Tasdiqlayman “ Avtomatlashtirish va boshqarish” kafedrasi Mudiri: “ ” 20 yil Kurs ishi

Asosiy qism


Termopara — temperatura datchigi. Har xil jinsli oʻzaro ulangan elektr oʻtkazuvchi 2 element (odatda, metall yoki yarimoʻtkazgich)dan iborat. Ishi Zeyebek effektiga asoslangan. Oʻtkazgich elementlarining kontaktlari (odatda, kavshar choki) turli trada boʻlsa, termopara zanjirida termoelektr yurituvchi kuch (e. y. k.) vujudga keladi, bu elektr yurituvchi kuchning kattaligi „issiq“ va „sovuq“ kontakt lar temperaturasi farqiga hamda termoelektrodlar sifatida ishlatilgan materiallarning tabiatiga bogʻliq boʻladi. Termopara bilan 4 K dan 3800 K gacha oraliqdagi tralar aniklanadi.

Haroratni termoeletrik usulda o‘lchashning nazariy asoslari. Termoelektrik o‘zgartirgichlar ham qarshilikli termoo‘zgartirgichlar kabi keng tarqalgan harorat o‘lchash vositalari hisoblanib, beshinchi bobda sanab o‘tilgan firmalar tomonidan ishlab chiqariladi. 6.1. rasm. Termopara zanjiri: a – ikki o‘tkazgichning ulanishi; b,v – uchinchi o‘tkazgichni ulash usullari; g,d – o‘lchash asbobini ulash usullari Haroratni o‘lchashning termoelektrik usuli [12, 13] termoparada hosil bo‘luvchi termoelektryurituvchi kuch (termoEYuK) ni termopara uchidagi haroratga bog‘liqligiga asoslanadi. Ikkita turli jinsli A va V o‘tkazgichlar (elektrodlar) dan tuzilgan zanjirda (6.1, a – rasm) agar ushbu o‘tkazgichlarning tutashgan nuqtasidagi t va t0 haroratlar teng bo‘lmasa (agar teng bo‘lsa termoEYuK nolga teng bo‘ladi) termoEYuK yuzaga keladi. Termopara zanjirlarida EYuK ni yuzaga kelishi Zeebik va Tompson effektlarining ta'sir natijalari hisoblanadi. Birinchidan EYuK ni paydo bo‘lishi turli jinsli ikkita o‘tkazgichning o‘zaro ulanish joyiga bog‘liq, chunki EYuK kattaligi kavsharlangan joyning haroratiga bog‘liq. Bir jinsli o‘tkazgichning uchlaridagi haroratlar o‘rtasida farqni yuzaga kelishi EYuK ni paydo bo‘lishiga sabab bo‘ladi, ushbu effekt Tompson effekti deb ataladi. Hosil bo‘lgan EYuK ning qiymati ikkala t va t0 haroratlarning qiymatlariga bog‘liq, chunki (t, t0) farq ortishi bilan uning ham qiymati ortib boradi. Termoparaning termoEYuK ning qiymati shartli ravishda E(t, t0) bilan belgilanadi. Agar quyidagi shartlar bajarilsa, termopara yordamida haroratni o‘lchash mumkin: - termoparaning ishchi uchini nazorat qilinayotgan muhitga tushirish, boshqa uchi (erkin uchi) ning haroratini esa stabillashtirish; - termoparada hosil bo‘luvchi termoEYuK ni o‘lchash; - termoparaning E(t, t0) darajalash tavsifi – termoEYuK ni ma'lum t0 haroratda termoparaning ishchi uchini haroratiga bog‘liqligiga ega bo‘lish. Endi “uchinchi o‘tkazgich haqidagi teorema” ga e'tibor qaratamiz. Uning ma'nosi quyidagicha: ixtiyoriy “S” materialdan tayyorlangan uchinchi o‘tkazgich (barcha sxemalarda u to‘lqinsimon chiziq bilan belgilangan) termopara zanjiriga ulanganda, ushbu o‘tkazgichning harorati ulanish joyining haroratiga teng bo‘lsa, zanjirda termoEYuK ni yo‘qotish yuzaga kelmaydi. Shuning uchun ham sxemalar (6.1, b, v -rasmlar) da hosil bo‘luvchi termoEYuK, faqat t' va t" lar o‘zaro teng bo‘lganda, ya'ni t' = t" shart bajarilganda bir xil bo‘ladi. Keltirilganlar asosida o‘lchash asbobi (O‘A) ni termopara zanjiriga ulashning quyidagi ikki usulini tasavvur qilish mumkin: erkin uchlarning uzilish qismiga (6.1, g -rasm) yoki elektrodlarning uzilish qismiga (6.1, d -rasm). Ikkita ixtiyoriy turli jinsli o‘tkazgich termopara hosil qilishi mumkin, lekin ixtiyoriy