Содержание

Что такое гистерезис в температурах и давлениях?


Что такое гистерезис?

Говоря простым и понятным языком – гистерезис это ответная, запоздалая реакция некой системы на определённый раздражитель (воздействие). При устранении причины, вызвавшей ответную реакцию системы, либо в результате противоположного действия, она полностью или частично возвращается к первоначальному состоянию. Причём для такого явления характерно то, что поведение системы между крайними состояниями не одинаково. То есть: характеристики перехода от первоначального состояния и обратно – сильно отличаются.

Явление гистерезиса наблюдается:

  • в физике;
  • электротехнике и радиоэлектронике;
  • биологии;
  • геологии;
  • гидрологии;
  • экономике;
  • социологии.

Гистерезис может иметь как полезное, так и пагубное влияние на происходящие процессы. Это отчётливо просматривается в электротехнике и электронике, о чём речь пойдёт ниже.

Динамический гистерезис

Рассмотрим явление запаздывания ответной реакции во времени на примере механической деформации. Предположим у нас есть металлический стержень, обладающий упругой деформацией. Приложим к одному концу стержня силу, направленную в сторону другого конца, который покоится на опоре. Например, поставим стержень под пресс.

По мере возрастания давления, тело будет сжиматься. В зависимости от механических характеристик металла, реакция стержня на приложенную силу (напряжение) будет проявляться по-разному: вначале сила упругости постепенно будет возрастать, потом она резко устремится к пороговому значению. Достигнув порогового значения, сила упругого напряжения уже не сможет противодействовать возрастающему нагружению.

Если увеличивать силу давления, то в стержне произойдут необратимые изменения – он, либо изменит свою форму, либо разрушится. Но мы не будем доводить наш эксперимент до такого состояния. Начнём уменьшать силу давления. Реакция напряжения при этом будет меняться зеркально: вначале резко понизится, потом постепенно будет стремиться к нулю, по мере разгрузки.

Отставание процесса развития деформации во времени, под действием приложенного механического напряжения вследствие упругого гистерезиса описывается динамической петлей (см. рис. 2). Явление обусловлено особенностями перемещений дислокаций микрочастиц вещества.

Различают упругий гистерезис двух видов:

  1. Динамический, при котором напряжения изменяются циклически, а максимальная амплитуда напряжений не достигает пределов упругости.
  2. Статический, характерный для вязкоупругих или неупругих деформаций. При таких деформациях полностью, либо частично исчезают напряжения при снятии нагрузки.

Причиной динамического гистерезиса являются также силы термоупругости и магнитоупругости.

Как правильно настроить гистерезис

Что такое гистерезис в температурах и давлениях?
Гистере́зис

(в переводе с греческого — отстающий) — свойство систем (физических, логических, биологических и т. д.), мгновенный отклик которых на приложенные к ним воздействия зависит в том числе и от их текущего состояния, а поведение системы на интервале времени во многом определяется её предысторией.

Многие устройства по регулировке и контролю температуры систем отопления имеют настройку не только температуры, но и обязательную настройку гистерезиса, которая позволяет уменьшить количество переключения в единицу времени между двумя положениями: Вкл / Выкл. Гистерезис также позволяет повысить точность регулировки температуры уменьшением гистерезиса.

На сегодняшний день в основном существует только дуальный гистерезис, имеющий только два положения.

К примеру, мы рассмотрим два варианта:

1. Температурный гистерезис – для логики темростатов

2. Гистерезис давления – реле включения / отключения насосов

Как известно у них имеется только два варианта: Вкл / Выкл.

Данное понятие можно разделить на две составляющее:

1. Обозначить этим термином само явление, что существует гистерезис. Например, что данная система обладает гистерезисом.

2. Обозначить значение гистерезиса. Например, сказать, что гистерезис равен 2 градусам.

Исходя из этого

Гистерезисом называется или величина, при котором сигнал меняется на противоположный сигнал. Или сам эффект при котором, действие переключения на противоположный сигнал осуществляется с некоторой задержкой по величине влияния. (Например, при достижение нормы температуры и превышение этой нормы сигнал изменится не сразу, а по достижению той самой величины гистерезиса).

График температурного гистерезиса

Пример для термостата

Термостат настроен на 25 градусов с гистерезисом 2 градуса.

Предположим что температура помещения 20 градусов. Когда температура достигнет 27 градусов термостат переходит в положение отключения. После этого температура помещения будет падать. Когда температура достигнет 23 градусов, то термостат переходит в положение включения. Цикл замыкается.

Пример для реле давления

Реле настроено на два порога: Порог включения 1,2 Bar, порог отключения 3 Bar

Гистерезис при этом будет равен 0,9 Bar. (3-1,2)/2=0,9

Когда давление составляет 1 Bar, реле замыкает контакт. Когда давление достигает 3 Bar, реле размыкает контакт. Когда давление достигает 1,2 Bar, реле вновь замыкает контакт. Цикл повторяется.

Вот собственно так и нужно понимать логику гистерезиса.

Если бы давление включение и отключения имели одно значение, то гистерезиса бы не было. То есть если порог включения равен порогу отключения, то в такой системе отсутствует гистерезис.

А поскольку комнатные термостаты обладают разными порогами включения и отключения, то такая система обладает гистерезисом. Гистерезис в свою очередь позволяет реже производить переключение между двумя положениями: Вкл / Выкл. Но чем больше гистерезис, тем выше скачкообразное изменение температуры.

Существуют другие графики гистерезисов. Например, магнитный гистерезис

Источник



Петля гистерезиса

Кривая, характеризующая ход зависимости ответной реакции системы от приложенного воздействия называется петлёй гистерезиса (показана на рис. 1).


Рис. 1. Петля гистерезиса

Все петли, характеризующие циклический гистерезис, состоят из одной или нескольких замкнутых линий различной формы. Если после завершения цикла система не возвращается в первоначальное состояние, (например, при вязкоупругой деформации), то динамическая петля имеет вид кривой, показанной на рисунке 2.


Рис. 2. Динамическая петля

Анализ гистерезисных петель позволяет очень точно определить поведение системы в результате внешнего воздействия на неё.

Двухпозиционные регуляторы

Назначение.

Принцип работы

Двухпозиционные регуляторы обеспечивают хорошее качество регулирования для инерционных объектов с малым запаздыванием, не требуют настройки и просты в эксплуатации. Эти регуляторы представляют обычный и наиболее широко распространенный метод регулирования.Двухпозиционные регуляторы используются для управления переключательными элементами -дискретными исполнительными устройствами:

  • электромеханическими реле,
  • контакторами,
  • транзисторными ключами,
  • симисторными или тиристорными устройствами,
  • твердотельными реле и др.

В простейшем случае (без обратной связи) двухпозиционный регулятор работает как двухпозиционный переключатель. Например, мощность, подаваемая на нагреватель, имеет только два значения — максимальное и минимальное (нулевое), две позиции (отсюда и название регулятора — двухпозиционный) — нагреватель полностью включен или полностью выключен. Структурная схема двухпозиционной системы регулирования приведена на рис. 1.

Рисунок 1 — Структурная схема двухпозиционной системы регулирования

где: АР

– двухпозиционный регулятор,
ОУ
– обьект управления,
SP
– узел формирования заданной точки(задания),
Е
– рассогласование регулятора,
PV=X
– регулируемая величина,
У
– управляющее воздействие,
Z
– возмущающее воздействие.

Для предотвращения «дребезга» управляющего выходного устройства (например, реле) иисполнительного механизма (например, нагревательного элемента) вблизи задания SP

(слишком частоговключения нагревателя), предусматривается гистерезис
Н
.Например, описание работы двухпозиционной системы регулирования температуры в печи спомощью нагревателя, может быть представлено следующим образом:

  • Нагреватель включен, пока температура в печи (X=PV
    ) не достигнет значения заданной точки
    SP
    . Выход регулятора
    Y
    (нагреватель) отключается, если регулируемая величина (температура) выше заданной точки
    SP
    .
  • Повторное включение нагревателя происходит после уменьшения температуры до значения SP-H
    , т.е. с учетом гистерезиса
    H
    переключательного элемента.

Алгоритмы двухпозиционного регулирования

Алгоритм двухпозиционных регуляторов определяется статической характеристикой: зависимостьювыходного сигнала Y

от входного
Х
(см. рис. 2).

Рисунок 2 — Статическая характеристика двухпозиционной системы регулирования

Выходная величина Y

равна максимальному воздействию — нагреватель включен:

  • Y = max
    при
    X, где H-значение гистерезиса.

Выходная величина Y

равна минимальному воздействию — нагреватель выключен:

  • Y = 0
    при
    X > SP
    , где
    H
    -значение гистерезиса.

Зона гистерезиса

Ширина зоны гистерезиса в современных двухпозиционных регуляторах является единственным программируемым параметром настройки. Представление зоны гистерезиса описывается в руководстве по эксплуатации на соответствующий тип регулятора или систему регулирования.Основные варианты представления зоны гистерезиса показаны на рис.3.

Рисунок 3 — Основные варианты представления зоны гистерезиса

Смысл вариантов представления зоны гистерезиса понятен из рисунка 3.Назначение гистерезиса Н

— предотвращение «дребезга» управляющего выходного устройства(например, реле) вблизи задания
SP
от слишком частого включения нагревателя. В литературе по автоматизации также встречаются другие наименования параметра зоны гистерезиса – зона нечувствительности, зона возврата, зона неравномерности, дифференциал.

Гистерезис (в некоторых типах регуляторов) может принимать как положительные, так и отрицательные значения. Отрицательные значения гистерезиса используются в основном для упреждения или задержки включения (выключения) выходных устройств.Например, включение выходного устройства по значению задания SP

меньшем на величину гистерезиса
Н
— включение с упреждением, или выключение выходного устройства по значению задания
SP
меньшем на величину гистерезиса
Н
— выключение с задержкой. Эти типы гистерезиса применяются для того,чтобы учесть инерционность обьектов регулирования.

Процессы регулирования с двухпозиционным законом

Процесс двухпозиционного регулирования является автоколебательным — регулируемая величинакак в переходном, так и в установившемся режиме периодически изменяется относительно заданногозначения (см. рис. 4), т.е. регулируемая величина PV

(X) подвержена незатухающим колебаниям.Показателями автоколебательного режима являются амплитуда автоколебаний
Ак
и периодавтоколебаний
Тк
.

  • Частота и амплитуда колебаний зависят и определяются следующими величинами:
  • от времени транспортного запаздывания ,
  • от постоянной времени обьекта Т
    (определяется инерционностью объекта),
  • от максимальной скорости R
    изменения параметра
    Х
    (определяется по переходной характеристике),
  • от величины гистерезиса H
    переключательного элемента регулятора.

Рисунок 4 — Процесс регулирования с двухпозиционным законом

Для объектов с большой инерционностью (большим значением постоянной времени обьекта Т

) и с малым запаздыванием
регулирование происходит с постоянными колебаниями до 5-15% от задания SP
.

  • Чем больше гистерезис Н
    , отношение /Т,
    R
    — тем больше амплитуда колебаний
    Ак
    .
  • Чем больше время запаздывания и постоянная времени обьекта Т
    — тем больше период колебаний
    Тк
    (см. рис.4).

Точность регулирования технологического параметра, например, температуры зависит от величины гистерезиса. Чем меньше гистерезис, тем точнее регулирование, но тем чаще включается нагреватель и тем самым больше износ коммутационных элементов (например, реле). Уменьшая гистерезис можно повысить качество регулирования до некоторого предела, определяемого параметрами обьекта регулирования(тепловой инерцией, мощностью нагревателя, тепловой связью нагревателя и обьекта и др. ).

Гистерезис в электротехнике

Важными характеристиками сердечников электромагнитов и других электрических машин являются параметры намагничивания ферромагнитных материалов, из которых они изготавливаются. Исследовать эти материалы помогают петли ферромагнетиков. В данном случае прослеживается нелинейная зависимость внутренней магнитной индукции от величины внешних магнитных полей.

На процесс намагничивания (перемагничивания) влияет предыдущее состояние ферромагнетика. Кроме того, кривая намагничивания зависит от типа ферромагнитного образца, из которого состоит сердечник.

Если по катушке с сердечником циркулирует переменный ток, то намагничивания образца приводит к отставанию намагничивания. В результате намагничивания сердечника происходит сдвиг фаз в цепи с индуктивной нагрузкой. Ширина петли гистерезиса при этом зависит от гистерезисных свойств ферромагнетиков, применяемых в сердечнике.

Это объясняется тем, что при изменении полярности тока, ферромагнетик какое-то время сохраняет приобретённую ориентацию полюсов. Для переориентации этих полюсов требуется время и дополнительная энергия, которая израсходуется на нагревание вещества, что приводит к гистерезисным потерям. По величине потерь материалы подразделяются на магнитомягкие и магнитотвёрдые (см. рис. 3).


Рис. 3. Классификация магнитных материалов

Магнитный гистерезис в ферромагнетиках отображает зависимость вектора намагничивания от напряженности электрического поля (см. Рис. 3). Но не только изменение поля по знаку вызывает гистерезис. Вращение поля или (что, то же самое) магнитного образца, также сдвигает временные характеристики намагничивания.


Рис. 4. Петли гистерезиса под действием изменения напряжённости поля

Обратите внимание, что на рисунке изображены двойные петли. Такие петли характерны для магнитного гистерезиса.

