Измерение температуры и поверка датчиков темпер..


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
Министерство образования и науки Российской Федерации

Нижнекамский химико
-
технологический институт (ф
и
лиал)

Федерального государственного бюджетного образовательного

учрежд
е
ния
высшего профессионального образования

«Казанский национальный исследовательск
ий технологический универс
и
тет»










М.В.

Коломоец



ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И ПОВЕРКА

ДАТЧИКОВ ТЕМПЕРАТУРЫ


МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИ
Я








Нижнекамск

2011


2

УДК 6812

К 61

Печатаются по решению редакционно
-
издательского совета
Нижн
е
камского химико
-
т
ехнологического института (филиала)
ФГБОУ ВПО «КНИТУ».

Рецензенты:

Дмитриев
А.В.,
кандидат технических наук, доцент;

Долганов А.В.,
кандидат технических наук.



Коломоец
, М.В.

К 61
Измерение температуры и поверка датчиков температуры
:
м
етодические указани
я
/
М.В. Коломоец.
-

Нижнекамск :
Нижнека
м
ский х
и
мико
-
технологический институт (филиал)
ФГБОУ ВПО «КНИТУ», 2011.
-

48
с.



Методические указания
предназначен
ы
для обеспечения
курса лекций по дисциплине «
Системы управления
химико
-
технологическими
процессами
» для студентов, обучающихся
по
технологическим и механическим
специальностям
.

Подготовлен
ы
на кафедре АТПП Нижнекамского химико
-
технологического института (филиала)
ФГБОУ ВПО «КНИТУ».






УДК 6812



©

Коломоец М.В.
,

20
11

©
Нижнекамский химико
-
технологический

институт (филиал)
ФГБОУ ВПО

«КН
И
ТУ»
, 2011



3

ВВЕДЕНИЕ


При контроле химико
-
технологического процесса
(
ХТП
)

из
меряется
мно
жеств
о
т
ехнологических
параметров,
таких
,
как
расход, давл
ение, уровень, влажность и т.д.
, но чаще
прочих

измеряется температура. Это объясняется тем, что по значени
ям

температуры
можно с
у
дить
как о
качестве
протекания

ХТП
на
всех его участках и стадиях,
так
и
о
д
остижении
параметрами
процесс
а
своих предельных
кр
и
тических значени
й
.

В последнее время
самостоятельное
в
едение
человеком
химико
-
технологического процесса становится
все б
о
лее

нецелесообразным.

Данная
тенденция

объясняется

несовершенств
ом
орг
а
нов чувств
че
ловека
, которые не
успевают реагировать на
возникновение
аварийных ситуаций

современных
быстро
протекающих

технологических
процесс
ов
.
Та
же
причина

объясн
я
ет
общую
тенденцию сокращения
производстве
н
ного персонала
, управляющего производством

и
его
замен
ы

а
в
томатическими
высокоточными
системами
управления
(АСУ
).


Для обеспечения информацией таких АСУ применяются
датчики контроля технологических параметров.

И т
ак как
контроль состояния
ХТП
чаще всего осуществляе
т
ся

дис
танционно
, то в большинстве случаев для к
онтроля
в АСУ
исполь
зуются

дистанционные
датчики,
имеющие выходной
эле
к
трически
й

сигнал
.

Выше перечисленные
направления
сформировали

задачу

данн
ых
методическ
их

изданий
как

ознакомление студентов с

принцип
ами
действия
электрических датчиков температуры

их

работой и
методик
ой
поверки.







4

1.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И О
ПРЕДЕЛЕНИЯ

СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

1.
1
Г
ОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕ
МА ПРИБОРОВ (ГСП)

В 50
-
хх годах прошлого столетия с целью унификации и
стандартизации средств измерений была создана
Государс
т
ве
нная система приборов.

Принципы, положенные в основу создания ГСП
акт
у
альны и на сегодняшний день. Более того, приборы, не
отв
е
чающие требованиям системы, к эксплуатации
на
территории РФ
не допускаются.

К принципам ГСП относятся:





Выделение типовых фун
кций автоматического контроля,
регулирования и управления;



Минимизация номенклатуры технических средств;



Построение технических устройств на основе типовых
унифицированных блоков и модулей;



Агрегатное построение сложных систем управления на
о
с
нове унифицир
ованных приборов и устройств;



Совместимость приборов и устройств ГСП на основе:


а)

унификации сигналов связи, используемых для обмена
информацией между изделиями ГСП в системах
управления (информационная совместимость);


б)
унификации конструкций (констр
уктивная
совмест
и
мость);


в) унификации эксплуатационных требований
(эксплу
а
тационная совместимость);


г) унификации метрологических характеристик средств
измерений (обеспечение единства измерений или
метрологическая совместимость);


д) унификации информат
ивных параметров
(информац
и
онная совместимость).


5

По
функциональным признакам
изделия ГСП д
е
лятся на
4 группы:


1.

устройства получения информации о состоянии
процесса (датчики или первичные преобр
а
зователи);


2.

устройства приема, преобразования и передачи
и
н
фор
мации по каналам связи (промежуточные
преобразов
а
тели);


3.

устройства преобразования, хранения, обработки
информации и формирования команд управления
(вторичные приборы, регуляторы или станции
управл
е
ния);


4.

устройства использования командной и
н
формации для
в
оздействия на объект управления (исполнительные
механи
з
мы).


Измерительные устройства и системы составляют самую
многочисленную группу изделий ГСП, составляющую более
половины номенклатуры промышленных изделий ГСП. Они
обе
с
печивают получение информации о ф
изических величинах
(параметрах), характеризующих технологические процессы,
свойства и качества проду
к
ции.

Средства измерений входят в число устройств первой и
второй из перечисленных групп и представляют собой
перви
ч
ные, промежуточные, масштабирующие (но
рмирующие)
изм
е
рительные преобразователи, измерительные приборы и
сист
е
мы.

Вторичные показывающие приборы, которые так же
уч
а
ствуют в
текущих
практических работах, относятся к
третьей гру
п
пе.


Четвертая группа изделий ГСП в текущем курсе не
из
у
чается.

По
этому
основной
зада
чей предмета является
изучение процесса получения информации с приборов о
состоянии технологич
е
ского объекта
.



6

1.
1.
2

ВИДЫ ЭНЕРГИИ
ГСП


В зависимости от
вида используемой энергии
средства
измерений и вспомогательные устройства ГСП подраз
деляют на
4 самостоятельные ветви: электрическую, пневматическую,
гидравлическую и не использующую вспомогательной эне
р
гии.

Все средства измерений и устройства электрической,
пневматической и гидравлической ветви имеют
унифицирова
н
ные входные и выходные с
игналы, перечень
которых пр
и
веден
в таблице 1
.

Таблица
1

Вид сигнала

Физическая
в
е
личина

Стандартные параметры
си
г
нала

Постоянный ток

0 ÷ 5; 0 ÷ 20;
-
5 ÷ 0 ÷ 5;
4 ÷ 20
мА.

Постоянное
напряж
е
ние

0 ÷ 10; 0 ÷ 20;
-
10 ÷ 0 ÷
10
мВ;

0 ÷ 10; 0 ÷ 1;
-
1 ÷ 0 ÷ 1
В

Переменное
н
а
пряжение

0 ÷ 2;
-
1 ÷ 0 ÷ 1
В



Электрический

Частота

2 ÷ 8; 2 ÷ 4
кГц

Пневматический

Давление

0.2 ÷ 1
кгс
/
см
^
2

(0,02 ÷ 0.1
МПа)


Гидравлический


Давление

0.1 ÷ 6.4
МПа


Пневматическая
энергия КИП (контрольно
-
из
мерительных приборов) представляет собой энергию сжатого
воздуха давлением 0,02
÷ 0.1
МПа (Р
пит
= 0.14МПа),
изменя
ю
щимся пропорционально измеряемому параметру.
Пневматич
е
ская энергия пожаро
-
и взрывобезопасна поэтому

7

данная система часто примен
я
лась на
нефтеперерабатывающих
заводах.

Эта энергия используется в манометрах сильфонных
пневматических (МС
-
П), уровнемерах буйковых
пневматических (УБ
-
П), регистр
и
рующих приборах вторичных
(РПВ
-
4).


