Laba_datchiki_temperature
Министерство на образованието и науката на България
Федерална държавна бюджетна образователна институция за висше професионално образование
Пермски национален изследователски политехнически университет
Лаборатория №2
"Изучаване на дизайна и работата на температурни сензори"
по дисциплината "Основи на автоматизацията на производствените процеси"
Изпълнил: ученик гр. РНГМ - 07 - 2
Проверен от: Токарев В.В.
Цел на работата:запознаване с устройството, принципа на работа и характеристиките на сензори от различни видове, предназначени за измерване на температурата и разположени на учебен стенд, което позволява да се изучават техните характеристики.
Стенд за изследване на характеристиките на температурни сензори
За получаване на информация от контролни обекти за величината на налягането или температурата в системите за автоматизация се използват подходящи сензори. На нашия щанд са монтирани няколко вида такива сензори. Общият изглед на тази стойка е показан на фиг. 1.
Ориз. Фиг. 1. Общ изглед на стенд за изследване на характеристиките на сензори за налягане и температура
Стойката включва следните елементи:
1 - Хидравличен цилиндър за натоварване на датчици за налягане.
2 - Примерен манометър.
3 - Сензор за налягане тип "AIR-10".
4 - Сензор за налягане тип "Сапфир".
5 - Захранване на сензора.
6 - Контролен панел на стойката.
7 - Многоканално записващо устройство "ТМ5103".
8 - Устройство за контрол на температурата.
9 - Температурен сензор тип "TSMU 0104".
10 – Температурен сензор тип Metran.
На щанда всички сензори се захранват отедно захранване 5и са свързани чрезсъответният превключвател превключва към входоветена многоканалнотовторично записващо устройство 7.
Задаването на необходимата температура на входа на съответните сензори се извършва от нагревател, в чиято кухина има чувствителни елементи на температурните сензори. Стойността на самата температура се задаваот регулатора на тока 8, подаван към нагревателя.
От дясната страна на стойката е разположена група температурни сензори. На фиг. 2 показва общ изглед на монтажа на температурни сензори върху панела на масата.
На стендатемпературни сензори 3 и 4са свързани към единнагревателен елемент 5, чиято температура на нагряване се контролира от тока на нагревателя презустройство 2. Показанията на двата сензора се записват намногоканален цифров дисплей 1.
Ориз. 2. Разположение на температурните сензори на панела на стойката
Един от тезисензори 3 от тип "TSMU 0104"(граница на измерване 0 - 50 °С) се произвежда масово от научно-производствено предприятие "ELEMER". Вториятсензор 4е старовремски датчикот марката METRAN 200T(диапазон на измерване 0 - 150 °С).
Принципът на действие на тези сензори е един и същ и се основава на използването натермично съпротивление "TC"като чувствителен елемент, чието съпротивление на електрически ток е пропорционално на температурата на нагряването му.
И двата температурни сензора се състоят от първичен преобразувател (термично съпротивление), поставен в запечатана тръба, която е подложена на топлина, и електронен блок, който генерира изходния сигнал на сензора. Структурата на електронната схема на сензора METRAN е показана на фиг. 3.
Както при сензора "SAPPHIRE", така и при датчика "METRAN"чувствителниятелемент "TS"е включен в стабилизиранатанапрежение презусилвател на мощност - PA. Стойността на съпротивлението на елемента "TC" определя потенциалната стойност в точка 3 на електронната верига. Този потенциал се добавя към сигнала за обратна връзка, взет от изхода на усилвателя и коригиранот токовия регулатор "PT1". Входътна суматора за термично съпротивлениеR4също получава сигнал за корекция на температурата за характеристиката на усилвателя. Нулевото балансиране в точка 3 на делителя на напрежението се извършва чрезсъпротивлениеRЗ.
От изхода на усилвателя къмтоков контролер "PT2"се подава сигнал, пропорционален на температурата на нагряване на чувствителния елемент. По този начин изходният токов сигнал на датчика "METRAN" се формира върху регулатора на тока, чието съпротивление спрямо електрическия ток варира в зависимост от потенциала в точка 3 на делителя на напрежението.
Ориз. 3. Структурата на електронната схема на сензора "METRAN"
Структурата на електронната схема на датчика "TSMU 0104" е показана на фиг. 4. Отличителна черта на тази схема е, че делителят на напрежението се състои от дватермистори "TC1" и "TC2", всеки от които има собствено съпротивление и е свързан към веригата чрезключ "Sh". Освен товасъпротивлениятаR1,R2,RЗ,R4,R5могат да бъдат включени във веригата на делителя на напрежениечрез превключвателя “Sh”в различни комбинации. Това ви позволява да промените диапазона от температури, които този сензор може да открие.
Ориз. 4. Структурата на електронната схема на сензора "TSMU 0104"
Стендът използва постояннотоково захранване БП 96 /24-4/20ОШ (захранващ блок), което се произвежда масово от НПП "ЕЛЕМЕР". Това захранване е предназначено зазахранване на сензори с постоянно напрежение 24V с максимален товар до 120 mA. Това захранване има четири независими и галванично разделени захранващи канала, всеки от които се контролира от претоварване. При нормална работа на всеки канал зеленият LED индикатор свети постоянно. При претоварване на някой от каналите изходният сигнал се блокира и червеният светодиод на захранващия панел светва под зеления. Когато претоварването се премахне от канала, изходният сигнал се възобновява автоматично, червеният индикатор изгасва и зеленият светва.
Сигналът от захранването към съответния датчик се подава от превключвател, чийто номер е отбелязан на панела на превключвателите2(фиг. 5).
Ориз. 5. Разположение на захранването 1, контролите 2 и цифровия индикатор 3 на панела на стойката
Методика за измерване на температура със сензори "TSMU 0104"и "METRAN"
Характеристиката на натоварване на температурните сензори "TSMU 0104" и "METRAN" се приема, както следва. Тъй като и двата сензора са поставени в един и същ нагревател, чиято стойност на температурата на нагряване зависи от стойността на тока, подаден към него от съответния контролер, тази температура ще се контролира от стойността на този ток. За да направите това,с помощта на превключвателя KZзахранваме сензора "TSMU 0104" иизползвайки превключвателя K4съответно включваме сензора "METRAN". На устройството TM-5203 за сензора "TSMU 0104" изберетеканал 3, а за сензора "METRAN" - съответноканал 4.
Началната стойност на температурата се определя от температурата на околната среда в лабораторията, която измерваме със стаен термометър.
Показанията на многоканалния термометър на третияканал се определят по формула (1), а по четвъртия му канал - съответно по формула (2):
От тези формули получаваме формули (3) и (4), според които показанията на инструмента се преобразуват в температура. Стойността на тока на нагревателя се регулира последователно и стъпаловидно в съответствие с данните, дадени в табл. 2.
Необходимо е последователно да се зададе стойността на тока на нагревателя и да се осигури времезакъснението, необходимо за загряване на сензора. След това загряване записваме в таблици 1, 2 показанията на устройството на съответния канал. След това задаваме следващата стойност на отоплителния ток с регулатора и отново осигуряваме времезакъснение и т.н.
Съгласно изчислителните формули 3, 4, ние изчисляваме показанията на температурните сензори "TSMU 0104" и "METRAN", съответно, и въвеждаме техните стойности в таблици 1, 2.