№10: контрольно-измерительные приборы (стр. 2 из 10)
1 - стабилизатор напряжения; 2 - силовой блок; 3 - лампа накаливания; 4 - линза; 5 - излучатель; 6 - визирная головка; 7 - зеркальный отражатель; 8 - электромагнитный вибратор; 9 - кассета; 10 - светофильтр; // - окуляр; 12 - фотоэлемент; 13 -электронный усилитель; Ц - электронный потенциометр; 15 - разделительный трансформатор; 16 - диафрагма; 17 - объектив телескопа; 18 - термоприемник; 19 -стеклянная колба; 20 - медный кожух; 21 - цоколь; 22 - вторичный прибор; 23 -медные провода
Фотоэлектрические пирометры применяют для автоматического контроля так называемой яркостной температуры в пределах от 600 до 4000° С (например, прокатываемого металла).
Радиационные пирометры состоят из следующих основных частей: телескоп вторичного измерительного прибора и панели с катушками сопротивления. В зависимости от конструктивного выполнения телескопы, являющиеся первичным прибором (преобразователем), разделяются на рефлекторные и рефракторные. В пирометрах с рефлекторным телескопом поток излучения концентрируется на чувствительном элементе с помощью сферического зеркала-рефлектора, а в пирометрах с рефракторным телескопом—с помощью двояковыпуклой схеклянной линзы объектива.
Рассмотрим принципиальную схему радиационного пирометра с рефракторным телескопом (рис. 10.3, б), получившего наиболее широкое применение. Объектив 17 телескопа направляют (визируют) на излучатель 5 (в данном случае — отверстия в кладке печи) так, чтобы поток лучей от него проходил через линзу 4 объектива и концентрировался на термоприемнике 18— чувствительном элементе телескопа. Термоприемник представляет собой термобатарею, состоящую из десяти миниатюрных термоэлектрических термометров, соединенных последовательно для увеличения термо-ЭДС.
Линза окуляра 11 предназначена для правильной наводки (визирования) телескопа на нагретое тело, защитное стекло — для предохранения глаз наблюдателя, а диафрагма 16—для подгонки напряжения на зажимах телескопа при его градуировке.
Телескоп применяют для измерения температуры нагретых тел в пределах от 400 до 2500°С. Оптическая система (линзы объектива и окуляра), чувствительный элемент (термобатарея), диафрагма и защитное стекло помещены в литой цилиндрический корпус, снабженный штуцером для крепления телескопа.
Наиболее распространенным радиационным пирометром является пирометр РАПИР, основным элементом которого является телескоп ТЭРА-50 с термобатареей, преобразующей тепловое излучение нагретого тела в термо-ЭДС, измеряемую вторичным прибором.
Кроме телескопа ТЭРА-50 в комплект пирометра РАПИР входят панель с катушками сопротивлений, защитная арматура ЗАРТ-53, один или два вторичных прибора (милливольтметры или потенциометры) и соединительные медные провода. Арматура ЗАРТ-53 защищает телескоп от возможных механических повреждений, загрязнений и главным образом от высокой температуры окружающей среды.
Рис. 10.4. Общий вид телескоп ТЭРА-50: 1 - зажимы для подключения измерительного прибора; 2 - линза окуляра; 3 - корпус телескопа; 4 - термобатарея; 5 - фланец; 6 - линза объектива; 7 - диафрагма; 8 - штуцер
При измерении радиационным пирометром температуры расплавленного металла применяют так называемые калильные трубы (защитные огнеупорные чехлы).
Агрегатный комплект стационарных пирометров АПИР-С (ГСП) относится к пирометрам полного и частичного излучения и предназначен для бесконтактного измерения и контроля радиационной температуры поверхностей от 100 до 2500°С.
Преобразователи этих пирометров работают в комплекте с вторичными измерительными преобразователями ПВ-0.
В комплект АПИР-С входит несколько первичных преобразователей, предназначенных для измерения различных температур.
Рассмотрим устройство и принцип действия одного из наиболее распространенных первичных преобразователей ППТ-121 (рис. 10.5) для измерения температуры полного излучения.
Рис. 10.5. Пирометрический преобразователь ППТ-121:
1 - кронштейн; 2 - приемный элемент (термобатарея); 3 - конденсор; 4 - конденсорные линзы; 5 - полевая диафрагма; 6 - апертурная диафрагма; 7 - линза объектива; 8 - защитное стекло; 9 - наружная труба; 10 -разъем
Он состоит из двух основных узлов: объектива, предназначенного для передачи энергии излучения от объекта измерения в приемное устройство, и приемного устройства, преобразующего энергию излучения в электрический сигнал термо-ЭДС. Объектив собран на кронштейне 1 и состоит из завальцованной в металлической втулке линзы 7 объектива, полевой диафрагмы 5, апертурной диафрагмы 6 и конденсора 3.
