книги из ГПНТБ / Кулаков М.В. Технологические измерения и приборы для химических производств учебник

Под цветовой температурой понимается температура абсолютно черного тела, при которой отношение интенсивностей излучения

при истинной температуре Т для тех же длин волн к 1 и Л2. Тогда согласно определению цветовой температуры должно соблюдаться

между собой, цветовая температура точно совпадает с их истин­

В цветовых пирометрах, применяемых для промышленных измерений, определяется отношение интенсивностей излучения реального тела в лучах с двумя заранее выбранными значениями длины волны, т. е. показания пирометра являются функцией

100

абсолютно черного тела. Поэтому практически нет надобности вводить поправки на неполноту излучения, что и является основ­ ным преимуществом цветового пирометра. Большинство конструк­ ций цветовых пирометров основано на определении цвета изме­ ряемого тела по отношению интенсивностей излучения для двух длин волн, лежащих не очень близко одна от другой в видимой части спектра.

Чтобы избежать зависимости результатов измерения от субъ­ ективных особенностей наблюдателя (цветочувствительность и утомляемость глаза), разработаны цветовые пирометры, у которых для измерения отношения интенсивностей излучения используются фотоэлементы. Принципиальная схема цветового пирометра (ЦЭП-2М) с фотоэлементом показана на рис. 57.

Рис. 57. Схема цветового пирометра с фотоэлементом:

Измеряемое излучение через защитное стекло 1 и объектив 2 попадает на фотоэлемент 4. Между объективом и фотоэлементом установлен обтюратор 3, вращаемый синхронным двигателем. Обтюратор выполнен в виде диска с двумя отверстиями, одно из которых закрыто красным светофильтром К, другое — синим С. Таким образом, при вращении обтюратора на фотоэлемент попе­ ременно попадают излучения красной и синей интенсивностей излучения. Спектральная характеристика фотоэлемента зависит от температуры, поэтому фотоэлемент в пирометре заключен в тер­ мостат с автоматическим регулированием.

Электрический ток, напряжение которого пропорционально соответствующим интенсивностям излучения, предварительно уси­ ливается электронным усилителем 5 и преобразуется специальным электронным логарифмическим устройством 6 в постоянный ток; величина постоянного тока зависит от 1 IT. Выходной ток лога­ рифмирующего устройства измеряется указывающим или реги­ стрирующим милливольтметром 7. Пределы измерения пирометра от 1400 до 2500° С; основная погрешность при измерении темпе­ ратуры физических тел не превышает ± 1% верхнего предела изме­ рений.

101

§ 27.. Радиационные пирометры

Радиационные пирометры или пирометры полного излучения измеряют температуру по мощности излучения нагретого тела. Пирометр снабжен оптической системой (линзой, зеркалом), собирающей испускаемые нагретым телом лучи на каком-либо преобразователе, который обычно состоит из миниатюрной термо­ электрической батареи (из нескольких малоинерционных, после­ довательно соединенных термопар), термометра сопротивления и полупроводникового термосопротивления. В качестве измери­ тельных приборов применяются милливольтметры, автоматиче­ ские потенциометры и уравновешенные мосты.

Рис. 58. Схема радиационного пирометра с термобата­ реей в стеклянном баллоне:

— термоэлектрическая батарея; 5 — защитное стекло

На рис. 58 показана принципиальная схема радиационного пирометра с термобатареей, которая с целью защиты от тепловых потерь и механических повреждений помещена в стеклянный баллон, заполненный воздухом.

^Пирометр состоит из телескопа с линзой 1 объектива и лин­ зой 2 окуляра. На пути лучей линзы объектива установлена огра­ ничивающая диафрагма 3, а в фокусе линзы объектива — термо­ электрическая батарея 4. Горячие спаи термопар прикреплены к крестообразной пластинке из платиновой фольги, покрытой платиновой чернью для лучшего поглощения падающих лучей. Холодные спаи термопар укреплены в стеклянном баллоне на слюдяьой пластинке, а соединительные провода выведены через цоколь стеклянного баллона к клеммам, находящимся в корпусе телескопа. Перед окулярной линзой помещено цветное стекло 5 для защиты глаз при установке пирометра. Температура рабочих спаев термобатареи не должна превышать 250° С. Для ограниче­ ния количества лучей, падающих на спаи, служит диафрагма 3.

Пирометр со стеклянным защитным баллоном обладает сравни­ тельно большой тепловой инерцией.

