Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






ТЕРМОПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ СОПРОТИВЛЕ­НИЯ



Принцип действия термопреобра­зователей сопротивления основан на использовании свойства чувствитель­ного элемента менять свое сопротив­ление при изменении температуры. Они могут быть проволочными и полу­проводниковыми.

Термопреобразователи сопротивле­ния ПРОВОЛОЧНЫЕ. Материалом проволочных термо­преобразователей является, как пра­вило, медь или платина (см. табл.).

В диапазоне температур от - 50 до +180 °С сопротивление меди нахо­дится в линейной зависимости от тем­пературы:

Rt = Ro [1 + α (tto)] ,

где Rt - сопротивление при темпера­туре t, α = 0,00428 1/°С.

Сопротивление платины:

Rt = Ro [1 + αп (tto) + βп (tto)2] ,

где αп = 3,94∙10-3 1/°С; βп = 5,8∙10-7 1/°С.

Конструкции термопреобразователей сопротивления весьма разнообразны. Чувствительный элемент большинства из них представляет собой спираль, намотанную без механических натяже­ний на каркас из изоляционного ма­териала. Каркас со спиралью помещен в защитный кожух, представляющий собой металлическую или стеклянную гильзу, заполняемую гелием или по­рошком окиси алюминия.

По точности измерения температуры термопреобразователи сопротивления делят на пять классов (см. таблицу).

Основные параметры термопреобразователей сопротивления

 

Тип термопреобразователя (ма­териал проволоки) Номинальная статическая характерис­тика преобразования Диапазон измеряемых температур, °С Номинальное сопро­тивление при 0°С, Ом
ТП (платина)   1 П 5 П 10 П 100 П 500 П От -50 до 1100 » -100 > 1100 » -260 » 1000 » -260 » 1000 » -260 » 300
ТП (медь) 5 М 50 М 100 М От -50 до 200 » -50 » 200 » -200 » 200

Наи­большее применение в научных исследованиях получили серийные преобра­зователи ТСП-5071 с температурным диапазоном от -200 до +600 °С. Температурный коэффициент полу­проводниковых термопреобразовате­лей (термисторов) более высокий (3÷6 % на 1 °С),по сравнению с про­волочными (0,4 % на 1 °С). Они отли­чаются большим внутренним сопро­тивлением, малыми габаритами, вы­сокой механической прочностью, дли­тельным сроком службы и низкой стои­мостью.

Для измерения температуры термопреобразователи сопротивлений R1, R2, R3, и R4 включают в мостовую схему с балансировочным резистором и усилителем (см. рис. 29-1).

Рис. 29-1. Мостовая схема включения термопреобразователей сопротивлений с балансировочным резистором и усилителем.



Причем, если необходимо измерить разность температур между двумя средами, то термопреобразователи сопротивлений R1 и R2 располагают в одной среде, а термопреобразователи сопротивлений R3 и R4 – в другой. Включение термопреобразователей сопротивлений R1 и R2, а также R3, и R4 в мостовую схему[1] следует выполнять попарно, в диагонали моста. В этом случае при нагревании (или охлаждении) любой пары резисторов разность потенциалов между точками А и С будет изменяться пропорционально изменению температуры.

Перед измерением схему сначала прогревают (дав поработать 10÷15 минут) а затем балансируют и тарируют. Балансировку схемы выполняют при нахождении всех термопреобразователей сопротивлений R1, R2, R3, и R4, в одинаковой температуре. Её производят резистором R7 до тех пор, пока разность потенциалов между точками А и С не будет равна «нулю». Показание измерительного прибора mA при этом установится на отметке «ноль».

Для тарировки схемы термопреобразователи сопротивлений R1 и R2 постепенно нагревают до максимальных рабочих температур, а затем также постепенно охлаждают их, одновременно регистрируя температуру и показания прибора mA. При этом термопреобразователи сопротивлений R3 и R4 должны находиться при постоянной начальной температуре. По результатам тарировки строят тарировочный график функции A=f(ToC), по которому рассчитывают величину абсолютной и приведенной погрешности измерения.