Линза служит для получения изображения объекта в плоскости полевой диафрагмы, которая укреплена на кронштейне с помощью винта. Конденсор, состоящий из втулки и двух одинаковых конденсорных линз 4, передает изображение от полевой диафрагмы в плоскость приемного элемента 2 приемного устройства.
Приемный элемент представляет собой термобатарею из миниатюрных фольговых хромель-копелевых термоэлектрических термометров (термопар), соединенных последовательно для увеличения термо-ЭДС.
Термо-ЭДС, развиваемая термобатареей, зависит от разности температур горячих спаев, нагреваемых сфокусированным излучением, и холодных спаев, имеющих хороший тепловой контакт через медную шайбу с корпусом преобразователя. Температура холодных спаев зависит от температуры окружающей среды и, в частности, от температуры корпуса преобразователя, в котором находится термобатарея.
Для настройки стандартной градуировочной характеристики термобатареи используют апертурную диафрагму 6, которую перемещают до подгонки градуировочной характеристики преобразователя до номинальной.
Наружную трубу 9 пирометра надевают на объектив и закрепляют крышкой со стеклом 8, предохраняющим объектив от загрязнения. Подключают преобразователь ППТ-121 в измерительную схему с помощью разъема 10.
Вторичный измерительный преобразователь ПВ-0 предназначен для усиления и преобразования в выходной сигнал ГСП напряжения низкого уровня, поступающего от первичного пирометрического преобразователя полного излучения ППТ-121.
Сигнал низкого уровня, пропорциональный измеряемой температуре объекта, от первичного пирометрического преобразователя полного излучения ППТ поступает на вход преобразователя ПВ-0, где он преобразуется и усиливается до напряжения 0...2 В.
10.3. Измерение давления и вакуума
Все тела, находящиеся на земной поверхности, испытывают со всех сторон одинаковое давление атмосферы, окружающей земной шар. Это давление называется атмосферным. Кроме того, различают абсолютное pабс, избыточное pизб давления и вакуум pвак. Абсолютным называют полное давление с учетом давления атмосферы, отсчитываемое от абсолютного нуля. Избыточным называют давление сверх атмосферного, равное разности между абсолютным и атмосферным давлением pизб = pабс - рот. Избыточное давление отсчитывается от условного нуля, за который принимается атмосферное давление.
Если из закрытого сосуда откачать часть воздуха, то абсолютное давление внутри сосуда понизится и станет меньшим, чем атмосферное. Такое давление внутри сосуда называют вакуумом. Вакуум равен разности между атмосферным и абсолютным давлениями.
Для измерения избыточного давления газа, пара и жидкости применяют манометры; небольших давлений и вакуума — напоромеры и тягомеры; вакуума — вакуумметры; давления и вакуума — тягонапоромеры и мановакуумметры.
Манометры, вакуумметры и мановакуумметры изготовляют по ГОСТ 2405—Ј8, а напоромеры, тягомеры и тягонапоромеры — по техническим условиям предприятий-изготовителей.
Манометры. По принципу действия их подразделяют на жидкостные (трубные), пружинные, мембранные, сильфонные, пьезоэлектрические, поршневые и проволочные (тензоманометры). Рассматрим лишь тензорезисторные манометры, пригодные для автоматизации технологических измерений.
Манометр САПФИР-22ДИ (рис. 10.6) для измерения избыточного давления состоит из измерительного блока 4 и унифицированного электронного устройства 5. Внутри основания 2 блока 4 размещен мембранный тензопреобразователь 7, полость 8 которого заполнена кремнийорганической жидкостью и отделена от измеряемой среды металлической гофрированной мембраной 10. Мембрана приварена по наружному контуру к основанию 2.
Рис. 10.6. Мембранный манометр САПФИР-22ДИ: 1 - прокладка; 2 - основание; 3 -полость; 4 - измерительный блок; 5 - электронное устройство; 6 -гермовывод; 7 - мембранный тензопреобразователь; 8 - полость тензопреобразователя; 9 - фланец; 10 - мембрана; 11 - камера
Чувствительным элементом тензопреобразователя является пластина из монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами, прочно соединенная с мембраной 10. Основное свойство тензорезисторов — способность изменять свое электрическое сопротивление в зависимости от степени прогиба мембраны тензопреобразователя.
Измеряемая величина (давление среды в технологическом аппарате или трубопроводе) подается в камеру 11 фланца 9 измерительного блока и через жидкость, заполняющую тензопреобразователь, воздействует на мембрану, вызывая ее прогиб и изменение электрического сопротивления тензорезисторов.
Электрический сигнал от тензопреобразователя передается из измерительного блока в электронное устройство 5 по проводам через вывод 6. Электронное устройство преобразует этот сигнал в токовый выходной сигнал манометра, значение которого зависит от измеряемого давления.
10.4. Измерение расхода и количества