КВП / Тема 8(3)

8.12 МЕТОДИ ТА ПРИЛАДИ ДЛЯ ВИМІРЮВАННЯ ТЕМПЕРАТУРИ

В агропромисловому комплексі для вимірювання температури використовуються методи, які основані на зміні електричного опору матеріалів при зміні температури, а також на термоелектричному ефекті. Ці методи є контактними, так як тепловий вимірювальний перетворювач розташований у середовищі, температуру якого слід виміряти. Теплові ПВП використовуються в комплекті з вторинними вимірювальними приладами (ВВП). Розглянемо такі комплекти більш детально: (див. таблицю 1).

8.13 МЕТОДИ ТА ПРИЛАДИ ДЛЯ ВИМІРЮВАННЯ РІВНЯ

Вимірювання рівня – це визначення відстані між двома паралельними площинами, одна з яких є лінією відліку, друга – площиною, яка розділяє два середовища різної густини.

Рівнемір – перетворювач для безперервного вимірювання рівня в будь – якій точці ємності.

Сигналізатор рівня – перетворювач для контролю рівня в окремих точках ємності. За характером вимірювального середовища ПВП рівня поділяються на ПВП вимірювання рівня рідини різної густини та ПВП вимірювання рівня сипких матеріалів.

Класифікація ПВП вимірювання рівня наведена на рисунку 1.

Найменування ПВП та ВВП	Схема включення та опис принципу дії схеми
Термометр опору та магнітоелектричний логометр	1 – постійний магніт; 2 – котушки зі струмами; 3 – терморезистор; 4 – джерело живлення; 5 – пристрій відліку, шкала якого проградуйована в одиницях температури 1. Струм від джерела живлення подається на дві котушки; 2. Струми I1 та I2 спрямовані в різні сторони та створюють за правилом Ленца два моменти обертання Мвр1 та Мвр2; 3. Якщо R=Rt , Мвр1=Мвр2стрілочний покажчик знаходиться в нульовому положенні; 4. При зміні температури опір терморезистора змінюється, рівновага моментів порушується, стрілочний покажчик пересувається на кут α, який залежить від:
Найменування ПВП та ВВП	Схема включення та опис принципу дії схеми
Термометр опору та зрівноважений міст постійного струму	R1 ,R2 – постійні резистори; RР – реохорд; Rt – терморезистор; Р – прилад нульовий; GB – джерело живлення; 2 – 4 – діагональ живлення моста; 1 – 3 – вимірювальна діагональ 1. Вимірювальний міст знаходиться у стані рівноваги, коли , U13=0; 2. При зміні температури змінюється опір терморезистора Rt. Умова рівноваги порушується, з’являється напруга U13, стрілочний покажчик приладу пересувається на кут α; 3. Для зрівноваження моста необхідно пересувати повзунок реохорду доки стрілочний покажчик приладу не займе нульове положення, а напруга U13 стане дорівнювати 0; 4. Положення повзунка реохорду надасть кількісну інформацію щодо значення температури, що вимірюється.
Найменування ПВП та ВВП	Схема включення та опис принципу дії схеми
Термометр опору та автоматичний вимірювальний міст	При зміні температури, змінюється опір терморезистора Rt , міст виходить з рівноваги. В вимірювальній діагоналі моста з’являється напруга, яка підсилюється на надходить на реверсивний електродвигун. Вал електродвигуна через редуктор з’єднаний з повзунком реохорду та пересуває його так, щоб напруга зменшувалась до нульового значення. При досягненні рівноваги моста електродвигун зупиняється, а по положенню повзунка реохорду можна візуально визначити величину вимірювальної температури.
Термопара та магнітоелектричний мілівольтметр	Принцип дії оснований на вимірюванні напруги малої величини. При зміні температури на вільних кінцях термопари виникає термо-ЕРС, величину якої вимірює мілівольтметр, шкала якого проградуйована в одиницях температури. Взаємодія магнітного поля постійного магніту та поля котушки зі струмом приладу призводить до виникнення моменту обертання, який пересуває стрілочний покажчик приладу на кут α, який пропорційний термо-ЕРС.
Найменування ПВП та ВВП	Схема включення та опис принципу дії схеми
Термопара та компенсатор Термопара та автоматичний компенсатор	GB – джерело живлення; R1 – реостат; R2 – постійний резистор; RР – компенсатор з пристроєм відліку; GH – нормальний елемент; GN – термопара; Р - нульовий прилад; S – дво позиційний перемикач 1. На початку вимірювання перемикач встановлюється в положення «1». 2. За допомогою реостату R1 струм з джерела живлення встановлюється таким, щоб падіння напруги на резисторі R2 дорівнювало падінню напруги на елементі GH. Стрілочний покажчик нульового приладу знаходиться в нульовому положенні. 3. Для вимірювання температури перемикач S встановлюється в положення «2». Стрілочний покажчик приладу відхиляється на кут α, так як термопара вимірює температуру, то на її вільних кінцях виникає термо – ЕРС. 4. Повзунок компенсатора слід пересувати доки стрілочний покажчик не стане на нульове положення, тобто наступить компенсація величини термо – ЕРС термопари: ДЖС – стабілізоване джерело живлення; П – підсилювач; РЕД – реверсивний електродвигун; RР – реохорд – автоматичний компенсатор Термопара вмикається зустрічно напрузі компенсації ЕК, яка створюється мостовим колом; Ця напруга змінюється пропорційно пересуванню повзунка реохорду; 3. Різниця термо – ЕРС термопари та напруги компенсації ЕК (Ет – ЕК) підсилюється підсилювачем та надходить на реверсивний електродвигун; 4. Вал електродвигуна обертається та пересуває повзунок компенсатора доки різниця напруг не стане дорівнювати нулю. 5. Електродвигун зупиняється, а по положенню повзунка компенсатора можна візуально визначити величину вимірювальної температури.

Рисунок 1 – Класифікація методів вимірювання рівня

Слід відзначити, що вимірювання рівня рідини в резервуарі необхідно для визначення її кількості.

Розглянемо прилади для вимірювання рівня рідини більш детально.

Прилад для вимірювання рівня рідини з поплавком та електричним перетворювачем. Прилад має поплавок, який плаває на поверхні рідини, та перетворювач його вертикального переміщення в електричну величину. Конструктивна схема має вигляд (див. рисунок 2):

Рисунок 2 – Конструктивна схема приладу для вимірювання рівня

Зміна рівня рідини за допомогою поплавка 1 та механізму передачі 2 перетворюється в зміну положення повзунка реостатного перетворювача 3. Це призводить до зміни сили струму I₁ та I₂ в обмотках вимірювального механізму 4, шкала якого має одиниці вимірювання рівня.

Прилад для вимірювання рівня рідини з поплавком змінного занурення мають назву буйковий рівнемір. Вхідною величиною такого приладу є зміна ваги рідини, яка виштовхується поплавком. Спрощена схема такого приладу має вигляд (див. рисунок 3):

Особливість буя – його довжина дорівнює або більша, ніж діапазон вимірювання рівня рідини.

Рисунок 3 – Схема буйкового рівнеміра

Електричний метод вимірювання рівня рідини реалізований в електричному кондуктометричному рівнемірі та сигналізаторі. Чутливими елементами є електроди, які встановлюються на різних рівнях в резервуарі. Схеми встановлення електродів мають вигляд (див. рисунок 4):

а) б)

сигналізатор рівня; рівнемір безперервного

вимірювання рівня;

Рисунок 4 – Схеми встановлення електродів у ємності при

вимірюванні рівня рідини

Слід відзначити, що область застосування таких приладів обмежена, а саме, для вимірювання рівня електропровідних рідин. Так як при стиканні рідини з електродами виникає різка зміна опору від безмежної величини до певного значення.

Рівнемір з індуктивним перетворювачем – це таки прилад, у якому значення рівня рідини визначається за зміною опору індуктивного перетворювача. Спрощена схема такого приладу має вигляд (див. рисунок 5):

Чутливим елементом є поплавок, який зв’язаний з феромагнітним осердям індуктивної котушки. Ступінь

переміщення осердя залежить від рівня рідини.

