Наука и технологии [приборостроение]

Наука и технологии

24 декабря 2012 г.
Неделько Александр Юрьевич, ведущий инженер ОАО НПП «Эталон»

Регистрировать температурные поля объектов можно различными способами, например:
- последовательные измерения температуры одним датчиком (контактным или бесконтактным) в заданных точках объекта с сохранением результатов для дальнейшей обработки;
- размещение множества датчиков в заданных точках объекта с возможностью одновременного получения результатов со всех датчиков посредством проводной или беспроводной сети;
- использование тепловизоров, с линейным или кадровым сканированием по полю зрения.

К достоинствам метода измерений одним датчиком можно отнести возможность минимальных затрат на измерительное оборудование и его поверку. Среди недостатков высокая трудоемкость проведения измерений и обработки результатов, дополнительная погрешность в случае, если после перемещения датчика не выдержано время, необходимое для установления теплового равновесия, искажения температурного распределения при нестационарных тепловых процессах.
Для минимизации этих недостатков датчики размещают во всех заданных точках объекта и объединяют в единую сеть. Устройство сбора данных (контроллер) с заданной периодичностью опрашивает все датчики сети, обрабатывает результаты, затем передает их на ПК либо сохраняет в памяти. Таким образом затраты времени на проведение измерений существенно сокращаются (рис. 1). Если же местоположение датчиков в процессе проведения измерений изменяется, целесообразнее использовать системы с радиоинтерфейсом либо тепловизоры. Тепловизоры значительно упрощают и ускоряют процесс регистрации температурного распределения, имеют встроенный дисплей, но их применение имеет ряд ограничений, среди которых отметим: контролируемые зоны должны находится в прямой видимости под углами, близкими к прямому, поверхности должны иметь известную и одинаковую излучательную способность, погрешность и воспроизводимость бесконтактных измерений в большинстве случаев хуже контактных. Системы с радиоинтерфейсом имеют значительную стоимость и требуют периодической замены элементов питания.
 

 

В случае, когда расположение датчиков заранее известно и стационарно, удобнее использовать заранее смонтированные в единое изделие датчики и соединительный кабель – так называемые термокосы.

 

 

 

Термокосы серии МЦДТ 0922 (рис. 2) предназначены для полевого определения температуры грунтов по ГОСТ 25358-82, а также для измерений температур в строительстве, на других сложных нелинейных объектах. МЦДТ 1201 – герметичные термокосы (рис. 3), предназначены для измерения температуры жидкости в резервуарах, а также зерна в силосных зернохранилищах. В качестве защитной оболочки термокос этой серии используется герметичный металлорукав или металлопластиковая труба, которые дополнительно обеспечивают высокую механическую прочность.
Для регистрации данных цифровых датчиков температуры и термокос, изготовленных из них, можно использовать портативные контроллеры, например ПКЦД-1/16 или ПКЦД-1/100 (рис. 4), максимальное количество одновременно подключаемых датчиков (или количество датчиков в термокосе) 16 или 100 соответственно. Эти контроллеры подключаются к разъему термокосы и в течение нескольких секунд считывают и обрабатывают данные с датчиков и сохраняют во внутреннюю память. Далее данные сбрасываются на ПК либо сохраняются в энергонезависимую память и оператор может перейти к месту следующего замера. Дополнительно к ПКЦД-1/100 вместо термокосы можно подключить выносной датчик температуры и относительной влажности окружающего воздуха (рис. 5), при этом контроллер также производит расчет абсолютной влажности и точки росы. ПКЦД-1/100 может работать в режиме логгера, т.е. автоматически сохранять данные в энергонезависимой памяти с заданной периодичностью, ресурс автономной работы в режиме логгера составляет около 20 суток (изменяется в зависимости от емкости аккумулятора и окружающей температуры).
Максимальное количество записей Nmax можно рассчитать по формуле:
Nmax = 65534 / (12 + дат * 4), но не более 1000, где дат – количество подключенных датчиков
Время заполнения памяти T можно рассчитать по формуле:
T = (Nmax * P)/86400, суток, где P – период автоматического сохранения в секундах.
 

