книги из ГПНТБ / Беленький, Я. Е. Многоточечные бесконтактные сигнализаторы температуры
.pdf
я. Е. БЕЛЕНЬКИЙ, Б. М. КАЦ
МНОГОТОЧЕЧНЫЕ
БЕСКОНТАКТНЫЕ
СИГНАЛИЗАТОРЫ
ТЕМПЕРАТУРЫ
«Э Н Е Р Г И Я»
МОСКВА 1974
6П2.1.081 Б 43
УДК 621.317.39:536.53
Беленький Я. Е. и Кац Б. М.
Б 43 Многоточечные бесконтактные сигнализаторы температуры. М., «Энергия», 1974.
120 с. с ил.
Книга посвящена описанию и расчету основных узлов многоточеч ных бесконтактных сигнализаторов температуры с резисторными датчи ками температуры. Излагаются методы улучшения основных параме тров сигнализаторов (точности, быстродействия, экономичности). При ведены примеры применения рассмотренных методов для созданияавтоматических приборов контроля и сигнализации температуры.
Книга рассчитана на инженеров, работающих в области автома тики. телемеханики и контрольно-измерительной техники.
30407-043 |
|
6П2.1.081 |
Б 051(01)-74 |
223-74 |
©Издательство «Энергия», 1974 г.
4 -У
ЯН ЕФИМОВИЧ БЕЛЕНЬКИЙ,. БОРИС МОТЕЛЕВИЧ КАЦ
Многоточечные бесконтактные сигнализаторы температуры.
|
Редактор В. А. |
С о к о л о в а |
||
|
Редактор издательства Г. В. |
Л и х а ч е в а |
||
|
Обложка художника Н. |
Т. Я р е ш к о |
||
|
Технический редактор Н. А. |
Г а л а н ч е в а |
||
|
Корректор И. А. |
В о л о д я е в а |
||
Сдано в набор 24/VII |
1973 р. Подписано к печати 1 3/11 |
1974 г. |
Т-02965- |
|
Формат 84хЮ 81/за |
Бумага типографская jYs 2 |
|||
Уел. печ. л. 6,3 |
|
|
Уч.-нзд. л. 6,53 |
|
Тнраж 8 000 экз. |
Зак. 327 |
|
Цена 34 коп. |
|
Издательство «Энергия». Москва, М-114, Шлюзовая паб., 10.
Московская типография № 10 Союзполнграфпрома при Государственном комитете Совета Министров СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли, Москва, М-114, Шлюзовая паб., 10-
ПРЕДИСЛОВИЕ
В 'книге излагаются результаты исследова ний, проведенных авторами в области построе ния многоточечных бесконтактных сигнализа торов температуры с резисторными датчика ми. Описываются блок-схемы бесконтактных сигнализаторов и их отдельные узлы, приво дится расчет элементов схемы и рассматри ваются методы улучшения характеристик сиг нализаторов. Результаты исследований были
использованы |
три разработке |
и |
внедрении |
|
в серийное производство приборов |
контроля |
|||
температуры; |
некоторые |
из |
них |
описаны |
в гл. 6. |
|
|
|
|
Авторы выражают признательность канд. |
||||
техн. наук О. |
А. Кюздени, |
канд. техн. наук |
||
В. И. Лаху, инженерам Я- В. Борису, С. Д. Ла ню, И. П. Харенко, оказавшим содействие при исследованиях, разработке и внедрении при боров. Авторы выражают также благодарность рецензенту В. Ф. Литвину, редактору В. А. Со коловой за тщательный просмотр рукописи и замечания, способствовавшие улучшению, книги.
Авторы
ВВЕДЕНИЕ
Одним из наиболее эффективных путей решения важ нейшей народнохозяйственной задачи — повышения про изводительности труда и качества продукции — является комплексная автоматизация производственных процессов. В связи с этим в Директивах XXIV съезда КПСС по пятнлетнему плану развития народного хозяйства СССР
особое внимание обращено на развитие приборостроения,, увеличение производства приборов и средств автоматиза ции и прежде всего на необходимость значительного по вышения качества приборов, их точности, надежности, долговечности и экономичности.
Среди многочисленных технологических параметров и неэлектрнческих величин, контролируемых электрически ми методами, самый распространенный — температура. При управлении любым технологическим процессом воз никает необходимость измерения температуры. Этим обу словлено большое количество известных методов, приме няемых при контроле температуры, и типов первичных датчиков. Так, например, из 3 тыс. различных типов дат чиков, применяемых в промышленности США для контро ля 15 основных технологических параметров, на долю датчиков температуры приходится 420 типов, или около 15% [Л- 12]. Среди датчиков температуры примерно 26%; составляют термометры сопротивления и 22% — термо электрические датчики (термопары). Столь широкое рас пространение этих датчиков, используемых при так назы ваемых контактных методах измерения температуры, объясняется сравнительно большим температурным диа пазоном их применимости, простотой конструкций, воз можностью передачи данных на расстояние.