Абсолютная погрешностьсистемы измерения температуры определяется как максимальная разность, по формуле:

max, [oC]

где Тн – температура, измеренная схемой в режиме её повышения;

То – температура, измеренная схемой в режиме её понижения.

Относительная погрешность системы измерения температуры определяется по формуле:



Важным параметром преобразова­теля является показатель тепловой инерции или постоянная времени, оп­ределяемая как время, в течение ко­торого тело, помещенное в среду с по­стоянной температурой, нагревается до 63,2 % значения температуры среды. По этому параметру термопреобра­зователи сопротивления выпускают с малой тепловой инерцией (не более 10 с), со средней (не более 60 с) и с боль­шой (более 60 с), что определяется их конструкцией.

К недостаткам термисторов относят нелинейность и низкую вос­производимость градиуровочной ха­рактеристики, что приводит к необхо­димости их индивидуальной градуи­ровки.

Таблица 1.1.

Допускаемые отклонения параметров термопреобразователей сопротивлений

 

Допускаемые отклонения Класс термопреобразователя Тип термопреобразователя
ТП (платина) ТП (медь)
Номинального сопротивления при 0 °С, % I II III IV V ±0,05 ±0,1 ±0,2 ±0,4 ±0,8 — ±0,1 ±0,2 ±0,5 ±1,0
Отношения 1,3910 (ТСП) W100 = 1,4280 (ТСМ) I   II   III   IV   V +0,0015 -0,0005 + 0,0015 - 0,0010 + 0,0015 - 0,0020 + 0,0015 - 0,0030 +0,0015 -0,0050 —   ±0,0010   ±0,0020   ±0, 0030   + 0,0030 - 0,0050

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ.

Чувствительным элементом (датчиком) термоэлектрическогопреобразо­вателя является термопара.

Термопары изготавливают из двух разнородных электродов в виде проволоки, (например: хромели – 1 и алюмели – 2) соединенных (обычно, сваренных электродуговым способом) в одной точке – 3 (рабочий конец термопары). При не­равенстве температур рабочего и сво­бодных концов термопары на последних возникает, сигнал (термо-ЭДС), пропорциональный разности темпера­тур рабочего и свободных концов. В качестве прибора, регистрирующего ЭДС, обычно используют милливольтметры и миллиамперметры.

Низкие температуры (до -200 °О измеряют медь-копелевыми, хромель-копелевыми, хромель-алюмелевыми, железо-константановыми и медь-кон-стантановыми термопреобразователя­ми, из которых последние получили наибольшее применение. Для измере­ния более низких температур термо­электрические преобразователи при­меняют редко вследствие их невысокой чувствительности, а также значитель­ных погрешностей, обусловленных паразитными ЭДС.

Преобразователи типа ТВР исполь­зуют в вакууме или в инертных сре­дах, так как при высоких температу­рах на воздухе они окисляются.

Ниже в таблице приведены основные пара­метры термоэлектрических преобразо­вателей и формулы для вычисления пределов допускаемых отклонений термо-ЭДС термопар от градуировочных таблиц.

Основные параметры термоэлектрических преобразователей

Тип преобразователя Номинальная статическая характеристика преобразования Материал термоэлектродов Измеряемые температуры при длительном применении, оС Предельная температура при кратковременном применении, оС Допускаемые отклоне­ния термоЭДС термо­пар преобразователей, мВ
ТПР   ТПП   ТХА   ТХК   ТВР ПР-30/668   ПП68 ХА68   ХК68   ВР 5/2068-1 ВР 5/2068-2 ВР 5/2068-3 Платинородий (30 % родия) Платинородий (10 % родия) - платина Хромель-алюмель   Хромель-копель   Вольфрамрений (5 % рения) — вольфрамрений (20 % рения) 300÷1600   0 ÷ 1300   От -50 до +1000 От -50 до +600 0 ÷ 1800         0,01+3.3∙10-5(t-300)   0,01+2.5∙10-5(t-300)   0,16+2,0∙10-4(t-300)   0,2 + 6,0∙10-4(t-300)   0,08+4,0∙10-6(t-1000)

Термоэлектрический преобразова­тель как элемент системы регулиро­вания в значительной степени опреде­ляет характеристики температурного устройства испытательной машины. Тепловая инерция термопреобразова­теля зависит от его конструктивного исполнения, уровня температуры и диаметра термоэлектродов.

Выпускают термопреобразователи малой, средней, большой и, ненормированной инерцион­ности с показателем тепловой инерции соответственно не более 5, 60, 180 и свыше 180 с для погружаемых, и не более 10, 120, 300 и свыше 300 с для поверхностных термопреобразователей.

АНАЛИЗ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ

Пирометрические методы находят все более широкое применение для получения видимого изображения и регистрации температурного поля по­верхности материальных объектов. Приборы для наблюдения и исследования объ­ектов по их тепловому излучению называются тепловизорами.

Первые приборы, разработанные для ночного видения, основанные на при­менении электронно-оптических методов усиления и визуализации фотоэлектро­нов, имели спектральный диапазон чувствительности до 1,3 мкм и позволяли наблюдать распределение температур только выше 400 °С.

Телевизионные приемные трубки - видиконы с фоторезистивным слоем из пленки оксида свинца или сульфида оксида свинца чувствительны к излучению до 2 мкм. Чувствительные телекамеры, снабженные такими видиконами, дают возможность определять температурное поле при температурах выше 250 °С.

Создание чувствительных приемников инфракрасного излучения, спектраль­ная чувствительность которых простирается далеко в инфракрасную область спектра, открыло широкие возможности для развития термографии и тепловиде­ния объектов с более низкими температурами. Применение в качестве приемни­ков излучения пироэлектрических элементов дает возможность получать ви­димое изображение температурного поля объектов с температурой от -20 до +2000 °С.

Телевизионные приемники инфракрасного излучения, в которых видикон выполнен со сканируемой поверхностью из пироэлектрического кристалла три-глицилсульфата, позволяют создавать чувствительные пироэлектрические тепло­визоры, известные под названием пиротронов, пироконов или видиконов пиро­электрических, которые обеспечивают прием инфракрасного излучения вплоть до 40 мкм.

Структур­ная схема тепловизора показана на рис. 29-2. Приемно-оптическая система 7, управ­ляемая сканирующей системой УСкС, производит обзор объекта и разлагает его изображение в ряд точек, излучение от ко­торых воспринимается приемником излучения 6, выходной сигнал которого подается на усилитель УВО. Сигналы с усилителя УВО и устройств развертки и синхронизации ГПНсоздают на экране электронно-лучевой трубки[2] 5видимое изображение температурного поля поверхности исследуемого объекта.

Обзор происходит в пределах поля зрения, определяемого углами α и β, за время t, называемое временем кадра. В качестве приемников излучения применяются фоторезисторы из антимонида индия, охлаждаемые жидким азотом до -196°С. Такие приемники имеют постоянную времени 1 мкс, что позволяет в зависимости от требуемого геометрического разрешения полу­чать кадры с частотой 0,5÷60 Гц. Низкая частота кадров пока ограничивает применение тепловизоров при исследовании динамики тепловых процессов и на­блюдении быстродвижущихся объектов.

Рис. 29-2. Структур­ная схема тепловизора, 1 – электронно-лучевая трубка; 2 – электронная пушка; 3 – вертикально отклоняющие пластины; 4 – горизонтально отклоняющие пластины; 5 - экран электронно-лучевой трубки; 6 - приемник излучения; 7 - приемно-оптическая система; УВО – усилитель вертикального отклонения луча; УГО – усилитель горизонтального отклонения луча; ГПН – генератор пилообразного напряжения; УСкС - управ­ляющая сканирующая система

Можно увеличить геометрическое раз­решение и частоту кадров применением нескольких приемников, соединенных в строку или детекторную матрицу.

Важной характеристикой тепловизоров является их порог чувствительно­сти - минимально определяемая разность температур ΔТмин на поверхности АЧТ (e=1) с температурой 25°С, при которой отношение сигнала к собствен­ным шумам тепловизора должно быть равно 1. У серийно выпускаемых тепло­визоров ΔТмин = 0,1÷ 0,3 °С.

