книги из ГПНТБ / Толшин В.И. Основы автоматики и автоматизации энергетических установок учебник

противление пружины 5. Одновременно перемещается и толкач 4, который нажимает на кнопку микропереключателя 8, производя переключение его контактов. Установленное значение темпе­ ратуры регулируется штуцером 7. При ввинчивании шту­ цера увеличивается сила пру­ жины 5 и, наоборот, при вывин­ чивании штуцера сила пружи­ ны уменьшается. Самопроиз­ вольное перемещение штуце­ ра 7 предотвращается при по­ мощи стопорного винта 6. За­ зор между кнопкой микропере­ ключателя 8 и головкой толка­ ча 4 регулируется эксцентри­ ком 9, который действует на скобку 10 микропереключате­ ля 8 и перемещает последний вдоль оси толкача. После вы­ бора положения микропере­ ключателя последний крепится

гайками.

размыкания контактов в следующих диапазонах: от —25° до' 0° С и от —20° до +8° С. Дифференциал, т. е. разность температур размыкания и замыкания контактов, равен 2—8° С.

При повышении температур шток 5 сильфона (рис. 3.25), пре­ одолевая действие пружины 7, поднимает вверх нижнюю рластинчатую пружину 15 и замыкает микропереключатель. Размыкание микропереключателя ТРД-3 происходит под действием верхней пластинчатой пружины И при температуре ниже той, при которой

70

он был замкнут. Это объясняется тем, что с помощью серьги 12 между верхней и нижней пластинчатыми пружинами устанавли­ вается определенное расстояние, обеспечивающее дифференциал по температуре срабатывания термореле.

Газовые термометры, заполненные газом (азотом, гелием) при давлении выше атмосферного, основаны на эффекте изменения давления газа с измене­ нием температуры. Чувстви­ тельность К' газовых термо­ метров относительно мала:

К' = 0,2 %.

Манометрические термо­ метры с твердым абсорбен­ том перспективны для ис­ пользования в энергетиче­ ских установках. Твердый абсорбент заполняет термо­ баллон. В остальной систе­ ме термометра находится газ (углекислота). С изме­ нением температуры изме­ няется поглощающая спо­ собность твердого абсорбен­ та, а поэтому и давление га­ за. Подобные манометриче­

ник или полупроводник, обладающий высоким температурным коэффициентом, т. е. зависимостью сопротивления от температуры. Схема термосопротивления представлена на рис. 3.26.

Чувствительный элемент ЧЭ в кожухе из материала с высокой теплопроводностью (алюминий, латунь) помещается'в среду, в ко­ торой измеряется температура. Изменение сопротивления ЧЭ R0

с изменением температуры t приводит к перераспределению токов в мостиковой схеме, . в которую термосопротивление включено в качестве одного из плеч моста. Изменение тока в диагонали моста приводит к изменению выходной величины, т. е. к падению напряжения, поступающего на электронный усилительный блок ЭБ. Это в свою очередь приводит к срабатыванию реле ВР.

Необходимые данные для расчета статической характеристики могут быть получены на основании следующих зависимостей:

71

зависимость ( б )—-эта же функция для' узкого интервала темпе­

ным коэффициентом и высокой чувствительностью являются полу­ проводниковые термосопротивления — термисторы.

Термисторы изготавливают из смеси окислов металлов (меди, калия, марганца и др.). Они имеют начальное сопротивление в не­ сколько тысяч ом, что позволяет использовать их в схемах с по­ вышенным сопротивлением проводников. В отличие от проводни­ ковых термометров у термисторов с повышением температуры сопротивление уменьшается. Чувствительность термисторов

в10—15 раз выше, чем термометров сопротивлений, а постоянная времени значительно ниже — от 0,01 до 50 сек.

Для измерения температуры применяют также термопары. Принцип действия термопар основан на создании э. д. с.' в спае из двух полупроводников, величина которой зависит от температуры спая. В термопаре два различных металла припаяны друг к другу

вдвух местах. Если температуры спаев различны, то по замкнутой цепи, в которую включен гальванометр, течет ток.

В качестве материалов для термопар применяют:

— хромель (сплав никеля, хрома и железа) и алюмель (сплав никеля, марганца и алюминия);

72

—хромель и копель (сплав 55% меди и 45% никеля);

—медь и Константин и др.

Термопары широко используются в контрольно-измерительных приборах энергетических установок.

Вкачестве вторичных приборов для записи температуры ис­ пользуются автоматическиепотенциометры ЭПД, ЭПП и др.

