Elektrotehnika_i_elektronika_2008

образован резисторами R5, Аб, R7, R8. Чувствительные элементы R6, R8 находятся ' в закрытых камерах, заполненных воздухом, что соответствует начальному значению шкалы вторичного прибора: Резисторы R5, Ю находятся в камерах c концентрацией, соответству- ющей верхнему пределу измерения. Реохорд R. вторичного прибора включен в диагональ b—d на напряжение разбаланса.

в качестве вторичных приборов, работающих в комплекте c приемником газоанализатора ТР, используется электронный прибор,

выполненный на базе уравновешенных автоматических мостов

КСМ.

В промышленности строительных материалов получил распрост-

ранени.в газоанализатор ТП-2221 М, предназначенный для измерения

объемной концентрации диоксида углерода в многокомпонентных

сухих газовых смесях, содержащих кроме диоксида углерода азот,

кислород, оксид•'углерода, водород, аргон, гелий и метан в концен

трациях, исключающих образование 'взрывоопасны х смесей.

Метан обычно присутствует в продуктах горения в незначитель-

ном количестве и сущёственного влияния на теплопроводность га-

зовой смеси не оказывает. Наличие водорода в продуктах горения приводит к значительному искажению (уменьшению) результата

измерения содержания СО 2, так как теплопроводность Н 2 велика (1,15). Поэтому.в комплект устройства для подготовки газовой смеси к анализу и транспортировки ее входит специальная печь для дожига водорода. Сернистый газ,, имеющий теплопроводность, отличную от теплопроводности других компонентов (0,35), удаляется 'с помощью

фильтра заполненного обезжиренной стальной (железной) стружкой и некоторым объемом воды. Температуру и влажность газовой

смеси стабилизируют c помощью водяного холодильника. Основная погрешность измерения газоанализаторов ТП 2,5; 3,0 %.

3.11.Измерение влажности газов

итвepдыx тел

3.1i.i: Психрометры

Приборы для измерёния влажности, в основе которых лежит психометрический метод измерения влажности, называют психрометрами..Простейшим прибором является` неавтоматический психрометр, предназначенный для определения влажности воздуха. Он состоит из двух стеклянных термометров, закрепленных ' на общем

основании. Один из термометров (сухой) измеряет температуру воздуха, влажность которого определяется. 'Термобаллон другого

ны два платиновых термопреобразователя сопротивления: «сухой» 11

и «влажный» 12. Термопреобpазователи обдуваются потоком газа, влажность которого определяется. «Влажный» преобразователь со-

противления. 12 обернут хлопчатобумажной тканью (находится в «чулке» 13). Конец «чулка» 13 погружен в ванночку 14 с дистиллированной водой, поступающей из бачка 5 по резиновой трубке 1 через кран 2. Бачок 5 после заполнения его водой герметически закрывается пробкой 4. При открытом кране 2 вода из бачка поступа-

ет в. ванночку 14. Когда уровень воды в ванночке перекрывает отверстие ниппеля 9, прекращается доступ воздуха в бачок через трубку 8, в нем создается вакуум, уравновешивающий разность уров-

ней, и поступление воды в ванночку прекращается. По мере испа-

рения уровень воды в ванночке 14 понижается, открывается ниппeль 9 и в бачок 5 по резиновой трубке 8 снова начинает поступать воздух, вследствие чего в ванночку 14 вновь будет поступать вода. Уровень воды в бачке 5 контролируется через водомерное стекло 3. Термопреобразователи сопротивления соединены c вторичным прибором 6 посредством кабеля 7 Вытяжное устройство,. предназначен-

ное для просасьвания газа через преобразователь, состоит из электродвигателя и крыльчатки вентилятора, насаженной на вал двигателя.

Преобразователь состоит из двух мостов, в плечо одного моста

включен «сухой» терморезистор, a в плечо другого — «влажный». При разбалансе схемы на выходе образуется разность потенциалов, пропорциональная влажности среды.

Методы измерения влажности твердых и сыпучих тел определяются видом и состоянием материала (кусковой, листовой, сыпучий, липкий и др.), eго физическими и химическими свойствами, тре-

бованиями к измерению по времени и точности. Наиболее простой

инадежный метод -- высушивание образца (навески) материала c

опpеделением влажности по разности массы до и после сушки. Однако этот метод требует значительного времени (от 5 до 34 мин в зависимости от навески, свойств материала, способа взвешивания

ипросушки), что делает его малопригодным для автоматического контроля и регулирования технологических процессов.

для непрерывного и быстрого измерения влажности материала в технологическом потоке пользуются косвенными методами, основанными на измерении какого-либо физического параметра, зависимость которого от влажности известна. Наибольшее распространение из косвенных методов измерения влажности получили кондуктометрический, емкос.тный и радиоизотопный.

