ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № З

Дослідження статичних і динамічних характеристик електростатичних давачів методом математичного моделювання

Мета роботи:

- 1.Ознайомитися з конструкцією та принципом роботи датчика.

- 2.Зняти дослідним шляхом вихідну характеристику датчика.

- 3.Визначити ціну поділки і чутливість, а також встановити вплив напруги на точність роботи датчика.

Короткі теоретичні відомості:

В залежності від характеристик тіла розрізняють термометр розширення, манометричні термометри, термопари, термометри опору і пірометри випромінювання (оптичні, радіаційні, фотоелектричні та ін.).

Температурою називається величина, що характеризує степінь теплоти речовини. Це визначення температури базується на явищі теплообміну між двома тілами, що находяться в тепловому контакті. Найбільше розповсюдження набули методи визначення температур, побудовані на зміні наступних властивостей вимірюваного тіла при змінах температури: об’єм (довжина); тиск при сталому об’ємі; термоелектрорушійна сила в місті дотику двох різнорідних металів; електричний опір провідників; інтенсивність випромінювання нагрітих: тіл.

Біметалічні термометри розширення найбільш часто використовуються в релейних системах і являють собою дві тонкі металічні пластинки з різними температурними коефіцієнтами лінійного розширення (наприклад, інвар і сталь), жорстко з’єднані між собою по всій площі дотику. В стержневому (дилатометричному) термометрі розширення при зміні температури проходить і розтягнення стержня (кварцевого чи з інвара), що впирається в дно стальної трубки. Манометричні термометри використовуються в регуляторах прямої дії.

В автоматичних регуляторах найбільш часто використовуються термометри опору і термопари.

Дія термометрів опору базується на зміні опору провідників і напівпровідників в залежності від температури. Найбільш широке використання в якості здавачів температури отримали металічні і напівпровідникові (термістори) термоопору.

Металічні термоопори виготовляються з чистих металів: міді, заліза, нікелю та платини. Залежність опору від температури приблизно підпорядковується лінійному закону до температур 100-200°С, а вище цих температур відхиляться від лінійності різноманітної для різних металів (наприклад, для міді в межах -50 +150‘С). З збільшенням температури опір таких датчиків зростає. Залежність опору від температури виражається наступним чином:

де R-опір при робочій температурі;

R -опір при 0°С;

а - температурний коефіцієнт опору (для міді a= 4,Зх103 ).

Найбільш стабільний та часто використовуваний в автоматиці є ній ціновий термооїгір. Його характеристика в діапазоні температур -50+ +660° C виражається формулою:

Платинові термометри опору позначаються ТСЛ, мідні-ГСМ Платина використовується у вигляді тонкого дроту діаметром 0,05-0,07 мм, мідь в виді дроту діаметром 0,1 мм.

В вітчизняних термометрах величина опору давача складає для платинових 10,46 і 100 Ом, для мідних-53 і 100 Ом (при / = 0°С). Одним з недоліків термоопорів є велика інерційність (стала часу), що досягає декількох хвилин. Передаточна функція такого давача:

К - коефіцієнт підсилення;

Т- стала часу.

Напівпровідниковий термоопір, в якого електричний опір різко зменшується при збільшенні температури, називається термістором. Термістори виготовляються з окисів металів (окису міді, нікелю, марганцю, кобальту, рійну тощо), а також із сульфідів, нітридів і карбідів цих металів. Залежність між опором і температурою для широкого класу напівпровідників виражається формулою:

де А і В - постійні; Т- температура, К.

Чутливість напівпровідникових термоопорів значно вища, чим металічних. Термістори при температурі 20 °С мають опір від сотень до сотень тисяч Ом. Вони можуть працювати при температурах від -100 °С і нижче до 400 Со і вище. Постійна часу термісторів в залежності від конструкції може змінюватися від долей секунди до десятків секунд.

Термоелектричні датчики (термопари) складаються з двох різнорідних провідників (термоелектродів) А і Б, кінці яких спаяні між собою {Рис. 3.1). При різній температурі в точках з’єднання (t1 і t2) в ланцюзі термопари з'являється EРС тим більша, чим більша різниця температур на її кінцях. Робочим кінцем термопари називається, спай, розміщений в середовищі температур яку потрібно виміряти. При використанні термопари в якості давача її попередньо градуюють, тобто визначають залежність ЕРС від температури робочого кінця при певній температурі вільного кінця, яка рівна 0 і 20 °С.

Термоелектроди можна поділити на термопозитивні й термонегативн Термопозитивними називають термоелектрод, на якому при з’єднанні його з хімічно чистою пластиною при температурі робочого кінця, вищою, ніж температура вільного кінця, утворюється позитивний потенціал відносно платини. Термонегативним називають термоелектрод, на якому в тих умовах утворюється від’ємний потенціал відносно платини.

В табл. 3.1 наведено термопари, які є найпоширенішими у застосуванні . Їх робоча температура використання при тривалому нагріванні і термо-ЕРС, також при максимально робочій температурі вільного кінця – 0оС. У найменуванні термопар першим вказано позитивний термоелектрод.

Конструктивні форми виконання термопар досить різноманітні. їх постійна часу змінюється від кількох хвилин до десятих долі секунди. Термопари використовуються при регулюванні температури електронним регулятором ЄР-Т-59 та ін.

Передавальна функція датчиків

Хід виконання роботи

- Ознайомитись з конструкцією та принципом роботи різних типів термічних датчиків.

- Отримати допуск до виконання лабораторної роботи.

- Визначити статичні й динамічні характеристики термоелектричних давачів у відповідності з варіантом.

- Представити отримані характеристики в табличному вигляді.

- Оформити звіт.

Звіт з лабораторної роботи повинен містити:

1. Мету.

2. Короткі теоретичні відомості.

3. Функційні залежності.

4. Таблиці функційних залежностей.

5. Висновки.

3.5. Контрольні запитання

1.Пояснити принцип дії біметалевого термометра розширення?

2.На чому базується робота термометрів опору?

3.В чому полягає залежність опору від температури в термоопорах?

4.Перерахувати недоліки термоопорів?

5.Що таке термістор?

6.Яким чином конструкція термісторів впливає на сталу часу?

7.З чого складаються термоелектричні датчики?

8.Що таке робочий кінець термопари?

9.Пояснити різницю між термопозитивними і термонегативними термоелектродами?

10.Де використовують термопари?

Використана література

1. Погорелов В.Н., Тюшев B.C. Гидропневмопривод и автоматика. - Л.: Издательство СЗПИ, 1968. - 431 с.

2. Кузьо И.В., Шевченко Т.Г. Расчет и контроль установки агрегатов непрерывного производства. - Л.: Вища школа, 1987. -175 с

3. Скобло Д.И., Глибин И.П. Автоматический контроль и регулирование процессов пищевых производств. К.: Техника, 1974.-488 с.

4. Чижов А. А. Автоматизированое регулирование и регуляторы в пищевой промышленности. - М.: Машиностроение, 1984. - 375 с.