Электрическая
энергия КИП используется в приборах
передающих инфо
рмацию электрическим показывающим
пр
и
борам или непосредственно в микропроцессорный
контроллер. Примером таких приборов могут служить
преобразователи да
в
ления серий «Сапфир», «Метран»,
преобразователи температ
у
ры ТСПУ, ТСМУ с
пропорциональным выходным ста
ндартным электрическим
сигналом (см. таблицу) (
U
пит

= 24, 36В), перви
ч
ные
преобразователи ТСП, ТХК или хроматограф с
выходным

первичным нестандартным электрическим сигналом,
пропорциональным измеряемой в
е
личине.


Гидравлическая
энергия при работе контро
льно
-
измерительных приборов не применяется, так как требует
пр
и
менения высокого давления воды, что требует применения
металлических труб для передачи сигнала и водонапорного
об
о
рудования. Экономически это не выгодно.


В приборах,
не использующих дополните
льных
источн
и
ков

энергии
,

используется энергия измеряемой среды.
Напр
и
мер, таким образом работают манометр или
термоэлектропр
е
образователь.

Связь электрических, пневматических и гидра
в
лических
устройств осуществляется с помощью соответствующих
прео
б
разова
телей сигнала
. Этим обеспечивается создание
комбин
и
рованных средств ГСП.


В системе ГСП различают:
электропневматические

(ЭПП),
пневмоэлектрические
(ПЭП) и
нормирующие

8

преобр
а
зователи
. Под нормирующим преобразователем
понимают пр
е
образователь, переводящий
электрический сигнал
в стандар
т
ную форму унифицированного сигнала, имеющего
известные цифр
о
вые границы (см. таблицу выше).

Преобразователи типов ПЭП и ЭПП предназначены для
перевода сигнала из одного вида энергии в другой.

В ГСП предусмотрено несколько вид
ов
конструктивного исполнения средств измерений: нормал
ь
ное
(обычное), пыле
-
, брызго

-
и взрывозащищенное.

Нормальное
исполнение предназначено для средств
ГСП, работающих в но
р
мальных условиях.


Пылезащищенное
исполнение предназначено для
устройств, рабо
тающих в сильно запыленной ср
е
де, например
на заводе техуглерода.


Брызгозащищенное
исполнение выпускается для
раб
о
ты в условиях высокой влажности.

Искро
-
и
взрыво
-
защищенное исполнение
используется
на химических производствах, имеющих высокой уровень
п
ожаровзрывоопасности. Приборы в этом исполнении имеют
усиленное заземление и двойной корпус, предотвращающий
в
ы
ход взрыва в атмосферу.

Приборы
КСМ
(комплекс самописцев мостовой) и
ТС
(
термометр сопротивления), рассматриваемые в данном
мет
о
дическом пособии
, относятся к электрическим
преобразоват
е
лям
ГСП.

В зависимости от конструкции КСМ может записывать
данные с одного, трёх, шести и двенадцати датчиков. Кроме
т
о
го
,
отдельные модели снабжены сигнальными устройствами
при выходе измеряемого параметра за задан
ные пределы и/или
командными устройствами для поддержания параметра на
заранее зада
н
ном уровне.




9

1.
1.
2

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КАНАЛ


В большинстве случаев система автоматического
ко
н
троля одной величины включает четыре элемента: объект
измерения, чувс
т
вительный
элемент,

линию связи и
измерительное устройство.

Системой автоматического контроля
называют
сист
е
му, состоящую из объекта контроля и различных
устройств,
в
ы
полняющих функции измерения
(см. рис.1)
.

Рис.1 Функциональная схема контроля уровня (1
-
1)

и контро
ля и си
гнализации давления (2
-
1)


Под
объектом измерения (контроля, управления)
пон
и
мают аппарат, установку, состоящую из совокупности
аппар
а
тов, сложное явление или процесс, характеризующиеся
множ
е
ством отдельных физических величин (параметров
объекта), к
аждая из которых может быть измерена в
отдельности,

но в реальных условиях действует на
измерительное устройство с
о
вместно со всеми остальными
параме
т
рами.

Технологический
поток

L

H

LI


1
-
1













Объект


PIA


2
-
1


10

Физическую величину, которая выбрана для измерения,
называют
измеряемой величиной.

Чувствительный э
лемент
устанавливают
непосредс
т
венно в объекте контроля (обычно входит в состав
измерител
ь
ного преобразователя), он воспринимает величину
контрол
и
руемого (измеряемого) параметра и преобразует ее в
соответс
т
вующий сигнал, поступающий по
линии связи к
из
мерительному устройс
т
ву.

Измерительным устройством
называется отсчётное
ус
т
ройство со шкалой
(поз. 1
-
1 и поз 2
-
1)
.


Структурные схемы такой системы измерительных
преобразователей показаны на рис.
2
а, б, в, где каждый из
элеме
н
тов представлен прямоугольник
ом; стрелки между
прямоугол
ь
никами показывают направление передачи сигналов
с одного эл
е
мента на другой. Элементы характеризуются
сигналами на входе и выходе, называемыми также входными и
выходными сигнал
а
ми. Здесь передача сигнала идет в одном
направлении
, т.е. от объекта к измерительному устройству.
Такие системы автоматического контроля называют
разомкнутыми
. В некот
о
рых системах контроля
чувствительный элемент является изм
е
рительным элементом
устройства. В этом случае линия связи между чувствительным и
измерительным элементами отсутс
т
вует, а структурные схемы
контроля соответствуют схемам
2
б, в.

в)

а)

б)

О

ЧЭ

ЛС

ИУ

О

ИУ

О

ЛС

ИУ

Рис.
2
. Структурная схема системы автоматического ко
н
троля


11

Если измерительный прибор, например термометр или
манометр устанавливают непосредственно на объекте, то
системе контроля соответствует схема на рисунке
2
б. Если
же
и
з
мерительный прибор установлен на небольшом расстоянии от
объекта, например при работе с очень высокими
температур
а
ми, и соединен с объектом линией связи (трубкой),
то системе контроля соответствует схема
2
в. Обычно такое
построение хара
к
терно для ус
тановки приборов измеряющих
давление при высокой температуре. Схеме
2
а. может
соответствовать манометр
и
ческий термометр, состоящий из
термобаллона, капилляра и отсчётного ус
т
ройства.

Измерительное устройство может быть заменено на
измерительный преобразова
тель, трансформирующий
измер
и
тельную информацию в форму, удобную для восприятия
ЭВМ (контро
л
лером)
.

Автоматические
системы,
в которых измеряемый сигнал
после обработки возвращается на технологический объект в
виде управляющего воздействия
,
называются
систе
мами
автом
а
тического регулирования (управления). Такие системы
являются
замкн
у
тыми.

Системы автоматического контроля подразделяются на
местные (локальные, по месту), дистанционные и
телеизмер
и
тельные.

1.
Системы контроля, в которых измерительные
устро
й
ств
а расположены вблизи объекта (вблизи места
установки чувствительного элемента), называют
мес
т
ными.

2.
Автоматический контроль можно осуществлять и на
расстоянии от контролируемого объекта, удлинив линию связи
между чувствительным элементом и измерительным
устройс
т
вом. В этих случаях система местного контроля
усложняется введ
е
нием в измерительное устройство
преобразователя для преобр
а
зования результата измерения в
пропорциональный пневматический или электрический сигнал.

12

Во втором измер
и
тельном приборе осуще
ствляется обратное
преобразование си
г
нала, переданного по линии связи, в
результат измерения. П
о
добные системы автоматического
контроля называются
ди
с
танционными
.


Таким образом, д
истанционная система к
онтроля имеет

первичный и вторичный приборы.

Причём,
п
ервичным
прибором
н
а
зывается прибор, который контактирует с
измеряемой средой (измеряет).
Вторичным

называется
прибор
,
который принимает сигнал,
поступающий
от перви
ч
ного
,
и
преобразует его в форму, удобную для восприятия опер
а
тором
(показывает). Между н
ими могут находиться промежуточные
преобразоват
е
ли.

В зависимости от
вида используемой энергии

дистанц
и
онные системы подразделяются на пневматические,
электрич
е
ские и гидравлические
системы
.

Для дистанционной передачи информации на расстояния
от нескольки
х десятков метров до нескольких десятков
километров прим
е
няют измерительные каналы.

Измерительным каналом
называется последовательность
приборов необходимая для измерения и передачи на расстояние
измеряемого параметра.

Например, измерительный канал темп
е
р
атуры.

В измерительном канале выходной сигнал с первичного
преобразователя должен являться входным для п
о
следующего,
сигнал с которого далее так же должен быть вос
принят
сл
е
дующим преобразователем, и т. д. до восприятия втори
чным
прибором или ЭВМ
.

3.
Для
передачи результатов измерения на расстояния в
десятки и сотни километров применяют
телеизмерительные
системы
контроля. В таких системах результат измерения при
помощи преобразователя в пе
р
вичном приборе преобразуется в
кодированные, обы
ч
но дискретные сигн
алы, передаваемые по
каналу (л
и
нии) связи. Во вторичном приборе, установленном на

13

другом конце канала связи, эти сигналы преобразуются в
результат измерения и фиксируются в цифровой (дискретной,
к
о
довой) и аналоговой (непрерывной) форме.

Для контроля раб
оты сложных производственных
процессов применяют системы
централизова
н
ного контроля
. В
этом случае для сбора информации вторичные приборы
уст
а
навливают на центральном щите или информация
отображается на экране контролирующей сист
е
мы.

Входная информация, к
оторая используется для
возде
й
ствия на контролируемый процесс, называется
оперативной
. Чтобы сократить объем входной информации о
большинстве контролируемых величин, часть информации
можно направить на систему сигнализации, которая включается
только тогда,
к
о
гда какая
-
либо контролируемая величина
достигает некоторого наперед заданного
критического

значения.

В качестве примера ИИС рассмотрим некоторый объект
измерения ОИ
(см. рис.3)
.

Информацию о состоянии объекта собирают первичные
измерительные преобраз
ователи ПИП. Затем инфо
р
мация через
блок аналоговых промежуточных преобразователей БАПП
передается на блок аналогового цифрового преобразов
а
ния
БАЦП и далее в центр управления ЦУ для обработки
информации. О
б
работанная информация предоставляется
оператору ч
ерез ус
т
ройство вывода информации УВыв, а также
часть информации через цифро
-
аналоговый преобразователь
ЦАП п
о
ступает на управление БАПП.

Управляет работой ИИС управляющее устройство УУ
через блоки связи интерфейсные устро
й
ства ИФУ.


14

В последнее время системы централизованного контроля чаще
реализуются при помощи микропроцессорных контролл
е
ров
(МП контроллеров). То есть информация с измерительных
преобразователей (датчиков, приборов) поступает
непосредс
т
венно на дисплей оператора
, присоединённый к МП
-
но
му ко
н
троллеру. Так
же параллельно информация поступает в
ЭВМ, для обр
а
ботки и хранения. Процесс перехода к такой
системе (ИИС) стал возможен вследствие замены
пневматических измерительных преобразователей
эле
к
трическими (см. ниже).

Обычно при отклонении контролируемого параметра от
заданного значения машина выдает свет
о
вой и звуковой сигнал.
Значения контролируемых величин м
о
гут быть также получены
оператором по вызову (с клавиатуры ИИС). Отклонения
ко
н
тролируемых параметров от пред
елов установленных
пределов измерения регистрируются в непрерывной или
цифровой фо
р
ме.







ОИ

ПИП

1

ПИП

i

ПИП

n







БАПП






ИФУ







БАЦП






ИФУ







ЦУ








ИФУ



УВыв







ИФУ


УУ



ИФУ



ЦАП



ИФУ

Рис.
3
Структурная схема информационно
-
вычислительной
с
ист
е
мы


15

2
.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
№1

ТЕМА 1:
ИЗМЕРЕНИЕ
ТЕМПЕРАТУРЫ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ
: Изучение принципа действия, назначения
и устройства
электрических измерительных преобразователей
тем
пературы (
датчиков температуры)

термоэлектропреобраз
о
вателей

(ТЭП) и термометров
сопротивления (ТС).


ДАТЧИКИ ТЕМПЕРАТУРЫ

По принципу действия
электрические
датчики
подраздел
я
ют на
генераторные
, вырабатывающие ЭДС
пропорциональную изменению температуры, и

параметрические
изменяющие свои электрические параметры
пропорционально изменению
изм
е
ряемого
параметра.


Выходным сигналом
генераторных
преобразователей

явл
я
ется ЭДС, напряжение, ток или электрический заряд,
функци
о
нально связанные с измеряемой величино
й. В качестве
примера генераторных датчиков могут выступать
тер
м
оэлектропреобр
а
зователи
(раздел
2.
1.1.

данного
методического пособия).

В
параметрических
преобразователях выходной величиной
является изменение параметра электрической цепи
(
сопроти
в
ление
,
ин
дуктивность
,
емкость
). Примером могут
служит
ь
те
р
мометры сопротивления
(см. раздел
2.
1.2
).
Для

работы генер
а
торных преобразователей
на них
н
е
о
б
ход
имо
подавать напр
я
жение питания.

Рассматриваемые в данном методическом пособии датчики,
относятся к дистанци
онным
,
так как обладают выходными
эле
к
трическими сигналами, но не обладают отсчетными
устройс
т
вами
,
по которым можно отсле
живат
ь изменение
измеряем
ых
п
а
раметр
ов
.


16

1.1
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И Р
АБОТА ТЭП

Принцип работы термоэлектрических преобразователей
(ТЭП) сос
тоит в следующем. Если составить замкнутую цепь из
двух разнородных проводников А и В и нагреть один
из
спа
ев
,
то в цепи возникнет электрический ток (рис. 1а).
Термоэлектр
и
ческий эффект объясняется наличием в металле
свободных эле
к
тронов, число которых раз
лично для разных
металлов.

Предположим, что в спае с температурой
t
электроны из
металла
А
диффундируют в металл
В
в большем количестве,
чем в обратном направлении; поэтому металл
А
заряжается
полож
и
тельно, а металл
В
отрицательно. Электрическое поле,
во
зникающее в месте соприкосновения проводников,
препятс
т
вует этой диффузии, и когда скорость диффузии
электронов
станет,
равна скорости их обратного перехода под
влиянием устан
о
вившегося электрического поля, наступает
состояние подвижного равновесия.

При та
ком состоянии между
прово
д
никами А и В возникает некоторая разность
потенциалов.

Если спаяны однородные проводники, концы которых
нагреты до разных температур, то свободные электроны
диффу
н
дируют из более нагретых частей проводник
ов
в менее
нагр
е
тые с бол
ьшей интенсивностью, чем в обратном
направлении (см. рис
4
б).

Более нагретые концы проводников заряжаются
полож
и
тельно до тех пор, пока не наступает равновесное
состояние за счет создания разности потенциалов, действующей
в направл
е
нии, обратном тепловой
диффузии электронов.

Такая цепь называется термоэлектрическим
преобразоват
е
лем (термопарой
-
ТП), проводники
-

термоэлектродами, а места их соединения
-
спаями. Обычно
измеряется не ток, а термо
-
ЭДС, для чего в разрыв цепи (обычно


17

это место соединения те
р
моэлектродов) включается прибор для
измерения напряжения (рис.
4
б).


а

б


Рис.
4
. Конструкция термопары


Спай, контактирующий с объектом измерения, называется
измерительным
(рабочим)
, а спай подклю
чения прибора
-

с
о
единитель
ным спаем ТП (
свободным)
.

Так как потенциалы спаев зависят от температуры,
су
м
марная ТЭДС равна разности функций
t
и
t
0

)
(
)
(
)
(
0
2
1
0
t
f
t
f
tt
E
AB
-
=



(
1
)

Поддерживая температуру одного из спаев постоянной,
н
а
пример, полагая, что

t
0
=
const
, т.е.
f
2
(
t
0
)

=
const
, получим:

const
t
f
tt
E
AB
=
=
)
(
)
(
1
0

(
2
)

или



)
(
)
(
0
t
f
tt
E
AB
=


(
3
)

То есть градуировочной характеристикой термопары
явл
я
ется зависимость генерируемой ЭДС от температуры
измеря
е
мой
среды.

