Главная Минимаркер Железнодорожный транспорт Минимаркер Транспортная энергетика (хладотранспорт) Минимаркер Схема контроля температуры

Схема контроля температуры

Страница 3 из 6

Для измерения температуры в грузовых вагонах используются дистанционная и местная системы измерения.

Система дистанционного контроля позволяет измерять температуру на центральном щите телеметрической станции, находящемся в кабине управления поезда или секции. Дистанционный контроль иногда дополняют системой непрерывной автоматической записи температуры. С помощью местной системы измеряют температуру, используя переносные телеметрические станции, подключаемые на период измерения к специальным розеткам, имеющимся на вагонах.

В системах дистанционного и местного контроля температуры используются различные электрические схемы включения датчиков температуры. В качестве датчиков применяют проволочные термометры сопротивления (терморезисторы) и полупроводниковые термометры сопротивления (термисторы).

Измерение температуры терморезисторами основано на свойстве металлического проводника изменять свое омическое сопротивление при изменении температуры. С повышением температуры сопротивление проводников возрастает, а с понижением — уменьшается. Изменение сопротивления для проводников из чистых металлов почти одинаково и равно в среднем 0,4% на 1° С.

Терморезистор (рис. 98) выполняется в виде металлического патрона (3), в который вставлен стеклянный цилиндр (4) с вплавленной в него металлической спиралью (1). На стеклянный цилиндр навита спираль (2) из латунной фольги, предохраняющей термометр от повреждений при ударах. В уширенную часть (6) патрона ввинчена переходная шайба (5). Соединительный шнур (8) закрепляется во втулке (7). Спираль терморезистора выполняется из медных пластин с начальным сопротивлением при 0° С от 40 до 400 Ом. Наибольшее распространение получили терморезисторы сопротивлением 100 Ом.

Терморезистор

Рис. 98 – Терморезистор

Термистор также изменяет свое сопротивление при изменении температуры, причем при нагреве сопротивление уменьшается, а при охлаждении увеличивается. Температурный коэффициент α1 термистора отрицательный, то есть с повышением температуры на 1° С сопротивление термистора уменьшается на 3...5% номинального (у металлов α1 = 0,4...0,5%). Для термисторов характерна явно выраженная нелинейная зависимость изменения сопротивления от температуры в пределах от -60 до +100° С.

Для получения линейной характеристики термистора составляют линеаризующую цепь термистора Rt (рис. 99,а) из параллельного R и последовательного Rд резисторов. При включении параллельного резистора характеристика термистора (кривая 1 на рис. 99, б) несколько выпрямляется (кривая 2), а при включении последовательного резистора практически становится прямолинейной (прямая 3). Недостатком линеаризации термистора является уменьшение температурного коэффициента, что сопровождается некоторой потерей чувствительности и точности измерения температуры.

Линеаризующая цепь термистора

Рис. 99 – Линеаризующая цепь термистора (а) и ее характеристика (б)

Особенностью полупроводниковых термометров сопротивления является значительный разброс их характеристик. Поэтому термисторы подбирают партиями, имеющими характеристики в определенных допусках. Затем с помощью линеаризации добиваются практически одинаковой конечной характеристики. Подобранные таким образом параллельный и последовательный резисторы могут включаться в схему только со своим термистором.

Термистор помещается в гильзу (4) (рис. 100), ввинчиваемую в коробку (3), которая крепится ушками (5) в необходимом месте. Проводники от термистора подключают к зажимам (2), к которым присоединяют также линеаризующие резисторы. Кабельный ввод в коробку резистора герметизирован гайкой (1). Для защиты от механических повреждений и влаги термистор и присоединительные проводники в гильзе (4) закрыты пластмассовым изоляционным шлангом и залиты жидким горючим стеарином. После затвердевания стеарина гильза ввинчивается в контактную коробку. Линеаризующие резисторы наматывают из манганиновой или константановой проволоки в виде катушек, укрепленных на основании и подключаемых винтами.

Датчик с термистором и линеаризующими резисторами

Рис. 100 – Датчик с термистором и линеаризующими резисторами

На секциях постройки ГДР при капитальном ремонте устанавливают датчики (рис. 101) в виде гильзы с головкой (6). В датчике находится электроизоляционная трубка (7) с термистором (9). Кабель (1), уплотняемый втулкой (2), подключается с помощью винтов (4) и панели (5) к выводам термистора. Головка датчика закрыта крышкой (3), датчик крепится на втулке (8). Линеаризующие резисторы монтируют отдельно от датчика.

Датчик с термистором без линеаризующих резисторов

Рис. 101 – Датчик с термистором без линеаризующих резисторов

При работе терморезистора и термистора протекающий по ним ток не должен их нагревать и вносить температурные искажения. Наибольший ток для термисторов не превышает нескольких десятков микроампер, терморезисторов — нескольких миллиампер.

