5. Контрольные вопросы

1. Что называется объектом регулирования?

2. Что называется регулируемой величиной и регулируемым воздействием?

3. Что называется емкостью объекта регулирования?

4. Какая характеристика объекта называется переходной?

5. Объясните физический смысл коэффициента усиления объекта, постоянной времени и запаздывания.

6. Каким образом можно опытным путем определить переходную характеристику (кривую разгона)?

3.2. Лабораторная работа 2

ПОВЕРКА МАНОМЕТРИЧЕСКИХ ТЕРМОМЕТРОВ

1. Цель работы

2. Ознакомление с принципом действия и конструкцией манометрических термометров.

3. Ознакомление с методикой поверки манометрических термометров.

2. Устройство и принцип действия манометрических термометров

Манометрический термометр, устройство которого показано на рисунке 4, состоит из термобаллона 1, капиллярной трубки 2 и манометрической части. Термобаллон, капилляр и одновитковая трубчатая пружина 3 образуют единую замкнутую систему, заполненную рабочим веществом. В качестве рабочего вещества обычно используется газ или жидкость. В соответствии с этим различают газовые и жидкостные манометрические термометры. При нагревании термобаллона давление рабочего вещества внутри замкнутой системы увеличивается. Увеличение давления вещества воспринимается одновитковой пружиной 3, представляющей собой трубку с плоскоовальным или эллиптическим сечением, согнутую по дуге окружности на 180-270°. Малая ось эллипса трубки расположена параллельно, а большая ось – перпендикулярно плоскости чертежа (см. рис.4). Один конец трубчатой пружины жестко соединен с держателем, укрепленным в корпусе прибора.

Рис.4. Устройство манометрического термометра

Свободныйконец пружины закрыт пробкой и запаян. Свободный конец пружины поводком 5 связан с передаточным механизмом, состоящим из зубчатого сектора 4 и сцепленной с ним шестерней 6, на оси которой закреплена стрелка.

Под действием давления трубчатая пружина несколько распрямляется, свободный её конец перемещается и тянет за собой поводок, который через передаточный механизм вызывает перемещение стрелки по шкале прибора. Раскручивание трубчатой пружины обусловлено тем, что при увеличении давления её эллиптическое или плоскоовальное сечение стремиться перейти в круглое. В результате в пружине возникают внутренние напряжения, проводящие к ее раскручиванию и перемещению свободного конца. В манометрических термометрах применяю также многовитковые (с числом витков от 6 до 9) и спиральные трубчатые пружины.

Термобаллон манометрического термометра обычно изготавливают из нержавеющей стали, а капилляр – из медной или стальной трубки с внутренним диаметром от 0,15 до 0.5 мм. В зависимости от условий применения прибора длина капиллярной трубки может быть различной (до 60 м).

Манометрические термометры нашли широкое применение на предприятиях мясной и молочной промышленности. Они просты в эксплуатации, взрыво- и пожаробезопасны.

Принцип действия газовых манометрических термометров основан на использовании зависимости изменения давления инертного газа, заключенного в герметически замкнутой термосистеме, от температуры. Начальное давление в газовых термометрах зависит от пределов измерения температуры и составляет обычно от 0,98 до 4,9 МПа (10+50 кгс/см²).

Величина измерения давления

,

где - термический коэффициент расширения газа;

- начальная температура, °С;

- конечная температура, °С;

- давление рабочего вещества при температуре ;

-давление рабочего вещества при температуре .

В качестве рабочего вещества газовых манометрических термометров обычно используется азот. Термометры, заполненных азотом, обеспечивают измерение температур в диапазоне от 0 до 600°С.

Поскольку манометрическая система газовых термометров имеет относительно большое начальное давление, колебания атмосферного давления практически не сказываются на показаниях приборов данного типа. Некоторую погрешность в показания газовых термометров могут вносить изменения температуры окружающей среды.

Объем термобаллона термометра составляет приблизительно 90% общего объема герметично замкнутой термосистемы. При правильно выбранном соотношении объемов термобаллона, капилляра и трубчатой пружины термометры могут работать с достаточной точностью без температурной компенсации при длине капилляра до 40-60 м.

К характерным недостаткам газовых термометров относиться их сравнительно большая тепловая инерция, обусловленная низким коэффициентом теплообмена между стенками термобаллона и наполняющим его газом, и малой теплопроводностью газа, а так же большие размеры термобаллона, затрудняющие его установку на трубопроводы небольшого диаметра.

В жидкостных манометрических термометрах в качестве рабочего вещества обычно применяют силиконовые жидкости. С помощью приборов данного типа можно измерять значения температуры в диапазоне от -50 до +300°С.

Изменение давления в зависимости от температуры для жидкости можно описать уравнением:

,

где - изменение давление, МПа;

-коэффициент объемного расширения жидкости, 1/град;

-коэффициент сжимаемости жидкости, 1/МПа;

-изменение температуры, °С.

Из приведенного уравнения следует, что изменение давления жидкости является линейной функцией температуры. Поэтому жидкостные термометры (так же, как и газовые) имеют равномерную шкалу.

Поскольку жидкость практически несжимаема, изменения атмосферного давления не оказывают влияния на показания прибора.

Для защиты от коррозии капилляры манометрических термометров суммируют или покрывают полимерными пленками.

Помимо рассмотренных, применяются парожидкостные (конденсационные) манометрические термометры. Термобаллон термометра данного типа заполняется на 2/3 своего объема низкокипящей жидкостью (ацетоном, фреоном, хлористым метилом и т.д.), с таким расчетом, чтобы входящий в него открытый конец капиллярной трубки был во всех случаях погружен в жидкость. При повышении температуры усиливается испарение жидкости и увеличивается упругость пара, а в связи с этим усиливается на уровне, соответствующем измеряемой температуре.

Конденсационные термометры применяются для измерения температур в диапазоне от -50 до +300°С и обладают более высокой чувствительностью по сравнению с газовыми и жидкостными манометрическими термометрами, т.к. давление насыщенного пара с изменением температуры очень быстро изменяется.

Конденсационные термометры имеют неравномерную (сжатую в начале) шкалу, что обусловлено нелинейной зависимостью давления насыщенного пара от температуры.