Разработка автоматизированной системы управления выпарного аппарата электрощёлоков
3.2.1 Средства измерения температуры
Все типы приборов для измерения температуры (термометры) принято разбивать на два класса в зависимости от методики измерений. Традиционный и наиболее массовый вид термометров - контактные термометры, отличительной особенностью которых является необходимость теплового контакта между датчиком термометра и средой, температура которой измеряется. Вторую группу составляют бесконтактные термометры, для измерения которыми нет необходимости в тепловом контакте среды и прибора, а достаточно измерений собственного теплового или оптического излучения.
Контактные приборы и методы по принципу действия разделяются на:
а) термометры расширения, принцип действия которых основан на зависимости объемного расширения жидкости и линейных размеров твердых тел от температуры;
б) манометрические термометры, принцип действия которых основан на изменении давления рабочего (термометрического) вещества в зависимости от температуры;
в) термоэлектрические термометры (термопары), принцип действия которых основан на использовании зависимости термоэлектродвижущей силы от температуры;
г) термометры сопротивления, принцип действия которых основан на зависимости электрического сопротивления чувствительного элемента (проводника или полупроводника) от температуры.
Бесконтактные методы, в основе которых лежит регистрация собственного теплового или оптического излучения, можно представить следующими направлениями:
а) пирометрия - измерение температуры самосветящихся объектов: пламени, плазмы, астрофизических объектов;
б) радиометрия - измерение температуры по собственному тепловому излучению тел. Для невысоких и комнатных температур это излучение находится в инфракрасном диапазоне длин волн;
в) тепловидение - радиометрическое измерение температуры с пространственным разрешением и с преобразованием температурного поля в телевизионное изображение, иногда с цветовым контрастом. Позволяет измерять градиенты температуры, температуру среды в замкнутых объемах, например, температуру жидкостей в резервуарах и трубах[9].
Для данной системы управления требуются приборы, измеряющие температуру, для выполнения следующих задач: 1) Регулирование температуры барометрической воды в пределах (35-60) ±3°С за счет изменения подачи оборотной воды в конденсатор (контур 3); 2) Контроль температуры щёлоков в выпарном котле в диапазоне от 180 до 851°С с погрешностью ±5% (контур 2). Для данных критериев подходит термопреобразователи с унифицированным выходным сигналом.
Для решения первой задачи подходит термопреобразователь на основе медного терморезистора 50М (Cu50), так как он наиболее пригодна для измерения невысоких температур в интервале -50 - +200оС в небольшом диапазоне и с малой погрешностью.
Для решения второй задачи наиболее подходит термопреобразователь на основе металлических термопар типа ТПП10(S) или ТПП13(R) (термопара платинородий-платиновая, цифра обозначает процентное содержание родия). Эти датчики наиболее пригодны для измерения температур в диапазоне -50 - +1300оС в широком диапазоне и с приемлемой погрешностью. Неметаллические термопары непригодны из-за малой верхней границы или большой погрешностью на диапазоне +200 - +600оС из-за гистерезиса температуры. Платиновый терморезистор так же может подойти для решения данной задачи, но под заданный диапазон температур терморезистор изготавливается на спецзаказ и имеет слишком высокую цену и большую погрешность на нижних границах диапазона.
Заранее обговорим, что элементы АСУ будут первоочерёдно выбираться российских производителей или произведённых на территории РФ по экономическим критериям и только за неимением таковых обратимся к зарубежным производителям.
По всем вышеперечисленным параметрам для решения первой задачи выбран аналоговый преобразователь температуры с унифицированным выходным сигналом ТСМУ Метран-274[10]. Чувствительный элемент первичного преобразователя и встроенный в головку датчика микропроцессорный преобразователь преобразуют измеряемую температуру в унифицированный выходной сигнал постоянного тока, что дает возможность построения АСУТП без применения дополнительных нормирующих преобразователей. Технические характеристики и параметры данного прибора приведены в таблице 3.1.
Таблица 3.1 - Технические характеристики и параметры термопреобразователя ТСМУ Метран-274
Характеристики |
Значения |
|
Тип и исполнение термопреобразователя |
ТСМУ Метран-274МП |
|
НСХ |
50М |
|
Выходной сигнал, мА |
4-20, 20-4 |
|
Диапазоны преобразуемых температур, оС |
-50 -+180 |
|
Минимальный поддиапазон Поддиапазон - разность между верхним и нижним значениями настраиваемого диапазона измерения измерений, оС |
25 |
|
Зависимость выходного сигнала от температуры |
линейная |
Измеряемый параметр для ТСМУ Метран-274МП - температура, преобразуемая в изменение омического сопротивления терморезистора, размещенного в термозонде. Программируемый нормирующий преобразователь (ПНП) преобразует сигнал от первичного преобразователя температуры (ППТ) с помощью аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) в дискретный сигнал. Дискретный сигнал обрабатывается микропроцессором с целью:
- линеаризации НСХ ЧЭ ППТ;
- перестройки пределов измерения в пределах рабочего диапазона температур;
- перенастройки номинальной статической характеристики в случае замены чувствительного элемента на другой тип.
По всем вышеперечисленным параметрам для решения второй задачи выбран аналоговый преобразователь температуры с унифицированным выходным сигналом ТП Метран-2000[11]. Чувствительный элемент первичного преобразователя и встроенный в головку датчика микропроцессорный преобразователь преобразуют измеряемую температуру в унифицированный выходной сигнал постоянного тока, что дает возможность построения АСУТП без применения дополнительных нормирующих преобразователей. Технические характеристики и параметры данного прибора приведены в таблице 3.2.
Таблица 3.2 - Технические характеристики и параметры термопреобразователя ТП Метран-2000
Характеристики |
Значения |
|
Тип и исполнение термопреобразователя |
ТП Метран-2000 |
|
НСХ |
ТПП(S) |
|
Выходной сигнал, мА |
4-20, 20-4 |
|
Диапазоны преобразуемых температур, оС |
-50 - +1300 |
|
Зависимость выходного сигнала от температуры |
линейная |
Выбор датчиков компании «Метран» был сделан, так как, компания является ведущим специалистом российских брендов в разработке, производстве и сервисном обслуживании интеллектуальных средств измерений для всех отраслей промышленности в России и СНГ.