|
|
Механик. Автоматизация судов в вопросах и ответах (1). Автоматизация судов в вопросах и ответах предисловие
ГЛАВА ВТОРАЯ Датчики и приборы для измерения давления Каким требованиям должны соответствовать средства автоматизации?
Все средства автоматизации, выпускаемые отечественной промышленностью, должны отвечать требованиям ГОСТ 12997-84 «Государственная система приборов». Должно быть обеспечено единство конструктивных, информационных, энергетических, эксплуатационных, метрологических параметров.
Под конструктивными параметрами понимается унификация разъемов, соединений,
под эксплуатационными — условия работы прибора,
под метрологическими — точность изготовления и погрешность показаний,
под информационными — унификация входных и выходных сигналов,
под энергетическими — род энергии, используемой для работы устройства.
Какие устройства применяют для измерения давления до 0,2 МПа?
Д ля измерения давления до 0,2 МПа используют плоские мембраны, изготовленные из ткани, прорезиненной с обеих сторон, капрона, стали, латуни, резины, кожи и аэростатной ткани. Их применяют в случаях, если рабочий ход измерителя давления не превышает 1 мм.
Плоские мембраны могут быть с жестким центром 1 (рис.1,а) или без него. Чтобы исключить влияние жесткости мембраны, ее кольцевую часть обычно делают с гофром 2 (рис.1,6), обращенным впадиной в сторону действия измеряемого давления. Высота гофра должна быть в 3-4 раза больше рабочего хода мембраны. Иногда упругие мембраны выполняются из латуни или стали с несколькими гофрами.
Долговечность мембран зависит от конструкции заделки и жесткого центра, диаметр которого выбирают в пределах 0,6-0,8 диаметра заделки. Обычно в измерителях давления применяют мембраны толщиной от 0,2 мм до нескольких миллиметров и диаметром от 30 до 150 мм. Наибольшее распространение получили мембраны толщиной 0,35-0,4 мм.
В сервомоторах используют тарельчатые мембраны толщиной 4-5 мм, имеющие большой гофр и жесткий центр, образованный двумя опорными алюминиевыми (латунными или стальными) дисками, которые по окружности закреплены заклепками или болтами.
В каких случаях для измерения давления используют сильфоны?
Для измерения давления от 0,1 до 10,0 МПа и более применяют гармониковые мембраны, называемые сильфонами (рис.1,в), изготовляемые из томпака, полутомпака, бериллиевой бронзы и нержавеющей стали.
Основные технические характеристики сильфонов - допустимое одностороннее давление (обычно его подводят с наружной стороны), жесткость, активная площадь и рабочий ход.
Что представляют собой мембранные датчики давления с потенциометрическим преобразователем (потенциометром)?
П отенциометр — это регулируемый резистор с подвижным контактом (движком). Применяется для регулирования электрического напряжения, а также в качестве датчиков перемещения. Потенциометрические датчики широко распространены на судах.
У потенциометрического датчика должен быть малый момент для перемещения ползунка (не более 0,2 Нсм). В качестве чувствительного элемента используются пружинные или спиральные трубки (рис.1, г), а также сильфоны.
В датчике давления с потенциометрическим преобразователем (рис.2) под действием давления происходит перемещение мембранной коробки 1, которое с помощью штока 2 приводит к перемещению движка потенциометрического преобразователя 3.
Схема подключения потенциометрического датчика проста, так как на его выходе можно получить относительно большую мощность, достаточную для того, чтобы подключить к нему параллельно несколько регистрирующих приборов без усилителей.
Н едостаток контактных датчиков: преждевременное срабатывание под воздействием вибрации и невозможность проверки исправности во время работы.
Что представляет собой датчик с индуктивным преобразователем?
Датчик давления с индуктивным преобразователем показан на рис.3. Он состоит из чувствительного мембранного элемента 3, к которому прикреплен якорь 5 индуктивного преобразователя 4.
Контролируемое давление р среды, поступающей по трубке 1 в полость 2, вызывает перемещение мембраны вместе с якорем, что приводит к изменению индуктивности преобразователя вследствие изменения зазора б.
Чем обусловлено широкое применение манометров?