ВЭПД значение термо-э. д. с. термопары сравнивается с на­ пряжением между точками измерительной схемы. Сигнал от раз­ баланса подается на электронный усилитель, а с него — на ревер­ сивный электродвигатель, который передвигает рычаг реохорда до тех пор, пока напряжения не сравняются. Одновременно пере­ мещается стрелка указателя и пишущего устройства.

Вприборе ЭПП-09, принцип действия которого схож с принци­ пом действия ЭПД, показания записываются на движущейся бумажной ленте в виде точек, ординаты которых соответствуют величине измеряемой температуры; на ленте также проставляются номера подключенных к прибору термопар.

Конструкция термопар подробно изложена в справочниках [1].

и [11].

Уравнение динамики датчиков температуры основано на мате­ матическом описании физических процессов теплопередачи в чувст­ вительных элементах. Уравнение ЧЭ температуры связывает вход­

т dAtn dt

где Т — постоянная времени элемента, мин,

Рс

Г = - £ £ - • 60.

а.г

Зависимости приращения давления термочувствительной жид­ кости (или ее паров) Арп и Дtn, а также перемещения упругого-

7а

элемента Ах от Др п определяются выражениями

Ьрп-= p n0k'Ма и Ах = k"Apni

где k" — чувствительность упругого элемента, преобразующего давление в перемещение, мъ!кгс (м3/н ).

Уравнение датчика непрерывного действия принимает вид

T ^ f + Ax = k*AtiK,

где ka= k'k"pn0.

При длинных капиллярах по формуле (3.2) следует учесть «чистое» или «транспортное» запаздывание т. В этом случае урав­ нение датчика принимает вид

Как правило, величины k, Т, т.определяют опытным путем. Ве­ личину k& получают по статической характеристике датчика. Для

Рис. 3.27. Схема чувствительных элементов уровня

определения Г и t чувствительный элемент температуры сначала помещают в водяную баню, для которой Д£ж0 = 0, а потом в дру­ гую водяную баню, где Д£Ж=Д£ж1. Выходная величина датчика х

74

Чувствительные элементы и датчики уровня. В качестве чувствительных элементов уровня применяют элементы поплавко­ вого типа (рис. 3.27,а и б), элементы, основанные на измерении разности температуры контролируемой жидкости и пара (воздуха, рис. 3.27, г), на измерении давления столба жидкости (3.27, в) и др.

Применяемый в дизель­ ных установках датчикуровня поплавкового типа РУС-3 (рис. 3.28) включает: попларок /, представляю­ щий собой алюминиевый баллон; стержень 2, на ко­ тором укреплен поплавок; сильфон 3, обеспечивающий изоляцию электрической ча­ сти датчика от жидкости и перемещение датчика уров­ ня; микропереключатель 4,

который включает или выключает микроконтакты в зависимости от положения поплавка.

Большей надежностью, чем РУС-3, обладает датчик ДРУ-1, имеющий схожее с РУС-3 устройство. Срок службы этого датчика значительно выше.

Недостатком поплавковых датчиков уровня является их отно­ сительная чувствительность к вибрации и сотрясениям. Этого не­ достатка лишены датчики уровня, основанные на измерении элек­

Рис. 3.29. Схема емкостного датчика уровня

Металлический цилиндр с внутренним стержнем покрыт спе­ циальным стойким покрытием и представляет собой две обкладки конденсатора. Емкость конденсатора зависит от уровня жидкости. Изменение емкости в зависимости от изменения уровня исполь­ зуется в электрической схеме датчика в качестве входного сигнала. Схема включает двухкаскадный усилитель У на транзисторах и вы­ ходной каскад Р, работающий в релейном режиме. При отсутствии топлива или масла контакты выходного электромагнитного реле размыкаются.

75

Для измерения уровня в барабанах паровых котлов, в открытых и закрытых резер­ вуарах в качестве уровнемеров используются дифманометры ДМ.

При подключении дифманометра 3 к котлу (рис. 3.30, а) камера постоянного уровня 1 соединяется с паровым про­ странством. Уровень воды в камере поддерживается кон­ денсирующимся паром, изли­ шек конденсата сливается в барабан котла. Уровень воды в камере переменного уровня, которая выполнена в виде трубки 2, изменяется одновре-' менно с уровнем воды в бара­ бане котла, так как трубка и барабан являются сообщаю­ щимися сосудами.

Камера постоянного уров­ ня соединяется с камерой «плюс», а камера переменного уровня — с камерой «минус» дифманометра. При подклю­ чении ДМ к деаэратору урав­ нительный сосуд соединяется с паровым пространством де­

(рис. 3.30, б).

