2598

ператур -250...+110 °С и медные типа ТСМ с градуировками 10М, 50М, 100М для температур -200...+200 °С.

Полупроводниковые термометры (термисторы) в отличие от металлических обладают большим (на два порядка) температурным коэффициентом электрического сопротивления, при этом отрицательным. Это определяет большую точность измерения (0,005...0,01 °С), что является их преимуществом. Температурная характеристика их выражаются экспоненциальной зависимостью Rr=A e(B /T) , где А и В - параметры, характеризующие материал и конструкцию термометра; Т = t + 273 °C.

Недостатки термисторов:

1.Нелинейность температурной характеристики, вынуждающая выполнять измерительные приборы с нелинейной шкалой с разной точностью измерений на разных диапазонах шкалы.

2.Существенный разброс характеристик, что обуславливает их невзаимозаменяемость и ограничивает их распространение. Диапазон измеряемых температур их уже, чем у металлических и составляет 0 - 180 °С.

Термоэлектрические термометры основаны на термоэлектриче-

ском эффекте, заключающемся в том, что в замкнутой цепи, состоящей из двух разнородных проводников, возникает электрический ток, если хотя бы два места соединения (спая) проводников имеют разную температуру.

Цепь из двух разнородных проводников (рис. 6.7) называется термопарой. Спай с температурой t называется горячим. Спай с температурой t0 называется холодным или свободным. Проводники А и В называются термоэлектродами. Термоэлектрический эффект обусловлен наличием в металле свободных электронов, число которых в единице объема различно для разных металлов.

Если в спае с температурой t электроны из металла А диффундируют в металл В в большем количестве, чем в обратном направлении, то проводник А заряжается положительно, а В - отрицательно.

Для замкнутой цепи из двух проводников А и В, спаи которых нагреты до температур t и t0 (см. рис. 6.7), обходя цепь против часовой стрелки, для суммарной термоЭДС получим следующее выражение:

568

Если t=t0 ,то EAB (t0 ,t0 ) eAB (t0 ) eBA (t0 ) 0, т.е.

Для конкретной термопары измерение температуры сводится к определению термоЭДС термопары.

На практике цепь (см. рис. 6.7) разрывается в месте холодного спая для подключения измерительного прибора (проводник С на рис. 6.8).

При этом в процессе измерения температура свободных концов термопары t0' может оказаться отличной от t0 при градуировке термопары (обычно t0=0 ° С, реже 20 °С), тогда необходимо вводить поправку:

569

Автоматические электронные потенциометры и мосты

Приёмниками информации от датчиков в электрических системах передачи с унифицированным токовым сигналом могут быть промежуточные преобразователи, регуляторы, измерительные (вторичные) приборы и средства вычислительной техники. Большинство датчиков оснащены преобразователями типа «сила-ток» или «перемещение-ток». К другим распространенным электрическим системам передачи измерительной информации относятся: система с унифицированным частотным сигналом, дифференциально-трансформаторная система, сельсинная система.

Наиболее распространенными вторичными приборами для работы в комплекте с термопарами и термометрами сопротивления являются:

-приборы аналоговые автоматические следящего уравновешивания КСП, З-П, КСП З-ПИ, КСП 3-С, КСУ 3 (потенциометры для работы с термоэлектрическими преобразователями ТХК, ТХА, ТПП, ТПР, телескопом радиационного преобразователя), КСМ З-П, КСМ З-ПИ (мосты для работы с термопреобразователями сопротивления ТСП, ТСМ) с регистрацией показаний на дисковой диаграмме; КСП-4 (потенциометр, выполняемый в одноканальном и 3-, 6- и 12канальном исполнениях) с регистрацией показаний на ленточной диаграмме;

-приборы регистрирующие ДИСК-250, ДИСК-250И, более новые, чем КСП и КСМ; предназначены для измерения и регистрации активного сопротивления, силы (только ДИСК-250) и напряжения постоянного тока, а также неэлектрических величин, преобразованных в указанные сигналы.

Приборы имеют различные выходные устройства для сигнализации и регулирования, предназначены для работы в закрытых помещениях без агрессивных сред при температуре окружающею воздуха от 5 до 50 °С и верхнем значении относительной влажности 80% при 35 °С.

Потенциометр КСП-4 построен по блочному принципу. Блоки и отдельные элементы потенциометра располагаются внутри корпуса на выдвижном кронштейне. Принципиальная (упрощенная) схема потенциометра типа КСП для измерения ЭДС компенсационным методом приведена на рис. 6.9.