Электронная теория дает лишь физическое (качественное)
объяснение термоэлектрического эффекта. Количественное
о
п
ределение термо
-
ЭДС на основании этой теории

невозможно, так как число свободных электронов,
приходящихся на единицу объема, не поддаетс
я
количественному учету, и не известен з
а
кон их изменения с
изменением температуры.


18

1.1.1
КЛАССИФИКАЦИЯ И УСЛ
ОВИЯ РАБОТЫ
ТЕ
Р
МОЭЛЕКТРОПРЕОБРАЗОВА
ТЕЛЕЙ


В зависимости от измеряемой температуры и условий
эксплуатации выбирают различные материалы
термоэлектри
ч
е
ских преобразователей, материалов защитной
арматуры, длин погружной и выступающих частей, количество
чувствительных элементов, пыле
-
,

влагозащитное исполнение
и пр. Выбор ос
у
ществляется из стандартного набора
термоэлектрических пр
е
образователей как импо
ртного, так и
отечественного произво
д
ства.

В нашей стране для термопар с металлическими
электр
о
дами в соответствии с
ГОСТ Р 50342
-
92 и ГОСТ 3044
-
84
уст
а
навливаются номинальные статические характеристики
терм
о
пар (НСХ), т.е. зависимости термо
-
ЭДС термопар
от
температ
у
ры измерительного спая при температуре
соединительного спая 0 °С. В этой же таблице приведены
основные параметры терм
о
пар. НСХ задаются в
виде таблиц
или в виде аппроксимиру
ю
щих полиномов. Более удобным
является табличное задание НСХ. В случае
,
если температура
соединительного спая отлич
а
ется от
0

°С, то по той же таблице
рассчитывается компенсационная п
о
правка на температуру
соединительного спая.

В России принято 6 основных типов
-
номинальных
стат
и
ческих характеристик (НСХ) технических
термоэл
ектрических преобразователей с металлическими
термоэлектродами.

Частота применения того или иного преобразователя
темпер
а
туры зависит от частоты применения измеряемого
диапазона и необходимой погрешности.

Российские н
оминальные
стандартные
характеристики

приведены в табл.
2
.



19


Таблица

2

Тип

ТП

(Международное)

НСХ

Условное обозначение

Материал

термоэлектрода:

положительный/

отрицательный

Диапазон измерения
температуры
(кратковременый),
˚
С

Диапазон

терм
о
ЭДС,

мВ

ТВР

ВР(А)

Вольфрам(95%)
-
рений(5%)/

Вол
ьфрам(80%)
-
рений(20%)

0
-
2200

(2500)

0
-
31,13

(33,64)

ТПР

ПР(В)

Платинородий
(70%
Pt
+30%
Rh
)/

Платинородий
(94%
Pt
+6%
Rh
)

300
-
1600

(1800)

0,43
-
11,26

(13,58)

ТПП

ПП(
S
)

Платинородий
(90%Pt+10%Rh)/

платина

0
-
1300

(1600)

0
-
13,15

(16,77)

ТХА

ХА(
K
)

Хромель
(90,5%
Ni
+9,5%
Cr
)/

Алюмель
(94,5%
Ni
+
Al
,
Si
,
Mn
,
Co
)

-
200
-
+1000

(1300)

-
5,89
-
+41,27

(52,40)

ТХК

ХК(
L
)

Хромель
(90,5%
Ni
+9,5%
Cr
)/

Копель
(56%
Cu
+44%
Ni
)

-
200
-
+600

(800)

-
9,50
-
+49,10

(66,47)

ТМК

МК(
M
)

Медь/копель
(56%Cu+44%Ni)

-
200
-
+100

-
6,15
-
+4,72



20

1.1.
2
МЕЖДУНАРОДНЫЕ Г
РАДУИРОВОЧНЫЕ
ХАРА
К
ТЕРИСТИКИ ТЭП


По международным обозначениям приняты 9
стандар
т
ных градуировочных характеристик,
принятых в РФ и
соотве
т
ствующих МТШ

90, а также эталонные термопары
типов ТПП и ТПР с индивидуальными градуировочными
характеристик
а
ми.

Стандартные международные градуировочные
характер
и
стики

соотносят
ся с характеристиками по ГОСТ Р
8.585

следу
ю
щим образом (
см. табл.3.):



Таблица 3

Термопары с НСХ

Тип

Тип В (платинородий 30% / платинородий 6%)

ТПР

Тип Е (хромель / константан)

ТХК
н

Тип
J
(железо /константан)

ТЖКн

Тип К

(хромель / алюмель)

ТХА

Тип
L
(хромель / копель)

ТХК

Тип
N
(нихросил / нисил)

ТНН

Тип
R
(платинородий 13% / платина)

ТПП

Тип
S
(платинородий 10% / платина)

ТПП

Тип
T
(медь / константан)

ТМКн


На современных п
редприятиях работают ТЭП как со
стандартными номинальными, так и международными
граду
и
ровочными характеристиками.




21

1.
1.
3

ПОГРЕШНОСТИ
ТЕРМОЭЛЕКТРОПРЕОБРАЗ
О
ВАТЕЛЕЙ


Погрешности ТЭП указываются в паспортах приборов, в
ГОСТ
-
ах
на приборы
и
в
справочной литер
атуре.
Обозначать
погрешности ТЭП принято предельно допустимыми
значени
я
ми абсолютной погрешности, указанием погрешностей
ТЭП в мВ на протяжении измеряемого диапазона, или
указанием
пр
и
веденной погрешности на
измеряем
ый диапазон
.


Пределы допускаемой
основной погрешности
преобразов
а
ния термопар
с международными градуировочными
характер
и
стиками
представлены в
табл
ице
4:

Таблица

4

Тип

термопар

Диапазон
темпер
а
тур,
0
С

Погрешность
преобразов
а
ния,
0
С, не более

B

+350 … +1820

±0,2

E

-
200 … +1000

±0,2

J

-
2
10 … +900

±0,2

K

-
200 … +1372

±0,2

L

-
200 … +800

±0,2

N

-
200 … +1300

±0,2

R

0 … +1768

±0,2

S

0 … +1768

±0,2

T

-
200 . +400

±0,2


Погрешности часто применяемых
в Р
осси
и

стандартных


ТЭП, прив
е
дены в табл.
5
.



22

Таблица

5

Тип
ТП

Диапазон

температур,
˚
С

Предел допускаемых

отклонений
Δ
Е, мВ

ТПП

0
-
+300

+300
-
+1600

0,008

±0,008+2,69*10е
-
5*(
t
-
300)

ТХА

-
200
-
0

0
-
+300

+300
-
+1300

±
0,080+0,30*10e
-
3*(t+200)

±
0,140

±
0,140+0,22*10e
-
3*(t
-
300)

ТХК

-
200
-
0

0
-
+300

+300
-
+800

±
0,100+0,20*10e
-
3*(t+200)

±
0,
140+0,20*10e
-
3*t

±
0,200+0,52*10e
-
3*(t
-
300)




1.1.4
ТЭП
СО СТАНДАРТНЫМИ ВЫХ
ОДНЫМИ
СИ
Г
НАЛАМИ


Кроме
вышеописанных типов термопар
, выпускаются ТЭП с
унифицированным выходным сигналом 0
÷5, 4÷20
мА
(ТППУ на
пределы от 600 до 1300

°С и др
угие пределы
).

П
огрешности таких термопар постоянны по всему
измеря
е
мому диапазону (
например,

±
0,5
%
), по
этому при выборе
рабоч
е
го диапазона прибора его границы следует выбирать
максимал
ь
но близко к измеряемому значению
, чтобы снизить
погрешность измерения
.


Отличительной
особенностью таких датчиков температуры
является встроенный в головку измерительного прибора
нормирующий преобразователь.



23

1.
1.
5
ВТОРИЧНЫЕ ПРИБОРЫ Д
ЛЯ РАБОТЫ С ТЭП


В качестве вторичных приборов совместно с
рассмотренн
ы
ми термопарами, выдающими нестандарт
ный
электрический сигнал, могут работать потенциометры или
милливольтметры (см. рис
унок
5
). Работая совместно, они
представляют собой измер
и
тельный канал по температуре (это
относится так же к ниже рассмотренным термометрам
сопротивления). Использ
у
ется измерительный канал в случае
необходимости дистанцио
н
ной передачи информационного
сигнала. Например, сигнал может пер
е
даваться в
информационно

-
измерительную систему или сист
е
му
управления, которая располагаются в специальном здании, в
пункте управл
ения, называемым операторной.

