Устройство и работа технических термопар
Термопара предназначена для преобразования температуры в ЭДС, называемую термо-ЭДС (ТЭДС). Термопара не требует постороннего источника энергии, поскольку сама является источником ЭДС.
Основой работы термопары является явление термоэлектрического эффекта, открытого в 1756 г. русским академиком Ф.У. Эпинусом. Это явление заключается в том, что если составить замкнутую цепь из двух разнородных по материалу проводников 1 и 2 (рис. 1.1) и места соединений поместить в среды с различными температурами t1и t2, то в цепи термопары появляется термо-ЭДС ЕТ, которая будет тем больше, чем больше разность температур концов термопары Δt =t1 -t2:
ЕТ =k(t1 – t2) (4)
| 
| 
|
| Рис. 1.1. Термопары: а - термоэлектрическая цепь; б - непосредственное включение термопары в цепь измерительного прибора; в - последовательное включение термопар |
При точном определении температуры по величине термо-ЭДС необходимо пользоваться стандартными градуировочными таблицами.
В табл. 1.1 приведены характеристики некоторых термопар при температуре свободных концов 0 °С.
Конец термопары, имеющий температуру ti, называется рабочим концом (горячим спаем), а конец термопары, находящийся при постоянной температуре t2, называется свободным концом (холодным спаем).
Проводники 1 и 2, с помощью которых образуется термопара, называются термоэлектродами. Термоэлектроды обычно изготовляются из чистых металлов (платина, золото, никель, медь, железо, вольфрам, молибден), сплавов (константан, нихром, платинородий, чугун, алюмель, копель, хромель) и полупроводниковых материалов (уголь, карборунд). Термоэлектроды бывают термоположительными и термоотрицательными. Термоположительный электрод - это такой термоэлектрод, на котором при соединении его с химически чистой платиной при t1 > t2 образуется положительный потенциал по отношению к платине. Термоотрицательный электрод - это термоэлектрод, на котором при тех же условиях образуется отрицательный потенциал по отношению к платине.
Например, при соединении железа с платиной при температуре рабочего конца t1 = 100 °C и свободного конца t2 = 0 °C железо имеет по отношению к платине положительный потенциал, равный ЕЖ.П. = +1,75 мВ. При соединении копеля с платиной при t1 = 100 °C и t2 = 0 °C на копеле образуется по отношению к платине отрицательный потенциал ЕК.П. = - 4,00 мВ.
Для повышения термо-ЭДС берут и соединяют положительные и отрицательные термоэлектроды. Так, при соединении железа и копеля при t1 = 100 °C и t2 = 0 °C потенциал железа по отношению к копелю определяется по формуле:
Еж.к =Еж.п -Ек.п = +1,75 - (-4,00) = +5,75 мВ. (5)
Термоэлектроды термопары соединяют между собой пайкой или сваркой. Для защиты от механических повреждений термоэлектроды помещают в столбик из керамических колец.
Если термопару используют в качестве датчика, то её сначала градуируют, то есть определяют зависимость термо-ЭДС от температуры рабочего конца t1 при температуре свободного конца t2 = 0 °С (температура таяния льда).
Предположим, что при измерении температура t2 не равна температуре, при которой происходила градуировка термопары, тогда истинное значение термо-ЭДС Еист необходимо определять с учётом поправки на температуру свободного конца:
ЕИСТ = ЕИЗМ + Е2 , (6)
где ЕИЗМ - измеренная термо-ЭДС при t2= 0 °С; Е2 - поправка на температуру свободного конца.
Таблица 1.1
Характеристики термопар
| Материал термоэлектродов | Условное обозначение градуировки | Макс. рабочая температура при длительном использовании, °С | Термо-ЭДС при максимальной рабочей температуре, мВ |
| Платинородий-платина | ПП-1 | 13,13 | |
| Хромель-алюмель | ХА | 41,32 | |
| Нихром-никель | — | 36,70 | |
| Хромель-копель | ХК | 49,02 | |
| Железо-копель | ЖК | 37,40 | |
| Медь-копель | МК | 23,13 | |
| Медь-константан | — | 17,10 |
Примечание. В наименовании термопар первым указан положительный термоэлектрод
На рис. 1.2 приведены характеристики трех термопар, которые представляют собой почти линейную зависимость термо-ЭДС от температуры рабочего конца.
| Рис. 1.2. Градуировочные кривые термопар |
Градуировочные таблицы для хромель-копелевой и хромель алюмелевой термопар дополнительно представлены в табл. 1.2, 1.3 соответственно.