Основными датчиками, используемыми для измерения температуры на рефрижераторном подвижном составе, являются терморезисторы типа РТ100 (платиновые сопротивлением 100 Ом при температуре 0°С) и ТСМ-010 (медные сопротивлением 53 Ом при температуре 0°С), а также термисторы типа TNM (сопротивлением 2500 Ом при температуре 0° С) и ММТ-4а-3к, ММТ-4а-1,5к (сопротивлением 3000 и 1500 Ом).

Наибольшее распространение на рефрижераторных вагонах для измерения температуры получили мостовые схемы (равновесные, неравновесные, с термошунтом), схемы логометра, а также схемы с автоматическим и показывающим компенсатором. Во всех этих схемах могут использоваться в качестве датчиков, как терморезисторы, так и измерительные комплекты с термисторами.

Схема равновесного моста с датчиками ТМС-010 для местного контроля температуры (5-вагонная секция БМЗ) показана на рис. 102. Схема объединяет измерительный мост (резисторы R1, R2, R3, реохорд Rp с шунтом Rш, переключатель B, с помощью которого к мосту подключается один из датчиков RТ1...RТ4, осветительную лампу Л, микроамперметр Г, аккумуляторную батарею Б с переключателем П и кнопкой К, а также корректирующие линейные Rл1...Rл4 и контрольной Rк резисторы.

Схема равновесного моста с датчиком ТСМ-010

Рис. 102 – Схема равновесного моста с датчиком ТСМ-010

Перед измерением переключателем В подключают контрольный резистор Rк. Рукоятку реохорда Rp устанавливают на контрольную (красную) отметку и в положении переключателя П «Точно» нажимают кнопку К; при исправности схемы стрелка микроамперметра находится на нулевой отметке (I=0). Затем отпускают кнопку К, переводят переключатель В в положение 1 (RТ1) и при положении переключателя «Грубо» вновь нажимают кнопку К и реохордом Rp вводят мост в равновесие. Устанавливая переключатель В в положения 2...4, подключают RТ2…RТ4. Для более точного ввода в равновесие переключатель П переводят в положение «Точно», что обеспечивает подачу повышенного питания в схему. Замеренную температуру отсчитывают по шкале реохорда. Для измерения температуры у датчиков RТ2…RТ4 переключатель В переводят последовательно в положения 2...4.

Корректирующими (подгоночными) резисторами Rл1...Rл2 уравнивают сопротивления соединительных проводов при наладке и проверке термостанции. К зажимам М подключают контрольный магазин резисторов и проверяют работу моста во всем диапазоне измерения температуры.

Вместо терморезисторов к мосту могут подключаться измерительные комплекты с термисторами. Однако величины плечевых резисторов реохорда должны быть другими и соответствовать сопротивлению измерительного комплекта. Так, на 5-вагонных секциях ЦБ-5 плечевые сопротивления мостовой схемы составляют 943 Ом (используются термисторы TNM).

При измерении температуры неравновесным мостом его плечевые сопротивления имеют неизменные величины, и мост в момент измерения температуры находится в неравновесии.

Перед измерением температуры равновесным мостом необходимо установить строго определенную, действующую только для данного моста разность потенциалов.

Установку разности потенциалов производят с помощью потенциометра Rп (рис. 103, а, б), к которому выключателем В1 подключается батарея Б. Переключатель П в этом случае должен быть включен на контрольный резистор Rк, а стрелка микроамперметра Э должна находиться на красной контрольной отметке шкалы. Затем, не меняя положения потенциометра Rп подключают измерительные комплекты, состоящие из термистора Rt и резисторов Rд, Rш, и по шкале микроамперметра отсчитывают значение температуры. Резистор Rп является гасящим. Этот резистор, а также плечевые резисторы Rl, R2, R3 наматываются из манганиновой проволоки диаметром 0,1...0,2 мм.

На некоторых рефрижераторных поездах и секциях монтируют схемы неравновесных мостов (рис. 103, б), у которых каждый термистор Rt подключается со своими плечевым R3 и гасящим R4 резисторами. В этом случае при замене какого-либо термистора необходимо также менять соответствующие ему оба резистора R3, R4. Для установки требуемой разности потенциалов в диагонали моста пользуются контрольным резистором Rк, подключаемым выключателем Вк при выключенных выключателях В1, а также потенциометром Rп и выключателем В2 аккумуляторной батареи Б. Плечевые сопротивления моста Rl, R2 используются для измерения температуры всеми термисторами; шкала микроамперметра Э отградуирована в градусах Цельсия.

Схема неравновесного моста

Рис. 103 – Схема неравновесного моста с измерительными комплектами (а), отдельными плечевыми резисторами (б) и термошунтом (в)

В схеме с термошунтом микроамперметр моста шунтируется в момент измерения температуры шунтом (рис. 103, в), состоящим из термистора Rt2 и резисторов R3, R4. При таком включении часть тока в диагонали моста попадает в шунт, который компенсирует температурные изменения элементов схемы, в результате чего ток, проходящий через микроамперметр, остается неизменным и зависит только от температуры и сопротивления датчика. Полное сопротивление термошунта примерно в 10 раз больше сопротивления прибора.

При измерении температуры переключателем В2 (положение II) замыкают контакты 3 и 4, 5 и 6, в результате чего к схеме подключаются батарея Б и контрольные резисторы Rl, R2 (резисторы заданного нарушения баланса схемы). Потенциометром R7 в диагонали моста устанавливают необходимую разность потенциалов, т. е. выводят стрелку микроамперметра на красную отметку.

Затем переключатель переводят в положение III, контакты 5, 6 размыкаются, контакты 1, 2, 7, 8 замыкаются, а контакты 3, 4 остаются замкнутыми. Резисторы нарушения баланса Rl, R2 отключаются, к схеме через переключатель В1 подключаются датчики Rt1; параллельно микроамперметру подключаются термошунты Rt2, R3, R4.

Точность измерения температуры рассмотренных схем зависит во многом от сопротивления соединительных проводов, меняющего свою величину при колебаниях температуры. Для уменьшения влияния температуры и сопротивления соединительных проводов применяется подключение датчиков по схеме измерения с термошунтом и трехпроводной схеме. В первом случае термистор Rt (рис. 104) подключается так, что изменение сопротивления его соединительных проводов влияет на обе ветви моста. Точка диагонали подключения аккумуляторной батареи Б искусственно переносится непосредственно к терморезистору.

Схема равновесного моста с трехпроводным подключением датчика

Рис. 104 – Схема равновесного моста с трехпроводным подключением датчика: R1, R2, R3 – плечевые резисторы; Rр – реохорд; Rш – шунтовой резистор; К – кнопка; Б – батарея; Э – микроамперметр; Rк – контрольный резистор; Rt – термистор; ШР1, ШР2 – штепсельные разъемы; Л - лампа

Схема включения логометра (рис. 105) объединяет логометр (2), плечевые резисторы (1, 4), гасящий резистор (11) с переключателем (5) и термистором (7), а также его линеаризующими резисторами (6) и (8). Питание к схеме подается через ввод (10) от источника постоянного тока.

Схема включения логометра

Рис. 105 – Схема включения логометра

Ток в левом плече и рамке логометра не меняет своей величины, ток в другом плече определяется температурой (сопротивлением) термистора (7). Поэтому стрелка (3) логометра отклоняется на угол, определяемый этой температурой, и показывает на шкале ее значение. С помощью переключателя (5) и отвода (9) к измерительной схеме могут подключаться поочередно другие измерительные комплекты.

Схема включения логометра допускает некоторые колебания напряжения в цепи питания, так как в результате этого меняются токи одновременно в обоих плечах, а их отношение, определяющее угол отклонения стрелки, практически остается неизменным. Поэтому потенциометры, которыми устанавливается напряжение питания, в схеме логометра отсутствуют.

Несмотря на применение в мостовых схемах термокомпенсирующих устройств, точность измерения температуры во многом зависит от переходного сопротивления в контактах, проводах, от их температуры, а также некоторых других факторов. В целях исключения этого влияния и обеспечения высокой точности измерения используют специальные четырехпроводные схемы включения датчиков с автоматическим компенсатором. Датчик (терморезистор) в этом случае имеет две пары отводящих проводников (основные и потенциальные). Четырехпроводные схемы включения применяются на 5-вагонных секциях БМЗ; схема объединяет дистанционное (показывающее) измерение и автоматическую запись температуры.

В качестве показывающего прибора в дистанционной системе измерения температуры используется прибор типа КП-011-03Т. Основным элементом его схемы (рис. 106) является компенсатор переменного тока с трансформатором тока ТТ, позволяющий определять сопротивление терморезистора Rt без сопротивления подводящих проводов. Это сопротивление измеряется путем автоматической компенсации напряжения, возникающего на термометре, противоположным ему по фазе напряжением, снимаемым с нагрузки вторичной обмотки ТТ (при небольших активных нагрузках во вторичных обмотках трансформатор работает в режиме, близком к режиму короткого замыкания, который характеризуется тем, что во вторичной обмотке ток сдвинут по фазе по отношению к току первичной обмотки на 180°).

Схема показывающего компенсатора КП-011-03Т

Рис. 106 – Схема показывающего компенсатора КП-011-03Т

Первичная обмотка последовательно с терморезистором Rt и балластным резистором Rб подключается к источнику переменного тока U. В начальный момент, когда измеряемая температура соответствует началу шкалы, движок реохорда Rр находится в начальном положении. В этом случае падение напряжения на термометре уравновешивается компенсирующим напряжением, снимаемым с резистора Rн.

При измерении температуры изменяется сопротивление термометра, равновесие схемы нарушается, появляется разность напряжения, которая подается на вход электронного усилителя, усиливается им и подается на реверсивный двигатель РД, с помощью которого схема автоматически приводится в равновесие. Указатель прибора устанавливается в положение, соответствующее действительному значению температуры, которое отсчитывается па шкале прибора.

В момент равновесия схемы в результате встречного включения напряжений ток через потенциальные провода термометра не протекает и падение напряжения на этих проводах отсутствует, поэтому изменение сопротивления потенциальных проводов термометра не вызывает дополнительной погрешности в измерении температуры.

Используемые в схемах условные обозначения резисторов расшифровываются так:

  • Rн — резистор начала шкалы для установки указателя на начальной отметке шкалы при сопротивлении термометра, соответствующем начальному значению температуры;
  • Rп — резистор предела измерений для приведения сопротивления реохорда в соответствие с изменением сопротивления термометра при изменении температуры в пределах измеряемого диапазона;
  • Rб — балластный резистор для ограничения измерительного тока через термометр, чтобы погрешность от нагрева термометра этим током была наименьшей. Кроме того, достаточно большое балластное сопротивление обусловливает стабильность чувствительности измерительной схемы во всем измеряемом диапазоне, так как изменение сопротивления термометра от температуры не вызывает в этом случае заметного изменения измерительного тока в цепи;
  • Rк — резистор контроля исправности работы прибора для проверки правильности градуировки прибора, а также наличия обрыва чувствительного элемента. Он соединен с кнопкой К, собранной из нескольких микровыключателей. Кнопкой закорачивается цепь терморезистора, а на вход схемы подается напряжение, снимаемое с резистора контроля. Сопротивление этого резистора рассчитывается таким образом, чтобы при нажатии кнопки контроля стрелка прибора устанавливалась на начальной отметке шкалы.

В схеме автоматической записи используется прибор СПЛ 160—036, в основу работы которого также положен компенсационный метод измерения напряжения Ux (рис. 107). Это напряжение является разностью напряжений UR43 и UR44, снимаемых со вторичной обмотки трансформатора тока Тр7 (первичная обмотка трансформатора включена последовательно с терморезистором R42), и падения напряжения UR42 на терморезисторе. В качестве уравновешивающего устройства используется линейный бесконтактный измерительный преобразователь трансформаторного типа «Трансип». Его обмотка возбуждения ωв расположена на подвижном магнитопроводе и получает от трансформатора полупроводникового усилителя У напряжение 6,3 В.

Схема прибора автоматической записи СПЛ 160-036

Рис. 107 – Схема прибора автоматической записи СПЛ 160-036

Питание компенсационной схемы, состоящей из резисторов R42, R45, R46, осуществляется от вторичной обмотки ωп, расположенной также на подвижном магнитопроводе. Компенсирующее напряжение Uк снимается с измерительной обмотки ωи, выполненной в зазоре подвижного магнитопровода, который перекрывает площадь обмотки пропорционально его линейному перемещению.

Если напряжение Ux компенсационной схемы не равно компенсирующему напряжению Uк, на вход усилителя У поступает разность этих напряжений, в результате чего реверсивный двигатель М13, подключенный к выходу усилителя, перемещает подвижную часть обмотки «Трансип» и связанный с ней указатель прибора до тех пор, пока Uх не будет равно Uк. При этом каждому значению Ux и, следовательно, измеряемой температуре будет соответствовать определенное положение обмотки «Трансип» и указателя прибора.

На измерительной стрелке прибора СПЛ 160-036 помещено тепловое перо, нагрев которого осуществляется с помощью специальной спирали, встроенной в корпус пера. Спираль получает питание от специального трансформатора. Запись температуры производится на диаграмме (теплочувствительная бумага), что обеспечивает работу прибора в течение длительного времени.

Измерение температуры по приборам КП-Р11-01Т и СПЛ 160-036 производится в диапазоне от +25 до -25° С с точностью 0,25° С.

Для измерения температуры у нескольких датчиков показывающие компенсаторы и компенсаторы автоматической записи дополняют коммутирующими устройствами в виде переключателей, программных реле и т. д.


© 2013 - 2017 Учебно-образовательный портал "Все лекции"
Материалы, представленные на страницах нашего сайта, созданы авторами сайта, присланы пользователями, взяты из открытых источников и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Все авторские права на материалы принадлежат их законным авторам.
Разработка сайта - Скобелев Алексей





Яндекс.Метрика