книги из ГПНТБ / Петров И.К. Технологические измерения и приборы в пищевой промышленности учебник

схеме, рассмотренной выше. Отличием является то, что измери­ тельный реохорд изготовляется в виде секций или отдельных де­ кад, составленных из образцовых сопротивлений.

Очень широко распространены автоматические электронные потенциометры, предназначенные для измерения температуры, и других параметров (содержания компонентов в газах и жид­ костях, скорости движения газов и жидкости, уровня и др.), пре-

1

Рис. 47. Структурная схема электронного автоматиче­ ского потенциометра.

образованных в напряжение постоянного тока. Выпускается много типов и модификаций таких потенциометров в корпусах ^различной формы: показывающие, самопишущие с дисковой '« ленточной диаграммой, одно- и многоточечные (до 12 точек). Устройство большинства потенциометров аналогично и отличает­

пряжение Ех в переменное, реверсивного электродвигателя 2 и источника питания Еа. Электродвигатель через редуктор 3 свя­ зан с ползунком К и стрелкой, показывающей части прибора 4. Действие компенсационной схемы сводится к автоматическому перемещению ползунка К по реохорду в сторону уменьшения на­ пряжения рассогласования, т. е. разности т. э. д. с. от термопары и падения напряжения на реохорде, подаваемого на электрон­ ный усилитель. Это перемещение, производимое с помощью ре­ версивного электродвигателя РД, происходит до тех пор, пока напряжение рассогласования не станет равным нулю. Таким об­ разом, положение ползунка К на реохорде и связанной с ним стрелки прибора однозначно определяет величину т. э. д. с. и, сле-

довательно, величину измеряемой температуры. Сопротивление R

ров использование нормальных элементов не предусматривает­

При изменении сигнала измерительной информации, посту­ пающего от термопары ТП (или от любого другого датчика), на величину, равную или большую чувствительности усилителя ЭУ, на вход усилителя подается сигнал разбаланса постоянного тока, который преобразуется с помощью соответствующего преобразо­ вателя в переменное напряжение и усиливается до величины, до­ статочной для приведения во вращение реверсивного двигателя РД. Реверсивный двигатель при своем вращении в направлении, зависящем от знака разбаланса, с помощью механической пере­ дачи (шкива и троса) перемещает движок реохорда Rp до тех пор, пока сигнал разбаланса не будет уничтожен. С движением реверсивного двигателя связано также перемещение указателя и записывающего устройства потенциометра (на схеме не по­ казано).

В измерительную схему потенциометра входит, помимо ука­ занных выше, ряд элементов, предназначенных для обеспечения нормальной работы устройства в целом. Резисторы Rm (шунт),

Он изготовляется из медной проволоки и располагается на вход­ ной панели прибора в том же месте, где присоединяются концы термопары. Одновременно с изменением температуры окружаю­ щей среды изменяется т. э. д. с. холодных спаев и падение напря­ жения на сопротивление RMi которые взаимно компенсируют друг друга.

Конструкция современных электронных автоматических по­ тенциометров основана на блочно-модульном принципе построе­ ния: прибор состоит из отдельных унифицированных блоков и уз­ лов, соединенных между собой проводами через штепсельные разъемы. В частности, электронный автоматический потенцио­ метр типа КСП состоит из измерительной схемы с катушками сопротивлений, измерительного реохорда, полупроводникового усилителя, уравновешивающего электродвигателя и стабилизи­ рованного источника питания.

Динамические свойства электронных автоматических потен­ циометров характеризует передаточная функция

1 П Р) = ^ . (197)

При этом постоянная времени

ТЕРМОМЕТРЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Измерение температуры термометрами сопротивления (ТС) основано на свойстве проводников и полупроводников изменять свое электрическое сопротивление в зависимости от изменения температуры. Температурный коэффициент электрического со­ противления проводников (металлов) положителен, т.е. с ростом температуры их сопротивление растет, а полупроводников — от­ рицателен, т. е. с ростом температуры их сопротивление падает. Таким образом, активное сопротивление проводников и полупро­ водников можно представить в виде функциональной зависи­ мости от температуры t:

Вид этой функции зависит от природы материала термомет­ ров сопротивления.

Для изготовления металлических ТС должны применяться чистые металлы, отвечающие следующим основным требованиям:

1. Металл не должен окисляться или вступать во взаимодей­ ствие с измеряемой средой.

2. Температурный коэффициент электрического сопротив­ ления

должен быть достаточно высоким и неизменным.

Для материалов, используемых в ТС, температурные коэф­ фициенты принято определять в интервале между 0 и 100° С. Тог­ да а (в 1/°С) составит

юо — # 0

3.Сопротивление должно изменяться с изменением темпера­ туры по прямой или плавной кривой без резких отклонений и ги­ стерезиса, т, е. должна существовать монотонная зависимость сопротивления от температуры.

