СКАЧАТЬ:  txay_txky-0104-_pc.zip [67,16 Kb] (cкачиваний: 28)

Реферат

по дисциплине «Технические средства автоматизации»

На тему:

«ТЕРМОПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ С УНИФИЦИРОВАННЫМ

ВЫХОДНЫМ СИГНАЛОМ ТХАУ 0104, ТХКУ 0104»

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение  …………………………………………………………………………... 3

2. Назначение …………………………………………………………………………..4

3. Технические данные и характеристики ……………………………………………6

4. Устройство и работа изделий ……………………………………….…………….11

ВВЕДЕНИЕ

Датчики температуры являются востребованной и популярной продукцией в отечественной радиоэлектронной промышленности. Термодатчики  позволяют осуществлять точное измерение температуры окружающей среды и различных объектов в широком диапазоне температур, что обуславливает их широкое применение в современной промышленной автоматизации, медицине, автомобилестроении и других отраслях. Имея низкую стоимость, обусловленную массовым производством, температурные датчики могут исполняться как в виде простых терморезисторов, так и в высоко интегрированном исполнении, имеющие сложные цепи обработки сигнала: усиления, линеаризации и АЦП.

1.1. Настоящий комплект эксплуатационной документации, предназначен для ознакомления с устройством и правилами эксплуатации термопреобразователей с унифицированным выходным сигналом ТХАУ 0104, ТХКУ 0104, перечисленные в таблице 1.1 (далее – термопреобразователи), и содержит сведения, удостоверяющие гарантии изготовителя.

2. НАЗНАЧЕНИЕ

2.1. Термопреобразователи предназначены для измерения и непрерывного преобразования температуры твердых, жидких, газообразных и сыпучих веществ в унифицированный выходной токовый сигнал 4÷20 мА.

Термопреобразователи обеспечивают измерение температуры как нейтральных, так и агрессивных сред.

Термопреобразователи применяются в различных технологических процессах в промышленности и энергетике.

2.2. Термопреобразователи состоят из первичного преобразователя и измерительного преобразователя в соответствии с таблицей 2.1.

Таблица 2.1

2.3. В соответствии с ГОСТ 30232-94 и ГОСТ 13384-93 термопреобразователи являются:

• по числу преобразуемых входных и выходных сигналов - одноканальными;
• по зависимости выходного сигнала от преобразуемой температуры – с линейной зависимостью;
• по связи между входными и выходными цепями – с гальванической связью;
• в зависимости от возможности перестройки диапазона измерения – многопредельными, перенастраиваемыми.

2.4. По устойчивости к климатическим воздействиям при эксплуатации термопреобразователи соответствуют:

• группе исполнения С2 (без конденсации влаги) при температуре окружающего воздуха от минус 50 до плюс 70 ºС (для индекса заказа t5070) по ГОСТ 12997-84;
• группе исполнения С3 при температуре окружающего воздуха от минус 10 до плюс 60 ºС (для индекса заказа t1060)  по ГОСТ 12997-84;
• виду климатического исполнения Т3 при температуре окружающего воздуха от минус 10 до плюс 60 ºС (для индекса заказа t1060)  по ГОСТ 15150-69.

2.5. В соответствии с ГОСТ 12997-84 по устойчивости к механическим воздействиям при эксплуатации термопреобразователи соответствуют группе исполнения N3.

2.6. Термопреобразователи ТХАУ 0104А, ТХКУ 0104А (повышенной надежности) относятся к I категории сейсмостойкости по НП-031-01 и к группе исполнения 3 по                    РД 25818-87.

2.7. Термопреобразователи ТХАУ 0104Ех и ТХКУ 0104Ех выполнены во взрывозащищенном исполнении, имеют особовзрывобезопасный уровень взрывозащиты, обеспечиваемый видом взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь» уровня «ia», маркировку взрывозащиты ExiaIICT6 X и соответствуют требованиям ГОСТ Р 51330.0-99, ГОСТ Р 51330.10-99.

2.8. Термопреобразователи ТХАУ 0104Ехd, ТХКУ 0104Ехd выполнены во взрывозащищенном исполнении в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51330.0-99, ГОСТ Р 51330.1-99, имеют вид взрывозащиты "взрывонепроницаемая оболочка", уровень взрывозащиты "взрывобезопасный" для смесей газов и паров с воздухом категории IIС по ГОСТ Р 51330.11-99, маркировку взрывозащиты 1ЕxdIICT6.

