лекции по сухтп. В системы управления химикотехнологическими процессами значение автоматического управления для развития химической промышленности на современном этапе
 Скачать 2.38 Mb.
|
|
Рис. 70. Зависимость отношения  для некоторых металлов от температуры:— сопротивление термометра при температуре, Ом;— сопротивление термометра при температуре 0°С (273,15 К), Ом Конструктивно термопреобразователи сопротивления представляют собой тонкую платиновую или медную проволоку, намотанную бифилярно на специальный слюдяной, фарфоровый или пластмассовый каркас, или свернутую в спираль и вложенную в каналы защитного корпуса. Вариант конструкции термопреобразователя сопротивления изображен на рис. 71. Чувствительный элемент на керамическом каркасе состоит из двух последовательно соединенных платиновых спиралей /. К двум концам этих спиралей припаяны короткие платиновые выводы 3, к которым затем привариваются необходимой длины выводные проводники. Платиновые спирали размещаются в каналах керамического каркаса 2. Крепление платиновых спиралей и выводов в каркасе осуществляется глазурью 4, изготовляемой на основе оксидов алюминия и кремния: коэффициент линейного расширения глазури близок к коэффициентам линейного расширения материала выводов и каркаса. Подгонка номинального сопротивления чувствительного элемента при 0 °С осуществляется постепенным уменьшением длины противоположных концов платиновых спиралей с последующей пайкой в точке 5. Пространство между платиновыми спиралями заполняют порошком оксида для улучшения теплового контакта между витками спиралей и каркасом.  Рис. 71. Схема платинового термопреобразователя сопротивления. 7.2.5. Пьезоэлектрические термопреобразователи К этой группе можно отнести кварцевые датчики, измеряющие изменение резонансной частоты кварцевого кристалла, зависящей от изменения температуры. Кварцевый измерительный преобразователь работает в рабочем диапазоне от —80 °С до +250 °С, имеет линейную характеристику от -50 °С до +250 °С с точностью 0,04 °С и выдает сигналы, удобные для регистрирующих устройств или последующей цифровой обработки. 7.3. Измерение температуры бесконтактным методом Бесконтактный способ измерения температуры основан на восприятии тепловой энергии, передаваемой лучеиспусканием и воспринимаемой на расстоянии от исследуемого объекта. Верхний предел измерения температуры таким способом теоретически неограничен. Часто традиционный контактный способ измерения температуры невозможно применить в силу ряда причин: недоступные для прямого контакта поверхности (промышленное оборудование, высокая температура в производстве кирпича, керамики, стекла и т. д., агрессивные вещества); материалы, плохо проводящие теплоту; небольшие размеры объектов (при измерении контактным методом энергия между датчиком и объектом измерения перераспределяется, в результате чего температура объекта может существенно измениться). Известно, что любая поверхность, температура которой выше абсолютного нуля, испускает тепловую энергию в виде электромагнитного излучения. При поглощении электромагнитного излучения от излучающего тела другими телами электромагнитное излучение вновь превращается в тепловую энергию. Излучение нагретых тел называют тепловым. Температуру тела можно измерить на расстоянии по тепловому излучению, при этом температурное поле объекта измерения не искажается. Следовательно, бесконтактный метод измерений температуры основан на том, что чувствительный элемент средства измерений не приводится в контакт с объектом измерения. Измерение температуры тел по их тепловому излучению называют пирометрией. Средства измерений температуры тел по тепловому излучению называют пирометрами излучения или просто пирометрами. Бесконтактные методы измерения температуры теоретически не имеют верхнего температурного предела своего применения. Так, температура источника со сплошным спектром излучения, близкая к 6000 "С, измеряется теми же методами, что и температура, например, и в 1000 °С, и в 2000 "С. 7.3.2. Яркостные пирометры Наиболее известными из них являются пирометры с «исчезающей» нитью накаливания (рис. 76), применяемые для измерения яркостной температуры в видимой области спектра. Принцип действия: сравнение яркости измеряемого излучения и контрольного излучателя, например, накаленной нити вольфрама. Сравнить обе яркости можно, например, изменением яркости контрольного излучателя, изменяя мощность нагревания нити в широких пределах. Благоприятная для чувствительности глаза длина волны (0,65 мкм) в области видимой части спектра обеспечивается красным светофильтром. Если в результате уравнивания достигается равенство обеих яркостей, то верхняя часть нити накаливания исчезнет (перестанет быть видимой) на фоне изображения источника измеряемого излучения. Мощность нагревания нити накаливания на пути потока излучения является показателем яркостной температуры измеряемого объекта. Ее считывают по температурной шкале измерительного прибора. Диапазон измерений температуры для пирометров с «исчезающей» нитью накаливания: 400...5000(в особых случаях до 10 000 °С). Погрешность промышленных пирометров составляет ±1 % от верхнего предела диапазона измерений.  