termoparani haroratni o‘lchash uchun qo‘llab bo‘lmaydi. Termoparaning materialiga quyidagi bir qator talablar qo‘yiladi: isiqqa chidamlilik, kimyoviy stabillik, termoparaning termoEYuK larini haroratga bog‘liqligini bir xilligiga ko‘ra materiallarning bir birini aks ettiruvchanligi (termoparalarning o‘zaro bir birlarini o‘rnini bosa olishini ta'minlash uchun). Endi atamalarga e'tiborni qaratamiz. Termopara – bu ikkita turli jinsli o‘tkazgichlar – elektrodlarning bog‘lanishi. Termoparadan amalda foydalanish uchun uning elektrodlari izolyasiyalangan va himoya qutilariga joylashtirilgan bo‘lishi kerak. Bunday konstruksiya termoelektrik o‘zgartirgich deb ataladi. Ta'rifga ko‘ra “termoelektrik o‘zgartirgich”(TEO‘) – bu termoparaning termoelektr yurituvchi kuchini haroratga bog‘liqligiga asoslanib ishlaydigan termoo‘zgartirgich. Termopara harorat o‘lchash vositasi – termoelektrik o‘zgartirgich (TEO‘) ning asosiy elementi hisoblanadi. GOST R50431-92 dan kelib chiqqan holda 6.1 – jadvalda quyidagi belgilanishlarga ega bo‘lgan turli TEO‘ lar uchun uzoq (qisqa vaqtli) qo‘llanilish chegaralari keltirilgan: PRT (rus tilida TPR) (xalqaro belgisi V) – platinarodiy-platinarodiyli; PPT (TPP) (S, R) – platinarodiy-platinali; XAT (TXA) (K) – xromel-alyumenli; XKT (TXK) (L) – xromel-kopelli; XKT (TXK) (ye) – xromel-konstantanli; NNT (THH) (N) – nikrosil-nisilli; MKT (TMK) (T) – mis-konstantanli; TKT (TJK) (J) – temir-konstantanli.
Termoo‘zgartirgichda hosil bo‘ladigan termoEYuK ni termopara erkin uchining harorati t0 = 0 °S bo‘lganda ishchi uchining harorati t ga bog‘liqligi (E(t,0) =f(t)) o‘zgartirishning nominal statik tavsifi (NST) deyiladi. U jadval yoki formula shaklida beriladi va mahalliy hamda xalqaro belgilanishga ega. Bugungi kunda GOST R50431-92 ga muvofiq NST ni belgilashda faqat lotin harflari ishlatiladi (qavsga olingan holda berilgan). O‘zgartirgichlarni belgilanishidagi birinchi harf musbat elektrodni bildiradi (masalan, XKT da musbat elektrod – xromel, manfiyi – kopelli). Shartli grafik belgilanishda musbat elektrod ingichka, manfiy elektrod yo‘g‘on chiziq bilan ko‘rsatiladi. Elektrodlarning diametri katta bo‘lmaganda yuqori o‘lchash chegarasi kamayishi mumkin. Termoparalar uchun termoEYuKni haroratga bog‘liqligi nochiziqlidir, shuning uchun ham ularni o‘lchash diapazonlarini chegarasida qo‘llash ularning o‘zgartirish koeffitsientini (sezgirligini) o‘zgartiradi. 6.1 – jadvalda qo‘llash diapazonining boshi va oxiri uchun sezgirlikning qiymati qavs ichida berilgan. 6.2- jadval va 6.2, a - rasmda XA, XK, PP turdagi termoparalarning statik tavsiflari keltirilgan. Grafikdan ko‘rinib turibdiki, eng ko‘p termoEYuK (uchalasi bo‘yicha qaralganda) XK termoparada, eng kami PP turdagi termoparada xosil bo‘ladi. Shuning uchun ham yuqori bo‘lmagan harorO‘lchanayotgan haroratning son qiymatini olish uchun termoo‘zgartirgichga termoparaning termoEYuK ni o‘zgarishini ko‘rsatuvchi, shkalasi gradusda darajalangan ikkilamchi asbob ulash zarur. Bunday bog‘lanish termoelektrik termometr deb ataladi. Keyingi tushuntirishlarda ushbu atama qo‘llaniladi. S =f(t) bog‘liqlik baholanayotganda S = ΔE/Δt ifodadagi Δt harorat intervali iloji boricha kichik qilib olinadi – nazariy jihatdan S = dE/dt hosilani ishlatish mumkin. Ushbu holda ham “uchinchi o‘tkazgich haqida” gi teorema o‘rinlidir. Yuqorida keltirilgan teoremadan juda ko‘p farazlar kelib chiqadi. Agar payvandlash qatlamidagi barcha nuqtalarda faqat harorat bir xil