Мир Знаний

Интеллектуальные датчики (стр. 13 из 14)

Пусть Ф – отношение тепла, аккумулированного чувствительной частью термометра на 1°С к ее поверхности, т.е.

,

где V – объем чувствительной части термометра, см3;

y – плотность материала, г/см3;

с – теплоемкость, кал/г;

S – поверхность, см2.

Тогда

,

где а – коэффициент теплоотдачи от среды, ккал/м2*ч*град;

– показатель тепловой инерции термометра, мин;

– переводной коэффициент для размерностей.

4.2 Расчет термопреобразователей сопротивления

Отклонение характеристики термопреобразователя сопротивления от стандартной

Температурная характеристика термометра сопротивления может отличаться от градуировочной таблицы в зависимости от точности подгонки сопротивления термометра при нулевой температуре и от чистоты металла термосопротивления. Чистоту металла принято определять отношением

, где R100 и R0 сопротивления термометра соответственно при 100 и 0°С.

Допустимые отклонения R0и

, от номинального значения, установленные для технических термометров, приведены в табл. 4.1. Влияние этих допустимых отклонений на результат измерения сказывается тем больше, чем выше измеряемая температура (табл. 4.2).

Для платиновых термометров сопротивления II класса ошибка при температуре 500°С может быть до 2,5°С.

Подбор терморезисторов

Терморезисторы обычно подбирают по номинальному значению сопротивления при температуре 20°С (R20) – Температурная характеристика терморезистора описывается выражением

,

где R20 – начальное сопротивление терморезистора при температуре 20°С

e – основание натуральных логарифмов;

В – постоянный коэффициент, °К;

Т – температура, °К. Промышленность выпускает терморезисторы с допуском на начальное сопротивление R20 ±20 %, на температурный коэффициент ±8 % и на коэффициент температурной характеристики В ±17 %.

Для подбора полупроводниковых терморезисторов с одинаковыми характеристиками необходимо измерить, их сопротивление при 20° С – R20 и при 100°C (R100).

По значениям R20 и R100 можно также рассчитывать и строить температурные характеристики

, Коэффициент В определяется по формуле

Влияние температуры окружающей среды

Провода, соединяющие термометр сопротивления с измерительным прибором, изготовляются обычно из меди. При изменении температуры окружающей среды их сопротивление меняется. Это вносит дополнительную погрешность в результаты измерения. Чтобы избежать появления этой погрешности часто применяют трехпроводную схему включения термометра сопротивления.

Каждый из соединительных проводов в этом случае оказывается включенным в противоположное плечо моста. Изменение сопротивления проводов приводит к изменению сопротивления обоих противоположных плеч. Полностью влияние соединительных проводов при трехпроводной схеме устраняется только в случае, если сопротивления обеих соединительных линий одинаковы и мост симметричный, т. е. R1=R2. Также применяется четырехпроводная схема включения термопреобразователя, которая в симметричном мосте исключает влияние сопротивления соединительных проводов независимо от равенства их сопротивлений.

При двухпроводной схеме включения термопреобразователя погрешность может быть подсчитана, если известны градуировка термометра, температура окружающей среды и сопротивление соединительных проводов при нормальной температуре (20°С).

Пересчет величины сопротивления проводов при нормальной температуре R20 на сопротивление при данной температуре производится по формуле

.

Если соединительные провода медные (температурный коэффициент а=0,004), подсчет может производиться по формуле

.

Проверка основной погрешности термопреобразователя сопротивления

Количество отсчетов при каждом значении температуры – не менее 4.

Значение температуры рассчитывается по формуле

,

где n – число измерений;

ti – значение температуры, измеряемой термопреобразователем, °С. Основную погрешность вычисляют по формуле

,

где td – действительное значение температуры, измеряемое эталонным средством.

Раздел 5. Опытное применение интеллектуальных датчиков ПГ «Метран»

5.1 Разработка интеллектуальных датчиков ПГ «Метран»

Температура – важнейший параметр технологических процессов многих отраслей промышленности. Внедрение прогрессивных технологий повышает требования к точности измерений температуры. Одновременно с этим усложнение процессов производства заставляет расширять диапазоны измерений температуры и изыскивать новые методы ее измерений в более сложных производственных условиях.