В однодоменных ферромагнетиках, которые состоят из очень маленьких частиц, образование доменов не поддерживается (не выгодно с точки зрения энергетических затрат). В таких образцах могут происходить только процессы магнитного вращения.


Рис. 5. Механизм возникновения петли магнитного гистерезиса

В электротехнике гистерезисные свойства используются довольно часто:

  • в работе электромагнитных реле;
  • в конструкциях коммутационных приборов;
  • при создании электромоторов и других силовых механизмов.

Явления диэлектрического гистерезиса

У диэлектриков отсутствуют свободные заряды. Электроны тесно связаны со своими атомами и не могут перемещаться. Другими словами, у диэлектриков спонтанная поляризация. Такие вещества называются сегнетоэлектриками.

Однако под действием электрического поля заряды в диэлектриках поляризуются, то есть изменяют ориентацию в противоположные стороны. С увеличением напряжённости поля абсолютная величина вектора поляризации возрастает по нелинейному принципу. В определённый момент поляризация достигает насыщённости, что вызывает эффект диэлектрического гистерезиса.

На изменение поляризации уходит часть энергии, в виде диэлектрических потерь.

Гистерезис в электронике

При срабатывании различных пороговых элементов, часто применяемых в электронных устройствах, требуется задержка во времени. Например, гистерезис используется в компаратороах или триггерах Шмидта с целью стабилизации работы устройств, которые могут срабатывать в результате помех или случайных всплесков напряжения. Задержка по времени исключает случайные отключения электронных узлов.

На таком принципе работает электронный термостат. При достижении заданного уровня температуры устройство срабатывает. Если бы не было эффекта задерживания, частота срабатываний оказалась бы неоправданно высокой. Изменение температуры на доли градуса приводило бы к отключению термостата.

На практике часто разница в несколько градусов не имеет особого значения. Используя устройства, обладающего тепловым гистерезисом, позволяет оптимизировать процесс поддержания рабочей температуры.

Настройка гистерезиса

Гистерезис для всех блоков Кситал составляет 1 o С.

Это значение оптимально практически для всех применений. В случае особой необходимости его можно изменить.

Нижеприведенные рекомендации не актуальны для старых блоков, которые не реагируют на SMS-команды запроса и изменения констант в энергонезависимой памяти блока.

Когда Вы задаете термостату температуру поддержания, например, +23 o С, то при заводских значениях гистерезиса, управляющее реле будет включаться на 22,5 o С и отключаться на 23,5 o С, поддерживая тем самым температуру 23 o С±0,5 o С. Это оптимальная настройка для поддержания температуры воздуха.

Если Вам нужно, чтобы температура поддерживалась в других пределах или управляющее реле более редко включало и выключало бы отопитель, Вы можете подстроить гистерезис выбранного термостата.

Все буквы в командах — английские.

«пароль» в командах это актуальный пароль в системе. Значение по умолчанию 00000.

в командах это адрес константы половины гистерезиса нужного термостата:

  • 03D — адрес константы значения половины гистерезиса для реле №1 в полуградусах
  • 03E — адрес константы значения половины гистерезиса для реле №2 в полуградусах
  • 03F — адрес константы значения половины гистерезиса для реле №3 в полуградусах

Значения констант по умолчанию равны «01», т.е. половина гистерезиса равна 0,5 o С, а полный гистерезис каждого термостата равен 1 o С.

Чтобы подстроить гистерезис выбранного термостата

Узнайте текущее значение половины гистерезиса SMS-командой с телефона 00SMS:

Получите ответ типа:

Задайте новое значение половины гистерезиса в диапазоне 0,5 o С. 40 o С, что соответствует диапазону значений констант 01. 50 с помощью SMS-команды с телефона 00SMS:

Получите подтверждение типа:

Пример:

Необходимо, чтобы реле №2 включалось при +30 o С, а выключалось при +50 o С. В системе используется пароль по умолчанию.

Т.к. средняя температура между +30 o С и +50 o С равна +40 o С, то отправляем команду задания среднего порога регулирования для реле №2:

Т.к. половина гистерезиса (отклонение в одну сторону от порога регулирования) составляет 10 o С (в полуградусах это «20», а в шестнадцатеричном виде «14»), то отправляем команду:

58. Проблемы, вызванные появлением новых хладагентов

 58. Проблемы, вызванные появлением новых хладагентов

До подписания Монреальского протокола, в сентябре 1987 г., большинство холодильщиков были людьми, не знавшими печали. Годами они довольно неплохо использовали имеющиеся в их распоряжении хладагенты и вполне успешно осваивали их. В холодильном торговом оборудовании, наиболее часто, это были R12 и R502, в кондиционерах — R22 (см. рис. 58.1). И вот в Монреале нам сказали, что R12 и R502 (также, как и Rll, R113, R114, R115, R500) являются хлорфторуглеродами (категория СГС), которые разрушают озоновый слой, и что такие хладагенты должны исчезнуть через 10 лет (см. рис. 58.2)1 Однако, срок наступления этого события представлялся достаточно отдаленным и хладагенты категории CFC продолжали успешно использоваться большинством холодильщиков, тем более, что достойных вариантов их замены не существовало, за исключением разработки новых установок на R22, когда это было возможным.

В июле 1990 г., в Лондоне, к перечисленным хладагентам, объявленным экологически вредными, добавили R13 и R503. Более того, к 2040 г. было предусмотрено изъятие из обращения другой категории хладагентов – гидрохлорфторуглеродов (НСГС). На этот раз под прицелом был, в основном, R22, поскольку он начал получать распространение в холодильном торговом оборудовании. Не считая аммиака (почти не используемого при малых мощностях), не оставалось, ничего другого, как надеяться на появление новых экологически чистых хладагентов.
После многочисленных изменений первоначального протокола, его положения в настоящее время уточнены, поскольку, начиная с 1 января 1995 г., производство CFC должно быть прекращено (к повторному использованию могут быть допущены только слитые из установок и регенерированные CFC).
HCFC пока что получают отсрочку до 2015 года, с замораживанием потребления на уровне 1996 года, и графиком снижения производства начиная с 2004 года. Использование хладагентов категории HCFC в новых установках, для стран ЕЭС, запрещено с 01.01.2004 года. В течение всего этого времени химики не бездействовали и в результате их работы на рынке появилось множество новых соединений, либо предназначенных для вновь разрабатываемых установок, либо позволяющих эксплуатировать существующие установки.
Для вновь разрабатываемых установок предлагается использовать хладагенты категории фторуглеводородов (HFC), имеющих ничтожное воздействие на окружающую среду. Среди этих хладагентов, рассматриваемых как окончательные, сегодня наиболее известны R134a, R404A, R407C и R410А.                 

Для существующих установок, работающих на CFC, когда снабжение хладагентами с целью их текущего обслуживания окажется невозможным, могут быть использованы переходные хладагенты, позволяющие, в основном, не спеша переоборудовать эти установки с минимальными доработками (FX56, DP40, FX10, НР80.

..)- Эти промежуточные хладагенты являются смесями хладагентов категорий HFC и HCFC, следовательно они попадают под ограничения, установленные для R22, и также в перспективе должны будут исчезнуть. Таким образом, их нужно использовать только для того, чтобы продлить эксплуатацию существующих установок с минимальными издержками.
Верные стилю и духу настоящего руководства, мы будем избегать глубокой теории при изложении (максимально упрощенном) практических проблем (иногда очень сложных), связанных с использованием новых хладагентов. Зная природу этих проблем, читатель в дальнейшем найдет средства для их преодоления.

А) Общие проблемы; возникающие при использовании HFC в новых установках

В отличие от CFC (R12, R502…), новые хладагенты HFC не содержат хлора. Они имеют нулевой потенциал разрушения озона и весьма незначительное влияние на парниковый эффект (приводящий к перегреву земной атмосферы)*. Они рассматриваются как окончательные и должны будут использоваться во вновь разрабатываемых установках.

На сегодня речь идет, главным образом, о следующих областях использования:
R134a должен окончательно заменить R12 в области высоких и средних температур (особенно в автомобильных кондиционерах).
R404A должен окончательно заменить R502 в области средних и низких температур. Чтобы упростить вам жизнь, заметим, что этот хладагент называют также FX70 (производитель Atofina) или НР62 (производитель Du Pont de Nemours)!
R407C и R410A становятся лидерами в области центральных кондиционеров.

Использование хладагентов HFC порождает отдельные проблемы при сборке установок и их обслуживании. Заметим, что большинство из этих проблем уже существовали с другими хладагентами, но самой природой HFC они усилились.
МАСЛА. Проблема масел является основной, поскольку при малейшей ошибке компрессор может разрушиться. Используемые до настоящего времени с хладагентами CFC (R12, R502…) и HCFC (R22…) масла, совершенно несовместимы с хладагентами HFC. Поэтому, компрессоры, предназначенные для работы с новыми хладагентами HFC, заправляются специальным маслом, называемым “эфирное масло”, в отношении которого необходимо знать следующее.
Эфирные масла чрезвычайно гигроскопичны. Например, они очень быстро насыщаются влагой, как только вы откроете канистру на воздухе. Поэтому, количество воды, которое попадает в контур одновременно с маслом, может оказаться очень большим.
* Утверждение о том, что хладагенты категории HFC оказывают незначительное влияние на парниковый эффект, строго говоря, не соответствует действительности. Эти хладагенты в тысячи раз более активны, чем углекислый газ (прим. ред.).

Поскольку смесь эфир + HFC + вода может образовывать крайне агрессивную и опасную фторводородную кислоту, Вы должны соблюдать максимальные предосторожности по части обезвоживания при всех работах, связанных с вскрытием контура. Особенно внимательно следите за собственной безопасностью (глаза, руки…), работая с загрязненным маслом.
Поэтому канистру с эфирным маслом нельзя оставлять открытой на возоухе более 15 .минут (предельное время) и масло, содержащееся в ней. следует полностью использовать (не берите канистру на 25 л, если компрессору требуется 1 л!). Предосторожности по обезвоживанию при разборке и сборке установки должны отвечать всем правилам и соблюдаться с величайшей строгостью. В частности, новый компрессор, заправленный эфирным маслом, поставляется полностью обезвоженным. Во время сборки установки его внутренние полости должны оставаться совершенно изолированными от окружающей среды, чтобы избежать загрязнения масла влагой, которая содержится в окружающем воздухе.

Когда сборка закончена и герметичность контура проверена, рекомендуется отва-куумировать его, оставляя внутренние полости компрессора изолированными от контура. Для этого необходимо один штуцер отбора давления расположить на вентиле выхода жидкости из ресивера (конденсатора), а другой – на всасывающем трубопроводе (или установить их). Только когда установка будет герметична и обезвожена, можно будет открыть вентили компрессора и осуществить окончательное вакуумирование.
Операции по вакуумированию должны производиться особенно тщательно, а используемые фильтры-осушители должны иметь максимально возможную производительность (предпочтительно, с антикислотной функцией), чтобы снизить до минимума опасность выхода из строя компрессора.

Эфирные масла не допускают смешивания. Заметим, что некоторые эфирные масла содержат антиокислительные и (или) противоизносные добавки, которые улучшают характеристики масел. Однако природа этих добавок у различных производителей неодинакова, что может привести к несовместимости масел между собой. Кроме того, при смешивании масел результирующая вязкость смеси становится непрогнозируемой, что может нанести ущерб процессу смазки компрессора.
Таким образом, следует избегать смешивания двух различных эфирных масел, опасность чего появляется, главным образом, при доливке масла, даже если эта опасность незначительна и вы используете два смазочных масла, применение которых порознь соответствует инструкциям разработчика.
Однако главная проблема заключается в том, что эфирные масла очень быстро перестают смешиваться с HFC в присутствии масел другого семейства.
Потеря смешиваемости происходит особенно быстро и, следовательно, опасно, если эфирное масло загрязнено минеральным маслом (повсеместно используемым с R12), и в меньшей степени, когда речь идет об алкилоензольном масле (или его смеси с минеральным), иногда используемом с R22 и R502 (при низких температурах кипения).

Следует иметь ввиду, что если смешиваемость масла и хладагента ухудшается, то масло, которое нормально циркулирует в установке, теряет возможность возвращения в картер и разрушение компрессора гарантировано!


В зависимости от условий работы (прямой цикл расширения, затопленный испаритель, высокая или низкая температура кипения, испаритель над компрессором или под ним, большая протяженность трубопроводов…), максимально допустимое содержание минерального масла в эфирном не должно превышать 7 % (в настоящее время в продаже имеются многочисленные комплекты для быстрой оценки состава масляных смесей). Поэтому ремонтник, вскрывающий контур, который заполнен HFC, должен быть особенно внимателен.

В частности, комплекты манометров, используемые для контроля давления хладагентов, должны быть различными для категорий CFC и HFC с тем, чтобы избежать случайного смешивания эфирного и минерального масел, которые могут оставаться в соединениях (см. рис. 58.4).

Эфирное масло является более плохим растворителем, но обладает лучшими очищающими свойствами, чем старые масла. Это означает, что мелкие частицы, которые ранее присутствовали в контуре в растворенном виде, теперь не будут растворяться. С другой стороны, различные загрязнения стенок (нагар, окалина), будут интенсивнее смываться и масло будет загрязняться и чернеть гораздо быстрее, чем раньше, если внутренняя поверхность стенок контура не была предварительно доведена до безупречного состояния.

