Дипломная (вкр): Исследование датчиков и регуляторов температуры

Исследование датчиков и регуляторов температуры

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Костанайский государственный университет имени А. Байтурсынова

Кафедра электроэнергетики и физики

Специальность: 050718 - Электроэнергетика

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

на тему:

Исследование датчиков и регуляторов температуры

Выполнил, студент 4 курса

М. Копчинский

Научный руководитель

ст. преп. С. Чумаченко

Костанай, 2014

ЗАДАНИЕ

На выполнение дипломного проекта

студенту Копчинскому Михаилу Владимировичу

Тема: Исследование регуляторов и датчиков температуры

Исходные данные к работе (проекту):

1)   План лабораторной установки

2)      Вычисление погрешностей приборов

)        Графическая часть выполненной работы

Перечень подлежащих разработке в дипломной работе вопросов или краткое содержание работы:

1) Общие сведения;

) Выбор оборудования для лабораторной установки;

) Выбор автоматического модульного выключателя;

) Принцип действия измеряемых датчиков;

) Основные технические характеристики и параметры стенда;

) Средства защиты лабораторной установки;

) Охрана труда;

) Применение датчиков в быту;

) Смета расходов на изготовление лабораторной установки.

Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей)

1) Классификация датчиков температуры

) Внешний вид лабораторной установки

) Блок-схема подключение приборов

) График погрешностей датчиков

) Сравнение показаний двух термостатов

Рекомендуемая основная литература

1. Справочник по электроснабжению оборудованию: в 2т. Т1 Электроснабжение / Под общ. редакцией Федорова А.А. М.: Энергопромиздат, 1987

. Справочник по электроснабжению оборудованию: в 2т. Т2 Электрооборудование / Под общ. редакцией Федорова А.А. М.: Энергопромиздат, 1987

. Федоров А.А., Старкова Л.Е. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по электроснабжению промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат, 1987

. Каганов И.Л. Курсовое и дипломное проектирование. М.: Колос, 1990

. Правила устройства электроустановок Республики Казахстан, 2003 г.

. Ткаченко В.В. Методические указания к выполнению, оформлению и защите дипломных проектов (работ) по специальности 5В071800 (050718) - Электроэнергетика.- Костанай: КГУ им. А.Байтурсынова, 2010. 38 с.

График консультаций по работе (проекту)

График подготовки дипломной работы (проекта)

РЕФЕРАТ

Дипломный проект на тему «Исследование датчиков и регуляторов температуры» содержит пояснительную записку, состоящую из: страниц 60, таблиц 6, рисунков 11, чертежей 5.

Ключевые слова: датчик, температура, регулятор, напряжение, ток, защита.

Данный дипломный проект, при исследовании датчиков и регуляторов температуры, рассматриваются следующие задачи: выбора оборудования для лабораторной установки, выбора автоматического выключателя для отключения сети при коротком замыкании, различный принцип действия датчиков и регуляторов температуры, основные технические характеристики м параметры стенда, средства защиты электроустановок (для безопасности работы в лабораторных условиях), охрана окружающей среды (так же для лабораторной установки), применения термодатчиков и их регуляторов в окружающем мире и экономическое обоснование дипломного проекта.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

. Общие сведения

2. Виды датчиков температуры

.1 Полупродниковые

.2 Термоэлектрические (термопары)

.3 Пирометры

.4 Акустические

.5 Пьезоэлектрические

. Выбор оборудования для расчетов лабораторной установки

.1 Термостат

.2 Жидкостный термометр

.3 Термопара в мультиметре

. Выбор автоматического модульного выключателя

. Принцип действия измеряемых датчиков

.1 Жидкостный термометр

.2 Термопара

.3 Капиллярный термостат

. Основные технические характеристики параметра стенда

. Вычисление погрешностей и определение пригодности приборов к эксплуатации

. Лабораторная установка

.1 Ход работы

.2 Производство опыта

.3 Опыт первый

.4 Опыт второй

. Средства защиты электроустановок

. Охрана труда

. Применение датчиков в быту

.1 Применение термопары

.2 Применение термометра

.3 Применение термостата

. Смета расходов на изготовление лабораторной установки

Заключение

Список используемой литературы

ВВЕДЕНИЕ

Ведение химико-технологического процесса человеком в последнее время становится нецелесообразным, так как само присутствие человека при ведении технологического процесса становится потенциально опасным из-за несовершенства органов чувств человека, что может привести к авариям на производстве. Это объясняет тенденцию сокращения производственного персонала и замены его высокоточными техническими автоматическими системами управления технологическими процессами (АСУТП).

Основой каждой такой АСУТП является система автоматического контроля, позволяющая получать точную и достоверную информацию о режимных параметрах процессов, параметров обрабатываемых продуктов и общей динамике процесса. Качеством работы системы автоматического контроля во многом определяется эффективность работы всей АСУ.