102

На рис. 59 показана одна из модификаций телескопа пиро­ метра РАПИР, позволяющего измерять температуру от 100 до 4000° С (в зависимости от модификации телескопа).

ничительную диафрагму 4 проникает в конусообразную камеру 5 с зачерненными ступенчатыми стенками, служащими для погло­ щения отраженных лучей, и попадает на открытую звездообразную термобатарею 6. Компенсация температуры холодных спаев термо­ пары обеспечивается шунтирующим никелевым сопротивлением 7.

Зажимы 8 и 9 служат для присоединения измерительного прибора к телескопу. Соединительные провода от зажимов выведены через штуцер 10. Телескоп крепится фланцем 11. Чувствительность пирометра регулируется перемещением диафрагмы 4 по резьбе при помощи зубчатого барабана 12.

Термобатарея пирометра (рис. 60) состоит из десяти последо­ вательно соединенных хромель-копелевых термопар. Для увели­ чения тепловоспринимающей поверхности горячие спаи 1 термо­ пар, выполненные в форме небольших треугольников, зачернены и наклеены на тонкую слюдяную пластинку. Холодные спаи термопар приварены к тонким металлическим пластинам 2, укре­ пленным на зажатом между двумя тонкими кольцами в корпусе телескопа слюдяном кольце 3.

Применение термобатареи без защитного стеклянного баллона позволяет значительно увеличивать количество падающей на термобатарею тепловой энергии, уменьшать тепловую инерцию

103

Раздел второй

П РЕО БРА ЗО ВА ТЕЛ И СИГНАЛОВ

И СИСТЕМЫ П ЕРЕДА Ч ПОКАЗАНИЙ

НА РАССТОЯНИЕ

Наличие большого разнообразия первичных преобразователей с физически разнородными выходными сигналами (т. э. д. с. тер­ мопары, электрическое сопротивление термометра, прогиб мем­ браны манометра и т. п.) требует значительной номенклатуры контрольно-измерительных и регулирующих устройств, что за­ трудняет их эксплуатацию и ремонт. Кроме того, при использо­ вании машин централизованного контроля и управления тре­ буется большое количество различных преобразователей, осуще­ ствляющих преобразование разнородных физическйх величин в единую величину.

Поэтому в целях рационализации проводятся работы по объ­ единению отдельных систем и приборов в рамках Государственной системы приборов (ГСП).

ГСП представляет собой совокупность нормализованных рядов унифицированных блоков, приборов и узлов, составленных из минимального количества модулей, на основе которых собирается любое устройство, входящее в ГСП.

Структурно ГСП состоит из электрической, пневматической и гидравлической ветвей, причем эти ветви связаны между собой через соответствующие преобразователи.

Использование блочного принципа расширяет диапазон уни­ версального применения приборов и делает их пригодными для измерения наибольшего числа параметров при замене минималь­ ного количества унифицированных узлов.

ГСП предусматривает преобразование измеряемых параметров (температуры, давления и т. п.) в единую форму информации, удобную для передачи на расстояние. Взаимозаменяемость при­ боров, которая достигается унификацией входных и выходных параметров, обеспечивает совместную работу первичных пре­ образователей с различными приборами и устройствами, входя­ щими в данную ветвь ГСП, а при использовании специальных преобразователей позволит сочетать преобразователи одной ветви с приборами других ветвей.

105

Для теплоэнергетических параметров (температура, давление, расход, уровень) ГСП состоит из трех ветвей, объединяющих приборы с электрическим токовым (аналоговым), электрическим частотным (дискретным) и пневматическим выходными сигналами.

Установлены следующие унифицированные выходные сигналы: для электрической аналоговой ветви (ГОСТ 9895—69): величина постоянного тока с пределами измерения 0—5, 0—20 и 0— 100 мА; напряжение постоянного тока 0— 10 В и напряжение переменного тока 0— 1 и 0—2 В. Для электрической частотной ветви (ГОСТ 10938—64) частота 1500—2500 Гц; для пневматической ветви (ГОСТ 9468—60) — давление сжатого воздуха с пределами изме­ рения от 0,0196 до 0,098 МН/м2 (0,2— 1,0 кгс/см2).

Глава VII

Преобразователи электрической аналоговой и дискретно-цифровой (частотной) ветви

Преобразователи аналоговой ветви с унифицированным выход­ ным сигналом выполняются по схеме компенсации перемещений

ипо схеме силовой компенсации.