Поэтому качество сборочных работ, особенно при монтаже установки, должно быть безупречным, а сами работы должны проводиться только в среде нейтрального газа (сухой азот) во избежание образования окислов. Используемые фильтры должны быть как можно тоньше (чтобы улавливать загрязнения), причем настоятельно рекомендуется установка фильтра на всасывающей магистрали.
► М АТЕРИ А Л Ы. Используемый компрессор должен быть предназначен для работы на HFC (главным образом, когда речь идет о компрессоре с встроенным двигателем). Более того, отдельные узлы также должны быть специально разработаны для использования совместно с HFC. Рассмотрим, для чего это необходимо:
По возможности, следует избегать резьбовых соединений, так как молекулы HFC имеют гораздо меньшие размеры, чем молекулы традиционных хладагентов. В результате, установка, герметичная при работе на CFC (R12, R502…), вполне может оказаться “дырявой” для HFC. По этой причине, сальниковые компрессоры не рекомендуются для работы с HFC.

                           
По этой же причине, предпочтительнее использовать паяные соединения, причем пайку желательно выполнять припоем с повышенным содержанием серебра, так как такие соединения гораздо менее пористые. Если вы все-таки используете резьбовые ниппельные соединения, развальцовка трубок должна выполняться особенно тщательно, а развальцованные концы должны быть в превосходном состоянии (см. рис 58.5). Точно также, гибкие шланги или трубки, когда они используются, должны быть специально разработаны для HFC (повышенной герметичности, химически совместимые).
ТРВ должен быть предназначен для конкретного типа HFC (например, если используемый хладагент R134a, ТРВ должен быть предназначен именно для R134a). Другие принципы подбора, монтажа и настройки ТРВ такие же, как для обычных хладагентов.
Фильтр-осушитель должен быть специальной модели HFC с гораздо более мелкими ячейками, чтобы подходить по размеру к новым молекулам. Заметим, что из-за повышенной гигроскопичности эфирных масел, эти фильтры-осушители зачастую имеют повышенную (примерно на 20% по отношению к обычным хладагентам) поглощающую способность и, желательно, чтобы они выполняли еще функцию антикислотных фильтров (напоминаем, что смесь эфир + HFC + вода, к сожалению, имеет склонность образовывать фторводородную кислоту, еще более разрушительную, чем соляная кислота!).
Смотровое стекло должно быть предназначено для работы в качестве индикатора влажности специально для HFC, то есть быть гораздо более чувствительным. Индикатор этого нового типа смотровых стекол меняет цвет в присутствии гораздо меньшего содержания влаги, что позволяет обнаружить отклонения гораздо раньше (и, следовательно, быстрее принять меры). Если индикатор поменял окраску, нужно проверить кислотность масла, при необходимости, заменить масло и обязательно поменять фильтр-осушитель на антикислотную модель.
Теплообменники (испарители, конденсаторы…), используемые с обычными хладагентами, как правило, совместимы с HFC. Поправочный коэффициент мощности (даваемый изготовителем) применяется при их подборе в зависимости от используемого хладагента.
Различные узлы (регулирующие вентили, ручные вентили, электромагнитные клапаны, маслоотделители…) одинаковы, но подбирать их нужно с учетом поправочного коэффициента, зависящего от типа хладагента (тем не менее, нужно быть внимательным, так как изготовленные из некоторых, ранее применявшихся материалов уплотнительные прокладки, могут оказаться менее надежными при работе в среде HFC). Жидкостные ресиверы для HFC обычно одинаковы с ресиверами, используемыми для других хладагентов.
 Поскольку R410A имеет очень высокие значения рабочих давлений, его применение требует использования специальной арматуры (см. раздел 102.3).

ОБЯЗАТЕЛЬНЫЕ ПРАВИЛА

Конструкция холодильных контуров должна отвечать понятию замкнутости. Дополнительно к полной герметичности при работе, последующие операции по их техническому обслуживанию необходимо осуществлять с минимальной потерей хладагента. В конструкции установки обязательно должна предусматриваться возможность полного извлечения из нее хладагента (см. раздел 57 Проблемы слива и повторного использования хладагентов “).
Расположение трубопроводов и реализуемые в них минимальные скорости потока хладагента должны обеспечивать нормальную циркуляцию масла (см. раздел 37 “Проблема возврата масла “).
В настоящее время для подбора трубопроводов под новые хладагенты имеются расчетные номограммы.
Проблемы перетекания существовали и для обычных хладагентов (см. раздел 28. “Проблемы перетекания жидкого хладагента “). Поскольку хладагенты категории HFC имеют склонность к еще более сильному перетеканию, при их применении рекомендуется обязательно обеспечивать электроподогрев картера во время остановок и останавливать компрессор с предварительным вакуумированием (см. раздел 29. “Остановка холодильных компрессоров”). Если компрессор оснащен масляным насосом, рекомендуется устанавливать реле контроля давления масла.
Поиск утечек нельзя осуществлять с помощью галогенной лампы, так как HFC не содержат хлора (см. раздел 15. “Поискутечек хладагента”).
Инструмент должен быть приспособлен к новым хладагентам (которые не допускают присутствия минеральных масел и хлора). В частности, необходимо иметь в наличии набор манометров со шлангами, предназначенными исключительно для использования в установках, заправленных HFC.
Вследствие высокой гигроскопичности эфирных масел, операции вакуумирования необходимо выполнять особенно тщательно. Поэтому, рекомендуется использовать двухступенчатые вакуумные насосы. Напоминаем, что продолжительность вакуумирования может быть сокращена вдвое только за счет использования коротких шлангов диаметром 3/8″ (вместо длинных шлангов 1/4″).
Эфирные масла более чувствительны к загрязнениям, чем обычные масла. Поскольку срок службы компрессора напрямую зависит от качества его смазки, анализ масла является эффективным средством оценки состояния установки (также, как анализ крови свидетельствует о состоянии здоровья человека). Раннее обнаружение отклонений позволит своевременно предпринять необходимые меры, прежде чем станет слишком поздно.

Для этого достаточно прямо в месте нахождения установки просто проконтролировать смотровое стекло-индикатор влажности (специально предназначенное для HFC), оценить цвет и запах масла и провести профилактическую проверку его кислотности (внимание: некоторые эфирные масла с большим количеством присадок могут при проверке менять окраску даже в отсутствии кислот).
Для ответственных установок, или в случае сомнений, может потребоваться полный лабораторный анализ (например, с помощью детектора рН системы DEHON). Такой анализ, проводимый регулярно, позволяет отслеживать изменения основных характеристик масла (вязкость, кислотность, содержание воды, очень точно определять содержание металлических частиц, диэлектрическую прочность…) во времени и, следовательно, очень быстро обнаруживать малейшие отклонения, делая соответствующие выводы о последствиях.
Промывку загрязненного контура, например, вследствие сгорания компрессора, нельзя делать с использованием CFC R11. Сейчас начинают появляться новые жидкости для промывки, которые не загрязняют контур, обеспечивают качественную промывку, но также имеют недостатки. В ожидании столь же эффективного, но менее дорогостоящего решения, в настоящее время для промывки контура часто рекомендуется относительно дорогой способ промывки эфирным маслом (или эфиром).
Требуется очень точное определение марки масла и хладагента, используемых в установке.
Даже неполное перечисление огромного количества хладагентов и их названий (FX10, R11, R12, R13, R13B1, AZ20, R22, R23, R32, МР39, DP40, FX40, AZ50, FX56, FX57, KLEA60, KLEA61, НР62, KLEA66, МР66, R69L, FX70, НР80, НР81, R113, R114, R115, R123, R124, R125, R134a, R141b, R142b, R143a, R152a, R218, FX220, R245a, R290, R402A, R403A, R403B, R404A, R407A, R407B, R407C, R409B, R410A, R410B, R500, R502, R503, R507, R600a, R717, AC9000…) уже утомляет, тогда как мы, к сожалению, не преувеличиваем!

►  ОСОБЕННОСТИ ХЛАДАГЕНТОВ HFC.   В настоящее время для R 134a, R404А, R407C, R410A и т. д. имеется полный набор оборудования
R134a является индивидуальным веществом (в отличие от R404A, R407C и R410A, которые представляют собой смесь индивидуальных веществ). Это означает, что заправку R134a можно производить как в жидкой фазе, так и в газовой (чего нельзя делать со смесями).
R134a предназначен для полной и окончательной замены R12. Его использование должно ограничиваться применением при температурах кипения выше -15…-20°С, так как при более низких температурах характеристики R134a заметно уступают характеристикаам R12. Несмотря на трудный старт (всегда нелегко менять свои привычки), R134a уже широко используется многими разработчиками и должен распространиться все больше и больше (по мере снижения его цены), особенно в крупносерийных и моноблочных агрегатах.
Заметим, что масса R134a, заправляемого в контур, как правило, на 10…20% ниже массы R12, из-за разницы удельной масы этих вешеств.
R404A представляет собой смесь трех соединений категории HFC (44% R125 + 52% R143a + 4% R134a) и предназначен для замены R502 в большинстве областей использования при средних и низких температурах с почти одинаковыми условиями функционирования.

В отличие от R502, который является так называемой азеотропной смесью (то есть при изменении агрегатного состояния ведет себя как индивидуальное вещество), R404A является псевдоазеотропной смесью. Это означает, что при постоянном давлении температура, при которой происходит изменение агрегатного состояния (кипения в испарителе и конденсации в конденсаторе) может изменяться в узком диапазоне.
Этот температурный гистерезис (глайд), называемый интервалом возгонки, “сдвигом”, или температурой скольжения, объясняется тем, что вначале к кипению стремится более летучий компонент (например, в смеси эфира и воды, эфир испаряется раньше, чем вода). Более интенсивное выкипание самого летучего компонента изменяет характеристики остающейся смеси (она обогащается менее летучими компонентами), при этом, одновременно, меняется соотношение между температурой и давлением насыщенного пара.
R404A имеет гистерезис менее 1 К, что может считаться пренебрежимо малой величиной (откуда и происходит его название псевдоазеотропной смеси). Однако, явление гистерезиса требует, чтобы заправка установки всегда производилась жидким R404A, а не газом, даже при дозаправке.
Действительно, заправка газом будет способствовать введению в контур самого летучего компонента, в ущерб остальным, что может заметно изменить характеристики установки.
Заметим, что наличие утечек из областей, где хладагент представляет собой гомогенную среду (переохлажденная жидкость или перегретый пар), не меняет состава смеси. Если утечка происходит из области, где хладагент находится в состоянии насыщенных паров (смесь жидкости и пара), скорость утечки каждого из компонентов почти одинакова для случая, когда мы имеем дело с азеотропной или псевдоазеотропной смесью. Для R404A эксперименты показали, что утечка такого рода относительно незаметно меняет состав остающейся смеси (к счастью!).
Отметим, что в одних и тех же условиях функционирования R502 и R404A имеют практически одинаковую удельную массу. Следовательно, расход через ТРВ будет одинаковым и заправка тоже. Наконец, при использовании R404A, рекомендуется устанавливать ТРВ с внешним уравниванием давления.
Поставщики хладагентов, как правило, с удовольствием сообщат вам все дополнительные сведения в зависимости от ваших потребностей (номограммы, диаграммы состояния, результаты сравнительных исследований, советы и рекомендации…). Так что не стесняйтесь пользоваться их консультациями.

Б) Проблемы, возникающие в существующих установках с исчезновением хладагентов CFC

Число установок, которые в настоящее время работают на хладагентах категории CFC (R12, R502…), довольно внушительно. Техническое обслуживание этих установок в скором времени обязательно потребует дозаправки. При этом, вам либо удастся раздобыть хладагент CFC (заплатив за него большие деньги), либо не удастся. И тогда нужно будет предусмотреть возможность замены CFC другим хладагентом.
Как мы только что увидели, использование хладагентов категории HFC (R134a, R404A, R407C, R410A…) во вновь создаваемых установках само по себе требует соблюдения многочисленных предосторожностей и порождает некоторые проблемы. То есть, замена CFC на HFC в существующей установке является очень сложной и дорогостоящей операцией, и предусматривать ее было бы нецелесообразно. В самом деле, нужно будет обязательно удалить из контура следы минерального масла (для чего потребуется одна или несколько очень тщательных промывок контура), установить комплектующие, предназначенные для работы на HFC (ТРВ, фильтр-осушитель, смотровое стекло…), а иногда даже поменять компрессор.

Чтобы обойти эти сложности, в настоящее время разработано множество так называемых переходных хладагентов. Каждый из них имеет свои особенности и предназначен для замены существующих CFC. Однако напоминаем, что все переходные хладагенты являются смесями на основе хладагента категории HCFC R22. То есть их продолжительность жизни такая же, как и у R22 (снижение производства, начиная с 2000-го года, и полное прекращение производства к 2015-му году*).
Следовательно, их использование должно быть ограничено существующими установками, работающими на CFC, с целью максимального продления срока их службы с минимальными затратами до тех пор, пока их общее состояние (или объем работ, необходимых для их поддержания в рабочем состоянии) будут оправдывать затраты на покупку и монтаж новой установки, работающей на хладагентах категории HFC.
► Использование смесей HCFC. Для продления жизни существующих установок, использующих CFC, мыслится полностью отказаться от CFC и заменить их смесями HCFC, обеспечивающими с максимально возможной точностью те же выходные и внутренние параметры установок, что и CFC, и, следовательно, требующими минимального объема доработок установок.
Преимущества смесей HCFC Дополнительно к минимальным потребностям в доработке существующих установок, основное преимущество смесей HCFC заключается в том, что они совместимы с маслами, традиционно используемыми с CFC Это свойство чрезвычайно упрощает процедуру замены, потому что часто можно использовать одно и то же масло. В крайнем случае, нужно будет слить старое масло и заменить его тем же количеством алкилбензольного масла или смесью минерального и алкилбензольного масел, рекомендуемыми производителем компрессора, при этом никакой промывки контура не потребуется.


