РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВА КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПРИВОДНОГО БАРАБАНА ЛЕНТОЧНОГО МАГИСТРАЛЬНОГО КОНВЕЙЕРА

Кулиш В.А., магистрант; Гавриленко Б.В., доц., к.т.н.

Донецкий национальный технический университет

В последнее время участились случаи возгорания конвейерной ленты на ленточных конвейерах, что обусловлено несовершенством систем контроля и измерения температуры приводного барабана. Поэтому сейчас уделяется большое внимание созданию устройства измерения данного технологического параметра для обеспечения требования безопасности работы ленточных конвейеров, которое обладало бы достаточно высокими метрологическими и надежностными характеристиками.

Разработанное средство измерения позволяет с достаточно выской точностью, дистанционно осуществлять текущий контроль температуры приводных барабанов магистральных конвейеров. На его основе разрабатывается специальное устройство, входящее в состав аппаратуры автоматизации ленточных конвейеров, которое в зависимости от текущего значения температуры приводного барабана осуществляет управление конвейерной линией.

Рисунок 1 - Конструкция ТЭП

Наличие избыточной температуры спая по сравнению с температурой То холодных концов ТЧЭ приводит к возникновению на выводах термоЭДС:

Е = е_тU,

где е_т – удельная термоЭДС термоэлектродов.

При подключении ТЭП имеющего сопротивление Rт, к измерительной цепи с сопротивлением Rн в цепи притекает ток:

I = E/(Rт + Rн), (1)

по значению которого можно судить о падающем на мишень лучистом потоке Ф [1].

Так как ЭДС генерируемого ТЧЭ прямопропорциональна избыточной температуре υ характеризующей процесс нарастания ЭДС или тока ТЭП:

, (2)

где П – тепловые потери (проводимость) мишени при единичной разности температур;
а₁ – интегральный коэффициент поглощения фронтальной поверхности мишени для рабочего интервала длин волн;
Ф_ст - стационарный лучистый поток.

Установившиеся значения ЭДС и тока определяются из выражений:

Е_п.у. =bn_т e_тυ _п.у, (3)
I_п.у. =bn_тe_тυ _п.у/(R_т+R_н), (4)

С учетом (4) и (3) вольт-ваттная и токовая чувствительности приемника имеют вид:

, (5)
S_і = S_U/(R+R_н), (6)

где b – безразмерный коэффициент, меньший единицы и учитывающий оптическую прозрачность материала входного окна ТЭП и поглощающую способность рабочей поверхности мишени [2].

Термобатарея проектируемого устройства включает горячие спаи, которые размещены по периметру круглой мишени диаметром=1,13 мм. Так как обычные органические тонкопленочные подложки имеют стойкость к реагентам участвующим в фотографическом процессе, то для данного ТЭП использована более стабильная пленка Si₃N ₄-SiO₂ толщиной 1 мкм, сформированная на пластинке из монокристаллического кремния. Термобатарея монтируется на цоколе транзисторного корпуса ТО-5. входное окно ТЭП закрыто пластиной КВr. Внутренний объем ТЭП заполнен аргоном, при этом чувствительность составляет 30 – 50 В/Вт, постоянная времени 15 – 40 мс, сопротивление приемника 20 кОм.

Изменение температуры окружающего воздуха и соответственно и корпуса первичного пирометрического преобразователя, а также наличие пыли нарушает однозначную зависимость между температурами приводного барабана и ТПИ, что приводит к появлению дополнительной (температурной) погрешности измерения. Воспользуемся уравнением:

Κ = Т_п – Т₀ = А_п (Т_ок⁴ – Т₀⁴ ). (7)

Рассматриваемая температурная погрешность является следствием изменения разности Т_ок⁴ – Т₀⁴ и значения коэффициента А_п, т. е. соответственно параллельного смещения (ПС) и изменения наклона (ИН) статической характеристики пирометра, описываемой уравнением (7).

Компенсация ПС статической характеристики достигается суммированием выходного сигнала пирометра с напряжением, снимаемым с измерительной диагонали неуравновешенного моста, содержащего термозависимый резистор. Электрическая схема компенсации совместно с каскадом усиления приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Электрическая схема измерительной части пирометра

Напряжение U_аб на клеммах аб измерительной диагонали определяется по формуле :

U_аб = U_и(R_н + R_тб) (R_мт мтR₅ -R₄R₆ )/D_и, (8)

где

D_и = R_и (R_н+R_тб) (R_мт+R₆+R₄+R₅) + R_и (R_мт+R₆)(R₄+ R₅ ) +
(R_н+R_тб)(R_мт+R₄) (R₆+R₅)+R_мт(R₆R₄ +R₄R₅ +R₅R₆) + R₄R₅ R₆;

где R_мт =R_м0L_т - сопротивление термозависимого резистора;
R₄, R₅, R₆ – сопротивление термонезависимых резисторов неуравновешенного моста; U_и, R_и – напряжение и внутреннее сопротивление источника питания мостовой схемы.

Считаем, что мостовая схема находится в равновесии при температуре окружающей среды θ₀ =θ₀₂ = 20°, тогда R₅ = R₄R₆ /R_мт2 . Кроме того, предполагаем, что R₄ = R₅ и, следовательно, R₆ 6 = R_мт2. Подставляя эти выражения в (8) получаем:

(9)

При наличии компенсации ПС в диапазоне температурθ₀ от θ ₀₂ доς₀₃ должно выполняться равенство:

Е_q2+U_аб2= E_q3 + U_аб3 .

Учитывая, что U_аб2 = 0 и пренебрегая величинами второго порядка малости, из (9) найдем:

Для вычисления 1/R_м0 заданы значениями R₄, R_н, R_тб, R_и, а также точка q на шкале пирометра, в которой необходимо обеспечивать компенсацию ЛС. Определив 1/R_м0 найдем напряжение U_аб.

Усилительный каскад собран на микросхеме LM108, которая представляет собой прецизионный операционный усилитель (ОУ) с полевыми транзисторами на входе. И транзисторы имеют сверхвысокий коэффициент усиления по току (25000). Операционный усилитель LM108 работает в широком диапазоне температур окружающей среды и напряжения питания. Малая величина коэффициента влияния напряжения позволяет питать схему на этих ОУ от практически нестабилизированного источника питания [3].

Перечень ссылок

1. Аксеенко М.А., Бараночников М.Л. Микроэлектронные фотоприёмные устройства- М.:Энергоатомиздат,1984, 274стр
2. Низкотемпературные пирометры с тепловыми приёмниками излучения/ Е.И.Фандеев , Б.В. Васильев , А.П. Бараненко . - М.:Энергоатомиздат,1993 , 157стр.
3. Голубцов М.С. Микроконтроллера AVR: от простого к сложному. – М.: Cолон-пресс, 200

Выход в электронную библиотеку