Примечание: свободные концы находятся при 0 °С.
Таблица 1.2
Стандартная градуировочная таблица для термопары хромель-копель, °С
| Температура рабочего конца ТП, °С | ||||||||||
| милливольты (мВ) | ||||||||||
| 0,65 | 1,31 | 1,98 | 2,66 | 3,35 | 4,05 | 4,76 | 5,48 | 6,21 | ||
| 6,95 | 7,69 | 8,43 | 9,18 | 9,93 | 10,69 | 11,46 | 12,24 | 13,03 | 13,84 | |
| 14,66 | 15,48 | 16,30 | 17,12 | 17,95 | 18,77 | 19,60 | 20,43 | 21,25 | 22,08 | |
| 22,91 | 23,75 | 24,60 | 25,45 | 26,31 | 27,16 | 28,02 | 28,89 | 29,76 | 30,62 | |
| 31,49 | 32,35 | 33,22 | 34,08 | 34,95 | 35,82 | 36,68 | 37,55 | 38,42 | 39,29 | |
| 40,16 | 41,03 | 41,91 | 42,79 | 43,68 | 44,56 | 45,45 | 46,34 | 47,23 | 48,12 | |
| 49,02 | 49,90 | 50,78 | 51,66 | 52,53 | 53,41 | 54,28 | 55,15 | 56,03 | 56,90 | |
| 57,77 | 58,64 | 59,51 | 60,37 | 61,24 | 62,11 | 62,97 | 63,83 | 64,70 | 65,56 | |
| 66,42 |
Таблица 1.2
Стандартная градуировочная таблица для термопары хромель-алюмель, °С.
| Температура рабочего конца ТП, °С | ||||||||||
| милливольты (мВ) | ||||||||||
| 0,40 | 0,80 | 1,20 | 1,61 | 2,02 | 2,43 | 2,85 | 3,26 | 6,68 | ||
| 4,10 | 4,51 | 4,92 | 5,33 | 5,73 | 6,13 | 6,53 | 6,93 | 7,33 | 7,73 | |
| 8,13 | 8,53 | 8,93 | 9,34 | 9,74 | 10,15 | 10,56 | 10,97 | 11,38 | 11,80 | |
| 12,21 | 12,62 | 13,04 | 13,45 | 13,87 | 14,30 | 14,72 | 15,14 | 15,56 | 15,99 | |
| 16,40 | 16,83 | 17,25 | 17,67 | 18,09 | 18,51 | 18,94 | 19,37 | 19,79 | 20,22 | |
| 20,65 | 21,08 | 21,50 | 21,93 | 22,35 | 22,78 | 23,21 | 23,63 | 24,06 | 24,49 | |
| 24,91 | 25,33 | 25,76 | 26,19 | 26,61 | 27,04 | 27,46 | 27,88 | 28,30 | 28,73 | |
| 29,15 | 29,57 | 29,99 | 30,41 | 30,83 | 31,24 | 31,66 | 32,08 | 32,49 | 32,90 | |
| 33,32 | 33,72 | 34,13 | 34,55 | 34,95 | 35,36 | 35,76 | 36,17 | 36,57 | 36,97 | |
| 37,37 | 37,77 | 38,17 | 38,57 | 38,97 | 39,36 | 39,76 | 40,15 | 40,54 | 40,93 | |
| 41,32 | 41,71 | 42,09 | 42,48 | 42,88 | 43,26 | 43,64 | 44,02 | 44,40 | 44,78 | |
| 45,16 | 45,54 | 45,91 | 46,29 | 46,66 | 47,03 | 47,40 | 47,77 | 48,14 | 48,50 | |
| 48,87 | 49,23 | 49,59 | 49,95 | 50,31 | 50,67 | 51,02 | 51,38 | 51,73 | 52,08 | |
| 52,43 |
Примечание: свободные концы находятся при 0 °С.
Следует отметить, что любая термопара обладает следующими основными свойствами:
1) если не изменять температуру рабочего t1 и свободного t2 концов, то абсолютное значение термо-ЭДС остается постоянным при нагревании любой точки проводника термопары;
2) значение термо-ЭДС не изменится, если в разрыв термопары включить третий проводник, оба конца которого имеют одинаковую температуру.