Недостатки смесей HCFC. Эти смеси имеют температурный гистерезис (температуру скольжения) при изменении агрегатного состояния (известное понятие интервала возгонки, применительно к R404A, раскрыто нами выше). Однако, для HCFC, этот гистерезис вовсе не является пренебрежимо малым, поскольку, для некоторых переходных смесей, заменяющих R12, он может превышать 8 К (для смесей, заменяющих R502, он, как правило, менее 2 К)

Поэтому, заправка или дозаправка установок хладагентами HCFC должна обязательно проводится только в жидкой фазе (см. рис. 58.7).

При работе с такими смесями холодильщик не сможет определять температуру хладагента в испарителе или конденсаторе по показаниям манометра (как он мог это делать при работе с R12, R22 и R502) по причине неоднозначности соотношения “давление-температура” из-за известного температурного гистерезиса.
* В России производство хладагентов категории CFC (ХФУ) прекращено с 20 декабря 2000 г. (Постановление Правительства РФ от 19.12.2000 г. № 1000) (прим. ред.).

Следовательно, нужно иметь в распоряжении таблицы производителя (или специальную линейку с номограммами, что более удобно для монтажной площадки), дающие различные зависимости между давлением и температутой для используемой смеси.
Однако при данном давлении, из-за температурного гистерезиса, таблицы (или линейка) дают две разных температуры: точку росы вр и температуру вскипания Bg.
Точка росы указывает температуру паров в конце кипения или в начале конденсации (100% паров без всякого перегрева). И наоборот, точка вскипания представляет собой температуру жидкости в начале кипения или в конце конденсации (100% жидкости без всякого переохлаждения).
Чтобы не сбивать ремонтника с толку этой немного специфичной терминологией, сравним работу установки на R12 (гитерезис равен 0 К) с работой на смеси HCFC, которую мы будем называть “X” и гистерезис которой равен, например, 7 К (для максимального упрощения, будем считать потери давления в испарителе равными нулю). Данные по R12 и смеси HCFC “X” приведены в табл. 58.1.


При давлении на выходе из испарителя (манометр НД) 1,5 бар (т.е. 2,5 бар абс), температура кипения R12 равна -6°С. Это означает, что парожидкостная смесь в испарителе, в течение всего процесса кипения жидкости, остается при температуре -6°С.
Однако, в случае смеси HCFC “X” при том же давлении на выходе из испарителя, на входе в него (в начале испарителя) жидкость имеет температуру около -11°С (©вскипания)) постепенно повышаясь, по мере выкипания и продвижения в испарителе, чтобы в конце него достичь температуры -4°С (6росы), когда выкипит последняя капля жидкости.
После этого, в обоих случаях, температура паров на выходе из испарителя повышается в результате одного и того же перегрева (здесь 6 К), достигаемого в месте крепления термобаллона ТРВ.
Рассмотрим теперь, что происходит в конденсаторе (см. табл. 58.2 и рис. 58.9). При давлении на входе в конденсатор 10 бар (т.е. 11 бар абс), показываемом манометром ВД, температура конденсации R12 равна 45°С. Это означает, что парожид-костная смесь R12 остается при тем пературе 45°С в течение всего процесса конденсации. Однако, в случае
смеси HCFC “X” при том же давлении, температура парожидкостнои смеси в начале конденсатора составляет 50°С (Эросы), а далее, по мере продвижения по конденсатору и продолжения конденсации, постепенно падает, достигая 43°С (Эвскип) при конденсации последней молекулы пара. После этого, в обоих случаях, сконденсировавшаяся жидкость переохлаждается на одну и ту же величину (здесь 5 К) до тех пор, пока не дойдет до выхода из конденсатора.
Как пользоваться специальной линейкой с нанесенными на нее номограммами “давление-температура”, проградуированной в единицах избыточного давления.

Запомните, что в случае хладагента с большим гистерезисам, перегрев паров нужно оценивать по отношению к точке росы (пар), а переохлаждение жидкости — по отношению к точке вскипания (жидкость).
При работе с хладагентом “X”, неопытный ремонтник может посчитать, что перегрев повышен, так как составляет 2 — (-11) = 13 К вместо 6 К, или переохлаждение повышено, так как составляет 50 — 38 = 12 К вместо 5 К и на основе необычных данных строить предположения о неисправностях.
Однако, он может также посчитать, что перегрев завышен, в то время как компрессор “глотает” жидкость, или что переохлаждение нормальное, тогда как оно равно нулю. Так что будьте особенно внимательны при работе с этими жидкостями и рассчитывайте на приобретение опыта их эксплуатации!

ПРИМЕЧАНИЕ. На практике, на выходе из ТРВ уже имеется парожидкостная смесь (порядка 80% жидкости + 20% пара для большинства установок). Это означает, что реально температура вскипания достигается внутри ТРВ. Следовательно, температура на входе в испаритель выше, чем температура вскипания, что приводит к снижению действительного гистерезиса (см. рис. 58.11).

Более того, потери давления в испарителе снижают давление хладагента на выходе из испарителя, а следовательно, уменьшается и его температура (действительная точка
росы ниже, чем теоретическая), что также приводит к уменьшению действительного гистерезиса. Такое двойное уменьшение приводит к тому, что хладагенты с небольшим гистерезисом можно считать квазиазеотропными (например, переходные смеси для замены R502). Однако, переходные смеси для замены R12 обладают гораздо более значительным гистерезисом (до 8 К), пренебрегать которым невозможно.

В) Процедура переоборудования установок под смеси HCFC

Прежде, чем предусматривать переоборудование установки, необходимо предварительно очень серьезно изучить финансовые и технические возможности такого переоборудования. Например, в каком состоянии находится установка? Сколько времени она эксплуатируется? Нормально ли она работает? Какие хладагенты могут быть использованы с установленным компрессором? Какой переходный хладагент HCFC выбрать? Какова величина заправки CFC в установку? Какой предстоит объем работ? Какие дополнительные затраты потребуются для переоборудования установки непосредственно под R22 или под хладагенты HFC (R134a, R404A, R407C…)?
Когда решение о переоборудовании установки принято и выбран переходный хладагент HCFC, необходимо будет следовать процедуре, предписанной изготовителем компрессора (из-за проблем смазки, которые сами по себе могут перевесить все остальные проблемы) и производителем нового хладагента (который в совершенстве знает свою продукцию).
Для сведения, мы приводим наиболее общую последовательность действий при переоборудовании установки (она может претерпевать изменения в зависимости от типа первоначально заправленного хладагента CFC и выбранного для замены хладагента HCFC).
1) Нужно составить перечень значений рабочих параметров установки при работе на существующем хладагенте CFC (как минимум: давление, температуры, перегрев, переохлаждение температурные напоры испарителя и конденсатора, потребляемый ток). В случае обнаружения отклонений, их причину необходимо обязательно устранить до начала переоборудования, поскольку чудес, как правило, не бывает, и при переходе на новый хладагент они не исчезнут.

Очень важно добиться, чтобы установка была абсолютно герметичной (контур, который каждую неделю нужно дозаправлять, должен быть отремонтирован). Индикатор влажности внутри смотрового стекла должен показывать, что контур сухой, а контроль кислотности масла компрессора должен свидетельствовать об отсутствии кислот (настоятельно рекомендуется провести полный анализ компрессорного масла).
2) После закрытия вентиля выхода жидкости из ресивера и перекачки всего хладагента в жидкостной ресивер, нужно будет слить CFC для экономии времени, желательно, в жидкой фазе (см. раздел 57. “Проблемы слива и повторного использования хладагента”). После откачки из установки остатков хладагента, находящихся в контуре в газовой фазе, нужно будет взвесить весь слитый хладагент (результаты взвешивания понадобятся нам при выполнении операций, изложенных в пункте 4). Наконец, можно слить масло, соблюдая правила обращения с обычными маслами.
3) Залить свежее масло в компрессор (в соответствии с инструкциями разработчика компрессора) в том же количестве, которое было слито при выполнении операций, перечисленных в пункте 2. Также нужно будет поменять фильтр-осушитель (кроме того, рекомендуется установить фильтр на всасывающей магистрали компрессора), а затем очень тщательно отвакуумировать контур, чтобы как можно лучше удалить из него любые следы CFC (заменяющий хладагент уже является смесью, так не будем добавлять в него еще и CFC!).
4) После этого можно начинать заправку находящейся под вакуумом установки смесью HCFC, обязательно в жидкой фазе. В зависимости от хладагента, нужно будет залить в контур, желательно, через жидкостную магистраль, порядка 70. ..80% массы от слитого ранее (см. пункт 2) хладагента CFC, а затем запустить компрессор.

ЗАМЕТЬТЕ, ЧТО ТРВ НЕ МЕНЯЕТСЯ, НЕСМОТРЯ НА ЗАМЕНУ ХЛАДАГЕНТА.

Так, ТРВ для R12 может быть использован в установке, заправленной ГХ56. Точно также, ТРВ для R502 может работать в установке, заправленной FX10 или НР80.
Это вполне нормально, потому что термодинамические характеристики переходных хладагентов очень близки к характеристикам CFC, и таким образом, специальный ТРВ не требуется*. Во время периода выхода установки на номинальный режим, необходимо особенно внимательно наблюдать за значением перегрева с тем, чтобы поддерживать его в приемлемых пределах (в частности, обращать внимание на недопущение гидроударов!).
ПРИМЕЧАНИЕ. Будьте осторожны! Может случиться так, что ТРВ для R12 окажется в составе установки, работающей на R134a или ТРВ для R502 будет установлен в контуре, заправленном R404A. Если это произойдет, автор желает вам (также, как и установке), чтобы природа хладагента была установлена как можно скорее!
В зависимости от используемого переходного хладагента (и его температурного гистерезиса), может потребоваться настройка перегрева, а иногда и смена сопла ТРВ (поставщик хладагента даст вам все нужные сведения). Наконец, если потребуется дозаправить установку, делать это нужно всегда только в жидкой фазе.
ОЧЕНЬ ВАЖНО. Хладагент НР80 (производство Du Pont) содержит 38% R22, 60% R125 и 2% R290 (пропан). Хладагент FX10 (производство Atofina) содержит 45% R22 и 55% R143a. Хотя их химический состав существенно отличается, каждый из этих двух хладагентов является переходной смесью для замены R502. Нетрудно догадаться, что ни в коем случае нельзя смешивать между собой НР80 и FX10!
* Не все специалисты согласны с этим мнением. Например, Danfoss производит специальные ТРВ для смесей HCFC, предназначенные для каждого конкретного вида хладагента, (прим. ред.).

ВНИМАНИЕ! РАЗЛИЧНЫЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ХЛАДАГЕНТЫ ЯВЛЯЮТСЯ СМЕСЯМИ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ. КАЖДЫЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬ ИСПОЛЬЗУЕТ РАЗНЫЕ ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА В РАЗЛИЧНЫХ ПРОПОРЦИЯХ. ПОЭТОМУ НИКОГДА НЕЛЬЗЯ СМЕШИВАТЬ ЭТИ ХЛАДАГЕНТЫ МЕЖДУ СОБОЙ.

5) В конце процедуры переоборудовния следует проверить настройку задающей аппаратуры (термостатов, реле и предохранительных устройств, осуществить поиск возможных утечек и обязательно промаркировать установку (указав тип хладагента и марку масла).
В зависимости от норм и правил, действующих в различных странах, нужно будет заполнить соответствующую документацию, в которой указать все выполненные операции и привести дополнительные сведения об установке согласно этим правилам.
Перечень значений основных рабочих параметров после переоборудования позволит вам выполнить объективное сравнение полученных результатов. Как правило, рекомендуется также осуществить профилактический контроль характеристик масла с целью предупреждения последующих отклонений.

Простой термостат на одной микросхеме. Схема и описание

Предназначение различных электронных термостатов, да и механических тоже, удерживать необходимый температурный показатель в определенном диапазоне. Разница между температурой, при которой термостат включает нагрузку и температурой, при которой он снова выключает ее, называется гистерезисом. Без этого гистерезиса термостат практически каждую секунду включал бы и выключал нагрузку.

Ниже приведена схема простого термостата на одной интегральной микросхеме.  Он включает реле при снижении температуры и выключает его при повышении заданного порога. Если необходимо инвертировать работу реле, то нужно заменить p-n-p транзистор (BC557) на n-p-n тип (BC547). Для снижения энергопотребления, желательно выбрать такой режим работы, при котором реле большую часть времени будет обесточено.

Определение диапазона рабочих температур термостата

Есть много факторов, от которых зависит точность работа термостата. В основном это инертность самого нагревателя. Например, при достижении фактической температуры верхнего порога выставленного в термостате, реле обесточит нагреватель. Но все же он еще будет какое-то время отдавать тепло, тем самым еще немного поднимая температуру.

Так же обстоит дело и с нагревом, то есть при включении реле, нагреватель не сможет сразу начать отдавать тепло, для этого потребуется некоторое время, при котором фактическая температура будет продолжать опускаться. Другими словами — система, которую вы пытаетесь контролировать — может иметь свой определенный гистерезис.