В судовых установках для измерения давления широко применяют манометры из-за их конструктивной простоты и надежности. Манометры, как и другие приборы для измерения давления, изготавливают показывающими (рис.4,а) или самопишущими (рис.4,б). Основными элементами показывающего манометра являются манометрическая трубка и механизм передачи ее перемещения к стрелке. К свободному концу трубки, который перемещается пропорционально давлению, присоединен поводок 4, связанный с зубчатым сектором 3 и шестерней 5. На оси шестерни закреплена стрелка 2. Пружина 1 исключает влияние зазоров в сочленениях на точность измерения.
Каковы характерные неисправности стрелочных манометров и как их устраняют? Неисправности для стрелочных манометров и способы их устранения приведены в табл.3. Таблица 3
Неисправность, ее внешнее проявление
|
Вероятная причина
|
Способ устранения
|
Стрелка прибора стоит неподвижно при снижении и повышении давления
|
Канал штуцера или подводящая магистраль засорились
Лопнула манометрическая трубка или пружина Негерметическое соединение штуцера с подводящей магистралью Отсоединилась тяга, соединяющая конец пружины с сектором
|
Прочистить канал штуцера, сняв прибор с объекта. Продуть магистраль сжатым воздухом Капитальный ремонт
Проверить наличие прокладки и плотность соединения Присоединить тягу и оттарировать прибор
|
При снижении измеряемого давления до атмосферного стрелка не доходит до нулевой отметки
|
«Усталость» манометрической пружины
|
Снять стрелку и установить на нулевую отметку
|
Стрелка прибора не возвращается на нулевую отметку
|
Стрелка задевает за стекло или циферблат
Неисправна спиральная пружина
|
Выправить стрелку Выправить ось и проверить прибор Сменить спиральную пружину
|
Прибор не держит давления
|
Не герметичность узла манометрической пружины Не герметичность в месте соединения прибора с подводящей магистралью
|
Капитальный ремонт
Сменить прокладку между штуцером и подводящей магистралью
| Для чего предназначены реле давления РД-8Т и РД-12?
На рис.5,а показано реле давления РД-8Т, предназначенное для поддержки заданного давления в масляных системах, компрессорных установках, работающих в условиях тропического климата. Диапазоны срабатывания реле, МПа: 0-0,4; 0-0,6; 0-1,0.
На рис.5,б приведено реле давления РД-12, служащее для автоматического управления или сигнализации при контроле в воздушных водяных резервуарах, фреоновых холодильных установках. Диапазоны установок срабатывания, МПа: 0,2-0,8; 0,5-2,0.
Реле РД-8Т и РД-12 имеют регулируемый дифференциал в пределах от 10 до 50% верхнего предела давления.
Что представляет собой реле давления РДС-1Т?
Р еле давления РДС-IT (рис.5,в) предназначены для автоматического контроля давления в системах путем размыкания и замыкания электрической цепи сигнализации. Принцип действия прибора основан на уравновешивании силы давления на сильфоне силой упругих деформаций регулировочной пружины. Перемещение подвижного конца сильфона под действием давления через рычаг замыкает или размыкает контактное устройство реле.
Реле РДС-1Т представляет собой бес шкальный прибор с постоянным нерегулируемым дифференциалом. Весь механизм смонтирован на основании и закрыт крышкой с герметизирующей прокладкой. Реле состоит из узла сильфона, передаточно-настроечного механизма и контактного устройства.
Узел сильфона (см.рис.5,в) состоит из корпуса с присоединительным штуцером, сильфона 2 с донышком и штока 9. Передаточно-настроечный механизм включает в себя рычаг 4, настроечную пружину 5, винт 6 и упор 3. Контактным устройством является микропереключатель 8. Реле замыкает контакты при понижении давления до установленного значения и размыкает при повышении давления на значение дифференциала.
При понижении давления в камере 1 под действием пружины 5 происходит поворот рычага 4 вокруг оси против часовой стрелки. Когда давление среды понизится до заданного настройкой значения, правый конец рычага освободит шток микропереключателя 8, контакты которого автоматически замкнуты. При повышении давления в камере сильфон 2 сжимается, а его шток 9 движется вверх и поворачивает рычаг вокруг оси по часовой стрелке, преодолевая сопротивление пружины. Когда давление среды повысится на значение дифференциала, рычаг нажмет концом на шток микро выключателя, разомкнув контакты.
Сила давления, действующая на сильфон 2, уравновешена через шток сильфона и рычаг 4 силой упругой деформации цилиндрической пружины 5. Одним концом пружина упирается в рычаг 4, а другим — в гайку винта настройки 7. Вращением винта 6 настраивают реле на требуемое давление срабатывания.
Что представляет собой дифманометр?
Дифманометр (дифференциальный манометр) — это прибор для измерения разности давлений. Он применяется также для измерения уровня жидкостей и расхода жидкости пара или газа по перепаду давлений. Дифманометры могут быть жидкостными и механическими. Примером механического прибора может быть дифманометр типа ДМ. Чувствительным элементом дифманометра является мембранный блок, состоящий из двух или четырех мембранных коробок 10 (рис.6), ввернутых с обеих сторон в подушку 11 и затянутую между двумя крышками 9 и болтами 8. При этом образуются две камеры:
плюсовая (нижняя) — между нижней крышкой и подушкой;
минусовая (верхняя) — между верхней крышкой и подушкой.
Каждая из мембранных коробок сварена из двух мембран, профили которых совпадают по направлению. Внутренние полости мембранных коробок сообщаются между собой через о тверстие в подушке и заполняются дистиллированной водой через ниппель 12.
Давление подается через импульсные трубки 7, на которых установлены два запорных вентиля 1 и соединяющий их уравнительный вентиль 2.
С центром верхней мембраны связан сердечник 6 дифференциального трансформатора 5, закрытого колпаком 4. Сердечник находится внутри разделительной трубки, чтобы исключить, влияние зазоров установлена пружина 3.
Как устроен датчик давления типа GT-1?
Датчик типа GT-1 фирмы «Аутроника» служит для преобразования давлений в электрические сигналы, которые могут быть использованы для дистанционных показывающих приборов и сигнализации. Применяют датчик главным образом на судах.
Датчик помещен в прочный латунный корпус 1 (рис.7). Соединение с краном 2 осуществляется через переходник, имеющий резьбу. Электрическое подключение выполняют посредством трехжильного кабеля (медного), который вводят в корпус через сальник. Масса собранного узла 1,1 кг.
И зменение давления передается датчику в результате перемещения трубки Бурдона, установленной внутри корпуса. При перемещении трубки меняется индуктивность двух магнитных катушек, которые образуют часть цепи измерительного моста. Образующийся электрический сигнал изменяется пропорционально отключению давления. Для возбуждения преобразователя, необходим ток напряжением 16В. Выходной сигнал, изменяется от 1мА (соответствует атмосферному давлению) до 5мА (соответствует максимальному значению давления).
Этот сигнал может быть подключен к показывающему прибору или другой системе с сопротивлением, не превышающим 1200Ом. Диапазон измеряемых давлений, МПа: 0-1,0; 0-1,6; 0-2,5; 0-4,0; 0-6,0.
Технические характеристики преобразователя давления:
Выходное напряжение, В 16±3 Потребляемый ток, мА . 7-12 Выходной сигнал, мА . 1-5 Максимальная температура окружающей среды, °С ...... 60
Датчик давления GT-1 может быть подключен к показывающему прибору (стрелочного типа) через измерительный мостиковый блок, который имеет стабилизатор напряжения. Напряжение питания для блоков 24 В постоянного тока или 220 В переменного. Поставляются измерительные мостиковые блоки двух типов с маркировками МС-2/3+СТ-1 и МС-2/9+СТ-1 для трех и девяти датчиков и соответственно измерительных приборов. Измерительные мостиковые блоки могут быть установлены внутри пульта или на другом месте.
Как действуют пьезоэлектрические преобразователи?
Пьезоэлектрические преобразователи основаны на использовании пьезоэлектрического эффекта (пьезоэффекта), которым обладают некоторые кристаллы. Различают прямой и обратный пьезоэффекты.
Прямой пьезоэффект – под действием механических напряжений на гранях кристалла возникают электрические заряды. На использовании прямого пьезоэффекта основаны преобразователи усилий, давлений и ускорений.
О братный пьезоэффект – под действием электрического поля изменяются геометрические размеры кристалла. Обратный пьезоэффект применяют в ультразвуковых генераторах, вибраторах и т.д.
Наиболее сильно пьезоэффект выражен у кварца, турмалина и сегнетоэлектриков (сегнетовой соли, титана бария и др.).
На рис.8 схематически изображено устройство пьезоэлектрического преобразователя давления. Преобразователь состоит из двух кварцевых пластин /, соединенных параллельно. Наружные грани пластин заземляются, а между средними гранями находится латунная фольга 2. Давление на кварцевые пластины передается через мембрану 5. Выходное напряжение с кварцевых пластин снимается экранированным кабелем 4. Для соединения кабеля с латунной фольгой имеется отверстие, закрываемое пробкой 3.
Датчики и приборы для измерения расхода и состава среды К акой способ измерения расхода жидкости получил наибольшее распространение на судах?
Наиболее широкое распространение в судовой энергетике получил способ измерения расхода жидких и газообразных сред, основанный на измерении падения давления в трубопроводе, по которому проходит измеряемая среда.
Схема изменения давления р при прохождении вещества через диафрагму (сужение) показана на рис.9,
где /, // — сечение трубопровода до и после диафрагмы;
D,d — диаметры трубы и отверстия диафрагмы соответственно.
Неизбежные и невозвратимые потери давления р обусловлены трением.
Для сужения потока в основном применяют нормальные диафрагмы, а также нормальные сопла, сопла и трубы Вентури. Последние называют расходомерной трубой или соплом с конусом. На практике в основном применяют нормальные диафрагмы.
Что представляет собой нормальная диафрагма?
Нормальная диафрагма — это тонкий обычно стальной диск с концентрическим отверстием определенного профиля. Толщина диска не должна превышать 0,1D (где D — внутренний диаметр трубопровода), толщина диафрагмы 6-8 мм. Отверстие диафрагмы со стороны входа потока должно быть цилиндрическое на длине не более 0.02D, но не менее 1 мм, а далее расточено под углом не менее 30° (обычно угол расточки составляет 45°). Если толщина диафрагмы меньше 0.02D и она предназначена для трубопроводов большого диаметра, коническую расточку можно не делать.
Диафрагму устанавливают в большинстве случаев между двумя фланцами трубопровода. Очень важно, чтобы угол между торцовой поверхностью со стороны входа потока и цилиндрической частью отверстия был прямой. Кромка отверстия должна быть острой, без заусенцев. Давление следует измерять непосредственно перед диафрагмой в сечении / и после нее в сечении // (см.рис.9). Ширина отверстии для отбора давления не должна превышать 0,03 D и быть менее 3 мм.
Чтобы не нарушать равномерного распространения скорости по сечению, устанавливают кольцевые камеры. Камерные диафрагмы предназначены для трубопроводов диаметром 50-400 мм, давление в которых не превышает 10 МПа.
Почему вместо нормальной диафрагмы иногда применяют нормальное сопло?
При прохождении потока через диафрагму вытекают потери давления из-за завихрений среды, образующихся до и после диафрагмы. Эти потери бывают меньше, если использовать нормальное сопло, так как профиль его соответствует очертанию струи. Поэтому до сопла завихрений не образуется. Отбор среды для определения давления можно осуществлять как через отверстия, так и с помощью кольцевых камер. Недостаток сопла — его большая длина и связанные с этим трудности монтажа.
Почему применяют сопла или трубы Вентури?
Сопла или трубы Вентури применяют в том случае, если необходимо значительно уменьшить потери давления в трубопроводах диаметром 100-800 мм. Канал трубы Вентури состоит из входного и выходного конусов и цилиндрической части. Входной профиль сопла Вентури такой же, как и у нормального сопла, а выходной выполняется в виде конуса с углом 5- 30°.
Давление измеряют перед входом в сопло в наиболее узкой (цилиндрической) ее части с помощью кольцевых камер.
Нормальная труба Вентури имеет угол входного конуса 21°.
Места измерений давлений:
на расстоянии 0/2 до начала входного конуса и в цилиндрической части за входным конусом.
Для измерения давления среду отбирают по кольцу через шесть отверстий диаметром около 4мм.
Какие условия необходимо соблюдать при измерении перепада давлений?