Фізичний процес перетворення величини рівня в електричну величину можна представити у вигляді математичного взаємозв’язку величин, а саме:

Рисунок 5 – Схема індуктивного рівнеміра

Фізичний процес перетворення величини рівня в електричну величину можна представити у вигляді математичного взаємозв’язку величин, а саме:

,

тобто перетворення вхідної величини – рівня здійснюється у відповідну зміну індуктивності котушки за рахунок зміни параметрів магнітного кола індуктивного перетворювача.

Наведені вище фізичні основи покладені в основу принципу дії індуктивних рівнемірів, конструктивні схеми яких наведені нижче (див. рисунок 6 та 7):

1- поплавок; 2 – механізм передачі; 3 – індуктивний перетворювач – двох секційна котушка; 4 - вимірювальний прилад; 5 - феромагнітне осердя

Рисунок 6 – Схема індуктивного рівнеміра з поплавком

Принцип вимірювання рівня рідини: при збільшенні рівня рідини у резервуарі осердя пересувається у першу секцію котушки, повний опір якої збільшується, а другої – зменшується. Ці опори є плечами вимірювального моста змінного струму. Напруга небалансу моста залежить від рівня рідини. Шкала вимірювального приладу має одиниці вимірювання рівня.

1 - поплавок; 2 – механізм передачі;

3, 4 – індуктивний перетворювач, котушки якого з’єднані в вимірювальний міст; 5 – резервуар;

6, 7 – феромагнітні осердя; 8, 9 – механізм відліку показань.

Рисунок 7 – Схема індуктивного рівнеміра з диференційним

перетворенням

Збільшення рівня рідини в резервуарі викликає переміщення осердя 6 та зміну повного опору котушки 3, а також виникає небаланс вимірювального моста. Струми в обмотках котушок 3 та 4 змінюються, як наслідок під дією магнітного поля здійснюється переміщення осердя 7 до симетричного його положення відповідно осердя 6. З’єднаний з осердям 7 механізм відліку фіксує значення рівня рідини в резервуарі.

Визначення рівня сипких речовин – більш складна задача, ніж контроль рівня рідини. Так як сипкі речовини не мають чіткої горизонтальної поверхні при заповненні ємностей, більш речовин з часом втрачають сипкість.

Для вимірювання рівня сипких речовин застосовуються електромеханічні перетворювачі, а саме (див. таблицю 2):

Таблиця 2 – Електромеханічні перетворювачі рівня сипких матеріалів

Конструктивна схема перетворювача	Конструктивні елементи
Мембранний перетворювач – сигналізатор МДУ - 3	1 – корпус; 2- мікроперемикач; 3 – електрод; 4 – металева частина; 5 – чутливий елемент - мембрана
Сигналізатор рівня СУ – 1Ф	1 – мікроперемикач; 2 – пружина; 3 – чутливий елемент - прапорець; 4 – захисна пластина
Електромеханічний вимірювальний перетворювач рівня з крильчаткою	1 – чутливий елемент; 2 – електродвигун; 3, 4 – черв’якова пара; 5 – товкач; 6 – мікроперемикач; 7 - пружина

Рівнемір з електростатичним перетворювачем складається з робочого С_Р та компенсаційного С_К конденсаторів, які занурені в рідину, рівень якої вимірюється.: (див. рисунок 8)

Вимірювальне коло приладу живиться від джерела синусоїдального струму – генератора G через трансформатор TV. Вторинне коло трансформатора та два перетворювача складають вимірювальний міст змінного струму.

Рисунок 8 – Схема рівнеміра з електростатичним перетворювачем

Зміна рівня рідини викликає зміну параметрів робочого перетворювача, так як змінюється площа пластин конденсатора, які знаходяться в рідині. При цьому порушується рівновага мостового кола. Напруга, яка виникає в вимірювальній діагоналі моста, через підсилювач надходить до вимірювального приладу, шкала якого має одиниці вимірювання рівня.

Для стабілізації параметрів рівнеміра компенсаційний перетворювач розташовується поряд з робочим.