<<
>>

3.1. Выбор и разработка датчиков для определения параметров микроклимата и внешних климатических условий

Необходимость проводить оценку тепловлажностного режима в кабине МСА, внешних климатических условий, а также регулировать параметры микроклимата привели к необходимости выбора и разработки специальных датчиков.

По сложившейся в нашей стране и за рубежом практике определения параметров микроклимата нами использованы три группы тепловых датчиков, основанных на:

тепловом изменении объемов жидкостей, газов и твердых тел (жидкостные, диламстрические, биметаллические, манометрические и др.);

изменении электрических сопротивлений металлов, полупроводников, диэлектриков;

возникновении термоэлектродвижущей силы (ТЭДС) на спаях двух разнородных материалов (термопарные).

Все они использованы для измерения температуры, влажности, давления тепловых потоков, уровней радиации, скорости перемещения внешних воздушных потоков, расходов и потоков воздуха от вентиляторов, кондиционеров и отопителей [8, 51,100].

Тепловые датчики применяются не только для.измерения, но и для регулирования многих из этих параметров, связанных с тепловой энергией.

Следует отметить, что первая группа датчиков имеет недостаточную точность измерения в нестационарных тепловых режимах, низкую надежность при воздействии ударов, вибраций и ограниченную долговечность.

Вторая группа датчиков выполнена на основе теплочувствительных элементов из платины, никеля, меди, кремния, полупроводников.

В таких датчиках электрическое сопротивление чувствительных элементов (платины, никеля, меди) R изменяется согласно уравнению R = Ro {1+0С (0-©о)}, (3.1.)

где R - электрическое сопротивление при 0°С (т.е. при 273 К);

0, ©0 - соответственно измеряемая температура и температура при нуле °С;

(X - температурный коэффициент, характеризующий относительное изменение электрического сопротивления при изменении температуры на 1°С, отнесенное к номинальному значению электрического сопротивления чувствительного элемента при 0°С.

Согласно нормативным документам номинальное электрическое сопротивление при 0°С для платины и никеля выбрано равным 100 Ом с диапазоном измерения температуры от -50 до 200°С, для меди - 53 Ом с диапазоном измерения от-50 до 150°С.

В анемометрах и датчиках давления применяются металлические датчики соответственно с сопротивлениями 500 Ом и 1 кОм.

Во всех датчиках чувствительные элементы выполняются в виде спиралей или в тонкопленочном исполнении. Конструктивно датчики представляют собой цилиндры из латуни и стали различного диаметра и длины и пластин на которых наклеены спирали из микропровода, чувствительного к температуре.

В третьей группе датчиков (термопары) используются спаи разнородных материалов. По сравнению с датчиками второй группы, они имеют более высокую чувствительность, точность и низкую цену. Для термопар использована пара: хромель - копель. Для измерения температуры поверхности ограждений применена термопара ТХК-0,33.

ТермоЭДС, возникшая на выходе термопар составляет 7...75 мкВ/°С.

Недостатками всех групп тепловых датчиков является низкая чувствительность, поэтому необходимы дорогие и сложные функциональные преобразователи и усилители.

В термопарах требуется наличие опорной температуры одного из спаев, которая должна поддерживаться постоянной или измеряться.

Для них нами использованы интегральные схемы [54], содержащие внутренний компенсатор точки таяния льда, равной 0°С.

Датчики второй и третьей групп имеют нелинейную зависимость выходного параметра (сопротивления или термоЭДС) от температуры. Электрическое сопротивление металлических и полупроводниковых датчиков изменяется от величины силы тока, что приводит к погрешности измерения.

Измерение тепловых параметров с помощью кремниевых датчиков представляет особый интерес [18], т.к. они значительно чувствительнее и дешевле других датчиков.

Их недостатком является меньший диапазон измеряемых тепловых параметров, нелинейная (квадратичная) зависимость сопротивления от температуры

(3.2.)

где аир- температурные коэффициенты равные соответственно 0,78'КГ2°С' и 1,8410'5оС2.

