Аннотация
Немов Г. Ю., Неежмаков С. В., Дубинин С. В. Разработка датчика скорости воздуха в лабораторной установке методической печи. Разработан датчик скорости потока воздуха, основой которого является аксиальная турбинка. Чувствительным элементом датчика является крыльчатка, преобразующим – оптопара, передающая прямоугольные импульсы на контроллер. Датчик предназначен для определения расхода теплоносителя в лабораторном стенде-имитаторе работы методической печи.
Для моделирования и изучения процессов, происходящих в методической печи, усилиями кафедр «Техническая теплофизика» и «Горная электротехника и автоматика им. Р. М. Лейбова» ГОУ ВПО «ДОННТУ» была создана лабораторная установка. В каркасе из теплоизоляционных материалов проложена система подачи и распределения теплоносителя, в качестве которого выступает принудительно нагнетаемый воздух. Слитки металла имитируются при помощи кубиков льда.
В ходе работы с данной лабораторной установкой для реализации системы автоматического управления возникла необходимость в измерении расхода воздуха, подаваемого в печь. Поскольку серийно выпускаемые расходомеры имеют значительную стоимость и имеют нижний диапазон измерения существенно выше необходимого в лабораторной установке [1], было принято решение создать собственный датчик.
Разработанный расходомер основан на принципе работы аксиальной турбинки [2], ось которой установлена на кернах для минимизации погрешности от трения (рис 1). На этой же оси установлена дополнительная лопасть 2, выполненная в виде полукруга. При подаче воздуха аксиальная турбинка 3 приводит во вращение эту лопасть, которая периодически перекрывает оптический канал оптопары 1. Это приводит к генерации импульсов со скважностью 2, частота которых прямо пропорциональна расходу воздуха. Сопоставляя количество импульсов и время их прохождения можно рассчитать скорость движения потока воздуха и, соответственно, его расход. Датчик рассчитан для установки в подающем трубопроводе диаметром 50 мм.
Рисунок 1 – Внешний вид датчика скорости воздуха: 1 – оптопара, 2 – дополнительная лопасть, 3 – крыльчатка
На рисунке 2 приведена принципиальная электрическая схема датчика скорости воздуха (рис.2) на основе оптопары, состоящей из светодиода, являющегося источником инфракрасного излучения, и фототранзистора, который принимает это излучение. Для питания светодиода подается напряжение 5 В, ток в цепи ограничивает резистор R1, сопротивление которого равно 300 Ом. Формирование прямоугольных импульсов, поступающих на контроллер, обеспечивается подачей напряжения 24 В от встроенного блока питания промышленного контроллера ПЛК-63. Ток в цепи ограничивает резистор R2, сопротивление которого равно 1,2 кОм.
Рисунок 2 – Принципиальная электрическая схема датчика скорости воздуха
Алгоритм расчета скорости потока воздуха представлен на рисунке 3. Изменение константы k позволяет настраивать датчик в соответствии с параметрами технологической установки.
Рисунок 3 – Алгоритм расчета скорости воздуха, где k – коэффициент пропорциональности, учитывающий параметры трубопровода и место установки датчика
Таким образом, возможность измерять скорость воздуха в лабораторной установке позволяет перейти к реализации системы автоматизации данного технологического процесса.
Список источников
- Фарзане Н. Г., Илясов Л. В., Азим-заде А. Ю. Технологические измерения и приборы: Учеб. для студ. вузов по спец. «Автоматизация технологических процессов и производств».– М.: Высш. шк., 1989.– 456 с.: ил.
- Измерительные преобразователи. Е. С. Полишук.– Киев : Вища школа. Головное изд-во, 1981.– 296 с.