При измерении расхода жидкости или газа можно определять перепад давлений на дросселирующем устройстве, установленном в трубопроводе. При этом необходимо выполнение следующих условий:
течение должно быть стационарным или квазистационарным, т.е. расход может меняться медленно;
должны быть исключены колебания потока;
среда должна находиться в одном состоянии. Измерения вблизи точки преобразования (например, точки кипения) приводят к ошибкам;
должна быть точно известна плотность вещества;
должна быть приблизительно (т. е. не обязательно точно) известна вязкость вещества;
сечение потока должно быть полностью заполненным.
Что представляют собой индуктивные датчики расхода?
Принцип работы датчика основан на законе индукции.
Если среда протекает через магнитное поле, имеющее среднюю плотность магнитного потока В со средней скоростью v, то в каждой точке поперечного сечения потока возникает напряжение электрического поля Е (рис.10). Если в изолированной трубе расположить два электрода друг против друга, между ними возникает напряжение Ux=vBD, которое не зависит от распределения скоростей по сечению. Напряжение пропорционально расходу жидкости.
И ндуктивные датчики расхода применяют только для электропроводящих жидкостей. При скорости потока 1 м/с измеряемое напряжение составляет 1мВ. Помехи могут достигать таких же значений. В связи с этим приходится применять специальные схемы усилителей.
Индуктивные датчики на практике применяют реже, чем датчики перепада давления, но они имеют следующие преимущества:
их можно устанавливать в любом положении без потерь давления;
результат измерений не зависит от параметров жидкости (давления, температуры и вязкости).
Ч то собой представляют турбинные водосчетчики?
Принцип действия турбинных водосчетчиков основан на том, что измеряемый водяной поток, проходя через счетчик, приводит во вращение турбину, частота вращения которой пропорциональна расходу воды. Турбинные счетчики типа ВТ и ВТГ состоят из двух основных частей (рис.11): измерителя 1 скорости потока и счетной головки 2. Измеритель скорости потока состоит из корпуса счетчика 3, турбинки с осью и червяком, струе выпрямителя, кронштейна и регулятора.
Регулятор предназначен для регулировки погрешности счетчика. Поворот пластины регулятора отклоняет в ту или другую сторону часть потока, что замедляет или ускоряет вращение турбинки. Счетная головка 2 состоит из редуктора и счетного механизма. Связь между турбинкой и счетным механизмом осуществляется через червячную пару, цилиндрическую прямозубую пару и магнитную муфту. Счетный механизм состоит из стрелочного и роликового счетных указателей. Счетная головка помещается в пластмассовый кожух и закрывается откидной крышкой. Кожух крепится к корпусу счетчика при помощи специальной гайки.
Турбинные водосчетчики типа ВТ (для холодной воды) и типа ВТГ (для горячей воды) применяют на условные проходы 50, 80, 100 и 150 мм. Счетчики рассчитаны на давление воды в трубопроводе до 10 МПа.
Для чего применяют датчики влажности и как они устроены?
Содержание водяных паров в воздухе (абсолютная влажность) выражается обычно или в граммах на единицу объема, или как температура точки росы, или как парциальное давление водяных паров. Температура точки росы — это та температура, при которой количество водяных паров в воздухе соответствует состоянию насыщения. Поэтому для практических целей наиболее целесообразно указывать ее температуру, так как сразу становится известно, до какой температуры можно охлаждать воздух, не опасаясь выпадения конденсата. С повышением температуры газ может «вместить» большее количество водяных паров. Следовательно, относительная влажность газа в замкнутом объеме понижается, хотя его абсолютная влажность (точка росы) остается постоянной.
Относительная влажность показывает, сколько процентов влаги от насыщающего количества при данной температуре содержится в газе. Она равна отношению действительного парционального давления водяных паров р к парциальному давлению р' в состоянии насыщения при данной температуре: ф=р//?'.
Абсолютная влажность определяется температурой точки росы. Датчик влажности с хлористым литием (рис.12) состоит из двух электродов 3, изготовленных из проволоки и утопленных в стеклоткань 2, пропитанную хлористым литием, который очень гигроскопичен. Поэтому ткань быстро впитывает влагу из окружающей среды. При прохождении тока электроды нагреваются и влага испаряется. Проводимость стеклоткани ухудшается, и ток уменьшается. При определенной температуре устанавливается состояние равновесия, при котором парциальное давление водяных паров в окружающей атмосфере соответствует насыщенному раствору хлористого лития. Эта температура измеряется термометром сопротивления 1, установленным в датчике. Она является мерой абсолютной влажности, выраженной в виде температуры точки росы. Если одновременно измерять и температуру в помещении, можно определить и относительную влажность.
О бласть применения таких датчиков ограничена свойствами хлористого лития — линией насыщения паров его раствора и температурой чувствительного элемента, которая не должна превышать 130°С. Измерения должны производиться в неподвижном или слабо перемещающемся воздухе. Если же воздух движется со скоростью более 2 м/с, датчик следует защищать экраном.
Какова схема действия датчиков солесодержания?
В качестве измеряемой величины используется проводимость диссоциированной жидкости. При небольшой концентрации, как то имеет место на судах в котельных и испарительных установках, можно считать, что происходит полная диссоциация, т.е. все молекулы соли распадаются на ионы. Проводимость зависит от концентрации ионов. Для кислот, солей и оснований она различна и для смесей может быть определена только суммарно. Для сульфатов, нитратов, хлоридов, карбонатов и других солей, содержащихся в питательной воде, она при равном солесодержании изменяется лишь в небольших пределах, так что если шкала прибора тарирована, например, в миллиграммах хлористого натрия на 1 л жидкости, то такой прибор может показывать среднюю проводимость имеющегося солевого раствора. Но поскольку проводимость зависит не только от концентрации, а в значительной степени и от температуры (изменяется на 1-2% на 1°С), необходимо при измерениях учитывать и это влияние. Измерение проводимости используется прежде всего для контроля предельных значений.
Датчик состоит из двух электродов с определенным расстоянием между ними. Электроды погружены в контролируемый раствор. Влияние температуры учитывается путем одновременного измерения термометром сопротивления. Измерительная схема питается переменным током, чтобы исключить явления поляризации. Мостовая же схема питается через выпрямители. При постоянной температуре можно отказаться от использования мостовой схемы.
Как можно определить содержание углекислого газа в дымовых газах с помощью датчиков?
Для непрерывного определения содержания углекислого газа СО2 используют то обстоятельство, что теплопроводность его меньше, чем других газов — кислорода О2, азота N2 и окиси углерода СО, которые входят обычно в состав продуктов сгорания топлива. Следовательно, и общая теплопроводность смеси газов зависит от содержания в ней СО2.
Рассмотрим схему датчика для газового анализа (рис.13,а). В камере 1 и камере 5 помещают тонкую проволоку диаметром 40мк. Проволока натянута в камерах вертикально. Камеры 5 так же, как и камеры 1, сообщаются между собой через капилляры 3. Контролируемый газ 7 и воздух 6, используемые для сравнения, поступают по каналам 2. Проволоки при прохождение тока нагреваются до 100°С и образуют мостовую схему.
И зменение содержания СО2 в контролируемом газе приводит к изменению температуры, а значит и сопротивления проволок, омываемых контролируемым газом.
Камеры измерения 1 и камеры сравнения 5 выполнены в блоке из материала с хорошей теплопроводностью. Контролируемый газ и воздух для сравнения должны иметь одинаковую относительную влажность. При выполнении этого условия нельзя допускать «соприкосновения» контролируемого газа и воздуха. Если газ содержит также и водород Н2, то его необходимо предварительно сжечь с катализатором, т.к. содержание Н2 вносит погрешность в измерения для определения содержания СО2.
Это объясняется высокой теплопроводностью водорода: в 11 раз больше, чем N2, О2 или СО. Содержание 0,09 % (по объемным частям) вызывает погрешность в определении содержания CO2 в 1 %. На рис.13,6 показано содержание СО2, О2 и СО в продуктах сгорания топлива в зависимости от коэффициента избытка воздуха К. Определения содержания СО2 еще недостаточно для оценки качества сгорания топлива: необходимо определять также содержание окиси углерода и кислорода.
Как определять содержание СО+Н2?
С одержание СО+Н2 определяется путем дожигания с катализатором окиси углерода вместе с возможными остатками водорода. Для этого контролируемый газ 4 (рис.14,а) смешивают с воздухом 5 и подают в измерительную камеру 2. Полученная в этой камере теплота и является мерой содержания. Нагревательная обмотка в измерительной 2 и сравнительной 1 камерах образует мостовую схему.
Как определяется содержание О2?