Кондуктометрический метод основан на зависимости удельной проводимости тела от содержания в нем влаги. При измерении влажности этим методом образец вводят между электродами преобразователя. Влажность определяется по сопротивлению образца, измеpяемого вторичным .прибором.

На этом принципе измерения влажности был создан индикатор типа ИВАР-2H, предпазначенный для,дискретного автоматического контроля влажности руды, поступающей в сушильные отделения асбестообогатительных фабрик. Может быть использован в качестве преобразователя в системе автоматического управления процессом

сушки руды.

Работа индикатора основана на зависимости полной электричес-

кой проводимости руды от ее влажности. При отрицательной темпе=

ратyре руды применяется предварительный подогрев пробы в высо-

кочастотном поле до определенной положительной температуры. B основе емкостного метода лежит отличие диэлектрической

проницаемости воды от диэлектрической проницаемости твердых и сыпучих тел в сухом состоянии. в качестве измерительного преобразователя {датчика} обычно применяют конденсатор, заполненный исследуемым веществом.

Емкостн.ьУй метод положен в основу работы влагомера ВПП-1, предназначенного для определения влажности, керамических пресспорошков. Влагомер ВПП-1 автоматически отбирает пробу порошка, уплотняет ее, измеряет влажность, записывает показание и воз-

вращает порошок в технологическую линию. Датчик влагомера выполнен в виде плоского конденсатора с. вибрирующими электродами для постоянного и равномерного уплотнения порошка.

B радиоизотопных приборах для измерения влажности могут использоваться методы ослабления интенсивности радиоактивных излучений при прохождении через исследуемый материал, нейтронный метод и метод ядерного магнитного резонанса.

Нейтронный метод основан на влиянии атомов водорода, содержащихся в воде, на скорость быстрых нейтронов.

В промышленности строительных материалов применяются нейтронные влагомеры «Нейтрон-З- 1», «Нива». Влагомер «Нейтрон-3-1» нашел применение для измерения влажности сырьевых материалов и стекольной шихты, a влагомер «Нива» применяется для контроля влажности материала, выходящего из зоны цепной завесы вращаю щейся печи.

Так как перспектива применения первых трех из перечисленных

устройств в большой энергетике пока еще недостаточно ясна, остановимся на них очень кратко. .

В термоэмиссионных преобразователя (ТЭП) используется от-

крытое Эдисоном явление термоэлектронной эмиссии. Если поместить в вакуум два электрода, .причем к одному из них (эмиттеру, испускающему электроны) подводить тепло и поддерживать его при более высокой температуре, . a от второго (коллектора) тепло отводить, c тем, чтобы его температура оставалась более низкой, то при замыкании эмиттера и коллектора внешней цепью по ней потечет ток. Такое устройство, являющееся источником электрического тока, служит термоэмиссионнь^м преобразователем, преобразующим тепловую энергию в электрическую, минуя ступень механической энергии. КПД первых образцов ТЭП был около 15 %. По существующим прогнозам, его можно довести до 40 %. .

Принцип работ^т фотоэлектропреобразователей (ФЭП) основан

на использовании явления фотоэффекта. (открытого Герцем и де -

тально исследованного Столетовым), который представляет собой прямое превращение энергии электромагнитного излучения (свето вой или лучистой) в электрическую. Изготавливаемые в настояЩее время ФЭП создают на основе кремния или германия. Наиболее; - тенсивно их применяют в космической технике. Для таких прео:

разователей теоретический КПД достйгаёт 25 %, a практическййне превышает 15 %. Опыт мирового развития работ по фотоэнер-

гетике показал, что ФЭП .с КПД до 20 % можно получить, исполь- . зуя основу из арсенида галлия.

В топливных элементах (ТЭ), отцосящихся к классу электрохимических генераторов, химическая энергия топлива (восстановителя) и окислителя преобразуется электрохимическим путем непосредственно в электрическую. Иначе говоря, в ТЭ электроэнергия по- ' лучается в результате реакции окисления. — восстановления топлива и окислителя (например, водорода и кисло-рода), которые непрерывно подводятся к соответствующим электродам элемента. КПД ТЭ очень высок. Теоретически он блйзок к единице, a практически составляет 60--80 %. `

Сегодня ТЭ уже используются в качестве автономных источни-

ков электро - и теплоснабжения многоэтажных домов нескольких типов и комплекса почтовых зданий в США.

Практическое применение находят сегодня термоэлектрические

генераторы (ТЭГ), правда, относительно небольшой мощности.

