Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Лабораторная работа №2
«Изучение устройства и принципа работы датчиков температуры»
по дисциплине «Основы автоматизации производственных процессов»
Выполнила: студентка гр. РНГМ – 07 – 2
Мальцева Е.С.
Проверил: Токарев В.В.
Пермь, 2011
Цель работы: знакомство с устройством, принципом работы и характеристиками датчиков различного типа, предназначенных для замера величины температуры и расположенных на учебном стенде, позволяющем исследовать их характеристики.
Стенд для исследования характеристик датчиков температуры
Для получения информации с объектов управления о величине давления или температуры в системах автоматики используют соответствующие датчики. На нашем стенде установлено несколько типов таких датчиков. Общий вид этого стенда показан на рис. 1.
Рис. 1. Общий вид стенда для исследования характеристик датчиков давления и температуры
На стенде представлены следующие элементы:
1 – Гидроцилиндр для нагрузки датчиков давления.
2 – Образцовый манометр.
3 – Датчик давления типа «АИР-10».
4 – Датчик давления типа «Сапфир».
5 – Блок питания датчиков.
6 – Пульт управления стендом.
7 – Многоканальный регистрирующий прибор «ТМ5103».
8 – Устройство регулирования температуры.
9 – Датчик температуры типа «ТСМУ 0104».
10 – Датчик температуры типа «Метран».
На стенде все датчики питаются от единого блока питания 5 и подключены через соответствующие тумблеры к входам многоканального вторичного регистрирующего прибора 7.
Установка необходимой температуры на входе соответствующих датчиков производится нагревателем, в полости которого находятся чувствительные элементы датчиков температуры. Величина самой температуры задается регулятором тока 8, подаваемым на нагреватель.
Датчики температуры
Группа датчиков температуры расположена в правой части стенда. На рис. 2 показан общий вид установки датчиков температуры на панели стенда.
На стенде датчики температуры 3 и 4 подсоединены к одному нагревательному элементу 5, температура нагрева которого регулируется силой тока нагревателя через устройство 2. Показания обоих датчиков регистрируются на многоканальном цифровом индикаторе 1.
Рис. 2. Расположение датчиков температуры на панели стенда
Один из этих датчиков 3 типа «ТСМУ 0104» (предел измерения 0 – 50 °С) серийно выпускается научно-производственным предприятием «ЭЛЕМЕР». Второй датчик 4 - это датчик старого образца марки «МЕТРАН 200Т» (предел измерения 0 – 150 °С).
Принцип работы этих датчиков одинаков и основан на использовании в качестве чувствительного элемента термосопротивления «ТС», сопротивление которого электрическому току пропорционально температуре его нагрева.
Оба датчика температуры состоят из первичного преобразователя (термосопротивления), помещенного в герметичную трубку, которая подвержена нагреву, и электронного блока, формирующего выходной сигнал датчика. Структура электронной схемы датчика «МЕТРАН» показана на рис. 3.
Как и в датчике «САПФИР», в датчике «МЕТРАН» чувствительный элемент «ТС» включен в схему делителя стабилизированного напряжения через усилитель мощности - УМ. Величина сопротивления элемента «ТС» определяет величину потенциала в точке 3 электронной схемы. Этот потенциал суммируется с сигналом обратной связи, снимаемого с выхода усилителя и корректируемого регулятором тока «РТ1». На вход сумматора термосопротивлением R4 также подается сигнал температурной коррекции характеристики усилителя. Балансировка нуля в точке 3 делителя напряжения производится через сопротивление RЗ.
С выхода усилителя на регулятор тока «РТ2» подается сигнал, пропорциональный температуре нагрева чувствительного элемента. Таким образом, выходной токовый сигнал датчика «МЕТРАН» формируется на регуляторе тока, сопротивление которого электрическому току меняется в зависимости от потенциала в точке 3 делителя напряжения.
Рис. 3. Структура электронной схемы датчика «МЕТРАН»
Структура электронной схемы датчика «ТСМУ 0104» показана на рис. 4. Отличительной особенностью этой схемы является то, что делитель напряжения состоит из двух терморезисторов «ТС1» и «ТС2», каждый и которых имеет свой номинал сопротивления и подключается в схему через переключатель «Ш». Кроме того, в схему делителя напряжения переключателем «Ш» могут быть включены в различной комбинации сопротивления R1, R2, RЗ, R4, R5. Это позволяет изменять диапазон температур, которые может зафиксировать данный датчик.
Рис. 4. Структура электронной схемы датчика «ТСМУ 0104»