қоректену диагоналі D және В′ нүктелерімен анықталады. Бір қосылыстағы сызықтың кедергісі R_t кедергісіне қосылады, ал екіншісі – R2. Жәнеде көпірдің тепе-теңдік шарты келесі түрде жазылады:

R_t + R_л = (R2 + R_л) R3/R1 (27)

R3 = R1 кезінде қосылысатын сызықтардың кедергісінің өзгеруі өлшеу нәтижесіне әсер етпейді. Осының бәрі дұрыс болады, егер қосылысатын сызықтардың кедергісі өзара тең болатын болса. Тәжірибеде осы шартты орындау үшін қосылысатын сызықтардың тізбегіне номиналдық кедергісі 2,5 Ом теңестіруші катушканы бірізді қосады. Бұл катушкалардың кедергісін өзгертумен қосылысатын сызықтардың кедергілерінің теңесуіне жетуге болады.

48-БИЛЕТ

1- Кеңею термометрлері. Сұйықтық шынылы термометрлерде денелердің жылулық кеңею қасиетін қолданады. Бұл жердегі температураның өзгерісі сұйық пен термометр қауызы материалының көлемдік кеңеюінің коэффициенттерінің айырмасына негізделген.

Сұйықтық термометрлердің сезімталдығы, сұйық пен қауыз шынысының кеңеюінің температуралық коэффициенттерінің айырмасы үлкен болған сайын, жоғары болады, сондықтан термометрлерді әзірлеу үшін, кеңеюдің температуралық коэффициенті 2х10^-5 1/°С термометрлік шыны қолданылады. Жұмысшы термометрлік сұйық ретінде көбінесе химиялық таза сынап қолданылады. Өлшеудің төменгі шегі сынаптың қатаю температурасымен шектеледі және —35 °С тең, жоғарғы шегі шыны үшін ұйғарынды температуралармен анықталады.

Кварцтық шыныны қолдану кезінде өлшеудің жоғарғы шегі +750 °С дейін артады. Қалыпты атмосфералық қысым кезінде сынаптың қайнау температурасы 356,58 °С тең болатындықтан, жоғары температуралы сынапты термометрлерде капиллярлық құбыршадағы бос кеңістік, қысыммен, инертті газбен толтырылады: мысалы шкаласы 500 °С дейінгі термометрлерде газдың қысымы 20х10^s Па жетеді. 190 °С дейінгі температураларды өлшеу үшін, толықтырғыштар ретінде органикалық сұйықтар қолданылады. Осындай термометрлерден ең кең таралғаны – өлшеу шектері —80-нен +80 °С дейін болатын спиртті термометрлер болады.

Термометрлер келесідей түрлерге бөлінеді:

- техникалық сынапты – тіке және бұрышты ішіне салынған шкалалы. Температуралар диапазоны – 90-нан + 600 °С дейін;

- зертханалық сынапты — таяқшалы немесе шкаласы ішіне салынған. Ең дәлдікті термометрлер, шкаласының бөліну бағасы 0,1 °С, өлшеу интервалы 50 °С болады, мысалы 150-ден 200 °С дейін. 0 °С басталатын шкалалар үшін өлшеудің жоғарғы шегі 500 °С тең;

- сұйықтықты (сынапты емес) — —190-нан +100°С дейінгі температураларды өлшеу үшін шығарылады;

- электржанаспалы сынапты — капиллярлық құбыршаға қозғалыссыз жанасумен пісіріп жабыстырылған және электр желісінің сынып бағанасымен жанасуға арналған бір қозғалыстағы контактімен. Олар 0—300 °С шегіндегі қажетті температураларға жету туралы сигнал үшін пайдаланылады.

Егер термометр өлшеу шарты бойынша өлшенетін ортаға толығымен батырыла алмайтын болса, онда келесі теңдеуге сәйкес сынаптың шығатын бағанасына түзету енгізілуі керек

Д t = n в (t₂ — t₁) (19)

мұндағы n — шығып тұрған сынап бағанасындағы градустер саны; в — шыныдағы жұмысшы сұйықтың кеңею коэффициенті (сынап үшін 0,00016, спирт үшін 0,001, 1/°С); t₂ — термометр көрсететін температура; t₁ — сынаптың шығып тұрған бағанасының орташа температурасы, ол негізгі термометрдің шығып тұрған бөлігінің ортасына резервуары бекітілген қосалқы термометрмен өлшенеді.

Шыны сұйықтық термометрлердің негізгі басымдылығы — құрылғысы мен құрылысының қарапайымдылығы, арзаншылығы және тіпті сериялық шығырылатын термометрлер үшінде жоғары дәлдікті көрсеткіштігі. Шыны сұйықтық термометрлердің кемшіліктеріне тіркеу мүмкінсіздігі мен көрсеткішті қашықтыққа беру мүмкінсіздігі жатады.