 

 

Если необходимо производить сбор данных длительное время и термокосы установлены стационарно, целесообразно объединить все термокосы в единую систему сбора данных. Для этого были разработаны стационарные контроллеры СКЦД-1/100 (рис. 6) и СКЦД-6/200 (рис. 7). К СКЦД-1/100 подключается одна термокоса, содержащая до 100 датчиков, к СКЦД-6/200 можно подключить от 1 до 6 термокос, содержащих суммарно до 200 датчиков. До 255 контроллеров при помощи кабеля типа "витая пара" объединяются в сеть RS-485 и через переходник USB/RS-485 (рис. 1) подключаются к ПК, на котором установлена программа-сервер сети (рис. 8).

 

 

Программа сканирует сеть, идентифицирует найденные контроллеры и подключенные к ним термокосы, ведет мониторинг температур в реальном времени на графиках и таблицах. Накопленные данные можно сохранить как в виде единого для всей системы файла, так и отдельно для каждой термокосы. Для предотвращения потери данных при сбоях в работе ПК контроллер ведет запись данных в энергонезависимую память, структура и объем которой аналогичны ПКЦД-1/100. При необходимости потерянные данные можно восстановить, загрузив содержимое энергонезависимой памяти на ПК. Контроллеры СКЦД имеют степень защиты от пыли и воды IP65 и оснащены термостатом для подогрева электроники при работе при температурах окружающего воздуха ниже -40С.

 

 

Для регистрации температурных полей удаленных, труднодоступных объектов разрабатываются автономные логгеры для термокос (рис. 9). Логгеры размещаются рядом с местом установки термокосы и работают автономно от литиевого элемента питания в течение нескольких лет. Данные записываются на карту памяти формата MicroSD. Сбор данных можно проводить как на месте установки термокосы, путем копирования файла данных с карты на ПК, так и путем извлечения и замены карты памяти на новую, с последующим хранением карт памяти с данными в виде архива.

 

 

В силовых электрических установках необходимо контролировать в реальном времени температуру токопроводящих и коммутационных элементов для предотвращения их перегрева и выхода из строя. Однако, т.к. эти элементы находятся под высоким напряжением, измерения необходимо производить бесконтактным способом. Количество точек контроля может достигать десяти и более, многие перекрыты закрыты защитными кожухами и находятся в разных местах установки, что делает затруднительным использование тепловизора. Для решения этой проблемы разрабатывается система многоточечной бесконтактной регистрации температуры. Система представляет собой подобие термокосы, в которой в качестве датчиков установлены пирометрические преобразователи (рис. 10). Контролирующее устройство производит опрос датчиков системы (до 255 датчиков, протокол Modbus) посредством интерфейса RS-485, формирует необходимые сигналы для оповещения и аварийного отключения электроустановок.

 

 

Ключевые слова: контроллер, цифровой преобразователь температуры, система сбора данных, сеть RS-485.
Keywords: controller, digital temperature sensor, data acquisition system, RS-485 network.


Литература

1. Павлов А.В., Малкова Г.В. Мелкомасштабное картографирование трендов современных изменений температуры грунтов на севере России // Криосфера Земли, 2009, т. XIII, №4, с. 32-39.
2. Попов А.П., Милованов В.И., Жмулин В.В., Рябов В.А., Бережной М.А. К вопросу о типовых технических решениях по основаниям и фундаментам для криолитозоны // Инженерная геология, 2008, сентябрь, с. 22-38.
3. Трисвятский Л.А. Хранение и технология сельскохозяйственных продуктов // М: Агропромиздат, 1991.
 

 

 

 

14 комментариев (+добавить)

РК 2014
 

Нужно ли приватизировать "Роснефть"?