Методы и средства контроля температуры

Температурные режимы основных технологических процессов приготовления наполнителей и связующих, пропитки и отверждения во многом определяют качество получаемых КМ и изделий. Трудность применения серийно изготавливаемых устройств контроля температурных режимов работы оборудования в производстве КМ привели к созданию широкой гаммы специ­альных средств измерения температуры [5…8].

Преобразователи температуры связующего (матричного материала) в пропиточных ваннах.Пропиточные ванны, применяемые в производстве КМ, обычно имеют небольшие размеры и обогреваются либо элект­рическими нагревателями, вмонтированными в их дно, либо жидкими теплоносителями. В процессе пропитки армирующий материал в виде ленты, жгута или нити проходит через связую­щее, обеспечивая его перемешивание и унося с собой часть смолы. При существенных изменениях скоростей движения на­полнителя нарушается материальный и тепловой баланс про­питочной ванны, что ведет к перегреву придонного слоя связую­щего.

Применение в указанных условиях общепромышленных по­гружаемых термопреобразователей (ТП) с металлической за­щитной арматурой приводит к недопустимо большой погрешно­сти измерения (обусловленной повышенным теплоотводом по арматуре), достигающей иногда 25–30%. Значение погрешно­сти зависит от изменения уровня связующего, равномерности его прогрева и колебаний температуры окружающего воздуха.

В связи с этим для контроля температуры связующего в пропиточных ваннах разработан специальный термопреобразо­ватель ДТ-72, конструкция которого показана на рис. 2.1. В погружаемую часть ТП вмонтирован малогабаритный медный чувствительный элемент (ЧЭ) со стандартной номинальной статической характеристикой, защищенный от воздействия агрессивной контролируемой среды стальным тонкостенным ста­каном. Существенное снижение погрешности, обусловленной теплоотводом, и повышение быстродействия ТП достигнуто благодаря использованию теплоизоляционной втулки и тепло­вого экрана [7].

Повышенное быстродействие термопреобразователя особен­но необходимо при остановке движения наполнителя, когда из-за отсут­ствия перемешивания связующего динамические свойства ТП ухудшаются вследствие уменьшения интенсивности теплообмена погружаемой его части с контролируемой средой. Термопреоб­разователь ДТ-72 обеспечивает контроль температуры связующего в рабочем режиме и дна пропиточной ванны в период ее разогрева перед заливкой связующего; он работает в комплекте со стандартным автоматическим мостом (шкала 0–100°С, градуировка 50 М).

Рис. 2.1. Термопреобразователь ДТ-72: 1 – защитная арматура; 2 – теплоизоляционная втулка; 3 – металлический стакан (экран); 4 – чувствительный элемент	Рис. 2.2. Термопреобразователь ДТВ-038: 1 – объект контроля; 2 – узел ЧЭ; 3 – защитный корпус; 4 – трубчатая ось; 5 – цанговый зажим; 6 – кабель

Преобразователи температуры валков.При производстве КМ и изделий широкое применение находит разнообразное валковое оборудование. Валки представляют собой толстостенные, стальные обогреваемые цилиндры различной длины диаметром 100–500 мм. Валки предназначены для размягчения связующего, которым пропитан движущийся материал, или для «прикатки» («подпрессовки») формуемого изделия.

Рис. 2.3. Взаимное расположение объекта контроля (1) и цилиндрического термопреобразователя (2)

Методы измерения температуры вращающихся объектов в настоящее время разработаны достаточно полно [7…10]. Сред­ства, реализующие эти методы, можно разделить на две груп­пы – контактные и бесконтактные. И те, и другие нашли широкое при­менение в производстве изделий из КМ.

Для контроля температуры поверхности валков используют бесконтактные термопреобразователи сопротивления типов ДТВ-038 и ДТВ-040, тепловоспринимающие поверхности кото­рых расположены на расстоянии 0,2–0,4 мм от объекта контро­ля [10]. Принцип действия этих ТП основан на измерении температуры прилегающего к валку пограничного слоя возду­ха. Конструкция термопреобразователя ДТВ-038 показана на рис. 2.2.

Ис­пользование термопреоб­разователей ДТВ эффективно только в тех случаях, когда отсутствует биение валков, а поверхности по­следних не загрязняются связую­щим. Обеспечить такие условия в производстве КМ весьма трудно. Кроме того, эти ТП требуют постоянного и квалифицированного обслуживания, в частности, точной установки и поддержания в процессе эксплуатации за­данного зазора.

Бесконтактные преобразователи температуры поверхности валков менее чувствительны к изменению воз­душного зазора и более полно учитывают специфику про­изводства КМ. Нагрев ЧЭ преобразователя происхо­дит за счет передачи тепла от поверхности вращающегося валка путем конвекции, теплопроводности и излучения. Раздельное определение этих составляющих общего теплового потока крайне затруднительно [7], поэтому эффективный коэффициент тепло­обмена α, характеризующий общий перенос тепла, следует рассчитывать по формуле

где – коэффициент теплопроводности воздуха в зазоре; – коэффициент конвекции; – ширина зазора; – приведенная степень черноты тел, участвующих в лучистом теплообмене; –коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела; – угловой коэффициент; – температура поверхности объ­екта контроля.

Значения и можно найти по формулам [7]. Основная трудность при расчете по (2.1) состоит в определении коэф­фициента . Известно [11], что значение этого коэффициента является функцией диаметра цилиндрического ТП, ширины за­зора, положения ЧЭ относительно объекта контроля (рис. 2.3), интенсивности свободного движения воздуха в зазоре и не за­висит от направления вращения валка и его скорости (до 1 м/с). Значение е_к вычисляют по формуле

где Gr – критерий Грасгофа, характеризующий интенсивность свободного движения воздуха в зазоре; Рг – критерий Прандтля для воздуха; численные значения коэффициента А и пока­зателей степени а и b приведены в табл. 2.1(4). Эти данные справедливы для Gr= (6–40) 10⁴, d/D = Q,2–0,4. При расчете критерия Gr за определяющие параметры принимают диаметр ТП и среднюю температуру воздуха в зазоре.

Передача тепла через зазор осуществляется в основ­ном теплопроводностью. В таких условиях эксплуатируют ТП типов ДТВ-038 и ДТВ-040.

Конструкция измерителя температуры с бес­контактным термопреоб­разователем типа ТСМ-42 показана на рис. 2.4.

Рис. 2.4. Термопреобразователь ТСМ-42 1 – кронштейн, 2 – микрометрическое устройство, 3 – соединитель, 4 – согласующий резистор, 5, 6 – компенсирующий и основной ЧЭ, 7 – объект контроля

Он включает головку, микромет­рическое устройство, соединитель и кронштейн. В головке рас­положены медные (основной и компенсирующий) ЧЭ, а также согласующий термонезависимый резистор. Резистор предназ­начен для согласования ТП, имеющего нестандартную номи­нальную статическую характеристику, с автоматическим мостом стандартной градуировки [7, 8].

Для уменьшения погрешности, которая может быть вызвана неточностью установки заданного зазора, в конструкцию ТП введено микрометрическое устройство. Особое внимание уделено компенсации дополнительной погрешности, обусловленной изменением температуры окружа­ющего воздуха. Основная погреш­ность ТП не превышает 2,5%. В условиях производства КМ и изделий термопреобразователи типа ТСМ-42 работают более надежно, чем преобразователь ДТВ-038, но также требуют частой профилактики и квалифицированно­го обслуживания.

На метрологические характе­ристики бесконтактных тер­мопреобра­зователей ДТВ-038 и ТСМ-42 существенно влияют трудно устранимые случайные воздушные потоки, нарушающие процесс теплопере­дачи в зазоре. Для устранения указанных недостатков бесконтактных ТП разработаны контактные поверхностные средства контроля температуры валкового оборудования производст­ва КМ.

В наиболее простом контактном методе измерения темпера­туры рабочей зоны валков ТП располагают в теле валка на расстоянии 2–З мм от контролируемой поверхности. Учитывая, что температура валков обычно не превышает 180°С, в термо­преобразователях чаще всего используют медные ЧЭ. Для повышения надежности системы контроля применяют платиновые ЧЭ (например, выпускаемые серийно элементы ЭСП-01 и другие).

Связь ТП, расположенного во вращающемся валке, с вто­ричным прибором осуществляется через токосъемник. Серийные токосъемники не обеспечивают необходимой точности измерения температуры валка из-за их конструктивного несовершенства, которое проявляется в нестабильности переходного контактного сопротивления и высоком уровне коммутационных помех. Для системы контроля наилучшим является амаль­гамированный токосъемник РАТ-2, однако габаритные размеры последнего не позволяют использовать его в современных про­изводствах КМ. Поэтому такой контактный метод измере­ния температуры валков не получил широкого применения.

Среди контактных ТП наиболее распространены те, чувст­вительные элементы которых соприкасаются с объектом конт­роля, а снижение теплоотвода от ЧЭ к окружающему воздуху обеспечивается применением в них теплоизоляционных корпу­сов. Выбор конструктивных параметров и оценка метрологических характеристик контактных ТП осуществляют по номограммам, применение которых в инженерной практике позволяет сокра­тить трудоемкость и сроки разработки средств контроля тем­пературы поверхности [8]. Зависимость между температурами по­верхности объекта контроля, чувствительного элемента и окружающего воздуха определяют аналитически или экспериментально.

На точность измерения температуры с помощью поверхност­ных контактных ТП существенно влияет изменение темпера­туры окружающего воздуха.

Температура движущейся поверхности валков контактными ТП искажается вследствие перегрева под действием тепла, выделяющегося в зоне трения.

На результат измерения температуры объекта контроля влияют и некоторые другие факторы, но их вклад в суммарную погрешность чаще всего невелик. Погреш­ности значительно снижаются с увеличением толщины тепловой изоляции ЧЭ, что приводит к повыше­нию инерционности ТП. Поэтому целесообразно одно из этих требований обеспечить конструктивным путем, а другое – схемным.

Заданное быстродействие ТП достигается при использовании измерителя температуры валков, в комплект которого входят специальный контактный поверхностный ТП типа ТСМ-2ВМ и автоматиче­ский мост. Конструкция термопреобразователя показана на рис. 2.5. Его ЧЭ 5 намотан бифилярно медным проводом на металлический каркас, один торец которого находится в кон­такте с объектом контроля 6. Каркас смонтирован во фторо­пластовом корпусе 4. В этом же корпусе размещен согласую­щий манганиновый резистор 3. Термопреобразователь снабжен пружинным устройством 2, с помощью которого ЧЭ с заданным усилием (5±1Н) прижимается к контролируемой поверхности валка.

Рис. 2.5. Термопреобразователь ТСМ-2ВМ 1 – соединитель, 2 – прижимное устройство, 3 – согласующий резистор, 4 – фторопластовый термоизоляционный корпус, 5 – чувствительный элемент, 6 – объект контроля

При работе термопреобразователей в составе АСУ подклю­чение их к УВМ производится с помощью нормирующих пре­образователей.

При получении изделий из КМ необходимо проводить оперативный контроль температуры поверхности валков, опра­вок или другого технологического оборудования. Для этой цели существуют удобные в эксплуатации цифровые термомет­ры типов ЦИТ-1 и ИТП-Т6 [8].

Цифровой термометр ЦИТ-1 состоит из выносного датчика-инди­катора и вторичного прибора. Датчик-индика­тор содержит ЧЭ и цифровой индикатор. В состав ЧЭ входят полупроводниковый поликристаллический терморезистор, укрепленный в прижимном устройстве, и кор­ректирующая цепь. Прижимное устройство обеспечивает прижатие ТП к объекту контроля с постоянным усилием 5Н, а корректирующая цепь – взаимозаменяемость узлов ЧЭ. Циф­ровой индикатор датчика включает двоично-десятичный счетчик, дешифратор и индикаторную панель, содер­жащую светодиодные матрицы.

Вторичный цифровой прибор термометра содержит измери­тельную схему с устройством линеаризации, суммирующий усилитель, блок пита­ния и цифровой вольт­метр. Наиболее ответ­ственный узел прибора – устройство линеаризации, в состав которого входят три мостовые схемы, источник питания, источник добавочного напряжения, коммутаторы, релейный переключа­тель.

Принцип построения термометра и его работа подробно рас­смот­рены в [8]. Наличие двух индикаторов позволяет получать информацию о контролируемой температуре одновременно оператору, который вводит датчик в контакт с объектом конт­роля, и диспетчеру на пульте управления. При­бор имеет следующие основные технические характеристики: диапазон контролируемых температур 0–150°С, основная погрешность ±2,5%, тепловая инерция – не более 2с.

