Головна

Протокол № 4 від 21.12.2009

  1. Зовнішньополітичний курс СРСР напередодні Другої світової війни. Радянсько-німецьке зближення: дискусії останніх років. Пакт про ненапад 1939 року і секретні протоколи до нього.
  2. Випуск протоколів нарад
  3. Г., протокол №
  4. Вивчення протоколу Modbus RTU
  5. Кіотський протокол.
  6. На засіданні вченої ради медичного факультету ДВНЗ «Ужгородський національний університет», протокол № __ від ___ 2012 року.
  7. Організація випуску протоколів засідань робочих груп, комісій, комітетів, експертних рад, технічних нарад

ОТРИМАННЯ ПЕРЕХІДНИХ

ХАРАКТЕРИСТИК ПРОМИСЛОВИХ

ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ

Методичні вказівки до лабораторної роботи з курсів «Автоматизація систем водопостачання і водовідведення» для студентів спеціальності 270112, «Управління технічними системами» для студентів спеціальності 150402, «Системи управління хіміко-технологічними процесами» для студентів спеціальностей 240301, 240401, 240403, 240502 всіх форм навчання

Укладачі В. А. Старовойтов

Н. М. Шаулева

Затверджено на засіданні кафедри

Протокол № 3 від 18.12.2009

Рекомендовані до друку

навчально-методичною комісією

спеціальності 270112

Протокол № 4 від 21.12.2009

Електронна копія знаходиться

в бібліотеці ГУ КузГТУ

Кемерово 2010


1. МЕТА РОБОТИ

Метою роботи є вивчення будови, принципу дії та динамічних (перехідних) характеристик промислових вимірювальних термоелектричних перетворювачів (ТЕП), які використовуються для контролю температури.

2. ЗМІСТ РОБОТИ

2.1. Вивчення цих методичних вказівок.

2.2. Ознайомлення з пристроєм лабораторного стенду і розміщеними на ньому технічними засобами, в т. Ч. ТЕП і вторинними вимірювальними приладами.

2.3. Експериментальне визначення даних для побудови динамічних характеристик (перехідних або кривих розгону) для двох ТЕП, що володіють істотно різної інерційністю при нагріванні (охолодженні).

2.4. Складання звіту.

3. ВКАЗІВКА ДО ЗВІТУ

Звіт повинен містити:

а) найменування та мета роботи, а також дані про осіб, її виконують;

б) вимірювальну схему;

в) таблиці експериментальних даних і побудовані за цими даними графіки перехідних характеристик з координатної сіткою (міліметровий папір, письмовий лист в клітинку або ж самостійно нанесені лінії);

г) висновки, що відображають вплив інерційності ТЕП на процес вимірювання, зроблені на основі визначення постійних часу.


4. Загальні положення

4.1. Термоелектричні вимірювальні перетворювачі

Температура - найважливіший параметр практично будь-якого технологічного процесу і стану обладнання.

У пристроях для вимірювання температури зазвичай використовують зміна будь-якого фізичного властивості тіла, однозначно залежить від його температури і легко піддається виміру. Одним з таких пристроїв є термоелектричний перетворювач, званий також термопарою.

Відповідно до останнього назвою він являє собою два провідники (А и В) З різних металів або сплавів, кінці яких з'єднані зварюванням, спайкою один з одним (рис. 1, а). При наявності різниці між температурами t0 и t спаев в контурі починає протікати електричний струм, т. е. виникає певна електрорушійна сила, яка називається термоелектродвіжущей (ТЕДС). величина ТЕДС ЕАВ(tt0) зростає при збільшенні різниці температур між спаями.

а б

Мал. 1. Схеми термоелектричних ланцюгів: А, В - Термоелектроди; С - З'єднувальний провід; МВ - мілівольтметр

Однак вимір ТЕДС в замкнутому контурі неможливо. Необхідно розірвати контур і в місці розриву підключити електровимірювальні прилади, природно, використавши дроти з інших металів, наприклад С (Рис. 1, б). Встановлено, що останнім ніяким чином не відіб'ється на величині ТЕДС, якщо температури t0 решт термоелектродів в місцях підключення до них з'єднувальних проводів С будуть однаковими. І якщо вони будуть не тільки рівними, але і підтримуватися на постійному рівні (зазвичай t = 0 ° С), то величина ТЕДС буде пропорційна тільки температурі t одного спаю, т. е. ЕАВ(tt0) = f(t). При наявності вже експериментально знайденої такої залежності для даного ТЕП вимір невідомої температури t зводиться до вимірювання ТЕДС ТЕП за допомогою приладу електровимірювання. Для цього спай з температурою t (Робочий спай) поміщається в робочу (вимірювану) середу.