а) б)

Рис. 29-3. Внешний вид тепловизора – а) и изображение температурных полей двигателя на экране тепловизора – б)

Для исследования температурных полей малых объектов разработаны тепловизорные микроскопы и микрорадиометры, применяемые, например, для ис­следования температурного поля микросхем с целью обнаружения скрытых де­фектов. В таких приборах используется микроскопная оптика с увеличением от 3 до 125. Известны микрорадиометры, имеющие пространственное разрешение 10 мкм и температурное разрешение ΔТ=0,06°С в диапазоне температур от -30 до +850°С.

Тепловидение и термография широко применяются при геологиче­ских и климатологических исследованиях земной поверхности, в медицинской практике для диагностики, в строительстве для проверки теплоизоляции зданий, для обнаружения мест перегрева в электрических цепях и у различного рода энергетического оборудования, для измерения механических напряжений и деформаций. Для температурного зондиро­вания атмосферы применяются спутниковые радиометры, а для поисков залежей полезных ископаемых - спектрорадиометры. Такие приборы обычно градуиру­ются непосредственно в единицах температуры или в единицах энергетической яркости.

Стробоскопический метод измерения угла опережения зажигания

Углом опережения зажигания (УОЗ) называется угол поворота коленчатого вала двигателя от момента подачи искры в цилиндр, до момента прихода поршня этого цилиндра в верхнюю мертвую точку.

Графически УОЗ представлен на рис. 29-4, в виде шкива 1 коленчатого вала двигателя с меткой 2. На рисунке метка 2 показана в тот момент, когда на свечу первого цилиндра двигателя подается высокое напряжение и между её электродами проскакивает искра. Здесь же показана метка 3 на блоке двигателя.

При совмещении метки 2 на шкиве 1 с меткой 3 на блоке двигателя поршень первого цилиндра приходит в верхнюю мертвую точку (ВМТ). Тогда угол поворота Δj коленчатого вала двигателя от момента искрообразования в его первом цилиндре до момента совмещения меток 2 (на шкиве) и 3 (на блоке) и есть угол опережения зажигания - УОЗ.

 

Рис. 29-4. Метки на шкиве и блоке двигателя автомобиля Следовательно, для измерения УОЗ необходимо регистрировать два события: момент подачи искры в первый цилиндр двигателя и момент совмещения метки 2 на шкиве, с меткой 3 на блоке цилиндров. Измерение УОЗ осуществляется при помощи стробоскопа. Стробоскоп – это электронный прибор с лампой – вспышкой, который позволяет наблюдать вращающиеся (движущиеся) детали в неподвижном состоянии в свете вспышек лампы. Стробоскоп (рис. 29-5, а) подключается к автомобильной бортовой сети. Преобразователь напряжения ПН стробоскопа преобразует напряжение бортовой сети ± 12В в высокое напряжении +400В, для питания лампы-вспышки ИСЛ, и низкое, +5В для питания электронных элементов стробоскопа.

элементов схемы.

Индуктивный датчик ИДстробоскопаустанавливается на высоковольтный провод свечи первого цилиндра.

Стробоскоп работает следующим образом. При работе двигателя и подаче высокого напряжения в его первый цилиндр индуктивный датчик ИДпреобразует его в электрический сигнал Uид (см. рис. 29-5, б).

Как известно, в момент времени tо в первый цилиндр подается искра. Об этом свидетельствует резкое возрастание напряжения Uид. Затем сигнал от индуктивного датчика ИД поступает в фильтр Ф, который отфильтровывает из него короткий максимальный импульс напряжения Uф в момент времени tо. Этот импульс напряжения Uф поступает в формирователь стандартных импульсов ФИ1. При поступлении короткого импульса от фильтра в формирователь ФИ1 на его выходе, в момент времени tо вырабатывается один стандартный импульс заданной длительности tфи и амплитуды Uимп.

Если кнопка Кнстробоскопа не нажата и находится в положении, показанном на рис. 29-5, а), то стандартные импульсы поступают через замкнутые контакты К1.1 на стрелочный прибор стробоскопа. Каждый импульс отклоняет его стрелку. Чем чаще подается искра в первый цилиндр двигателя, тем чаще поступают импульсы Uимп на стрелочный прибор и тем дальше отклоняется его стрелка. Таким образом, при данном положении кнопки Кн переключателя стрелочный прибор показывает частоту вращения коленчатого вала двигателя nе. Чтобы измерить величину угла опережения зажигания, необходимо нажатием на кнопку Кн переключить контакты переключателя так, чтобы контакт К1.1 разомкнулся, а контакт К1.2 замкнулся.

При измерении УОЗ стандартные импульсы поступают на вход ждущего мультивибратора ЖМВ, запуская его в момент времени tо, подачи искры в первый цилиндр. При этом ждущий мультивибратор ЖМВ открывается и на его выходе появляется напряжение Uим. Отличительной особенностью ждущего мультивибратора ЖМВявляется возможность регулирования длительности импульса на его выходе.

б) Рис. 29-5 Структурная схема электронного стробоскопа для измерения угла опережения зажигания – а) и диаграммы его работы – б)
а)

Вращая переменный резистор Rр, оператор – диагност имеет возможность или увеличивать или уменьшать время tжмв длительности импульса на выходе ЖМВ. Это необходимо для того, чтобы управлять моментом вспышки лампы ИСЛ.

Из схемы (рис. 29-5, а) видно, что импульсы от ждущего мультивибратора ЖМВпоступают в электронный ключ (электронный переключатель) ЭК. В исходном состоянии ключ ЭК замыкает контакт 1 с контактом 3. При этом высокое напряжение +400В заряжает накопительный конденсатор С1. Падающий фронт импульса ЖМВ, в момент времени tо, переключает электронный ключ ЭК в положение, при котором контакт 1 замыкается с контактом 2, соединяя конденсаторС1 с импульсной лампой – вспышкой ИСЛ. Весь накопленный конденсатором С1заряд энергии поступает на лампу ИСЛ, вызывая её короткую и очень яркую вспышку в момент времени t1.

Как уже было отмечено ранее, оператор - диагност имеет возможность изменять время tжмв длительности импульса на выходе ЖМВ,вращая переменный резистор Rр. Представим, что резисторRр установлен на самую малую длительность импульса tжмв = 0. Тогда импульсная лампа - вспышка ИСЛ будет вспыхивать в момент времени t1, т.е. в момент подачи искры в первый цилиндр двигателя. Если при этом направить свет лампы ИСЛ на шкив коленчатого вала двигателя и метку на его блоке (рис. 29-4) то мы увидим в свете вспышек шкив 1 в неподвижном состоянии относительно метки 3 на блоке двигателя. Причем метка 2 на шкиве будет находиться в том положении, в котором находится коленчатый вал двигателя в момент подачи искры в первый цилиндр. Это положение обозначено на рис. 29-4. значком «молния».

Теперь немного повернем ручку резистора Rр так, чтобы длительность импульса tжмв≠ 0. Следовательно, вспышки лампыИСЛ теперь будут происходить с некоторой задержкой, поскольку от момента подачи искры в первый цилиндр в момент времени tо и моментом времени t1 вспыхивания лампы ИСЛ будет проходить некоторое время, равное длительности импульса tжмв. За это время коленчатый вал успеет повернуться на некоторый угол и расстояние между метками 2 и 3 (рис. 29-4) уменьшится.

Таким образом, вращая ручку резистора Rр можно так изменить длительность импульса tжмв, что вспышки импульсной лампы будут происходить в момент прихода поршня первого цилиндра в верхнюю мертвую точку ВМТ.

При этом напряжение на выходе ЖМВ будет появляться в момент подачи искры в первый цилиндр двигателя, а снижаться до нуля - в момент прихода поршня первого цилиндра в ВМТ.

Другими словами, длительность tжмв импульса на выходе ЖМВбудет пропорциональна величине угла опережения зажигания. Взгляните на схему (рис. 29-5, а). Кроме того, что эти импульсы поступают на электронный ключ ЭК, через замкнутый контакт К1.2 они поступают и на стрелочный прибор стробоскопа. Стрелка прибора отклоняется пропорционально времени tжмв длительности импульса ЖМВ и показывает величину угла опережения зажигания Δj как угла поворота коленчатого вала от момента искрообразования в первом цилиндре до момента прихода его поршня в ВМТ.


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2019 год. Все права принадлежат их авторам!