bo‘ladigan bo‘lsa, termoparalarning ishchi nuqtasini ixtiyoriy materiallardan payvandlash yo‘li bilan hosil qilish mumkin (6.2, b - rasm). Uchinchi o‘tkazgichni ulash haqidagi teorema qator xulosalarga ega (6.2, vrasm). Agar metall bo‘lakchasi sirtining barcha nuqtalaridagi harorat bir xil bo‘lsa, metall bo‘lakchasining haroratini 1-sxema bo‘yicha metalga har bir elektrodni alohida biriktirib, yoki 2-sxema bo‘yicha metalga termoparaning ishchi uchlarini biriktirib o‘lchash mumkin. Termoparalarning termoEYuK E(t, t0) termoo‘zgartirgichlarning erkin va ishchi harorati t0 ga bog‘liq. Shuning uchun ikkilamchi asboblarni harorat birliklarida darajalash uchun t0 ga ma'lum bir qiymat berish lozim. Masalan, avtomatik potensiometrlar uchun t0 ning hisobiy qiymati t0 = 20 °S, millivoltmetrlar uchun t0 = 0 °S. Nominal statik tavsif t0 = 0 °S dan beriladi. Shuning uchun boshlang‘ich qiymat sifatida t0 = 0 °S ni qabul qilamiz. Agar real qiymat 10 bo‘lib, noldan farq qilsa nima qilish kerak? t0 > 0 °S deb faraz qilaylik. TermoEYuK ni dan boshlab hisoblashning umumiy formulasi quyidagicha: ( , ) ( ,0) ( ,0) 0 0 E t t  E t  E t (6.1) ya'ni t0 > 0 °S da termoparaning termoEYuK ni qiymati, ishchi uchning harorati t va erkin uchning harorati 0 °S bo‘lganda hosil bo‘ladigan termoEYuK ning qiymatiga teng miqdorda kamayadi. Agar t0 ning ma'lum qiymatida (masalan, asbob bilan o‘lchanayotganda) termoparada hosil bo‘ladigan E(t, t0) termoEYuK ma'lum bo‘lsa, unda t ning qiymatini aniqlash uchun nominal statik tavsifdan foydalanish tartibi quyidagicha bo‘ladi (6.3, a-rasm): E(t0, 0) qiymat topiladi (quyidagi shtrixlangan chiziq); E(t0, 0) ga o‘lchangan ye(t, t0) qiymat qo‘shiladi; yig‘indining ordinatasi E(t, 0) ga mos keladi va u bo‘yicha t ni aniqlash mumkin (yuqori shtrixlangan chiziq). Qanday qilib erkin va nol uchlardagi haroratlarning farqi amaliy to‘g‘rilanadi? Agar t0 qiymat o‘zgarmas bo‘lsa, unda to‘g‘rilashni ikkilamchi asbobning siljishi bilan amalga oshirish mumkin. Lekin real sharoitlarda t0 – bu atrof muhit harorati o‘zgaruvchan bo‘lgan ob'ekt ichidagi termopara uchlarining harorati. Bunday hollarda to‘g‘rilashlar yo alohida blok ko‘rinishida tayyorlangan yo asbobning o‘lchash sxemasiga kiritilgan avtomatik qurilma orqali amalga oshiriladi. Harorat t0 ga teng bo‘lganda erkin uchlardagi haroratlarni o‘lchash uchun avtomatik kompensatorlar termosezgir elementlardan tashkil topadi. Kompensatorlar termoo‘zgartirgichning erkin uchlari yaqiniga joylashtiriladi. Endi biror bir vaziyatni ko‘z oldimizga keltirib ko‘ramiz: quvurdagi harorat uzunligi 1 metr bo‘lgan termoo‘zgartirgich (ya'ni termopara elektrodlarining uzunligi 1 metr) bilan o‘lchanayapti, bu yerda termoo‘zgartirgich boshining (termopra elektrodlarining uchlarini) harorati 60 °S. Kompensator harorati 20 °S bo‘lgan ikkilamchi asbobning ichiga o‘rnatilgan. Ushbu holda ikkilamchi asbob U = E(20) kuchlanish ishlab chiqaradi (chunki uning termosezgir elementi 20 °S haroratga ega), to‘g‘rilash uchun esa 60 °S kiritish kerak, U = E(60). Nima qilish kerak? Ushbu holda termoo‘zgartirgichni termoelektrodli uzaytirish simlari (TEsimlari) deb ataluvchi maxsus simli kompensatorga ulash lozim. TE-simlar o‘z xossasiga ko‘ra bir xil uzayish elektrodli bo‘lishi, ya'ni har bir elektrod o‘z simlari bilan uzaytirilishi kerak. Uzaytirilgan elektrodlar, ya'ni TE-sim uchlarining harorati – erkin uchlarning t0 harorati bo‘lib, EYuK zanjiridagi ye(t, t0) bilan aniqlanadi.