Термопара ТП может включаться как непосредственно в цепь измерительного прибора ИП (рис. 2 б), так и по компенсационной схеме. Принцип компенсации основан на уравновешивании термо-ЭДС термопары равным и противоположным по знаку напряжением. Этот принцип широко применяется в потенциометрах.
В технике часто измерительный прибор ИП расположен на значительном расстоянии от термопары ТП. В этих случаях соединение измерительного прибора с термопарой осуществляется с помощью компенсационных проводов (рис. 2 б). Если термопара изготовлена из дешевого материала (никель, медь, копель, алюмель и др.), то и компенсационные провода изготовляются из того же материала.
Если термопара изготовлена из дорогих материалов (платина, золото, платинородий, вольфрам, молибден), то компенсационные провода изготовляются из дешевых материалов, но имеющих в паре ту же термо-ЭДС, как и основные материалы. Основными достоинствами металлических термопар являются: простота и дешевизна, большое разнообразие конструктивных форм исполнения.
К недостаткам металлических термопар можно отнести: наличие паразитных термо-ЭДС (за счет примесей в металлах); тепловую инерционность (постоянная времени термопар колеблется от нескольких минут до десятых долей секунды).
В настоящее время промышленностью выпускаются термопары, изготовленные из полупроводникового материала, которые имеют термо-ЭДС, равную 1 мВ/°С, то есть в десятки раз большую, чем металлические термопары.
Основными недостатками полупроводниковых термопар являются: сравнительно небольшой диапазон измерения температур (от +200 до +400 °С); малая прочность; нелинейность и нестабильность характеристики; разброс характеристик.
Термопары как металлические, так и полупроводниковые выполняются различных размеров и конфигураций. Термопары больших размеров, как правило, устанавливаются в промышленных печах, а миниатюрные термопары - в вакууме. Для длительного измерения высоких температур (около 2000 °С) применяются вольфрамоиридиевые и вольфрамомолибденовые термопары.
В автоматике для измерения температур обычно используют не одиночные термопары, а несколько термопар (рис. 2 в), соединенных последовательно. Такое соединение термопар позволяет повысить значение термо-ЭДС и выходную мощность термоэлектрического датчика.
Приложение 2
(к лабораторной № 2)
Автоматические сигнализаторы и газоанализаторы
Среди средств автоматизации аналитические приборы занимают особое место, так как они позволяют автоматизировать производственные процессы не по косвенным показателям (температуре, расходу, уровню и т. п.), а непосредственно по составу сырья промежуточных и конечных продуктов, что особенно важно для производства, где обращаются горючие газы и жидкости.
Нарушение пропорции смеси этих веществ с воздухом или взаимного их соотношения (сероводород-воздух в печах дожига при производстве серы, кислород-этилен в реакторах при получении полиэтилена высокого давления и т.п.) может привести к взрыву, аварии, пожару. Существенное значение для таких производств имеет также контроль состава атмосферы с точки зрения токсичности и взрывоопасности, особенно в связи с интенсификацией технологических процессов и развитием нефтехимической и химической промышленности, в которых необходимо своевременное обнаружение горючих газов и паров в воздухе производственных помещений в концентрациях, значительно меньших взрывоопасных, и их локализация.
Обычные лабораторные анализы дают информацию только о промежуточном состоянии процесса, и, как правило, со значительным опозданием в отношении оперативной оценки сложившейся ситуации.
Автоматический аналитический контроль обеспечивает определение концентрации контролируемого компонента в анализируемой смеси, результат измерения прибор показывает или записывает, а в отдельных случаях выдает светозвуковой сигнал.
Прибор, автоматически или полуавтоматически определяющий количественный или качественный состав анализируемого вещества на основе измерения параметров, характеризующих его физические или физико-химические свойства, называется анализатором. Полуавтоматический анализатор (индикатор) - устройство, предполагающее в своей работе наличие ручных операций по периодическому забору анализируемой смеси и в дополнительной обработке результатов анализа. Приборы такого типа не могут применяться в качестве элементов регулирующих систем и систем защиты.
Автоматический анализатор действует полностью автоматически и может служить в качестве элементов автоматических регулирующих систем, а также может быть использован в схемах автоматической защиты. Он представляет собой стационарное устройство непрерывного действия.
По принципу действия анализаторы разделяют на две группы. Анализаторы, основанные на физических принципах измерения - это приборы, измеряющие некоторую физическую величину, зависимость которой от химического состава анализируемого вещества точно определена. Важным свойством этих анализаторов является то, что при измерении не происходит количественных изменений анализируемой смеси. Недостатком физических анализаторов является зависимость значений физических величин от давления, температуры и концентрации сопутствующих компонентов.
Анализаторы, основанные на физико-химических принципах измерения, измеряют параметры, сопровождающие химическую реакцию, в которой либо определяемое вещество участвует само, либо оно оказывает существенное влияние на химическую реакцию.
По числу определяемых компонентов анализаторы разделяются на одно- и многокомпонентные.
По физическому (агрегатному) состоянию анализируемого вещества анализаторы разделяются на анализаторы жидкостей, твердых веществ и газоанализаторы. Наиболее широко распространены газоанализаторы. Они могут быть объединены в зависимости от использования тех или иных физико-химических свойств определяемых веществ в следующие группы: тепловые, термохимические, термомагнитные, фотокалориметрические, оптико-акустические, спектральные, хромотографические и другие.
Для определения взрывоопасности газопаровоздушных сред пользуются газоанализаторами, определяющими концентрацию в воздухе того или иного горючего газа, пара или их совокупности. Оценка взрывоопасности среды производится путем сопоставления полученных данных со значениями нижних пределов воспламенения тех или иных газов или паров.
Tермохимические сигнализаторы
Среди методов, применяемых для определения концентрации в атмосферном воздухе горючих газов или паров горючих жидкостей, наибольшее распространение в промышленности получил термохимический метод.
Сущность термохимического метода заключается в измерении теплового эффекта (дополнительного повышения температуры) от реакции окисления горючих газов и паровтем на каталитически активном элементе датчика, и дальнейшем преобразовании полученного сигнала.
Датчик сигнализатора, используя тепловой эффект каталитического окисления горючих газов и паров, формирует электрический сигнал Uc, пропорциональный их концентрации С с различными коэффициентами пропорциональности kn для различных веществ:
При горении различных газов и паров термохимический датчик выдает сигналы, разные по величине. Одинаковым уровням (в % НКПР) различных газов и паров в воздушных смесях соответствуют неравные выходные сигналы датчика.
Термохимический датчик не избирателен. Его сигнал характеризует уровень взрывоопасности, определяемый суммарным содержанием горючих газов и паров в воздушной смеси.
В случае контроля совокупности компонентов, в которой содержание отдельных, заранее известных горючих компонентов может колебаться от нуля до какой-то концентрации, это приводит к погрешности контроля и при нормальных условиях.
Этот фактор учтен заданием границ диапазона сигнальных концентраций и допуском на их изменение - пределом допускаемой основной абсолютной погрешности срабатывания. Пределы измерения сигнализатора - это наименьшее и наибольшее значение концентрации определяемого компонента, в пределах которых сигнализатор осуществляет измерение с погрешностью не превышающей заданную.
Измерительная схема термохимического преобразователя представляет мостовую схему (рис. 1).
| Рис. 1. Мостовая измерительная схема термохимического сигнализатора: В1 - чувствительный элемент; В2 - компенсирующий элемент |
Элементы датчика - чувствительный В1 и компенсирующий В2 включены в мостовую схему. Причем элементы расположены в датчике, а вторая ветвь моста резисторы R3 - R5 находится в блоке сигнализации соответствующего канала.
Мост балансируется резистором R5.
При каталитическом горении воздушной смеси горючих газов и паров на чувствительном элементе В1 происходит выделение тепла, увеличение температуры и, следовательно, увеличение сопротивления чувствительного элемента.
На компенсирующем элементе В2 горения не происходит. Сопротивление компенсирующего элемента изменяется при его старении, изменении тока питания, температуры, скорости движения контролируемой смеси и др. Эти же факторы действуют и на чувствительный элемент, что значительно уменьшает вызванный ими разбаланс моста (дрейф нуля) и погрешность контроля.
При стабильном питании моста, стабильной температуре и скорости контролируемой смеси разбаланс моста со значительной степенью точности является результатом изменения сопротивления чувствительного элемента.
В каждом канале устройство питания моста датчика обеспечивает регулированием тока постоянную оптимальную температуру элементов. В качестве датчика температуры, как правило, используется сам же чувствительный элемент В1. Сигнал разбаланса моста снимается с диагонали моста ab.
Сигнализаторы с конвекционной подачей среды состоят из блока сигнализации и питания и одного или нескольких датчиков в соответствии с количеством каналов.
Сигнализаторы с принудительной подачей среды состоят из блока сигнализации и питания и одного или нескольких блоков датчика в соответствии с количеством каналов. Блок датчика предназначен для принудительного забора контролируемой смеси на анализ.
Блоки сигнализации и питания сигнализаторов изготавливаются в обыкновенном исполнении с маркировкой IP00 или IP20 по ГОСТ 12997-84 и должны быть установлены за пределами взрывоопасных зон. Датчики и блоки датчика выполнены взрывозащищенными с маркировкой взрывозащиты 1EхdIICT4 или 1ExdibIICT6 по ГОСТ 12.2.020-76 и могут эксплуатироваться во взывоопасных зонах помещений всех классов и наружных установок согласно «Правилам устройства электроустановок» (ПУЭ) и другим документам, регламентирующим применение электрооборудования во взрывоопасных условиях.
Блок датчика выполнен в виде панели, предназначенной для щитового монтажа. На панели размещены устройства схемы пневматической принципиальной (рис. 2): фильтр воздуха (Ф), редуктор давления воздуха (РД), эжектор воздушный (Н), ротаметр (ИП), вентиль точной регулировки расхода смеси (В), датчик (Д) и кран трехходовой (КР).
В блоке датчика используется тот же датчик, что и в сигнализаторах с конвекционной подачей среды. Но вместо защитного кожуха используется защитный колпак, через штуцеры которого подается контролируемая среда.
| Рис. 2. Схема пневматическая принципиальная блока датчика с принудительной подачей контролируемой среды: Ф – фильтр воздуха; РД – редуктор давления воздуха; Н – эжектор воздушный; ИП – ротаметр; В – вентиль точной регулировки расхода смеси; Д – датчик; КР – кран трехходовой |
Схема пневматическая блока датчика обеспечивает принудительную подачу на датчик: анализируемой среды в режиме анализа; воздуха в режиме контроля нуля; поверочной смеси в режиме поверки сигнализатора. В качестве побудителя расхода используется эжектор воздушный Н, задающий разряжение в тракте. Эжектор включается в линию сжатого воздуха через фильтр воздушный Ф и редуктор давления воздуха РД.
В режиме анализа через штуцер «Газ» и кран трехходовой КР в положении «АНАЛИЗ» контролируемая среда поступает на датчик Д и через ротаметр ИП и эжектор Н сбрасывается вместе со сжатым воздухом.
В режиме контроля через штуцер «Вход» и кран трехходовой КР в положении «КОНТРОЛЬ» чистый воздух или поверочная смесь точно также подается на датчик и через ротаметр и эжектор на сброс.
Автоматические сигнализаторы могут эксплуатироваться в следующих условиях: температура окружающей и контролируемой среды: от -45 до +50 °С - для датчиков; от +1 до +50 °С – для блока датчика и блока сигнализации и питания; относительная влажность окружающей и контролируемой среды до 90 % при температуре 25 °С.
Содержание механических, агрессивных примесей (хлора, серы, фосфора, мышъяка, сурьмы и их соединений) в окружающей и контролируемой среде, отравляющих каталитически активные элементы датчика не должно превышать предельно допустимых концентраций (ПДК).
Сигнализаторы, укомплектованные датчиками с принудительной подачей контролируемой среды (блоки датчика), требуют наличия в месте установки датчика линии сжатого воздуха давлением от 0,25 до 0,60 МПа (от 2,5 до 6 кгс/см2). Объемный расход контролируемой среды через датчик, в соответствии с техническим описанием прибора, устанавливается в пределах 25 - 48 л/ч.
Рассмотренные термохимические сигнализаторы наряду с очевидными достоинствами имеют и существенные недостатки: сравнительно большую величину запаздывания; потерю платиной, входящей в чувствительный элемент, своих свойств при наличии в анализируемой смеси примесей хлора, фтора и сернистых соединений и пр.; не могут контролировать наличие в воздухе довзрывных концентраций пыли.
