СТЕНД ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ГРАНИЦ СРАБАТЫВАНИЯ ТЕРМОПРЕРЫВАТЕЛЕЙ

Полезная модель относится к области регулирования и управления в системах автоматизации, а именно к устройствам для проведения испытаний по определению температурных границ срабатывания термопрерывателей, и может быть использована, например, при градуировке термопрерывателей: металлических и полупроводниковых терморезисторов.
Известно устройство и способ контроля работоспособности датчика (патент RU 2627976, опубликован 14.08.2017 г.), в котором устройство контроля работоспособности датчика содержит:
- блок приема, выполненный с возможностью приема сигналов от датчика и сохранения в блоке памяти;
- блок памяти, выполненный с возможностью хранения сигналов от датчика;
- блок анализа, выполненный с возможностью выявления шумового компонента в сохраненных сигналах от датчика и вычисления значения среднеквадратического отклонения (СКО) шумового компонента и записи этого значения в блок памяти;
конт
- блок контроля, выполненный с возможностью определения изменений в принимаемых сигналах от датчика как разности между двумя последовательными сигналами от датчика и выдачи сигнала неисправности, если изменения сигналов от датчика не выходят за 6 СКО в течение предварительно определенного времени Т;
причем блок приема, блок памяти, блок анализа, блок контроля функционально связаны друг с другом непосредственно или опосредованно посредством линий связи.
Однако данное устройство не позволяет контролировать верхнюю и нижнюю границы срабатывания терморегуляторов, а позволяет лишь контролировать изменения показаний датчика на определенную величину в течение заранее заданного периода времени, если изменений нет, то делают вывод, что датчик неисправен, то есть имеет место «застывание» (фиксация датчика в одном положении, приводящая к отсутствию изменения его показаний даже при изменении измеряемого им параметра) датчика вследствие обледенения, коррозии, загрязнения, заклинивания и т.п.
Известен прибор для проверки термометров на точку 100°С в парах кипящей воды (патент RU 173934, опубликован 19.09.2017 г.), состоящий из металлического сосуда цилиндрической формы с установленным в нем нагревательным элементом для нагрева воды и водомерным стеклом для наблюдения за уровнем воды в сосуде, к сосуду сверху припаяна открытая труба, окруженная рубашкой, припаянной у основания к металлическому сосуду, внизу у основания рубашки установлен спусковой патрубок для выхода пара наружу, сверху рубашка плотно закрыта крышкой, в которой имеются штуцеры для установки термометров.
Однако, данное устройство не позволяет контролировать верхнюю и нижнюю границы срабатывания терморегуляторов, а позволяет лишь контролировать изменения показаний датчика на определенную величину в течение заранее заданного периода времени.
Прототипом предлагаемого решения является стенд для испытания регуляторов температуры (патент RU 2029930, опубликован 27.02.1995 г.), содержащий металлический корпус с рабочей средой, в котором размещены нагревательные элементы и контрольный термометр, с целью снижения инерционности устройства при одновременном расширении рабочего температурного диапазона, асбестоцементная труба, размещенная в корпусе, вентилятор, установленный в ее нижней части, и закрепленное в верхней части трубы, над нагревательными элементами, подъемное устройство с продувочными окнами и гнездами, в одном из которых установлен контрольный термометр, а в другом - чувствительный элемент испытуемого регулятора температуры, при этом в качестве рабочей среды использован воздух.
Недостатками этого стенда являются крупные габариты, сложность конструкции и использование в качестве рабочей среды воздуха.
Задачей предлагаемой полезной модели является определение температур размыкания контактов и замыкания контактов термопрерывателя с целью повышения точности регулирования температуры в объекте при заданной скорости нагрева рабочей среды.
Технический результат достигается тем, что в стенд для определения температурных границ срабатывания термопрерывателей, содержащий металлический корпус с рабочей средой, в котором размещены нагревательные элементы и контрольный термометр введены: плата контроля состояния контактов термопрерывателя, с размещенными на ней: клеммной колодкой со смонтированными термопрерывателями, светодиодами и микроконтроллером, установлена вертикально и перпендикулярно боковым ребрам металлического корпуса с рабочей средой и закреплена с помощью электрических разъемов, при этом количество плат контроля состояния контактов термопрерывателя, размещаемых на стенде может варьироваться от 1 до n; блок коммутации, закрепленный на внешней боковой поверхности металлического корпуса и связан электрической связью с платой контроля состояния контактов термопрерывателя; насос закреплен на внутренней боковой поверхности металлического корпуса и погружен в рабочую среду, которой является дистиллированная вода.
Определение температурных границ срабатывания термопрерывателя основывается на алгоритме, в котором в начале нагрева рабочей среды фиксируется значение температуры размыкания контактов каждого термопрерывателя, которая должна находиться в диапазоне температур, в нашем случае, (35±3,5)°С, что визуально контролируется отключением соответствующего светодиода, далее по мере охлаждения рабочей среды фиксируется значение температуры замыкания контактов каждого термопрерывателя, которая должна находиться в диапазоне температур не ниже (25±1,0)°С и визуально контролируется включением соответствующего светодиода. При этом в памяти компьютера фиксируется температура рабочей среды с точностью ±0,5°С.
Все термопрерыватели, принадлежащие группе проверяемых, размещаются в аналогичных позициях в рабочей среде созданного температурного поля и, таким образом, подвергаются сравнимым окружающим условиям. Соответственно, в обычных условиях, ожидается, что характеристические значения всех термопрерывателей в группе являются более или менее равными.
Во время проведения проверки фиксируются отдельные значения измерений температуры срабатывания от каждого термопрерывателя, находящегося в проверяемой группе датчиков. Характеристическое значение температуры фиксируется для каждого термопрерывателя на основе значений измерения температуры рабочей среды в данный момент времени. Далее, для каждого конкретного термопрерывателя, выводится на печать характеристическое значение температуры размыкания/замыкания, соответствующее этому конкретному термопрерывателю. Если выясняется, что полученные температурные диапазоны работы термопрерывателя соответствуют заданным пределам, то термопрерыватель считается исправным, если температурные диапазоны работы термопрерывателя не соответствуют заданным пределам - он считается неисправным.
Значения измерений от каждого термопрерывателя из проверяемой серии принимаются через блок коммутации, передаются в компьютерную программу и сохраняются в оперативной памяти компьютера.
Стенд для определения температурных границ срабатывания термопрерывателей представляет собой комплекс оборудования управляемого с помощью персонального компьютера посредством специализированного программного обеспечения. На фиг. 1 представлен общий вид стенда; на фиг. 2 - его разрез, на фиг. 3 - плата контроля состояния контактов термопрерывателя.
Комплектация стенда включает в себя устройство для создания температурного поля 1, выполненного в виде металлического корпуса 2, на боковых внешних поверхностях которого размещены нагревательные элементы 3, в качестве рабочей среды применяется дистиллированная вода. Для обеспечения равномерности прогрева воды путем перемешивания внутри в металлическом корпусе 2 на боковой поверхности установлен насос 4, соединенный электрической связью с блоком коммутации 5. На внешних боковых ребрах металлического корпуса 2 вертикально размещены платы контроля состояния контактов термопрерывателя 6 с размещенными испытуемыми термопрерывателями 7. На платах контроля состояния контактов термопрерывателя 6 размещены: клеммная колодка 8 для монтажа термопрерывателей 7, светодиоды 9, сигнализирующие о замкнутых или разомкнутых контактах термопрерывателей 7, микроконтроллер 10, обрабатывающий сигналы, поступающие от термопрерывателей 7, светодиодов 9 и контрольных термопар 11, замеряющих температуру рабочей среды в металлическом корпусе 2 и обеспечивающий электрическую связь с блоком коммутации 5 разъем 12. Электрические связи микроконтроллера 10 с персональным компьютером условно не показаны.
Отдельно в стенд встраивается блок управления электропитанием стенда, состоящий из розеток для подключения дополнительного вспомогательного оборудования, выключателей электропитания отдельных узлов стенда, защитных автоматов и устройств защиты оборудования.
Стенд работает следующим образом.
Перед работой стенд устанавливают на горизонтальной поверхности рабочего стола, производят заземление и подводят питание к нагревательным элементам 3, насосу 4 и блоку коммутации 5 (схема подключения условно не показана). Металлический корпус 2 устройства для создания температурного поля 1, заполняется дистиллированной водой до необходимого уровня, чтобы термопрерыватели 7 и контрольные термопары 11, замеряющие температуру рабочей среды в металлическом корпусе 2 были погружены полностью в рабочую среду. Далее к клеммной колодке 8, предназначенной для монтажа термопрерывателей 7, размещаемой на плате контроля состояния контактов термопрерывателя 6 крепятся испытуемые термопреобразователи 7. Платы контроля состояния контактов термопрерывателя 6 состояния контактов испытуемых термопрерывателей 7 размещаются вертикально на внешних боковых ребрах металлического корпуса 2, при этом через разъемы 12 обеспечивается электрическая связь термопрерывателей 7, светодиодов 9 и контрольных термопар 11, замеряющих температуру рабочей среды в металлическом корпусе 2 и микроконтроллера 10 через блок коммутации 5 с персональным компьютером (условно не показан).
Затем включают автомат питания (условно не показан) для подачи напряжения на электронагревательные элементы 3. При включении автоматического выключателя общего питания стенда загораются сигнальные светодиоды 9 испытуемых термопреобразователей 7. Начинается прогрев рабочей среды в металлическом корпусе 2 устройства для создания температурного поля 1. При этом температура рабочей среды контролируется контрольными термопарами 11, одновременно включается насос 4, обеспечивающий перемешивание рабочей среды в металлическом корпусе 2, с целью создания равномерного температурного поля. При этом в памяти компьютера фиксируется температура рабочей среды с точностью ±0,5°С, частота опроса в период испытаний задается максимально поддерживаемой термопреобразователем 7. Скорость нагрева рабочей среды регулируется силой тока при включении электронагревательных элементов, которую контролируют по амперметру (условно не показан), скорость нагрева рабочей среды устанавливается 1 .
Прогрев рабочей среды ведут до тех пор, пока не погаснут все сигнальные светодиоды 9 испытуемых термопреобразователей 7 или температура рабочей среды не достигнет установленного испытателем предела срабатывания термопреобразователей 7, чтобы не учитывать ложных срабатываний термопреобразователей 7. При этом значения температуры размыкания контактов термопреобразователей 7 контролируется микроконтроллером 10 и через блок коммутации 5 передается в компьютерную программу, сохраняясь в оперативной памяти компьютера.
После погасания всех сигнальных светодиодов 9 испытуемых термопреобразователей 7 снимается питание с электронагревательных элементов 3. Рабочая среда начинает охлаждаться в металлическом корпусе 2 устройства для создания температурного поля 1. При этом температура рабочей среды контролируется контрольными термопарами 11, насос 4 продолжает работать, обеспечивая перемешивание рабочей среды в металлическом корпусе 2, с целью создания равномерного охлаждения температурного поля. При этом в памяти компьютера фиксируется температура рабочей среды с точностью ±0,5°С до нижней границы включения термопреобразователя 7, установленной испытателем.
Охлаждение рабочей среды ведут до тех пор, пока не загорятся все сигнальные светодиоды 9 испытуемых термопреобразователей 7. При этом значения температуры замыкание контактов термопреобразователей 7 контролируется микроконтроллером 10 и через блок коммутации 5 транслируются в компьютерную программу и сохраняются в оперативной памяти компьютера.
В заявке не указано конкретное программное и аппаратное обеспечение для реализации технического предложения, но специалисту в области техники должно быть понятно, что сущность полезной модели не ограничена конкретной программной или аппаратной реализацией, поэтому для технической реализации полезной модели могут быть использованы любые известные программные и аппаратные средства. Так, аппаратные средства могут быть реализованы в одной или нескольких специализированных интегральных схемах, цифровых процессорах, устройствах цифровой обработки сигналов, программируемых логических устройствах, программируемых пользователем вентильных матрицах, процессорах, контроллерах, микроконтроллерах, микропроцессорах, электронных устройствах, других электронных модулях, выполненных с возможностью осуществлять описанные в данном документе функции, компьютер либо комбинации вышеозначенного.
Таким образом, можно определить характеристическое значение температуры каждого термопрерывателя на основе значений измерения температуры размыкания и замыкания контактов термопреобразователя, по фиксированию температуры рабочей среды в момент размыкания или замыкания контактов термопреобразователя. Визуально испытатель может контролировать этот процесс при выключении или включении светодиода 9 конкретного термопреобразователя. Далее, для каждого конкретного термопрерывателя, выводится на печать характеристическое значение температуры размыкания/замыкания, соответствующее конкретному термопрерывателю. Если установлено, что полученные температурные диапазоны работы термопрерывателя соответствуют заданным пределам, то термопрерыватель считается исправным, если температурные диапазоны работы термопрерывателя не соответствуют заданным пределам - он считается неисправным.
Например, для биметаллического реле типа BK05-S температура размыкания контактов должна быть в температурном диапазоне (35±3,5)°С, а температура срабатывания (замыкания) контактов не ниже температурного диапазона (25±1,0)°С, температурные диапазоны размыкания/замыкания контактов определяются испытателем.
С помощью предложенного стенда можно: определить температурный диапазон включения/выключения темопреобразователя; выявить диапазон срабатывания термопреобразователя; при необходимости произвести выбраковку термопреобразователя не отвечающего требованиям его настройки на заданную температуру размыкания/замыкания контактов; выявить отклонения в работе термопреобразователей.
По данному предложению в учреждении создан стенд для определения температурных границ срабатывания термопрерывателей на примере биметаллического реле типа BK05-S и отработана методика проведения испытаний, которые подтверждают реализуемость рассматриваемого технического решения и заявленного технического эффекта. В результате испытаний опытных образцов термопрерывателей погрешность определения температурных диапазонов срабатывания биметаллических реле типа BK05-S уменьшена в 3÷4 раза.