Цифровой термометр ИТП-Т6, в отличие от ЦИТ-1, являет­ся переносным прибором. Термопреобразователь термометра имеет специаль­ное приспособление (рис. 2.6), обеспечивающее строгую ори­ентацию ЧЭ на контролируемом объекте и стабильный тепловой контакт между ними; вторичный прибор представляет собой малогабаритный цифровой индикатор с автономным питанием. Чувствительным элементом служит монокристаллический крем­ниевый терморезистор с номинальным сопротивлением 2 кОм. Этим обеспечивается полная взаимо­заменяемость всех ТП чувствительностью 5 Ом/К.

Рис 2.6. Приспособление для ориентации чувствительного элемента термометра ИТП-Т6 на объекте контроля 1 – опоры (четыре штуки), 2 – ручка, 3 – токоподводы, 4 – упругая втулка, 5 – узел ЧЭ, 6 – объект контроля   Устройство для градуировки и поверки поверхностных ТП 1, 2 – соединители, 3 – теплоизолированный корпус, 4 – кронштейн, 5 – электронагреватель, 6 – образцовая поверхность. 7 – термопреобразователь, 8 – теплопроводный корпус, 9 – основание

При протекании через ТП стабильного тока от источника опорного напряжения (ИОН) изменение сопротивления термо­резистора преобразуется в напряжение, которое усиливается усилителем (У) и поступает на вход аналого-цифрового преоб­разователя (АЦП). Цифровой сигнал с выхода АЦП подается на табло индикатора (И), собранного на светодиодных матри­цах. Питание термометра осуществляется от источника пита­ния (ИП), состоящего из четырех гальванических элементов, причем блоки ИОН, У и АЦП питаются стабилизированным напряжением, поступающим от преобразователя напряжения (ПН), а индикатор получает питание непосредственно от ИП.

Термометр включают в работу только на время измерения, т.е. на 5–10с. Сравнительно высокое быстродействие обеспе­чивается использованием в ТП эффекта суммирования напряжения на терморезисторе с термо-ЭДС, возникающей в местах пайки медных токоподводов к монокристаллу кремния. К достоинст­вам термометра следует отнести и отсутствие каких-либо орга­нов управления, кроме кнопки включения. Точность термометра мало зависит от напряжения питания и температуры окру­жающего воздуха. Предусмотрено его комплектование по­гружаемым ТП для экспресс-контроля температуры жидких сред (например, связующего).

Термометр ИТП-Т6 имеет следующие технические характе­ристики: диапазон измеряемых температур 0–200°С; разре­шающая способность 1⁰ С; допускаемая основная погрешность при использовании поверхностных ТП ±2%, а при использо­вании погружаемых ±1%; потребляемая мощность - 0,8 Вт; масса 0,5 кг.

Измерители температуры движущихся ленточных компози­ционных материалов. Один из распространенных объектов контроля в производстве КМ и изделий – движущиеся жгуты и ленты, пропитанные вязким быстро полимеризующимся связую­щим. Для измерения температуры этих объектов, как прави­ло, нельзя использовать сравнительно простые контактные средства, так как они, соприкасаясь с вязким материалом, на­рушают его структуру и загрязняются.

Если объектом контроля является движущаяся лента шири­ной Н, то для измерения ее температуры можно воспользовать­ся бесконтактным методом, рассмотренным выше применитель­но к поверхностям вращающихся валков. В этом случае коэф­фициент конвекции е_к определяют по формуле (2.2), справедливой при d/8 = 9–22, Gr = (4 – 35) -I0⁴ и скоростях движения ленты 0,1 – 1 м/с. Значения входящих в эту формулу параметров зависят от соотношения d/H и от расположения ТП относительно вертикали. Их выбирают по табл. 2.2 и по ним рассчитывают коэффициенты конвекции е/ и е,/⁷ при d/H, равном соответственно 0,4 и 2. Внутри указанного диапазона значения &_1; вычисляют по интерполяционной формуле 2.3

Таблица 2.2 – Параметры для расчета коэффициента конвекции ε_к
при контроле температуры движущейся ленты

Существует бесконтактный измеритель температуры лент шириной 40–50 мм, движущихся со скоростью менее 1 м/с. В состав измерителя входят термо­преобразователь типа ДТЛ-1 (рис. 2.7) и вторичный регист­рирующий прибор. Использование в ТП двух основных ЧЭ, последовательно включенных в одно из плеч мостовой схемы вторичного прибора, позволяет существенно уменьшить зависи­мость результата измерения от смещения контролируемой лен­ты в процессе ее движения. Прибор имеет следующие технические характеристики: диапазон измеряемых температур 0–180°С; основная погрешность ±2,5°С; инерци­онность (постоянная времени) – 40с.