Нами выбраны кремневые датчики со встроенным усилителем (интегральные датчики) типа STP 35 (фирма Texas Instruments, USA), LM 39H (фирма National Semiconductor, Германия). [101, 110,111]

Терморезисторы использованы для измерения тепловых параметров, где потребовалось высокое быстродействие к их изменению (температуры, тепловых потоков, скорости воздуха).

Для измерения расхода, поступающего от СНМ, использован датчик, основанный на изменении сопротивления самонагревающего резистора в зависимости от скорости изменения потока воздуха (рис. З.1.). ,и„

I* W///////A

шжгл 4

Ри

Kti

1

Q ( р.

Р*1 У/////////////////ШШ

Рис. 3.1. Тепловой датчик расхода воздуха

В этом датчике объемный расход воздуха Q определяется из уравнения Q =

(3.3.)

, At* IС J >

^ аД© а2 j

где A© = ©j - 02 - разность измеряемой и температуры окружающей среды;

и 32 - константы, зависящие от конструктивных параметров датчика;

I - ток нагрева резистора до температуры ©i > ©2, А; U - напряжение питания резистора, В;

Ркь Рк2» Р„ - соответственно мощности за счет теплопроводности, конвекции, теплоотдачи, Вт;

Р - мощность нагрева резистора, Вт.

Для исключения влияние тсмперат>гры окружающей среды нами использованы два самонагревающихся терморезистора, один из которых находится в тепловом потоке, другой — при температуре окружающей среды.

В этом случае объемный расход вычисляется по формуле

(3.4.) На основе этих принципов были разработаны тепловые датчики для измерения скорости потока возду ха (анемометры) в диапазоне от 0 до 10 м/с с погрешностью ±3% и датчик направления потока воздуха.

Для измерения расходов разности температуры жидкого и газообразного хладагента разработана конструкция датчика на основе нескольких последовательно соединенных термопар (константан- серебро), выполненных на диэлектрических пластинах (стеклотекстолит), размещенных в пазах двух трубопроводов I и II (рис. 3.2.) п:п рсватсль

пластины

Рис. 3.2. Датчик с последовательно соединенными термопарами

ук \/// // //тшттк

Жидкий хладагент (канал I) нагревается до температуры Qj нафсвателсм R, температура газообразного хладагента (канал И) определяется входным потоком газа.

Разность расходов AQ определяется но формуле

Ui

(3.5.)

ло = о, - а = о =

-0J

|де (X * 0,24 - константа. определенная из конструктивных размеров датчика

Для оценки теплового состоянии оператора на основе гсрморсзистора и термопар при участии автора на кафедре «'Хк-мрификаиии и автоматизации» МСХА модернизирован ранее разработанный в ОАО «13ИСХОМ» датчик, закрепляемы!! на кме оператора (рис. 3.3.) [14, 15].

Датчик включает в себя резиновую ленту (1). монтажную ленту (8) и неипо (9), служащие для крепления на теле оператора, радиатор (2) - для более эффективного рассеивания тепловой энерши, пленочные терморезнсторы (3,6), определяющие усредненные температуры на поверхности кожи и температуры окружающей среды соотвектвенно. датчик (4 к измеряющий интенсивность тепловых потоков, iсиловой коллектор (5), создающий тепловой контакт датчика (4) с поверхностью тела, тенлоизолятор (7), датчик определения влажности воздуха (10).

4 t 3 Ь i * *

• ' ; ( /

Рис. 3 3. Датчик для контроля теплового состояния оператора

При температуре окружающей среды от 32 до 34 °С и температуре па поверхности кожи от 26,4 до 27,8 °С, интенсивность тепловых потоков на различных участках тела оператора изменялась в пределах от 240 до 320 Вт/м2.

Таблица 3.1.

