2 Выбор датчика

Для заданной системы выбран температурный датчик (термопреобразователь сопротивления) ТПУ 0304. Термопреобразователь универсальный ТПУ 0304 предназначены для измерения и непрерывного преобразования температуры, твердых, жидких, газообразных и сыпучих веществ в унифицированный выходной сигнал постоянного тока 4÷20 мА. Термопреобразователь применяются в различных технологических процессах в промышленности и энергетике.

Таблица №1-Технические характеристики

Основные метрологические характеристики					Тип первичного преобразователя
Диапазон преобразования	Пределы допускаемой основной приведенной погрешности, %, (класс точности) для индекса заказа
	А	Б
1	2	3	4
минус 50 ÷ плюс 200 °С	± 0,15 (0,15)	± 0,25 (0,25)	100М
минус 50 ÷ плюс 600 °С	± 0,1 (0,1)	± 0,2 (0,2)	100П
минус 50 ÷ плюс 350 °С	± 0,1 (0,1)	± 0,2 (0,2)	Pt100

Рисунок 4 – температурный датчик (термопреобразователь сопротивления) ТПУ 0304

ХА ; ХК ; ЖК

-50; +600 С

d=4; D=10; L=250…400  d=6; D=10; L=320…800  d=8; D=14; L=400..1000

Таблица №2-Технические характеристики

3 Расчет датчика

Расчет статических характеристик ЧЭ

Исходными данными для расчета чувствительного элемента датчика температуры являются .:

• температурный диапазон;

• материал терморезистора;

• сопротивление терморезистора;

• напряжение питания.

1) Температурная характеристика определяет зависимость сопротивления терморезистора от температуры rt(t). Она описывается уравнением (1).

,(1)

где RT и RN – соответственно сопротивление при температурах T и Tb=298K;

B – константа материала терморезистора, K

,(2)

где E – энергия активации, для Ge равна 0,74эВ;

k – постоянная Больцмана,

Подставив известные значения в формулу (1), получим: (3)

Далее построим зависимость RT=f(T), подставляя значения температур из диапазона от 23К до 473К в формулу .

Рисунок 5- Рабочая характеристика терморезистора с отрицательным ТКС

Температурный коэффициент сопротивления терморезистора равен

,(4)

где B=8.626103К.

TM – средняя температура рабочего диапазона, равная

,(6)

С.

Ом

Принимаем RP=10 кОм.

Произведем расчет линеаризованной характеристики, равной

(7)

и строим зависимость R=f(T) в диапазоне от 23К до 473К (Рисунок 6)

Рисунок 6 - Линеаризация характеристики терморезистора с отрицательным ТКС посредством параллельного включения дополнительного термонезависимого сопротивления

Измеряемое выходное напряжение рассчитывается

,(7)

если схема питается током, I=0.4 – 5мА.

,(8)

Подставляя в данную формулу значения температуры из диапазона от 23К до 473К, получим зависимость выходного напряжения UM от температуры (Рисунок 7)

Рисунок 7 - Зависимость выходного напряжения UM от температуры

Конструктивный расчет терморезистора

Термосопротивление изготавливается из монокристаллического германия, легированного сурьмой до удельного сопротивления 0.3 Ом·см. Толщина исходной пластины германия равна 0.35 мм. С помощью изотропного травления и химико–динамической полировки доводим толщину пластины до 15020 мкм. Контакты изготовлены из пленки алюминия с предварительным подлегированием контактных областей бором для создания омического контакта.

Удельное поверхностное сопротивление терморезистора

где V – удельное сопротивление тела терморезистора, Ом·см; h – толщина германиевого терморезистора, 150 мкм.

Находим удельное поверхностное сопротивление

Ом.

Ширина резистора рассчитывается на основании удельной мощности рассеяния по формуле

где PО – удельная мощность рассеяния резистора, (0.54.5) Вт/мм2; P – номинальная рассеиваемая мощность полупроводникового резистора, Вт.

При расчете выбираем PО=1 Вт/мм2.

Полное сопротивление резистора

где kф – коэффициент формы; kр – коэффициент, учитывающий растекание тока в контакте.

kр = 0.07.

Коэффициент формы находим из выражения

Длина резистора на кристалле равна

(3.14)

Длина резистора на фотошаблоне равна

где ТРАВ. – погрешность, вносимая за счет растравливания окон в маскирующем слое, ТРАВ. = 0.3 мкм.

Принимаем L = 1.2мм, а B=0.9мм.

Конструктивный расчет термонезависимого сопротивления

Термонезависимое сопротивление RР для линеаризации температурной характеристики термоэлемента выполнено методом напыления из резистивного сплава РС3001 с удельным поверхностным сопротивлением. Рисунок резистора сформирован методом контактной фотолитографии.

где L – длина резистора; В – ширина резистора.

Расчетная ширина резистора ВРАСЧ. должна быть не меньше той, которая может быть выполнена при современном состоянии технологии ВТЕХН. = 0.1 мм (при фотографическом методе).

Ширина резистора ВР рассчитывается из условия допустимой рассеиваемой удельной мощности PО = 20 мВт/мм2

где P – рассеиваемая мощность резистора, Вт.