Если измеряемая термоЭДС E(t,t0 ) не равна компенсирующему напряжению Uк , то сигнал рассогласования АП (в виде напряжения постоянного тока) подается на входное устройство ВУ, представляющее собой преобразовательный элемент, в котором сигнал рассогласования U преобразуется в электрический сигнал переменного тока и подается на вход усилителя У, выходной сигнал которого приводит в действие реверсивный двигатель РД. Выходной вал РД вращается в ту или иную сторону в зависимости от полярности сигнала U и через систему кинематической передачи перемещает движок Rр измерительной схемы ИС, изменяя компенси-

570

рующее напряжение Uк до тех пор, пока оно не станет равным измеряемой термоЭДС E(t,t0 ) . Одновременно с этим приводится в движение каретка с указателем, перемещающимся относительно шкалы, и пером самописца, регистрирующим характер изменения контролируемого параметра во времени на диаграммной ленте, приводимой в движение синхронным двигателем СД. В измерительную схему ИС включено медное сопротивление, которое располагается вблизи свободных концов термопары и служит для автоматического учета поправки EAB (t0/ ,t0 ) на изменение температуры свободных концов термопары во время измерения.

Таким образом, благодаря наличию электронного усилителя и реверсивного двигателя, приводящего систему в равновесие, осуществляется непрерывное автоматическое измерение величины технологического параметра, а также возможность его изменения по определенному закону посредством встроенных в потенциометр регулирующих устройств (на рис. 6.9 не показано).

Принципиальная (упрощенная) схема автоматического электронного моста типа КСМ (компенсатор самопишущий мостовой) аналогична схеме потенциометра, но не содержит преобразовательное входное устройство ВУ. КСМ предназначен для непрерывного измерения, записи и регулирования температуры при работе в комплекте с термометром сопротивления Rt.

Рис. 6.9. Упрощенная схема автоматического потенциометра

Термометр сопротивления Rt подключатся к мосту по трехпроводной схеме: это уменьшает ошибку показаний от изменения температуры окружающей среды.

Существуют многоканальные автоматические регистрирующие приборы, предназначенные для одновременного измерения различных физических, химических и других неэлектрических величин, преобразованных в электрическое напряжение или ток, и одновременной непрерывной записи кривых на общей диаграммной ленте, наглядно показывающей изменения технологических параметров исследуемого процесса. Непрерывные

571

измерение и запись позволяют с высокой точностью производить сравнение и высокоэффективный анализ записанных на диаграммной ленте кривых.

6.3.2.3.2. Измерение давления

Приборы для измерения давления устанавливаются обычно на магистралях, по которым подается технологический пар или сжатый воздух, в гидравлических линиях высокого давления для приводов прессов, для технологических измерений или управления отпарочными аппаратами и другим оборудованием. Различают следующие виды давления: абсолютное Рабс, барометрическое атмосферного воздуха Рб, избыточное Ри и вакуум метрическое РВ.

Абсолютное давление Рабс - полное давление, под воздействием которого находится жидкость, газ или пар: Рабс= Рб + Ри .

Разность между абсолютным давлением и давлением окружающей атмосферы называется избыточным давлением: Ри = Рабс - Рб .

Приборы для измерения давления называются манометрами.

Если абсолютное давление меньше барометрического, то разность между ними называется вакуумметрическим давлением (разрежением или вакуумом) Рв =Рб - Рабс.

Приборы для измерения вакуума называются вакуумметрами. В международной системе единиц (СИ) в качестве основной единицы давления принят паскаль (Па) [ньютон на квадратный метр] (Н/м2). В качестве чувствительных элементов используются: манометрические трубки, мембраны, сильфоны (гофрированные стаканы). При этом измеряемое давление преобразуется в перемещение, которое тем или иным способом преобразуется в электрический сигнал, либо в перемещение показывающей стрелки.

572

Приборы для измерения количества и расхода вещества широко применяются на производстве как для контроля за ходом технологического процесса, так и для учета расходования сырья, топлива, выработки продукции и т.д. Необходимо различать понятия «количество» и «расход». Под понятием количество вещества имеют в виду количество вещества, прошедшее через данное сечение трубопровода за некоторый промежуток времени (смену, сутки, месяц и т.д.), а под расходом - количество вещества, прошедшее через данное сечение трубопровода в единицу времени.

