Дипломная (вкр): Исследование датчиков и регуляторов температуры

Соединение J1 железа и меди (двух разнородных металлов) будет генерировать напряжение, зависящее от измеряемой температуры. Соединение J2, которое фактически необходимо, что мы каким-то образом подключили наши медные входные провода вольтметра к железной проволоке термопары, также соединение разнородных металлов, которое тоже будет генерировать напряжение, зависящее от температуры. Далее необходимо отметить, что полярность соединения J2 противоположна полярности соединения J1 (железный провод положительный; медный - отрицательный). В данное схеме имеется так же третье соединение (J3), но оно не оказывает влияние, потому что это соединение двух идентичных металлов, которое не создает ЭДС. Генерация второго напряжения соединением J2 помогает объяснить, почему вольтметр регистрирует 0 вольт, когда вся система будет при комнатной температуре: любые напряжения созданные точками соединения разнородных металлов будут равны по величине и противоположны по полярности, что и приведет к нулевым показаниям. Только тогда, когда два соединения J1 и J2 находятся при разных температурах, вольтметр зарегистрирует какое-то напряжение.

Мы можем выразить эту связь математически следующим образом:

= VJ1 − VJ2 (8)

Где: VJ1 - напряжение железо - медного соединения;- напряжение железо - медного соединения противоположной полярности.

Понятно, что вольтметр «видит» только разницу между этими двумя напряжениями, генерируемыми в точках соединения.

Таким образом, термопары - это исключительно дифференциальные температурные сенсоры. Они формируют электрический сигнал, пропорциональный разнице температур между двумя различными точками. Поэтому, место соединения (спай), которое мы используем, чтобы измерить необходимую температуру, называют «горячим» спаем, в то время как другое место соединения (от которого мы никак не можем избежать) называется «холодным» спаем. Такое название произошло от того, что обычно, измеряемая температура выше температуры, в которой находится измерительный прибор. Большая часть сложностей применения термопар связана с именно напряжением «холодного» спая и необходимости иметь дело с этим (нежелательным) потенциалом. Для большинства применений необходимо измерять температуру в одной определённой точке, а не разницу температур между двумя точками, что делает термопара по определению.

Существует несколько методов, чтобы заставить датчик температуры на базе термопары измерять температуру в нужной точке, и они будут рассмотрены ниже.

Студенты и профессионалы очень часто находят общий принцип влияния «холодного» спая и его эффектов невероятно запутанным. Чтобы разобраться в данном вопросе, необходимо вернуться к простому контуру с железо - медными проводами, показанному ранее как «отправная точка», а затем вывести поведение данного контура, применяя первый закон Кирхгоффа: алгебраическая сумма напряжений в любом контуре должна быть равна нулю. Мы знаем, что соединение разнородных металлов создает напряжение, если его температура выше абсолютного нуля. Мы также знаем, что с тем, чтобы сделать полный контур из железного и медного провода, мы должны сформировать второе соединение железа и меди, полярность напряжения этого второго соединения будет обязательно противоположной полярности первого. Если мы обозначим первое соединение железа и меди как J1, а J2 второе, мы абсолютно уверенны в том, что напряжение, измеренное вольтметром в этой схеме, будет VJ1 − VJ2.

Все контуры термопары - независимо от того, простые они или сложные - демонстрируют эту фундаментальную особенность. Необходимо мысленно представить простой контур из двух разнородных металлических проводов и затем, выполняя «мысленный эксперимент», определить, как этот контур будет вести себя в местах соединения при одинаковой температуре и при различных температурах. Это - лучший способ для любого человека понять, как работают термопары.

5.3 Капилярный термостат

Термостаты с переключающимися контактами предназначены для регулирования температуры воздуха, жидких и газовых сред, для электрических водонагревателей, посудомоечных и стиральных машин, сушильных машин, электрических печей и т.п. Принцип работы основан на свойстве объемного температурного расширения. В медной погружной гильзе находится термочувствительный баллон. Жидкость, находящаяся в баллоне термостата, нагревается, расширяется и через капиллярную трубку избыточный объем переходит в сильфон. Сильфон удлиняется и передает усилие на контактную группу. Таким образом, осуществляется автоматическое поддержание заданной температуры в системе.

6. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ СТЕНДА

Образцовый датчик температуры

Для проведения поверки необходимо, чтобы разница между значениями классов точности образцового и поверяемого термометров отличалась не менее, чем в 5-10 раз.

В качестве эталонного датчика температуры используется жидкостный термометр диапазон работы такого термометра составляет от 0 до 50⁰С, погрешность работы такого термометра составляет не более 0,1⁰С.

Выбор оборудования осуществлялся по надежности, качеству получаемого сигнала и простоты использования. Приведем примеры для каждого датчика:

·    Жидкостный термометр был выбран из-за того, что он безопасен и по экономическим показателям доступен любому пользователю;

·        Терморегулятор серии WYF85Z очень прост в использовании, точен в показаниях и так же как и жидкостный термометр доступен по экономическим характеристика;

·        Термопара в мультиметре выигрывает своим диапазоном измеряемой температуры. Так же очень удобно сразу фиксировать температуру на дисплее мультиметра.

Поверяемые датчики температуры

Вторичные преобразователи температуры

Терморегулятор серии WYF85Z для нагревательного оборудования Диапазон измерений 0-85⁰С. Все данные по капиллярному термостату показаны в таблице 2.

Термопара в мультиметре (диапазон измерения -58-700⁰С) показана в таблице 3.

Данные на капиллярный термостат

Таблица 3

Данные на термопару

автоматический датчик регулятор выключатель

7. ВЫЧИСЛЕНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИГОДНОСТИ ПРИБОРОВ К ЭКСПЛУАТАЦИИ

Для поверяемых термометров определить преобладание аддитивной или мультипликативной составляющих погрешности. В зависимости от преобладающей погрешности рассчитать значимые погрешности:

В общем случае погрешности можно рассчитать по формулам:

Абсолютная погрешность (1) измеряемого прибора определяется как разность между его показанием и действительным значением измеряемой величины, полученным с образцового прибора. Она выражается в единицах измеряемой величины:

(9)

где А_и - показание измерительного прибора;

А_д - действительное значение измеряемой величины.

Относительная погрешность (2) выражается в процентах и определяется по формуле:

(10)

Она выражается в процентах или долях.

Приведенной относительной (3) погрешностью называется выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению измерительного прибора N:

(11)

Все полученные данные по погрешности показаний датчиков приведены в таблице 4.

Таблица 4

Таблица результатов поверки погрешности

8. ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА

.1 Ход работы:

. Собрать сведения об установке.

. Собрать схему лабораторной установки, осуществив подключение датчика, а нагревательную спирали к источнику тока.

. Подогревая воду, снять характеристику Tн от Tп для двух датчиков. Измерение производить от 25⁰С до 45⁰С. при каждом

Результаты измерений занести в таблицу.

. Сравнить показания двух термостатов в разных позициях регулятора и занести данные в таблицу. Построить график разности показания термометра от термостатов.

8.2 Производство опыта:

В сосуд, заполненный дистилированной водой, погружается датчик термостат 1 и 2, мультиметр. В непосредственной близости от датчика размещается жидкостный термометр (ЖТ) для контроля температуры жидкости. Для подогрева воды в сосуде находится спираль, которая подключается к источнику питания. С помощью подогревателя можно изменять температуру воды в пределах от +30⁰С до 100⁰С. К термостату подключен датчик срабатывания и аккумуляторная батарея с напряжение 9 В (ДС). При достигшей температуре термостат срабатывает и датчик гаснет. Для определения температуры через термопару используем измерительное устройство (ИУ). В данном случае ИУ у нас является мультиметр. Как показано на рисунке 8.

8.3 Опыт первый:

В сосуд с водой, где находится нагревательная спираль и жидкостный датчик температуры (термометр), помещаем капиллярный термостат и термопару. Выставляем пределы на термостате, для отключения датчика, и нагреваем воду. При достигнутой температуры датчик на термостате срабатывает. После сверяем полученную температуру с термометром и записываем показания в таблицу 1. На дисплее мультиметра смотрим показания термопары и так же записываем данные в таблицу 1. Проделываем этот опыт несколько раз и по данным таблицы строим график зависимости.

8.4 Опыт второй:

Помещаем в сосуд с водой два капиллярных термостата, выставляем пределы, только одинаковые, и нагреваем воду. После срабатывания термостатов сверяем показания с термометром и записываем данные в таблицу 2. Проводим этот опыт несколько раз, и по полученным данным строим график.

Рисунок 8. Общая схема установки

9. СРЕДСТВО ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ

Электрозащитные средства - это средства защиты, которые применяют от поражения электрическим током, необходимые для обеспечения эффективной электробезопасности <#"779945.files/image029.jpg">

Рисунок 9. Электрические средства защиты

Все электрозащитные средства делятся на 2 группы:

1)   Основные;

2)      Дополнительные

Основные электрозащитные средства - это изолирующие электрозащитные средства, у которых изоляция долгое время способна выдерживать рабочее напряжение сети, и с помощью которых разрешено производить работы под напряжением на токоведущих частях.

Дополнительные электрозащитные средства - это изолирующие электрозащитные средства, которые не защищают человека от поражения электрическим током, а только являются дополнением к основным средствам защиты. А также они предназначены для защиты работающего от шагового напряжения и напряжения прикосновения.

По классу напряжения электрозащитные средства разделяются:

·        до 1000 (В)

·              выше 1000 (В)

Основные электрозащитные средства до 1000 (В)

Приведем перечень всех изолирующих электрозащитных средств, относящихся к категории основные до 1000 (В).

·              изолирующие штанги <#"779945.files/image030.jpg">

Рисунок 10. Запрещающий плакат безопасности

. Различные экранирующие устройства (переносные и съемные)

3. Плакаты и знаки безопасности <#"779945.files/image031.jpg">

Рисунок 11. Средства индивидуальной защиты

К ним относятся:

·        защитные пластиковые каски

·              защитные очки

·              щиты ограждения <http://zametkielectrika.ru/shhity-ograzhdeniya/>

·              различные респираторы и противогазы

·              рукавицы

·              предохранительные пояса и страховочные канаты

·              комплекты для защиты работающего от электрической дуги - термостойкие костюмы Номекс <http://zametkielectrika.ru/termostojkij-kostyum-nomeks-dlya-energetikov/>

10. ОХРАНА ТРУДА

Основным методом охраны труда является использование техники безопасности. При этом решаются две основные задачи: создание машин и инструментов, при работе с которыми исключена опасность для человека, и разработка специальных средств защиты, обеспечивающих безопасность человека в процессе труда, а также проводится обучение работающих безопасным приемам труда и использования средств защиты, создаются условия для безопасной работы.

Улучшение условий труда дает и экономические результаты: рост прибыли (в связи с повышением производительности труда); сокращение затрат, связанных с компенсациями за работу с вредными и тяжелыми условиями труда; уменьшение потерь, связанных с травматизмом, профессиональной заболеваемостью; уменьшением текучести кадров и т.д. Основным документом в нормативно-технической документации является нормативный акт «Система стандартов безопасности труда». Стандарты ССБТ устанавливают общие требования и нормы по видам опасных и вредных производственных факторов, общие требования безопасности к производственному оборудованию, производственным процессам, средствам защиты работающих и методы оценки безопасности труда. Условия труда - совокупность факторов производственной среды, оказывающей влияние на здоровье и работоспособность человека в процессе труда. Исследования условий труда показали, что факторами производственной среды в процессе труда являются:

) санитарно-гигиеническая обстановка, определяющая внешнюю среду в рабочей зоне - микроклимат, механические колебания, излучения, температуру, освещение и др.;