«Расчет и выбор автоматических электронных потенциометров для измерения температуры. РГЗ. Расчет и выбор автоматических электронных потенциометров для измерения температуры

• Название: Расчет и выбор автоматических электронных потенциометров для измерения температуры
• Анкор: «Расчет и выбор автоматических электронных потенциометров для измерения температуры
• Дата: 30.04.2022
• Размер: 107.34 Kb.
• Имя файла: РГЗ.docx
• Тип: Реферат; #505395

Министерство образования и науки Украины

Национальный технический университет

«Харьковский политехнический институт»

Кафедра: Автоматизации технологических систем

и экологического мониторинга

Расчетная работа

на тему: «Расчет и выбор автоматических электронных потенциометров для измерения температуры»

Выполнила

студентка группы ХТ-118к

Радченко А.О.

Проверил

Лобойко В.А.

м. Харків 2021

Содержание

Введение 5

Глава 1. Принцип действия, устройство и технические характеристики 6

Рис. Принципиальная схема электронного автоматического потенциометра 6

Глава 2. Расчет измерительной схемы потенциометра 9

где – класс точности прибора. 12

Глава 3.Конструктивный расчет реохорда 12

Реохорд представляет собой круглую шину, на которой намотана манганиновая проволока сопротивления. 12

Задаются удельным числом витков проволоки т .е. числом витков, приходящихся на 1% шкалы потенциометра. Обычно удельное число витков берут равным 12-16. Тогда общее число витков будет равно 12

где D – диаметр реохорда; 12

- центральный угол рабочей части намотки ( обычно он равен 315). 12

По справочным данным (П.23) находят диаметр манганинового провода и его сопротивления r, соответствующее длине одного метра провода. Тогда необходимая длина намоточного провода 12

Диаметр шины реохорда, на которую наматывается манганиновый повод, определяется по формуле 13

где l – длина одного витка провода, которая определяется по формуле 13

Глава 4. Расчет потенциометра 13

Вариант 5 13

Рассчитать измерительную схему автоматического электронного типа КСП3 для измерения температуры от 0 до 400 °С. Потенциометр работает в комплекте с термоэлектрическим термометром градуировки ХА (К). Класс точности потенциометра 0,5%. Пределы измерения температуры свободных концов термоэлектрического термометра 0-30 °С. Температура в корпусе потенциометра 30 °С. Сопротивление температурной компенсации выполнено из медной проволоки (α=4,24 х 1/град). Реохорд выполнен из манганиновой проволоки. Сопротивление реохорда 130 Ом, значение силы тока на участке цепи АавВ =1 мА, а на участке цепи АСВ . 13

Диапазон измерения 13

Градуировка 13

Температура свободных концов, °С 13

Температура корпуса, °С 13

Сопротивление, Ом 13

0-400 13

ХА 13

30 13

30 13

130 13

Решение. 13

Про градировочной таблице для хромель-алюминевой термоэлектрического термометра находят значения ЭДС для электрического 30 и 400 °С, которые соответственно равны 1,21 и 16,39 мВ. 13

Определяют сопротивление автоматической компенсации измерения температуры свободных концов термоэлектрического термометра при условии приведения ЭДС свободных концов к 0 °С. 13

n =100 = 100*13=1300 витков 15

Диаметр реохорда принимают равным 125 мм. Тогда длина намотки реохорда 15

Диаметр намоточного провода с изоляцией 15

Общая длина намоточного провода 15

Длина одного витка 15

Диаметр шины реохорда 15

Принимают диаметр шины 15

Вывод 16

Введение 5

Глава 1. Принцип действия, устройство и технические характеристики 6

Рис. Принципиальная схема электронного автоматического потенциометра 6

Глава 2. Расчет измерительной схемы потенциометра 9

где – класс точности прибора. 12

Глава 3.Конструктивный расчет реохорда 12

Реохорд представляет собой круглую шину, на которой намотана манганиновая проволока сопротивления. 12

Задаются удельным числом витков проволоки т .е. числом витков, приходящихся на 1% шкалы потенциометра. Обычно удельное число витков берут равным 12-16. Тогда общее число витков будет равно 12