4.Удельное электрическое сопротивление должно быть доста­ точно большим.

Указанным требованиям в определенных температурных ин­ тервалах отвечают платина, медь, никель, вольфрам и железо.

Преимуществом полупроводников является большой темпера­ турный коэффициент сопротивления ( 3 — 4 - Ю - 2 1/°С), вследствие чего из них можно изготовлять ТС малых размеров, а следова­ тельно, с малой тепловой инерцией. Их недостатками является плохая воспроизводимость параметров, что исключает взаимоза­ меняемость, а также возможность измерять температуру только до 250—300° С.

В настоящее время выпускаются две большие группы термо­ метров сопротивления: платиновые и медные. Платиновые пред­ назначены для измерения температуры от —260 до +650° С, мед­ ные от —50 до +100° С. Платиновые ТС выпускаются двух моди­ фикаций: одинарные и двойные. В двойных в одну арматуру вмонтированы два элемента, не связанные электрически друг с другом. Медные ТС выпускаются только одинарными. Длина чувствительного элемента платинового ТС равна 30—120 мм, медного около 60 мм. Виды некоторых чувствительных элементов ТС показаны на рис. 49.

Элементы платиновых ТС (рис. 49, а) изготовляются из пла­ тиновой проволоки 2 диаметром 0,04—0,07 мм и длиной около 2 м, которая наматывается бифилярно на слюдяную пластинку с

зубчатыми краями 1. Сверху эта пластинка закрывается слюдя­ ными накладками 4 и скрепляется в пакет. Выводы 3 делаются из серебряной проволоки диаметром 1 мм. Элемент помещается вначале в алюминиевую трубку, а затем в защитную трубку со штуцером. Однако такая конструкция чувствительна к вибраци­

щих ТС с измерительным устройством. Защитная труба изго­ товляется из углеродистой или нержавеющей стали, в зависимости от назначения. Имеется ряд других конструкций защитной арматуры ТС. В пищевой промышленности применяются обще­ промышленные термометры сопротивления в соответствующей защитной арматуре, однако изготовляется ряд типов ТС, пред­ назначенных специально для использования в пищевой промыш­ ленности: для шприцмашин и шприцпрессов, холодильных уста­ новок, рефрижераторов и т. п.

Широко применяются в пищевой промышленности так назы­ ваемые термоподвески, состоящие из нескольких медных ТС и

среду с постоянной температурой разность температуры среды и любой точки ТС стала равной 0,37 того значения, которое имела среда в момент наступления регулярного теплового режима. Пе­ редаточная функция малоинерционных термометров сопротивле­ ния (типа TCM-XIV и ТСП-280 и др.)

Г ( Р ) = ( ^ + 1 ) ^ + 1 ) ^ + 1 ) • <2 0 2 >

При этом постоянные времени зависят от коэффициентов теп­ лоотдачи между термоприемником и окружающей средой и при­

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ ДЛ Я ТЕРМОМЕТРОВ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Измерительные приборы, применяемые в комплекте с ТС, мо­ жно подразделить на три основные группы: уравновешенные мо­ сты, неуравновешенные мосты и логометры (омметры). Наибо­ лее распространенными являются уравновешенные мосты.

Уравновешенные мосты. Принципиальная электрическая схе­ ма уравновешенного моста приведена на рис. 50. Она состоит из

в вершине моста а на две ветви 1\ и 12. Следовательно, падение

При / 0 = 0

следовательно,

го тока.

велики и погрешности за счет изменения ^ р могут достигатьзначительной величины, применяется трехпроводная схема вклю­ чения ТС (рис. 51). При таком соединении сопротивление одного провода прибавляется к сопротивлению Rt, а сопротивление вто­ рого провода — к переменному сопротивлению Rp. Уравнение равновесия моста принимает вид:

Из уравнения (210) следует, что в трехпроводной схеме сопро­ тивление соединительных проводов не влияет на результаты из­ мерения.

Принципиальные схемы лабораторных и автоматических при­ боров мало отличаются друг от друга. В лабораторных — дви­ жок реохорда перемещается вручную, а в автоматических — с

Рис. 52. Структурная схема электронного автоматическо­ го моста.

помощью реверсивного двигателя, управляемого от измеритель­ ной схемы через электронный усилитель.

Питание измерительных схем автоматических мостов чаще осуществляется переменным током. Но так как решающее зна­ чение в них играют активные сопротивления, выведенные выше соотношения сохраняются.

