CC BY
10
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
УДК 536.531
НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА КАЛИБРАТОРА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ «СОПРОТИВЛЕНИЕ-НАПРЯЖЕНИЕ»,
ИСПОЛЬЗУЕМОГО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В ПРОЦЕССЕ ШЕВИНГОВАНИЯ-ПРИКАТЫВАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
А. А. Маликов, А.В. Сидоркин
Рассмотрен ряд узловых моментов расчета калибратора преобразователя «сопротивление-напряжение», используемого в составе комплекса непрерывного многоканального измерения и регистрации температуры вращающихся частей технологических систем. Уделено существенное внимание вопросам обеспечения заданных метрологических характеристик калибратора.
Ключевые слова: измерение, температура, термометр, преобразователь, сопротивление, калибратор, погрешность.
Ранее [1] была описана конструкция калибратора, используемого при тарировке преобразователя «сопротивление-напряжение», задействованного, в свою очередь, в схеме измерения и регистрации температуры режущих зубьев инструмента для шевингования-прикатывания цилиндрических зубчатых колес [2 - 6].
Следует заметить, что основой конструкции калибратора являются группы резисторных цепочек, состоящие из последовательно включенных постоянного и подстроечного резисторов, коммутация которых производится переключателем.
Обратимся к методике расчета сопротивлений резисторов, входящих в калибратор, а также рассмотрим процедуру его настройки. Владея данными, приведенными в индивидуальной или групповой градуировоч-ной характеристике конкретного термометра сопротивления (рис. 1), можно легко определить точки тарировки устройства. Причем первая может
47
быть получена при поверке термометра в Центре стандартизации и метрологии, вторая приведена в паспорте на термометр. В случае отсутствия характеристики, можно воспользоваться данными, приведенными в прил. А ГОСТа [7].
Если таковых данных нет, то необходимо обратиться к следующей зависимости:
Ш = Ш/нач (1 + а/),
(1)
где Ш - сопротивление термометра, Ом, при заданной температуре / 0С;
а - температурный коэффициент термометра сопротивления, оС-1 [7].
10
Градуировс ■.тивленЕя с
чнг/е У-К- '.-итеристика термометров сопро-гогатт :.л 1:увс|№гельнь..4й элемзнтами.
я 0
С02/Ч0,0047
Темпе-ра^/рг
ЗШГ
-256
-252
-248
-244
-240
-230
-220
-210
-200
-175
-150
-125
-100
- 50
0
20
50
100
150
200
250 300
Гртппа термометр* аопро------г—— гг*---
!___£__Л---7ГТ?Г1
"ЗЬпзо^Явденля.
500,00 0м
Со против ленив, 0л'
2,46 3,12 4,42 3,54 9,61 13,64 27,47 1
45,26 65,30 86,41 140,30
193.62 245,99
297.63
399,29|
499,20
538,70
597,52
694,39
769,79
883,74
976,22 1067,25
1
2,4' 3,1 4,4 6 Ж 3,62 13,65 27,49 45,39
65,35 86,48
140.41 /193,78
246,19 297,87 399,61 499,60 539,13 598,00 594,94
790.42
864,45
977,00 1068,10 ! ,Э6
2,47 3,13 4,4.3 6,55 9,63 "3,66 27,52 45,34 65,40 56,55, 140,53 193,04 246,38 298,11 399,93 ,', 500,00, 539,57 598,48 695,50 791,06 885 Л6 977(79
2,47 3,13 4,43 3,56 9,63
Хо
,67
27,54
45,37
65,46
86,62
До. 64
/194,09
Г246,58
298,34
400,25
500,40
540,00
598,96
696,06
791,69
885,86
978,57 1069,32
2,47 3,14 4,43 6,57 9,64
13.68 27,56 45,41 65,51
86.69 140,75 194,25 246,78 298,58 400,57 500,80
540.43
599.44
696,61
792,32
886,57
979,35 1070,6? |
Примечание. При эксплуатации используется граЯа градуировсчкэй таблицы соответствующая группе термо-метоа в диапазоне измеряемых температур согласно
П. Т 'Г •гГЯ^ФПСГТГВ-рП ТТЯГЧГППМЯ
Рис. 1. Пример групповой градуировочной характеристики для термометра сопротивления ТЭП 018-06 с Шнач=500 Ом
Для построения равномерного тарировочного графика рекомендуется вести расчет по следующей методике.
1. Задать количество точек п для построения тарировочного графика.
2. Определить количество интервалов И, расположенных между точками п:
N = п -1.
3. Определить величину протяженности интервала АКИ (Ом). Для этого необходимо иметь соответствующие исходные данные, а при отсутствии таковых - воспользоваться зависимостью (1) для определения сопротивления термометра ^тах при температуре, сопоставимой с максимально измеряемой (для конкретного случая). Тогда
до _ ^тах — -^нач
И =-N-•
4. Определить сопротивление термометра Щ в каждой точке п. Расчетная зависимость для второй и последующих точек
Щ = Я^ач + А% .
Расчетным значениям сопротивлений для каждой калибровочной точки должны в высокой степени точности (с погрешностью не более ±0,1 Ом) соответствовать фактические значения сопротивления резисторных цепочек. Изучив на практике особенности построения подобных цепочек, авторами рекомендуется принять схему, состоящую из последовательно включенных постоянного и подстроечного резисторов. При этом оптимальным решением, по мнению авторов, будет использование в качестве подстроечного многооборотного низкоомного (Дп порядка 10 Ом) проволочного резистора отечественного производства типа СП5- 2В, -3В, -14, -15, -22, -24 либо аналогичного импортного, а в качестве постоянного - резистора типа С3-22 [8] с номинальным сопротивлением Яном, определяемым по ряду Е96 [9], номинальной мощностью рассеивания Рном=0,25 Вт и допуском на сопротивление АКном не хуже ±2 %, либо другого с аналогичными параметрами.
Подбор номинального сопротивления ^ном (Ом) постоянного резистора ведется в соответствии с зависимостью
^ном/ » Щ — 0,5^п.
Гарантированный запас регулировки Я2 (Ом) в этом случае может быть рассчитан так:
Щ = ^ном/ — А^ном/ + — Щ. (2)
При этом величина запаса регулировки (рис. 2), определяемого в соответствии с зависимостью (2), не должна быть менее 1 Ом.
Авторами проведен расчет калибратора преобразователя, источником сигнала для которого является термометр сопротивления ТЭП 018-05 с Л^нач=100 Ом. Результаты расчета приведены в табл. 1.
49
Рис. 2. К расчету резисторной цепочки
Таблица 1
Расчет калибратора для тарировки преобразователя при подключении термометра сопротивления ТЭП 018-05 с Шнач=100 Ом
№ калибр. точки Расчетное сопротивление Яг. Ом Расчетное сопротивление пост. р-ра Яном. р. ь Ом Принятое сопротивление пост. р-ра Яном ^ Ом , 5! о н <3 2 1 - о 5! о н Сопротивление подстрст. р-ра Яп Р Ом Запас регулировки Я^ Ом
1 100 95 93,1 91,238 10 1,238
2 107,822 102,822 102 99,96 10 2,138
3 115,644 110,644 110 107,8 10 2,156
4 123,466 118,466 118 115,64 10 2,174
5 131,288 126,288 127 124,46 10 3,172
6 139,11 134,11 133 130,34 10 1,23
В рассматриваемом варианте расчета не учитывается допуск на сопротивление подстроечного резистора ЛЯпЬ так как его фактическая величина (для Яп=10 Ом - ЛЯп=±0,5 Ом) может быть полностью компенсирована за счет гарантированного запаса регулировки
Резисторные цепочки калибратора также могут быть построены по «груботочной» схеме, рассмотренной ранее [10]. В этом случае два под-строечных резистора (обеспечивающих грубую и точную подстройку делителя) включаются последовательно. Основные рекомендации по выбору данных резисторов также приведены в [10].
Настройка калибратора осуществляется с помощью подстроечных резисторов и сводится к тому, чтобы фактические значения сопротивления резисторных цепочек не отличались от расчетных более чем на 0,1 Ом. При этом контроль фактических значений указанных сопротивлений дол-
жен осуществляться при помощи цифрового вольтметра (мультиметра) с основной погрешностью измерения, не превышающей 0,08 Ом. Для этой цели могут быть использованы, например, вольтметры типа В7-34(/1, А) или В7-46(/1), ряд основных технических характеристик, которых представлен в табл. 2.
Таблица 2
Основные погрешности средств измерения
Тип средства измерения Род работы Диапазон измерения Основная погрешность, %
В7-34А Измер. сопр. 0 ... 100 Ом ±0,025
Измер. пост. напр. 0 ... 10 В ±0,025
В7-46 Измер. сопр. 0 ... 200 Ом ±0,03
Измер. пост. напр. 0 ... 20 В ±0,025
Приведенные выше расчеты показали, что рассматриваемая конструкция калибратора при достаточной простоте реализации обладает необходимым набором характеристик, в том числе и метрологических, позволяющих успешно применять ее для тарировки преобразователя «сопротивление-напряжение», задействованного в процессе измерения температуры вращающегося объекта технологической системы «инструмент-шевер-прикатник».
Список литературы
1. Маликов А. А., Сидоркин А.В. Некоторые особенности построения калибратора преобразователя «сопротивление-напряжение», используемого для измерения температуры в процессе шевингования-прикатывания цилиндрических зубчатых колес // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. Вып. 5. С. 340346.
