СКАЧАТЬ:  referat.zip [70,31 Kb] (cкачиваний: 30)
 

Р Е Ф Е Р А Т

по дисциплине: «Технические средства автоматизации»

на тему:

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ

ТХА МЕТРАН-201

СОДЕРЖАНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ. 2

ОПИСАНИЕ И РАБОТА.. 3

1.    Назначение. 3

2.    Характеристики. 3

3.    Устройство и работа. 5

ПРИЛОЖЕНИЕ. 8

ОПИСАНИЕ И РАБОТА

1.                Назначение

Термоэлектрические преобразователи (ТП) хромель-алюмелевые ТХА Метран 201 предназначены для измерения температуры газообразных и жидких химически неагрессивных и агрессивных сред, не разрушающих материал защитной арматуры или материал оболочки кабеля

По способу контакта с измеряемой средой ТП соответствуют погружаемому и поверхностному исполнениям, по условиям эксплуатации – стационарному исполнению, по отношению к измеряемой среде – герметичные.

2.                Характеристики

2.1.         Условное обозначение номинальной статической характеристики преобразования (НСХ) по ГОСТ Р 8.585:

2.2.         Класс допуска 2 по ГОСТ Р 8.585.

2.3.         Рабочий диапазон измеряемых температур: от -40 °С до 1000 °С.

2.4.         Номинальное значение температуры применения: 700 °С.

2.5.         Пределы допускаемых отклонений от НСХ чувствительного элемента ТП в рабочем диапазоне температур соответствуют значениям, указанным в таблице в приложении (таблица 1).

2.6.         Пределы допускаемой основной погрешности ТП в рабочем диапазоне температур соответствуют значениям, указанным в приложение (таблица 2).

2.7.         Электрическая изоляция ТП между термоэлектродами и металлической частью защитной арматуры при температуре окружающего воздуха (25±10) °С и относительной влажности от 30 до 80 % выдерживает в течение 1 мин испытательное напряжение 250 В синусоидального тока частотой 50 Гц, кроме исполнений с неизолированным чувствительным элементом (ЧЭ).

Электрическое сопротивление изоляции между термоэлектродами ЧЭ и металлической частью защитной арматуры составляет не менее:

• 100 МОм – при температуре (25±10) °С и относительной влажности от 30 до 80 %;
• 1 МОм – при температуре 35 °С и относительной влажности до 98 %;
• 20 МОм – при температуре окружающего воздуха 85 °С;
• 0,07 МОм – при температуре 600 °С;
• 0,005 МОм – при температуре 1100 °С.

2.8.         Электрическое сопротивление термоэлектродов ТП при температуре (25±10) °С не превышает значений, определяемых по формуле:

,                                                    (1)

где R_тэ – сопротивление термоэлектродов, Ом;

К – коэффициент, численно равный значениям в приложении (таблица 3);

L – длина монтажной части, м.

При этом сопротивление каждого термоэлектрода ТП с неизолированным спаем, измеренное относительно защитной арматуры, не превышает половины значения, определяемого формулой (1).

2.9.         ТП устойчивы к воздействию температуры окружающего воздуха -45 до 85 °С.

2.10.    ТП устойчивы к воздействию синусоидальной вибрации с частотой от 10 до 150 Гц, амплитудой 0,075 мм и ускорением для частоты, выше частоты перехода.

2.11.    ТП в упаковке для транспортирования выдерживают воздействие температуры окружающего воздуха от минус 50 до 50 °С и относительной влажности (95±3) % при температуре 35 °С.

2.12.    Степень защиты ТП от воздействия пыли и воды IP65 по ГОСТ 14254.

2.13.    Вероятность безотказной работы за 1000 ч составляет не менее 0,80 (браковочное значение вероятности безотказной работы).

Критерием отказов является:

• обрыв или короткое замыкание ЧЭ;
• уменьшение сопротивления изоляции;
• превышение допустимой погрешности.

2.14.    Средний срок службы ТП составляет не менее 3 лет.

2.15.    Среднее время восстановления не более 20 мин.

3.                Устройство и работа

Измерение температуры основано на явлении возникновения в цепи ТП термоэлектродвижущей силы, который состоит в том, что в замкнутой цепи, состоящей из разнородных проводников, возникает ЭДС (термоэдс), если места контактов поддерживают при разных температурах. Цепь, которая состоит только из двух различных проводников называется термоэлементом или термопарой.

