Производство нагревателей
и оборудования для нагрева

Контроль температуры технологического процесса с помощью термопар

Можно найти термопары для измерения температуры технологического процесса в самых разных областях, от экструзии пластика до производства хлеба в подовых печах. В данной статье вы получите представление об этих промышленных датчиках температуры.

Широкие температурные возможности, надежность и относительно низкая стоимость термопар делают их наиболее широко используемыми датчиками температуры. 


Контроль температуры технологического процесса с помощью термопар от компании ТЕРМОЭЛЕМЕНТ

Термопары применяются во множестве случаев: промышленные процессы, производство электроэнергии, мониторинг и контроль печей, производство продуктов питания и напитков, автомобильные приборы, авиационные двигатели, бытовая техника, ракеты, спутники и космические корабли. Когда дело доходит до сфер применения, требующих способности выдерживать высокие температуры, небольших размеров, быстрого отклика и высокой устойчивости к вибрации или ударам, в большинстве случаев вы найдете термопары, обеспечивающие измерения температуры.

Принцип работы термопары

Чтобы лучше понять причины, по которым термопары так широко используются, важно понять, как работает термопара. 


Контроль температуры технологического процесса с помощью термопар от компании ТЕРМОЭЛЕМЕНТ

Термопара - это датчик, измеряющий температуру. Он состоит из двух разных типов металлов, соединенных одним концом. Когда соединение двух металлов нагревается или охлаждается, создается напряжение, которое может быть скоррелировано обратно с температурой, что делает термоэлектрическую цепь простым, надежным и экономичным датчиком температуры.

Термопары производятся в разнообразных формах. Из-за большого количества моделей и технических характеристик важно понимать базовую структуру, функциональные возможности и диапазоны, чтобы лучше определить правильный тип и материал термопары для вашего случая.

Кроме того, термопары доступны в различных комбинациях металлов или калибровок. Наиболее распространены термопары из недрагоценных металлов, более известные как типы J, K, L, T, E и N. Кроме того, существуют высокотемпературные калибровки, известные как термопары из благородных металлов. К ним относятся типы R, S, C и GB. Каждая калибровка имеет свой диапазон температур и среду. Максимальная температура зависит от диаметра провода, используемого в термопаре.

Точность и диапазон термопары зависят от:

  • Используемых в термопаре сплавов.
  • Измеряемой температуры.
  • Конструкции датчика.
  • Материала оболочки.
  • Состояния (жидкое, твердое или газообразное) среды.
  • Диаметра либо провода термопары, либо диаметра оболочки (если провод термопары в оболочке).

Датчик термопары состоит из двух металлических частей, соединенных одним концом. Когда спай нагревается или охлаждается, создается напряжение, которое может быть обратно соотнесено с температурой.

Каждая калибровка имеет свой диапазон температур. Максимальная температура зависит от диаметра проволоки, используемой в термопаре.

Единственная температура, которую измеряет датчик температуры, - это его собственная температура. В результате выбор датчика зависит от того, как лучше всего довести соединение термопары до температуры процесса, которую вы пытаетесь измерить.

Использование датчика в виде проволоки может быть нормальным, если жидкость не повреждает изоляцию или материалы проводника. Проводной датчик также можно использовать, если жидкость находится в состоянии покоя (или почти в таком состоянии), а температура находится в пределах возможностей материалов. Но если жидкость коррозионная, высокотемпературная, находится под высоким давлением или протекает по трубе, то датчик в оболочке - возможно, даже с защитной гильзой - будет лучшим выбором.

Все сводится к тому, как лучше всего довести спай термопары до той же температуры, что и технологический процесс или материал, который вы пытаетесь измерить, чтобы измерение было точным и, следовательно, целесообразным. Таким образом, не менее важен тип измерительного перехода: заземленный, незаземленный или незащищенный.



Контроль температуры технологического процесса с помощью термопар от компании ТЕРМОЭЛЕМЕНТ


Имейте в виду, что термопара измеряет температуру, но также является частью контура управления. В результате к процессу может быть применено любое нагревание или охлаждение, если результат измерения повышается или понижается относительно используемых заданных значений процесса. Хотя существует множество типов управления, в этой статье будут описаны основные методы, такие как двухпозиционное регулирование и ПИД-регулирование.

Из-за количества моделей и технических характеристик важно понимать базовую структуру, функциональные возможности и диапазоны, чтобы лучше определить правильный тип и материал термопары для применения.