2.9. Взрывозащищенные термопреобразователи ТХАУ 0104Ех, ТХКУ 0104Ех, ТХАУ 0104Ехd, ТХКУ 0104Ехd  предназначены для применения во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок в соответствии с установленной маркировкой взрывозащиты, требованиями гл. 7.3 ПУЭ,  гл. 3.4 ПТЭЭП и ГОСТ Р 51330.9-99, ГОСТ Р 51330.13-99 и других нормативных документов, регламентирующих применение этого оборудования во взрывоопасных зонах, где возможно образование взрывоопасных смесей категории IIC и групп Т1…Т6 включительно.

2.10. В соответствии с ГОСТ 14254-96 по защищенности от воздействия окружающей среды термопреобразователи выполнены в пылеводозащищенном исполнении. Степень защиты от попадания твердых тел, пыли и воды для:

• ТХАУ 0104, ТХКУ 0104                                                                                               

ТХАУ 0104Ех, ТХКУ 0104Ех                                                                                                                                                             IР54;

• ТХАУ 0104А, ТХКУ 0104А                                                                                                                                                 IР55, IP65;
• ТХАУ 0104Ехd, ТХКУ 0104Ехd                                                                                                                                                                                                                                                                     IP65.

2.11. В соответствии с ГОСТ Р 50746-2000 по устойчивости к электромагнитным помехам термопреобразователи соответствуют группе исполнения IV, критерию качества функционирования А.

3. ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ И ХАРАКТЕРИСТИКИ

3.1. Нижний предел и ряд верхних пределов измерений соответствуют приведенным в таблице 3.1.

3.2. Пределы допускаемых основных приведенных погрешностей термопреобразователей относительно номинальной статической характеристики преобразования (НСХ) при сопротивлении нагрузок, указанных в п. 3.3, соответствуют приведенным в таблицах 3.1.

Таблица 3.1 – Основные метрологические характеристики ТХАУ 0104,  ТХКУ 0104

3.3. Сопротивление нагрузки R_н = 1 кОм при напряжении питания U_п = 36 В и                       R_н = 0,5 кОм при U_п = 24 В

3.3.1. Максимальное сопротивление нагрузки кОм, для напряжения питания в диапазоне от 12 до 36 В вычисляют по формуле

,                                                            (3.1)

где:   - напряжение питания, В;

        = 12 В;

         = 24 мА.

3.4. Время установления рабочего режима (предварительный прогрев) не более 15 мин.

3.5. Время установления выходного сигнала (время, в течение которого выходной сигнал термопреобразователя входит в зону предела допускаемой основной погрешности) не более 10 с для измерительного преобразователя и 30 мин для термопреобразователя.

3.6. Предел допускаемой дополнительной погрешности, вызванной изменением температуры окружающего воздуха:

• от минус 50 ºС до минус 10 ºС на каждые 10 ºС изменения температуры, не более предела допускаемой основной погрешности;
• от минус 10 ºС до плюс 70 ºС на каждые 10 ºС изменения температуры, не более 0,5 предела допускаемой основной погрешности.

3.6.1. Предел допускаемой дополнительной погрешности термопреобразователей, вызванной изменением температуры свободных концов термопар ТП в рабочем диапазоне температур, не превышает 1,5 °С.

3.7. Предел допускаемой дополнительной погрешности термопреобразователей, вызванной воздействием повышенной влажности (до 95 % при 35 ºС), не превышает 0,5 предела допускаемой основной погрешности.

3.8. Предел допускаемой дополнительной погрешности термопреобразователей, вызванной воздействием постоянных магнитных полей и (или) переменных полей сетевой частоты напряженностью до 300 А/м не превышает 0,5 предела допускаемой основной погрешности.

3.9. Предел дополнительной погрешности термопреобразователей, вызванной изменением напряжения питания от минимального 12 В до максимального 36 В, не превышает 0,05 %.

3.10. Предел допускаемой дополнительной погрешности, вызванной отклонением сопротивления нагрузки от предельных значений, установленных в п. 3.3 до нуля, не превышает 0,05 %.

3.11. Питание термопреобразователей ТХАУ 0104, ТХКУ 0104, ТХАУ 0104Ехd, ТХКУ 0104Ехd, осуществляется от источника постоянного тока напряжением от 12 до 36 В при номинальном значении (24) В или (36) В.

3.12. Питание взрывозащищенных термопреобразователей ТХАУ 0104Ех, ТХКУ 0104Ех с маркировкой взрывозащиты ЕхiaIICT6 Х осуществляется от искробезопасных источников напряжением (24) В.

3.13. Мощность, потребляемая термопреобразователями ТХАУ 0104, ТХКУ 0104, ТХАУ 0104 Ехd, ТХКУ 0104Ехd не превышает 0,8 Вт.

3.14. Длина монтажной и погружаемой частей термопреобразователей соответствует  ГОСТ 6616-94 и выбирается из ряда: 60, 80, 100, 120, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000, 2500, 3150 мм.

3.15. Масса термопреобразователей от 0,4 до 2 кг в зависимости от габаритных размеров.

3.16. Изоляция электрических цепей термопреобразователей относительно корпуса выдерживает в течение 1 мин действие испытательного напряжения практически синусоидальной формы частотой от 45 до 65 Гц:

• 500 В при температуре окружающего воздуха (20±5) °С и относительной влажности от 30 до 80 %;
• 300 В при температуре окружающего воздуха (35±3) ºС и относительной влажности (95±3) %.

3.17. Электрическое сопротивление изоляции между электрическими цепями и корпусом не менее:

• 20 Мом при температуре окружающего воздуха (20±5) °С и относительной влажности от 30 до 80 %;
• 5 МОм при температуре окружающего воздуха (50±3) °С и относительной влажности от 30 до 80 %;
• 1 МОм при относительной влажности (95±3) % и температуре окружающего воздуха (35±3) °С.

3.18. Термопреобразователи имеют линейно возрастающую зависимость выходного сигнала от преобразуемой температуры , рассчитываемую по формуле

,                                   (3.2)

где:   - измеренное значение выходного сигнала, соответствующее измеряемой температуре, мА;

 - нижний и верхний пределы унифицированного выходного сигнала, мА;

 - нижний и верхний пределы измерений температуры, ºС;

- значение измеряемой температуры, ºС.

3.19. Термопреобразователи устойчивы к воздействию температуры окружающего воздуха от минус 10 до плюс 60 °С (от минус 50 до плюс 70 °С).

3.20. Термопреобразователи устойчивы к воздействию влажности до 95 % при температуре 35 °С.

3.21. Термопреобразователи в транспортной таре выдерживают температуру от минус 50 до плюс 50 °С.

3.22. Термопреобразователи в транспортной таре обладают прочностью к воздействию воздушной среды с относительной влажностью 98 % при температуре 35 °С.

3.23. Термопреобразователи в транспортной таре устойчивы к воздействию ударной тряски с числом ударов в минуту 80, средним квадратическим значением ускорения 98 м/с² и продолжительностью воздействия 1 ч.

 УСТРОЙСТВО И РАБОТА ИЗДЕЛИЙ

Классификация датчиков, основные требования к ним

 Автоматизация различных технологических процессов, эффективное управление различными агрегатами, машинами, механизмами требуют многочисленных измерений разнообразных физических величин. 

Датчики (в литературе часто называемые также измерительными преобразователями), или по-другому, сенсоры являются элементами многих систем автоматики - с их помощью получают информацию о параметрах контролируемой системы или устройства. 

Датчик – это элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства, преобразующий контролируемую величину (температуру, давление, частоту, силу света, электрическое напряжение, ток и т.д.) в сигнал, удобный для измерения, передачи, хранения, обработки, регистрации, а иногда и для воздействия им на управляемые процессы. Или проще, датчик – это устройство, преобразующее входное воздействие любой физической величины в сигнал, удобный для дальнейшего использования.  

Используемые датчики весьма разнообразны и могут быть классифицированы по различным признакам: 

В зависимости от вида входной (измеряемой) величины различают: датчики механических перемещений (линейных и угловых), пневматические, электрические, расходомеры, датчики скорости, ускорения, усилия, температуры, давления и др.

В настоящее время существует приблизительно следующее распределение доли измерений различных физических величин в промышленности: температура – 50%, расход (массовый и объемный) – 15%, давление – 10%, уровень – 5%, количество (масса, объем) – 5%, время – 4%, электрические и магнитные величины – менее 4%. 

По виду выходной величины, в которую преобразуется входная величина, различают неэлектрические и электрические: датчики постоянного тока (ЭДС или напряжения), датчики амплитуды переменного тока (ЭДС или напряжения), датчики частоты переменного тока (ЭДС или напряжения), датчики сопротивления (активного, индуктивного или емкостного) и др.

Большинство датчиков являются электрическими. Это обусловлено следующими достоинствами электрических измерений:

- электрические величины удобно передавать на расстояние, причем передача осуществляется с высокой скоростью;

- электрические величины универсальны в том смысле, что любые другие величины могут быть преобразованы в электрические и наоборот;

- они точно преобразуются в цифровой код и позволяют достигнуть высокой точности, чувствительности и быстродействия средств измерений. 

