Общие сведения

Для автоматического управления электрифицированными технологическими процессами в сельскохозяйственном производстве используются температурные датчики. В цепи управления исполнительного элемента в полностью автоматизированных схемах устанавливаются контакты температурного датчика. В зависимости от характера автоматизируемой установки датчики следят за уровнем жидкости, температурой среды, влажностью ее, промежутком времени и т.д. Датчик воспринимает изменение контролируемого параметра и преобразует его в электрический импульс. Рассмотрим некоторые температурные датчики, которые можно разделить на следующие основные типы: манометрические, биметаллические, термопара, термосопротивления.

1.Манометрические датчики ТС-60, ТС- 100.ТС-200 и ТРК-4- термометрические сигнализаторы, представляют собой паровые манометрические сигнализаторы, представляют собой паровые манометрические дистанционные устройства с электроконтактными устройствами.

Термосигнализаторы с системами, заполненными азотом, называются газовыми, они предназначены для измерения температуры в диапазоне 60-400°С, Термосигнализаторы с системами заполненными низкокипящей жидкостью, пары которой при измеряемой температуре частично заполняют баллон, называются паровыми. Шкала манометрических газовых термосигнализаторов - равномерная, время запаздывания показаний не превышает для газовых термосигнализаторов 80сек, для паровых - 40сек. В различных модификациях приборов передаточный механизм воздействует на дополнительное пневматическое или электрическое сигнальное устройство. Принцип действия приборов основан на зависимости между температурой и давлением насыщенных паров легкоиспаряющей жидкости (лигроин, хлорметил и др.), заключенных в герметически замкнутой термосистеме (рис.1), состоящей из термобаллона 2, соединительного капилляра и манометрической пружины. При повышении температуры термобаллона увели­чивающееся в нем давление передается по капилляру в манометрическую пружину и вызывает се упругую деформаций. Деформация пружины с помощью передаточного механизма вызывает отклонение стрелки на шкале прибора типа ТС или воздействует на контакты ТРК-4. В схемах регулирования температуры может быть использован термоэлектросигнализатор типа ТС, работающий на манометрическом принципе (рис.1). Термобаллон 2 заполнен жидкостью, имеющей большой коэффициент объемного расширения (лигроин, например). При увеличении окружающей температуры давление внутри баллона растет и манометрическое устройство поворачивает стрелку прибора, которая занимает положение на шкале прибора в соответствии с окружающей температурой. Стрелка снабжена электрическим контактом. На шкале устанавливаются на требуемом уровне температур неподвижные контакты 3 и 5, замыкая или размыкая которые, стрелка 6 включает или отключает цепи управления или сигнализации. Температуру срабатывания контактов можно регулировать с помощью неподвижных указателей 3 и 5. Для регулировки контактов отвинчивают пробки 1 на передней панели прибора, а затем отверткой поворачивают винты связанные с неподвижными указателями. По окончании регулировки контактов пробки 2 и 3 должны быть установлены на свои места. Замыкание контактов происходит при совпадении концов указывающей стрелки 6 и подвижного указателя. Контакты термосигнализатора рассчитаны на длительное протекание тока до 0,2 А при напряжении 220 В. Провода от контактов выводятся через штуцеры.

Пределы измерений: для термометра ТС-100: 0-100°С для ТС- 200: 100-200°С. Основная погрешность показаний во второй половине шкалы 2,5%. Диаметр термобаллона 12 мм, длина 100 мм.

1. Длина соединительного капилляра 1,2,3,4,5,6,8. и 12 метров, трубчатого хвостовика 105 - 520 мм. Контактная система состоит из минимального и максимального контактов, последовательно замыкающихся при повышении температуры, Допустимый ток контактов 0,2А при напряжении 220В, 50Гц. Габаритные размеры приборов 264×200×25мм.

2. Биметаллические терморегуляторы применяются до температуры +30°С. Чувствительным элементом является биметаллическая пластина, закрепленная в держателе. При изменении температуры окружающей среды, конец спирали, (рис.3), поворачивается и замыкает или размыкает контакты в цени управления.

3. Ртутные устройства, (рис.3), с биметаллическим чувствительным элементом, воздействуют на ртутный прерыватель, контакты температурного реле включают и выключают катушку магнитного пускателя автоматически. Пластинка изготовлена путем склепки или сварки двух полос из металлов с различными коэффициентами расширения.

4. В дилатометрических датчиках используется принцип различного удлинения Трубки и стержня при нагревании в контролируемой среде. Трубка и стержень выполнены из материалов, значительно отличающихся коэффициентом линейного расширения.

В дилатометрическом реле температуры типа ДЖК-2 (рис.4) при нагревании происходит свободное относительное перемещение концов трубки 1 и стержня 2, обладающих разными коэффициентами линейного расширения. При перемещении стержня 2, связанного с рычагом 4, переключаются контакты 3. Вращая шкалу 5, которая давит на конец стержня, можно изменить его исходное положение и тем самым установить температуру срабатывания реле.

Реле типа ТР-200 обеспечивает более широкий диапазон регулировки температуры и большую чувствительность благодаря тому, что вместо стержня поставлены две изогнутые пластины. Под воздействием температуры происходит относительное перемещение трубки и пластин, обладающих разными коэффициентами линейного расширения.

Рис. 1 Схема термосигнализатора ТС-100

1-зажим, 2-термобаллон,3 и 5- установочная стрелка (установочные контакты), 4- капилляр, 6- указатель температуры (стрелка датчика)

Пластаны, распрямляются (сгибаются), это приводит к размыканию (замыканию) контактов. Температуру срабатывания реле устанавливают при помощи винта.Принцип действия ТР-200 основан на использовании разности коэффициентов линейного расширения инвара и латуни. Конструкция датчика разъемная и состоит из двух основных узлов: корпуса и головки с контактным регулировочным устройством. ТР-200 предназначен для работы в помещениях с относительной влажностью воздуха не выше 80% при отсутствии агрессивных паров, приводящих к коррозии металлических частей.

Рис 2 Принципиальная схема манометрического датчика температуры. 1- регулировочный винт, 2 микровыключатель, 3- подвижной рычаг; 4- сильфон, 5- термобаллон.

Часть корпуса реле, погружаемая в рабочую среду, герметична, имеет никелевое защитное покрытие и рассчитана для работы в неагрессивной жидкой или газовой среде. Предел контролируемых температур от 25 до 200°С. Основные параметры датчиков приведены в таблице 1.

ТЕРМОПАРЫ

Для измерения температур до 1800-2500°С применяются термопары вольфрам-молибден, вольфрам-рений, графит-карбид титана, графит-борит циркония с индивидуальной градуировкой. Рабочий или "горячий" конец термопары образуется сваркой двух термоэлектродов, которые изолируются по всей длине. Свободные или "холодные" концы термопары присоединяются к милливольтметру.

Таблица 1

Тип прибора	Марка прибора	Интервал изменения температуры	Погрешность °С	Параметры контактов
от	до	допус. ток размыкан.	напряжение питания
Дилатометрический	ДЖК-2			±0,8	-	24В
То же	ТР-200			-	1,5А	330В
Металлический манометр	РТБП-1			±0.5	2.3А	220В
Манометрический	РТ-4			±1	15А	110В
тоже	ТС-100			±4	0,2А	220В
то же	ТС-40			±2	0,2А	220В
тоже	ТС-200			±8	0,2А	220В
тоже	ТС-200			±4	02А	220В
то же	ЭКТ-1			±2.5	30мА	380В
то же	ДТМК	-10	+60	-	0,2А	220В
тоже	Б4-0,2			±1,5	-	220В
то же	ТРК-3			±1,2	0,8А	380В

В связи с тем, что в производственных условиях температура свободных концов термопары обычно отличается от температуры, при которой составлялись градировочные таблицы, в показания приборов необходимо вносить поправки.

Термопары типа ТХА изготовляются из термоэлектродов состоящих из хромель-алюминия. Пределы измерений температуры: при длительном изменении (-50 + 1000°С), при кратковременном применении до 1500°С. Положительным электродом в термопаре является электрод, материал которого в наименовании указан первым например: хромель. Термопара ТХА-XIII имеет вид крепления, выполненный с неподвижным штуцером с резьбой М33×2. Выпускаются на пределах измерения температуры до 800°С и до 1000 °С.

Рис. 3.Схеме биметаллического ртутного датчика температуры

1 - ртутный переключатель, 2- панель, 3 -корпус, 4 -винт корпуса, 5 -фланец, 6 -винт спирали, 7 -спираль, 8-валик, 9 -винт валика, 10 -подшипник, 11 -противовес.

Монтажная длина: 160, 200, 320, 400, 800, 1250мм. Выпускается на рабочее давление до 6атм. Материал защитной трубки (арматуры) для температур до 800°С - сталь 1Х18Н9Т, до 1000К - сталь Х25Т. Применяются для установки в трубопроводах и сосудах для жидких и газообразных средах. Термопара ТХКП - ХVIII. Вид крепления - поверхностные. Пределы измерений 0-400 ºС. Монтажная длина 100мм. Рабочее давление 1атм. Материал защитной арматуры – сталь 1Х18Н9Т. Инерционность большая. Применяются для установки на трубопроводах и аппаратуре.

ТЕРМОМЕТРЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ.

Действие термометров сопротивления основано на свойстве металлов или полупроводников изменять свое электрическое сопротивление под влиянием температуры. Термометры сопротивления, по материалу чувствительного элемента подразделяются на платиновые (ТСП) и медные (ТОМ). Термометры сопротивления применяются лишь для измерения средней температуры какой-либо области из-за значительных размеров чувствительных элементов. В качестве чувствительного элемента в ТСП используется изолированная платиновая проволока, а в ТОМ - медная изолированная проволока.

Рис 4. Принципиальная схема дилатометрического

датчика температуры типа ДЖК-2

1-трубка, 2-стержень, 3 - контакты, 4-рычаг, 5 -шкала.

Термометр сопротивления ТСМ-Х крепится неподвижным шурупом с резьбой М-33×2. Монтажная длина 80, 160, 200, 320, 400, 800, 1250мм применяется для замера температуры в трубопроводах и аппаратах давлением до 40атм. Материал защитной арматуры сталь 20 или 1Х18Н9Т. Термометры сопротивления платиновые ТСП применяются для изме­рения температуры от 0 до 500°С.

Выпускаются на давление до 250атм. Обладают различными степенями инерционности, Применяются для измерения температур в трубопроводах, температуры подшипников, воздуха, азота и кислорода при скорости 5м/сек. В настоящее время широко применяются термометры сопротивления из полупроводников. Чувствительным элементом датчика температуры служит полупроводниковое термосопротивление в виде спирали, намотанной изолированной, изолированный и укрепленный на колодке стержень. Вся конструкция заключена в защитную оболочку.

2.Программа работы и порядок выполнения

1. Ознакомиться с назначением и устройством, принципом работы электрического водонагревателя.

2. Исследовать основные электрические параметры установки управления электрическим водонагревателем.

3. Ознакомиться с назначением и устройством, принципом работы термопар.

4. Ознакомиться с назначением и устройством, принципом работы термосигнализатора ТС-100

5. Ознакомиться с назначением и устройством, принципом работы термометров сопротивления

3. Содержание отчет:

1. Описать назначение, устройство и принцип работы электрического водонагревателя.

2. Описать назначение, устройство и принцип работы термопар

3. Описать назначение, устройство и принцип работы термосигнализатора ТС-100

4. Описать назначение, устройство и принцип работы термометров сопротивления

5. Выводы.

4. Контрольные вопросы:

1. Каково назначение, устройство и принцип работы электрического водонагревателя?

2. Каково назначение, устройство и принцип работы термопар?

3. Каково назначение, устройство и принцип работы термометров сопротивления?

4. Каковы основные электрические параметры установки управления электрическим водонагревателем?

5. Каково назначение, устройство и принцип работы термосигнализатора ТС-100?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОВОДОНАГРЕВАТЕЛЯ ЭПВ -2А

Цель работы: изучить устройство и исследовать основные электрические параметры установки.

1. Общие сведения

В сельском хозяйстве горячую воду получают в огневых и электрических водона­гревателях. Распространению электрических водонагревателей способствует простота устройства и обслуживания, легкость автоматизации, постоянная готовность к работе. Благодаря этому затраты труда на получение горячей воды по сравнению с индивидуальными огневыми установками сокращаются в десятки раз.