Высокая точность воспроизведения передаточных ха рактеристик термометров сопротивления и термопар поз воляет осуществить их стандартизацию, обеспечивающую взаимозаменяемость датчиков.
4
Следует отметить, что при измерении температуры, особенно в диапазоне температур, достигающих 600 °С, предпочтение отдается термометрам сопротивления, так как они имеют ряд преимуществ перед термопарами: по вышенную точность, более высокую чувствительность, возможность преобразования измеряемого сопротивления в сигнал переменного тока.
Последние исследования в области температурных измерений позволили приблизить границу применения металлических термометров (1200 °С для низкоомных пла тиновых термометров) к границе применения термопар (1800°С), а для неметаллических термометров — даже превысить ее (2 200°С для керамических термометров из окиси циркония).
Для получения информации о ходе сложных совре менных технологических процессов необходимо измерять температуру в большом количестве точек. Например, при управлении мощной тепловой электростанцией надо од новременно контролировать более 200 различных вели чин. Общее количество измерительных приборов на сов ременном нефтехимическом предприятии достигает 3 тыс., причем в обоих случаях 30—40% общего числа парамет ров составляет температура. Значительное количество теплотехнических величин необходимо контролировать в объектах атомной энергетики и на судах.
В настоящее время задачи контроля большого числа параметров решаются при помощи автоматических уст ройств многоточечного контроля: информационно-измери тельных систем и машин централизованного контроля, построенных в большинстве случаев по методу временно го разделения каналов. При этом за счет многократного использования одного прибора или части его достигается экономия оборудования, потребляемой мощности, умень шаются габариты, вес и стоимость устройства, увеличи вается эффективность использования полезной площади приборного щита.
Первые работы по созданию аппаратуры многоточеч ного контроля были опубликованы в Советском Союзе в 1935 г. профессором Ф. Е. Темниковым. В 1938— 1939 гг. в МЭИ под его руководством была разработана много точечная система типа ДИКО, предназначенная для конт роля и наблюдения за выполнением технологического процесса подземной газификации угля. Промышленная разработка аппаратуры множественного контроля была
5
начата |
несколькими организациями-! в |
1956— 1957 гг. |
В 1958 |
г. машина централизованного |
контроля была |
впервые установлена для промышленной эксплуатации на Ефремовском заводе синтетического каучука [Л. 39].
В настоящее время разработано и освоено промыш ленностью значительное количество типов устройств мно готочечного контроля, находящих применение во всех от раслях народного хозяйства. Большинство этих устройств построено по методу временного разделения каналов, а коммутаторы, обеспечивающие реализацию этого мето да, выполнены на контактных элементах, к числу кото рых относятся: шаговые искатели, электромагнитные ре ле, электромеханические переключатели с приводом от двигателя, реле с ртутным смачиванием контактов, безъякорные (капсульные) электромагнитные реле.
Устройства с контактными коммутаторами, как прави ло, обеспечивают предъявляемые к ним требования по точности контроля. Погрешность большинства устройств находится в пределах 0,5— 1%- Погрешность некоторых систем составляет 0,1—0,2% [Л- 22]. Однако по скорости контроля (до 10 точек в секунду), сроку службы, исчис ляемому сотнями часов, по устойчивости к внешним ме ханическим воздействиям (вибрации, тряске, ударам), а также по габаритам, весу, потребляемой мощности си стемы с контактными коммутаторами в отдельных случа ях не позволяют решить стоящие перед ними задачи.
По мере расширения сферы применения устройств многоточечного контроля возникла необходимость в при борах, обеспечивающих надежную работу в условиях за грязнения, повышенной влажности, достигающей 100%, значительной механической вибрации, ударов с большим ускорением, отсутствия повседневного надзора и ухода за ними. Требования по сроку службы возросли до 11— 12 лет при техническом ресурсе 10—20 тыс. ч. Для конт роля ряда процессов требуются скорости переключения, достигающие нескольких сотен точек в секунду и более. При этом требования по точности контроля остались попрежнему высокими.