По принципу действия датчики можно разделить на два класса: генераторные и параметрические (датчики-модуляторы). Генераторные датчики осуществляют непосредственное преобразование входной величины в электрический сигнал.

Параметрические датчики входную величину преобразуют в изменение какого-либо электрического параметра (R, L или C) датчика. 

По принципу действия датчики также можно разделить на омические, реостатные, фотоэлектрические (оптико-электронные), индуктивные, емкостные и д.р.

 Различают три класса датчиков:

- аналоговые датчики, т. е. датчики, вырабатывающие аналоговый сигнал, пропорционально изменению входной величины;

- цифровые датчики, генерирующие последовательность импульсов или двоич­ное слово;

- бинарные (двоичные) датчики, которые вырабатывают сигнал только двух уровней: "включено/выключено" (иначе говоря, 0 или 1); получили широкое распространение благодаря своей простоте. 

Требования, предъявляемые к датчикам:

- однозначная зависимость выходной величины от входной;

- стабильность характеристик во времени;

- высокая чувствительность;

- малые размеры и масса;

- отсутствие обратного воздействия на контролируемый процесс и на контролируемый параметр;

- работа при различных условиях эксплуатации;

5.1. Термопреобразователи состоят из первичного преобразователя (ПП) температуры и измерительного преобразователя (ИП). В качестве первичных преобразователей температуры используются преобразователи термоэлектрические (ТП) ТХА ХА(К) ТХК ХК(L).

ТП преобразуют температуру в термоэлектродвижущую силу (т.э.д.с).

ИП преобразуют сигнал, поступающий от первичного преобразователя в унифицированный токовый сигнал 4¸20 мА. Он выполнен в виде единого конструктивного узла, который устанавливается в головку первичного преобразователя.

Термоэлектрические преобразователи (термопары) - принцип действия термопар основан на термоэлектрическом эффекте, который состоит в том, что при наличии разности температур мест соедине­ний (спаев) двух разнородных металлов или полупроводников в контуре возникает электродвижущая сила, называемая термо­электродвижущей (сокращенно термо-ЭДС). В определенном интер­вале температур можно считать, что термо-ЭДС прямо пропор­циональна разности температур ΔT = Т₁ – Т₀ между спаем и концами термопары.  

Соединенные между собой концы термопары, погружаемые в среду, температура которой измеряется, называют рабочим концом термопары. Концы, которые находятся в окружающей среде, и которые обычно присоединяют проводами к измерительной схеме, называют свободными концами. Температуру этих концов необходимо поддерживать постоянной. При этом условии термо-ЭДС Е_т будет зависеть только от температуры T₁ рабочего конца.

                                   U_вых = E_т = С(Т₁ – Т₀),         

где С – коэффициент, зависящий от материала проводников термопары.

 Создаваемая термопарами ЭДС сравнительно невелика: она не превышает 8 мВ на каждые 100 ⁰С и обычно не превышает по абсолютной величине 70 мВ. Термопары позволяют измерять температуру в диапазоне от –200 до 2200 ⁰С.

 Наибольшее распространение для изготовления термоэлектрических преобразователей получили платина, платинородий, хромель, алюмель.

 Термопары имеют следующие преимущества: простота изготовления и надёжность в эксплуатации, дешевизна, отсутствие источников питания и возможность измерений в большом диапазоне температур.

Наряду с этим термопарам свойственны и некоторые недостатки - меньшая, чем у терморезисторов, точность измерения, наличие значительной тепловой инерционности, необходимость введения поправки на температуру свободных концов и необхо­димость в применении специальных соединительных проводов.

5.1.1. В термопреобразователях предусмотрена возможность перенастройки верхних пределов измерений температуры с помощью соответствующих переключателей, расположенных на верхней (передней) панели ИП (см. рисунки 5.1 и 5.2).

5.2. Под крышкой головки корпуса термопреобразователя на передней панели ИП (см. рисунки 5.1 и 5.2) расположены:

• потенциометр подстройки нуля «0»;
• потенциометр подстройки коэффициента усиления «К»;
• переключатели верхнего предела измерений:

«400», «400», «200», «200», «100» для ТХАУ 0104,

«200», «200», «100», «100», «50» для   ТХКУ 0104;

• клеммные соединители ХТ1 и ХТ2 для подключения первичного преобразователя, питания +24 В (+36 В) и нагрузки.

Преобразователь измерительный ИП 0104/ХА

Передняя панель

Рисунок 5.1

Преобразователь измерительный ИП 0104/ХК

Передняя панель

Рисунок 5.2