В сельском хозяйстве используются проточные и непроточные водонагреватели. Проточные водонагреватели позволяют получать горячую воду сразу после включения. Температура воды регулируется вентилем на питательном трубопроводе. Однако быстродействующие водонагреватели без аккумуляторов горячей воды имеют высокую установленную мощность на единицу тепла и низкий коэффициент использования. Включение их в часы максимума нагрузки требует дополнительной мощности трансформаторных подстанций. Водонагреватели с баками-аккумуляторами горячей воды имеют меньшие мощности, могут включаться в часы провалов в суточных графиках нагрузки подстанций, что обеспечивает высокие технические и экономические показатели электроподогрева воды.

Проточные электрические водонагреватели отличаются компактностью, высокой производительностью и быстродействием. В сельскохозяйственном производстве широкое распространение получил проточный водонагреватель ЭПВ-2А, предназначенный для нагрева проточной воды до 95°С, Мощность установки до 15кВт. Напряжение питания - 380/220В. Производительность при температуре нагрева 20°С 320-350л/час, а при 90°С 90-120л/ч.

Электроводонагреватель (рис.1) представляет собой сосуд 1 цилиндрической формы, внутри которого находятся трубчатые электрические нагревательные элементы 2-ТЭНы. Нагреватель имеет предохранительный клапан 3, отрегулированный на сраба­тывание при давлении 2 атмосферы, температурное реле 4, встроенное в крышку 5, которое отключает нагреватель от сети при температуре воды свыше 95 ºС с целью предотвраще­ния сгорания нагревательных элементов.

Рис. 1. Схема устройства электронагревателя ЭПВ - 2А

Устройство включают в сеть после открытия вентиля на напорном трубопроводе и появления воды из верхнего штуцера. Температуру нагретой воды регулируют степе­нью открытия на подводящем трубопроводе. Во избежание перегрева нагревательных элементов вода должна непрерывно протекать через водонагреватель, поэтому ставить вентиль на выходном трубопроводе нельзя, Для предотвращения возможности взрыва при интенсивном парообразовании, что может быть в случае прекращения прохождения воды через нагреватель, на отводящем штуцере установлен предохранитель.

2. Программа работы и порядок выполнения

1. Изучить принцип действия и устройство установки ЭПВ -2А.

2. Определить основные показатели работы установки.

Работа выполняется в следующем порядке:

1. Собрать электрическую цепь установки по прилагаемой схеме (рис. 2).

Рис.2.Электрическая схема

2. Обеспечить проток воды через нагреватель

3. Включить цепь.

4. Определить величины напряжения, тока, мощности.

5. Через каждые 5 минут записывать в таблицу показания приборов схемы до нагревания воды в баке до температуры 70-75ºС. Полученные данные занести в таблицу 1.

Таблица 1.

№	τ, мин	η	I, A	U, B	P, Вт	g, л/ч	tнач, ºС	tкон, ºС	L, Вт×час/л	t-t8
и т.д.

6. Удельный расход электроэнергии при нагреве 1л воды

, (1)

где g - производительность аппарата, 120 л/ч.

7. К.П.Д. водонагревателя определяется:

, (2)

где c_в - удельная теплоёмкость воды, 4,19 ;

Р -потребляемая мощность, кВт.

1. Удельный расход электроэнергии при нагреве 1л воды на 1°С равен:

, (3)

2. Стоимость нагрева 1л воды равен:

(4)

где c₁ – стоимость 1 кВт×ч.

3. Коэффициент теплоотдачи от трубки к воде:

(5)

где F – теплоотдающая поверхность трубки нагревательного элемента;

t – температура трубки ТЭНа = 400°С,

P₁ – мощность нагревательного элемента, Вт.

11. Используя опытные данные, определить длину проводки нагревательного элемента:

(6)

где L – длина проволоки, м

R – сопротивление проволоки из опыта, Ом,

S – сечение нихромовой проволоки, 1,54 мм²;

Р – удельное сопротивление нихромовой проволоки, =

=1,1×10^-6м.м

12. По результатам расчетов и измерений построить графические зависимости:

а) кривую нагрева воды в баке t = f (τ) и определить постоянную нагрева.

б) зависимость температурного напора от времени нагрева

Дата добавления: 2017-02-01