Понятие «новизны в термометрии ПГ «Метран»» связала с разработкой новых конструкций и применением новых материалов и технологий.

Технология изготовления термоэлектрических преобразователей из термопарного кабеля КТМС с применением импульсной лазерной сварки рабочего спая ранее использовалась только на предприятиях атомной энергетики и военной промышленности и была закрыта для широкого использования. В настоящее время кабельные термопреобразователи стали доступны для применения в различных отраслях промышленности и научных исследованиях.

Именно на базе термопарного кабеля и лазерной сварки ПГ «Метран» была разработана серия термопреобразователей ТХА/ТХК Метран-200.

В номенклатуру продукции вошли также термопреобразователи сопротивления медные (50М, 100М) и платиновые (50П, 100П, РПОО, Р1500, Р11000) разных конструкций, с одним и двумя чувствительными элементами.

За эти годы освоено производство как самых простых термопар и термометров сопротивления, так и современных микропроцессорных датчиков температуры.

Например, ПГ «Метран» предлагает датчики температуры с унифицированными выходными сигналами серии Метран-270, Метран-270МП имеющими широкий модельный ряд, включающий общепромьштенное, взрывозащищенное(Ех1а,Ехф исполнения и 15 вариантов защитной арматуры.

Применение этой серии датчиков дает возможность построения АСУ ТП без дополнительных нормирующих преобразователей.

Микропроцессорный преобразователь датчиков Метран-270МП позволяет перенастраивать диапазон измерений и перепрограммировать номинальную статическую характеристику в случае замены чувствительного элемента на другой тип.

Российские интеллектуальные датчики температуры Метран-280 с поддержкой коммуникационного протокола НАРТ, позволяют создавать глобальные АСУ ТП с минимальными затратами.

Микропроцессорная электроника Метран-280 позволяет повысить точность измерений. Одновременно технология НАРТ-протокола позволяет по одной паре проводов передавать и аналоговый 4-20 мА, и цифровой сигналы, что дает возможность использовать уже имеющиеся коммуникации для аналоговых сигналов.

Мы можем дистанционно принимать необходимую информацию от полевых датчиков Метран-280 и осуществлять диагностику и настройку, используя для этого коммуникатор Метран-650 или компьютер с программным обеспечением H-Master. Приведенные функции особенно высоко оцениваются, когда датчики расположены в труднодоступных местах и на больших расстояниях друг от друга.

Непрерывная самодиагностика Метран-280 обеспечивает оперативность проведения ремонтных и профилактических работ, т.к. в случае неисправности датчик немедленно выдает сигнал о возникновении нештатной ситуации (сбоя) в конкретном блоке. Также немаловажен экономический эффект от эксплуатации датчиков с микропроцессорами из-за быстрой окупаемости первоначальных вложений и минимальной стоимости владения.


5.2 Преобразователи температуры «Метран-280»

ИНГ состоит из первичного преобразователя температуры и электронного модуля (ЭМ) с выходными сигналами:

– аналоговым 4-20 мА:

– цифровым HART версии 5 с физическим интерфейсом Bell-202.

ИНГ имеют термоэлектрический хромель-алюмелевый (ТХА) чувствительный элемент (ЧЭ) или резистивный платиновый ЧЭ (ТСП).

Измеряемый параметр – температура в ИНГ Метран-286 с помощью ГОТГ преобразуется в изменение омического сопротивления платинового ЧЭ. Аналоговый сигнал поступает на вход ЭМ, преобразуется с помощью аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) в дискретный сигнал. Дискретный сигнал с помощью микропроцессорного преобразователя (МП) обрабатывается с целью:

– линеаризации НСХ ЧЭ 11111;

– перестройки диапазонов измерения в пределах рабочего диапазона температур;

– самодиагностики составляющих узлов ЭМ;

– детектирования обрыва или короткого замыкания ППТ.

С выхода МП дискретный сигнал поступает на цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), осуществляющий преобразование дискретного сигнала в унифицированный токовый аналоговый сигнал 4-20 мА, а также на блок частотного модулятора, преобразующий дискретный сигнал в частотно модулированный и наложенный на аналоговый сигнал.