CC BY
6
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА ИМЕНИ С. М. КИРОВА
Том 230 1972
ИЗМЕРЕНИЕ ПРОЦЕНТНОГО СОДЕРЖАНИЯ СУРЬМЫ В СВИНЦОВОЙ ОБОЛОЧКЕ КАБЕЛЯ ПО ТЕМПЕРАТУРЕ НАЧАЛА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ СПЛАВА
В. к. ЖУКОВ, Р. М. ЗАКИРОВ, В. А. НИКУЛИН
(Представлена научным семинаром факультета автоматики и вычислительной техники)
В [1] показано, что между процентным содержанием сурьмы (БЬ) в сплаве свинец-сурьма (РЬ—БЬ) и его температурой начала кристаллизации существует функциональная зависимость, которая лежит в диапазоне температур от 327° С, соответствующих концу кристаллизации чистого свинца, до 321,1° С, соответствующих началу кристаллизации сплава (РЬ—БЬ) с содержанием сурьмы 0,9%. При измерении температуры сплава термопарой хромель-копель ее термо-э. д. с. в указанном диапазоне температур будет изменяться от 23,978 мв до 23,406 мв.
Найденная зависимость положена в основу установки, разработанной на кафедре информационно-измерительной техники и предназначенной для измерения процентного содержания сурьмы от 0 до 0,9% в сплаве свинец—сурьма. Установка состоит из электрической печи, в которой расплавляется исследуемый сплав, термопары хромель-копель, регистрирующего прибора ПС 1-02 и устройства для автоматического управления процессом нагревания и охлаждения.
Конструкция электрической печи показана на рис. 1. Основным элементом печи является нагреватель 3, который представляет собой остеклованное сопротивление типа ПЭ-25 на 300 ом с помещенным внутри него металлическим стаканом 4 конической формы, предназначенным для исследуемого сплава 5. В дно стакана ввернута втулка 6 с термопарой хромель-копель, зажатой в ней таким образом, что верхняя часть горячего спая термопары имеет механический и, следовательно, тепловой контакт с исследуемым сплавом.
Нагреватель устанавливается внутри корпуса 1 печи и закрепляется там с помощью крышки 2. С целью уменьшения теплоотвода от нагревателя в окружающую среду пространство между нагревателем и корпусом заполнено размельченным асбестом. Нагреватель питается напряжением 127 в от вторичной обмотки силового трансформатора установки.
Для измерения э. д. с. термопары использован автоматический потенциометр ПС1-02. Потенциометр выпускается для измерения температуры 0-^150°С термопарой хромель-копель. Поскольку в данном случае потенциометром нужно было измерять температуру от 321,1 до 327° С, то это привело к необходимости внести некоторые изменения в его измерительную схему. Изменения коснулись в первую очередь тех плеч моста, которыми определяются положение начала шкалы и предел изме-
Рис. 1. Конструкция электрической печи
рения (рис. 2), а также плеча, компенсирующего влияние окружающей температуры на холодные концы термопары.
Предел измерения потенциометра определяется сопротивлениями Кщ. и Величина этих сопротивлений рассчитывалась из условия получения компенсирующего напряжения, изменяющегося на 0,572 мв.
К усилителе
•_____I
N л. п. Сопротивления, ом.
{ и,- 5
2 509,5
3 /?м— 9,512
4 ь- Щ6
5 Пс- 525,5
6 ш
7 п-
8 Кш ом
9 А5,- и,2
Ю Гп ~ д
11 т
11 5,13
13 Йа — 20000
Рис. 2. Принципиальная схема автоматического потенциометра
Начало шкалы потенциометра задается обычно плечом моста, в которое включено сопротивление В данном случае началу шкалы, т. е. крайнему левому положению каретки, соответствует напряжение на входе моста 23,406 мв. Этим напряжением должна компенсироваться э. д. с. термопары, развиваемая в ней при окружающей температуре 20° С и температуре горячих концов 321,1° С. Сопротивления и /?н' рассчитаны так, чтобы левому положению каретки соответствовало напряжение моста 23,406. Сопротивление /?н' служит для точной подгонки шкалы.
Все сопротивления измерительной схемы потенциометра выполнены из манганина за исключением сопротивления изготовленного из меди. Основное назначение этого сопротивления — компенсировать колебания э. д. с. термопары, вызываемые изменением окружающей температуры. Величина сопротивления определяется чувствительностью термопары в заданном диапазоне измеряемых температур и током, протекающим в той ветви моста, в которую включено сопротивление.
Поскольку предел измерения прибора значительно сужен по сравнению с тем, который был, то его погрешность, связанная с нестабильностью источника питания, моста (ИПС-020) и температурной нестабильностью сопротивлений, возросла. С целью уменьшения указанных погрешностей в потенциометре введена калибровочная операция. Калибровка осуществляется нажатием кнопки Ки. При нажатии этой кнопки термопара и медное сопротивление закорачиваются, а сопротивление шунтируется сопротивлением /?2> величина которого подобрана таким образом, чтобы вывести каретку на отметку шкалы 70. Если при ка-либовке в процессе работы каретка не выходит на нужную отметку, то этого можно добиться подстроечным сопротивлением Янг, выполненным в виде реохорда и выведенным на лицевую панель.
Для упрощения работы с прибором к нему добавлена специальная приставка, осуществляющая автоматически расплавление сплава и его последующее охлаждение. Принципиальная схема приставки приведена на рис. 3.
После загрузки сплава в печь контролер нажимает кнопку «пуск», находящуюся на лицевой панели приставки. При этом срабатывает реле Рь Нормально разомкнутый контакт Р11 при срабатывании реле Р1 замыкается и вызывает срабатывание реле Р4. Если кнопку «пуск» теперь отпустить, то реле Р1 и Р4 окажутся заблокированными и своего состояния не изменят.
Реле. Р1 другим своим контактом Р13 включает нагреватель печи о чем будет свидетельствовать загорание сигнальной лампы Ль также расположенной на лицевой панели приставки. Размыкающийся контакт этого же реле разрывает цепь электродвигателя СД-09, поэтому, несмотря на то, что прибор ПС 1-02 контактом Р42 окажется включенным в сеть, диаграммная бумага останется неподвижной. Начинается нагрев сплава. В процессе нагрева температура в печи повышается и, наконец, достигает точки, соответствующей температуре плавления сплава с 0,9% ЭЬ, каретка прибора, до этого находившаяся в крайнем левом положении, начнет перемещаться вправо. В своем движении каретка достигнет крайнего правого положения и замкнет концевой выключатель КВП, при этом произойдет срабатывание реле Р2, которое своим контактом Р21 приведет к отпусканию реле Р1 и, следовательно, к отключению нагревателя. Температура в печи еще какое-то время будет подниматься, а затем начнет падать. Когда она упадет ниже 327° С (температура плавления 'чистого свинца), каретка сойдет с упора и будет перемещаться влево, в результате чего реле Р2 отпустит. Начиная с этого момента, все контакты, включенные последовательно с одной из
прибора
обмоток двигателя СД-09, окажутся замкнутыми, двигатель придет во вращение, диаграммная бумага начнет перемещаться и на ней будет записываться кривая охлаждения сплава.
По мере понижения температуры каретка продолжает перемещаться влево и в какой-то момент времени достигнет левого упора, вызывая замыкание другого концевого выключателя КВЛ. Концевым выключателем включается реле Р3, которое своим контактом Р3! блокирует КВЛ, а другим контактом Р32 выключает привод диаграммной бумаги, прекращая тем самым запись кривой охлаждения. Еще один контакт Р33 этого же реле снова включает нагреватель печи, в результате чего через несколько минут сплав оказывается расплавленным и остается в этом состоянии сколько угодно долго, если тумблер П стоит в положении «Ручн.», соответствующем работе одиночным циклом. При переводе тумблера в положение «Авт.» каретка прибора в своем крайнем положении с помощью концевого выключателя КВП будет включать реле Рг, а через него реле Р3 и нагреватель. Таким образом, в этом режиме прибор будет работать повторяющимися циклами, что даст возможность автоматически записать несколько кривых охлаждения и тем самым уменьшить случайную погрешность измерения.
Отсчет показаний прибора производится по положению горизонтального участка кривой охлаждения на шкале, отградуированной в %БЬ.
Проведенные испытания показали, что при времени одного измере-вия, не превышающем 15 мин, погрешность прибора составляет ±0,05% БЬ. При испытаниях в качестве «эталонного» метода использовался химйческий метод анализа.
ЛИТЕРАТУРА
1. В. К- Жуков, Р. М. 3 а к и р о в. Исследования по определению возможности контроля процентного содержания сурьмы в свинцовой оболочке кабеля электрическими методами. Настоящий сборник.