Структурная схема электронного автоматического моста по­ казана на рис. 52. Она представляет собой уравновешенный мост, состоящий из постоянных сопротивлений Ru R2, R3, реохорда Rp с ползунком К и сопротивления Rx термометра сопротивления ТС. В одну диагональ моста подается напряжение переменного тока, равное 1,5 В, другая диагональ подключается к входу урав­ новешивающей системы, состоящей из электронного усилителя 1 и реверсивного электродвигателя (РД) 2, который через редук­ тор 3 связан с ползунком реохорда К и стрелкой прибора 4. При изменении температуры меняется сопротивление Rx, что выводит из равновесия мостовую схему. Появившееся в результате этого напряжение рассогласования усиливается усилителем и с по­ мощью реверсивного двигателя РД вызывает, перемещение пол­ зунка по реохорду к положению, обеспечивающему уравновеши-

вание мостовой схемы. Таким образом, положение ползунка К и связанной с ним стрелки прибора однозначно определяет величи­ ну сопротивления термометра и, следовательно, величину изме­ ряемой температуры.

Выпускается большая номенклатура автоматических уравно­ вешенных мостов в различных корпусах, одноточечные и много­ точечные, с сигнальными контактами и регулирующие, и все они широко применяются в отраслях пищевой промышленности: хле­ бопекарной, кондитерской, консервной, пиво-безалкогольной, ви­ нодельческой и др.

В автоматических мостах (как и в автоматических потенцио­ метрах) наиболее ненадежными элементами являются контакт­ ные реохорды, с помощью которых производится компенсация из­ меряемой величины — сопротивления термометра сопротивления или т . э . д . с . термопары. Вследствие износа и загрязнения прово­

работе во влажной атмосфере и агрессивных средах контактный ролик и провод реохорда окисляются, что значительно сокраща­ ет срок их службы. Все это привело к разработке и использова­ нию в автоматических мостах и потенциометрах бесконтактных компенсирующих элементов. Приборы с такими элементами об­ ладают повышенной надежностью, а также более полно отвечают требованиям взрыво- и пожаробезопасное™.

В некоторых случаях в качестве бесконтактных компенсиру­ ющих элементов используются тензометрические датчики, вклю­ ченные в схему четырехплечего моста. При нарушении электри­ ческого равновесия моста реверсивный двигатель поворачивает специальную втулку с укрепленными на ней тензопроволоками до тех пор, пока напряжение разбаланса, вызванное изменением из­ меряемой величины, не будет скомпенсировано. Применяются кроме того, магнитные компенсаторы, выполненные в виде магнитопровода (статора) и поворачивающегося постоянного маг­ нита (ротора). Компенсирующая э. д. с , снимаемая с обмоток, охватывающих статор, связана соответствующими зависимостя­ ми с углом поворота ротора, который вращается с помощью управляющего реверсивного двигателя. Известны также конструк­ ции с использованием элементов Холла, конденсаторных датчи­ ков, принципа силовой компенсации и т. п. Однако промышлен­ ное использование в настоящее время получили бесконтактные индукционные преобразователи.

Принципиальная схема автоматического безреохордного мос­ та и схема бесконтактного индукционного преобразователя при­ ведены на рис. 53.

Мост (рис. 53,а), работающий в комплекте с термометром со­ противления Rt, действует следующим образом: при изменении сопротивления Rt в диагонали моста появляется разность потен­ циалов Ux, пропорциональная изменению измеряемой темпера-

туры. Эта разность потенциалов уравновешивается напряжением Uk, снимаемым с измерительной обмотки индукционного преоб­ разователя. При неравенстве этих напряжений их разность AU=UX—Uk подается на усилитель, на выходе которого вклю­ чен реверсивный двигатель РД, управляющий перемещением подвижного магнитопровода преобразователя.

Реверсивный двигатель перемещает магнитопровод до тех пор, пока Uх и Uk не будут уравновешены. Таким образом, каж­ дому значению 0Х соответствует определенное положение маг­ нитопровода, а следовательно, и указателя прибора.

Преобразователь (рис. 53, б) представляет собой плату 2 из изоляционного материала, на которой расположены первичная 3 и вторичная 1 обмотки. Обе обмотки охвачены магнитопроводом 4, который может перемещаться вдоль преобразователя. Так как вторичная обмотка / выполнена в виде двух треугольников (восьмерки), то при перемещении магнитопровода 4 выходная

Э. Д. С. И з м е н я е т с я ОТ — ^ к . т а х Д 0 + ^ к . т а х - При ЭТОМ работа Пре-

образователя происходит следующим образом. Напряжение U по­ даваемое в обмотку возбуждения 3, создает магнитное поле, ко­ торое (без магнитопровода 4) можно принять равномерным. Это поле индуцирует в обмотке / начальную э. д. с. Наличие магнито­ провода приводит к местному изменению магнитного напряже­ ния, которое будет максимальным в зазоре между его плоскостя­ ми. При перемещении магнитопровода вдоль оси 0—0 происходит изменение потокосцепления обмотки /, а следовательно и сни­ маемой с нее э. д. с.

В настоящее время выпускаются автоматические безреохордные самопишущие мосты для контроля температуры в грузовых помещениях рефрижераторных поездов и секций (тип СПЛ — 160—0,25), обеспечивающие измерение с погрешностью ± 0 , 5 % .