Особенности регулирования систем поддержания температуры.
Регулирование температуры. Температура является показателем термодинамического состояния системы и используется выходная координата при регулировании тепловых процессов.
2.10. 2.11
Рис.2.10 Регулирование режима в многокорпусной выпарной установке: 1,2 – выпарные аппараты, 3- барометрический конденсатор, 4-регулятор разрежения, 5 – регулирующий клапан.
Рис. 2.11 АСР давления в ректификационной колонне. 1 – колонна, 2 – дефлегматор, 3- флегмовая емкость, 4 –регулятор давления, 5-регулирующий клапан.
Динамические характеристики 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 относятся: значительную инерционность тепловых процессов и промышленных датчиков температуры. Поэтому одна из основных задач при проектировании АСР температуры – уменьшение инерционности датчиков.
Рассмотрим, например, динамические характеристики термометра в защитном чехле (рис.2.13а)
2.13 (А, б) –Принципиальная (а) и структурная (б) схемы термометра.
Структурную схему термометра можно представить как последовательное соединение 4 тепловых емкостей (рис.2.13б): защитного чехла 1, воздушной прослойки 2, стенки термометра 3, рабочая жидкость 4. Если пренебречь тепловым сопротивлением каждого слоя, то все элементы можно аппроксимировать апериодическими звеньями 1-го порядка, уравнения которых имеют вид:
или
где
(2.3)
МJ – масса
чехла, воздушной прослойки, стенки и
жидкости; сpJ –
удельные теплоемкости,
-
коэффициенты теплоотдачи; Fj1,
Fj2
– поверхности теплоотдачи.
Видно, что из уравнений 2.3, 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 максимальной; при прочих равных условиях более предпочтительнее установка термометров в жидкой фазе (по сравнению с газообразной), в конденсирующем паре (по сравнению с конденсатом).
Уменьшение теплового сопротивления и тепловой емкости защитного чехла в результате выбора его материала и толщины.
Уменьшение постоянной времени воздушной прослойки за счет применения наполнителей (жидкости, металлической стружки,…); у термоэлектрических преобразователей (термопар) рабочий спай припаивается к защитному чехлу;
Выбор типа первичного преобразователя, например, при выборе термометра сопротивления, термопары или манометрического термометра необходимо учитывать, что наименьшей инерционностью обладает термопара в малоинерционном исполнении, наибольшей - манометрический термометр.