- •2.Общая характеристика предприятия
- •2.1 История развития предприятия
- •2.2 Общая характеристика промышленного объекта
- •2.3 Основные функции предприятия
- •2.4 Продукция предприятия и её применение
- •2.5 Маркировка шин
- •2.4. Сырьевая база
- •2.5 Экологическая политика
- •Обязательства руководства предприятия:
- •3. Технология производства
- •3.1 Описание технологической схемы производства шин
- •4.Организация службы киПиА
- •4.1 Роль и задачи службы киПиА и автоматики на предприятии
- •4.2 Государственные метрологические службы
- •5. Обеспечение измерений
- •5.1 Нормативное обеспечение измерений
- •5.2 Измерение температуры
- •5.2.1 Термоэлектрические преобразователи. Принцип действия, применяемые материалы
- •5.2.2 Устройство термоэлектрических термометров
5.2 Измерение температуры
Температурой называют физическую величину, характеризующую степень нагретости. Практически все технологические процессы и различные свойства вещества зависят от температуры.
Измерять температуру можно только косвенным путем, основываясь на зависимости от температуры таких физических свойств тел, которые поддаются непосредственному измерению. Эти свойства тел называются термометрическими. К ним относят длину объем плотность, термоЭДС, электрическое сопротивление и т д.
5.2.1 Термоэлектрические преобразователи. Принцип действия, применяемые материалы
Термопара – старейший и до сих пор наиболее распространенный в промышленности температурный датчик. Действие термопары основано на эффекте, который впервые был открыт и описан Томасам Зеебеком в 1822 году.
Определение эффекта Зеебека – возникновение тока в замкнутой цепи из двух разнородных проводников при наличии градиента температур между спаями.
Если составить цепь из двух различных проводников (или полупроводников) А и В, соединив их между собой концами (рис. 1), причем температуру Т2 одного места соединения сделать отличной от температуры Т1 другого, то в цепи появится э.д.с., называемая термоэлектродвижущей силой (термо-э.д.с.) и представляющая собой разность функций температур, мест соединения проводников:
EAB(Т1,Т2) = f(Т2) ‑ f(Т1).
Рис. 1 Явление Зеебека
Подобная цепь называется термоэлектрическим преобразователем или иначе термопарой; проводники, составляющие термопару, — термоэлектродами, а места их соединения — спаями.
Если один спай термопары, называемый рабочим, поместить в среду с температурой Т2, подлежащей измерению, а температуру Т1, других, нерабочих, спаев поддерживать постоянной, то f(Т1) = const и
EАВ (Т2, Т1) = f(Т2) – C= f1(Т1).
независимо от того, каким образом произведено соединение термоэлектродов (спайкой, сваркой и т. д.). Таким образом, естественной входной величиной термопары является температура Т2 ее рабочего спая, а выходной величиной — термо-э. д. с., которую термопара развивает при строго постоянной температуре Т1 нерабочего спая.
При небольшом перепаде температур между спаями термо-э. д. с. можно считать пропорциональной разности температур: EAB = SABΔТ.
Зависимость термо‑э.д.с. от температуры в широком диапазоне температур обычно нелинейна.
Опыт показывает, что у любой пары однородных проводников подчиняющихся закону Ома, величина термо-э.д.с. зависит только от природы проводников и от температуры спаев и не зависит от распределения температур между спаями.
5.2.2 Устройство термоэлектрических термометров
Конструктивно термоэлектрический преобразователь представляет собой
две проволоки из разнородных материалов, нагреваемые концы которых скручиваются, а затем свариваются.
Н а (рис. 2) показана конструкция технического ТЭП. Арматура включает защитный чехол 1, гладкий или с неподвижным штуцером 2, и головку 3, внутри которой расположено контактное устройство 4 с зажимами для соединения термоэлектродов 5 с проводами, идущими от измерительного прибора к термометру. Термоэлектроды по всей длине изолированы друг от друга и от защитной арматуры керамическими трубками (бусами) 6.
Защитные чехлы выполняются из газонепроницаемых материалов, выдерживающих высокие температуры и агрессивное воздействие среды. При температурах до 10000С применяют металлические чехлы из углеродистой или нержавеющей стали, при более высоких температурах – керамические: фарфоровые, карбофраксовые, алундовые, из диборида циркония и т. п.