При контроле химико-технологического процесса (ХТП) измеряется очень много параметров (расход, давление, уровень, влажность и т.д.), но чаще других измеряется температура. Это объясняется тем, что по значению данного параметра можно судить о правильности протекания ХТП на всех его участках и стадиях. Температура является основным параметром технологического процесса. По ее данным судят как о качестве прохождения самого процесса, так и о его критических значениях.

Так как контроль состояния ХТП чаще всего проходит дистанционно, на некотором отдалении от местоположения технологической установки (в операторной), то в большинстве случаев для контроля состояния ХТП используются датчики с электрическим выходным сигналом.

Выше перечисленные факторы сформировали задачу данного методического пособия как рассмотрение принципов действия датчиков температуры и ознакомление с методикой их поверки.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Температура - скалярная физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы. Температура всех частей системы, находящейся в равновесии, одинакова. Если система не находится в равновесии, то между её частями, имеющими различную температуру, происходит теплопередача(переход энергии от более нагретых частей системы к менее нагретым), приводящая к выравниванию температур в системе.

Температура определяет: распределение образующих систему частиц по уровням энергии (см. Статистика Максвелла - Больцмана) и распределение частиц по скоростям (см. Распределение Максвелла); степень ионизации вещества (см. Уравнение Саха); спектральную плотность излучения (см. Формула Планка); полную объёмную плотность излучения (см. Закон Стефана - Больцмана) и т. д. Температуру, входящую в качестве параметра в распределение Больцмана, часто называют температурой возбуждения, в распределение Максвелла - кинетической температурой, в формулу Саха - ионизационной температурой, в закон Стефана - Больцмана - радиационной температурой. Поскольку для системы, находящейся в термодинамическом равновесии, все эти параметры равны друг другу, их называют просто температурой системы. В Международной системе единиц (СИ) термодинамическая температура используется в качестве одной из семи основных физических величин, входящих в Международную систему величин, а её единицей является кельвин, представляющий собой, соответственно, одну из семи основных единиц СИ. Кроме термодинамической температуры в СИ используется температура Цельсия, её единицей является градус Цельсия, входящий в состав производных единиц СИ, имеющих специальные наименования и обозначения, и по размеру равный кельвину. На практике часто применяют градусы Цельсия из-за исторической привязки к важным характеристикам воды - температуре таяния льда (0°C) и температуре кипения (100°C). Это удобно, так как большинство климатических процессов, процессов в живой природе и т. д. связаны с этим диапазоном. Изменение температуры на один градус Цельсия тождественно изменению температуры на один кельвин. Поэтому после введения в 1967 г. нового определения кельвина, температура кипения воды перестала играть роль неизменной реперной точки и, как показывают точные измерения, она уже не равна 100°C, а близка к 99,975°C.

Температура относится к интенсивным величинам, не зависящим от массы системы.

Более строгие определения температуры, даваемые ей в различных разделах физики.

Интуитивно понятие температура появилось как мера градации наших ощущений тепла и холода; на бытовом уровне температура воспринимается как параметр, служащий для количественного описания степени нагретости материального объекта. Температура является важным параметром многих технологических процессов. Любой процесс нагревания или охлаждения тела можно разделить на три стадии:

. Стадия неупорядоченного (дорегулярного) режима.

. Стадия регулярного режима.

. Стадия теплового равновесия.

При изменении температуры тела наступает такой момент, начиная с которого это изменение не зависит во времени от начального распределения температур в теле. Начиная с этого момента, наступает так называемый регулярный режим изменения температуры. До этого момента имеет место дорегулярный режим, зависящий от начального распределения температур тела. Первая стадия (дорегулярный режим) протекает практически весьма быстро. Продолжительность этой стадии значительно меньше продолжительности регулярного режима. Стадия теплового равновесия наступает теоретически через бесконечное время, а практически - через конечный достаточно большой промежуток времени. Таким образом, основное время процесса изменения температуры тела занимает регулярный режим.

Термическая инерция термометра заключается в том, что при перенесении термометра из среды с одной температурой в среду с другой температурой, он не мгновенно приобретает температуру второй среды, а асимптотически приближается к ней. Если температура среды изменяется с течением времени, то в связи с термической инерцией показания термометра будут отличаться от действительной температуры среды на большую или меньшую величину в зависимости от скорости изменения температуры среды, от её свойств и от свойств самого термометра.

Разность  температур среды tс. и термометра tп, возникшая вследствие мгновенного изменения температуры среды, изменяется во времени при наступлении регулярного режима по зависимости:

(1)

где: - постоянная времени термометра, не зависящая ни от времени, ни от температуры среды

-текущее значение времени

С-постоянная, зависящая от формы, размеров и свойств материала термометра.

Дифференцируя это выражение по времени, получаем:

(2)

Или

(3)

Решив это уравнение для случая, когда температура среды tс постоянна, а термометр переносится из среды с другой температурой, имеем:

(4)

где:  - разовое, скачкообразное изменение температуры термометра.