Выбор типов приборов для измерения температуры
В зависимости от принципов работы приборы для измерения и контроля температуры можно разделить на три категории: аналоговые (указательного-типа), цифровые и интеллектуальные.
Аналоговые приборы в основном представлены традиционными счетчиками с подвижной-катушкой. Характеризуясь простой конструкцией и низкой стоимостью, они по-прежнему используются в промышленных условиях; однако они страдают от низкой точности измерений-обычно от класса 1 до класса 2,5 и склонны к значительным ошибкам считывания. Более того, из-за отсутствия выходов передатчиков они все чаще вытесняются цифровыми приборами.
Цифровые приборы,-такие как широко распространенные измерители с цифровым дисплеем,-обеспечивают существенное повышение точности измерений по сравнению с их аналогами с подвижной-катушкой, обычно достигая точности 0,5 %. Их цифровые дисплеи точны и интуитивно понятны, что исключает возможность человеческой ошибки при чтении. В большинстве из них используются двух-или трёх-режимы регулирования, хотя меньшее количество также имеет возможности непрерывной регулировки аналогового ПИД-регулятора.
С интеграцией однокристальных-микропроцессоров в приборы структура, производительность и внешний вид этих устройств претерпели глубокую трансформацию, что позволило реализовать функциональные возможности, ранее немыслимые для аналоговых приборов. Эти «интеллектуальные» цифровые приборы не только выполняют стандартные функции обнаружения, преобразования сигналов, отображения и управления, но также включают в себя расширенные функции, такие как программируемое управление, само-диагностику неисправностей, передачу данных, а также удаленную телеметрию и управление, тем самым удовлетворяя требованиям интеграции в компьютерные сети.
Выбор диапазона измерения и точности
Подобно процессу выбора диапазона датчиков температуры, рассмотренному в предыдущем разделе, выбор диапазона измерения прибора должен основываться на фактических рабочих параметрах. Целесообразно предусмотреть определенный запас-как выше, так и ниже ожидаемых рабочих пределов-, чтобы гарантировать, что данные измерений остаются в пределах диапазона прибора практически при любых обстоятельствах. Однако следует избегать выбора слишком широкого диапазона, поскольку это может поставить под угрозу как точность измерения, так и разрешение.
При выборе уровня точности прибора необходимо уделять должное внимание типу температурного-чувствительного элемента, с которым он будет работать в паре. Если прибор должен работать в паре с высокоточным молибденовым термометром сопротивления,-соответственно требуется более высокая точность прибора,-например, от 0,2 % до 0,5 %-. И наоборот, в сочетании с термопарой промышленного-класса обычно достаточно точности прибора 0,5 %.
Экологическая адаптивность
Приборы должны обладать надежной адаптируемостью к изменяющимся условиям окружающей среды. Как правило, прибор должен нормально работать в диапазоне температур от -10 до 50 градусов, при относительной влажности менее 85 % относительной влажности и при колебаниях напряжения питания ±(10–15) %. Кроме того, он должен демонстрировать высокую устойчивость как к синфазным, так и к последовательным помехам.
Методы управления
Управление включением-выключением имеет простую структуру; для его работы требуется только внешняя конфигурация контактора переменного тока или твердотельного-реле, а текущее обслуживание и ремонт относительно просты и удобны. Однако его способность-выдерживать температуру относительно плохая, что свидетельствует о присущих ему колебаниях температуры; тем не менее, он по-прежнему подходит для огромного числа промышленных применений, где требования не являются особенно строгими. ПИД-регулирование, само-ПИД-регулирование и другие методы непрерывного регулирования подходят для применений с высокими требованиями к температурной стабильности, хотя и обходятся дороже. Исполнительные компоненты для непрерывного управления принимают различные формы, типичными примерами которых являются срабатывание по фазовому-сдвигу, регулирование стандартного тока-выходного тока и модуляция рабочего-цикла. Запуск по сдвигу-фазы имеет долгую историю в регулировании мощности; его преимущества включают бесступенчатую регулировку и высокую точность. Однако, поскольку он не запускается при нулевом токе, скорость изменения тока (di/dt) очень высока, вызывая серьезные помехи в электросети; следовательно, он больше не используется в системах управления высокой-мощностью и в основном используется в приложениях с низким-энергопотреблением, требующих точного контроля температуры. Стандартное регулирование выходного тока- требует подключения к внешнему тиристорному регулятору мощности (контроллер мощности SCR); в зависимости от требований можно выбрать тип запуска с -пересечением нуля или без-пересечения-нуля, что делает его пригодным для-промышленного регулирования и управления большой мощностью. Метод модуляции рабочего-цикла требует только внешнего подключения одного твердотельного-реле для обеспечения как управления высокой-мощностью, так и электрической изоляции между цепью управления низкого-напряжения и цепью питания высокого-напряжения; его простая и надежная конструкция привела к его широкому применению в системах температурного контроля различного типа оборудования.
Примеры выбора приборов для измерения температуры
(1) Контроль температуры печи: Требуемый диапазон контроля температуры печи составляет от 300 до 1000 градусов. В системе отопления используются трехфазные резистивные провода напряжением 380 В с общей выходной мощностью 50 кВт, а требуемая устойчивость к колебаниям температуры составляет примерно ±5 градусов.
Рекомендация: выберите цифровой-дисплей, двух-позиционный (вкл.-выкл.) прибор для измерения и контроля, использующий термопару типа K. Диапазон измерения прибора должен составлять от 0 до 1200 градусов, разрешение 1 градус и гистерезис переключения реле (мертвая зона) от 1 до 2 градусов. Выбор термопары типа К обеспечивает надежную и длительную-работу при температуре до 1000 градусов. При такой схеме управления двухфазным-выключением для работы требуется только один внешний трехфазный контактор переменного тока. Учитывая диапазон переключения управляющего контакта ±(1–2) градуса -и принимая во внимание задержку измерения температуры печи-, фактические колебания температуры печи можно эффективно поддерживать в пределах указанного диапазона допуска.
(2) Контроль камеры с постоянной-температурой: указанный диапазон измерения и регулирования температуры составляет от 100 до 400 градусов, при этом используется однофазный-резистивный нагрев напряжением 220 В и выходной мощностью 3 кВт; требуемая стабильность температуры составляет ±0,5 градуса.
Исходя из этого требования к стабильности температуры, простого управления включением/выключением (позиционным) недостаточно для обеспечения необходимых характеристик постоянной-температуры. Поэтому следует выбрать прибор для измерения и контроля температуры TMC300 (производства Шэньянского научно-исследовательского института приборостроения)-или аналогичный продукт-. В этом приборе в качестве чувствительного элемента температуры используется молибденовый резистор, он имеет диапазон измерения и регулирования от -50,0 до 600,0 градусов с разрешением 0,1 градуса и точностью измерения 0,2 %, а для управления используется метод непрерывной рабочей-цикловой модуляции. Что касается внешних компонентов, то требуется только подключение одно-полупроводникового реле 30 А/220 В-фазы. При применении к регулированию температуры в закрытой камере с постоянной температурой результирующая температурная стабильность может достигать уровня ± (0,1–0,3) градуса.