АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Расчет термоэлектрических термометров

Читайте также:
  1. D. Акустический расчет
  2. I. Расчет номинального значения величины тока якоря.
  3. I. Расчет режимов резания на фрезерование поверхности шатуна и его крышки.
  4. I. Расчет тяговых характеристик электровоза при регулировании напряжения питания ТЭД.
  5. I: Кинематический расчет привода
  6. II. Расчет и выбор электропривода.
  7. II. Расчет номинального значения величины магнитного потока.
  8. II. Расчет силы сопротивления движению поезда на каждом элементе профиля пути для всех заданных скоростях движения.
  9. II: Расчет клиноременной передачи
  10. III. Методика расчета эффективности электрофильтра.
  11. III. Расчет и построение кривой намагничивания ТЭД.
  12. III.Расчет допускаемых напряжений изгиба и контактных напряжений.

Исходными данными для расчета являются:

а) диапазон изменения температуры датчика;

б) допустимая относительная погрешность прибора;

в) градуировочная характеристика термопары (рисунок 1.3 и
приложение 1);

г) длина и диаметр термоэлектродов термопары и соединительных проводов.

1.2.1 Расчет параметров электрической схемы

Рисунок 1.3 – Характеристики термопар: — хромель-копель
(Х-К); 2 — железо-копель (Ж-К); 3 — хромель-алюмель (Х-А);
4 — никель-железо-спецкопель (НЖ-11-СК.); 5 — никель-кобальт-спецалюмель (НК-СА); 6—платина-платинородий (П-ПР).

Расчет схем термоэлектрических приборов (рисунки 1.1, 1.2) производится на основании соотношения для величины допустимой дополнительной погрешности, вызываемой изменениями сопротивления внешней цепи из-за отклонения температуры от нормальной. При этом предполагается, что осуществлена полная компенсация дополнительной температурной погрешности указателя. Исходя из этого условия, можно записать:

λ= = =

гдеλ— относительная температурная погрешность прибора на 1 градус (приведенный температурный коэффициент прибора), 1/град;

Ri0— сопротивление участков электрической схемы с одинаковыми температурными условиями и материалом, ом;

αi— температурные коэффициенты сопротивления участков цепи, 1/град;

RР— сопротивление рамки гальванометра, Ом;

RТС— сопротивление компенсационное (термистор), Ом;

RД — подгоночное сопротивление прибора, Ом;

RG0=RР+RТС+RД — полное сопротивление гальванометричес-кого указателя, Ом;

— общее сопротивление внешней цепи прибора, Ом;

 

— коэффициент, который берется в пределах от 1 10

αприв= — приведенный температурный коэффициент сопротивления внешнейэлектрической цепи прибора, 1/град.

Для определения αпривнеобходимо найти величину сопротивления каждого участка внешней цепи прибора. Разобьем внешнюю цепь на участки сопротивлений:

R1, R2 – сопротивления термоэлектродов термопары (положительного и отрицательного соответственно);

R3, R4 – сопротивления термоэлектродов от приемника термопары до соединительных проводов;

R5, R6 – сопротивления соединительных проводов.

1.Определяем сопротивления R5, R6 и при нормальных условиях по формулам:



R50= ; R60 =

гдеρ5, ρ6— удельные сопротивления материала соединительных проводов при 20°С; медь ρ = 0,01752 · 10-6Ом·м; хромель ρ = 0,7 · 10-6Ом м; копель ρ = 0,7 · 10-6Ом м;

L — длина соединительных проводов от разъемной колодки до указателя, м — до 10;

S= — поперечное сечение провода, м2(величину Dберут (1,5÷2,0) 10-3 м);

 

2.Определяем сопротивление термоэлектродов термопарыR10 иR20:

положительный термоэлектрод

R10 = Ом

где ρ1— удельное сопротивление положительного термоэлектрода термопары (никель-кобальтовый сплав

ρик=(0,319-0,921) Ом м при температуре 0÷900°С соответственно;

L1— длина погруженной части термопары, м;

θ1— температура горячего спая термопары, град;

α1— температурный коэффициент материала термоэлектрода, равный (1,05÷0,37)·10-3 l/град при температурах 0÷900°С соответственно;

отрицательный термоэлектрод

R20 = Ом,

где ρ2— удельное сопротивление отрицательного термоэлектрода (для алюмеляρал= (0,33÷0,35)·10-6ОМ м в диапазоне 0÷100° С);

θ2= θ1—температура горячего спая термопары, град;

α2— температурный коэффициент термоэлектрода термопары; (для алюмеля αал = 1,0·10-3 l/град в диапазоне 0÷100°С);

L2=L1— длина погруженной части отрицательного термоэлектрода, м.

3.Аналогично определяем сопротивление термоэлектродовR30 и R40: от приемника термопары до соединительных проводов:

положительный термоэлектрод

R30 = Ом,

где ρ1 — удельное сопротивление положительного термоэлектрода;

θ3- температура свободных концов термоэлектродов;

L3— длина электрода от приемника термопары до соединительных проводов, м, обычно 1,5 — 2,0 м;

S3, S4- сечения проводов, м2;

отрицательный термоэлектрод

R40 = Ом.

4.Определяем сопротивление одной термопары при нормальной температуре

RT1= R10+R20+R30+R40Ом,

‡агрузка...

то же для комплекта термопар

RT=mRT1Ом,

где m — число термопар, включенных последовательно.

5. Определяем сопротивление внешней цепи прибора

R50+R60+RTОм.

6.Определяем приращение сопротивлений внешней цепи на 1 град

Ом.

7. Определяем величину αприв

αприв= = 1/град

8. Определяем величину k из формулы

k=

9. Определяем величину сопротивления рамки гальванометра.

Величина тока в цепи прибора равна

I= = мA,

где E — термо ЭДС, развиваемая термопарой в милливольтах

U = = мВ;

U — напряжение на зажимах гальванометра. Величину сопротивления рамки гальванометра найдем из условия допустимой мощности рассеивания Pp. Мощность, рассеиваемая в рамке гальванометра, принимается равной 4 8 мкВт. Величина сопротивления рамки гальванометра определяется из формулы

Rp= = Ом.

Учитывая, что сопротивление токоподводящих пружин обычно равно 2 Ом (приложение 2), получим:

– 2 Ом

10. Определяем сопротивление температурной компенсации указателя из условий полной компенсации его температурных погрешностей:

Rтс.тцт=

Rтс.твг=

где βР— температурный коэффициент линейного расширения материала рамки; медь 17·10-61/град; алюминий 26·10-61/град;

βмаг — температурный коэффициент линейного расширения материала магнита (8÷18)·10-61/град [5];

γВ - температурный коэффициент индукции 1/град.

Например, альнико V:

8,0 4,0 3,0
-0,024 -0,016 -0,016

альмико VI

8,0 3,6 2,0
-0,032 -0,020 -0,020

Lm, D— длина и диаметр магнита [6].

δЕ - температурный коэффициент модуля упругости материала противодействующих пружинок: фосфористой бронзы 4·10-41/град; бериллиевой бронзы 3·10-41/град;

βпр- температурный коэффициент линейного расширения материала противодействующейпружины: фосфористая бронза βпр=0,175·10-41/град; бериллиевая бронза βпр=0,185·10-41/град;

αр - температурный коэффициент сопротивления материала рамки гальванометра: медь αp=0,0043 1/град; алюминий αр = 0,0036 1/град;

αтс - ТКС (смесь окислов кремния и железа) α=3,4·10-3 1/град.

11. Определяем подгоночное сопротивление

RД = RG0– (RP+RТС) = (RP+RТС) Ом.


Таблица 1.2Ориентировочные технические параметры термоэлектрических термометров

Показатели Единицы измере-ния Параметры термоэлектрических термометров
Для газотурбинных Для поршневых
Размах шкалы   240º 90º
Ток полного отклонения подвижной системы мА 0,8-0,9    
Вращающий момент на полную шкалу Н·м 13,0·10-6   30·10-6  
Коэффициент добротности 1,5÷2 0,7÷0,9
Магнитная индукция в воздушном зазоре Тл 0,7   0,2  
Материал магнита Магнико Альнико
Величина воздушного зазора мм 1,7 1,7
Температурныйкоэффи-циент магнитного материала 1/град 1·10-4   1·10-4  
Размеры рамки 7×13 17×23
Число витков 80÷103 80÷92
Материал провода и диаметр мм Алюминий 0,14 ПЭЛ Алюминий 0,14 ПЭЛ
Сопротивление рамки Ом 8,5÷9,2 6,5÷8,5
Вес рамки Н 0,23·10-2 0,21
Вес подвижной системы Н 0,57·10-2 0,32
Коэффициент заполнения 0,7÷0,8 0,7÷0,8
Материал и размеры пружинок мм Бериллиевая бронза 0,5×0,3 n=5,5  
Модуль упругости Н/м2 12·1010  
Температурный коэффициент модуля упругости 1/град 4·10-4 4·10-4
Материал и радиус кернов   мм Кобальт-вольфрам 0,06 0,06  
Материал и радиус подпятника мм Корунд 0,25 0,2  
Сопротивление термистора Ом 7÷8
Сопротивление противо-действующих пружинок Ом
Добавочное сопротивление Ом 2÷3 2÷6

 

Подгоночное сопротивление можно разделить на подгоночное сопротивление соединительных проводов Rдук и подгоночное сопротивление указателя, т.е.

Rд= Rдсп+Rдук

Подгоночное сопротивление изготовляют изконстанта или манганина.

1.2.2 Расчет магнитной системы указателя

Расчет магнитной цепи с постоянными магнитами указателя сводится к определению величины индукции в рабочем зазоре и к нахождению размеров и материала магнита, требуемого для создания в рабочем зазоре магнитной индукции заданной величины и удовлетворяющего условиям оптимального его использования.

Форму и размеры магнита определяют из конструктивных соображений и заданных технических требований, предъявляемых к проектируемому прибору. При выполнении расчета считаем, что магнитным сопротивлением участков главной цепи магнитопровода, содержащих железо, можно пренебречь и что магнит намагничивается до установки его в систему. После выбора конструктивной схемы магнитной системы (приложение В) основная задача расчета заключается в определении Индукции в рабочем зазоре. Эта задача сводится к отысканию прямой возврата и точки состояния магнита на кривой размагничивания B=f(H), соответствующей нейтральной зоне магнита. Прямая возврата характеризуется средним значением коэффициента магнитного возврата ρ=tgα (смотри таблицу 3.3). Расчет магнитной системы указателя смотри в главе 2.

1.2.3 Расчет электромеханических параметров

(подвижной системы, указателя)

1. Определяем длину одного витка рамки из соотношения

lB = 2(A+B) м,

гдеА — длина рамки;

В — ширина рамки. Для термометров типа ТЦТ-9 ширина рамкиВ — 2r (рисунок 1.4, 1.5)

СоотношениеА/В обычно берется в пределах 1,3 1,5.

2. Определяем число витков рамки

ω =

где - сопротивление рамки гальванометра, Ом;

- длина одного витка, м;

γ - удельный вес материала (для алюминия γ = 2,646·104Н/м3, для меди γ= 8,72·104Н/м3);

ρ - удельное сопротивление материала рамки, Ом·м;

λ - показатель степени для веса подвижной системы на кернах 1,5 1,33 (в приборах с весом подвижной части менее 10-2Н его принимают равным 1 [7]);

Q2 — балластный вес подвижной системы, Н

Рисунок 1.4- Принципиальная кинематическая схема измерительного механизма типа ТЦТ-9.

Балластный вес может изменяться от (3 0,45)·10-3Н причем меньшее его значение соответствует меньшему показателю степени.

Рисунок 1.5-Принципиальная кинематическая схема измерительного механизма указателя типа ТВГ-1.

 

3. Определяем длину провода рамки

L=lBwм

4. Определяем сечение провода рамки

q=ρ м2

5. Определяем поперечное сечение стороны рамки

S= м2

где w— число витков рамки;

km- коэффициент заполнения, равный 0,7 0,8.

Величина площади поперечного сечения стороны рамки ограничивается при прочих равных условиях размером воздушного зазора, который берут равным (2 3)·10-3м, а толщина рамки в пределах одного миллиметра; ширина ее поперечного сечения (2 3)·10-3м.

 

6.Определяем активный вес рамки

Q1= γ ρ

7. Определяем вес подвижной системы

Q=Q1+Q2=2λQ1=

так как

Q2=(2λ-1)Q1

8. Определяем вращающий момент.

Для гальванометров с активной стороны рамки lp, параллельной оси вращения подвижной системы — указатель типа ТЦТ-9 (рисунок 1.4)

Mвр=2rlpwBBIН·м,

где 2r — неактивная сторона рамки, м;

lp — активная часть рамки, м;

BB— магнитная индукция в воздушном зазоре, Тл;

I — ток в рамке, А.

Для гальванометра с активной стороной рамки, перпендикулярной к оси вращения подвижной системы, — указатель типа ТВГ-1 (рисунок 1.5)

Н·м,

где Rm — внешний радиус кольца магнита, намагниченного по образующей, м;

rm— внутренний радиус кольца магнита, м.

9. Определение размеров противодействующей пружины (смотри главу 3).

10. Определение коэффициента добротности (смотри главу 2).

11. Оценка успокоения подвижной системы (смотри главу 3).
Вычисляем величину полного критического сопротивления прибора из соотношения

Ом.

где m — коэффициент электромеханической связи;

;

;

с — коэффициент упругости пружины, Н·м/рад;

JC— момент инерции подвижной системы, кг·м2. Момент инерции подвижной системы равен сумме моментов инерции рамки — стрелки — и противовеса — . Моменты инерции подсчитываются по формулам, приведенным в приложении 4 и в главе 3.

Производим оценку успокоения прибора.

Критерием оценки успокоения прибора служит соотношение между сопротивлением RG0+RBH и критическим сопротивлением Rk прибора.

Для обеспечения оптимального успокоения необходимо чтобы β было немного больше единицы. Степень успокоения прибора β равна

β=

 

 

Рисунок 1.6 Универсальные кривые переходного процесса в системе второго порядка при единичной входной возмущающей функции

 

По величине β (рисунок 1.6) находим характер переходного процесса подвижной системы.

Определяем время успокоения подвижной системы:

ty≈0,75 T0 для β<1

ty≈ T0для β=1

ty≈1,5βT0для β>1

где Т0 — период собственных колебаний подвижной системы определяется по формуле

Т0=2π сек.

1.2.4 Расчет биметаллической пружины

(для компенсации температурных погрешностей)

1. Определение угла отклонения подвижной системы на величину погрешности, связанной с изменением результирующей термо ЭДС от изменения температуры холодного спая, производим в зависимости от конструкции указателя по формулам:

рад;

рад.

где 2r— ширина рамки, м;

lp — активная часть длины рамки, м;

— число витков рамки;

BB— индукция в воздушном зазоре, Тл;

— общее сопротивление электрической цепи, Ом;

с — коэффициент упругости пружины, Н·м/рад;

k — чувствительность термопары, град;

θхс- температура холодного спая, град;

Rmиrm— радиусы кольца магнитопровода — внешний и внутренний соответственно, м.

2. Определяем размеры биметаллической пружины из условия компенсации температурной погрешности

φ0= φбп

где φбп — угол закручивания биметаллической пружины.

а) Развернутая длина биметаллической пружины определяется из соотношения

LБП= м,

где β1 — температурный коэффициент линейного расширения термоактивной пластинки биметалла (для немагнитной стали 25% Ni и 75% Feρ1=18·10-61/град;

β2— температурный коэффициент линейного расширения термоинертной пластинки (инвар β2=1·10-61/град);

θмаксмин— диапазон изменения температуры холодного спая;

— толщина биметаллической спирали, м.

Биметаллические ленты выпускаются толщиной

(0,3; 0,5;0,6;2)·10-3м.

б) Число витков биметаллической пружины

nбп= ,

где rвн— внутренний радиус спирали, м;

rнр— наружный радиус спирали, м.


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |


При использовании материала, поставите ссылку на Студалл.Орг (0.055 сек.)