Для решения этой задачи в конце 50-х годов были начаты работы по созданию систем, выполненных на бес контактных элементах, в частности на электронных лам пах, магнитных элементах с прямоугольной петлей гисте резиса, полупроводниковых приборах, безнакальных ти ратронах и т. д. Особое распространение получили
6
бесконтактные системы на полупроводниковых приборах, обладающих такими преимуществами перед элементами других типов, как большой срок службы, высокая на дежность и механическая прочность, малые габариты, вес, потребляемая мощность, стоимость, возможность ис пользования серийных деталей, удобство конструктивного расположения, переход на многомодульное исполнение. Среди таких систем можно назвать, например, отечест венные машины централизованного контроля типов ЦИКЛ-2 и МППИ-1 [Л. 39], зарубежные машины Scana- log-200 и Norscam (США) [Л. 14].
Наряду с многоточечными устройствами автоматиче ского контроля разрабатывались многопредельные си стемы. В ряде случаев принципы построения и техничес кие средства реализации таких систем совпадают. Так, например, в автоматических установках для разбраковки радиодеталей по номинальным значениям и классам точ ности [Л. 36] переключение пределов в измерительной схеме осуществляется коммутатором. Многопредельные системы применяются также и при измерении температу ры [Л. 9].
При разработке бесконтактных систем возникает ряд трудностей, обусловленных как специфическими особен ностями многоточечного контроля (распределенностью объектов контроля в пространстве и соответственно уда ленностью датчиков от центральной части системы, цик личностью действия и др.), так и особенностями конст рукции бесконтактных элементов: конечными сопротив лениями в состояниях «замкнуто» и «разомкнуто», оста точными напряжениями и токами.
Указанные факторы приводят к увеличению статиче ской и динамической погрешности, возникновению им пульсных помех. Поэтому бесконтактные системы по ряду параметров, особенно по точности контроля, уступают, как правило, контактным. Попытки повышения точности во многих случаях наталкиваются на необходимость уменьшения скорости переключения каналов и усложне ния схемы.
В связи' с этим в настоящее время актуальной явля ется задача разработки систем многоточечного контроля температуры повышенной точности при обеспечении за данного быстродействия, разработки методов их защиты от влияния импульсных помех, методов повышения эко номичности схемных решений, обеспечивающих выполне
ние современных требований по надежности, весу, габа ритам, потребляемой мощности. Однако в литературе, посвященной системам многоточечного контроля, реше ние этих задач еще не нашло должного отражения. В предлагаемой монографии авторы попытались в какойто мере восполнить этот пробел.
Авторам не представилась возможность с достаточ ной полнотой изложить материалы, касающиеся методов построения всевозможных многоточечных бесконтактных систем контроля температуры. Круг систем, свойства ко торых исследуются и описаны в работе, ограничен уст ройствами, обеспечивающими получение оперативной ин формации при многоточечном контроле температуры с помощью термометров сопротивления. Однако ряд полу ченных в работе рекомендаций может быть распростра нен и на системы, предназначенные, например, для сбора статистической или отчетной информации, причем не только о температуре, но и о других неэлектрических ве личинах, контролируемых электрическими методами.
Г Л А В А П Е Р В А Я
МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ МНОГОТОЧЕЧНЫХ БЕСКОНТАКТНЫХ СИГНАЛИЗАТОРОВ ТЕМПЕРАТУРЫ (МЕСТ)
1-1. СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ МЕСТ
Многоточечные бесконтактные сигнализаторы темпе ратуры осуществляют автоматический контроль темпера туры и сигнализируют о выходе температуры за установ ленный интервал. В зависимости от назначения систем автоматического контроля функции, выполняемые ими, различны. Однако можно выделить ряд основных функ ций, которые выполняются любой системой контроля [Л. 14]: восприятие контролируемых параметров, реали зация описаний норм (уставок), сопоставление контро лируемых параметров и уставок, формирование сужде ний, выдача результатов.
Кроме основных функций существует ряд вспомога тельных, выполнение которых обусловлено необходимо стью получения в некоторых системах результатов кон троля в определенной форме для промежуточных преоб разований, измерения, регистрации, счета, формирования испытательных сигналов, вспомогательной математиче ской обработки, самопроверки, автоматического управ ления устройствами системы.
На рис. 1-1 показаны взаимосвязи между элементами системы, выполняющими основные и вспомогательные функции. Следует отметить, что связи между элемента ми, выполняющими основные функции, осуществляются в той последовательности, которая указана на рис- 1-1, в то время как связи между вспомогательными элемен тами определяются в зависимости от конкретных требо ваний, предъявляемых к системе контроля. Поэтому объ ем функций, выполняемых системой многоточечного кон-
9