Тепловые параметры, измеряемые датчиком для контроля теплового

состояния оператора Наименование параметра номер оператора 1 2 3 4 5 6 Температура на поверхности кожи, град. 34,0 32,6 33,8 34,5 34,1 35,0 Температура на границе тело-тепловой коллектор, град. 33 32,0 31,9 35,0 32,6 31,8 Температура на поверхности радиатора, град. 27,4 25,9 27,4 26,6 27,9 26,0 Тепловой поток, Вт/м2 410 420 430 430 410 420 Температура окружающей среды, град. 23,0 22,4 22,8 23,0 22,4 22,6

Точность замеров температуры составила ±0,2°С, погрешность измерений тепловых потоков не превысила ±10%.

Выбранные и разработанные датчики позволили обеспечить контроль и регулировки климатических параметров в установившихся и неустановившихся тепловых режимах в соответствии с поставленными задачами исследований.

<< | >>
Источник: Голубева Юлия Васильевна. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СРЕДСТВА НОРМАЛИЗАЦИИ МИКРОКЛИМАТА В КАБИНАХ МОБИЛЬНЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ АГРЕГАТОВ. 2004

Еще по теме 3.1. Выбор и разработка датчиков для определения параметров микроклимата и внешних климатических условий:

  1. Статья 260. Назначение экспертизы для определения психического состояния гражданина
  2. 2.5. Определение математических зависимостей для расчета вероятностей ошибок первого и второго рода в условиях повторяемости, промежуточной прецизионности и воспроизводимости при реализации стандартного метода измерений.
  3. 4.1 Разработка алгоритма для реализации метрологического обеспечения контроля и диагностирования АТС.
  4. 2.4. Разработка инструментария для управления изменениями управляющих параметров факторов самоорганизации комплекса предприятий автомобилестроения
  5. Глава 3. РАЗРАБОТКА СТЕНДА ДЛЯ ТЕПЛОГИДРАВЛИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ПЛОСКИХ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ И СОЛНЕЧНЫХ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
  6. в ГЛАвЕ АНАЛИЗИРУЮТСЯ РАЗЛИЧНЫЕ вАРИАНТЫ ИСПОЛЬЗОвАНИЯ ТИПОвОГО АЛГОРИТМА СГЛАЖИвАНИЯ НАвИГАЦИОННЫХ РЕШЕНИЙ, ПОСТУПАЮЩИХ ОТ ПРИЕМНИКА СПУТНИКОвОЙ РАДИОНАвИГАЦИИ, ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОЦЕНОК ПАРАМЕТРОв ДвИЖЕНИЯ НИЗКОвЫСОТНОГО КА НА УЧАСТКАХ ОРБИТЫ, ГДЕ НАвИГАЦИОННОЕ ПОЛЕ СРНС ОТСУТСТвУЕТ. ПОКАЗАНО, ЧТО ЕСЛИ ЦЕЛЕвАЯ ФУНКЦИЯ АЛГОРИТМА ЗАПИСЫвАЕТСЯ ДЛЯ МОМЕНТОв вРЕМЕНИ, УДАЛЕННЫХ ОТ МОМЕНТА вРЕМЕНИ ПОСТУПЛЕНИЯ ПОСЛЕДНЕГО ИЗМЕРЕНИЯ, ТО ПОЛУЧАЕМЫЕ РЕШЕНИЯ ОБЛАДАЮТ СвОЙСТвОМ НЕУСТОЙЧИвОСТИ.
  7. 3.1. Выбор и разработка датчиков для определения параметров микроклимата и внешних климатических условий
  8. 3.4. Разработка программного обеспечения для определения показателей микроклимата на базе микроЭВМ
  9. 3.5. Разработка методики определения параметров микроклимата в неустановившихся режимах.
  10. 3.6. Аппаратурная реализация системы для оценки и нормализации параметров микроклимата
  11. 5. МОДЕЛИ И МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДОГОВОРА
  12. Форма для определения стадии развития вашей команды  
  13. Нормируемые размеры общей площади строящегося жилого помещения для определения величины льготного кредита
  14. Создание фундамента для определения систем измерений