Величина возникающей термоэдс зависит только от материала проводников и температур горячего (T₁) и холодного (T₂) контактов.

В небольшом интервале температур термоэдс E можно считать пропорциональной разности температур:

E = α₁₂(T₂ − T₁), где α₁₂ — термоэлектрическая способность пары (или коэффициент термоэдс)

В простейшем случае коэффициент термоэдс определяется только материалами проводников, однако строго говоря, он зависит и от температуры и в некоторых случаях с изменением температуры α12 меняет знак.

Более корректное выражение для термоэдс:

Возникновение эффекта Зеебека вызвано несколькими составляющими.

Если вдоль проводника существует градиент температур, то электроны на горячем конце приобретают более высокие энергии и скорости, чем на холодном; в полупроводниках в дополнение к этому концентрация электронов проводимости растет с температурой. В результате возникает поток электронов от горячего конца к холодному и на холодном конце накапливается отрицательный заряд, а на горячем остаётся нескомпенсированный положительный заряд. Процесс накопления заряда продолжается до тех пор, пока возникшая разность потенциалов не вызовет поток электронов в обратном направлении, равный первичному, благодаря чему установится равновесие.

ЭДС, возникновение которой описывается данным механизмом, называется объёмной ЭДС.

Контактная разность потенциалов вызвана отличием энергий Ферми у контактирующих различных проводников. При создании контакта уровни Ферми становятся одинаковыми, и возникает контактная разность потенциалов, равная

, где F — энергия Ферми, e — заряд электрона.

На контакте тем самым существует электрическое поле, локализованное в тонком приконтактном слое. Если составить замкнутую цепь из двух металлов, то U возникает на обоих контактах. Электрическое поле будет направлено одинаковым образом в обоих контактах — от большего F к меньшему. Это значит, что если совершить обход по замкнутому контуру, то в одном контакте обход будет происходить по полю, а в другом — против поля. Циркуляция вектора Е тем самым будет равна нулю.

Если температура одного из контактов изменится на dT, то, поскольку энергия Ферми зависит от температуры, U также изменится. Но если изменилась внутренняя контактная разность потенциалов, то изменилось электрическое поле в одном из контактов, и поэтому циркуляция вектора Е будет отлична от нуля, то есть появляется ЭДС в замкнутой цепи.

Данная ЭДС называется контактная-эдс.

Если оба контакта термоэлемента находятся при одной и той же температуре, то и контактная, и объёмная термоэдс исчезают.

Если в твёрдом теле существует градиент температуры, то число фононов, движущихся от горячего конца к холодному, будет больше, чем в обратном направлении. В результате столкновений с электронами фононы могут увлекать за собой последние и на холодном конце образца будет накапливаться отрицательный заряд (на горячем — положительный) до тех пор, пока возникшая разность потенциалов не уравновесит эффект увлечения.

Эта разность потенциалов и представляет собой 3-ю составляющую термоэдс, которая при низких температурах может быть в десятки и сотни раз больше рассмотренных выше. Итак, при разности температур между рабочими и свободными концами. Величина термоэлектродвижущей силы пропорциональна этой разности температур и фиксируется потенциометром.

3.1.         Измерительным узлом ТП является термоэлектрический чувствительный элемент, выполненный на основе термопарного кабеля с минеральной изоляцией термоэлектродов типа КТМС(ХА), КТМСп(ХА), КТМС(ХК) по ТУ 16-505.757.

Свободные концы чувствительного элемента (термопарного кабеля) подключены к армированным контактам в корпусе соединительной головки ТП.

В случае необходимости термопарный кабель можно легко вынуть из защитной арматуры (отсоединив от армированных контактов) не вынимая защитную арматуру ТП из зоны его установки.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Рис. 1. Внешний вид и габаритные размеры ТП Метран-201

Таблица 1. Предельно-допустимые отклонения от СКХ в зависимости от температуры

Таблица 2. Предел допускаемой основной погрешности в зависимости от темпрературы

Таблица 3. Значения коэффициента К в зависимости от сечения термоэлектродов

Рис. 2. Структурная схема датчика

(ЧЭ – чувствительный элемент, УМ – усилитель мощности, ПМ – потенциометр, ВУ – вычислительное устройство, КОД – код, несущий информацию о температуре вещества)

ЛИТЕРАТУРА

Преобразователи термоэлектрические ТХА и ТХК Метран-200. Руководство по эксплуатации 201.01.00.000 РЭ. Челябинск, 2007.