Магнитный держатель печатной платы

Прочная металлическая основа с порошковым покрытием, четыре гибкие руч…

Температура, при которой реле термостата включается — управляется уровнем напряжения, поступающим на контакты 5 и 6, а температура, при котором реле выключается — управляется напряжением, идущим на контакты 1 и 2. Разница между двумя уровнями температуры (гистерезис) — контролируется величиной сопротивления резистора R3. В качестве температурного датчика R4 применен термистор (терморезистор с отрицательным ТКС). Питание термостата осуществляется от самодельного блока питания.

В нашем случае, при тех значениях, которые указаны на схеме — температура, при которой реле включится, может быть в диапазоне от 22 гр.С до 29 гр.С, и с гистерезисом около 4 гр.С. Из-за возможных отклонений в заводских параметрах резисторов, результат возможен немного иной. Но за счет подбора значений R1, R2 и R3 – можно подобрать необходимый температурный диапазон и значение гистерезиса.

Сопротивлением переменного резистора R1 (желательно многооборотный) задается температурный диапазон. Чем выше значение R1, тем шире диапазон. Однако если вы сделаете диапазон регулировки слишком широким, то установить точную температуру станет труднее.

Значение R2 позволяет установить температурный порог работы термостата. Уменьшение значения R2 обеспечивает более высокую температуру, увеличение более низкую. Необходимо подобрать R2, которое будет близко к целевой температуре, а затем подстроить более точно переменным резистором R1. Необходимое сопротивление можно легко подобрать зная цветовую маркировку постоянных резисторов

Резистором R3 выставляется значение гистерезиса в работе термостата. При увеличении/уменьшении сопротивления R3 соответственно увеличивается/уменьшается гистерезис.

www.zen22142.zen.co.uk

Уменьшение смещения нуля МЭМС-датчиков при температурном гистерезисе | Крылов

Введение

Одной из проблем летательных аппаратов является стойкость аппаратуры к резкому изменению температуры, обусловленному сменой времени суток и высоты. Эта проблема особенно характерна для МЭМС-датчиков в составе навигационных систем. Известно, что калибровочные алгоритмы и данные, пригодные для маломеняющихся внешних воздействий, не подходят для условий экстремальной смены температур [1]. Однако такой процесс может быть смоделирован в лабораторных условиях, смоделирован и учтен при калибровке [2].

Во многих работах исследована зависимость погрешностей МЭМС-датчиков, таких как дрейф нуля и нестабильность масштабного коэффициента от температуры. Например, в работе [3] исследовалось изменение положения точек кремниевой структуры чувствительного элемента, при этом обнаружена разница в этом изменении при нагревании и охлаждении, составляющая порядка 100 нм (рис. 1).

 

 

Это свидетельствует о различной температурной деформации кремниевых составляющих, зависимой от разной температурной динамики. Изменение размеров чувствительных масс приводит к изменению собственных частот их колебаний и, как следствие, к несколько изменяющимся точностным характеристикам. Также стоит отметить, что капсула МЭМС нагревается и остывает неоднородно, в качестве примера на рисунке 2 изображено охлаждение капсулы МЭМС в месте ее установки [4]. Это вносит дополнительную зависимость от температурной динамики.

 

Рис. 2. Неоднородность температурной динамики МЭМС-капсулы

 

Однако указанные особенности могут быть учтены даже при работе с МЭМСдатчиком как конечным продуктом, то есть не касаясь его внутренней конструкции и настройки. Так, в работе [5] рассматривалась динамическая коррекция дрейфа при разной температуре, вызванной внутренним нагревом электронных элементов. Однако эта работа хотя и разделяет начальное смещение и дрейф (изменение смещения в процессе работы датчика), но рассматривает только динамику второго параметра, а также не рассматривает явление гистерезиса, то есть заранее неопределенного изменения внешних воздействий. Работа [2] учитывает внутренний нагрев датчика, изменчивость дрейфа от времени при разнонаправленном гистерезисе, а также величину изменения температуры. В [6] предложена линейная интерполяция гистерезисного дрейфа, а в [7][8] предложен механизм нейронных сетей для оценки поведения дрейфа в ходе термоциклирования. Тем не менее ни в одной работе не представлен универсальный алгоритм, учитывающий динамику во всех возможных температурных условиях.

Постановка задачи

В целом смещение нуля в плане статистической разнородности и зависимости от условий можно разложить на составляющие по следующей модели (пример для гироскопов, для акселерометров модель аналогична):

Δωсм = ΔωТ.сист + Δωхр + Δωt+ Δωнестаб, (1)

где ΔωТ.сист – систематическая составляющая смещения нуля, зависимая от температуры; Δωхр – изменяющаяся от времени хранения систематическая составляющая смещения нуля; Δωt – систематическая составляющая смещения нуля, зависимая от времени с момента включения при неизменных внешних условиях; Δωнестаб – нестабильность смещения нуля от включения к включению.

Задача этой работы – исследование составляющей ΔωТ.сист, особенностей ее изменчивости и применения. При этом считаем на момент калибровки Δωхр = 0, а Δωнестаб – случайным процессом с нулевым средним, достижимым при достаточном количестве измерений.

В связи с указанными особенностями зависимости смещения МЭМС-датчиков не только от текущей температуры составляющих элементов, но и от истории ее изменения, необходимо предложить технологический подход по определению параметров составляющей ΔωТ.сист смещения нуля при различных температурных динамиках, идентификации этих динамик и способах учета этих параметров при калибровке датчиков в составе гироинерциального блока.

Исследуемый ГИБ и его свойства

Калибровка МЭМС-датчиков проводится в составе гироинерциального блока (ГИБа, рис. 3), который может выдавать как прямые измерения гироскопов и акселерометров, так и навигационные параметры, такие как углы ориентации, линейные скорости и координаты относительно сторон света. ГИБ содержит микроконтроллер, обеспечивающий снятие измерительной информации с датчиков, применение калибровочных алгоритмов и данных, а также выдачу конечных параметров в требуемом виде. Рабочий диапазон гироскопов – ±500°/c, акселерометров – ±100 g, частота выдачи информации – 1000 Гц.

 

Рис. 3. МЭМС-датчики в составе ГИБа

 

Основная часть

Помимо разделения по формуле 1 в смещения нуля можно выделить начальное смещение и дрейф нуля, это разделение составляющих смещения нуля обусловлено физическими причинами. Основная причина изменчивости начального смещения – нестабильность электронных преобразователей сигнала и погрешность АЦП в составе МЭМС-датчика, а изменчивости дрейфа – нестабильность температурных градиентов [9] внутри капсулы МЭМС. Оба параметра могут быть независимо описаны по формуле 1 (для начального смещения без учета Δωt = 0), при этом с несколько отличными характеристиками. Так, оба параметра имеют нестабильность, связанную с продолжительным хранением [10], при этом нестабильность начального смещения нуля значительно выше. На рисунке 4а изображены разбросы начальных смещений МЭМС-гироскопов, на рисунке 4б – аналогичные разбросы дрейфов МЭМС-гироскопов (дрейф считается с учетом вычтенного начального смещения нуля). Видно, что разброс начального смещения для гироскопов приблизительно такой же, как разброс дрейфов с учетом вычтенного начального смещения. То есть смещение первых две секунд вносит такой же вклад в суммарную погрешность, как и смещение последующих 40–60 секунд без учета первых двух. Подобная картина справедлива для большинства МЭМС-датчиков разных производителей, как отечественных, так и зарубежных.

 

Рис. 4. Разбросы: а – начальных смещений, б – дрейфов с вычтенными начальными смещениями

 

Для постоянных температур проблема получения систематических калибровочных коэффициентов решается путем многократного повторения измерения дрейфа в одинаковых независимых условиях и последующего осреднения значений. При измерении смещения нуля в условиях гистерезиса достижение подобных условий невозможно по причине неодинаковости температурной динамики, обеспечиваемой термокамерой, а также несовпадения температуры, задаваемой термокамерой, и фактической температуры на датчике (причиной чего является инертность теплоты воздуха около датчиков в составе ГИБа, а также внутренний нагрев датчиков в процессе работы).

С целью решения проблемы зависимого от гистерезиса смещения нуля была создана методика, отделяющая естественный нагрев и вызванный им дрейф от внешнего нагрева и дрейфа гистерезиса, а также учитывающая различные начальные смещения нуля. Экспериментальным образом были приблизительно определены временные интервалы, соответствующие каждой температурной точке от 20 до 60 градусов с шагом 2 градуса при росте и падении температуры. При повторениях эксперимента значения измеренных термодатчиком температур на одной точке имеют СКО примерно в пределах 0,5 °C. Разброс смещений и дрейфов в условиях изменяющейся внешней среды несколько больше, чем при неизменных внешних условиях.

Явление гистерезиса проявляется при резком (не менее 2 градусов в минуту) изменении внешней по отношению к датчику окружающей среды. Фактически измеряемая термодатчиком температура при включении на охлаждении и нагревании, как и при неизменности среды, будет одинаковой, однако по ходу измерения температурная динамика будет разной. На рисунке 5 изображена динамика изменения смещения нуля при резком нагревании и охлаждении.

 

 

По рисунку видно, что изменяется от температурной динамики не только дрейф, но и начальное смещение, ему соответствует левый конец красной линии и правый конец синей линии на двух рисунках (после достижения +65 °С питание было подано заново). Это значит, что начальное смещение не может быть предсказано непосредственно при включении, необходима минимально достоверная информация по разности температур в момент измерения относительно температуры включения (опытным путем установлено необходимое время не менее 5 секунд). Это достаточное время для достоверной оценки изменения показаний термодатчика, по которому можно будет идентифицировать характер внешней температуры и выбрать соответствующий режим работы: постоянные условия, нагревание или охлаждение. Только после этого могут быть уточнены адекватные текущей динамике коэффициенты, при этом за первые минимум 5 секунд может накопиться ошибка, критичная для задач навигации, особенно с учетом большого веса начального смещения в общей погрешности.

Для ГИБ с выходами, содержащими прямую измерительную информацию с гироскопов и акселерометров, смещение может быть оценено при измерении в неподвижном положении по формулам с линейной зависимостью от времени:

ΔωТ.систГ = drg×t + ω0, (2)

ΔωТ.систА = drg×t + n0, (3)

где ω0 и n0 – начальное смещение нуля гироскопа и акселерометра соответственно; dr – зависимый от времени коэффициент изменения дрейфа (для случая с несколькими временными точками для каждого интервала рассчитывается соответствующий коэффициент), t – время от включения.

То есть формулы 2 и 3 предлагают определение коэффициентов ΔωТ.сист отдельно как для начального смещения, так и для дрейфа нуля. При этом необходимо заранее измерить и учесть составляющую Δωt , что обеспечит наблюдаемость ΔωТ.сист.

Для ГИБ с выходами, содержащими навигационную информацию, смещение в неподвижном положении определяется по упрощенной матрице [11], формула 4 – пример для северного канала:

где x1 – ошибка координаты, x2 – ошибка линейной скорости, x3 – ошибка угла ориентации, x4 = υωГ – смещение нуля гироскопа, x5 = υnA – смещение нуля акселерометра, ωш – частота шулера, g – ускорение свободного падения, δωГ – шум гироскопа, δnA – шум акселерометра.

В случае если вычислительные мощности позволяют определять калибровочные коэффициенты в процессе измерений, а не в ходе постобработки, может быть применен фильтр Калмана [12]. Пример определения трех коэффициентов дрейфа в реальном времени при помощи фильтра Калмана показан на рисунке 6.

 

 

Для учета разброса значений начального смещения нуля и дрейфа от включения к включению по формуле доверительного интервала было определено количество повторений (15) для нахождения систематической составляющей дрейфа нуля с доверительной вероятностью 99 %. В случае с 15 повторениями дрейф, температурные значения и корреляционные коэффициенты связываются следующей системой уравнений:

dr = T × drt, (5)

где drt – набор коэффициентов зависимости дрейфа датчика от температуры; T – набор разностей температур, измеренных термодатчиком в момент измерения и при включении.

Задача представляет собой простейшую линейную регрессию, искомый параметр которой определяется методом наименьших квадратов [13]:

drt = (TT × T)–1 × TT × dr. (6)

Аналогичную формулу следует использовать применительно и к начальному смещению нуля. Подобный подход с нахождением коэффициентов drt необходимо применить для случаев с постоянной температурой, нагреванием и охлаждением, так как, исходя из данных рисунка 5, эти коэффициенты будут отличаться.

Применение данного подхода к компенсации смещения при температурном гистерезисе в ходе работы датчика осложнено тем обстоятельством, что до момента точного определения коэффициента проходит ненулевое время (в качестве примера возьмем временную точку на 10-й секунде). Так как коэффициент начального смещения нуля и первые коэффициенты дрейфа, определенные для текущей динамики на 10-й секунде, могут отличаться от коэффициентов, использованных до 10-й секунды, за счет предварительных оценочных данных, то при использовании навигационных параметров следует ввести поправку с учетом разности предварительных и итоговых корреляционных коэффициентов. В зависимости от объема памяти и мощности вычислительных средств можно использовать следующие способы.