Схема измерения (рис.14,6) заключается в следующем. Под воздействием магнитного потока образуется поперечный поток О2, которым охлаждается резистор R\.. Причем конец резистора R со стороны входа О2 охлаждается значительнее, чем конец его обмотки, примыкающей к резистору Rа. Чем больше скорость в контролируемом потоке газа, тем существеннее различие в охлаждении концов резистора R. Обмотки резисторов Ri и Rа включены в мостовую схему, в которую еще входят резисторы Ry-Re. В диагональ мостовой схемы включен амперметр, шкала которого проградуирована в % О2.
Датчики и приборы для измерения температуры Где используют датчики температуры?
Датчики применяют в регуляторах температуры охлаждающей воды, топлива и масла, которые устанавливают на главных и вспомогательных двигателях внутреннего сгорания, турбинах, котлах и других механизмах; для автоматического поддержания в заданных пределах температуры в помещениях с воздушным отоплением, мытьевой воды в цистернах. Действие измерителей температуры в них основано на использовании различных физических принципов.
На каком свойстве основано действие биметаллических датчиков?
В биметаллических датчиках используется свойство материала, состоящего из двух прочно соединенных слоев разнородных металлов или сплавов, изменять свою длину под воздействием температуры. В датчиках этого типа элементы изготовлены в виде пластинок, стержней и трубок. Один элемент выполнен из материала с высоким коэффициентом линейного расширения а, второй — из материала с очень малым коэффициентом <х.
В качестве материала с большим коэффициентом линейного расширения применяют медь, латунь и сталь. Для изготовления другого элемента используется инвар (ферромагнитный сплав железа с 36% никеля с очень малым коэффициентом линейного расширения) или суперинвар. Коэффициент линейного расширения инвара в 5 раз меньше к меди и в 2 раза меньше стали.
Принцип действия таких датчиков основан на измерении изменений размеров элементов, вызванных воздействием теплоты. Схема биметаллического измерителя температуры приведена на рис.15,а. Чувствительный элемент выполнен из пластинок, соединенных спайкой или обжатием в горячем состоянии. Биметаллическому элементу для уменьшения размеров и увеличения чувствительности придают форму плоской или цилиндрической спирали (рис.15,б,в).
Из каких основных элементов состоит дилатометрический датчик (дилатометр)?
Разновидностью биметаллического датчика является дилатометр (рис.15,г). Он состоит из трубки 1, выполненной из материала с большим коэффициентом линейного расширения, и стержня 2, изготовленного из материала с малым коэффициентом линейного расширения. Для изготовления элементов дилатометра используются те же материалы, что и для биметаллического датчика. Иногда стержень выполняют из кварца.
Дилатометры отличаются надежностью. Их применяют для измерения температуры жидкостей (до 500°С).
Какое устройство можно привести в качестве примера датчика температуры дилатометрического типа?
Таким примером может быть унифицированный дилатометрический термометр с электрическим выходным сигналом типа ТУДЭ (рис.16). Прибор предназначен для сигнализации и двухпозиционного регулирования температуры газов и жидкостей. Модификации ТУДЭ имеют пылебрызгозащищенное исполнение.
Принцип действия основан на пропорциональном изменении длины чувствительной трубки и стержня в зависимости от температуры регулируемой среды. С изменением длины растягивается, или сжимается пружина, что ведет к размыканию или замыканию контактов.
Чувствительный дилатометрический элемент можно смонтировать в защитном кожухе, изготовленном из любого материала, стойкого в регулируемой среде.
Как действует устройство ТУДЭ?
Ч увствительная трубка изготовлена из материала, имеющего большой коэффициент линейного расширения. Стержень 14 (см.рис.16) выполнен из материала с минимальным коэффициентом линейного расширения. Для компенсации длины чувствительной трубки, которая находится в зоне тепловой изоляции, установлен стержень 13, изготовленный из того же материала, что и чувствительная трубка.
Стержень 13 удерживается от поперечных перемещений пластинчатой пружиной 11. Стержень 14 через стержень 13 прижимается к чувствительной трубке цилиндрической пружиной 12. Со стержнем 13 жестко соединена рамка 6, на которой смонтировано контактное устройство, состоящее из рычагов 3 и 5, цилиндрической пружины 8, рычага 2 с контактами 9, винта дифференциала 1 и контактов 10.