где D – диаметр реохорда; 12

- центральный угол рабочей части намотки ( обычно он равен 315). 12

По справочным данным (П.23) находят диаметр манганинового провода и его сопротивления r, соответствующее длине одного метра провода. Тогда необходимая длина намоточного провода 12

Диаметр шины реохорда, на которую наматывается манганиновый повод, определяется по формуле 13

где l – длина одного витка провода, которая определяется по формуле 13

Глава 4. Расчет потенциометра 13

Вариант 5 13

Рассчитать измерительную схему автоматического электронного типа КСП3 для измерения температуры от 0 до 400 °С. Потенциометр работает в комплекте с термоэлектрическим термометром градуировки ХА (К). Класс точности потенциометра 0,5%. Пределы измерения температуры свободных концов термоэлектрического термометра 0-30 °С. Температура в корпусе потенциометра 30 °С. Сопротивление температурной компенсации выполнено из медной проволоки (α=4,24 х 1/град). Реохорд выполнен из манганиновой проволоки. Сопротивление реохорда 130 Ом, значение силы тока на участке цепи АавВ =1 мА, а на участке цепи АСВ . 13

Диапазон измерения 13

Градуировка 13

Температура свободных концов, °С 13

Температура корпуса, °С 13

Сопротивление, Ом 13

0-400 13

ХА 13

30 13

30 13

130 13

Решение. 13

Про градировочной таблице для хромель-алюминевой термоэлектрического термометра находят значения ЭДС для электрического 30 и 400 °С, которые соответственно равны 1,21 и 16,39 мВ. 13

Определяют сопротивление автоматической компенсации измерения температуры свободных концов термоэлектрического термометра при условии приведения ЭДС свободных концов к 0 °С. 13

n =100 = 100*13=1300 витков 15

Диаметр реохорда принимают равным 125 мм. Тогда длина намотки реохорда 15

Диаметр намоточного провода с изоляцией 15

Общая длина намоточного провода 15

Длина одного витка 15

Диаметр шины реохорда 15

Принимают диаметр шины 15

Вывод 16

Введение

Потенциометры — это регулируемые делители напряжения, которые предназначены для регулирования напряжения при неизменной величине тока, и выполненные по типу переменного резистора. Принцип действия этих приборов основан на уравновешивании (компенсации) неизвестной ЭДС известным падением напряжения, создаваемым током от дополнительного источника. Этот контур называют компенсасионным.

Автоматический потенциометр предназначен для измерения, записи и регулирования температуры. Работает он в комплекте с термопарами стандартных градуировок, применяется для измерения температур от –200 до + 2000 оС. В качестве конструкционных материалов для электродов термопары используются: железо-копель, копель-алюмель, хромельалюмель, платина-платинородий и др.

В электронных потенциометрах применяется потенциометрический (компенсационный) метод измерения, который основан на уравновешивании (компенсации) измеряемой ТЭДС известной разностью потенциалов, образованной вспомогательным источником питания.

Глава 1. Принцип действия, устройство и технические характеристики

Автоматические электронные потенциометры применяются для измерения,  записи, сигнализации и автоматического регулирования температуры.  Работают они в комплекте с термоэлектрическими пирометрами. Кроме того, автоматические электронные потенциометры могут применяться с теми датчиками, которые преобразуют измеряемый параметр в напряжение  постоянного тока.  Сущность метода измерения состоит в уравновешивании (компенсации) измеряемой ЭДС падением напряжения на сопротивлении реохорда от постороннего источника постоянного тока, в качестве которого применяется стабилизированный источник питания напряжением 1 В.

Рис. Принципиальная схема электронного автоматического потенциометра

Потенциометр состоит из измерительного блока, выполненного в виде моста, образованного резисторами с сопротивлениями , , , , , , , источника стабилизированного питания ИПС, электронного фазочувствительного полупроводникового усилителя переменного тока ЭУ типа У1-01, реверсивного двигателя РД, синхронного электродвигателя СД, шкалы с указывающей стрелкой и пером для записи на диаграммной бумаге измеряемой температуры во времени.

Назначение сопротивлений измерительного блока потенциометра следуюшее:

- сопротивление реохорда; в случае выполнения из манганиновой проволоки составляет для всех типов потенциометров 130 Ом; в случае выполнения из сплава ПлВ-20 -270 Ом;

, - сопротивление шунта реохорда;

, - сопротивление конца шкалы потенциометра;

, - сопротивление подгонки конца шкалы;

, - сопротивление начала шкалы потенциометра;

- сопротивление установки рабочего тока;

- сопротивление автоматической компенсации ЭДС термоэлектрического термометра при изменении температуры его свободных концов от условий градуировки, изготовленное из медной или никелевой проволоки;

- сопротивление снижения напряжения питания измерительной схемы потенциометра с 5 до 1 В источника стабилизированного питания.

Источник стабилизированного питания типа ИОС 3 измерительной схемы пытается от силового трансформатора усилителя напряжением 6,3 В переменного тока. На выходе источника стабилизированного питания напряжение составляет 5 В постоянного тока. Для уменьшения влияния паразитных напряжений служат фильтры состоящие из резисторов , и конденсаторов , по 50 Ом мкф каждый соответственно.

Реверсивный асинхронный двигатель типа РД-32 имеет обмотку возбуждения, которая питается напряжением 220 В частотой 50 Гц, и управляющую обмотку, на которую напряжение подается от фазочувствительного усилителя. Последовательно с обмоткой возбуждения

Работа автоматического электронного потенциометра состоит в следующем. Под воздействием измеряемой температуры в термоэлектрическом термометре возникает ЭДС. При этом в плечах измерительного моста протекают токи I₁ и I₂, в результате чего между токами А и В измерительной диагонали возникает разбаланс напряжения. При изменении температуры термоэлектрического термометра в нем возникает какая-то неизвестная ЭДС Е_х. В измерительной диагонали А-В появляется напряжение разбаланса, которое поступает на фазочувствительный усилитель, где усиливается по напряжению и по мощности, достаточных для приведения во вращение реверсивного двигателя. Ротор двигателя через редуктор механически связан с движком реохорда и при своем вращении изменяет сопротивление реохорда, тем самым уравновешивая измерительную схему потенциометра. Положение движка реохорда определяет значение измеряемой ЭДС Е_х термоэлектрического термометра. Одновременно реверсивный двигатель перемещает стрелку по шкале прибора и перо на диаграммной бумаге. Если потенциометр имеет в своем устройстве автоханизм регулятора, который вырабатывает управляющее воздействие исполнительному механизму регулятора. Направление вращения реверсивного двигателя зависит от измерительной схемы, что происходит при повышении измеряемой температуры.

Питание силовой цепи потенциометров производится от сети переменного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц.

Автоматические электронные потенциометры бывают следующих типов:

КСП1 – показывающие, с записью на прямоугольной диаграмме, одноточечные и многоточечные; ширина диаграммы 100 мм; размеры корпуса: высота 200 мм, ширина 160 мм, глубина 500 мм; масса 12,5 кг, потребляемая мощность 16 ВА;

КСП2 – показывающие, с записью на прямоугольной диаграмме, одноточечные и многоточечные; ширина диаграммы 160 мм; размеры корпуса: высота 320 мм, ширина 240 мм, глубина 492 мм; масса 20 кг, потребляемая мощность 30 ВА;

КСП3 – показывающие, с записью на дисковой диаграмме в полярных координатах, одноточечных; размеры корпуса: высота 320 мм, ширина 320 мм, глубина 395 мм; масса 16 кг; потребляемая мощность 35 ВА;

КСМ4 – показывающие, с записью на прямоугольной складывающейся диаграмме, одноточечные и многоточечные; ширина диаграмме 250 мм; размеры корпуса: высота 400 мм, ширина 400 мм, глубина 377 мм; масса 24 кг; потребляемая мощность 28-30 ВА;

ДИСК 250 – показывающие, с записью на дисковой диаграмме в полярных координатах, одноточечные; размеры корпуса: высота 320 мм, ширина 320 мм, глубина 260 мм; масса 12 кг; потребляемая мощность 25 ВА.

Автоматические электронные потенциометры могут изготавливаться без регулирующего устройства, с двух и трехпозиционным электрическим регулирующим устройством, с 10 и 100 %-ным реостатным задатчиком, с пневматическим пропорционально интегральным регулирующим устройством. Класс точности потенциометров лежит в пределах 0,25-0,5 %.

 

Глава 2. Расчет измерительной схемы потенциометра

Для расчета измерительной схемы потенциометра должны быть заданы следующие исходные данные: тип потенциометра, его номинальная статическая характеристика, верхний и нижний прадеды измерения температуры, пределы измерения температуры свободных концов термоэлектрического термометра, температура в корпусе потенциометра, сопротивление реохорда, класс точности, тип термоэлектрического термометра и его градуировка.

Измерительная схема потенциометра рассчитывается по минимальной и максимальной ЭДС, развиваемыми термоэлектрическим термометром при заданных нижнем и верхнем пределах измериния температуры.

Расчет ведется в следующем порядке. По градуировочной таблице для данного термоэлектрического термометра находят значения ЭДС для начала шкалы и конца шкалы .

Определяют сопротивление автоматической компенсации температуры свободных концов термоэлектрического термометра по формуле


где и - ЭДС термоэлектрического термометра при за­данных температурах измерения свободных концов, которые на­ходят по таблице (П. 13), мВ;

— сила тока, которую принимают равной 1-2 мА;

α — температурный коэффициент сопротивления медной проволоки, равный 4,24* 1/град;

и — температуры свободных концов термоэлектриче­ского термометра.

Определяют сопротивление начала шкалы из условия, что движок реохорда находится в точке а и измеряемая ЭДС уравновешивается падением напряжения между точками а иc от тока , т.е.

* - ,

Откуда



где — сила тока, которая принимается равной 2-4 мА.

Рассчитывают сопротивление конца шкалы прибора по приведенному сопротивлению реохорда из условия, что дви­жок реохорда должен находиться в точке в, а измеряемая раз­ностьпотенциалов уравновешивается падением на­пряжения на приведенном сопротивлении реохорда. На основании этого приведенное сопротивление реохорда (Ом) рассчитывают по формуле



Вычислив , определяют сопротивление предела измерения по формуле



где – эквивалентное сопротивление реохорда (Ом), состоящие из параллельно включенных сопротивлений и , определяемое по формуле



Для всех приборов – стандартная величина, равная 90 Ом. Определяют сопротивление шунта (Ом) по формуле



Далее определяют сопротивление подгонки верхнего предела измерения по формуле



где – напряжение питания измерительной схемы, равное 1В. Сопротивление установки рабочего тока рассчитывают по формуле



Сопротивление снижения напряжения источника питания измерительной схемы до 1В определяют по формуле



где – напряжение, поступающее на измерительную схему от стабилизированного источника питания.

Минимальный разбаланс напряжения, поступающего на электронный усилитель на выходе измерительной схемы (мВ), берут равным 0,05 и определяют по формуле

где – класс точности прибора.

Глава 3.Конструктивный расчет реохорда

Реохорд представляет собой круглую шину, на которой намотана манганиновая проволока сопротивления.

Задаются удельным числом витков проволоки т .е. числом витков, приходящихся на 1% шкалы потенциометра. Обычно удельное число витков берут равным 12-16. Тогда общее число витков будет равно
n= 100*

Длинна намотки сопротивления реохорда равна

где D – диаметр реохорда;

- центральный угол рабочей части намотки ( обычно он равен 315).

Диаметр намоточного провода
По справочным данным (П.23) находят диаметр манганинового провода и его сопротивления r, соответствующее длине одного метра провода. Тогда необходимая длина намоточного провода

Диаметр шины реохорда, на которую наматывается манганиновый повод, определяется по формуле

где l – длина одного витка провода, которая определяется по формуле

Глава 4. Расчет потенциометра

Вариант 5

Рассчитать измерительную схему автоматического электронного типа КСП3 для измерения температуры от 0 до 400 °С. Потенциометр работает в комплекте с термоэлектрическим термометром градуировки ХА (К). Класс точности потенциометра 0,5%. Пределы измерения температуры свободных концов термоэлектрического термометра 0-30 °С. Температура в корпусе потенциометра 30 °С. Сопротивление температурной компенсации выполнено из медной проволоки (α=4,24 х 1/град). Реохорд выполнен из манганиновой проволоки. Сопротивление реохорда 130 Ом, значение силы тока на участке цепи АавВ =1 мА, а на участке цепи АСВ .