Сызықтық кеңею термометрлері биметалдық және дилатометриялық болып бөлінеді. Биметалдық термометрлердің әрекеті, қыздыру кезінде өзара қатаң біріктірілген, екі әртүрлі материалдың элементтерінің сызықтық кеңеюі айырмасын ΔL_t өлшеуге негізделген. Биметалдық термометрлер жазық және шиыршықты спираль түріндеде орындалады, оның бір ұшы қатаң бекітілген, ал екінші ұшы қыздыру кезінде шиыршықталады және сонымен байланыстырылған тілді градуирленген шкала бойлығымен бұрады.

Дилатометриялық термометр бір ұшымен қатаң қосылысқан, құбырша мен стерженнен (өзектен) тұрады. Құбырша сызықтық кеңею коэффициенті үлкен металдан дайындалған, ал стержень — сызықтық кеңею коэффициенті төмен материалдан (инвар, кварц, фарфор) жасалған. Өлшеу кезінде құбырша толығымен өлшенетін ортаға батырылуы тиіс. Температураның жоғарылауымен құбыршаның ұзындығы өзгереді, бұл ондағы стерженнің жылжуына келтіреді. Бұл қозғалыстар рычагтар жүйесі арқылы градуирленген аспаптың тіліне беріледі. Өлшеу шектері —150-ден +700°C дейін болады, қателігі 1 — 2 % аспайды. Бұл термометрлер көбінесе температураны реттеудің автоматтықжұйелерінде датчиктер ретінде қолданылады

.

2- Беретін элемент ЗЭ, немесе беруші, тірек сигнал Х_о өндіру үшін қызмет етеді, соған сәйкес реттелетін шама өзгеруі тиіс. Кейде бұл өзгерістер күрделі функционалдық тәуелділікпен көрсетіледі. Автоматтық тұрақтандыру жүйесінің жағдайында, беруші берілген тұрақты мәнді реттелетін шамаға береді. Бағдарламалы реттеу жүйелерінде беруші, реттелетін шаманың өзгеруінің берілген бағдарламасымен сәйкес өзгеретін сигналды өндіреді.

Салыстыру элементі СЭ датчиктен түсетін өлшенген шамамен задатчиктен алынған реттелетін шаманың берілген мәндерін салыстыруды қамтамасыздандырады, және осының негізінде қателік сигналын х шығарады. Реттегіштердің көптеген конструкцияларында салыстыру элементі берілген және өлшенетін элементтермен бір блокта біріктіріледі.

Қателік сигналы ары қарай қолдануға ыңғайсыз нысанда алынуы мүмкін. Мысалы, күшейтілуі үлкен қиындықтармен байланысты тұрақты токтің кернеуін өзгерту түірінде. Сондықтан тұрақты токті ауыспалы токке түрлендірген дұрыс. Үздіксіз сигналды импульстіге және керісінше түрлендіру мәселесі өте жиі туындайды. Одан өзге, салыстыру элементтерінен алынатын қателіктер сигналының қуаты реттеу жүйесінің келесі элементтерінің жұмысы үшін жеткіліксіз болады. Осының бәрі қосымша УПЭ (ТКЭ-түрлендіргіш күшейткіш элементтерді) қолдану қажеттігін шарттайды.

Күшейтуші элемент, немесе күшейткіш, оған түсетін энергияны шығатын сигналға түрлендіруші болып табылады. Дегенмен, бұл түрлену кіретін қуаттың қатты жоғарылауымен жүзеге асады. Көптеген жағдайларда, күшейткіш ретінде шығатын сигналы кіретінмен физикалық табиғаты бір құрылғыны қабылдайды. Дегенмен, автоматты жүйелерде кеңінен қолданылатын гидравликалық және пневматикалық күшейткіштер сигналдар энергиясы түріндегі қосымша түрлендіргішпен сипатталады.

3- Қосымша энергия көзінің болуына байланысты реттегіштер тура және тура емес әрекетті реттегіштер болып бөлінеді. Тура әрекеттегі реттегіштер реттелетін ортадан алатын энергия есебінен реттеуші органды басқарады, және қосымша энергияны қажет етпейді. Тура емес әрекеттегі реттегіштерде сыртқы көздерден келетін энергияны басқаратын қуат күшейткіштері бар. Бұл кезде қолданылатын энергия түріне байланысты электрлік, пневматикалық, гидравликалық және құрамдас реттегіштер болып бөлінеді.

Объектіге әсер ету сипатына қарай реттегіштер үздіксіз және дискретті әрекеттегі реттегіштер болып сыныпталады. Біріншісі реттеуші әсердің үздіксіз өзгеруін қамтамасыздандырады. Көп жағдайларда оларға реттеуші органның импульсті қозғалуы болатын реттегіштер жатады. Екіншісі арасында реттеуші әсер тұрақты интервалдағы уақыттың белгілі бір кезеңінде ғана реттеуші ықпалды өзгертеді. Кіретін сигналды кванттау түріне қарай дискретті әрекеттегі реттеушілер релейлі, импульсті және сандық болып бөлінеді.

Реттудің жүзеге асырылатын заңына сәйкес реттеушілер пропорционалды, интегралды, пропорционалды-интегралды, пропорционалды-дифференциалды, пропорционалды-интегралды-дифференциалды, релейлі екі- және үшжайғасымды және релейлі тұрақты жылдамдықты механизмді болып бөлінеді.