Дифманометры для измере­ ния уровня выпускаются сле­ дующих модификаций: 25, 40, 63, 100, 160, 250, 400, 630, 1000,

диф-

1600, 2500, 4000 и 6300 кгс/м2.

Статические и динамиче­ ские характеристики датчиков уровня зависят от статических

и динамических характеристик чувствительных и преобразователь­ ных элементов. Так, например, датчики уровня емкостного типа могут считаться практически безынерционными.

Чувствительные элементы и датчики расхода. Чувствительные элементы и датчики расхода предназначаются для жидкостей и

76

газов, сыпучих твердых тел и штучных твердых .материалов и пред­ метов. Наибольшее применение датчики расхода нашли в системах регулирования паросиловых и холодильных установок.

выми, с овальными шестернями, ротационными.- Весовые счет­ чики — это автоматические весы с опрокидывающимися измери­ тельными сосудами или с устройствами для взвешивания отдель­ ных порций.

Расходомеры делятся на расходомеры с переменным и постоян­ ным перепадом давления и датчики скоростного напора. В расходо­

ДМ в качестве паромеров в паровой ма­ гистрали устанавливается диафрагма, оборудованная конденсат­ ными сосудами. Соединительные линии и сам дифманометр запол­ няются конденсатом. В этом случае ДМ работает как расходомер

77

с переменным перепадом давления. На рис. 3.31 показана схема подсоединения дифманометра для замера расхода.

Схема ротометра-измерителя с постоянным перепадом давле­ ния до и после поплавка / представлена на рис. 3.32. С увеличе­ нием расхода разность давлений до и после поплавка будет оста­ ваться постоянной, хотя сам поплавок будет перемещаться вверх в сторону увеличения сечения кольцевого зазора между корпусом и поплавком. Перемещение поплавка вызывает перемещение свя­ занного с ним сердечника 2 дифференциально-трансформаторного датчика.

Перепад давления можно измерить с помощью датчика скорост­ ного напора — пневмометрической трубки. Отверстия трубки, обра­ щенные в сторону потока воздуха, воспринимает его полное дав­ ление, а отверстия, расположенные с обратной стороны трубки, — статическое давление. Разность между полным и статическим дав­ лением пропорциональна скорости воздуха, а следовательно, его расходу.

Чувствительные элементы и датчики частоты вращения. Чувст­ вительные элементы частоты вращения находят широкое примене­

качаются в шарнирах 5. Под действием центробежной силы грузы расходятся, передвигая муфту 6; которая сжимает пружину 4. Движение передается через тягу 3 к усилительным или исполни­ тельным элементам. Так как с увеличением частоты вращения центробежная сила грузов растет пропорционально квадрату ско­ рости, то при наличии пружины постоянной жесткости сжатие ее и ход тяги 3 пропорциональны квадрату числа оборотов. Поэтому статическая характеристика центробежного измерителя является

78

нелинейной. Однако ввиду того, что изменение частоты вращения дизель- и турбогенераторов происходит в относительно узких пре­ делах, величина нелинейности статической характеристики изме­ рителя относительно мала и в ряде случаев ею можно пренебречь.

Рассмотрим вывод уравнения динамики центробежного изме­ рителя частоты вращенияч(см. рис. 3.33).

В основу вывода положено условие равенства сил, действую­ щих на муфту измерителя: инерционных, от поступательно движу­ щихся частей измерителя, упругой силы пружины, приведенной к муфте, центробежной силы грузов, силы сухого и вязкого трения.

Для приближенного расчета переходных процессов силами сухого трения можно пренебречь. Это позволяет линеаризовать уравнение динамики, измерителя.

На установившемся режиме измеритель находится в состоянии равновесия под действием двух равных по абсолютной величине, но противоположно направленных сил F0 и Е0 (рис,- 3.33): F0= E0.

Для грузов с сосредоточенной массой

F0 = m m 2 — [кгс],

9

где т — масса грузов, кгс • сек2/м; г — радиус вращения, м;

со— частота вращения грузов, 1/сек.

Индекс «О» означает, что величина соответствует установив­ шемуся режиму.

На неустановившемся режиме

Е = Е 0 + АЕ, F — F0-\- AF

и в общем случае

E F F ,

где ДЕ и AF — приращения величин Е и F.

Уравнение динамики измерителя на неустановившемся режиме можно представить в виде

Величина F зависит не только от со, но и от х, так как вместе с величиной х изменяется радиус.вращения г грузов. Поэтому

F = F(x, ш).

Величина Е зависит от х и не зависит от со, поэтому

Е = Е (л').

79-