В. основе работы ТЭГ лежат эффекты Зеебека, Пельтье и Томсо-

на. Сущность эффекта Зеебека состоит в том, что если в электри-

ческой цепи, составленной из двух разнородных проводников, под-

держивать на одном из контактов (<<горячем») температуру 7., a на другом (Кхолодном») _— 7, то при условии Тг > 7 на концax цепи

появляется термоэлектродвижущая сила (термо-ЭДС) E, . a при замыкании цепи в ней обнаруживается электрический ток.

Эффект Пельтье, объяснёние которому дал Ленц, возникает, если через два разнородных стержня, находящихся в контакте друг c другом, пропустить постоянный ток. При этом в зоне контакта произойдет выделение некоторого количества теплоты (при одном направлении тока) или поглощение ее (при другом).

Эффект Томсона заключается в выделении или поглощении теплоты в объеме однородного проводникового или полупроводнико-

вого материала при наличии в нем перепада температуры и одновременном протекании электрического тока.

На основе термоэлектрических явлений созданы несколько. видов ТЭГ, одним из которых являются термоэлектрические батареи, представляющие собой цепочки последовательно соединенных термопар. Они были разработаны еще в позапрошлом веке, однако и

Достаточно перспективными c точки зрения большой энергетики считаются в настоящее время полупроводниковые ТЭГ, которые

используют теплоту, получаемую в ядерных реакторах (ядерные термоэлектрические установки -- ЯТЭУ), или преобразующие энергию

По сравнению с традиционными ядерными энергетическими

. установками паротурбинного цикла ТЭГ этого типа обладают рядом преимуществ, наиболее важными из которых. являются упрощение состава энергетической установки, автономность и возможность дли тельной работы без обслуживания, низкий уровень шума, возможность блочного размещения источника теплоты и термогёнератора.

. B качестве источника теплоты радиойзотопных термоэлектрических генераторов (РИТЭГ) используют радиоактивные нуклиды,

которые получают двумя способами: при облучении в ядерном реакторе исходных материалов или из отходов топлива ядерных реак-

торов. КПД РИТЭГ не превышает сегодня 10 %.

В настоящее время известно большое количество установок та-

кого типа, успешно эксплуатировавшихся в составе космических объектов, используемых для питания океанографического и1 нави-

гационного оборудования в Великобритании, Дании и Швеции.

В заключение отметим, что все термоэлектрические эффекты обратимы, a знаки теплоты Пельтье и 'Томсона меняются при измене наии направления тока. Благодаря этому термоэлектричество применяют не только в генераторах электроэнергии, но и в холодильниках, нагревателях, тепловых .насосах и других устройствах.

Магнитщг'дродинамический метод прямого преобразования тепловой энергии в электрическую наиболее разработан и может быть использоваН сегодня для получения больших .количеств электроэнергии. На его основе созданы устройства, называемые МГД-гене- Раторами (рис. 4.1)..

Поток ионизированного газа

Рис. 4.1. Преобразование энергии в МГД-генераторе

В результате сжигания oрганического. топлива (например,

при годного 'аза) образуются продукты сгорания. Необходимо, чтобы их температура б^iла не, ниже 2500°С. Плазма при такой темпе -

ратуре ионизирована лишь частично. Она состоит не только из про дyктов ионизации -- свободных электронов и ионов (частиц, образующихся в результате потери молекулой электронов), но и еще не подвергшихся ионизаций молекул.

Для того, чтобы низкотемпературная плазма продуктов сгорания имела достаточную электропроводимость, к ней необходимо доба= вить легкоионйзирующееся вещество (натрий, калий или цезий), пары •которого ионизируются при более низкой температуре. Плаз-

ма с такой добавкой при температуре примерно 2600 °С поступает в канал МГД-генератора й за счет уменьшения ее тепловой энергии разгоняется там до звуковой или более скорости.

Проходя по каналу, электропроводная плазма пересекает сило-

вые линии мощного магнитного поля. При этом, в соответствии с

законами электродинамики, в направлении, перпендикулярном

движению потока и силовым линиям магнитного поля, от одного электрода к другому (замкнутым на внешнюю цепь) возникает электрический ток, протекающий через плазму.

На выходе из канала МГД-генератора продукты сгорания имеют температуру около 2000°С, что делает плазму недостаточно электропроводной, и поэтому продолжение процесса в МГД-гене- раторе невыгодно,'

Однако эта температура даже более высока, чем в топке парово-

го котла тепловой электростанции, и тепло плазмы вполне можно

использовать.

Проще: всего эту задачу решить, применяя двухступенчатую ус-

. тановку (рис. 4.2). B камеру сгорания подают топливо, легкоионизирующую присадку и нагретый окислйтель (обычно обогащенный кислородом воздух). Продукты сгорания при тепературе окoло 2б00°С поступают через. соцло в канал. МГД-генератора, a из него при температуре примерно 2000°С = в парогенератор.