На практиці температура вільних спаев зазвичай відрізняється від 0 ° С і ця обставина враховується за допомогою поправок [1, c. 19] або різного роду компенсаційних пристроїв.

ТЕП в «чистому» вигляді, т. Е. У вигляді двох зволікань зі спаєм, використовуються найчастіше при проведенні дослідницьких робіт в невеликих обсягах. У промислових умовах для захисту електродів ТЕП від агресивності вимірюваного середовища, механічних ушкоджень, а також для зручності виведення вільних кінців з апарату, що знаходяться під тиском (вакуумом), вони поміщаються в спеціальну арматуру (чохол, кожух) з штуцером (рис. 2) або без нього. Арматура може мати довжину монтажної частини L від 10 до 6000 мм при діаметрах від 5 до 40 мм і виконується з порцеляни, композитів і різноманітних корозійно і вібростійких металевих сплавів. В принципі можливе створення величезної кількості ТЕП (число комбінацій проводів необмежено), проте в промисловості використовуються тільки деякі з них.

Розглядаючи ТЕП як самостійний елемент системи управління, можна говорити про його статичних і динамічних характеристиках. Під статичною характеристикою розуміють залежність між вхідний хвх і вихідний хвих величинами елемента (ланки) в рівноважному (сталому) стані хвих= f(хвх). Якщо вважати вхідний величиною ТЕП температуру t, А вихідний - ТЕДС, то статичні характеристики, зняті при t0= 0 ° С і звані номінальними, для промислових ТЕП можуть бути представлені у вигляді рис. 3 [1, c. 47].

Мал. 2. Промислові ТЕП: 1, 2 - термоелектроди; 3 - робочий спай; 4 - ізолятор; 5 - захисна арматура; 6 - стінка судини з контрольованим середовищем; 7 - штуцер нерухомий різьбовій; 8 - головка (коробка висновків); 9 - вільні кінці ТЕП; 10 - дроти

Зображені на рис. 3 номінальні статичні характеристики (НСХ) найбільш часто вживаних в промисловості ТЕП відповідають ГОСТ 3044-84 і задовольняють стандарту МЕК 584-1. При цьому латинська абревіатура відповідає новим позначенням НСХ в довідковій літературі замість раніше застосовуваних, але все ще використовуваних букв російського алфавіту. НСХ на рис. 3 ілюструють температурний діапазон використання тих чи інших ТЕП.

Відповідно до викладеного вище при наявності НСХ вимірювана величина (температура) визначається за показаннями мілівольтметра, т. Е. Вимірюється ТЕДС ТЕП (або U, МВ). Наприклад, при свідченні приладу, що дорівнює 60 мВ, і при використанні ТЕП типу ХК (L) Вимірюється середовище має в сталому стані температуру t = 6?102 ° С (див. Штриховую лінію на рис. 3). При використанні ТЕП іншого типу і таких же показаннях приладу температура буде інший. Саме тому необхідно звертати увагу на відповідність НСХ ТЕП (тип вказано на голівці) і мілівольтметра зі шкалою, проградуірованной в градусах Цельсія (тип вказано на шкалі).

  Мал. 3. Номінальні статіческіехарактерістікі ТЕП: 1 - ХК (L); 2 - МК (М); 3 - ХА (К); 4 - Вр (А) -1; 5 - ПП (S); 6 - ПР (В)

Поведінка ТЕП, як і багатьох інших елементів системи, в нерівноважному або перехідному процесі описується рівняннями динаміки або динамічними характеристиками у вигляді залежностей типу хвих= f(хвх, t). Найчастіше це диференціальні рівняння. Розглянемо, якими вони будуть для ТЕП. У сталому стані, згідно НСХ (див. Рис. 3), кожному значенню ТЕДС Е відповідає цілком певна температура вимірюваного середовища Тс= Т, Де під Т розуміємо температуру робочого спаю, що знаходиться в захисному чохлі (арматурі).