Количество вещества измеряется счетчиками количества, при этом количество вещества определяют как разность показаний счетчика в начале и в конце промежутка времени. Приборы, предназначенные для измерения расхода вещества,

называют расходомерами.

Количество вещества выражают в единицах массы (кг) либо объема (м3). Единицами измерения расхода вещества служат массовые

единицы (кг/с, кг/ч) и объемные (м3/с, м3/ч).

Соотношение единиц объемного (Qоб) и массового (Qм) расходов определяется по формуле Qм=Qоб , где - плотность вещества, кг/м3. Наиболее распространенными

являются расходомеры: по переменному перепаду давления, постоянного перепада давления и электромагнитные.

Расходомеры по переменному перепаду давления (рис. 6.11) осно-

ваны на зависимости перепада давления в сужающем устройстве (диафрогме или сопле) p (P1 P2 ) (диафрагме или сопле) от скорости потока жидкости Vn. Скорость потока жидкости при постоянном сечении трубопровода определяет расход жидкости Qn. Таким образом, статическая характеристика этого расходомера представляет собой зависимость

Qn f( p).

Для измерения разности давления p применяются приборы, называемые дифференциальными манометрами (диф-манометрами). Рассмотрим ме-мбранный дифманометр (рис. 6.12).

574

Измеряемая разность давлений Δp=(Р1 – Р2) вызывает соответствующий прогиб мембраны, вызывающий перемещение штока 3, связанного с сердечником преобразователя 4. В зависимости от положения сердечника на выходе преобразователя образуется сигнал Uвых, передаваемый на вторичный прибор дифференциально-трансформаторной системы типа КСД.

Эта система представляет собой дифференциальное соединение вторичных обмоток дифференциально-трансформаторных преобразователей.

Разбаланс во вторичных обмотках усиливается и поступает на реверсивный двигатель, который перемещает сердечник преобразователя приемника до тех пор, пока напряжение во вторичных обмотках датчика и приемника не уравновесятся. Реверсивный двигатель одновременно (как и в случае автоматического моста и потенциометра) перемещает показывающее и регистрирующее устройство прибора КСД.

В последние годы все большее распространение получают дифманометры из серии тензорезисторных приборов типа

«Сапфир-22», «Сапфир -300».

Расходомеры постоянного перепада давления. Самым распростра-

ненным представителем этого типа расходомеров является ротаметр, имеющий практически равномерную шкалу и позволяющий измерять небольшие расходы, т.к. потери давления в них незначительны и не зависят от величины расхода.

Проходящий через ротаметр снизу вверх поток жидкости или газа Q поднимает поплавок до тех пор, пока расширяющаяся кольцевая щель между телом поплавка и стенками конусной трубы не достигнет величины, при которой действующие на поплавок силы уравновесятся и он установится на той или иной высоте в зависимости от измеряемого расхода.

Расходомеры электромагнитные. Принцип действия их основан на зависимости ЭДС, индуктируемой в потоке электропроводной жидкости под действием внешнего магнитного поля, от скорости потока жидкости

где В - магнитная индукция в зазоре между полюсами магнита; d - внутренний диаметр трубопровода; V - средняя скорость потока.

Выражая скорость через объемный расход Q, получим

575

Психрометрический метод измерения влажности газов основан на кондуктометрическом методе измерения сопротивления металлических термометров сопротивления.

Кондуктометрический метод измерения влажности материалов основан на том, что используемые в легкой промышленности материалы представляют собой капиллярно-пористые тела, в которых находится влага. В сухом виде эти материалы являются диэлектриками с удельным объемным сопротивлением = 1010 Ом·см и выше. В результате увлажне-

ния капиллярно-пористые тела становятся проводниками, при этом их электрическое сопротивление резко снижается до 10 2 Ом·см, Rх от влажности материалов выражается зависимостью Rх = А / n, где А - постоянная для исследуемого материала; - влажность материала, % массы сухого материала; п - показатель степени, зависящий от природы и структуры исследуемого материала.

В любом нейтральном растворе и в воде концентрации ионов [Н] и [ОН] одинаковы и равны 10-7 г·ион/л. Если [Н]<[ОН]<10-7 г·ион/л, то раствор имеет щелочную реакцию. Для оценки концентрации водородных ионов введен показатель, представляющий значение отрицательного деся-

577