Датчики технологічних змінних

Датчики температури. Вибір типу такого датчика в основному визначається діапазоном зміни вимірюваної температури та умовами експлуатації. Для вимірювання температури використовують термопари, термоопори, напівпровідникові датчики і пірометри. Робочі діапазони температур цих датчиків наведені в табл. 1.

Таблиця 1

Як датчики температури часто застосовують термопари, оскільки вони мають широкий робочий діапазон температур і високу надійність. При вимірі температури з використанням термопари послідовно з вимірювальним спаєм включають компенсаційні спаї, що дозволяють отримати струм певного напряму і максимальну ЕРС вимірювального спаю. У залежності від робочого діапазону температур і середовища, в якій знаходиться датчик, застосовують різні пари металів. Для роботи в широкому діапазоні температур передавальні характеристики датчиків, як правило, недостатньо лінійні,так що для їх лінеаризації потрібно застосовувати спеціальні схеми.

Кращу в порівнянні з термопарами роздільність і повторюваність характеристик досягається на термометрах опору - приладах, що використовують ефект зміни електричного опору провідників при зміні температури. У промисловості часто застосовують платинові термометри, що володіють високою точністю і механічною та електричною стабільністю. Термістори - інший тип термометрів опору - одержують спіканням сумішей металевих сплавів, при цьому утворюється кераміка з великим від’ємним температурним коефіцієнтом. Температурний діапазон металоплівкових опорів в порівнянні з термісторами ширший, а лінійність вища, однак термістори мають приблизно в десять разів більшу чутливість. При проведенні вимірювань температури такими датчиками потрібно перетворити зміну опору в зміну напруги і по можливості лінеаризувати залежність вихідної напруги від температури.

У тих випадках, коли можливе тільки візуальне спостереження досліджуваного процесу, для вимірювання температури вдаються до оптичних пірометрів. Діапазон вимірюваних температур в цьому випадку обмежується діапазоном спектральної чутливості використовуваного датчика.

Датчики тиску й витратоміри. Раніше для вимірювання тиску і витрати рідини або газу використовувалися потенціометричні прилади. Низька вартість і високий рівень вихідної напруги забезпечили широке застосування цих приладів в простих системах однак їм властиві висока чутливість до ударів і вібрацій, а також значні похибки, обумовлені механічною конструкцією, це призводить до нелінійності передавальних характеристик (зазвичай близько 3%), що обмежує застосування приладів такого типу. Для усунення недоліків, властивих потенціометричним датчикам тиску, були розроблені безконтактні тензометри. Ці прилади мають істотне збільшення точності і стабільності і похибку 0.5% від повної вимірювальної шкали. Їх рівень вихідної напруги перебуває в міллівольтовому діапазоні, тому після приладу ставлять передпідсилювач. На відміну від інших безконтактних приладів напівпровідникові тензометри розташовуються безпосередньо на діафрагмі, яка сприймає тиск - це усуває механічні деталі. Частотний діапазон, чутливість до вібрацій і точність цих приладів того ж порядку, що і безконтактних тензометрів. Однак оскільки рівень вихідної напруги в напівпровідникових тензометрії низький, то в цьому випадку необхідні попередні підсилювачі, а низька чутливість робить їх зручними тільки для вимірювань тисків близько 7 атмосфер і вище. Подальше покращення характеристик досягається використанням кристалічних діафрагм з напиленими пєзорезисторами.

Витрату рідин вимірюють або датчиками перепаду (різниці) тиску, або механічними контактними датчиками (наприклад, турбінами). Швидкість потоку F характеризує швидкість руху рідини і має розмірність м / с. Об'ємний потік Q є об'єм рідини, що протікає в одиницю часу, наприклад м³/с. Диференціальні манометри різних систем використовують для вимірювання технологічних параметрів витрати рідини, газу або пари, різниці тиску (перепаду), надлишкового тиску (напору), розрідження (тяги), рівня рідини у відкритих резервуарах і в резервуарах під тиском.

Вимірювання витрати рідини або газу дифманометрами-витратомірами здійснюється за методом змінного перепаду тиску. У цьому випадку дифманометр-витратомір працює спільно з звуженням потоку, яке встановлюється безпосередньо в трубопроводі і служить для створення змінного перепаду тиску. В якості пристрою звуження можуть застосовуватися діафрагми, сопла або витратомірні трубки. При вимірюванні витрати рідини або газу за допомогою дифманометрів вимірюється різниця тисків (перепад) до пристрою звуження і після нього.

Вимірювання витрати за методом змінного перепаду може проводитися при дотриманні наступних умов: речовина, що протікає через звуження потоку, повинна знаходитися в одній фазі - рідкій або газоподібній; речовина повинна повністю заповнити перетин трубопроводу і звужуючого пристрою; зміна витрати речовини повинна відбуватися плавно без пульсацій; трубопровід до пристрою звуження і після нього повинен бути на достатню відстань прямолінійним і циліндричним.

До витратомірів з механічним контактом відносяться турбінні й гіроскопічні перетворювачі, які вимірюють швидкість потоку за кутовим моментом: охолоджувані термоелектричні перетворювачі швидкості; датчики, що вимірюють швидкість по електричному опору, а також датчики, що вимірюють швидкість потоку з використанням β-випромінювання.

Датчики рівня. Для вимірювання рівня рідини і його зміни використовуються датчики різної складності. Широко застосовуються поплавкові датчики, диференціальні датчики тиску, ультразвукові і радіоактивні.

Поплавкові датчики відрізняються простотою і різноманітністю методів перетворення змін вимірюваного рівня в показання відлікового пристрою. Однак при вимірюванні рівня в'язких рідин вони працюють незадовільно. У тому випадку, коли відома щільність рідини W, висоту стовпа рідини можна вимірювати диференціальним датчиком тиску (дифманометром), який при цьому повинен фіксувати різницю гідростатичного тиску ΔР між рівнем поверхні і площиною дна. Висота стовпа рідини в цьому випадку визначається з відношення ΔP/W. За принципом дії вимірювальної системи дифманометри діляться на поплавкові, кільцеві, колокольні, мембранні та сильфонні. Ультразвукові датчики можуть входити до складу локаційних установок, які зручні при вимірювані рівня рідин у високих цистернах, а також до складу пристроїв, які вимірюють дискретні значення рівнів. В останньому випадку випромінювачі, розташовані на різних рівнях, посилають ультразвукові сигнали в горизонтальному напрямку в бік відповідних прийомних датчиків, установлених на протилежній стороні цистерни. Рівень важких рідин, таких, як цемент і паперова маса, найкраще вимірювати радіоактивними датчиками, що встановлюються аналогічно ультразвуковим пристроям дискретного виміру рівня. У пристроях з механічним приводом зручно використовувати позиційні сервосистеми змінного струму, оскільки вони не вимагають періодичного калібрування.

Поиск по сайту: