1tom324

13. ELEKTROTERMIA 650

13. ELEKTROTERMIA 650

1

A 3

Rys. 13.5. Termometr termoelektryczny 1 — termoelement, 2 przewody kompensacyjne,

z

I I -4—0-!-

3 - przewody łączeniowe, 4 — termostat spoin odniesienia,

— temperatura odniesienia, R - rezystor wyrównawczy, mV — miernik

Termometry termistorowe są wyposażone w przetworniki rezystancyjnc półprzewodnikowe o dużym ujemnym cieplnym współczynniku zmian rezystancji, w układy pomiarowe (głównie mostki niezrównoważone) oraz w przewody łączeniowe, nie mające istotnego wpływu na dokładność pomiaru.

Pirometry są to przyrządy do pomiaru temperatury, oparte na detekcji promieniowania cieplnego. Najczęściej stosuje się pirometry radiacyjne i fotoclcktryczne. Pirometry radiacyjne działają przy założeniu, żc ciało promieniujące jest doskonale czarne (emisyj-ność całkowita e = 1). W przypadku ciał rzeczywitych a < 1 i wówczas rzeczywistą temperaturę T oblicza się ze wzoru

T = T_cy1/e    (13.15) przy czym T_c — temperatura wskazywana przez pirometr.

Pirometry fotoelektryczne, ze względu na małą bezwładność, są szczególnie przydatne do pomiarów temperatur szybkozmiennych. Ich wskazania także są korygowane w zależności od s.

Transmitery są nowością w systemach pomiaru i regulacji temperatury. Są to aktywne elementy toru pomiarowego, instalowane zwykle w głowicach czujników pomiarowych lub w ich bezpośrednim sąsiedztwie. Podstawowym zadaniem transmitera jest możliwie wierne przekształcenie sygnału czujnika pomiarowego (siły termoelektrycznej, rezystancji itp.) w znormalizowany sygnał prądowy (np. 20 mA).

13.3.2. Regulacja temperatury

Najczęściej są stosowane zamknięte układy automatycznej regulacji temperatury (UART), działające z wykorzystaniem ujemnego sprzężenia zwrotnego (rys. 13.6) [13.20], Jednolite podejście do regulacji temperatury we wszystkich obiektach elektrotermicznych — ze względu na ich różnorodność — nie jest możliwe. Najliczniejszą grupą są urządzenia grzejne komorowe o działaniu wg różnych metod i tych urządzeń dotyczą dalsze wskazówki.

Rys. 13.6. Ogólny schemat układu automatycznej regulacji temperatur)-, wg [31.21]

W[t) wielkość zadana, c(f) — uchyb regulacji, U(t)—sygnał sterujący, Y(t)—wielkość regulowana, Z(r) - wielkość zakłócająca

Rys. 13.7. Charakterystyka statyczna obiektu regulacji temperatury przy dwóch temperaturach otoczenia S.i i 9.₂. wg [13.20]

—    temperatura graniczna obiektu przy mocy grzejnej F,.

—    maksymalna temperatura obiektu, P — moc grzejna, K_s — średni współczynnik wzmocnienia dla przedziału

(3., i

Model matematyczny obiektu regulacji, którego znajomość jest niezbędna przy syntezie układu regulacji, powinien opisywać jego właściwości statyczne i dynamiczne. Właściwość statyczną reprezentuje współczynnik wzmocnienia K_s wyznaczany z charakterystyki statycznej (rys. 13.7)

(13.16)

Z uwagi na nieliniowość obiektów regulacji temperatury jest on funkcją punktu pracy (K_s =/(3_s)); w obiektach rzeczywistych wartość K_s monofonicznie maleje wraz z temperaturą.

Modelem dynamicznym obiektu regulacji jest transmitancja zastępcza. Najpowszechniej stosowanym modelem matematycznym obiektów' regulacji temperatury jest szeregowe sprzężenie członu inercyjnego pierwszego rzędu o wzmocnieniu K_s oraz średniej stałej czasowej N z członem zastępczego czasu opóźnienia L. Transmitancja operatorowa takiego obiektu jest dana zależnością

G(s) =

K_scxp(-sL) 1 +sN

(13.17)

przy czym s — operator Laplacc’a.

Najbardziej rozpowszechnioną metodą wyznaczania parametrów modelu (13.17) jest metoda wymuszenia skokowego z zastosowaniem aproksymacji Kiipfmiiilera [13.20].

W obiektach elektrotermicznych komorowych czas opóźnienia L zawiera się w przedziale od ułamka sekundy do kilkuset sekund, zaś stała czasowa N w przedziale od klilkunastu sekund do kilkuset tysięcy sekund. Wielkości te maleją ze wzrostem temperatury pracy (np. dla pieców komorow-ych w temperaturze 1000‘C są one 3-^4 razy mniejsze niż przy 400°C).

Na podstawie kryterium sygnału sterującego UART dzieli się na przeznaczone do regulacji ciągłej, nieciągłej i niby ciągłej. Do klasy UART przeznaczonych do regulacji ciągłej zalicza się te, w których wartość sygnału sterująego t/(f) jest ciągłą funkcją błędu regulacji s(t) w danej chwili oraz ewentualnie w przeszłości. Najbardziej rozpowszechnionym układem tego typu są UART z zastosowaniem regulatorów PTD, ale w użyciu są również regulatory P, PI oraz PD. Jakość regulacji tej klasy regulatorów zależy od prawidłowego doboru nastaw dynamicznych współczynnika wzmocnienia regulatora K_r, czasu zdwojenia t, i czasu wyprzedzenia t_D, przy czym ich wartości zależą od przyjętego kryterium jakości regulacji (tabl. 13.3 wartości nastaw wg Oppelta).

Tablica 13.3. Nastawy regulatorów ciągłych, wg [13.20]

Rodzaj	Nastawa
regulatora		</	^lD
P	1 N ~KX~L	-	-
PD	1,2 N Kt L	-	025 L
PI	0,8 N l	31.	-
PTD	1,2 N ~KS~L	2 L	0,42 L

Oznaczenia: K_if N, L odpowiednio: wzmocnienie, stała czasowa i czas opóźnienia.

Z klasy UART przeznaczonych do regulacji nieciągłej powszechnie są stosowane układy regulacji dwustawnej oraz rzadziej trójstawnej [13.28]. W urządzeniach elektrotermicznych sygnałem sterującym jest na ogół moc grzejna. Regulacja dwustawna charak-