ТЭДС, развиваемую ТЭП обычно измеряют
потенциометр
и
ческим методом.




Рис.
5
. Измери
тельный канал температуры (ТЭП)

В качес
тве вторичных приборов для
датчиков
,

обладающих
стандартными выходными электрическими сигналами,
могут

применяться любые вторичные приборы, обладающие
стандар
т
ным
и
(унифицированным
и
) входным
и
сигнал
а
м
и
или
информацио
н
но
-
измерительная система.



24

1.
2
УСТРОЙСТВО И РАБОТА ТЕРМОМЕТРОВ

СОПРОТИВЛЕНИЯ

Измерение температуры термометром сопротивления (ТС)
основано
на изменении электрического сопротивления
прово
д
ника с изменением температуры. Зная зависимость
сопротивл
е
ния от температуры, можно по его изменению
определить те
м
пературу среды, в которую помещен ТС.

Известно, что при увеличении температуры сопротивлен
ие
ряда чистых металлов возрастает, а полупроводников
(термор
е
зисторов) снижается. Металлическое сопротивление
широко используется для измерения температур в
промышленных и л
а
бораторных условиях.

Зависимость сопротивления металлов от температуры в
н
е
большо
м интервале температур можно приближенно
выразить уравнением:

(
)


t
t
R
R
t
t

-
+

=

1
(
4
),

где

R
t


сопротивление металлического проводника при
темп
е
ратуре
t

о
С;

t
R


-

сопротивление металлического проводника при
температуре
t


о
С;

(
)
t
t

-

-

интервал изме
нения температуры;


(
)
t
t
R
R
R
t
t
t

-


-
=


-
коэффициент температурного
сопротивл
е
ния.

Для изготовления ТС наиболее пригодны по своим физико
-
химическим свойствам платина и медь.

Для платины
:



pt


3,9

10
-
3
(
о
С )
-
1

Для меди
:




сu
= 4,28

10
-
3
(
о
С )
-
1

Зависимость
между сопротивлением и температурой для ТС
различных типов дается в градуировочных таблицах
.


25

Помимо перечисленных, используются термометры
сопр
о
тивления никелевые ТСН, но частота их применения по
сравн
е
нию с ТСП и ТСМ невелика.

Характеристики
выше
перечис
ленны
х
приборов приведены
в табл
ице

6
.

Таблица

6

Условное обозначение
НСХ

Диапазон

температур

По
д
груп
па

ТС

R
o
,
Ом

росси
й
ск
ое

междун
а
род
ное

t
min
,
о
С

t
mx
,
о
С

50

50П

Pt

50

-
260

+850

ТСП

100

100П

Pt 100

-
260

+850

50

50М

Cu 50

-
200

+200

ТСМ

100

100М

Cu 100

-
200

+200

ТСН

100

100Н

Ni 100

-
60

+180


Чувствительны
й элемент
ТС
(
1
)
представля
е
т собой тонкую
медную
,
платиновую или никелевую проволоку, намотанную
бифилярно (двунаправлено) на специальный слюдяной,
фарф
о
ровый или пластмассовый каркас. В целях
предохранения
от внешних воздействий чувствительные элементы ТС
заключают в металлическую трубку 2 с литой головкой, в
которой смонт
и
рованы выводы 4 концов обмотки для их
подключения к соед
и
нительным проводам. Вход проводов в
корпус ТС заливается термоцем
ентом или смолой для изоляции
чувствительных эл
е
ментов (ЧЭ) от воздействия окружающей
среды, в которой м
о
гут находиться пары веществ,
разрушающие поверхность ЧЭ и изменяющие рабочие
характеристики ТС.

Для удобства эксплуатации в
системах автоматического
к
онтроля и управления
одном корпусе
прибо
р
а
могут

26

распол
а
гаться два чувствительных элемента. Применяют такие
ТС в а
п
паратах, работающих
под высоким
давлением или

температ
у
рой,
а также
в контурах, требующих дублирования
(подтве
р
ждения) текущей информации о т
ехнологическом
процессе.
Т
а
кая комплектация ТС
имеет место в дублированных
или тро
и
рованных системах управления, то есть там, где
достоверность информации имеет первостепенное значение.

Принципиальная схема термометра сопротивления
пре
д
ставле
на на рис.
3.

Н
а схеме:

L

длина погружной части арматуры;



l


длина выступающей части.

Цифрами обозначены
:



1
-
теплочувствительный элемент;

2

трубка;

3

защитный чехол;

4

выводы;

5

штуцер;

6

выступающая часть защитной арматуры;

7

вкладыш;

8

головка;

9

штуцер для подвода соединительных проводов.



Рис. 3 Общ
ий вид термометра сопротивления


27

1.
2.1

ПОГРЕШНОСТИ ТЕРМОМЕТ
РОВ СОПРОТИ
В
ЛЕНИЯ


Пределы допускаемой основной погрешности
преобразов
а
ния ТС
представлены в табл
ицах

7
и
8
.

В та
блице 7 пр
едставлены погрешности термометров
сопротивления согласно международным градуировочным
характеристикам.

Таблица

7

Тип термометра
с
о
противления

Диапазон
температур,
0
С

Погрешность
прео
б
разования,
0
С, не
б
о
лее

Pt
′ 10

-
200 … +600

±0,016

Pt
′ 50

-
200
… +600

±0,011

Pt
′ 100

-
200
… +600

±0,011

Cu
′ 10

-
10 … +200

±0,009

Cu
′ 50

-
10 … +200

±0,006

Cu
′ 100

-
10 … +200

±0,005


В та
блице 8 представлены погрешности термометров
сопротивления согласно российским градуировочным
характеристикам.

Таблица

8

Допускаемое отклонение R
o
для классов
допу
с
ка, %

Подгруппа
ТС

А

В

С

ТСП

0,005

0,1

0,2

ТСМ

0,05

0,1

0,2

ТСН

-

-

0,24


28

Определение допускаемых отклонений температуры указываются
в табл.
9
:

Таблица

9

Подгруппа
ТС

Класс
д
о
пуска

Допуск,
º
С

А

Δ
t
=±(0,15+0
,002*|
t
| )

В

Δ
t
=±(0,3+0,005*|
t
| )

ТСП

С

Δ
t
=±(0,16+0,008*|
t
| )

А

Δ
t
=±(0,15+0
,
0
015*
|
t
|
)

В

Δ
t
=±(0,
2
5+0
,
0
035*
|
t
|
)

ТСМ

С

Δ
t
=±(0,15+0
,
0
065*
|
t
|
)




1.2.2
ТС СО СТАНДАРТНЫМИ В
ЫХОДНЫМИ
СИ
Г
НАЛАМИ


Те
рмометры сопротивления также могут выпускаться со
с
тандартными унифицированными электрическими сигналами
:
0÷5, 4÷20
мА
. В этом случае
ТС
будут иметь маркировку ТСМУ
и ТСПУ.

Так как диапазон термометров сопротивления в целом уже
диапазона ТЭП, то и точность измерения
таких
преобразоват
е
лей выше.

Погрешности
термометров сопротивления также постоянны
по всему измеряемому
диапазону (например, ±0,5%), по
этому
при выборе рабочего диапазона прибора его границы следует
выбирать максимально близко к измеряемому значению.




29

1
.2
.
3
ВТОРИЧНЫЕ ПРИБОРЫ Д
ЛЯ РАБОТЫ
С

ТС


В
качестве вторичных приборов в комплекте с ТС
прим
е
няют обычно уравновешенные мосты (см. рис
.
6
.).




Рис
.

6
.
Измерительный канал температуры


В настоящее время управление производственными
пр
о
цессами переоборудуются с использованием новых
микропр
о
цессорны
х систем автоматического контроля и
управления.

При вводе сигналов в систему необходимо, чтобы они
имели стандартные числовые характеристики, то есть были
унифицир
о
ванными. Для этого сигналы
, получаемые от ТС и
ТЭП,
про
пускают
через нормирующие преобразов
атели (
для
ТС и ТЭП
соответс
т
венно) или барьеры, обладающи
е

функциями нормиру
ю
щих преобразователей.