Рис. 76. Яркостями пирометр с «исчезающей» нитью накаливания: / — объектив; 2, 7— диафрагмы; 3, 6— фильтры; 4— пирометрическая лампа; 5 — окуляр; 8 — реостат; 9 — измерительный прибор 7.3.3. Пирометры спектрального отношения Действие цветовых пирометров, или пирометров спектрального отношения, основано на перераспределении энергетических яркостей внутри данного участка спектра при изменении температуры. Они определяют яркость излучения измеряемого объекта на двух различных длинах волни. Если соответствующие значения спектральных коэффициентов излученияидостаточно близки между собой (излучатель — серое тело), то определение температуры практически не зависит от абсолютной величины коэффициента излучения, поскольку искомая температура непосредственно определяется отношением яркостей. Для этого в пирометрах с помощью двух светофильтров выделяют два излучения с различными длинами волн и каждое подают на два отдельных фотоэлектрических чувствительных элемента. Затем по выходным сигналам фотоэлектрических элементов формируется их отношение. Примечание Тело, коэффициент излучениякоторого не зависит от температуры и длины волны, называют серым. Диапазон измерения температуры (расплавов металлов) для пирометров спектрального отношения составляет 800...3000 °С, погрешность равна 1...2 % от верхнего предела диапазона измерений. Замечание Пирометры спектрального отношения работают более точно, чем радиационные пирометры, поскольку недостоверность определения коэффициента излучения не влияет на результаты измерений. 7.3.4. Пирометры полного излучения Принцип действия основан на зависимости интегральной энергетической яркости тела в широком спектральном интервале от температуры. Принято считать пирометр радиационным (полного излучения), если в нем используется не менее 90 % всего излучения, поступающего от измеряемого объекта. Радиационный пирометр (рис. 77) — это бесконтактный измерительный первичный преобразователь, реагирующий на излучение нагретого тела преимущественно в инфракрасной области спектра с динами волн от 0,75 до 1000 мкм. Оптические линзы и зеркальная система, чувствительные в инфракрасной области спектра, используются, чтобы сфокусировать излучение на миниатюрную термобатарею, состоящую из нескольких последовательно соединенных термоэлектрических преобразователей, или резистивный преобразователь. Радиационные пирометры применяются для измерения не только высоких температур (вплоть до 3500 °С), но и для низких (до —50 °С).  Рис. 77. Радиационный пирометр: / — объектив; 2, 5— диафрагмы; 3 — термобатарея; 4 — окуляр; 6 — измерительный прибор 8. ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА Расход — количество вещества (жидкости, пара, газа), проходящее через данное сечение (например, трубопровода) в единицу времени. Различают объемный расход, измеряемый в единицах объема в единицу времени (м3/ч, м3/с), и массовый расход, измеряемый в единицах массы в единицу времени (кг/с, кг/ч, т/ч). Массовый расход можно измерить косвенно по объемному расходу, учитывая плотность измеряемой среды и влияние на плотность температуры и давления. Действительно, для установившегося потока объемный расход и массовый расход определяются выражениями:  где А — площадь поперечного сечения потока; р — плотность измеряемой среды; v— средняя скорость в сечении. Примечание Для получения сравнимых результатов измерений объемный расход газа или пара приводят к стандартным условиям. Приборы, измеряющие расход вещества, называют расходомерами. Приборы, измеряющие количество вещества, протекающее через данное сечение трубопровода за некоторый промежуток времени, называют счетчиками количества. При этом количество вещества определяется как разность двух последовательных показаний счетчика в начале и конце этого промежутка времени. Показания счетчика выражаются в единицах объема, реже — в единицах массы. Прибор, одновременно измеряющий расход и количество вещества, называют расходомером со счетчиком. Расходомер измеряет текущее значение расхода, а счетчик выполняет интегрирование текущих значений расхода. Примечание В последнее время граница между счетчиками и расходомерами практически исчезает. Расходомеры оснащают средствами для определения количества жидкости или газа, а счетчики — средствами для определения расхода, что позволяет объединить счетчики и расходомеры в одну группу приборов — расходомеры. Устройство (диафрагма, сопло, напорная трубка), непосредственно воспринимающее измеряемый расход и преобразующее его в другую величину, удобную для измерения (например, в перепад давления), называют преобразователем расхода. 8.1. Расходомеры переменного перепада давления Принцип действия расходомеров этой группы основан на зависимости перепада давления, создаваемого неподвижным устройством, устанавливаемым в трубопроводе, от расхода вещества. 8.1.1. Измерение расхода по перепаду давлений на сужающем устройстве При измерении расхода методом переменного перепада давления в трубопроводе, по которому протекает среда, устанавливают сужающее устройство (СУ), создающее местное сужение потока. Из-за перехода части потенциальной энергии потока в кинетическую средняя скорость потока в суженном сечении повышается. В результате статическое давление в этом сечении становится меньше статического давления перед СУ. Разность этих давлений тем больше, чем больше расход протекающей среды, и, следовательно, она может служить мерой расхода. Перепад давления на СУ (рис. 78, а) равен  где— давление на входе в сужающее устройство;— давление на выходе из него. Измерение расхода вещества методом переменного перепада давления возможно при соблюдении условий: поток вещества заполняет все поперечное сечение трубопровода; поток вещества в трубопроводе является практически установившимся; фазовое состояние вещества, протекающего через СУ, не изменяется (жидкость не испаряется; газы, растворенные в жидкости, не десорбируются; пар не конденсируется).   |