В таблице 2 приведены типы термопар, диапазон измеряемых ими температур и особенности применения некоторых типов термопар.
Таблица 2
Тип термо-преобразователя |
Диапазон измерения, С |
Особенности применения |
Термопара ХА(К) (хромель-алюмель) |
-50 +1100 |
Обладают: — наиболее близкой к прямой характеристикой. Предназначены для ра-боты в окислительных и инертных средах |
Термопара ХК(L) (хромель-копель) |
-50 +800 |
Обладают: — наибольшей чувствительностью; — высокой термо- электрической стабильностью при температурах до 600°С. Предназначены для работы в окислительных и инертных средах. Недостаток: высокая чувстви-тельность к деформациям. |
Термопара МК(Т) (медь-копель) |
-50 +400 |
|
Термопара ЖК(J) (железо-копель) |
-50 +700 |
|
Термопара ПП (S) (платинородий-платиновые) |
0 +1600 |
Обладают: — хорошей устойчивостью к газовой коррозии, особенно на воздухе при высоких температурах; — высокой надежностью при работе в вакууме (но менее стабильны в нейтральных средах). Предназначены для длительной эксплуатации в окислительных средах. Недостаток: высокая чувствительность термоэлектродов к любым загрязнениям, появившимся при изготовлении, монтаже или эксплуатации термопар |
Термопара ПП (R) (платинородий-платиновые) |
0 +1700 |
|
Термопара ПР (B) (платинородий-платинородивые) |
+300 +1800 |
|
Термопара ВР (А-1,А-2,А-3) (вольфрам-рениевые) |
+300 +2500 |
Обладают: — возможностью длительного применения при температурах до 22О0°С в неокислительных средах; — устойчивостью в аргоне, гелии, сухом водороде и азоте. Недостаток - плохая воспроизводимость термоЭДС, вынуждающая группировать термоэлектродные пары по группам с номинальными статическими характеристиками А-1, А-2, А-3 |
Свободные концы термопары должны находиться при постоянной температуре, лучше всего при 0°С.
В качестве термоэлектродов используется проволока диаметром 0.5 мм (благородные металлы) и до 3 мм (неблагородные металлы). Спай на рабочем конце 7 термопары образуется сваркой, пайкой или скручиванием. Последний способ используется для вольфрам-рениевых и вольфрам-молибденовых термопар.
Однако не всегда возможно сделать термоэлектроды термопары настолько длинными и гибкими, чтобы свободные концы ее можно было разместить в достаточном удалении от рабочего спая. Кроме того, при использовании благородных металлов делать длинные термоэлектроды экономически невыгодно, поэтому приходится использовать провода из другого материала. Соединительные провода, идущие от зажимов в головке термопары до места нахождения нерабочих спаев и выполняемые из дешевых материалов, называют удлинительными термоэлектродами. Чтобы при включении удлинительных термоэлектродов из материалов, отличных от материалов основных термоэлектродов, не изменилась термо‑э.д.с. термопары, необходимо выполнить два условия. Первое — удлинительные термоэлектроды должны быть термоэлектрически идентичны с основной термопарой, т. е. иметь ту же термо ‑ э.д.с. в диапазоне возможных температур места соединения термоэлектродов в головке термопары. И второе—места присоединения удлинительных термоэлектродов к основным термоэлектродам в головке термопары должны иметь одинаковую температуру.
Основными причинами погрешностей термоэлектрических преобразователей температуры являются неоднородность материалов термоэлектродов, изменения температуры свободных концов, шунтирующее влияние сопротивления межэлектродной изоляции, временные изменения свойств термоэлектродов и т. п.
Стандартом нормируется лишь погрешность градуировки. В то же время иные ее составляющие могут оказать существенное влияние на результат изменения температуры. Особенно существенными могут оказаться погрешности, вызванные временным изменением свойств термоэлектродов, обусловленным загрязнением термоэлектродов в зоне градиента температур примесями из окружающей среды или защитных оболочек, изменением процентного соотношения между компонентами термоэлектродоп в результате испарения некоторых компонентов и т. д. Эти погрешности могут быть исключены лишь путем определения действительной функции преобразования и введения поправок.
