Разработка учебно-исследовательского стенда «Изучение средств измерения температуры»: методическая часть
ВВЕДЕНИЕ
Каждая физическая величина обладает своей уникальной природой и свойствами, влияющими на ее измерение. По этим причинам измерение различных физических величин требует использования разных методов и средств.
В наше время в промышленности можно наблюдать определенное распределение приоритетов в измерениях физических величин. Около 50% всех измерений связаны с контролем температуры, в то время как расход вещества (как массовый, так и объемный) составляет 15% от общего количества измерений. Давление, уровень, количество (масса и объем) занимают приблизительно по 5-10% каждый. Аналитические измерения материалов, время, а также электрические и магнитные измерения составляют менее 5% совокупного количества измерений. Несмотря на то, что эти цифры уже достаточно точно раскрывают статистику измерений в промышленности, мы всегда стремимся улучшить и унифицировать эти процессы для максимальной эффективности и точности.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................. 5
1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ................................................... 8
1.1 Термоэлектрические датчики температуры................................................. 13
1.2 Полупроводниковые датчики температуры................................................ 13
1.3 Пирометрические датчики температуры..................................................... 14
1.4 Терморезистивные датчики температуры.................................................... 14
1.5 Акустические датчики температуры............................................................ 14
1.6 Пьезоэлектрические датчики температуры................................................. 15
1.7 Термоэлектрические термометры (термопары)........................................... 15
1.8 Термометры расширения............................................................................. 16
1.9 Манометрические термометры.................................................................... 17
1.10 Термометры сопротивления...................................................................... 18
1.11 Инфракрасные датчики температуры (пирометры)................................... 19
2 ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ДАТЧИКОВ ТЕМПЕРАТУРЫ...... 20
2.1 Исследование статической и динамической характеристики термопары.... 20
2.2 Принцип действия и типы термопреобразователей сопротивления........... 32
3 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ........................... 38
3.1 Патентный поиск.......................................................................................... 38
3.2 Описание и сравнительный анализ учебно-исследовательских стендов.... 42
4 СТРУКТУРНАЯ СХЕМА УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО СТЕНДА. 46
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................................................... 48
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ............................................. 49
ПРИЛОЖЕНИЯ.................................................................................................... 51
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Методические указания к лабораторным работам.............. 52
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Аристова, Н.И. Промышленные программно-аппаратные средства на отечественном рынке АСУТП / Н.И. Аристов, А.И. Корнеев. – М.: ООО Изд-во «НАУЧТЕХЛИТИЗДАТ», 2001. – 121 с.
Бондарук, А.М. Автоматизированные системы управления качеством в технологических процессах / А.М. Бондарук, С.С. Гоц. – М.: Уфа: Монография, 2007. – 144 c.
Бородин, И.Ф. Автоматизация технологических процессов и системы автоматического управления (ССУЗ) / И.Ф. Бородин. - М.: КолосС, 2006. – 352 c.
ГОСТ 30409-96. Единая система конструкторской документации. Линии: утвержден Постановлением Комитета стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР от 28.05.68 N 753: дата введения 1971-01-01. – URL: https://docs.cntd.ru/document/1200003502 (дата обращения: 30.05.2023). – Текст: электронный.
Иванов, А.А. Автоматизация технологических процессов и производств: Учебное пособие / А.А. Иванов. – М.: Форум, 2012. – 224 c.
Клепиков, В.В. Автоматизация производственных процессов: Учебное пособие / В.В. Клепиков, А.Г. Схиртладзе, Н.М. Султан-заде. – М.: Инфра-М, 2019. – 351 c.
Королев, Г.В. Электронные устройства автоматики. Издание второе, переработанное и дополненное. – М: Высшая школа, 1991. – 151 с.
Мартяков, А.И. Автоматизация технологических процессов и производств. Основы профессиональной деятельности / А.И. Мартяков. – М.: МГИУ, 2010. – 384 c.
Патент 2269102. Российская Федерация, МПК G01K7/22. Способ определения температуры полупроводниковым терморезистором: № 2004115441/28: заявл. 21.05.2004: опубл. 27.01.2006 / А. П. Пустовит, А. Е. Бояринов, Е. И. Глинкин. – 10 с.
В качестве средств измерений, работающих в комплекте с термопарой, используются милливольтметры, мультиметры, потенциометры и нормирующие преобразователи.
При конструировании каждого термоэлектрического преобразователя учитываются следующие факторы: агрегатное состояние среды, температуру которой необходимо измерить, «агрессивность» окружающей среды, диапазон измеряемых температур, тепловая инерционность и т.д.
Рассмотрим классификацию типов конструктивного исполнения термопар:
- по назначению и условиям эксплуатации: погружные и поверхностные;
- по наличию и материалу защитного чехла: без чехла, со стальным чехлом (до 600℃), из специального жаростойкого сплава (до 1100℃), с фарфоровым чехлом (до 1300℃), с чехлом из тугоплавких металлов (2000℃ и более);
- по конструкции крепления термопары на месте установки: с неподвижным/подвижным штуцером, с подвижным фланцем;
- по защищенности от внешней среды со стороны выводов: с обыкновенной головкой, с водозащищенной головкой, со специальной заделкой выводных концов (без головки);
- по защищенности от измеряемой среды: защищенные от воздействия неагрессивных и агрессивных сред, незащищенные;
- по устойчивости к механическим воздейтсвиям: вибротрясоустойчивые, ударопрочные, обыкновенные;
- по числу зон, в которых должна контролироваться температура: однозонные и многозонные;
- по степени тепловой инерции: с большой иннерционостью (до 3,5 минут), со средней (до 1 минуты), малоинерционные (до 40 секунд), с ненормированной инерционностью.