ТС и ТЭП могут быть подкл
ю
чены к специальным
платам
ввода
-
вывода
процессора «для ТП и ТЭП»
с целью

последующей обработки по программам нормирования,
«заш
и
т
ым» в процессоре.




30

ТЕМА

2
:
ПОВЕРКА
ДАТЧИКОВ ТЕМПЕРАТУРЫ


ЦЕЛЬ РАБОТЫ
: Изучение принципа действия датчиков
температуры и работы метрологического стенда для поверки,
калибровки и ремонта датчиков температуры и вторичных
пр
и
боров.


1
.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ МЕТРОЛ
ОГИИ

При измерении температуры важно качество получаемой
информации, то есть качества измерений. Для оценки качества
измерений необходимо оценить качество работы
измерител
ь
ных приборов, для этого определяют номинальные
метролог
и
ческие характеристики средст
в измерений по
паспортным да
н
ным СИ и реальные характеристики СИ,
полученные во время эксперимента. На основании полученных
данных проводят поверку и к
а
либровку СИ.

Поверкой
называется операция, заключающаяся в
устано
в
лении пригодности СИ к применению на
основании
экспер
и
ментально определяемых метрологических
характеристик и контроля их соответствия предъявляемым
требованиям. Осно
в
ной метрологической характеристикой,
определяемой при п
о
верке СИ, является его погрешность. Она
находится на основании сравн
е
ни
я поверяемого СИ с более
точным СИ

рабочим эталоном.

Важным при поверке является выбор оптимального
соо
т
ношения между допускаемыми погрешностями
образцового и п
о
веряемого СИ. Если же поправки не вводят, то
образцовые СИ выбираются из соотношения 1:5.






31

2
.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКА
ПРОВ
Е
ДЕНИЯ РАБОТЫ
«
ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУР
Ы
И П
О
ВЕРКА ДАТЧИКОВ

ТЕМПЕРАТУРЫ
»


Рис
7
. Общий вид стенда


Структурная схема метрологического стенда для поверки,
калибровки, ремонта (далее по тексту

стенд) датчиков
темп
е
ратуры
и вторичных приборов
температуры
приведена на
рис.
7 и 8
.

Стенд включа
ет в себя: стол рабочий

с установленными на
нем приборами
.
Поверяемые датчики температуры,
Термометр
сопротивления
ТС
(2) и
термоэлектропреобразователь
ТЭП (3),
образцовый датчик темпера
туры
-
ртутный термометр
(1)

помещаются в
т
е
пловой объект (4).



32



Рис
8
. Структурная схема стенда


Режимы работы стенда можно менять с помощью блоков
включателей и переключателей (
8 ,11
).

В
ыходные сигналы от
поверяемых
датчиков температуры
поступают на
в
т
оричные преобразователи
(
5,6
)
. Далее подаются
на цифровой термометр
Ремиконт
(
7
)
, используемый в качестве
показывающего прибора
.

Помимо цифрового отображения информации
предусмо
т
рена работа схемы с эталонным потенциометром

(
9
) и

втори
ч
ным регистрирующим
прибором ФЩЛ
-
502
-
15 (
10
)
,
облада
ю
щим аналоговой
(непрерывной)
формой представления
информации
.


33

2.
1

ТЕПЛОВОЙ ОБЪЕКТ

Для имитации

технологического процесса будем
использ
о
вать
работу
теплово
го
объект
а
.
Устройство
теплового
объекта
представлено на рис
9
.

Те
пловой объект
выполнен в настольном варианте.
Его
ко
н
струкция
состоит
нагревающего элемента
(рис. 7),
помещенн
о
го в корпус
(
1
)
.

Принцип действия
основан на
нагреве

рабочей жидкости, в качестве которой используется
вода, с помощью нагревательного элемента
. О
хлаждение

с
помощью
охла
ж
дающей воды, которая подается по трубке
(
2
)
.

Регулирование подачи охлаждающей
жидкости пр
о
изводится с помощью
крана
(
3
)


а
нее по тексту 12)
.

Циркуляционный насос
(
4
)
пер
е
мешивает жидкость в резервуаре
.
Излишки теплоносителя и
з
резе
р
вуара
через сливной шланг

(
5
)

переливаются в
канализацию
.
Благ
о
даря этому
имеется возможность
задать нужную
t
.

Текущее значение температуры
индицируется с помощью
эталонного
термометра
(
6
)
, расположенного
в
р
е
зервуаре.

Так как
тепловой объект

рас
сч
и
тан на 3 поверяемых датчика
,
то помимо
эталонного
в термостат
пом
е
щены поверяемые
датчики
темпер
а
туры: термометр

сопротивлен
ия и
термоэлектропреобразов
а
тель
.


Рис.
9
Устройство теплового объекта


34

3
.
ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

И ПАРАМЕТРЫ СТЕНДА

3
.
1

ПОВЕРЯЕМЫЕ ДАТЧИКИ Т
ЕМПЕРАТУРЫ



Для передачи результатов измерения на расстояни
е
применяются дистанционные измерительные каналы.

Измерительным каналом
называется
последовательность приборов
,
необходимая для измерения и
передачи на расстояние измеряемог
о параметра.
В данной
работе измеряемым параметром является температура.

В качестве поверяемых датчиков
в
рассматриваемой
лабораторной установке
используются измер
и
тельные
преобразователи температуры
Т
ермопреобразователь хромель
копелевый
и
Термометр соп
ротивления платиновый
в
комплекте с
соответствующими
норм
и
рующими
преобразователями.

В
первом
измерительном канале
в качестве первичного
преобразователя
используются

Т
ХК

0179 в комплекте с П282,
настроенные на диапазон измерений от 0 до 100
0
С

Паспортные
данные преобразователя Т
ХК


0179
указаны в
таблице
10
.

Таблица
10

Техническая характеристика

Значение

Табельный номер

894
-
16

Тип

XK
(
L
)

Класс точности

0,
5

Полный диапазон измерения

-
200

600
0
С

Чувствительный элемент

двойной


Во
втором
измерительном
канале
в качестве первичного
прибора
используются ТСП

5071

в комплекте с П282А,
канал
так же настроен
на диапазон измер
е
ний от 0 до 100
0
С
.


35

Паспортные данные преобразователя ТСП

5071

указаны в
таблице 1
1
.

Таблица 1
1

Техническая характеристика

Значени
е

Табельный номер

320
-
16

Тип

Гр. 21

Класс
допуска

В

Полный диапазон измерения

-
200

600
0
С

Чувствительный элемент

двойной



Выходными измерительными сигналами являются
изменение токовых сигналов датчиков по
напряжени
ю
и
сопротивлени
ю соответственно.


3.
2

НОРМИРУЮЩИЕ ПРЕОБРАЗ
ОВАТЕЛИ ТЕ
М
ПЕРАТУРЫ


Для приведения нестандартных выходных сигналов
датчиков температуры
к
стандартн
ому
вид
у
используются
норм
и
рующие преобразователи.

Термоэлектропреобразователь
обладает выходным
эле
к
трическим сигналом в м
В
, а т
ермометр сопротивления
выдает измеряемые значения в виде изменения сопротивления.
Для подключения
датчиков
к одному вторичному прибору или
ЭВМ необходимы стан
дартные унифицированные
сигналы.

Чаще всего в качестве стандартных сигналов используются
токовые с
игналы 4
-
20мА.


Следов
а
тельно,
датчики необходимо п
одключ
ить
к
преобразоват
е
лям различных принципов действия, обладающим
одинаков
ы
ми выходными сигналами.

В первом измерительном канале
,

работающим с ТЭП
,
в
к
а
честве нормирующего преобразователя используется
П282.


36

Паспортные данные прео
б
разователя П282 приведены в
таблице 1
2
.



Таблица
1
2

Техническая характеристика

Значение

Табельный номер

504

Тип первичного преобразователя

XK(L)

Класс точности

0,6

Значение входного сигнала

0

6,842 мВ

Зн
ачение выходного сигнала

4
-
20 мА

Напряжения питания переменного тока

220 В, 50 Гц



1 кОм

Тип

П282


Во втором измерительном канале
,
работающим с
термометром сопротивления
,
в кач
е
стве нормирующего
преобразователя используется П282А. Его паспортные
данные
приведены в таблице 1
3
.

Таблица 1
3

Техническая характеристика

Значение

Табельный номер

702

Тип первичного преобразователя

ТСП

Класс точности

0,5

Значение входного сигнала

46

63,99 Ом
Значение выходного сигнала

4
-
20 мА

Напряжения питания
переменного тока

220 В, 50 Гц



2,5 кОм

Тип

П282А


Данные с нормирующих преобразователей передаются в
р
е
гулирующий микропроцессорный контроллер Ремиконт.


37

3.
3

РЕГУЛИРУЮЩИЙ МИКРОПР
ОЦЕССОРНЫЙ
КОНТРОЛЛЕР

Е
МИКОНТ
)


«
Ремиконт
»
предназначен для автоматизац
ии
непреры
в
ных и непрерывно
-
дискретных процессов в
химической и других отраслях промышленности. Он может быть
использован в виде автономного изделия, а также для работы на
нижнем уровне и
е
рархии распределенных АСУ ТП. Используя
его, можно обесп
е
чить аналог
ов
ый и импульсный
Пропорционально

Интегрально

Дифференциальный

(ПИД)
закон регулирования. Он позволяет построить системы
программного, каскадного, супервизорного, многосвязанного
регулирования, системы управления с пер
е
менной структурой, а
также несложн
ые системы логического упра
в
ления.

Его основными элементами являются
микропроцессо
р
ный вычислитель, устройство связи с объектом
и устройство связи с оператором.

В контроллере имеются:

-
аналого
-
цифровой преобразователь АЦП,

-
дискретно
-
цифровой преобразов
атель ДЦП,

-
цифро
-
аналоговый преобразователь ЦАП,

-
цифро
-
дискретный преобразователь ЦДП,

-

цифро
-
импульсный преобразователь ЦИП,

выполненны
е
в виде модулей.

Средства ввода позволяют подать на
«
Ремиконт
»
64
анал
о
говых и 126 дискретных сигналов, а сред
ства вывода


сформ
и
ровать на его выходе до 64 импульсных, 64 аналоговых и
126 дискретных сигналов.

Входные и выходные аналоговые сигналы соста
вляют 0
-
5; 0
-
20; 4
-
20мА и 0
-
10
В;

входные дискретные сигналы 0 (0
-
3 В) и 1 (18
-
30 В);

выходные импульсные и диск
ретные сигналы


разом
к
нутое или замкнутое состояние контактов.


38

К входам
«
Ремиконта
»
подключают измерительные
прео
б
разователи, к выходам

исполнительные устройства.

В таблице 1
4
приведены паспортные данные
регул
и
рующего микропроцессорного контроллера
.







Таблица 1
4

Техническая характеристика

Значение

Модель

Р
-
130

Значения входного и выходного аналогового
си
г
нала

0
-
5; 0
-
20;

4
-
20 мА;

0
-
10 В.

Входные дискретные сигналы

0 (0
-
3 В)

1 (18
-
30В)

Допускаемая основная погрешность
:

Для ЦАП:

Для АЦ
П:



0,5 %


0,3 %

Напряжения питания постоянного тока

24
В


Вы
шеописанные приборы в совокупности представляют
собой измерительные каналы температуры и могут быть
и
с
пользованы в составе ИИС.


3.
4
ОБРАЗЦОВЫЙ ДАТЧИК Т
ЕМПЕРАТУРЫ

Для проведения поверки
да
тчиков
необходим
образцовый
термометр и
чтобы разница между значениями классов
точн
о
сти образцового и поверяемого термометров отличалась
не м
е
нее чем в 5
-
10 раз.

В
данной работе в
качестве эталонного датчика
температ
у
ры используется ртутный термометр

ТЛ
-
4
по ГОСТ
215
-
73
.

Диапазон работы такого термометра составляет
от 0 до 55

0
С, погрешность
его работы
составляет не
более 0,1
0
С.


39

4
.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ
РАБОТЫ


1.

Озна
комиться с принципом действия,
устройством
датч
и
ков температуры, устройством стенда, а так
же с
методикой п
о
верки термометров сопротивления и
термоэлектрических пр
е
образователей
.


2.

Проверить наличие приборов в установочных гнездах
теплового объекта
.


3.

После осмотра внешнего состояния стенда лаборантом
или преподавателем и с их разрешения начать в
ыполнение
раб
о
ты.


4.

Подать электрическое питание
на стенд
(
стенд №3
)

вкл
ю
чением

тумблера ВКЛ.
расположенного в блоке
выключателей 8.


5.

Открыв кран
12
,
залить воду в тепловой объект 4.

В
ода зал
ивается в объект до тех пор, пока
не поль
ё
тся через
сливное отверс
тие.


6.

Для проведения работы заданный
вариантом
диапазон
разбить на 4 равных промежутка (5 контрольных точек) и
записать эти знач
е
ния
в первую колонку
таблиц
ы


15
.


7.

Включить нагревательный элемент и мешалку
тумблер
а
ми
НАГРЕВ
и
МЕШАЛКА
в блоке выключателей 8
.


8.


Дождаться
момента,
когда на табло
«
Ремиконта
»

темпер
а
тура достигнет заданного значения.


9.

При достижении заданн
ых
значени
й
температуры, снять
показания
поверяемых ТС
и ТЭП с Ремиконта, а также
этало
н
ного термометра.


40

Примечание:

На
«
Ремиконте
»
имеется кн
опка
No
,
отв
е
чающая за переключение показывающего табло с
одного
измерительного канала на другой.


10.
Полученные данные занести в таблицу
15



11.
Повторить
дейст
вия,

описанные выше
для всех
ко
н
трольных точек


12.
После
окончания
проведения лабораторной работы
отклю
чить питание всех приборов, а также самого стенда в
последовател
ь
ности, обратной включению.


13.
Вычислить погрешности измерительных датчиков
те
м
пературы
, согласно
п.
2.2.
6
. «Вычисление погрешностей»
.


14.
Сравнить и проанализировать полученные данные, п
о
сле
чего
сделать
и записать
вывод о пригодности приборов к

дальнейшей
эксплуат
а
ции.


15.
По результатам измерений составить протокол поверки
каждого да
т
чика в отдельности с указанием
типа датчика и его
заводского номера (если он указан на приборе).


16.
Составить отче
т о проделанной работе по
представленному ниже о
б
разцу.


17.
Подготовиться к сдаче
лабораторной работы,
ответив на
контрольные в
о
просы.








41

5
.

ПОРЯДОК ОФОРМЛЕНИЯ Р
АБОТЫ


Отчет по лабораторной работе должен содержать:

1. Наименование работы;

2. Цель работы;

3
. Рисунок установки (блок
-
схема);

4. Таблицу №
15
с результатами измерений;

5. Пример расчетов по значениям, сформировавшим в
ы
вод;

6. Результаты поверки ТС и ТЭП (вывод) с полным
указанием всех характеристик пов
е
ряемых приборов.

Таблица результатов поверк
и термометров

Таблица

15

Показания

Погрешности



п/п

Эталон,

о
С

ТС,

о
С

ТЭП,

о
С

А
бсолютные

о
С

П
риведенные,

%

1






2






3






4






5







Вывод:
По результатам расчетов формулируются выводы о
пригодности приборов к дальнейшей эксплуата
ции на
период не
менее полугода
.

Выводы
записываются
в соответствующий раздел

лабор
а
торной работы
с указанием числовых значений

погрешностей, по которым был сделан вывод, а также
допустимых погрешностей, указанных в техн
и
ческих
характеристиках поверяемого прибор
а
.


42

6
.
ВЫЧИСЛЕНИЕ ПОГРЕШНО
СТЕЙ И ОПРЕДЕЛ
Е
НИЕ
ПРИГ
ОДНОСТИ ПРИБОРОВ К Э
КСПЛУАТАЦИИ


В общем случае погрешности можно рассчитать по
форм
у
лам:


Абсолютная
погрешность
измеряемого прибора
определ
я
ется как разность ме
жду его показанием и
действительным зн
а
чением
измеряемой величины, полученным
с образцового пр
и
бора.

Она выражается в единицах измеряемой величины:


д
и
А
А
-
=





(9)
,

Г
де


А
и

-
показание измерительного прибора;




А
д

-

действительное значение изме
ряемой величины.