Общие сведения о термохимическом сигнализаторе горючих газов и паров СТМ-10
Сигнализаторы горючих газов и паров термохимические типа СТМ (далее сигнализаторы) предназначены для непрерывного контроля в воздухе помещений и открытых пространств горючих газов, паров горючих жидкостей и их смесей и выдачи предупредительной и аварийной сигнализации о превышении установленных значений довзрывоопасных концентраций.
Сигнализатор СТМ-10 является автоматическим стационарным прибором состоящим из блока питания и сигнализации (БПиС) и выносных датчиков (или блоков датчика). Блок питания и сигнализации состоит из модуля измерительного преобразователя (МИП) и модуля преобразователя основного питания (МПОП).
Принцип действия сигнализатора - термохимический, основанный на измерении теплового эффекта от окисления горючих газов и паров на каталитически активном элементе датчика, дальнейшем преобразовании полученного сигнала в МИП и выдачи сигнализации о достижении сигнальной концентрации.
При контроле до взрывоопасных концентраций и регулировании к сигнализатору без отсчетного устройства присоединяют цифровой вольтметр. Показания вольтметра должны пересчитываются в концентрацию поверочного компонента в соответствии с номинальной функцией преобразования:
U = kC,
где U – выходной сигнал измерительного преобразователя, мВ; С – концентрация определяемого компонента в контролируемой среде, % НКПР; k- номинальный коэффициент преобразования. Например, при контроле пропановоздушной смеси (бытовой горючий газ с воздухом) k = 5.
Датчики сигнализатора имеют принудительный или диффузионный способы забора смеси на анализ. Количество датчиков зависит от исполнения сигнализатора.
Датчики сигнализатора имеют взрывозащищенное исполнение с маркировкой взрывозащиты 1ExdIICT4. Взрывонепроницаемость оболочки достигается путем обеспечения необходимой ширины поверхностей сопряжения деталей оболочки и минимальных зазоров между ними. Сопряжение корпуса с крышкой происходит по поверхности, обработанной под знак чистоты с длиной защитного пути не менее 12 мм при зазоре между поверхностями 0,75 мм.
Взрывозащищенность по газовому тракту обеспечивается установкой взрывозащитных устройств, сопряжение которых с корпусом происходит по цилиндрическим поверхностям, обработанными под знак чистоты на длине 25 мм и диаметральном зазоре 0,1 мм. Обоймы и вкладыши взрывозащитных устройств имеют щели шириной 0,15 - 0,05 мм.
Датчики сигнализатора с диффузионной подачей смеси на анализ устанавливаются непосредственно в помещении или на открытых пространствах, где необходимо контролировать наличие в воздухе довзрывоопасных концентраций горючих газов. Устройство диффузионного датчика сигнализатора СТМ-10 показано на рис. 3.
Глубину и скорость реакции окисления выбирают за счёт соответствующей температуры и применением соответствующего катализатора.
Чувствительный элемент датчика представляет шарик диаметром 1 мм из у-окиси алюминия пропитанный платино-палладиевым катализатором. Через каталитически активный элемент проходит платиновая спираль, припаянная к токопроводам.
| Рис. 3. Устройство датчика сигнализатора СТМ-10: 1 – газообменный фильтр из пористой металлокерамики; 2 – чувствительный элемент; 3 – компенсирующий элемент; 4 – реакционная камера; 5 – изоляционная колодка |
Токопровода запрессованы в основание датчика из изоляционного материала. Это основание вместе с газообменным фильтром образуют реакционную камеру в которой находятся чувствительный и компенсирующий элементы датчика (рис. 3). Соединение газообменного фильтра с корпусом датчика неразъемное, выполненное склеиванием с дополнительным креплением кожухом.
Платиновая спираль разогревает каталитически активный элемент до температуры 360 °С. Сигнал о появлении в воздухе довзрывоопасных концентраций горючих газов и паров формируется на каталитически активном элементе за счет дополнительного повышения температуры до (40 °С) на поверхности элемента вследствие окисления горючих газов и увеличения сопротивления платиновой спирали Компенсирующий элемент выполнен без пропитки катализатором.
Электрическая измерительная схема сигнализатора СТМ-10 представляет собой неуравновешенный мост. Чувствительный и компенсирующий элементы расположены в датчике, остальные сопротивления мостовой схемы выполнены из манганина и расположены МИП. Принципиальная электрическая схема датчика сигнализатора СТМ-10 представлена на рис. 4.