49-БИЛЕТ

1-Электр кедергілі манометрлер.

Бұл манометрлердің әрекетінің принципі сыртқы қысымға тәуелді өткізгіштердің электрлік кедергілерінің өзгерісіне негізделген. Жалпы мұндай өткізгіш ретінде манганин қолданылады, өйткені ол электрлік кедергінің төменгі температуралық коэффициентіне ие болады. Кедергінің ДR қысым әрекетінен Р өзгеруі сызықты заңға сәйкес өтеді:

ДR = kRP (52)

мұндағы R— өткізгіштің кедергісі, Ом; k — пьезокоэффициент (k = ДR/RP, Па^-1).

Манганин үшін пьезокоэффициент салыстырмалы жоғары емес (k = 20 Па^-1). Мысалы, қысымның 100 МПа өзгеруі кезінде манометрдің электрлік кедергісі бары-жоғы 0,2 % өзгереді. Бұл манганинді манометрлердің жоғары және өте жоғары қысымдарды (3х10³ МПа дейін) өлшеу үшін ғана тиімді екенін анықтайды.

Манометрдің құрылымы 31 суретте көрсетілген, манометрдің сезімтал элементі диаметрі 0,05 мм, манганин сымынан жасалған кедергісі 180-200 Ом бифилярлық катушканы 1 көрсетеді. Катушканың бір ұшы гайкаға 3, ал екінші — мыс ток жеткізгішке 4 байланыстырылған, ол ось бойлығында эбонитті төлкелермен 2 және 5 орталандырылған. Нығыз жабылу резеңке және фибрлы шайбалар 7 мен гайканың 6 көмегімен қамтамасыз етіледі. Аспаптың корпусы 8 ұшында ниппель 9 бақыланатын объектіге байланыстыруға арналған. Манометрдің кедергісін өлшеу үшін жоғары дәлдікті теңестірілген көпірлер қолданылады.

Электрлік кедергілі манометрдің сезімталдық элементінің басқа түрі, оқшаулаушы негізге жапсырылған, диаметрі 0,02—0,05 мм жіңішке манганинді сымнан дайындалады. Сезімтал элементтің өзі, деформацияға түсетін бөлшектің бетіне жапсырылады.

Бұл жағдайда аспап тензометр деп аталады. Ол күшті немесе оған пропорционал манганинді сымның кедергісін өзгертетін, көпірлі сұлба көмегімен өлшенетін деформацияны түрлендіреді. Сұлбаның бір иығына өлшеуші тензометр, ал аралық иығына — компенсациялық тензометр қосылады. Соңғысы деформацияға түспейді, ал қоршаған ортаның ғана температуралық ауытқуының орынын басу үшін қызмет атқарады. Негізгі қателіктер ұ 2 % аспайды

2- Автоматты реттегіш деп көмегімен автоматты реттеу процесі жүзеге асырылатын құрылғы (құрылғылар жиынтығы) аталады. Автоматты реттегіштің жұмыс істеуі реттеу алгоритміне сәйкес жүреді, реттеу алгоритмі деп реттеуіштің шығысындағы шаманың кірісіндегі шамаға функционалды тәуелділігінің математикалық көрсетілуін түсінеміз. Реттегіштердің негізгі міндеті, объектінің талап етілетін күйін қалпына келтіру үшін, реттелетін шаманың өлшенген ауытқуына тәуелді реттеу объектісіне басқару әсерін қалыптастырумен қорытындыланады. Автоматты реттегіштер әртүрлі белгілері бойынша сыныпталады.

Өзінің жұмыс режимін өзгерту мүмкіндігіне тәуелді реттегіштер екі сыныпқа бөлінеді: детерминирленген және күйге келтірумен — экстремалды және адаптивті. Детерминирленген реттегіштер реттеу процесінде өзінің параметрлерін өзгертпейді, ал экстремалдылар — объектінің шығыс шамаларының оптималдық мәнін үздіксіз іздейді. Адаптивті реттегіштерде, объектінің жұмыс істеуі кезінде оның сипаттамаларының өзгеруі кезінде реттеудің оптималды сапасына жету мақсатында параметрлерді күйге келтіру жүргізіледі.

3- Пропорционалды-интегралды-дифференциалды реттегіштер. ПИД реттегіштердің реттелу заңдары мына теңдеумен анықталады

ф

y = k_p (x + 1/T_и∫xф+ Т_д dx/dф) (79)

0

ПИД-реттегіштің күйге келтіру параметрлері – бұл пропорционалдық коэффициенті k_р және уақыт тұрақтысы T_и және Т_д. Берілу функциясының түрі:

W_ПИД(р)= k_p (T_и T_д р²+ T_и р+1)/ T_и р (80)

Динамикалық қатынаста бұл реттегіш үш паралель қосылған реттегіштер жүйесін көрсетеді: инерциясыз, интегралдаушы және идеал дифференциалдаушы. Т_д = 0 кезінде ПИД-реттегіш ПИ-реттегішке өзгереді. ПИД-реттегіштер қалдықты теңсіздікке ие емес. Өтпелі сипаттамасы 47, д суретте берілген.

50-БИЛЕТ