Регулирование температуры

Температура является показателем термодинамического состояния системы и исполь-зуется как выходная координата при регулировании тепловых процессов. Динамические ха-рактеристики объектов в системах регулирования температуры зависят от физико-химических параметров процесса и конструкции аппарата. Поэтому общие рекомендации по выбору АСР температуры сформулировать невозможно, и требуется анализ каждого конкретного процесса.

К общим особенностям АСР температуры можно отнести значительную инерционность тепловых процессов и промышленных датчиков температуры. Поэтому одна из основных за-дач при проектировании АСР температуры – уменьшение инерционности датчиков.

Рассмотрим, например, динамические характеристики термометра в защитном чехле

(рис. 3.10).

1 2 3 θ ₃ θ ₂ θ ₁

4

θ ₄

а б

Рис. 3.10. Принципиальная(а)и структурная(б)схемы термометра:

1 – защитный чехол; 2 – воздушная прослойка; 3 – стенка термометра; 4 – рабочая жидкость.

Структурную схему термометра можно представить как последовательное соединение четы-рех тепловых емкостей (рис. 3.10, б): защитного чехла 1, воздушной прослойки 2, стенки тер-мометра 3 и собственно рабочей жидкости 4. Если пренебречь тепловым сопротивлением ка-ждого слоя, то все элементы можно аппроксимировать апериодическими звеньями 1-го поряд-ка, уравнения которых имеют вид:

M _j c_pj ^d_dt^θj = α _{j 1} F_{j 1} (θ_{j −1} − θ_j) − α _{j 2} F_{j 2} (θ_j − θ_{j +1}),

M_j – масса соответственно чехла, воздушной прослойки, стенки и жидкости; c_pj – удельные теплоемкости; α_j1, α_j2 – коэффициенты теплоотдачи; F_j1, F_j2 – поверхности теплоотдачи.

Как видно из уравнений (3.1), основными направлениями уменьшения инерционности датчиков температуры являются:

− повышение коэффициентов теплоотдачи от среды к чехлу в результате правильного выбора места установки датчика; при этом скорость движения среды должна быть мак-

симальной; при прочих равных условиях более предпочтительна установка термомет-23

ров в жидкой фазе (по сравнению с газообразной), в конденсирующемся паре (по срав-нению с конденсатом) и т. п.;

− уменьшение теплового сопротивления и тепловой емкости защитного чехла в результа-те выбора его материала и толщины;

− уменьшение постоянной времени воздушной прослойки за счет применения наполни-телей (жидкость, металлическая стружка); у термоэлектрических преобразователей (термопар) рабочий спай припаивается к защитному чехлу;

− выбор типа первичного преобразователя; например, при выборе термометра сопротив-ления, термопары или манометрического термометра необходимо учитывать, что наи-меньшей инерционностью обладает термопара в малоинерционном исполнении, наи-большей – манометрический термометр.