2. Маликов А. А., Сидоркин А.В. Некоторые особенности практической реализации процесса дискретной регистрации температуры вращающихся частей технологических систем // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып. 8. Ч. 2. С. 78-86.
3. Сидоркин А.В. Технологическая оснастка для измерения температуры в зоне обработки цилиндрических колес шевингованием-прикатыванием // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2013. Вып. 8. С. 68-73.
4. Маликов А. А., Сидоркин А.В. Особенности многоканального измерения и регистрации температуры в процессе шевингования-прикатывания цилиндрических зубчатых колес // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2016. Вып. 3. С. 149156.
5. Маликов А. А., Сидоркин А.В. Особенности реализации преобразователя «сопротивление-напряжение» для измерения и регистрации температуры в процессе шевингования-прикатывания цилиндрических зубчатых колес // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2016. Вып. 7. Ч. I. С. 43-48.
6. Маликов А. А., Сидоркин А.В. Некоторые аспекты расчета преобразователя «сопротивление-напряжение» для измерения и регистрации температуры в процессе шевингования-прикатывания цилиндрических зубчатых колес // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2016. Вып. 11. Ч. 2. С. 3-10.
7. ГОСТ 6651-2009. Термопреобразователи сопротивления из платины, меди и никеля. Общие технические требования и методы испытаний. М.: Стандартинформ, 2011. 27 с.
8. Резисторы: справочник / В.В. Дубровский [и др.]; под ред. И.И. Четверткова и В.М. Терехова. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Радио и связь, 1991. 528 с.
9. ГОСТ 28884-90. Ряды предпочтительных значений для резисторов и конденсаторов. М.: Изд-во стандартов, 1990. 12 с.
10. Маликов А. А., Сидоркин А.В. Некоторые особенности построения резистивного делителя преобразователя «сопротивление-напряжение», используемого для измерения температуры в процессе ше-вингования-прикатывания цилиндрических зубчатых колес // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. Вып. 3. С. 176-183.
Маликов Андрей Андреевич, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Сидоркин Андрей Викторович, канд. техн. наук, доц., alan-a a.mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
SOME FEATURES OF CALCULATION CALIBRATOR CONVERTER «RESISTANCEVOLTAGE» USED TO MEASURE TEMPERATURE DURING SHAVE-ROLLING
OF CYLINDRICAL GEARS
A.A. Malikov, A.V. Sidorkin
A number of key moments of calculating the calibrator of the "resistance-voltage " converter used in the complex of continuous multi-channel measurement and recording the temperature of rotating parts of technological systems are considered. Considerable attention is paid to the issues of ensuring the specified metrological characteristics of the calibrator.
Key words: measurement, temperature, thermometer, transducer, resistance, calibrator, error.
Malikov Andrey Andreevich, dоctor of technical sciences, professor, head of chair, andrej-malikov@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Sidorkin Andrey Victrovich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
УДК 602.17
ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСТОЙЧИВОЙ РАБОТЫ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМОГО ПРИВОДА ШАХТНОЙ ПОДЪЕМНОЙ УСТАНОВКИ ПРИ ПРОВАЛАХ НАПРЯЖЕНИЯ
Т. С. Иванова, О.Б. Шонин
Построена имитационная модель электрической сети, электропривода шахтной подъемной установки, исследованы процессы в приводе в нормальном режиме и при провалах напряжения. Приводятся результаты моделирования пусковых и стационарных режимов, режима работы активного выпрямителя с единичным значением коэффициента мощности. Для обеспечения работы привода при провалах напряжения предложен источник бесперебойного питания на основе батарей суперконденсаторов, а также быстродействующие реле. Результаты компьютерного моделирования показали работоспособность системы обнаружения и компенсации провалов напряжения с наиболее характерной длительностью 100 мс.
Ключевые слова: источник бесперебойного питания, провал напряжения, суперконденсатор, активный выпрямитель, частотно регулируемый привод.
В современной электроэнергетике существует ряд важных проблем. К таким проблемам относятся несоответствие режима генерации и потребления энергии, влияющее на устойчивость энергосистем, ухудшение качества энергии из-за влияния нелинейной нагрузки на параметры напряжения в относительно слабых сетях, недостаточная надежность передачи и распределения энергии, приводящая к перерывам в электроснабжении и нарушению непрерывности технологических процессов.
Для решения указанных проблем в последнее время интенсивно ведутся работы в области альтернативных источников энергии, эффективных накопителей энергии, релейной защиты и противоаварийной автоматики для сетей с распределенными источниками. Разрабатываемые устройства способны обеспечивать генерирование дополнительной энергии в часы пиков графиков нагрузки и накапливать энергию в часы минимального
