Formiranje laboratorije za pregled termoparova i otpornih termometara

Dragan Vukojević, dipl. el. inž. – Termoelektrana „Nikola Tesla“ - Obrenovac

Miroljub Kovačević, dipl. maš. inž. – Termoelektrana „Nikola Tesla“ - Obrenovac

Ljubomir Štrbac, dipl. el. inž. – Termoelektrana „Nikola Tesla“ - Obrenovac

Milutin Šušić, dipl. maš. inž. - „Termotehna“ -  Čačak

Rezime

Za potrebe firme „Termotehna“ iz Čačka koncipirana je i formirana laboratorija za pregled termoparova i otpornih termometara.

Projektovanje i formiranje laboratorije izvršeno je u skladu sa Zakonom o mernim jedinicama i merilima i dobijeno je ovlašćenje Saveznog zavoda za mere i dragocene metale.

Namena laboratorije je ispitivanje termoparova, otpornih termometara, merila sa termoparovima i merila sa otpornim termometrima.

Specifičnost najvećeg dela laboratorijske opreme je to što je projektovana i proizvedena u Jugoslaviji. Merenje elektromotorne sile i atestiranje termoparova realizovano je primenom mernog sistema baziranog na personalnom računaru i pratećem originalnom softveru, što olakšava merenje, arhiviranje podataka i izradu prateće dokumentacije.

Laboratorija uključuje sledeću opremu:

- etaloni jedinice temperature;

- uređaji za reprodukovanje referentne temperature (temperature topljenja leda);

- uređaji za reprodukovanje zadatih temperatura ispitivanja;

- uređaj za merenje elektromotorne sile;

- uređaj za merenje električne otpornosti i električne otpornosti izolacije.

1. ETALONI JEDINICE TEMPERATURE

Pored ostalih etalona, laboratorija poseduje sekundarne etalone sopstvene izrade atestirane od strane Saveznog zavoda za mere i dragocene metale. To su termoelement tipa S (od 0°C do 1600°C) i otporni termometar Pt100 klase A (od -200°C do 650°C).

Slika 1. Laboratorija “Termotehna”;
Milutin Šušić vlasnik “Termotehne”, Goran Petrović,
tvorci laboratorije: Miroljub Kovačević (sedi), Ljubomir Štrbac, Dragan Vukojević

2. KADA SA MEŠAVINOM VODE I LEDA ZA REFERENTNU TEMPERATURU 0°C

Budući da je prema Zakonu o mernim jedinicama i merilima i prema Pravilniku za obrazovanje laboratorije za pregled termoparova određeno da referentna temperatura hladnog kraja mora biti 0 °C, konstruisana je kada sa mešavinom vode i leda (temperatura topljenja leda 0 °C).

Kada ispunjava sledeće zahteve:

·        Obezbeđuje referentnu temperaturu za vreme trajanja ispitivanja termoparova sa stabilnošću boljom od ±0.1°C;

·         Omogućuje postavljanje sedam krajeva u zoni referentne temperature i to šest ispitivanih i jedan etalonski termopar (tip S);

·         Komfornost u manipulaciji dodavanja leda i izmene epruveta (hladni kraj) kao i izmene ispitivanih sondi;

·         Velik vremenski period rada sa jednim punjenjem leda (minimum 3 sata);

·         Homogenost temperature u zoni hladnog kraja ispitivanih termoparova;

·         Kontrola temperature 0 °C sa atestiranim digitalnim pokazivačem i atestiranom Pt-100 sondom, rezolucije ±0.01 °C.

·         Zaštita epruveta od lomljenja kod dodavanja leda.

Slika 2. Kada za referentnu temperaturu

2.1. Kompleti staklenih sondi (epruveta) sa formiranim hladnim krajem

Za potrebe ispitivanja termoparova (6 istovremeno) napravljeni su sledeći setovi epruveta sa referentnim krajem:

·         6 kompleta za tip K;

·         6 kompleta za tip J;

·         6 kompleta za tip R/S, B;

·         1 komplet za tip S (etalon).

Slika 3. Epruvete sa formiranim hladnim krajem

Osnovne karakteristike:

·         Potpuna hermetizacija hladnog kraja i izolovanost od radne okoline;

·         Mala vremenska konstanta odziva;

·         Konektorski spoj kompezacionih kablova i epruvete sa odgovarajućim tipom konektora (J, K, R/S, B);

·         Laka i brza izmena kod promene tipa ispitivanih termoparova;

·         Širmovani provodnici unutar epruvete;

·         Jednoznačnost u povezivanju svodi grešku kod povezivanja na minimum (polaritet, odgovarajući tip kabla itd.);

·         Potpuna ispunjenost zahteva iz propisa (tipovi provodnika , preseci, kvalitet i dr.).

2.2. Kompleti spojnih kablova

Za povezivanje ispitivanih termoparova i etalona od peći do mesta referentne temperature koriste se kompenzacioni kablovi sa odgovarajućim konektorima za produžetak hladnog kraje do epruveta. U tu svrhu napravljeni su sledeći kompleti:

·         6 x tip K; 6 x tip J; 6 x tip R/S, B; 1 x tip S (etalon);

·         7 bakarnih kablova za povezivanje (7 kanala) staklenih epruveta sa priključnom kutijom

Svi kablovi su sa širmom i uzemljeni u jednoj tački u priključnoj kutiji i u svemu prema propisima iz Pravilnika o metrološkim uslovima (minimalna induktivnost i maksimalni dozvoljeni preseci itd.) i u skladu sa međunarodnim standardom IEC 584.

2.3. Priključna kutija za povezivanje sondi sa mernim sistemom

Za potrebe povezivanja ispitivanih termoparova i etalona, odnosno njihovih izlaza sa mesta referentne temperature sa priključnim panelom mernog sistema S-TETP32 konstruisana je priključna kutija. Osnovne karakteristike su:

Slika 4. Priključna kutija

·         Mali gabariti;

·         Pasivni filteri 50 Hz na svim ulazima;

·         Digitalna kontrola referentne temperature (0 °C);

·         Konektorsko povezivanje sa priključnim panelom mernog sistema;

·         Lagan pristup i jednostavnost u rukovanju.

3. PEĆ ZA POSTIZANJE ZADATIH TEMPERATURA

Slika 5. Peć

3.1. Opis i osnovna konstrukcija

Za reprodukovanje zadatih temperatura konstruisana je horizontalna električna peć sledećih osnovnih karakteristika:

·         Dimenzije 800 x 500 x 300 mm;

·         Masa sa homogenizatorom temperature cca 80 kg;

·         Radni prostor cilindrični L=800 mm, D=55 mm;

·         Grejni prostor L=650 mm, D=55 mm;

·         Snaga 2,5 kW na 220 V AC;

·         Opseg temperatura 30-1200 °C;

·         Napon grejača 60 V DC*;

·         Upravljanje na primaru transformatora preko tiristorskog mosta SIEMENS;

·         Struja grejača 42 A DC*

·         Regulator temperature digitalni PID*;

·         Stabilnost regulacije bolja od 1°C u celom opsegu;

·         Vreme dostizanja maksimalne temperature <= 3,5 h;

·         Stabilnost u polju homogenizatora 0.25 °C/cm do maksimalno 1.0 °C/cm na 1200 °C  (gradijent u središnjem prostoru ±25 mm).

Opcije označene zvezdicom (*) su promenljive po zahtevu (izbor tipa grejača, snage, vrste grejanja AC ili DC, izbor regulatora: običan digitalni PID, adaptivan sa AUTOTUNING-om, ulazom za vođenje preko PC-računara, itd.).

3.2. Homogenizator temperatura

Homogenizator temperature konstruisan je od vatrostalnog čelika W.Nr1.4762 dimenzija L=280 mm, D=50 mm, sa odgovarajućim otvorima za etalon s jedne strane, i otvorima za ispitivane termoparove s druge strane, dubine 145 mm u cilju dovođenja svih termoparova i etalona u ravan istih temperatura i dostizanja dozvoljenog gradijenta temperature u središnjem prostoru.

4. UREĐAJ ZA MERENJE ELEKTROMOTORNE SILE

Kao uređaj za merenje napona termoparova koristi se atestiran merni sistem S-TETP32.

4.1. Komponente mernog sistema S-TETP32

Uređaj S-TETP32 sačinjavaju sledeće komponente:

1.        Personalni računar Pentium sa 64 Mb RAM memorije.

2.        Kartica ED428W16 za analogno-digitalnu konverziju (firme “Electronic Design” iz Beograda) instalirana u slot pomenutog računara.

3.        Pasivni priključni panel ED429-UP - “Electronic Design” (za priključivanje termoparova) koji je sa karticom ED428W16 povezan odgovarajućim kablom.

4.        Program TETP32t (32-bitna MS Windows aplikacija).

Slika 6. Kartica ED428 firme “Electronic design”

4.2. Namena mernog sistema S-TETP32

Uređaj S-TETP32 može da se koristi za:

1.                     Merenje elektromotorne sile i temperature (u °C) na sedam priključenih termoparova (etalon plus šest testiranih).

2.                     Određivanje klase tačnosti i proveru stabilnosti šest priključenih termoparova.

3.                     Štampanje atesta i protokola ispitanih termoparova.

4.                     Određivanje napona za zadatu temperaturu i određivanje temperature za zadati napon za sve tipove termoparova.

5.                     Upis podataka o ispitivanjima termoparova u bazu podataka i manipulacija podacima.

4.3. Tehničke karakteristike mernog sistema S-TETP32

·         Radni uslovi: uslovi zahtevani “Pravilnikom o uslovima za obrazovanje laboratorija za pregled termoparova”;

·         Tačnost merenja: ±1,5µV ili ±0,01% od očitane vrednosti u zavisnosti šta je veće.

Slika 7. Prozor “Klase tačnosti” programa TETP32t

4.4. Načini povećanja tačnosti merenja mernog sistema S-TETP32

U realizaciji mernog sistema S-TETP32 primenjen je veći broj originalnih postupaka i metoda u cilju povećanja tačnosti merenja. Ovde su nabrojani ti postupci.

1.                     Primenjen je postupak baždarenja kartice ED-428W-16 za AD konverziju nešto različit od postupka opisanog u pratećoj dokumentaciji proizvođača kartice (podešavanje PGA ofseta; podešavanje ofseta A/D bipolarnog ulaznog opsega; podešavanje maksimuma A/D bipolarnog ulaznog opsega).

2.                     Urađene su originalne rutine (na paskalu i asembleru) koje obezbeđuju maksimalnu tačnost AD konvertora i programabilnog pojačivača kartice ED-428W-16. Rutinama se optimizuju vremenski intervali potrebni da AD konvertor i PGA dođu u stacionarno stanje.

3.                     Omogućeno je fino podešavanje nule mernog sistema. Meri se i koriguje ofset na svakom kanalu.

4.                     Primenjeni su statistički elementi pročišćavanja digitalizovanog signala tako što se u račun uzimaju samo oni uzorci čija su odstupanja od srednje vrednosti unutar zadatih granica.

5.                     Vrši se softverska korekcija greške mernog sistema. Zavisnost greške od veličine merenog napona utvrđena je eksperimentalno i aproksimirana polinomom petog stepena.

6.                     Izračunavanje temperature za izmereni napon svedeno je na izračunavanje napona za zadatu temperaturu primenom tzv. Brentovog algoritma (iterativni postupak). Ovo eliminiše greške koje bi inače unosile zavisnosti temperature od napona za termoparove.

Slika 8. Prozor za podešavanje“Parametri” programa TETP32t

5. UREĐAJ ZA MERENJE ELEKTRIČNE OTPORNOSTI

Za merenje električne otpornosti i atestiranje otpornih termometara (Pt 100, Pt 1000, Ni 100, Ni 1000, PTC, NTC i poluprovodničkih senzora) kao opcija, može se sistemu dodati još jedna kartica ED427W-16 sa odgovarajućim priključnim panelom, te instalirati odgovarajući softver, čime se omogućuje komforan rad pri baždarenju i atestiranju.