  1. При наличии памяти и вычислительных ресурсов все измеренные данные могут быть сохранены в памяти, вычисления по общей формуле перехода от измерений датчиков первичной информации к навигационным параметрам произведены заново. При этом при значительной разности изначального и оцениваемого параметра в точке достижения требуемой точности может произойти резкий скачок в значениях навигационных параметров по сравнению с предыдущим значением. Это может иметь негативные последствия для управляющей системы, поэтому такой способ нежелателен.
  2. При отсутствии достаточного количества памяти способ 1 может быть упрощен благодаря замене массива измеренных данных несколькими усредненными значениями. Это даст более грубую конечную ошибку навигационных параметров и не решает проблему скачка параметров.
  3. При отсутствии значительных вычислительных ресурсов можно воспользоваться упрощенной оценочной формулой погрешности координат для инерциальных навигационных систем [14]:

где δx – ошибка координаты, R – радиус Земли, φ – угол крена, t – время оценки ошибки, ∂Vx – производная (изменение) восточного канала угловой скорости, drω – оцененное значение дрейфа, drω0 – начальное смещение нуля, ω0 – частота Шулера, dra – дрейф акселерометра (при его наличии), β – угол тангажа.

Подобную формулу можно применять для каждого измерения и переоцененного значения дрейфа drω, а также переоцененного drω0. Такие формулы не учитывают перекрестные связи, имеющие незначительную составляющую, тем самым сводя вычисления от матричных уравнений к линейной формуле, но могут иметь значительную ошибку на большом временном интервале.

Результаты применения предложенного алгоритма

Предложенный способ компенсации смещения нуля МЭМС-датчиков был реализован алгоритмически в прошивке гироинерциального блока. Применение этого алгоритма оценивалось через две недели после калибровки для неподвижного положения при выходной информации с прямыми измерениями угловой скорости и линейного ускорения. Данный эксперимент проводили при достижении температуры +40 °C в трех режимах: постоянной выдержанной температуре, нагревании от +20 до +60 °C и охлаждении от +60 до +20 °C (прибор при этом включался при достижении внутренним термодатчиком температуры около +40 °C). Подобное испытание повторялось 15 раз, оценивались средние арифметические значения показаний гироскопов за 1 минуту работы, итоговым результатом считалось максимальное по модулю значение. Результаты эксперимента приведены в таблице 1.

 

Таблица 1

Значения смещения нуля на 60-й секунде при калибровке с обычным алгоритмом компенсации и модифицированным

По результатам видно, что даже после калибровки значения смещения при гистерезисе остались хуже, чем при постоянной температуре. Это свидетельствует о высокой изменчивости параметров, зависящих от температурной динамики. То есть составляющая нестабильности от включения к включению Δωнестаб в условиях гистерезиса выше, чем при постоянной температуре. При этом заметно, что некоторая постоянная составляющая присутствует во всех результатах, что объясняется изменением от времени хранения составляющей Δωхр. Однако значение этой составляющей оценивалось только для постоянных внешних условий, и ее изменение для условий температурного гистерезиса требует дополнительного исследования.

Для проверки способов применения предложенных алгоритмов к блоку с выходами инерциальной навигационной системы без коррекции было проведено полунатурное моделирование. Суть моделирования заключалась в применении модели датчиков с параметрами смещения нуля, близкими к рассмотренным, в качестве показаний датчиков первичной информации для смоделированной по традиционным алгоритмам ориентации и навигации инерциальной навигационной системы. Исследовался вариант неподвижного положения навигационной системы, оценивалось ее состояние на 10-й секунде работы, для которой был алгоритмически задан переход при первом и втором способе. Ошибки по координате до и после перехода, а также скачок параметров отображены в таблице 2.

 

Таблица 2

Ошибка отклонения по координате на 10-й секунде и оценка скачка этого параметра после пересчета коэффициентов

Очевидно, что способ 3 имеет достаточно значительную остаточную ошибку, однако имеет достоинство, связанное с отсутствием скачка. Данные результаты свидетельствуют о дополнительных сложностях при использовании навигационных систем на МЭМСдатчиках в резко изменяющихся внешних условиях, одним из решений данной проблемы может быть предсказание изменения температуры в зависимости от условий движения.

Выводы

В работе описано и исследовано явление гистерезиса в смещении нуля МЭМС-датчиков. Предложено разделение смещения нуля на составляющие, зависимые от разных условий, а также пояснен смысл разделения начального смещения и дрейфа нуля. Показана роль температурной составляющей в суммарной погрешности смещения нуля. Описан способ компенсации начального смещения и дрейфа нуля МЭМС-датчиков при температурном гистерезисе, который является обобщением традиционного способа калибровки смещения нуля при постоянной внешней температуре. Новизной работы является предложенный метод калибровки, который позволяет учитывать разное смещение нуля гироскопов и акселерометров при заранее неопределенной температурной динамике. Описаны три способа устранения погрешности изначально неопределенного дрейфа МЭМС-датчиков при применении их в составе инерциальной навигационной системы. Предложенный способ устранения температурной составляющей смещения нуля МЭМС-датчиков может быть полезен при их использовании в составе навигационной системы высокодинамичных летательных аппаратов.

1. Alper S.E., Akin T. A Single-Crystal Silicon Symmetrical and Decoupled MEMS Gyroscope on an Insulating Substrate. Journal of Microelectromechanical Systems. 2005. Vol. 14. No. 4. P. 707–717.

2. Gulmammadov F. Analysis, modeling and compensation of bias drift in MEMS inertial sensors. 2009 4th International Conference on Recent Advances in Space Technologies. P. 591–596.

3. Jin-Won Joo, Sung-Hoon Choa. Deformation Behaviour of MEMS Gyroscope Sensor Package Subjected to Temperature Change. IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies. 2007. Vol. 30. Issue 2. P. 346–354.

4. Tatar E., Guo C., Mukherjee T., Fedder G.K. Interaction Effects Of Temperature And Stress On Matched-Mode Gyroscope Frequencies. Transducers & Eurosensors XXVII: The 17th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (TRANSDUCERS & EUROSENSORS XXVII). 2013. P. 2527–2530.

5. Крылов А.А., Кузнецов П.С. Устранение смещения нуля МЭМС-гироскопов при различной температурной динамике // Вестник Концерна ВКО “Алмаз-Антей”. 2019. № 2. C. 34–39.

6. Aggarwal P., Syed Z., El-Sheimy N. Thermal Calibration of Low Cost MEMS Sensors for Land Vehicle Navigation. VTC Spring 2008 – IEEE Vehicular Technology Conference. P. 2859–2863.

7. Fontanella R., Accardo D., Schiano R., Moriello L., Angrisani L., De Simone D. MEMS gyros temperature calibration through artificial neural networks. 2018. Vol. 279. P. 553–565.

8. Fontanella R., Accardo D., Schiano R., Moriello L., Angrisani L., De Simone D. MEMS gyros temperature calibration through artificial neural networks. Sensors and Actuators A: Physical, 2018. Vol. 279. P. 553–565.

9. Nagel C., Ante F., Putnik M., Classen J., Mehner J. Characterization of temperature gradients on MEMS acceleration sensors. Procedia Engineering. 2016. No. 168. P. 888–891.

10. Prikhodko I.P., Nadig S., Gregory J.A., Clark W.A., Judy M.W. Half-A-Month Stable 0.2 Degree-Per-Hour Mode-Matched MEMS Gyroscope. 2017 IEEE International Symposium on Inertial Sensors and Systems (INERTIAL) P. 15–18.

11. Кузовков Н.Т., Салычев О.С. Инерциальная навигация и оптимальная фильтрация. М.: Машиностроение, 1982. С. 90–95.

12. Ориентация и навигация подвижных объектов / Под ред. Б.С. Алешина, К.К. Веремеенко, А.И. Черноморского. М.: Физматлит, 2006. С. 331–349.

13. Айвазян С.А., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика. Исследование зависимостей. М.: Финансы и статистика, 1985. С. 208–212.

14. Помыкаев И.И., Селезнев В. П., Дмитроченко Л.А. Навигационные приборы и системы. М.: Машиностроение, 1983. С. 45–60.


ПРОЯВЛЕНИЕ ГИСТЕРЕЗИСА В ТЕПЛОВЫХ СВОЙСТВАХ НАНОСИСТЕМ НА ПРИМЕРЕ ПЕРЕОХЛАЖДЕННЫХ КЛАСТЕРОВ ВОДЫ ВО ВЛАЖНЫХ G-СЕФАДЕКСАХ

46

БИОФИЗИКА том 65 № 1 2020

ГРУНИНА и др.

ры стеклования возрастающая подвижность по-

лисахаридных цепей обеспечивает достаточную и

для кристаллизации при охлаждении, и для до-

кристаллизации при нагревании подвижность

мелких водных кластеров, свободно перемещаю-

щихся между отдельными ячейками молекуляр-

ного сита.

Наиболее ярко процессы реорганизации кла-

стеров воды, первоначально закристаллизован-

ных при охлаждении, проявляются в сефадексе

G-25 в интервале их плавления. Их проявление

зависит от условий нагревания. Во-первых, при

уменьшении Vнагр наблюдается изменение ин-

тенсивностей компонент дублетной кривой плав-

ления. Во-вторых, при отжиге внутри интервала

плавления происходит укрупнение мелких кла-

стеров и, соответственно, согласно установлен-

ному размерному эффекту, увеличение теплоты

плавления. Следует отметить, что зафиксировать

эти изменения оказалось возможным, по-види-

мому, потому, что скорости рассматриваемых

процессов трансформации кластеров сопостави-

мы с величинами используемых в работе скоро-

стей нагревания.

Все эти процессы вместе и в отдельности сви-

детельствуют о неравновесности исходного набо-

ра закристаллизованных при охлаждении нано-

кластеров воды в сефадексе. Напомним, что

близкий по характеру процесс реорганизации на-

нокристаллитов, наблюдавшийся в синтетиче-

ских полимерах, также рассматривался как след-

ствие неравновесности исходных кристаллитов,

образовавшихся при значительном переохлажде-

нии относительно температуры плавления.

Таким образом, именно неравновесность пе-

реохлажденных водных кластеров во всех иссле-

дованных нами системах полисахарид-вода и, как

следствие, их способность к трансформации при

повышении температуры вплоть до плавления

является, на наш взгляд, одной из возможных, ес-

ли не главной, причиной обсуждавшихся выше

гистерезисных явлений. Полученные в работе ре-

зультаты демонстрируют, что трансформация,

приводящая к увеличению размеров исходно

сформировавшихся при охлаждении кристалли-

тов и, соответственно, к наблюдаемому повыше-

нию температур и теплот их плавления, безуслов-

но является важным фактором в проявлении ги-

стерезиса в тепловых свойствах нанокластеров

воды.

В заключение подчеркнем, что в результате

проведенных исследований был получен одно-

значный ответ на поставленный в начале иссле-

дования вопрос о том, какое именно распределе-

ние закристаллизованных водных кластеров в се-

фадексе плавится в интервале перехода. Было

надежно установлено, что наблюдаемая кривая

плавления отражает тепловое разрушение не ис-

ходного, а нового, возникшего в результате раз-

ного рода перестроечных процессов (докристал-

лизации, реорганизации, изменения размеров),

набора водных нанокластеров.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы заявляют об отсутствии конфликта

интересов.

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

Настоящая работа не содержит описания ка-

ких-либо исследований с использованием людей

и животных в качестве объектов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Г. Н. Макаров, Успехи физ. наук 180, 185 (2010).

2. P. Pawlow, Z. Phys. Chem. 65, 545 (1909).

3. И. В. Сочава, Г. И. Церетели и О. И. Смирнова,

Физика твердого тела 14 (2), 553 (1972).

4. Б. Вундерлих, Физика макромолекул (Мир, М.,

1984), Т. 3.

5. Ю. К. Годовский, Теплофизические методы иссле-

дования полимеров (Химия, М., 1976).

6. В. А. Берштейн и В. М. Егоров, Дифференциальная

сканирующая калориметрия в физико-химии поли-

меров (Химия, Л., 1990).

7. И. В. Сочава и Г. И. Церетели, Высокомолекуляр.

соединения 13 (2) 155 (1971).

8. Г. И. Церетели и И. В. Сочава, Высокомолекуляр.

соединения 13 (11) 2612 (1971).

9. H. Haberland, et al., Phys. Rev. Lett. 94, 035701

(2005).

10. M. Schmidt, et al., Nature 393, 238 (1998).

11. M. Schmidt, et al., Phys. Rev. Lett. 86, 1191 (2001).

12. R. Ber r y, in Clasters of Atoms and Molecules: Theory,

Experiment, and Clusters of Atoms (Springer-Verlag,

Berlin, 1994), Ch. 2.8.

13. G. A. Breaux, et al., Phys. Rev. Lett. 94, 173401 (2005).

14. Р. С. Берри и Б. М. Смирнов, Успехи физ. наук

175, 367 (2005).

15. Р. С. Берри и Б. М. Смирнов, Успехи физ. наук

179, 147 (2009).

16. D. J. Wales and R. S. Berry, Phys. Rev. Lett. 73, 2875

(1994).

17. R. S. Berry, Nature 393, 212 (1998).

18. D. J. Wales, Adv. Chem. Phys. 115, 1 (2000).

19. Р. С. Берри и Б. М. Смирнов, Журн. эксперим. и

теорет. физики 127, 1282 (2005).

20. F. Caupin, Phys. Rev. B 77, 184108 (2008).

21. C. Alba-Simionesco, B. Coasne, et al., J. Phys.: Cond.

Matter 18, R15 (2006).

22. B. F. Borisov, E. V. Charnaya, P. G. Plotnikov, et al.,

Phys. Rev. B, 58 (9), 5329 (1998).

23. G. Kellermann and A. F. Craevich, Phys. Rev. B 65,

134204 (2002).