Один из способов бесконтактного контроля температуры движущейся ленты основан на измерении температуры воздуха, передающего тепло от него к ЧЭ термопреобразователя.

Рис. 2.7. Термопреобразователь ДТЛ-1: 1 – кронштейн; 2– соединитель; 3 – микрометрическое устройство; 4 – основные ЧЭ; 5 –контролируемая лента; 6, 7 – компенсирующий и согласующий резисторы

Устройства, реализующие пневмотермометрический способ, в меньшей степени подвержены воздействию помех, если в ТП использована вы­нужденная конвекция и измеряется разность температур воз­душного потока до и после его соприкосновения с контроли­руемой поверхностью ленты. Эта разность пропорциональна измеряемой температуре объекта контроля.

Пневмотермометрический способ особенно эффективен при измерении температуры жгутов и сравнительно узких движу­щихся ленточных материалов. В этом случае ТП представляет собой камеру с двумя пересекающимися каналами. В один из них под определенным давлением подается воздух, а по друго­му проходит контролируемая лента. На пути движения воздуха в камере до ленты и после нее размещены два ЧЭ. При проек­тировании такого ТП необходимо выполнить два противоречи­вых условия: обеспечить максимальное повышение температу­ры воздушного потока и в то же время не допустить сущест­венного искажения температурного состояния объекта контроля [12]. В состав конструкции такого устройства кроме ТП входят блок пневмопитания и вторичный регистрирующий прибор, выполненный на базе автоматического моста. При эксплуатации устройства возможны флуктуации скоростей движения воздуха и ленты, ширины и толщины ленты, температуры подаваемого на вход ТП теплоно­сителя и др. На ре­зультат измерения наиболее сильно влияет изменение избы­точного давления воздуха на входе ТП, особенно если давление не превышает 600 Па. В области же больших значений давле­ния воздуха погрешность измерения температуры, обусловленная этим фактором, несущественна. Например, для ленты шириной 25 мм изменение давления воздуха в пределах 600–1000 Па вызывает погрешность, не превышающую 2% от верхнего предела измерения, равного 150°С.

Значительное влияние на точность и чувствительность пнев-мотермометрического измерителя оказывает положение ленты в канале ТП, поэтому требуется строгая ориентация контроли­руемого объекта относительно ЧЭ. Использование в схеме ТП компенсирующего элемента (первый по ходу движения возду­ха) позволяет снизить дополнительную погрешность устройства, обусловленную флуктуациями начальной температуры тепло­носителя в диапазоне 15–35°С, до величины, не превышающей 1%. Постоянная времени измерителя равна 10 с.

Однако пнсвмотермометрические устройства не получили широкого применения для контроля температуры движущихся лент в производстве КМ, что обусловлено отсутст­вием их метрологического обеспечения. Их используют в основ­ном при проведении научных исследований и отработке техно­логических режимов.

Пирометры полного излучения. Для бесконтактного измере­ния температуры движущихся поверхностей ленточных КМ наиболее предпочтительны низкотемпературные пирометры полного излучения, принцип действия которых основан на преобразовании теплового излучения объекта контроля в элект­рический сигнал.

Пирометры, выпускаемые отечественной и за­рубежной промышленностью, хотя многие из них и обладают сравнительно высокими метрологическими характе­ристиками, имеют достаточно слож­ные оптические системы, большое число усилителей и преобра­зователей, требуют высококвалифицированного обслуживания и очень дороги. Эти приборы предназначены в основном для периодической работы в лабораторных и промышленных усло­виях, и ни один из них не удовлетворяет в полном объеме требованиям производства КМ.

В состав стационарных низкотемпературных пирометров полного излучения, представляющих собой оптико-электриче­ские измерительные устройства, входят, как правило, первичный пирометрический преобразователь (ППП) и вторичный регист­рирующий прибор. Основными элементами ППП являются рефлекторная оптическая система и узел термопреобразовате­лей. В рассматриваемых пирометрах используют в основном зеркальную оптику [5,6] –сферические, параболические, кони­ческие и плоские зеркала. Важным элементом рефлекторных оптических систем является защитная пластина, предохраняю­щая зеркало и узел ППП от пыли, влаги и конвективных воз­душных потоков. Известна большая группа материалов, хорошо пропускающих средне- и длинноволновое инфракрасное излуче­ние, но наиболее полно требованиям производства КМ удовлетворяют пластины из хлористо-бромистого таллия типа КРС-5, которые и используют в пирометрах.

Узел термопреобразователей включает приемник теплового излучения и компенсирующий элемент, предназначенный для компенсации влияния изменения температуры окружающего воздуха на результат измерения. К наиболее распространенным приемникам излучения относятся термоэлектрические и боло­метрические преобразователи.

Вторичные регистрирующие приборы пирометров с боломет­рическими приемниками излучения конструируют на базе стандартных автоматических электронных мостов. Приемники излучения и компенсирующие эле­менты могут включаться в плечи моста по одному из двух вариантов построения измерительных схем пирометров. Существуют пирометры типа РПН, ДТ, ППИ и БИТ для производства КМ и изделий.

Для контроля температуры движущихся тканей, широких лент и поверхностей изделий в процессе их намотки и термооб­работки применяют пирометры РПН, состоящие из ППП и вторичного прибора – автоматического моста специальной гра­дуировки. В качестве рефлектора использовано стеклянное алюминированное зеркало со стабильным высоким коэффициентом отражения, а в качестве приемника излучения – дисковый (диаметром 10 мм) никелевый болометр. Имеется несколько вариантов пирометра РПН с различными пределами из­мерений. Так, пирометр РПН-1М1 имеет следующие технические характеристи­ки: диапазон измеряемых температур от 50 до 150°С; погрешность пиро­метра не превышает 2,5% от верхнего предела шкалы вторичного прибора; расстояние от контролируемой поверхности до ППП равно 20–50 мм; диапа­зон изменения температуры окружающего воздуха – от 20 до 50 °С; минимальный диаметр контролируемой поверхности – 50 мм; постоянная времени – не более 10 с.

Рис. 2.8. Первичный преобразователь типа ДТ-22 1 – тубус, 2 – защитная пластина, 3 – корпус, 4 – конический рефлектор, 5 – узел ЧЭ, 6 – подстроечные резисторы, 7 – соединитель

Для измерения температуры в месте склеивания попереч­ных и продольных армирующих лент при поперечно-продольной намотке изделий из КМ используют пирометр ДТ-22 (рис. 2.8). Преобразователь содержит коническую рефлекторную опти­ческую систему 4. Это позволило существенно уменьшить его размеры, а также повысить чувствительность и быстродействие пирометра. Корпус 3 ППП, выполнен в виде пустотелого ци­линдра. Приемник излучения и компенсирующий элемент 5 размещены на общей теплопроводной пластине. На корпус 3 навинчен тубус 1, внутренняя поверхность которого зачернена. Тубус ограничивает угол раскрытия преобразователя. Входное окно ППП закрыто защитной пластиной 2 из материала КРС-5. Для подстройки параметров измерительной схемы пирометра при его градуировке служат подстроечные резисторы 6. Под­ключение ППП к вторичному прибору осуществляется через соединитель 7 с помощью четырехпроводной линии.

Пирометр ДТ-22 имеет следующие технические характери­стики: диапазон измеряемых температур 20–200°С; основная погрешность измерения ±2%; постоянная времени 5 с; темпе­ратура окружающего воздуха может изменяться в пределах 15–50 °С.

Пирометры РПН и ДТ-22 применимы для измерения тем­пературы движущихся ленточных материалов шириной не ме­нее 50 мм. Для контроля температуры узких лент и жгутов используют пирометр ДТ-1, первичный преобразователь которого (рис. 2.9) имеет входную диафрагму в форме щели. Тепловой лучистый поток, проходя через защитную пластину 8, концентрируется на приемник излучения 3 с помощью оптиче­ской системы, состоящей из двух плоских зеркал 1. Последние образуют со стенками корпуса 2 полость, в которой перпенди­кулярно плоскости входной диафрагмы расположен высокоомный никелевый приемник излучения 3. Последний смонтирован на массивном медном каркасе, где укреплен и компенсирующий никелевый элемент 4, Настройка ППП при градуировке пиро­метра производится с помощью регулирующего механизма 6 и подстроечного резистора 5. Подключение ППП к вторичному прибору выполняется через соединитель 7 четырехпроводной, кабельной линией.

Рис. 2.9. Первичный преобразователь пирометра ДТ-1: 1 – плоские зеркала; 2 – корпус; 3 – приемник излучения; 4 – компенсирующий элемент; 5 – подстроенный резистор; 6 – регулирующий механизм; 7 – соединитель; 8 – защитная пластина

Пирометр имеет следующие технические характеристики: диапазон измеряемых температур 20–120°С; погрешность из­мерения менее 2,5%; расстояние от контролируемой поверх­ности до ППП не более 10 мм; диапазон изменения температуры окружающего воздуха 15–45°С; минимальная ши­рина контролируемой ленты 20 мм; постоянная времени 2,5 с.

Первичные преобразователи всех пи­рометров располагают на сравнительно небольшом расстоянии (10–50 мм) от контролируемого объекта. Однако такое разме­щение не всегда допустимо. Существует пирометр типа ППИ-1 с меньшим показателем визирования, что позво­ляет выносить первичный преобразователь из зоны высоких температур. Пирометр с расстояния 250 мм измеряет темпера­туру прямоугольной площадки размером 4x100 мм. Конструк­ция ППП этого пирометра приведена на рис. 2.10. Основные элементы преобразователя (корпус 1, зеркальный рефлектор 3, защитная пластина 6) и геометрические размеры оптической системы пирометра ППИ-1 такие же, как у РПН-1М1. В качестве приемника излучения 3 использован пластинчатый германиевый монокристаллический болометр размером 1x5x0,15 мм. Его начальное сопротивление (при 20 °С) равно 300 Ом. Рядом с приемником размещен компенсирующий элемент 5. С целью устранения тензоэффекта оба термочувствительных элемента 3 и 5 свободно подвешены на медных токоподводах. Подключение ППП к вторичному прибору производится через соединитель 4 четырехпроводной соединительной линией.

Рис. 2.10. Первичный преобразователь пирометра ППИ-1: 1 – корпус; 2 – рефлектор; 3 – приемник излучения; 4 – соединитель; 5 – компенсирую­щий элемент; 6 – защитная пластина; 7 – тубус

Пирометр ППИ-1 имеет следующие технические характери­стики: диапазон измеряемых температур от 20 до 200°С; основная погрешность ±2,5%; постоянная времени 3–5 с.

Для бесконтактного измерения температуры в нескольких сечениях поверхности труб из КМ в процессе их непрерывной намотки и отверждения используют измерительное устройство БИТ-Т1, в состав которого входят восемь ППП и восьмиканальный нормирующий преобразователь.Внутри корпуса установлен рефлектор. В качестве приемника излучения использована хромель-копелевая 15-спайная термобатарея, обладающая высокой временной стабильностью. Приемник смонтирован на оправке, которая при настройке ППП может передвигаться. Чувствительность ППП регулируется с помощью винта, который перемещает планку, перекрывающую часть потока, отраженного рефлектором и падающего на приемник излучения. К корпусу крепится тубус с размещенной в нем защитной пластиной. Эта пластина и рефлектор идентичны соответствующим элементам ППП пиро­метра ППИ-1. В корпусе за рефлектором установлена платас резисторами измерительной схемы. Подключение каждого ППП к нормирующему преобразователю осуществляется через соединитель с помощью четырехжильного экранированного кабеля.

Нормирующий преобразователь имеет блочную конструкцию и содержит модуль питания и восемь модулей усилителей.

Тепловой лучистый поток объекта контроля после отражения от рефлектора попадает на «горячие» спаи термобатареи, вызывая их нагрев и появление соответствующей термо-ЭДС. Для ослабления влияния на результат измерения неравномер­ности прогрева корпуса ППП и резких колебаний его темпера­туры встречно с первой включена аналогичная вторая компенсирующая термобатарея, закрытая от излучения контролируемого объекта. Вторым элементом компенсации в пирометре является мостовая схема, создающая компенсирую­щее напряжение при отклонении температуры корпуса ППП от номинального значения, равного 20°С. Это напряжение сумми­руется с термо-ЭДС первой батареи. Сигнал постоянного тока с выхода ППП поступает через экранированный вход в соот­ветствующий модуль усилителя. В качестве предварительного усилителя, в модуле использован усилитель Ф8024 М/4 с собственным источником стабильного напряжения.

Сигнал от усилителя проходит сглаживающий фильтр и поступает на преобразователи «напряжение – ток», собранные на операционных усилителях с устройствами частотной коррекции. Токовые сигналы на выходе модуля нелинейно зависят от абсолютной температуры Т объекта контроля.

Пирометр имеет следующие технические характеристики: диапазон измеряемых температур 20–200°С; основная приве­денная погрешность не более ±1,5%; постоянная времени 6 с; номинальное расстояние между ППП и объектом контроля – 250 мм; номинальный диаметр контролируемой поверхности – 70 мм. Дополнительная погрешность, вызванная изменением температуры окружающего воздуха от 5 до 40°С, не превышает ±3°С; изменение напряжения питания в пределах 187–242 В приводит к погрешности не более ±1,5°С.

Созданы рабочий эталон единицы температуры по шкале интегрального излуче­ния (КРИН-1) и установка УНТ-74 [13]. На комплексе КРИН-1 градуируют и поверяют образцовые пирометры. Для поверки рабочих пирометров методом сравнения их с образцо­выми пирометрами используют установку УНТ-74 с нечерным сотовым излу­чателем.

2.2. Контроль натяжения ленточных
композиционных материалов

Натяжение движущихся армирующих материалов (жгуты, ленты и ткани) существенно влияет на качество готовых изде­лий. Существует широкий спектр устройств для непрерывного или периодического измерения и регулирова­ния этого технологического параметра.

К устройствам для создания натяжения композиционного материала, называемым натяжителями, предъявляют требова­ния высокой надежности и простоты конструкции; сохранности поверхности волокнистого наполнителя и его прочности; неза­висимости натяжения от скорости движения материала.

По принципу действия известные натяжители делятся на три группы [6, 14, 15].

В первую группу входят устройства, в которых натяжение материала 1 создается под действием трения при перемещении его между двумя пластинами 2, 3, прижимаемыми друг к другу с некоторой силой Р (рис. 2.11а). Эту силу можно создать с помощью рычажной системы и груза 4, или пружины, или маг­нита. В данной конструкции натяжение материала S зависит от начального натяжения S₀, усилия Р и приведенного коэф­фициента трения f о поверхность пластины: S=S₀ + 2P f . Такие пластинчатые натяжители обладают почти линейной статичес­кой характеристикой, достаточно просты в конструктивном отношении, однако они нарушают поверхность материала и по­этому нашли ограниченное применение в производстве КМ [6, 16].

Рис. 2.11. Принципиальные схемы натяжителей ленточного композиционного материала а – пластинчатый; б – стержневой; в – роликовый 1 – движущийся ленточный материал, 2,3 – неподвижная и подвижная пластины, 4 – регулировочный груз, 5 – вращающиеся ролики

Вторую группу натяжителей составляют устройства, обеспе­чиваю­щие натяжение материала за счет его скольжения по криволинейной поверхности, например по неподвижным стерж­ням или роликам (рис. 2.11,б). В этих стержневых устройствах натяжение линейно зависит от начального натяжения S₀ и не­линейно – от суммарного угла охвата ее стержней материалом и коэффициента трения: S = Soexp {а f }. Для изменения S в стержневых натяжителях варьируют угол а перемещением под­вижного гребня 3 с помощью силы тяжести груза 4 или усилия от магнита (пружины).

В третью группу входят устройства (условно называемые роликовыми), обеспечивающие нужное натяжение S путем торможения ролика 5, вращаемого движущимся материалом (рис. 2.11, в). Для торможения ролика используют силу тяже­сти груза 4 или усилие пружины (магнита). В подобных роли­ковых конструкциях натяжение линейно зависит от тормозного момента М_т ролика радиусом R: S = So + .M_T/ R.

Натяжители 2-й и 3-й групп широко применяют в производ­стве КМ для создания и регулирования натяжения материала. Методы расчета и конструктивное оформление этих натяж