§28* Преобразователи, выполненные по схеме компенсации перемещений

Из электрических аналоговых преобразователей, выполняемых по схеме компенсации перемещений для преобразования неэлек­ трических величин в электрический выходной сигнал и передачи показаний на расстояние, наибольшее применение нашли диф­ ференциально-трансформаторные, ферродинамические и сельсинные преобразователи.

В дифференциально-трансформаторных преобразователях пе­ ремещение сердечника первичного прибора уравновешивается известным перемещением сердечника вторичного прибора. Диф­ ференциально-трансформаторные преобразователи используются при измерении расхода, давления, уровня и других параметров, значения которых могут быть преобразованы в перемещение сердечника катушки первичного прибора.

Схема дифференциально-трансформаторного преобразователя (рис. 61) состоит из двух одинаковых катушек, одна из которых находится в первичном приборе 1, а другая — во вторичном приборе 2. Первичные обмотки катушек включены последова­ тельно и питаются напряжением переменного тока от обмотки силового трансформатора электронного усилителя. Вторичные

106

\

обмотки включены навстречу одна другой с выходом на электрон­ ный усилитель. Внутри катушек находятся железные сердечники (магнитопроводы).

Если сердечники обеих катушек находятся в среднем положе­

А/ = / „ - / „

и AM

2Z-

где AM — результирующее приращение коэффициента взаимо­ индукции, вызванное изменением в положении сердеч­ ников.

На вход усилителя подается

и AMZH

АЕ = AIZa = 2Z + ZH ’

В измерительной схеме с выходом на электронный усилитель можно считать, что ZH= сю, тогда

- р + 1 ^Н

Полученное значение АЕ усиливается в электронном усилителе до величины, необходимой для управления реверсивным двига­ телем. Последний посредством профилированного диска пере­ мещает сердечник в катушке вторичного прибора в положение,

107

согласованное с положением сердечника в катушке первичного прибора, что приводит к равенству э. д. с, наводимых в обеих катушках, а следовательно, к новому состоянию равновесия. При этом результирующая э. д. с. вторичных обмоток будет снова равна нулю и реверсивный двигатель остановится. Одно­ временно реверсивный двигатель связан со стрелкой и пером вторичного прибора.

При перемещении сердечника первичного прибора на расстоя­ ние до 5 мм зависимость индуктированной э. д. с. практически

возбуждения переменным током в магнитопроводе возникает магнитный поток, индуктирующий в рамке 5 и обмотке w2 э. д. с. Величина магнитного потока зависит от воздушного зазора между плунжерами 3 и 4. Изменением этого зазора (перемещением плунжера 4) можно изменять величину магнитного потока, а сле­ довательно, и э. д. с. рамки и обмотки возбуждения.

Рамка 5 связана с чувствительным элементом первичного прибора. Когда плоскость рамки совпадает с линией NN, магнит­ ный поток не пересекает рамку и э. д. с. в ней не индуктируется.

При отклонении рамки от нейтрального положения в ней индук­ тируется э. д. с.

108

/ = 2bwp — длина провода рамки, пересекаемого магнитным полем;

b — ширина ярма;

wp — число витков рамки;

г — средний радиус рамки; (р — угол поворота рамки.

При неизменных со и В выходная величина ферродинамического преобразователя Ер пропорциональна углу поворота ф или вели­ чине измеряемого параметра, т. е. Ер = kq>, где k — коэффициент преобразования.

На рис. 63 приведена принципиальная измерительная схема на ферродинамических преобразователях. В схему передачи вхо­ дят: входной преобразователь ДФ1 первичного измерительного прибора, компенсирующий преобразователь ДФ2 вторичного прибора, электронный усилитель ЭУ и реверсивный двигатель РД.

Рамка ДФ1 связана с измерительной системой первичного прибора и ее угол поворота (pL и э. д. с. £ j определяются значе­ нием измеряемой величины. Рамка ДФ2 связана с РД, а через него с отсчетным устройством вторичного прибора. Обмотки возбуждения преобразователей первичного и вторичного прибо­ ров включены последовательно. Рамки ДФ1 и ДФ2 включены навстречу друг другу, и на вход электронного усилителя подается разность э. д. с. АЕ = E ± — Е г.

Если АЕ ф 0, то РД поворачивает рамку ДФ2 до наступления равновесия, т. е. когда АЕ = 0. Одновременно РД поворачивает стрелку и перо вторичного прибора.

На рис. 64 показана принципиальная схема, в которой выход­ ным преобразователем первичного прибора является дифферен-

1 0 9