Диапазон измерения	Градуировка	Температура свободных концов, °С	Температура корпуса, °С	Сопротивление, Ом
0-400	ХА	30	30	130

Решение.

Про градировочной таблице для хромель-алюминевой термоэлектрического термометра находят значения ЭДС для электрического 30 и 400 °С, которые соответственно равны 1,21 и 16,39 мВ. Определяют сопротивление автоматической компенсации измерения температуры свободных концов термоэлектрического термометра при условии приведения ЭДС свободных концов к 0 °С.



Определяют сопротивление , соответствующее температуре в корпусе прибора



Сопротивление установки начала шкалы



Приведенное сопротивление реохорда



Сопротивление верхнего предела шкалы потенциометра



Сопротивление шунта



Сопротивление перегонки верхнего предела измерения



Сопротивление установки рабочего тока



Сопротивление снижения напряжения питания измерительной схемы от стабилизированного источника питания до 1 В.



Минимальный разбаланс напряжения на выходе измерительной схемы



Принимают удельное число витков реохорда

Тогда число витков намотки реохорда

n =100 = 100*13=1300 витков

Диаметр реохорда принимают равным 125 мм. Тогда длина намотки реохорда

Диаметр намоточного провода с изоляцией

мм

Выбирают манганиновый провод диаметром 0,25 мм. Сопротивление одного метра этого провода .

Общая длина намоточного провода

м

Длина одного витка

м

Диаметр шины реохорда

м

Принимают диаметр шины

Вывод

В данной работе мы изучили принцип действия, устройство и технические характеристики потенциометра. Ознакомились с конструктивным расчетом реохорда. Рассмотрели принципиальную схему и выяснили, какие типы потенциометров в настоящее время применяется в промышленности: КСП1, КСП2, КСП3, КСП4, ДИСК 250. Изучили конструктивный расчет реохорда.

В данной работе рассчитали сопротивление автоматической компенсации = 9,51 Ом. Сопротивление в корпусе прибора = 10,71 Ом. Так же рассчитал сопротивление установки начала шкалы = 5,35 Ом. Приведённое сопротивление реохорда = 8,19 Ом. Сопротивление верхнего предела шкалы потенциометра = 9 Ом. Сопротивление шунта = 292,5 Ом. Сопротивление подгонки верхнего предела измерения = 491,8  Ом. Сопротивление установки рабочего тока = 1000 Ом. Сопротивление снижения напряжения питания измерительной схемы от стабилизированного источника питания до 1 В = 1333,3 Ом. Минимальный разбаланс напряжения на выходе измерительной схемы = 0,00409 мВ. Тогда число витков намотки реохорда = 1300 витков. Диаметр реохорда принимаем равным 125 мм. Тогда длина намотки реохорда равна = 343,4 мм. Диаметр намоточного провода с изоляцией = 0,264 мм. Общая длина намоточного провода = 14,84 м. Длина одного витка = 0,0114 м. Диаметр шины реохорда = 0,003550 м. Округляю конечное число и получаю диаметр шунта = 4мм.

Список литературы

1. 
   Методы расчета в автоматизации химико-технологических процессов: Науч. Пособие/ В. Т. Ефимов, В. И. Молчанов, О. В. Ефимов.- Харьков, ХГПУ, 1998. – 316с. – русск. яз..
   
2. 
   Фарзане Н. Г., Илясов Л. В., Азим-заде А. Ю. Технологические измерения и приборы: Учеб. для студ. вузов по спец. « Автоматизация технологических процессов и производств». - М.: Высш. шк., 1989.-456 с.: ил.
   
3. 
   Кулаков М. В. Технологические измерения и приборы для химических производств: Учебник для вузов по специальности “Автоматизация и комплексная механизация химико-технологических процессов”.-3-е изд., перераб. и допол.-М.: Машиностроение, 1983-424с.,