Двухпозиционное управление: простейший метод

Двухпозиционное управление, также называемое гистерезисным управлением, является самым простым типом управления. Как и ожидалось, контроллеры включения-выключения резко переключаются между двумя состояниями без промежуточного состояния. Они предназначены для использования с оборудованием, которое принимает двоичный вход. Примером может служить печь, которая либо полностью включена, либо полностью выключена.

Контроль температуры технологического процесса с помощью термопар от компании ТЕРМОЭЛЕМЕНТ

Двухпозиционные регуляторы переключают выход только при превышении заданного значения. В случае управления нагревом контроллер включается, когда значение ниже уставки, и выключается, когда оно выше. Чтобы предотвратить быстрое переключение системы, которое может вызвать повреждение, к операциям термоконтроллера добавлен гистерезис (также называемый дифференциалом включения-выключения). Дифференциал предотвращает циклическое переключение, незначительно превышая заданное значение до того, как контроллер включится или выключится.

Двухпозиционные контроллеры часто используются в приложениях, не требующих точного управления. Они также используются в системах, которые не могут справиться с частым включением и выключением энергии, или в тех, где масса системы настолько велика, что температура изменяется чрезвычайно медленно. Двухпозиционные контроллеры могут использоваться для сигнализации температуры.

Термопары используются во многих отраслях, включая нефтепереработку, производство стали, автомобилестроении, авиакосмической промышленности, телекоммуникациях, химической промышленности, производстве электроники, пищевой промышленности, производстве потребительских товаров и пиломатериалов.

PID: отзывчивое управление

В ПИД-регулировании используются три различных элемента управления - пропорциональное (P), интегральное (I) и производное (D) - чтобы помочь алгоритмам контроллера обеспечить более точную реакцию на отклонения от заданного значения.


Контроль температуры технологического процесса с помощью термопар от компании ТЕРМОЭЛЕМЕНТ

Когда контроллер получает входные данные о том, что переменная процесса отличается от заданного значения, инструкции отправляются в конечный элемент управления для корректировки. Например, терморегулятор получает сигнал от термопары о слишком низкой температуре процесса. Это побуждает контроллер включить нагреватель, чтобы снова нагреть его до нужной температуры.

Простое двухпозиционное управление часто приводит к тому, что конечный элемент управления выходит за пределы уставки, особенно когда первоначальное отклонение было небольшим. Неоднократное превышение уставки приводит к колебаниям выходного сигнала вокруг уставки в виде постоянной, растущей или затухающей синусоиды. Система неустойчива, если амплитуда колебаний непрерывно увеличивается со временем.

ПИД-регуляторы используют алгоритм, полученный из трех условий управления, для поддержания стабильности системы путем ограничения перерегулирования и возникающих в результате колебаний. Пропорциональная переменная управляет скоростью коррекции, так что она пропорциональна ошибке. Интегральные и производные переменные основаны на времени и помогают контроллеру автоматически компенсировать изменения в системе. Производная переменная учитывает скорость, с которой ошибка увеличивается или уменьшается, в то время как интегральная переменная использует информацию о накопленных ошибках для отрезка времени, в течение которого процесс не находится в заданном значении. Эта информация используется для корректировки пропорционального значения.

ПИД-регуляторы обычно считаются наиболее эффективным типом регуляторов. Они широко используются в промышленных условиях. Хотя каждая из переменных должна быть настроена для конкретной системы, ПИД-регуляторы обеспечивают точное и стабильное управление.

Чтобы сделать ПИД-регуляторы еще более отзывчивыми к реальным ситуациям, многие производители включили в инструменты нечеткую логику (или нечеткое управление). Нечеткая логика - это математическая система, которая пытается подражать человеческим рассуждениям. В отличие от бинарной логики стандартных терморегуляторов, нечеткая логика вводит непрерывные переменные, которые обеспечивают эффективные средства фиксации приблизительного, неточного характера реального мира.

Эта способность позволяет контроллерам с нечеткой логикой вносить быстрые и незаметные изменения, которые значительно улучшают реакцию на быстро меняющиеся переменные независимо от программирования, выполняемого оператором. Например, по мере старения нагревателей, клапанов и других конечных элементов управления они проявляют признаки износа и перестают реагировать так же, как новые. Нечеткая логика распознает это и автоматически компенсирует.

Теперь, когда у вас есть базовое представление о том, как работают термопары и как они используются в технологическом цикле, легко понять, почему они используются во многих приложениях.

Компания ТЕРМОЭЛЕМЕНТ производит термопары с индивидуальными параметрами под заказ, так что вы можете указать все необходимые вам параметры при заказе. Также у нас в наличии на складе имеется широкий выбор стандартных моделей термопар, а также различные терморегуляторы и ПИД-регуляторы температуры.




Возврат к списку


Задать вопрос