Погрешность от изменения температуры свободных концов уменьшают путем ее термостабилизации или автоматическим введением поправок, а погрешность от шунтирующего действия сопротивления межэлектродной изоляции — подбором соответствующих изоляционных материалов.
Н оминальную статическую характеристику определяют экспериментальным путем, при температуре свободных концов термопары равной 0˚С.
Таблица 3
Тип термо-преобразователя |
Класс допуска |
Диапазон измерений, ˚С |
Пределы допускаемых отклонений ТЭДС от номинальных статических характеристик, ±Δt |
ТПП |
2 |
0÷600 |
1,5 |
600÷1600 |
0,0025t |
||
1 |
0÷1100 |
1,0 |
|
1100÷1600 |
1,0+0,003(t-1100) |
||
ТПР |
3 |
600÷800 |
4,0 |
800÷1800 |
0,005t |
||
2 |
600÷1800 |
0,0025t |
|
ТХА ТНН |
3 |
-250÷-167 |
0,015׀t׀ |
-167÷+40 |
2,5 |
||
2 |
-40÷+333 |
2,5 |
|
333÷1300 |
0,0075׀t׀ |
||
1 |
-40÷+375 |
1,5 |
|
375÷1300 |
0,004t |
||
ТХК |
3 |
-200÷-100 |
1,5+0,01׀t׀ |
-100÷+100 |
2,5 |
||
2 |
-40÷360 |
2,5 |
|
360÷800 |
0,7+0,005t |
||
ТМК |
3 |
-200÷-66 |
0,0151׀t׀ |
|
|
-66÷40 |
1,0 |
2 |
-40÷135 |
1,0 |
|
135÷400 |
0,0075t |
||
ТМК |
1 |
-40÷125 |
0, 5 |
125÷350 |
0,004t |
||
ТВР |
3 |
-200÷-100 |
1,5+0,01׀t׀ |
-100÷+100 |
2,5 |
||
2 |
1000÷2500 |
0,007t |
|
1000÷2500 |
0,005t |
К показателям назначения термопар относятся:
1.диапазон измеряемых температур – интервал температур, в котором выполняется регламентируемая функция термоэлектрического преобразователя по измерению;
2.пределы допускаемых отклонений ТЭДС от номинальных статических характеристик;
3.показатель тепловой инерции - то время, необходимое для того, чтобы при внесении термопары в среду с постоянной температурой, разность температур среды и любой точки внесенной в нее термопары стала равной 0,37 того значения, которое будет в момент наступления регулярного теплового режима;
4.класс; номинальная статическая характеристика; герметичность к измеряемой среде и др.
Показатели надежности термопар:
1.наработка на отказ;
2.средний срок службы.
Показатели экономного использования сырья, материалов и энергии:
1.длина монтажной части термопары – для термопары с неподвижным штуцером или фланцем – расстояние от рабочего конца защитной арматуры до опорной плоскости штуцера или фланца; для термопары с подвижным штуцером или фланцем - расстояние от рабочего конца защитной арматуры до головки, а при ее отсутствии - до места заделки выводных проводников;
2.масса.
Показатели безопасности:
1.уровень взрывозащиты;
2.электрическое сопротивление изоляции;
3.электрическая прочность изоляции.
Приведем некоторые основные требования по установке датчиков температуры:
-Уменьшение до минимума утечки тепла по ее арматуре или подсоса холодного воздуха, т.к. потеря уплотнения приводит к снижению термо - ЭДС и, следовательно, искажению показаний;
-Рабочий конец термопары должен находиться в центре потока измеряемой среды на глубине не менее 300 мм, при измерении температур более 400 С, теплоприемник следует защитить от лучистого теплообмена экраном
В месте установки датчика, поток измеряемой среды не должен нарушаться открытием расположенной вблизи запорной и регулирующей арматуры, подсосом наружного воздуха и т.д.
На датчики не должны оказывать влияние посторонние источники тепла.
Монтаж датчика на трубопроводе как правило осуществляется с помощью бобышек приварных, имеющих резьбу (или без резьбы).
При измерениях температуры рабочих сред с высоким рабочим давлением и большой скоростью потока, в бобышку сначала должна устанавливаться гильза защитная, в которую затем помещается датчик температуры