ширина резистора равна

Минимальная ширина резистора, при которой обеспечивается заданная точность

где В, L – точность воспроизведения геометрии резисторов (при фотолитографическом методе В = L = 10 мкм).

где  – погрешность воспроизведения сопротивления квадрата резистивной пленки ( =4 %); Rt – относительное изменение сопротивления при наибольшей рабочей температуре + 100 С;

R – температурный коэффициент сопротивления, для сплава РС3001 равен – 0.2 · 10-4 1/ °.

Rct – погрешность сопротивления, обусловленная старением тонкопленочных резисторов, для сплава РС3001 равна 1 % ; Rk – погрешность сопротивления, вносимая контактами, равна 12 % ; R – относительная погрешность сопротивления, равна 10 % .

Подставим перечисленные значения в выражение (3.20)

По формуле ширина резистора

Длина резистора

4 МОДЕРНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ

Установка в которой установлена смесительная камера с датчиком температуры представляет собой однокамерную сушилку непрерывного действия. Недостатком этих конструкций является неравномерная обработка материала, обусловленная широким спектром времени пребывания частиц в зоне сушки. Возможная неравномерность сушки в однокамерных сушилках с псевдоожиженным слоем часто является недопустимой с точки зрения требований , предъявляемых к качеству высушенного продукта.

Рисунок 8-Однокамерная сушильная установка со взвешенным слоем.

1 – камера сушки; 2 – топливно-смесительная камера; 3 – вентилятор подачи воздуха; 4 – транспортер влажного материала; 5 – бункер; 6 – питатель;  7 – газораспределительная решетка; 8 – разгрузочное устройство;  8 – транспортер-разгрузчик; 9 – бункер; 10 – транспортер; 11 – элеватор;  12 – скруббер или циклон; 13 – батарейный пылеуловитель; 14 – вентилятор

Так как температура отходящих газов невелика, но превышает температуру высушенного материала, для повышения эффективности и экономичности установок целесообразно высушиваемый материал располагать в несколько ярусов по ходу потока газов. На этом принципе основана конструкция многоярусных сушилок. Однако в подобных сушилках для создания кипящего слоя сушильный агент необходимо подавать с большой скоростью и для этого требуется установка высоконапорных вентиляторов. 

Руководствуясь этим, проведем модернизацию установки, установив более производительные, высоконапорные вентиляторы и применив конструкцию многоярусной сушилки, добьемся увеличения скорости слоя сушильного агента и равномерности просушки подаваемого материала. Эти изменения позволят повысить качественные характеристики рассматриваемой системы.

Для модернизации был выбран центробежный вентилятор высокого давления electror , серия HRD компании ZM Engineering .Эти центробежные вентиляторы высокого давления имеют закрытое рабочее колесо из листов стали или алюминия. Всасывают воздух или газообразные вещества аксиально, после чего происходит ускорение за счет вращения лопастей и тангенциально выдувается наружу. Вентиляторы центробежные этого типа перекачивают газ в больших объемах, работают при высоких температурах, имеют антикоррозийное покрытие и тепловую защиту степени F.

Компания ZM Engineering предлагает высоконапорные вентиляторы серии HRD нескольких типов, в том числе в стандартном исполнении, с клиноременной передачей, с преобразователем частоты, а также без двигателя. Применяются высоконапорные вентиляторы для транспортировки воздуха, получения вакуума, выдуве форм и сушке деталей машин и т.д. При необходимости, эти центробежные вентиляторы могут быть подготовлены к перекачке сред высоких температур, для работы при повышенной температуре окружающей среды, с корозионной защитой, с дополнительной изоляцией составных частей. В этих центробежных вентиляторах используются преобразователи частоты, что дает возможность пошаговой регулировки частоты вращения двигателя (в диапазоне от 0 до максимума). В вентиляторах преобразователь частоты размещен непосредственно на электродвигателе.

Рисунок 9 – вентилятор Electror HRD

Таблица №3-Технические характеристики вентилятора Electror HRD

Модель	Производи- тельность, м3/мин	Перепад давления, Па	Мощность электро- двигателя, КВт	Число оборотов двигателя, мин-1	Габариты (ДхШхВ), мм	Вес, кг
HRD 1/2	8	2800	0,55	2840	403x433x321	6

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В рамках курсового проекта был произведен подбор датчика температуры. Классификация датчиков температуры помогает разо­браться и изучить многообразие различных типов датчиков и их назначение, а также понять в каких областях они могут применяться. Затем производился расчет датчика температуры. Неотъемлемой частью курсового проекта является модерниза­ция для улучшения качества работы системы. Модернизация позво­лит повысить качественные характеристики рассматриваемой системы.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Виглеб Г. Датчики. М.: Мир, 1989.

2 Шефтель И.Т. Терморезисторы. М.: Наука, 1973.

3 Интернет ресурс http://www.ais-nn.ru

4 Мартыненко И.И., Лысенко В.Ф. Проектирование систем автоматики.

5 Интернет ресурс http://teplokip.narod.ru

6 Интернет ресурс http://temperatures.ru/

7 Интернет ресурс http://www.zm-engineering.ru/

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

33

УИТС.421ХХХ.131ПЗ