Относительная
погрешность
выражается в процентах и
определяется по формуле:

100
A
и
100
A
д



=




(10)

Она выражается в процентах или долях.


Приведенной относительной
погрешностью называется
выраженное в процентах отношение
абсолютной погрешн
о
сти к
нормирующему значению измерительного прибора N:






100
N
пр

=


(11)


Вариацией
называется разность
между
показания
ми

пов
е
ряемого
прибора
в
одной и той же точке
(по образцовой
шкал
е)
при увеличении (прямой хо
д) и при уменьшении
(обратный ход)

измеряемого параметра.


Примечание
:

Прибор только в том случае считается
пригодным к дальнейшей эксплуатации,
если
и приведенная и
погрешность и вариация находятся в границах, обозначенных
классом точности.


43

6.1

РАСЧЕТ ПОГ
РЕШНОСТИ ИЗМЕРИТЕЛЬН
ОГО КАНАЛА


Так

ка
к в измерительном канале
выполняемой
лаборато
р
ной работы
все приборы работают совместно и
одновременно, то произвести поверку лишь одного прибора не
представляется возможным
. Поэтому в качестве вывода о
пригодности при
б
о
ров к работе используются выводы о
пригодности к дальнейшей эксплуатации
измерительных
каналов, в которые входят
поверяемые
приборы.

Для определения пригодности измерительного канала к
эксплуатации необходимо рассчитать предельную допустимую
погрешность,
обусловленную классами точности приборов,
входящих в канал.

При расчете погрешности необходимо учесть количество
приборов, работающих в поверяемом канале.


Если канал измерения включает в себя до трех
средств
и
з
мерений
, то их
классы точности

складываются:






К= К
1

2

3
;


Е
сли

в измерительном канале
более трех

приборов,
то
допустимая погрешность находится по следующей фо
р
муле:
2
2
2
2
1
...
n
K
K
K
K
+
+
+
=


Причем
к
ласс
ом
точности
средств измерений

называется
характеристика, определяющая гарантированные границ
ы
зн
а
чений основных и дополнительных погрешностей, а также
др
у
гие свойства средств измерений, влияющие на точность.

Класс точности устанавливается заводом изготовителем и
показывает максимальную погрешность средства измерения,
характерную для данного класс
а приборов.
Погрешность
обозначается в процентах или
д
олях
измеряемой величины. Она
обозначается на шкале прибора или специальной табличке,
расположенной на корпусе прибора.


44

7.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. На каком свойстве основан принцип действия
термоме
т
ра со
противления и термоэлектропреобразователя?
Составьте их сравнительную характеристику.


2. Расскажите об устройство и маркировке термометров
с
о
противления и ТЭП?


3. Из каких характеристик складывается классификация
термометров сопротивления.

На какие хара
ктеристики
необх
о
димо обратить внимание при подборе этих датчиков?


5. Как определяются погрешности измерительных
преобр
а
зователей температуры?


6. Из каких элементов состоит стенд по поверке датчиков
температуры? Охарактеризуйте роли этих приборов в работ
е
стенда.


7.

Каким образом соотносятся НСХ термоэлектропре
-
образователей по
ГОСТ Р 8.585 со стандартными
междунаро
д
ными градуировочными характеристиками?


8. Основным элементом стенда является термостат.
Поя
с
ните принципы: нагревания
и
охлаждения рабочей

жидкости в а
п
парате.


9. Дайте определение измерительному каналу.
Что он из
себя представляет?
С какой ц
е
лью
создается?
Какие
измерительные каналы использовались в данной лабораторной
работе?


10. Какие вторичные приборы могут работать с ТЭП
и ТС
?
Поя
с
ни
те свой выбор.



45

ЛИТЕРАТУРА


1.

Кулаков
,
М.В
. Технологические измерения и приборы для
химических производств
:

у
чебник для вузов по
специал
ь
ности «Автоматизация и комплексная
механизация хим
и
ко
-
технологических процессов»
/

М.В.

Кулаков
.
-

4
-
е изд.,
стереотипн
ое
.


М.

:
ООО ИД
«Ал
ь
янс»,

2008.

-

423 с.
:
ил.


2.

Беспалов
,
А.В.

Системы управления хим
и
ко
-
технологическими процессами :

учебник для вузов
/

А.В.
Беспалов, Н.И.

Харитонов
.

М.

: ИКЦ «Академкнига»,
2007.

-

690 с.

: ил.


3.

Лапшенков
,
Г.И.

Автоматизация прои
з
в
одственных
процессов в химической промышленности. Технические
средства и лабораторные работы
/

Г.И.

Лапшенков, Л.
М.



Полоцкий
.
-


3
-
е

и
зд.
, п
е
рераб. и доп.

М.

: Химия, 1988.


288 с
.


4.

Сергеев
,
А.Г.


Метрология

: учеб
ное

п
особие для вузов
/

А.Г.

Сергеев
, В.В.

Крохин
.

-

М.

: Логос, 2001.

-

408с.

:

ил.


5.

Каталоги по температуре промышленного концерна
«Ме
т
ран»
2007
-
2008гг.













46


СОДЕРЖАНИЕ

Введение
………………………………………………………
……………

3

Основные понятия и определения систем автоматич
е
ского
контроля
……………………………
……
………………………………...


4

1.Государственная система приборов (ГСП)
……………

……………

4

1.
2
.
Виды энергии в ГСП
………………………………
……
…………….

6

2
.
Измерительный канал
…………………………………

…………….

9

Лабораторная работа №1.

Тема1:
И
змерение температуры
.

Датчики температуры

..
………


15

1
.
Принцип действия и работа ТЭП
………………………

……………

16

1.1
.
Классификация и условия работы
ТЭП
…………...
........
...................

18

1.
1.
1
.
Международные градуировочные характеристики ТЭП

………

20

1.
1.
2
.
Погрешности
ТЭП
…………………………….

……...
..................

21


1.
1.
3
.
ТЭП со стандартными выходными сигналами
……
…………….

22


1.
1.
4
.
Вторичные приборы для работы с ТЭП
……
………
…………….

23

1.2
.
Устройство и работа термометров сопротивл
е
ния


…………….

24

1.2.1
.
Погрешности термометров сопротивления

………
……………

27


1.2.2
.
ТС со стан
дартными выходными сигналами
………
…………….

28


1.2.3
.
Вторичные приборы для работы с ТС
……
…………
…………….

29

Тема 2:
Поверка датчиков температ
у
ры

…..
…………
……………

30

1
.
Основные понятия метрологии


…………………

……………..

30

2
.
Описание установки и методика проведения работы

……………..

31

2.
1
.
Тепловой объект
…………………………………
………
……………

33

3
.
Основные технические характеристики и п
а
раметры стенда
……


34


3
.1
.
Поверяемые датчики температуры
………………
……
……………

34


3.
2
.
Нормирующие преобразователи температуры

……
…………….

35


3
.3
.
Регулирующий
микропроцессорный контроллер
……
…………….

36


3
.
4
.
Образцовый датчик температуры
………………...
........
...................

38

4
.
Порядок выполнения работы
………………………...
.......
....................

39

5
.
Порядок оформления работы
………………………...
.......
...................

36

6
.
Вычисление погрешностей и определение пригодности приборов к
эксплуатации
……………………
………………
…………………………


37

6.1.
Расчет погрешности измерительного канала
……
……
……………..

43

7.
Контрольные вопросы
……………………………………
……………..

44

Литература
………………………………………………

……………..

45





47


Учебное издание






Коломоец
Марина Владимировна



ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И ПОВЕРКА

ДАТЧИКОВ ТЕМПЕРАТУРЫ


МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИ
Я









Корректор Габдурахимова Т.М.

Худ. редактор Федорова Л.Г.



Сдано в набор 03.07.2011.

Подписано в печать 30.11.201
1.

Бумага писчая. Гарнитура Таймс.

Усл. печ. л.
3
. Тираж 100.

Заказ №47.



НХТИ (филиал) ФГБОУ ВПО «КНИТУ», г. Нижнекамск, 423570,

ул. 30 лет Победы, д. 5а.



Приложенные файлы

  • pdf 4224977
    Размер файла: 917 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий