Вопрос 17.

ТЕРМОКОНДУКТОМЕТРИЧЕСКИЕ ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ

В основу работы термокондуктометрических газоанализаторов положен метод, использующий зависимость электрического сопро­тивления проводника с большим температурным коэффициентом сопротивления (терморезистора), помещенного в камеру с анали­зируемой газовой смесью и нагреваемого током, от теплопровод­ности окружающей терморезистор смеси. Закономерности, свя­зывающие теплопроводность газовой смеси с ее составом, про­являются при условии сведения к минимуму (или поддержания ■ постоянной) доли теплоты, передаваемой от терморезистора кон­векцией и излучением. Этого условия достигают оптимизацией режима работы терморезистора, выбором конструктивных харак­теристик терморезистора и камеры, ограничением рабочей темпе­ратуры терморезистора (как правило, не выше 200 °С).

Простейшая принципиальная схема термокондуктометриче- ского анализатора приведена на рис. 36.1. В плечи измерительного неуравновешенного моста включены одинаковые терморезисторы 5\ два из них размещены в рабочих камерах 1 к 3, через которые проходит анализируемый газ, и включены в противоположные плечи моста, а два других размещены в сравнительных камерах 2 и 4, заполненных или продуваемых сравнительным газом изве­стного и постоянного состава (например, воздухом). Если анализируемая газовая смесь отличается по теплопровод­ности от сравнительного газа, то температура, а следовательно, и сопротивление терморезисторов в рабочих камерах отличаются от температуры и сопротивления терморезисторов в сравнитель­ных камерах. Сила тока в диагонали моста зависит от величины разбаланса места, т. е. от содержания искомого компонента в га­зовой смеси.

ТЕРМОМАГНИТНЫЕ ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ

Из всех газов наибольшей магнитной восприимчивостью обла­дает кислород, магнитная восприимчивость которого на 2— 3 порядка больше по сравнению с другими газами (кроме кисло­рода, парамагнитными газами можно считать только NO и N0₂, но эти газы не подчиняются закону Кюри). Это позволяет исполь­зовать магнитные свойства кислорода для избирательного измере­ния его концентрации в промышленных газовых смесях.

Непосредственное измерение объемной магнитной восприимчи­вости сложно, поэтому измерения содержания кислорода в газо­вых смесях основаны на косвенных методах, связанных с магнит­ными свойствами кислорода. Из косвенных методов наибольшее применение получил термомагнитный метод, основанный на использовании изменения объемной магнитной восприимчивости кислорода при изменении его температуры. В основе те'рмомагнит- ного метода лежит явление термомагнитной конвенкции, сущность которого заключается в следующем. Если нагретый электрическим током проводник поместить в неоднородное магнитное поле, то вследствие уменьшения объемной магнитной восприимчивости кислорода, обусловленной нагреванием газовой смеси вблизи проводника, создается движение газовой смеси в направлении от больших напряженностей магнитного поля к меньшим.

На рис. 37.1 приведена принципиальная схема термомагнит­ного газоанализатора. Датчик газоанализатора состоит из коль­цевой камеры с горизонтальной стеклянной трубчатой перемычкой, помещенной между полюсами постоянного магнита так, что магнитное поле создается на одной стороне измерительной пере­мычки. На стеклянную перемычку навита двухсекционная нагре­ваемая обмотка из тонкой платиновой проволоки. Секции обмоток представляют собой два плеча неуравновешенного моста и служат измерительными элементами. Двумя другими плечами являются манганиновые резисторы R1 и R2.

При наличии в газовой смеси кислорода часть потока ответ­вляется в перемычку, где образуется поток газа в направлении слева направо (от большей напряженности магнитного поля к меньшей). Образующийся конвекционный поток газа переносит теплоту от обмотки R3 к R4, вследствие чего изменяются темпе­ратура секций (R3 охлаждается, R4 нагревается) и их сопро­тивление. Разность сопротивлений функционально связана с кон­центрацией кислорода в исследуемой газовой смеси.

Разбаланс моста измеряется вторичным прибором, шкала кото­рого отградуирована в единицах концентрации кислорода. Изме­рительный мост питается постоянным током от стабилизированного источника питания. Резистор R5 служит для регулирования силы тока питания моста.

Для обеспечения постоянства температуры датчик термостатирован. Система термостатирования обеспечивает постоянство температуры с точностью ±1 °С. Основная погрешность прибора не превышает ±2,5 % диапазона шкалы.

При больших концентрациях кислорода скорость термомаг­нитной конвекции становится настолько большой, что перерас­пределение температур между секциями измерительной обмотки нарушается, и чувствительность прибора падает. Если кислород содержится в больших количествах, то применяют газоанализа­торы, в которых для уменьшения скорости термомагнитного по­тока создается противоположно направленный поток тепловой конвекции. С этой целью измерительную перемычку датчика располагают вертикально так, что конец трубки в магнитном поле расположен сверху. Для повышения чувствительности прибора уменьшают напряженность магнитного поля и повышают темпе­ратуру измерительной обмотки.

Такие газоанализаторы используют для контроля частоты кислорода при его содержании от 20 до 100 %.

№18.Дифференциально-трансформаторная система.

По характеру передачи показаний приборы делятся на местные и с дистанционной передачей. Местные приборы по своей конструкции могут быть использованы только непосредственно у места измерения. У приборов с дистанционной передачей исполнительная часть находится на значительном расстоянии от места измерения.

Дифференциально – трансформаторная система, преобразующая неэлектрический сигнал (параметр давления, разряжения в электрический с дистанционной передачей информации на расстояние состоит из пружины Бурдона , индукционной катушки , перемещающегося в ней металлического плунжера , который отслеживает изменения движения свободного конца пружины Бурдона в зависимости от поступающего импульса давления Р.

По первичной обмотке катушки протекает переменный ток, ток возбуждения, который создает магнитный поток. Вторичная обмотка индукционной катушки состоит из двух секционных и встречно включенных малых обмоток. Когда нет входного импульса давления, и плунжер находится в среднем положении относительно вторичных обмоток, то за счет встречных потоков магнитных на выходе датчика отсутствует сигнал Когда же появляется входной параметр давления, плунжер от среднего положения перемещается вверх, на величину поступившего сигнала. Плунжер, входя в секцию вторичной обмотки увеличивает ее индуктивность, уходя из секции уменьшает ее индуктивность. В результате напряжения в секциях имеют разную величину, и за счет встречного включения этих секций на выходе имеется разностный сигнал переменного напряжения, пропорциональный входному параметру давления. В силу определенных причин, здесь не рассматриваемых, (они рассматриваются в пособии по подготовке НС ЦТАИ) за основу выходного сигнала берется не напряженческий характер, а взаимная индуктивность между первичной обмоткой катушки и вторичной и выражается в единицах МГн. Соответственно выходной сигнал составляет от 0 до 10 МГн, что соответствует нулевому и максимальному значению технологического параметра давления для данной измерительной системы.

Применение резисторной цепочки в цепи вторичной обмотки датчика дифференциально трансформаторной схемы позволило унифицировать датчики и сделать их взаимозаменяемыми.

Дальше сигнал с выхода датчика поступает на вторичный прибор и там реализуется в общепринятый информационный материал (давление). Вторичные приборы имеют типы КПД1, КСД1, КСД2, КСД3, РП-160 и соответствующие модификации в зависимости от исполнительской функции (сигнализация, регулирование, защита и т.д.). Класс точности вторичных приборов 1.

№19 Вторичный пневматический прибор системы «СТАРТ»

Приборы ПВ являются вторичными приборами пневматической системы "Старт" и применяются для измерения любых технологических параметров, предварительно преобразованных в давление сжатого воздуха (унифицированный пневматический сигнал). Он записывает на ленточную диаграмму величину регулируемого параметра, показывает значение сигнала задания и управляющего воздействия в прибор входит станция управления регулятором.

Схема вторичного регистрирующего прибора системы старт.

На рисунке приведена схема вторичного пневматического прибора системы «Старт» для записи и показания одного параметра, принцип действия которого основан на компенсации усилий. При изменении давления P_вх=0,02 … 0,1 МПа сильфона 3 меняется зазор между заслонкой, находящейся на конце рычага 4 и соплом 6. При изменении давления в линии сопла меняется положение сферической мембраны силового элемента 1 и упирающегося в него рычага 2. Перемещения рычага 2 передается перу и стрелке, укрепленным на тросике. Рычаг 2 перемещается до момента, когда момент силы пружины 5 обратной связи уравновешивает момент силы, развиваемый чувствительным элементом.

№20. Характеристики объектов процесса регулирования.

Объекты, автоматизации процессов характеризуются рядом величин: емкостью, коэффициентом емкости, самовыравниванием, запаздыванием времени разгона и скоростью последнего. Под емкостью объекта подразумевают запас вещества или энергии, содержащейся в нем при заданном значении выходного (регулируемого) параметра. Емкость объекта характеризуется коэффициентом емкости, т. е. количеством регулирующего агента, подводимого к объекту (или отводимого от него), необходимого для изменения величины параметра на единицу его измерения. Например, размерность коэффициента емкости при регулировании уровня в баке выражают в м³/м (высота уровня), т. е. в м².

Объект автоматического регулирования, состоящий из одной емкости и сопротивления, называют одноемкостным. Объект с несколькими емкостями, участвующими в процессе регулирования и разделенными между собой сопротивлениями, называется многоемкостным.

Самовыравниванием объекта автоматизации называют свойство его приходить после возмущения к установившемуся состоянию без воздействия регулятора. Самовыравнивание зависит от свойства объекта и способа его включения в схему технологического процесса.

Параметры в объектах изменяются не одновременно с возникновением возмущения (нарушением притока или расхода), а через некоторое время, называемое запаздыванием процесса в объекте. Запаздывание — это время, требующееся для установления нового значения параметра и для преодоления инерционности объекта.

Случай запаздывания процесса подразделяют на емкостное, переходное и передаточное (транспортное). Под емкостным запаздыванием понимают замедление в изменении регулируемой величины при изменении притока или расхода, обусловленное емкостью объекта или тепловым и гидравлическим сопротивлениями (например, тепло передается через стенки, имеющие изоляцию; при этом чем больше время передачи тепла, тем больше запаздывание).

Передаточное запаздывание — это задержка в изменении регулируемого параметра вследствие того, что движение тепла или другого фактора, распространяясь от места подачи, достигнет места установки реагирующего (чувствительного) элемента регулятора лишь через некоторый промежуток времени. Запаздывание регулирования процесса ухудшает его и уменьшает устойчивость системы, поэтому нужно стремиться к максимальному его уменьшению.

Время разгона процесса характеризует его инерционность: чем больше время разгона, тем медленнее изменяется регулируемая величина при появлении возмущения.

Величину, обратную времени разгона, называют скоростью разгона процесса объекта. Она представляет собой скорость изменения регулируемой величины при максимальном возмущении. Кривая разгона процесса объекта является важной динамической характеристикой и может быть определена экспериментально. Для этого необходимо создавать возмущения в таких пределах, какие позволяют оборудование и технологический процесс.

С войствами, аналогичными свойствам объектов автоматизации, характеризуются и остальные звенья автоматической системы (регуляторы, регулирующие органы, исполнительные механизмы, датчики и т. п.).