3.3 Измерение температуры
Существуют различные методы измерения температуры: манометрический, терморезистивный, термоэлектрический, оптический и другие. Манометрические термометры и термометры сопротивления не обеспечивают работы при высоких температурах, а бесконтактные методы не очень точные. Для измерения температур выше 800 градусов Цельсия больше всего подходят термопары(термоэлектрические преобразователи).
В основу измерения температуры термоэлектрическими термометрами положен термоэлектрический эффект. Явление термоэлектричества было открыто немецким физиком Т. Зеебеком в 1821 г. и состоит в следующем. В замкнутой цепи термоэлектрического преобразователя (термопары), состоящего из двух или нескольких разнородных проводников, возникает электрический ток, если хотя бы два места соединения (спая) проводников имеют разные температуры. Спай, измеряющий температуру t, называется рабочим, а спай, имеющий постоянную температуруt0, — свободным. ПроводникиА и В называют термоэлектродами.
Термоэлектрический эффект объясняется наличием в металле свободных электронов, число которых в единице объема различно для разных металлов. Происходит диффузия быстрых электронов от горячего конца к холодному, она вызывает появление термо-ЭДС между холодным и горячим спаем, который и является выходным сигналом [6].
Для измерения температуры в печи был выбран термопреобразователь с унифицированным выходным сигналом ТХАУ Метран-271 - 200 - 0,5 - Н10 - (0...1000)°С - 4-20 мА - БК - Т6(рисунок 3.4).
Данные преобразователи предназначены для измерения температуры нейтральных и агрессивных сред, по отношению к которым материал защитной арматуры является коррозионностойким. Чувствительный элемент первичного преобразователя и встроенный в головку датчика измерительный преобразователь преобразуют измеряемую температуру в унифицированный выходной сигнал постоянного тока, что дает возможность построения АСУТП без применения дополнительных нормирующих преобразователей. Характеристики датчика приведены в таблице 3.1 [5].
Рисунок 3.4 – Термопреобразователи с унифицированным выходным сигналом Метран
Таблица 3.1 – Характеристики термопреобразователя
|
Показатель |
Значение |
|
Диапазон измерения |
0...1000 °С |
|
НСХ |
К |
|
Предел допускаемой основной погрешности |
0,5; 1,0 |
|
Зависимость выходного сигнала от температуры |
линейная |
|
Степень защиты от воздействия пыли и воды |
IP65 по ГОСТ 14254 |
|
Потребляемая мощность |
не более 0,9 Вт |
|
Напряжение питания |
от 18 до 42 В постоянного тока |
|
Выходной сигнал |
4-20 мА |
3.4 Измерение содержания диоксида серы в отходящих газах
Основные принципы действия, используемые в газоанализаторах без предварительной подготовки пробы, следующие:
абсорбционно-оптические (инфракрасного и ультрафиолетового поглощения),
термокондуктометрический,
термомагнитный,
пневматический;
Для измерения концентрации сернистого ангидрида наиболее подходящим является один из методов, основанных на инфракрасном поглощении – оптико-акустический.
Оптико-акустический метод основывается на следующем физическом явлении. Если газ, способный поглощать инфракрасные лучи, поместить в закрытый объем, и подействовать влиянием потока инфракрасной энергии, то за некоторый промежуток времени газ нагревается до некоторой температуры, которая определяется условиями теплопередачи. Одновременно увеличивается также давление газа. Когда поток прерывается с некоторой частотой при помощи обтюратора, газ в закрытом объеме периодически нагревается и охлаждается, возникают колебания температуры и давления газа, которые могут быть восприняты чувствительным элементом газоанализатора.
Источником инфракрасного излучения в таких газоанализаторах являются два излучателя помещенные в фокусах металлических сферических зеркал. Потоки излучения, отраженные зеркалами, поступают в два оптических канала. Оба потока излучения одновременно прерываются обтюратором. Правый оптический канал состоит из рабочей камеры (кюветы),через которую непрерывно протекает исследуемый газ, фильтровой камеры и приемной камеры.Левый оптический канал состоит из сравнительной камеры,фильтровой камеры и приемной камеры. Сравнительная камера заполнена чистым сухим газом, не поглощающим излучение, например, азотом, фильтровые камеры — неопределяемыми элементами газовой смеси, а приемные камеры — определяемым компонентом газа.
Прерывистый поток инфракрасного излучения, проходящего через слой анализируемой газовой смеси, теряет в ней часть энергии, пропорциональную содержанию определяемого компонента. В результате изменяется давление в приемной камере. Возникающие в лучеприемнике пульсации давления воспринимаются конденсаторным микрофоном и преобразуются в выходной сигнал [6].
Для измерения содержания диоксида серы в отходящих газах был выбран газоанализатор оптико-акустический стационарный КЕДР-М(рисунок 3.5).
Рисунок 3.5 – Газоанализатор Кедр-М
Газоанализатор «КЕДР М» является автоматическим и непрерывно действующим прибором, предназначенным для определения концентрации одного из компонентов в сложной газовой смеси. Прибор имеет ряд исполнений каждое из которых измеряет концентрацию определенного компонента: СО2, СО, СН4, С2Н6илиSO2. Выбранная модификация для измерения концентрации диоксида серы имеет диапазон измерения 0-20 % об. Прочие наиболее существенные характеристики приведены в таблице 3.2. [7]
КЕДР-М может быть использован для:
технологического контроля различных производств, в т.ч. производств аммиака, ацетилена, метанола;
оптимизации процессов горения по данным о составе дымовых газов;
контроля содержания оксида углерода в отходящих газах топливосжигающих установок различных типов - водогрейных котлов, ТЭЦ, асфальтовых заводов;
научных исследований и др.
Принцип действия – избирательное поглощение инфракрасного излучения определяемым компонентом анализируемой газовой смеси.
КЕДР-М зарегистрирован в Госреестре.
Таблица 3.2 – Характеристики газоанализатора
|
Время установления показаний |
9 с |
|
Выходной сигнал |
0-5 мА или 4-20 мА (по желанию заказчика) |
|
Цифровой выход |
через интерфейс RS-232 |
|
Индикатор |
цифровой |
|
Время прогрева |
не более 30 мин |
|
Температура окружающего воздуха |
5-50 °C |
|
Время работы без подстройки |
не менее 30 сут |
|
Питание |
от сети 220 В 50 Гц |
|
Потребляемая мощность |
45 Вт |
|
Габаритные размеры |
180*360*420 мм |
|
Масса |
12 кг |