При изменении температуры регулируемой среды изменяется длина чувствительной трубки, что вызывает продольное перемещение стержней 14 и 15 совместно с контактным устройством. Рычаг 3, упираясь в винт 4, начинает поворачиваться относительно оси А и занимает такие положения, при которых силы действия пружины 8 меняют свое направление, приводя в движение рычаг 5. Рычаг 2, связанный с рычагом 5 через пазы направляющей 7, замыкает или размыкает контакты 9 и 10.
Что представляют собой датчики манометрического типа?
Датчики манометрического типа имеют ряд особенностей, которые необходимо учитывать при ремонте. Датчики представляют собой замкнутые системы, состоящие из ампул 1, соединенных капиллярными трубками 2, с измерителями давлений: манометрическими трубками 3 (рис.17,а) или сильфонами 3 (рис.17,б,в). Система заполняется жидкостью или инертным газом.
Что представляют собой жидкостные датчики?
Если весь объем замкнутой системы заполнен жидкостью, то измерители называются жидкостными.
Температура кипения жидкости должна быть выше максимально возможной в процессе регулирования. Кроме того, жидкость должна характеризоваться большим объемным коэффициентом расширения. Чаще всего применяют ксилол, ртуть (для температуры 30-750°С), метиловый спирт (40-140°С). Такие датчики развивают значительное выходное усилие и потому применяются в регуляторах прямого действия. Их ампулы (термопатрона) имеют больший объем по сравнению с объемом капиллярных трубок. Это делается для того, чтобы уменьшить влияние температуры окружающей среды на точность работы измерителя.
Недостатком жидкостных измерителей является небольшое изменение объема рабочей жидкости при измерении температуры, что требует применения ампул со значительным объемом жидкостей. Датчики манометрического типа обладают большой инерционностью и потому могут употребляться только при регулировании процессов с медленно изменяющимися т емпературами.
По принципу действия к жидкостным измерителям температуры тесно примыкают датчики с твердым наполнителем замкнутой системы, в качестве которого используются различные смеси, например 20% воска и 80% красномедной пыли (в регуляторах фирмы «Вол Тэн»).
Что собой представляют парожидкостные измерители?
В парожидкостных измерителях (см.рис.17) объем ампулы, капиллярной трубки и сильфона частично заполняют жидкостью, кипящей при измеряемой температуре. Объем над поверхностью жидкости занимают насыщенные пары, давление которых зависит от температуры среды.
Выбирая жидкость для заполнения ампул, следует стремиться получить наибольшую крутизну кривой, показывающей зависимость давления насыщенных паров жидкости от температуры в области ее измерения при относительно небольшом давлении (не более 10МПа). В качестве наполнителей применяют однородные жидкости и смеси, компоненты которых не вступают между собой в химическую реакцию.
Для измерения температуры в диапазоне 400-500°С в качестве наполнителя может быть применена ртуть, температура кипения которой при атмосферном давлении равна 357°С. Следует только тщательно следить за тем, чтобы ртуть была химически и механически чистой. Все детали измерителя должны быть изготовлены из стали. Использование сплавов меди недопустимо.
В каких случаях применяют разделительные сосуды в парожидкостных измерителях?
В случае изготовления измерителей давления паров ртути из медных сплавов система должна быть снабжена разделительным сосудом, часть которого и измеритель давления заполняют инертной разделительной жидкостью. В качестве разделительных жидкостей применяют смеси, в %:
первый состав — химически чистый глицерин 80, этиловый спирт 16, вода 4;
второй состав — гликоль 95, этиловый спирт 5.
Ампула измерителя (по сравнению с остальной его частью) в условиях эксплуатации находится в области более высоких температур. Поэтому ее конструкция должна быть такой, чтобы пары жидкости находились только в ампуле, а вся остальная система была заполнена жидкостью. Нельзя допускать попадания пара в капилляр, так как он там будет конденсироваться, что приведет к нарушению действия прибора.
В замкнутой системе при любой температуре должен быть паровой объем. Для этого термосистему, из которой предварительно удален воздух, при зарядке сначала заполняют жидкостью, а затем часть жидкости сливают. Чтобы при этом сохранить образующийся паровой объем, капилляр пропускают внутрь термобаллона (см. рис.17,6).
|
|
|
Скачать 2.78 Mb.