Датчик питается стабилизированным напряжением постоянного тока от МПОП. Поступая в датчик сигнализатора горючие компоненты анализируемой смеси окисляются на чувствительном элементе. Происходит выделение тепла, увеличение температуры и, следовательно, увеличивается сопротивление чувствительного элемента. В измерительной диагонали моста возникает напряжение, величина которого пропорциональна концентрации горючего компонента. Напряжение небаланса моста поступает на модулятор, где преобразовывается в напряжение переменного тока, которое усиливается усилителем напряжения. Усиленный сигнал переменного тока подается на устройство сигнализации.
| Рис. 4. Схема датчика СТМ-10 электрическая принципиальная: В1 - чувствительный элемент; В2 - компенсирующий элемент |
Устройство сигнализации (пороговое) выполняет следующие функции:
Ø осуществляет световую сигнализацию постоянным свечением индикатора «КОНЦЕНТР.» и срабатыванием реле «Порог 1» типа РЭН34 при достижении концентраций уровня «С1», заданного порогом «1»;
Ø осуществляет световую сигнализацию прерывистым свечением индикатора «КОНЦЕНТР.» и срабатыванием реле «Порог 2» типа РЭН34 при достижении концентраций уровня «С2», заданного порогом «2»;
Ø осуществляет световую сигнализацию прерывистым свечением индикатора «ОТКАЗ» в неисправном МИП и срабатыванием реле «Отказ» типа РЭН34 (одного для всех МИП) при перегорании чувствительного элемента датчика, а также отключении кабеля датчика.
МПОП выполнен по следующей схеме: помехоподавляющий фильтр, выпрямитель напряжения сети и фильтр, высокочастотный преобразователь напряжения, устройство управления и формирователь сигналов защиты. В сигнализаторе с модулем преобразователя резервного питания (МПРП) предусмотрен автоматический переход на питание от источника постоянного тока напряжением 24 В при пропадании основного напряжения питания.
МИП, МПОП и МПРП выполнены в виде отдельных модулей, вставленных в общий каркас с помощью направляющих и закрепленых со стороны передней панелей винтами (рис. 15).
На передней панели МИП установлены гнезда для контроля и настройки МИП:
«UC» - для измерения сигнала концентрации;
«U» - для измерения некорректированного сигнала при замене датчика;
«/G» - для измерения напряжения (в милливольтах), пропорционального току датчика (в миллиамперах);
«UC1» и «UC2» - для измерения напряжений порогов «1» и «2» соответственно;
«*» - общий контакт, относительно которого проводятся все измерения.
На переднюю панель МИП выведены индикаторы световой сигнализации «ОТКАЗ» и «КОНЦЕНТР.». Сигнализация неисправности «ОТКАЗ» осуществляется прерывистым свечением (миганием) индикатора; сигнализация порога «1» - постоянным свечением и порога «2» - прерывистым свечением индикатора.
| Рис. 5. Внешний вид блока питания и сигнализации сигнализатора СТМ-10: 1 – каркас; 2 – модуль преобразователя основного питания (МПОП); 3 – модуль преобразователя резервного питания (МПРП); 4 – модуль измерительного преобразователя; 5 - гнезда контрольные |
Через отверстия в передней панели МИП имеется доступ к переменным резисторам для:
регулирования порогов «1» и «2» («С1» и «С2»); корректирования нуля сигнализатора («УСТ.0»); калибровки сигнализатора по поверочной смеси («КАЛИБР.»); подстройки устройства коррекции после замены датчика («•»).
Маркировка МИП находится в нижней части передней панели, порядковый номер канала - на верхней ручке.
Задняя стенка МИП выполнена в виде платы с печатным монтажом. В каждом канале на лепестки 9-11 выведена группа контактов реле «Порог 1»; на лепестки 12-14 и 15-17 две группы контактов реле «Порог 2»; на лепестки 7, 8 - унифицированный сигнал (Uc.y); лепестки 5, 6 - используются для присоединения внешней цепи дистанционного отключения питания датчика (замыканием лепестков 5, 6); к лепесткам 1-4 присоединяются провода кабеля датчика.
Группа лепестков закрыта отдельной крышкой (типа защелка). Крышки имеют маркировку «Схема подключений МИП».
МИП могут быть: МИП-01 - без индикатора и отсчетного устройства (рис. 15), МИП-02 - с аналоговым индикатором концентрации, и МИП- 03 - с цифровым отсчетным устройством концентрации.
МПОП конструктивно выполнен аналогично МИП. На переднюю панель выведены световой индикатор электропитания «СЕТЬ» и переключатель для его включения «СЕТЬ 220 V». В сигнализаторах с цифровой индикацией выведены так же на переключатель «С1» для включения индикации (одновременно во всех МИП) порога «1» и переключатель «С2» для включения индикации порога «2».
Маркировка МПОП находится в нижней части передней панели, в верхней - условное обозначение сигнализатора.
Задняя стенка МПОП выполнена в виде платы с печатным монтажом. На лепестки 3-5 и 6-8 группы лепестков Х1 выведены две группы контактов реле «Отказ»; на лепестки 1, 2 - сигнал о включении МПОП.
Группа лепестков закрыта отдельной крышкой (типа защелка). Крышка имеют маркировку «Схема внешних подключений МПОП».
МПРП конструктивно выполнен аналогично МПОП. На переднюю панель выведены световой индикатор включения резервного электропитания «СЕТЬ» и переключатель «СЕТЬ 24 V» для неавтоматического выключения резервного электропитания.
Задняя стенка МПРП выполнена в виде платы с печатным монтажом. Лепестки 1, 2 группы лепестков Х3 используются для подключения резервного источника питания постоянного тока напряжением 24 В.
Группа лепестков закрыта отдельной крышкой (типа защелка). Крышка имеют маркировку «Схема внешних подключений МПРП».
Учебная литература и другие информационные источники
Основная литература:
1. Российская Федерация. Законы. Федеральный закон «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности». – М. : Всерос. НИИ противопожар. обороны, 2008. – 156 с.
2. Система противопожарной защиты. Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматическике [Текст] : СП 5.13130.2009: / утв. МСЧ России 25.03.2009, ввод в действие 25.03.2009. – М. : ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2009. – 103 с.
3. Перечень нормативных правовых актов, регулирующих вопросы обеспечения пожарной безопасности и деятельность ГПС МЧС России. Вып. 11–12 / Всерос. науч.-исслед. ин-т противопожар. обороны МЧС РФ. – М. : ВНИИПО, 2007. – 12 с. – 234-00.
4. Федоров, А. В., Фомин В. И., Смирнов В. И. Производственная и пожарная автоматика. Ч. 1. Производственная автоматика для предупреждения пожаров и взрывов : учебник / А. В. Федоров, В. И. Фомин, В. И. Смирнов / Под. ред. д. т. н, проф. А. В. Федорова - М. : Академия ГПС МЧС России, 2010. - 244 с.
5. ГОСТ 8.508-84. Метрологические характеристики средств измерений и точностные характеристики средств автоматизации ГПС. Общие методы оценки и контроля. - М.: Государственный комитет СССР по стандартам, 1986.
Дополнительная литература:
1. Пожарная и охранно-пожарная сигнализация : проектирование, монтаж, эксплуатация и обслуживание : справочник / Всемир. акад. наук комплекс. безопасности, Ун-т комплекс. систем безопасности и инженер. обеспечения ; под ред. М. М. Любимова. – 3-е изд., перераб. – М. : ПожКнига, 2010. – 334 с. – (Системы комплексной безопасности). – ISBN 978-5-98629-028-7 : 225-00.
2. Пожарная и охранно-пожарная сигнализация. Проектирование, монтаж и обслуживание : справочник Ч. 2 / [М. М. Любимов, С. В. Собурь] ; под ред. М. М. Любимова. – М. : ПожКнига, 2005. – 305 с. – (Системы комплексной безопасности). – Библиогр.: с. 298–300. – ISBN 5-98629-001-1 : 50-00.
3. Синилов, В. Г. Системы охранной, пожарной и охранно-пожарной сигнализации : учеб. [для нач. проф. образования] / В. Г. Синилов. – 4-е изд., стер. – М. : Академия, 2008. – 350 с. : ил. – (Начальное профессиональное образование. Радиоэлектроника). – ISBN 978-5-7695-5510-7 : 308-00.
Учебное издание