Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет исследование статических и динамических характеристик теплоэлектрических преобразователей

Методические указания к выполнению

лабораторной работы по курсу “Элементы и устройства систем управления”

для студентов специальности 2101

Одобрено

редакционно‑издательским советом

Саратовского государственного

технического университета

Саратов 1999

Ц е л ь р а б о т ы: ознакомление о принципом действия, конструкцией, определение статических и динамических характеристик теплоэлектрических преобразователей.

Основные положения

Современный уровень развития промышленности характе­ризуется интенсификацией технологических процессов, поэтому надежность средств измерения и их характеристики во многих случаях определяют надежную работу и характеристики систем в целом.

Процессы измерения в системах автоматического регу­лирования и управления рассматривается как единый процесс совместной работы чувствительных элементов, преобразовате­лей и измерительных приборов. Измерение температуры в этих системах осуществляется с помощью теплоэлектрических преобразователей, которые преобразуют изменение тактического значения температуры в изменение электрического напряжения. К этих преобразователям относятся термометры сопротивления и термоэлектрические термометры.

Действие термоэлектрических термометров основано на свойстве металлов и сплавов генерировать термо-ЭДС, зависшую от температуры места соединения концов двух разнооб­разных проводников, образующих чувствительный элемент тер­мометра - термопару. Величина выходного напряжения термо­пары U_вых определяется разностью температур горячего спая t₁ и холодного спая t₀ :

U_вых=f(t₁-t₀).

На рис. 1 показано устройство термоэлектрического термометра. Термоэлектроды 1 расположены так, что их спай 2 касается защитного чехла 3. На термоэлектроны надеты изо­ляционные бусы 4. На концах защитного чехла кренится голов­ка термометра 5. В головке расположена колодка 6 с зажима­ми 7 для термоэлектродов и соединительных проводов 8. Ра­бочий пай чаще всего изготавливается путем сварки или пай­ки. Для удобства применения термоэлектрический термометр специальным образом армируется. При этом достигается : электрическая термоизоляция электродов;

защита термоэлектродов от вредного воздействия измеряемой и окружавшей среды, при­дание необходимой механической прочности и т.д.

Принцип действия термометров сопротивления основан на зависимости сопротивления проводников от температуры. Так, например , для платиновых терморезисторов в диапазоне тем­ператур от 0 до 650⁰С характерно соотношение

R_t=R₀(1+At+bT²),

где R - сопротивление при О⁰С;

А =3.96847*10^{-3 о} C^-1;

В =- 5,847*10-⁷⁰C^-1.

Из всех современных терморезисторов (медных, никелевых, полупроводниковых и т.д.) наибольшее распространение полу­чили платиновые.

На рис. 2 показано устройство платинового термометра сопротивление. Чувствительный элемент термометра сопротивления выполняется в виде спирали из проволоки 1.поведенной в четырехканальный керамический каркас 2. Для защиты от механических повреждений и вредного воздействия измеряемой или окружающей среды чувствительный элемент помещен в защитную оболочку 2, которая уплотнена керамической втулкой 4. Выводы 5 чувствительного элемента проходят через изоляционную керамическую трубку 6.

Эти элементы находятся в защитном чехле 7, устанавливаемого на объекте измерения с помощью резьбового штуцера 8. На конце защитного чехла располагается соединительная головка 9 термометра. В головке находится изоляционная колодка 10 с винтами 1- для крепления выводов термометра и подключения соединительных проводов, которые выводятся че­рез штуцер. Для уменьшения влияния внешних электрических и магнитных полей чувствительные элементы терморезисторов делаются я с безиндуктивной намоткой.

Итак, измерение температуры в системах автоматическо­го регулирования и управления осуществляется с помощью теплоэлектрических преобразователей, а так как параметры быстродействия, надежности, конструктивной простоты, эксплутационные характеристики являются первостепенными для САР и САУ, поэтому при синтезе и анализе этих систем очень

актуальным является определение их статических и динами­ческих характеристик.