нехай Е0 відповідає Т0= Тс0. Тоді, згідно з НСХ, зміна Т0 до Т викликає зміна Е0 до Е, Т. Е.

, (1)

де  - Похідна, яка визначає навантаження нелінійних НСХ в даній точці.

У несталому стані температура Т спаяний, в загальному випадку, відрізняється від температури вимірюваного середовища Тс, Т. Е. Т ? Тс. Це означає, що має місце теплообмін між середовищем і арматурою ТЕП.

Кількість тепла, переданого від середовища до арматури ТЕП (при Тс> Т):

 q = aS(Тс), (2)

де S - Поверхня нагріву монтажної частини ТЕП; a - коефіцієнт тепловіддачі від середовища до стінки ТЕП.

Швидкість нагрівання арматури прямо пропорційна тепловому потоку і обернено пропорційна масі m і питомої теплоємності матеріалу с:

 dT / dt = q /(cm). (3)

поставляючи значення q в (3), отримаємо

або . (4)

Віднімемо з (4) початкові умови, тобто. Е. В якості змінних розглянемо збільшення температур DТ = Т - Т0 и с = Тс- Тс0. Так як в сталому стані Т0 = Тс0, то

. (5)

Згідно (1), рівняння (5) може бути записано у вигляді

. (6)

Іноді буває зручно висловлювати змінні у відносних одиницях:

, (7)

де - Відносна зміна температури вимірюваного середовища; - Відносна зміна ТЕДС.

З урахуванням вищевикладеного остаточне рівняння, що зв'язує вхідну і вихідну змінну в динаміці, має вигляд

 , (8)

де - Постійна часу; - Коефіцієнт перетворення (передачі).

Тобто динамічні властивості ТЕП описуються лінійними диференціальними рівняннями першого порядку.

У загальному випадку зміна вихідної величини залежить від виду вхідного сигналу. Для усунення розбіжностей при оцінці реакції елемента прийнято на його вхід подавати одне з так званих типових апериодических впливів. В якості останнього часто використовується одиничне поетапне (стрибкоподібне) вплив, характерне для більшості процесів хімічних технологій (наброс навантаження). При такому впливі вхідні величина миттєво зростає від нуля до одиниці і далі залишається незмінною відповідно до вираження

 (9)

Однак це аналітичний вираз одиничного ступеневої впливу, або одинична ступінчаста функція, справедливо для різкого стрибка навантаження і саме тому функція називається «після» і позначається як 01 (t). Графік цієї функції представлений на рис. 4, а. Якщо стрибкоподібне вплив має вигляд відповідно до рис. 4, б (наприклад, різке скидання навантаження), то функція вже позначається як 10(t), Т. Е. «До», а її аналітичний вираз записується

.

а б

Мал. 4. Форма одиничного ступеневої вхідного впливу: а - типу «після»; б - типу «до»

Зміна ж вихідної величини елемента в часі, т. Е. Динаміка процесу, при цьому описується перехідною характеристикою, що позначається через h(t). Графічне зображення h(t) Називають графіком перехідної характеристики (іноді - кривій розгону).

Перехідну характеристику ТЕП можна визначити операційним або класичним методом. Використовуємо останній.

Маючи рівняння динаміки (8) при нульових умовах (t = 0; хвих= 0), загальне рішення неоднорідного рівняння хвих знаходимо у вигляді суми загального хзаг і приватного хчаст рішень. Для знаходження загального рішення напишемо відповідну вихідного (8) однорідне рівняння  і характеристичне рівняння Тp +1 = 0.

Корінь характеристичного рівняння р = - 1/ Т. Загальне рішення запишемо у вигляді

хзаг= Сеpt = CЕ-1/ T,

де С - Постійна інтегрування.

Приватне рішення в даному випадку визначається з рівності хвих= KХвх і має вигляд хчаст= k1 (t).



КОАГУЛЯЦІЯ желатин ШЛЯХОМ дегідратації ЙОГО СПИРТОМ В ізоелектричній точці. | В результаті отримуємо рішення
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати