电机温度检测

本节课的内容与要求 1 要了解产品国内外的发展形势并说明背景2 电动机绝缘水平自定3 传感器选PT100温度传感器4 了解PT100的接线方式5 了解PT100温度传感器的电阻变化量 详细 6 PT100温度传感器检测过程中要要完成 如果温度超过10 以上要发出报警信号7 PT100温度传感器检测过程要完成 如果温度超过10 以上要发出跳闸命令8 电动机控制电路 保护中哪些作为跳闸控制等问题都要清楚 9 实时温度显示 选做 10 仿真 附 常见轴承 引言 研究意义 电机轴承又名电动机轴承或者马达轴承 是专门应用于电动机或者马达上的一种专用轴承 电机常用的轴承有四种类型 即滚动轴承 滑动轴承 关节轴承和含油轴承 电机使用的轴承是一个支撑轴的零件 它可以引导轴的旋转 也可承受轴上空转的部件 是一种非常重要的电机构成部分 它运行情况的好坏直接影响电机的使用 轴承在运行中会产生发热现象 电机运行时 轴承外圈允许温度不应超过95 如果超过这个值就是电机轴承温度过高 也称电动机轴承发热 轴承发热是电动机最常见的故障之一 轻则使润滑脂稀释漏出 重则将轴承损坏 给用户造成经济损失 因此 我们有必要对这种现象做有效的监测 避免事故的发生 产品发展形势 温度参数是目前工业生产中最常用的生产过程参数之一 因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义 实用的温度传感器种类很多 但在工业部门多采用辐射温度计及热电偶 国外以辐射测温为主 占2 3 国内则多采用热电偶和热电阻 占98 国外辐射温度计的蓬勃发展对国内影响很大 近几年国内辐射温度计明显呈上升趋势 温度传感器 使用范围广 数量多 居各种传感器之首 目前 国际上新型温度传感器正从模拟式想数字式 集成化向智能化及网络化的方向发展 温度传感器的发展大致经历了以下3个阶段 a 传统的分立式温度传感器 热电偶传感器热电偶传感器是工业测量中应用最广泛的一种温度传感器 它与被测对象直接接触 不受中间介质的影响 具有较高的精度 测量范围广 可从 50 1600 进行连续测量 特殊的热电偶如金铁 镍铬 最低可测到 269 钨 铼最高可达2800 b 模拟集成温度传感器集成传感器是采用硅半导体集成工艺制成的 因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器 模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的 它将温度传感器集成在一个芯片上 可完成温度测量及模拟信号输出等功能 模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一 仅测量温度 测温误差小 价格低 响应速度快 传输距离远 体积小 微功耗等 适合远距离测温 不需要进行非线性校准 外围电路简单 目前 光纤测温技术主要有全辐射测温法 单辐射测温法 双波长测温法及多波长测温等 智能温度传感器智能温度传感器 亦称数字温度传感器 是在20世纪90年代中期问世的 它是微电子技术 计算机技术和自动测试技术 ATE 的结晶 目前 国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品 智能温度传感器能输出温度数据及相关的温度控制量 适配各种微控制器 MCU 并且可通过软件来实现测试功能 即智能化取决于软件的开发水平 智能温度传感器发展的新趋势 1 提高测温精度和分辨力智能温度传感器 采用的是8位A D转换器 其测温精度较低 分辨力只能达到1 目前国外已相继推出多种高速度 高分辨力的智能温度传感器 所用的是9 12位A D转换器 分辨力一般可达0 5 0 0625 2 增加测试功能温度传感器的测试功能也在不断增强 另外 智能温度传感器正从单通道想多通道的方向发展 这为研制和开发多路温度测控系统创造了良好条件 确定电动机的绝缘水平 电动机的绝缘等级人们根据不同绝缘材料耐受高温的能力对其规定了7个允许的最高温度 按照温度大小排列分别为 Y A E B F H和C 它们的允许工作温度分别为 90 105 120 130 155 180和180 以上 因此 B级绝缘说明的是该发电机采用的绝缘耐热温度为130 使用者在发电机工作时应该保证不使发电机绝缘材料超过该温度才能保证发电机正常工作 电动机的绝缘等级是指其所用绝缘材料的耐热等级 分A E B F H级 允许温升是指电动机的温度与周围环境温度相比升高的限度 绝缘的温度等级A级E级B级F级H级最高允许温度 105120130155180绕组温升限值 K 607580100125性能参考温度 8095100120145 确定电动机的绝缘水平 电机的绝缘等级与电机的使用温度有关 在使用温度确定后 往往会使用至少同级或较高的绝缘材料 以提高电机的使用寿命 比如 常用的B级电机 其内部的绝缘材料往往是F级的 而铜线可能使用H级甚至更高的 来提高其质量 一般为提高使用寿命 往往规定高级绝缘要求 低一级来考核 比如 常见的F级绝缘的电机 做B级来考核 即其温升不能超过120度 留10度作为余量 以避免工艺不稳定造成个别电机温升超差 电机轴承温度检测传感器 电机轴承温度传感器 WZD 基本技术参数电流4 20mA电压18 24V测量范围0 200 WZD系列温度传感器是专为测量轴承温度 也可测量气体 液体 固体温度 的传感器 其测量元件为Pt100铂热电阻 配置恰当的测温仪表后 可检测轴承温度并实现报警和控制 电机轴承温度传感器工作环境 海拔不超过2000米环境空气温度 20 40 最湿月份 月平均最高相对湿度为90 25 无剧烈震动和冲击的场所周围无足以破坏绝缘和金属的腐蚀性气体及蒸汽的环境 理论依据 在电机轴承运作的时候 其温度标准是什么呢 一般电机操作规程规定 滚动轴承最高温度不超过95 滑动轴承最高温度不超过80 并且温升不超过55摄氏度 温升为轴承温度减去测试时的环境温度 上面给出的是电机本体的温度 不是轴承的温度 下面是整理的具体的电机轴承温度标准 GB3215 824 4 1泵工作期间 轴承最高温度不超过80度 JB T5294 913 2 9 2轴承温升不得超过环境温度40度 最高温度不得超过80度 JB T6439 924 3 3泵在规定工况下运转时 内装式轴承处外表面温度不应高出输送介质温度20 最高温度不高于80度 外装式轴承处外表面温升不应高处环境温度40度 最高温度不高于80度 JB T7255 945 15 3轴承的使用温度 轴承温升不得超过环境温度35度 最高温度不得超过75度 JB T7743 957 16 4轴承温升不得超过环境温度40度 最高温度不得超过80度 JB T8644 19974 14轴承温升不得超过环境温度35 最高温度不得超过80度 如果轴承温升过高如何处理呢 1 原因 轴弯曲 中心线不准 处理方法 重新找中心 2 原因 基础螺丝松动 处理方法 拧紧基础螺丝 3 原因 润滑油不干净 处理方法 更换润滑油 4 原因 润滑油使用时间过长 未更换 处理方法 洗净轴承 更换润滑油 5 原因 轴承中滚珠或滚柱损坏 处理方法 更换新轴承 PT100温度传感器 一 基本特征1 不锈钢套管封装 经久耐用 2 活动螺丝固定 使用方便 3 按照国际IEC751标准制造 即插即用 4 多种探头尺寸可选 适应面广 5 高精度 高稳定 高灵敏 6 外形小巧 经济实用 PT100温度传感器 二 工作特征PT100 就是说在温度在0度时 阻值为100欧姆 温度传感器PT100是一种稳定性和线性都比较好的铂丝热电阻传感器 可以工作在 200 至650 的范围 本电路选择其工作在0 至100 范围 整个电路分为两部分 一是传感器前置放大电路 一是单片机A D转换和显示 控制 软件非线性校正等部分 PT100温度传感器 PT100温度传感器为正温度系数热敏电阻传感器 主要技术参数如下 1 测量范围 200 650 2 允许偏差值 A级 0 15 0 002 t B级 0 30 0 005 t 3 最小置入深度 热电阻的最小置入深度 200mm 4 允通电流 5mA PT100温度传感器三根芯线的接法PT100铂电阻传感器有三条引线 可用A B C 或黑 红 黄 来代表三根线 三根线之间有如下规律 A与B或C之间的阻值常温下在110欧左右 B与C之间为0欧 B与C在内部是直通的 原则上B与C没什么区别 仪表上接传感器的固定端子有三个 A线接在仪表上接传感器的一个固定的端子 B和C接在仪表上的另外两个固定端子 B和C线的位置可以互换 但都得接上 如果中间接有加长线 三条导线的规格和长度要一样 热电阻的3线和4线接法 是采用2线 3线 4线 主要由使 选 用的二次仪表来决定 一般显示仪表提供三线接法 PT100一端出一颗线 另一端出两颗线 都接仪表 仪表内部通过桥抵消导线电阻 一般PLC为四线 每端出两颗线 两颗接PLC输出恒流源 PLC通过另两颗测量PT100上的电压 也是为了抵消导线电阻 四线精确度最高 三线也可以 两线最低 具体用法要考虑精度要求和成本 PT100接线方式 PT100温度传感器0 时电阻值为100 电阻变化率为0 3851 由于其电阻值小 灵敏度高 所以引线的阻值不能忽略不计 采用三线式接法可消除引线线路电阻带来的测量误差 原理如下 PT100引出的三根导线截面积和长度均相同 即r1 r2 r3 测量铂电阻的电路一般是不平衡电桥 铂电阻 Rpt100 作为电桥的一个桥臂电阻 将导线一根 r1 接到电桥的电源端 其余两根 r2 r3 分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上 这样两桥臂都引入了相同阻值的引线电阻 电桥处于平衡状态 引线线电阻的变化对测量结果没有任何影响 PT100温度传感器采用三线式接法的原因 PT100温度传感器的电阻变化量 传感器的接入非常简单 从系统的5V供电端仅仅通过一支3K92的电阻就连接到PT100了 这种接法通常会引起严重的非线性问题但是 由于有了单片机的软件校正作为后盾 因此就简化了传感器的接入方式 按照PT100的参数 其在0 到500 的区间内 电阻值为100至280 9 我们按照其串联分压的揭发 使用公式 Vcc PT100 3K92 PT100 输出电压 mV 可以计算出其在整百 时的输出电压 见下面的表格 温度 PT100阻值传感两端电压mV0100 00124 381100 39124 850119 40147 79100138 51170 64150157 33192 93200175 86214 68250194 10235 90300212 05256 59350229 72276 79400247 09296 48450264 18315 69500280 98334 42公式 Vcc PT100 3K92 PT100 输出电压 mV 理论依据 通过PT100热敏电阻对温度进行采 随着温度的变化 PT100的阻值也会随着变化 则通过自制的桥式测温电路的分压也会发生变化 由于变化的分压不是很大 所以采取UA741放大器将变化的电压进行放大 放大到AD0801模数转换器能够处理的范围之内 经模数转换后的温度信号传入到STC89S52单片机 再由单片机控制继电器 蜂鸣器和数码管来实现温度控制 报警 显示的功能 当温度在0度至90度之间时 系统正确显示温度 当温度超出这个范围时系统在显示温度的同时发出警报声 温度检测及报警系统 执行方案 本节介绍的温度报警器以STC89S52单片机为控制核心 再配合热敏电阻PT100温度检测电路 AD0801转换器 单刀双掷继电器 报警电路 复位电路 晶振电路以及2个LED数码管来实现对环境温度的实时监测 并能在预设的温度范围内用LED显示 同时在超过预设范围时产生报警信号 测算方法 采用分段的方法 将测量范围分段 然后查出该段的数学模型的各个系数 然后计算出温度值 我们对整个测量范围分了3段 分别为0 49 50 70 71 100 利用分度表进行离线的数学拟合 得到各段的数学模型系数 同时 可通过再将标度值代入可粗略估计在各个测量段内的最大误差值 我们通过最小二乘法进行线性拟合 得到如下的数学模型为 T1 2 5772R 257 77080 49 T2 2 6366R 267 0150 70 T3 2 7206R 281 9071 100 上述3个数学模型中 最大的理论误差值都小于0 1 基本满足精准要求 PT100分度表 0 100 单片机的10位A D在满度量程下 最大显示为1023字 为了得到PT100传感器输出电压在显示500字时的单片机A D转换输入电压 必须对传感器的原始输出电压进行放大 计算公式为 500 1023 Vcc 传感器两端电压 mV Vcc 系统供电 5V 可以得到放大倍数为10 466 运算放大器分为两级 后级固定放大5倍 原理图中12K 3K 1 5 前级放大为 10 465922 5 2 0931844倍 为了防止调整时的元器件及其他偏差 使用了一只精密微调电位器对放大倍数进行细调 可以保证比较准确地调整到所需要的放大倍数 原理图中10K 8K2 Rw 1 测温前置放大电路 通常 在温度测量电路里 都会有一个 调零 和另一个 调满度 电位器 以方便调整传感器在 零度 及 满度 时的正确显示问题 本电路没有采用两只电位器是因为只要 零度 调整准确了 就可以保证整个工作范围的正确显示 当然也包括满度时的最大显示问题了 那么 电路中对 零度 是如何处理的呢