ATP Journal 8/2013

More documents

Recommendations

Info

Dvojkovový Dvojkovový (bimetalový) (bimetalový) teplomer teplomer Meranie teploty v priemysle (2) Konštrukčné riešenie kovového tyčového teplomera využíva prenesenie predĺženia meracej tyče na 1000 ukazovateľ C. Nevýhodou teplomera je pomocou menšia presnosť, pákového prevodu dovolená (obr. chyba 5b). dosahuje Merací rozsah do 2 býva % meracieho od -30 °C rozsahu až do a dl časová 1000 konštanta. C. Nevýhodou je menšia presnosť, dovolená chyba dosahuje do 2 % meracieho rozsahu a dlhšia časová konštanta. Bimetalový teplomer využíva deformáciu dvoch dvoch pevne pevne spojených spojených kovových kovových pásikov pásikov s rozdielnym s rozdieln koeficientom dĺžkovej rozťažnosti (obr. 6a). 6a). Rovnako dlhé dlhé pásiky pásiky sú priložené sú priložené na seba a na spojené seba a po spojené eranie teploty v priemysle (1) celej celej dĺžke dĺžke zvarom, resp. sú spolu zlisované. Pri Pri bežnej bežnej teplote teplote okolia okolia majú obidva majú spojené obidva pásiky spojené pá rovnaký rovnaký tvar. tvar. tyčové teplomery (Fe) Ohriatím – mosadz sa (62 prehnú na (Cu, na stranu 38 stranu kovu (Zn), invar kovu s menšou – s nikel, menšou dĺžkovou invar dĺžkovou rozťažnosťou. – oceľ, oceľ rozťažnosťou. V praxi sa – feronikel nikel, kombinácie invar a podobne. oceľ, materiálov, oceľ Väčšie - feronikel napríklad prehnutie a podobne. invar sa docieli Väčšie (36 zmenou prehnutie Ni, 64 sa tvaru Fe) docieli - bime- mosadz zmenou (62 tvaru Cu, 3 V prax využívajú rôzne kombinácie materiálov, napríklad invar (36 Ni, 64 Fe) - mosadz (62 Cu, 38 využívajú Zn), invar rôzne - Tyčový teplomer využíva dĺžkovú rozťažnosť materiálov v závislosti Zn), bimetalového invar - nikel, talového pásika. invar Preto pásika. - oceľ, sa bežne Preto oceľ využíva - sa feronikel bežne tvar písmena využíva a podobne. U tvar (obr. Väčšie písmena 6b), resp. prehnutie plochá U (obr. špirála sa 6b), docieli (obr. 6c) zmenou a tv yčové teplomery od teploty podľa vzťahu (3). Hodnota koeficienta dĺžkovej bimetalového rozťažnosti a l valcová špirála resp. pásika. (obr. plochá 6d). Preto špirála sa bežne (obr. využíva 6c) a tvar valcová písmena špirála U (obr. (obr. 6b), 6d). resp. plochá špirála (obr. 6 nie je konštantná, ale sa mení s teplotou. V obmedzenom valcová špirála (obr. 6d). yčový teplomer teplotnom využíva dĺžkovú intervale rozťažnosť môžeme materiálov uvažovať, v že závislosti teplomer od má teploty lineárnu podľa vzťahu (3). odnota koeficienta statickú dĺžkovej charakteristiku. rozťažnosti l Z nie tyčových je konštantná, teplomerov ale sa mení bližšie s teplotou. opíšeme V obmedzenom plotnom intervale kovové môžeme tyčové uvažovať, teplomery že teplomer a dvojkovové má lineárnu teplomery. statickú charakteristiku. Z tyčových plomerov bližšie opíšeme kovové tyčové teplomery a dvojkovové teplomery. kovový tyčový teplomer ovový tyčový teplomer Kovový tyčový teplomer využíva rozdielnu pozdĺžnu teplotnú ovový tyčový dilatáciu teplomer dvoch využíva látok rozdielnu (obr. pozdĺžnu 5). Tyč teplomera teplotnú dilatáciu sa vyrába dvoch z materiálu s z veľkou materiálu dĺžkovou s veľkou rozťažnosťou, dĺžkovou rozťažnosťou, napríklad napríklad z mosadze, z mosadze, ocele, ocele, zinku, látok (obr. 5). Tyč plomera sa vyrába a b c d iníka alebo z zo nikla. zinku, Tyč z hliníka sa nachádza alebo v nikla. obale, Tyč ktorý sa nachádza má naopak v čo obale, možno ktorý najmenšiu má dĺžkovú Obr. 6 Bimetalový pásik zťažnosť. Takým naopak materiálom čo možno je napríklad najmenšiu invar, dĺžkovú kremenné rozťažnosť. sklo, porcelán Takým materiálom alebo sklo. Tyč Obr. je 6 bimetalový s pásik a) rovný, b) v tvare písmena U, c) plochá špirála, d) valcová špirála alom na jednej strane je napríklad pevne spojená, invar, jej kremenné druhý voľný sklo, koniec porcelán sa posúva alebo sklo. v jeho Tyč otvorenej a) je časti rovný, a b) a v tvare písmena b U, c) plochá špirála, c d) valcová špirála d hybuje ukazovateľom teplomera. Pri zmene teploty o t sa tyč predĺži o hodnotu y Bimetalové s obalom na jednej strane pevne spojená, jej druhý voľný koniec sa 1 , pričom teplomery obal sa často používajú na dvojpolohovú reguláciu teploty. Jedno z možných predĺži len o hodnotu y posúva v jeho 2 (obr. 5a). Preto sa voľné konce tyče a obalu vzájomne zapojení posunú uvádza o hodnotu obr. 7. Ako citlivý člen sa Obr. používa 6 Bimetalový jednoduchý pásik bimetalový pásik 1, na jednom konci otvorenej časti a pohybuje ukazovateľom teplomera. votknutý. Po Bimetalové dosiahnutí a) rovný, teplomery požadovanej b) v tvare sa teploty písmena často sa používajú U, pásik c) plochá ohne na a špirála, dvojpolohovú dotkne d) sa valcová kontaktu reguláciu špirála 2. Tým sa spojí y, pre ktorú platí Pri zmene teploty o Dt sa tyč predĺži o hodnotu Dy 1 , pričom sekundárny obal teploty. obvod Jedno transformátora z možných 5 a zapojení na cievku uvádza elektromagnetu obr. 7. Ako 3 sa citlivý privedie člen napätie. sa Jadro y = y sa predĺži len o hodnotu Dy 2 (obr. 5a). Preto sa voľné konce Bimetalové elektromagnetu tyče teplomery potom zopne sa silnoprúdové často používajú kontakty na 4. dvojpolohovú Po opätovnom reguláciu poklese teploty teploty. sa bimetalový Jedno z možn 1 - y 2 = l( l1 - l2 )t používa (7) jednoduchý bimetalový pásik 1, na jednom konci votknutý. zapojení pásik vystrie uvádza a obvod obr. 7. sa Ako rozpojí. citlivý člen sa používa jednoduchý bimetalový pásik 1, na jednom k a obalu vzájomne posunú o hodnotu Dy, pre ktorú platí: votknutý. Po dosiahnutí Po dosiahnutí požadovanej požadovanej teploty teploty sa pásik sa ohne pásik a ohne dotkne a sa dotkne kontaktu sa 2. Tým sa s e Dy = Dy 1 - Dy 2 = I(a l1 - a l2 )Dt sekundárny (7) obvod kontaktu transformátora 2. Tým sa spojí 5 a sekundárny na cievku obvod elektromagnetu transformátora 5 a na 1 3 sa privedie napätie. Ja y je výsledné posunutie koncových bodov tyče a obalu, elektromagnetu cievku potom elektromagnetu zopne silnoprúdové 3 sa privedie kontakty napätie. 4. Po opätovnom Jadro elektromagnetu poklese teploty sa bimetal l je základná kde dĺžka Dy je teplomera, výsledné posunutie koncových bodov tyče a obalu, potom zopne silnoprúdové kontakty 4. Po opätovnom 2 pásik vystrie a obvod sa rozpojí. poklese teploty sa bimetalový pásik vystrie a obvod sa rozpojí. t je meraný l teplotný – základná rozdiel, dĺžka teplomera, l1 je koeficient Dt – dĺžkovej meraný rozťažnosti teplotný rozdiel, tyče, l2 je koeficient a l1 – dĺžkovej koeficient rozťažnosti dĺžkovej obalu. rozťažnosti tyče, 1 a l2 – koeficient dĺžkovej rozťažnosti obalu. 2 l » 20 °C Dy 2 Dy l y 1 D 80 100 120 140 160 60 a b Obr. 5 Kovový tyčový teplomer Obr. 5 kovový tyčový teplomer a) predĺženie tyče a obalu v závislosti od zmeny teploty, b) jedno z konštrukčných riešení Konštrukčné riešenie kovového tyčového teplomera využíva prenesenie predĺženia meracej tyče na ukazovateľ teplomera pomocou pákového prevodu (obr. 5b). Merací rozsah býva od -30 °C až do 1 000 °C. Nevýhodou je menšia presnosť, dovolená chyba dosahuje do 2 % meracieho rozsahu a dlhšia časová konštanta. 40 20 5 3 4 Obr. 7 Dvojpolohová regulácia teploty 1 – bimetalový pásik, 2 – kontakt, 3 – cievka elektromagnetu, 4 – silnoprúdový kontakt, 5 - transformátor 5 3 4 Obr. 7 Dvojpolohová regulácia teploty Obr. 7 dvojpolohová regulácia teploty 1 – bimetalový pásik, 2 – kontakt, 3 – cievka elektromagnetu, 4 – silnoprúdový kontakt, 5 - transformátor 1 – bimetalový pásik, 2 – kontakt, 3 – cievka elektromagnetu, 4 – silnoprúdový kontakt, 5 – transformátor Jedno z možných konštrukčných riešení bimetalového teplomera znázorňuje obr. 8. Ako citlivý člen teplomera sa využíva bimetalový pásik 1 v tvare valcovej špirály. Pásik je pevne privarený k hriadeľu ukazovateľa 2. Hriadeľ je na spodnom konci pevne spojený s koncovkou 3 vloženou do ochrannej rúrky 4. Pri zvýšení teploty sa bimetalový pásik snaží rozvinúť, čím pootočí hriadeľom ukazovateľa 2, a teda aj ukazovateľom 5. Na stupnici 6 sa indikuje nameraná teplota. Takýto typ teplomera sa dá použiť pri teplotnom Jedno z možných konštrukčných riešení bimetalového teplomera znázorňuje obr. 8. Ako citlivý rozsahu -40 °C až 500 °C. Dovolená chyba merania dosahuje 1 % člen teplomera sa využíva bimetalový pásik 1 v tvare valcovej špirály. Pásik je pevne privarený ku meracieho hriadeľu ukazovateľa rozsahu. 2. Hriadeľ Teplomer je na spodnom je konci odolný pevne spojený obojstrannému s koncovkou 3, vloženou teplotnému ukazovateľa preťaženiu 2, a teda až aj ukazovateľom do 50 % 5. meracieho Na stupnici 6 sa indikuje rozsahu. nameraná Jeho teplota. nevýhodou Takýto typ do ochrannej rúrky 4. Pri zvýšení teploty sa bimetalový pásik snaží rozvinúť, čím pootočí hriadeľom teplomera sa dá použiť pre teplotný rozsah -40 C až 500 C. Dovolená chyba merania dosahuje 1 % je veľká časová konštanta, až 40 sekúnd. Dá sa použiť v mnohých meracieho rozsahu. Teplomer je odolný voči obojstrannému teplotnému preťaženiu až do 50 % oblastiach, meracieho rozsahu. napríklad Jeho nevýhodou v potravinárskom je veľká časová konštanta, priemysle, až 40 sekúnd. Dá v sa záhradníctve, použiť v mnohých oblastiach, napríklad v potravinárskom priemysle, v záhradníctve, v textilnom a gumárenskom v textilnom priemysle a podobne. a gumárenskom priemysle a podobne. dvojkovový (bimetalový) teplomer Bimetalový teplomer využíva deformáciu dvoch pevne spojených kovových pásikov s rozdielnym koeficientom dĺžkovej rozťažnosti (obr. 6a). Rovnako dlhé pásiky sú priložené na seba a spojené po celej dĺžke zvarom, resp. sú spolu zlisované. Pri bežnej teplote okolia majú obidva spojené pásiky rovnaký tvar. Ohriatím sa prehnú na stranu kovu s menšou dĺžkovou rozťažnosťou. V praxi sa využívajú rôzne kombinácie materiálov, napríklad invar (36 (Ni, 64 50 8/<strong>2013</strong> Prevádzkové meracie prístroje 300 250 350 200 400 150 450 100 500 50 550 C° 5 6 2 4 1 3 Obr. 8 Bimetalový teplomer s pásikom v tvare valcovej špirály 1 – bimetalový pásik, 2 – hriadeľ ukazovateľa, 3 – koncovka, 4 – ochranná rúrka, 5 – ukazovateľ, 6 – stupnica Obr. 8 bimetalový teplomer s pásikom v tvare valcovej špirály 1 – bimetalový pásik, 2 – hriadeľ ukazovateľa, 3 – koncovka, 4 – ochranná rúrka, 5 – ukazovateľ, 6 – stupnica Tlakové teplomery Tlakové teplomery merajú zmenu tlaku teplomernej látky od teploty. Teplomerná látka je uzavretá v určitej nádobe so stálym objemom. Pri zmene tlaku teplomernej látky sa mení tvar deformačného člena teplomera. Táto zmena sa prenáša na teplomernú stupnicu. Pretože tlaky v teplomere sú pomerne veľké, nádoba s teplomernou látkou býva kovová, najčastejšie oceľová alebo bronzová. Spomedzi tlakových teplomerov sa najčastejšie používa tlakový kvapalinový teplomer.
tlakové teplomery Tlakové teplomery merajú zmenu tlaku teplomernej látky v závislosti od teploty. Teplomerná látka je uzavretá v určitej nádobe so stálym objemom. Pri zmene tlaku teplomernej látky sa mení tvar deformačného člena teplomera. Táto zmena sa prenáša na teplomernú stupnicu. Pretože tlaky v teplomere sú pomerne veľké, nádoba s teplomernou látkou býva kovová, najčastejšie oceľová alebo bronzová. Spomedzi tlakových teplomerov sa najčastejšie používa tlakový kvapalinový teplomer. Pri jeho použití musí byť teplomerná náplň neustále v kvapalnom stave. Musí sa preto merať teplota nižšia ako teplota varu a vyššia ako teplota topenia použitej teplomernej kvapaliny. Často sa používa ortuť alebo organické kvapaliny (xylol, metylalkohol, petrolej). Teplomerná kvapalina sa nachádza v kovovej nádobke 1 úplne ponorenej do meraného prostredia (obr. 9a). Z kovovej nádobky vychádza spojovacia kapilára 2, cez ktorú prechádza teplomerná kvapalina do deformačného manometra (Bourdonovej trubice) 3. Deformačný manometer je prepojený s ukazovacím zariadením. Nádobku, kapiláru a trubicu úplne zapĺňa teplomerná kvapalina. Pri zvýšení teploty sa ohreje kovová nádobka a zároveň teplomerná kvapalina. Tak sa zvýši jej tlak, čo spôsobí deformáciu konca Bourdonovej trubice. Táto deformácia sa cez prevod prenáša na ručičku ukazovateľa. Neistota merania teploty pomocou tlakových kvapalinových teplomerov je pomerne veľká, najmä pri dlhých kapilárach. Ovplyvňujú ju najmä zmeny teploty v okolí teplomera a vplyv hydrostatického tlaku teplomernej kvapaliny pri rozdielnej výške Bourdonovej trubice a nádobky. Preto keď dĺžka kapiláry prekročí 6 m, vykonáva sa čiastočná alebo úplná korekcia vplyvu vonkajšej teploty. V prípade krátkej kapiláry sa vykonáva len čiastočná teplotná korekcia indikačného prístroja (obr. 9b). Využíva sa pri nej vhodne tvarovaný bimetalový pásik 4 navrhnutý tak, aby pri zmene teploty pôsobil proti deformácii Bourdonovej trubice. Tak sa eliminuje prípadná chyba ukazovateľa vplyvom zmeny teploty v okolí meradla. 50 110 80 3 2 1 4 110 110 80 50 3 2 1 7 6 5 3 2 1 Ďalšou výhodou je lineárna statická charakteristika, odolná konštrukcia a veľká prestavujúca sila, čo umožňuje použitie tlakového kvapalinového teplomera aj v ťažkých pracovných podmienkach. Snímače teploty s elektrickým výstupom V tejto časti bližšie opisujeme rôzne snímače teploty – odporové snímače teploty, termočlánky, snímače teploty založené na bipolárnom tranzistore, ako aj špeciálne snímače teploty s elektrickým výstupom. V ďalšej časti uvádzame princípy radiačnej termometrie. Všetky tieto snímače teploty využívajú zmenu elektrických vlastností materiálu v závislosti od zmeny teploty. Odporové snímače teploty Elektrický odpor vodivých materiálov závisí od koncentrácie voľných nosičov náboja a od ich pohyblivosti. Pohyblivosť je parameter, ktorý zodpovedá za schopnosť nosičov náboja pohybovať sa viac alebo menej voľne cez atómovú mriežku. Ich pohyb neustále tlmia kolízie. Koncentrácia aj pohyblivosť sa menia s teplotou v miere, ktorá podstatne závisí od materiálu. V prirodzených (alebo čistých) polovodičoch sa elektróny viažu k svojim atómom pomerne silno. Len niekoľko z nich má dostatočnú energiu (pri izbovej teplote) na to, aby sa voľne pohybovali. Pri zvýšenej teplote získa viacej atómov dostatočnú energiu na uvoľnenie sa od atómu, takže so zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje koncentrácia voľných nosičov náboja. Keďže teplota má omnoho menší vplyv na pohyblivosť nosičov náboja, elektrický odpor polovodičov sa so zvyšujúcou teplotou znižuje. Ide o záporný teplotný koeficient elektrického odporu. V kovoch sa všetky dostupné nosiče nábojov môžu pohybovať voľne v mriežke, dokonca aj pri izbovej teplote. Zvýšená teplota neovplyvní ich koncentráciu. Avšak pri zvýšenej teplote sa vibrácie v mriežke zosilňujú, zvyšujúc šancu elektrónov na kolízie a tlmenie voľného pohybu v materiáli. Preto sa elektrický odpor kovov pri zvýšenej teplote zvyšuje, ide teda o kladný teplotný koeficient elektrického odporu. Teplotná zmena elektrického odporu (ďalej len odporu) predstavuje fyzikálny princíp odporových snímačov teploty. Používajú sa kovy aj polovodiče. Hovoríme tak o kovových odporových snímačoch teploty, resp. o polovodičových odporových snímačoch teploty – termistoroch. V nasledujúcej časti sa budeme venovať odporovým teplomerom a termistorom. a b c Obr. 9 Tlakový kvapalinový teplomer Obr. 9 tlakový kvapalinový teplomer a) bez korekcie, b) s čiastočnou korekciou, c) s úplnou korekciou 1 – nádobka, 2 – spojovacia kapilára, 3 – bourdonova trubica, 4 – bimetalový pásik, 5 – ukazovateľ, 6 – slepá kapilára, 7 – bourdonova trubica Úplná teplotná korekcia (obr. 9c) sa realizuje v prípade kapilár s dĺžkou až do 50 m. Korekciou sa eliminuje nielen vplyv okolitej teploty na kapiláru a citlivý prvok meradla (Bourdonovu trubicu), ale aj vplyv zmeny hydrostatického tlaku teplomernej kvapaliny. Celý snímač sa skladá z dvoch systémov, z meracieho a korekčného. Korekčný systém je taký istý ako merací, nemá však nádobku s tlakomernou kvapalinou, iba slepú kapiláru 6 a vlastnú Bourdonovu trubicu 7. Kvapalinová náplň je rovnaká ako v meracom systéme. Pri zmene teploty v okolí kapiláry a citlivého prvku meradla vyvolávajú obidve trubice na spoločnom ukazovateli 5 rovnakú výchylku opačného zmyslu, takže sa ich účinok ruší. Veľkou výhodou tlakových kvapalinových teplomerov je možnosť merania teploty na diaľku. Merací rozsah je pomerne veľký, od -39 °C až do 600 °C. Keďže ortuť má teplotu bodu varu 357 °C, merací rozsah do 600 °C sa dosahuje zvýšením tlaku v meracom systéme. Prevádzkové meracie prístroje doc. Ing. eva kureková, Phd. Strojnícka fakulta StU nám. Slobody 17 812.31 bratislava doc. Ing. Stanislav Ďuriš, Phd. Slovenský metrologický ústav karloveská 63 842 55 bratislava 4 duris@smu.gov.sk doc. Ing. Martin Halaj, Phd. martin.halaj66@gmail.com 8/<strong>2013</strong> 51
Page 1: 8/2013 priemyselná automatizácia
Page 4 and 5: Editoriál Spolupráca tímov na au
Page 6 and 7: Už sa pracuje na nových spôsoboc
Page 8 and 9: Vibračné skúšky automobilových
Page 10 and 11: EWOlution - elektronické pracovné
Page 12 and 13: Termovízia odhalila úniky na rozv
Page 14 and 15: Skúsenosti s autonómnou údržbou
Page 16 and 17: Systém monitorovania bezpečnosti
Page 18 and 19: Zefektívnenie procesov pomocou bez
Page 20 and 21: Ako najlepšie využiť prenosný k
Page 22 and 23: Moderné prenosné konfigurátory H
Page 24 and 25: Měřicí technika pro provozy chem
Page 26 and 27: V mnohých podnikoch na Slovensku e
Page 28 and 29: SIPART PS2 - inteligentný pozicion
Page 30 and 31: Frekvenčné meniče Altivar sú be
Page 32 and 33: Prepojovacia technológia s rozmani
Page 34 and 35: Vzťah údržby a prevádzky - proa
Page 36 and 37: Využitie grafického prostredia pr
Page 38 and 39: Risk Based Inspection, prekážky a
Page 40 and 41: Významným faktorom v RBI je dopln
Page 42 and 43: postupy a formy preventívnych opat
Page 44 and 45: Inteligentná modulárna kontrola H
Page 46 and 47: • Porovnanie skutočných a poža
Page 48 and 49: Od priemyselných robotov k servisn
Page 50 and 51: MEMS - miniatúrne elektromechanick
Page 54 and 55: Odborná literatúra, publikácie 1
Page 56 and 57: Semináře výrobních IT technolog
Page 58: Prvotriedne meranie pre výnimocné

ATP Journal 8/2013

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?