24. S. L. Lai, et al., Phys. Rev. Lett. 77, 99 (1996)

25. H. M. Lu, F. Q. Han, and X. K. Mong, J. Phys. Chem.

B 112, 9444 (2008).

26. A. Moitra, et al., J. Phys. D 41, 185406 (2008).

Гистерезис в электротехнике. магнитные свойства веществ

Общие понятия гистерезиса

Гистерезис можно наблюдать в те моменты, когда какое-либо тело в конкретный период времени будет находиться в зависимости от внешних условий. Данное состояние тела рассматривается и в предыдущее время, после чего производится сравнение и выводится определенная зависимость.

Подобная зависимость хорошо просматривается на примере человеческого тела. Чтобы изменить его состояние потребуется какой-то отрезок времени на релаксацию. Поэтому реакция тела будет всегда отставать от причин, вызвавших измененное состояние. Данное отставание значительно уменьшается, если изменение внешних условий также будет замедляться. Тем не менее, в некоторых случаях может не произойти уменьшения отставаний. В результате, возникает неоднозначная зависимость величин, известная как гистерезисная, а само явление называется гистерезисом.

Механизм возникновения петли гистерезиса

Для подробного изучения этого процесса нужно проанализировать отдельные участки кривой, обозначающей изменение индукции. Описание основных этапов:

  1. сначала наблюдается смещение границ между соседними доменами;
  2. далее ориентация моментов изменяется быстро в направлении силовых линий внешнего поля;
  3. на этой стадии новое расположение границ становится необратимым;
  4. этот участок характеризуется ростом отдельных доменов до максимального размера, магнитные моменты располагаются в точном соответствии линиям воздействующего поля;
  5. завершающий участок показывает отсутствие влияния на магнитные моменты напряженности, созданной соленоидом.

Если уменьшить силовые параметры внешнего поля, образуется петля гистерезиса что это такое показывать можно на первой картинке (по направлению стрелок)

Следует обратить внимание, что кривые отличаются. Запаздывание индукции соответствует базовым принципам явления

При нулевой напряженности B≠0. Эту величину называют остаточной индукцией. Данная особенность объясняет понятный процесс создания постоянного магнита. Сердечник сохраняет соответствующие свойства даже после отключения источника питания.

Намагниченность можно убрать повешением температуры до уровня точки Кюри определенного материала. Аналогичный результат получают с помощью соответствующего внешнего силового поля (-Hc). Эта напряженность создает коэрцитивную силу, достаточную для размагничивания сердечника из стали либо другого ферромагнетика. Завершенный полностью цикл называют петлей магнитного гистерезиса.

Гистерезис в электротехнике

В электротехнике гистерезис — это важная характеристика для материалов, из которых изготавливаются сердечники электрических машин и аппаратов. Прежде чем приступать к объяснениям, давайте рассмотрим кривую намагничивания сердечника.

Изображение на графике подобного вида называют также петлей гистерезиса.

Важно! В данном случае речь идет о гистерезисе феромагнетиков, здесь это нелинейная зависимость внутренней магнитной индукции материала от величины внешней магнитной индукции, которая зависит от предыдущего состояния элемента. При протекании тока через проводник вокруг последнего возникает магнитное и электрическое поле

Если смотать провод в катушку и пропустить через него ток, то получится электромагнит. Если поместить внутрь катушки сердечник, то её индуктивность увеличится, как и силы, возникающие вокруг неё

При протекании тока через проводник вокруг последнего возникает магнитное и электрическое поле. Если смотать провод в катушку и пропустить через него ток, то получится электромагнит. Если поместить внутрь катушки сердечник, то её индуктивность увеличится, как и силы, возникающие вокруг неё.

Отчего зависит гистерезис? Соответственно сердечник изготавливается из металла, от его типа зависят его характеристики и кривая намагничивания.

Если использовать, например, каленную сталь, то гистерезис будет шире. При выборе так называемых магнитомягких материалов — график сузится. Что это значит и для чего это нужно?

Дело в том, что при работе такой катушки в цепи переменного тока ток протекает то в одном, то в другом направлении. В результате и магнитные силы, полюса постоянно переворачивается. В катушке без сердечника это происходит в принципе одновременно, но с сердечником дела обстоят иначе. Он постепенно намагничивается, его магнитная индукция возрастает и постепенно доходит до почти горизонтального участка графика, который называется участком насыщения.

После этого, если вы начнете изменять направление тока и магнитного поля, сердечник должен будет перемагнитится. Но если просто отключить ток и тем самым убрать источник магнитного поля, сердечник все равно останется намагниченным, хоть и не так сильно. На следующем графике это точка «А». Чтобы его размагнитить до исходного состояния нужно создать уже отрицательную напряженность магнитного поля. Это точка «Б». Соответственно ток в катушке должен протекать в обратном направлении.

Значение напряженности магнитного поля для полного размагничивания сердечника называется коэрцитивной силой и чем она меньше, тем лучше в данном случае.

Перемагничивание в обратном направлении будет проходить аналогично, но уже по нижней ветви петли. То есть при работе в цепи переменного тока часть энергии будет затрачиваться на перемагничивание сердечника. Это ведёт к тому что КПД электродвигателя и трансформатора снижается. Соответственно это приводит к его нагреву.

Важно! Чем меньше гистерезис и коэрцитивная сила, тем меньше потери на перемагничивание сердечника. Кроме выше описанного гистерезис характерен и для работы реле и других электромагнитных коммутационных приборов

Например, ток отключения и включения. Когда реле выключено, чтобы оно сработало нужно приложить определённый ток. При этом ток его удержания во включенном состоянии может быть намного ниже тока включения. Оно отключится только тогда, когда ток опустится ниже тока удержания

Кроме выше описанного гистерезис характерен и для работы реле и других электромагнитных коммутационных приборов. Например, ток отключения и включения. Когда реле выключено, чтобы оно сработало нужно приложить определённый ток. При этом ток его удержания во включенном состоянии может быть намного ниже тока включения. Оно отключится только тогда, когда ток опустится ниже тока удержания.

Математические модели гистерезиса

Появление математических моделей гистерезисных явлений обуславливалось достаточно богатым набором прикладных задач (прежде всего в теории автоматического регулирования), в которых носители гистерезиса нельзя рассматривать изолированно, поскольку они являлись частью некоторой системы. В 1960-х годах в Воронежском университете начал работать семинар под руководством М. А. Красносельского, на котором создавалась строгая математическая теория гистерезиса.

Позднее, в 1983 году появилась монография М. А. Красносельского и А. В. Покровского, в которой различные гистерезисные явления получили формальное описание в рамках теории систем: гистерезисные преобразователи трактовались как операторы, зависящие от своего начального состояния как от параметра, определённые на достаточно богатом функциональном пространстве (например, в пространстве непрерывных функций), действующие в некотором функциональном пространстве.

Простое и интуитивно-понятное параметрическое описание различных петель гистерезиса предложено в работе Р. В. Лапшина. Помимо классических петель замена в данной модели гармонических функций на трапецеидальные или треугольные импульсы позволяет получить кусочно-линейные петли гистерезиса, которые часто встречаются в задачах дискретной автоматики. Имеется реализация модели гистерезиса на языке программирования R (пакет Hysteresis).

Механизм возникновения петли гистерезиса

Сам по себе гистерезис представляет собой кривую, отображающую измененный магнитный момент вещества, на которое воздействует периодически изменяющаяся напряженность поля. Когда магнитное поле воздействует на ферромагнетики, то изменение их магнитного момента наступает не сразу, а с определенной задержкой.

В каждом ферромагнетике изначально присутствует самопроизвольная намагниченность. Сам материал включает в свой состав отдельные фрагменты, каждый из которых обладает собственным магнитным моментом. При направленности этих моментов в разные стороны, значение суммарного момента оказывается равным нулю в результате взаимной компенсации.

Если на ферромагнетик оказать воздействие магнитным полем, то все моменты, присутствующие в отдельных фрагментах (доменах) будут развернуты вдоль внешнего поля. В итоге, в материале образуется некоторый общий момент, направленный в одну сторону. Если внешнее действие поля прекращается, то домены не все окажутся в изначальном положении. Для этого потребуется воздействие достаточно сильного магнитного поля, предназначенного для разворота доменов. Такому развороту создают препятствия наличие примесей и неоднородность материала. Поэтому материал имеет некоторую остаточную намагниченность, даже при отключенном внешнем поле.

Для снятия остаточного магнитного момента, необходимо приложение действия поля в противоположном направлении. Напряженность поля должна иметь величину, достаточную, чтобы выполнить полное размагничивание материала. Такая величина известна как коэрцитивная сила. Дальнейшее увеличение магнитного поля приведет к перемагничиванию ферромагнетика в противоположную сторону.

Когда напряженность поля достигает определенного значения, материал становится насыщенным, то есть магнитный момент больше не увеличивается. При снятии поля вновь наблюдается наличие остаточного момента, который снова можно убрать. Дальнейшее увеличение поля приводит к попаданию в точку насыщения с противоположным значением.

Таким образом, на графике появляется петля гистерезиса, начало которой приходится на нулевые значение поля и момента. В дальнейшем, первое же намагничивание выводит начало петли гистерезиса из нуля и весь процесс начинает происходить по графику замкнутой петли.

Петля фаза-ноль в защите электроустановок

Измерение сопротивления петли фаза-ноль

Измерение напряженности магнитного поля

Линии напряженности электрического поля

Вектор напряженности электрического поля

Постоянные магниты и их свойства

Другие свойства

Кроме магнитного гистерезиса, также различают гальвономагнитный и магнитострикционный эффекты. В этих процессах наблюдается изменение электрического сопротивления за счет механической деформации материала. Сегнетоэлектрики под действием деформационных сил способны вырабатывать электрический ток, что объясняется пьезоэлектрическим гистерезисом. Также существует понятие электрооптического и двойного диэлектрического гистерезиса. Последний процесс имеет обычно наибольший интерес, так как сопровождается двойным графиком в зонах, приближающихся к точкам насыщения.

В социологии[ | ]

Формирование общественного мнения и управление им никогда не осуществляется мгновенно. Всегда есть какая-то задержка. Это связано с полным или частичным отказом от стереотипного традиционного мышления и необходимостью «поддаться» в определенных случаях переубеждению и следованию новым взглядам, которые формируются определенными субъектами. В качестве субъектов формирования общественного мнения и управления им могут выступать государство, партии, общественные организации, их лидеры, руководители и управленцы различного уровня и др.

В характере формирования общественного мнения важно учитывать два существенных обстоятельства.

Одно из них указывает на взаимосвязь приложенных усилий субъектом влияния и достигнутым результатом. Уровень затраченной субъектом просветительской и пропагандистской работы можно соотносить с уровнем «намагниченности» (степенью вовлеченности в новую идею) объекта-носителя общественного мнения, социальную группу, коллектив, социальную общность или общество в целом; при этом может обнаружиться некоторое отставание объекта от субъекта. Переубеждение, в том числе с предполагаемыми деструктивными последствиями, далеко не всегда проходит успешно. Оно зависит от собственных моральных ценностей, обычаев, традиций, характера предыдущего воспитания, от этических норм, доминирующих в обществе и т. д.

Второе обстоятельство связано с тем, что новый этап формирования общественного мнения можно соотносить с историей объекта, его опытом, его оценкой теми, кто ранее выступал объектом формирования общественного мнения. При этом можно обнаружить, что «точка отсчёта» времени формирования общественного мнения смещается относительно прежней, что является характеристикой самой системы и её текущего состояния.

Гистерезис в электронике

В электронных устройствах гистерезис несёт в основном полезные функции. Допустим это используется в пороговых элементах, например, компараторах и триггерах Шмидта. Ниже вы видите график его состояний:

Это нужно в тех случаях, чтобы устройство сработало при достижении сигнала X, после чего сигнал может начать уменьшаться и устройство не отключилось до тех пор, пока сигнал не упадет до уровня Y. Такое решение используется для подавления дребезга контакта, помех и случайных всплесков, а также в различных регуляторах.

Например, термостат или регулятор температуры. Обычно его принцип действия заключается в том, чтобы отключить нагревательный (или охладительный) прибор в тот момент, когда температура в помещении или другом месте достигла заданного уровня.

Рассмотрим два варианта работы кратко и просто:

  1. Без гистерезиса. Включение и отключение при заданной температуре. При этом здесь есть нюансы. Если вы установили регулятор температуры на 22 градуса и обогреваете комнату до этого уровня, то как только в комнате будет 22 он выключится, а когда вновь опустится до 21 – включится. Это не всегда правильное решение, потому что ваш управляемый прибор будет слишком часто включаться и отключаться. К тому же в большинстве бытовых и многих производственных задачах нет нужды настолько четкой поддержки температуры.
  2. С гистерезисом. Чтобы сделать некий зазор в допустимом диапазоне регулируемых параметров применяют гистерезис. То есть, если вы установили температуру в 22 градуса, то, как только она будет достигнута, обогреватель отключится. Допустим, что гистерезис в регуляторе установлен на зазор в 3 градуса, то обогреватель вновь заработает только тогда, когда температура воздуха опустится до 19 градусов.

Иногда этот зазор регулируется на ваше усмотрение. В простых исполнениях используются биметаллические пластины.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео, в котором рассказывается, что такое гистерезис и как его можно использовать:

Мы рассмотрели явление и применение гистерезиса в электрике. Итог следующий: в электроприводе и трансформаторах он несет пагубный эффект, а в электронике и разнообразных регуляторах находит и полезное применение. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и интересной!

Материалы по теме:

  • Как работает магнитный пускатель
  • Что такое гармоники в электросети
  • Как зависит сопротивление проводника от температуры

В электронике и электротехнике

В электронике и электротехнике используются устройства, обладающие магнитным гистерезисом — различные магнитные носители информации, или электрическим гистерезисом, например, триггер Шмитта или гистерезисный двигатель.

Гистерезис используется для подавления шумов (быстрых колебаний, дребезга контактов) в момент переключения логических сигналов.

В электронных приборах всех видов наблюдается явление теплового гистерезиса: после нагрева прибора и его последующего охлаждения до начальной температуры его параметры не возвращаются к начальным значениям. Из-за неодинакового теплового расширения кристаллов полупроводников, кристаллодержателей, корпусов микросхем и печатных плат в кристаллах возникают механические напряжения, которые сохраняются и после охлаждения. Явление теплового гистерезиса наиболее заметно в прецизионных источниках опорного напряжения, используемых в измерительных аналого-цифровых преобразователях. В современных микросхемах относительный сдвиг опорного напряжения вследствие теплового гистерезиса составляет порядка 10—100 ppm.

Это интересно: Самоиндукция — определение, формула, применение на практике

Гистерезис в отоплении

Гистерезис определение относится не только к ферромагнетикам, применяемым в электронике. Такой процесс может происходить и в термодинамике. Например, при организации отопления от газового или электрического котла. Регулирующим компонентом в системе является терморегулятор. Но только контролируемой величиной является температура воды в системе.

При ее снижении до заданного уровня котел включается, начиная подогрев до заданной величины. После чего выключается и процесс повторяется в цикле. Если снять показания температуры при нагреве и остывании системы при каждом цикле включения и выключения отопления, то получиться график в виде петли гистерезиса, который и получил название гистерезис котла.

В таких системах гистерезис выражается в температуре. Например, если он составляет 4°С, а температура теплоносителя установлена 18°С, то котел выключится, когда она достигнет значения 22°С. Таким образом, можно настроить любой приемлемый температурный режим в помещениях. А терморегулятор является, по сути, датчиком температуры или термостатом, который включает или выключает отопления при достижении нижнего и верхнего порога, соответственно.

Динамический гистерезис

Рассмотрим явление запаздывания ответной реакции во времени на примере механической деформации. Предположим у нас есть металлический стержень, обладающий упругой деформацией. Приложим к одному концу стержня силу, направленную в сторону другого конца, который покоится на опоре. Например, поставим стержень под пресс.

По мере возрастания давления, тело будет сжиматься. В зависимости от механических характеристик металла, реакция стержня на приложенную силу (напряжение) будет проявляться по-разному: вначале сила упругости постепенно будет возрастать, потом она резко устремится к пороговому значению. Достигнув порогового значения, сила упругого напряжения уже не сможет противодействовать возрастающему нагружению.

Если увеличивать силу давления, то в стержне произойдут необратимые изменения – он, либо изменит свою форму, либо разрушится. Но мы не будем доводить наш эксперимент до такого состояния. Начнём уменьшать силу давления. Реакция напряжения при этом будет меняться зеркально: вначале резко понизится, потом постепенно будет стремиться к нулю, по мере разгрузки.

Отставание процесса развития деформации во времени, под действием приложенного механического напряжения вследствие упругого гистерезиса описывается динамической петлей (см. рис. 2). Явление обусловлено особенностями перемещений дислокаций микрочастиц вещества.

Различают упругий гистерезис двух видов:

  1. Динамический, при котором напряжения изменяются циклически, а максимальная амплитуда напряжений не достигает пределов упругости.
  2. Статический, характерный для вязкоупругих или неупругих деформаций. При таких деформациях полностью, либо частично исчезают напряжения при снятии нагрузки.

Причиной динамического гистерезиса являются также силы термоупругости и магнитоупругости.

В экономике[ | ]

Некоторые экономические системы проявляют признаки гистерезиса: например, могут потребоваться значительные усилия, чтобы начать экспорт в какой-либо отрасли, но для его поддержания на постоянном уровне — небольшие.

В теории игр эффект гистерезиса проявляется в том, что небольшие отличия по одному или нескольким параметрам приводят две системы в противоположные стабильные равновесия, например, «хорошее» — доверие, честность и высокое благосостояние; и «плохое» — воровство, недоверие, коррупция и бедность. Несмотря на небольшие первоначальные различия, системы требуют огромных усилий для перехода из одного равновесия в другое.

Эффект гистерезиса — состояние безработицы; достигнув достаточно высокого уровня, она может в определенной мере самовоспроизводиться и удерживаться на нём. Экономические причины гистерезиса (долгосрочной негибкости рынка труда) неоднозначны. Некоторые институциональные факторы ведут к гистерезису. Например, социальное страхование, особенно страхование по безработице, может через налоговую систему снижать спрос фирм на рабочую силу в официальной экономике.

Безработица может вести к потере человеческого капитала и к «помечиванию» тех, кто долгое время остается безработным. Профсоюзы могут вести переговоры с целью поддерживать благосостояние их настоящих членов, игнорируя интересы аутсайдеров, оказавшихся безработными. Фиксированные издержки, связанные со сменой должности, места работы или отрасли, также могут приводить к гистерезису.

Наконец, возможны трудности при различении реальных и кажущихся явлений гистерезиса, когда конечное состояние системы определяется её текущей динамикой или её начальным состоянием. В первом случае гистерезис отражает наше незнание: добавив недостающие переменные и информацию, можно более полно описать эволюцию изучаемой системы. Др. интерпретация явления гистерезиса — простое существование нескольких состояний равновесия, когда невидимые воздействия перемещают экономику из одного состояния равновесия в др.

Использование графического изображения гистерезиса для расчётов

Для наглядного эксперимента можно собрать простую схему, представленную ниже:

  • резистором R1 ограничивают переменный ток, проходящий через обмотку катушки;
  • с элемента R2 снимают напряжение для формирования картинки на экране осциллографа;
  • емкость конденсатора подбирают таким образом, чтобы 1/(w*С) получилось намного меньше R3.

Эксперимент

После подключения к осциллографу на экране можно наблюдать петлю гистерезиса. Это изображение с учетом реального масштаба можно использовать для расчетов и оценки характеристик созданной катушки. В следующем списке приведено соответствие отдельных отрезков рассмотренным выше параметрам:

  • ОА – коэрцитивная сила;
  • ОС – остаточная индукция;
  • ОД – индукция насыщения;
  • ОВ – магнитное поле.

К сведению. По установленной площади петли можно определить потери. Размер этой области соответствует работе, которая затрачена на компенсацию коэрцитивных сил. Эта энергия разогревает ферромагнетик и фактически расходуется впустую.

Определение понятия

У слова «Гистерезис» греческие корни, оно переводится как запаздывающий или отстающий. Этот термин используется в разных сферах науки и техники. В общем смысле понятие гистерезис отличает различное поведение системы при противоположных воздействиях.

Это можно сказать и более простыми словами. Допустим есть какая-то система, на которую можно влиять в нескольких направлениях. Если при воздействии на неё в прямом направлении, после прекращения система не возвращается в исходное состояние, а устанавливается в промежуточном — тогда чтобы вернуть в исходное состояние нужно воздействовать уже в другом направлении с какой-то силой. В этом случае система обладает гистерезисом.

Иногда это явление используется в полезных целях, например, для создания элементов, которые срабатывают при определённых пороговых значениях воздействующих сил и для регуляторов. В других случаях гистерезис несёт пагубное влияние, рассмотрим это на практике.

Гистерезис в разных материалах

Гистерезис – это комплексное понятие, характеризующее способность вещества накапливать энергию магнитного поля или другой величины за счет имеющихся магнитных связей между молекулами вещества или особенностей работы системы. Но таким эффектом могут обладать не только сплавы железа, кобальта и никеля. Титанат бария даст несколько иной результат, если его поместить в поле с определенной напряженностью.

Так как он является сегнетоэлектриком, то в нем наблюдается диэлектрический гистерезис. Обратная петля гистерезиса образуется при противоположной полярности подводимого к среде напряжения, а величина противоположного поля, действующего на материал, получило название коэрцитивная сила.

При этом величина поля может предшествовать разным напряженностям, что связано с особенностями фактического состояния диполей – магнитных моментов после прошлого намагничивания. Также на процесс влияют различные примеси, содержащиеся в составе материала. Чем их больше, тем труднее сдвинуть стенки диполей, поэтому остается так называемая остаточная намагниченность.

Что такое датчик температуры NTC?

Аббревиатура NTC расшифровывается как Negative Temperature Coefficient, что в переводе на русский язык означает отрицательный температурный коэффициент. При повышении температуры датчика его сопротивление уменьшается, а при понижении температуры сопротивление возрастает.

Датчик температуры также может называться термистором, терморезистором, термическим резистором, термометром сопротивления.

Вынесенный датчик измерения температуры

Как правило, датчик температуры NTC является полупроводниковым. Это связано с тем, что для полупроводников без примесей температурный коэффициент сопротивления отрицателен.

Датчики температуры для терморегуляторов, представленных в нашем магазине, предназначены для контроля температуры окружающей среды (кабельная стяжка, поверхность нагревательных элементов и т.п.). При монтаже пленочного теплого пола, выносной датчик температуры закладывается в гофротрубу диаметром 16 мм непосредственно под одной из греющих полос ИК пленки в месте наименьшей теплоотдачи (например, под ковриком или мебелью на низких ножках).

Датчики не являются электронными приборами, поскольку не содержат систем предварительной обработки сигнала. В основе работы температурных датчиков NTC лежит нелинейная зависимость сопротивления терморезистора датчика от температуры среды, в которую он помещен. В соответствии с этим меняется напряжение на входе компаратора терморегулятора. Настройка компаратора соответствует температурной характеристике комплектного датчика.

Соотношение температуры и сопротивления датчика пола на 10 кОм:

Температура, °С Сопротивление, Ом
5 22070
10 17960
20 12091
30 8312
40 5827

Достаточно большая крутизна характеристики датчиков и достаточно малые отклонения реальной характеристики отдельного датчика от номинальной обеспечивают приемлемую чувствительность и позволяют выбрать небольшой гистерезис при поддержании заданной температуры.


Гистерезисный термостат и что вы должны знать | Блог HVAC

Эта запись была опубликована 23 августа 2016 г. администратором.

Гистерезисный термостат

Люди зацикливаются на сложных терминах, таких как «гистерезис», и чаще всего эти термины можно упростить с помощью простого объяснения, понятного любому. Точно так же гистерезис считается инженерной терминологией, которая используется для объяснения простого «запаздывания». Это именно то, как реакция отстает от шага или действия.Давайте подробнее рассмотрим этот простой пример ниже.

Пример

Если вы сожмете кусок пенопласта, а затем отпустите его, вы услышите хлопающий звук, как если бы он вернулся в свою первоначальную форму. Однако делает это не сразу. Он возвращается в свое нормальное состояние в замедленном темпе. Это действие запаздывает до тех пор, пока вы не отпустите руки. Аналогично действуют и другие формы гистерезиса.

Термостат

Обычно гистерезис используется при использовании магнитных и электронных систем. Термостаты являются прекрасным примером. Не используя технических приложений и определений гистерезиса, давайте посмотрим, как он применяется к термостатам. Аналогичное движение совершает и гистерезисный термостат; он отстает от окружающей среды с основной целью экономии энергии, а также предотвращения износа печи или кондиционера, поскольку он часто включается и выключается.

Плохая изоляция

Если вы живете в доме с плохой теплоизоляцией, а температура снаружи составляет палящие 104 градуса, вас больше всего беспокоит, сколько времени потребуется, чтобы тепло проникло в ваш дом, пока работает кондиционер.Верьте или нет, это не займет много времени. С хорошей системой вентиляции и кондиционирования ваш дом будет охлаждаться примерно до 72 градусов, что вполне комфортно. Когда изоляция недостаточна, примерно через одну минуту температура повысится до 73 градусов, и ваш кондиционер снова включится. Этот цикл продолжает часто повторяться, так как ваш кондиционер перерабатывает из-за плохой изоляции. Поэтому сложно поддерживать комфортную температуру в доме.

Энергосбережение

Вы не могли бы классифицировать этот термостат как термостат с гистерезисом из-за отсутствия гистерезиса в программировании.По этой причине он будет постоянно включаться и выключаться. С помощью гистерезисного термостата вы можете установить температуру 72 градуса и поддерживать ее. Почему? Температура поднимется до 74 градусов, а затем опустится до 71 градуса, что позволит системе HVAC расслабиться. Это снижает износ, а также способствует повышению энергоэффективности.

Заключение

Важно, чтобы ваша система ОВКВ работала эффективно, поэтому вы можете рассмотреть возможность использования гистерезисного термостата.Это определенно будет работать в ваших интересах. Поговорите с подрядчиком HVAC, чтобы обсудить ваши насущные потребности.

Изображение предоставлено : https://www.flickr.com/photos/rvthereyet/9098037736/

Гистерезис температуры превращения в нитиноловых сплавах

При нагревании или охлаждении сплавы NiTi не полностью претерпевают фазовое превращение при одной конкретной температуре. Вместо этого превращение начинается при одной температуре (известной как начальная температура) и завершается при другой температуре (известной как конечная температура).Кроме того, существует разница в температурах превращения при нагреве из мартенсита в аустенит и при охлаждении из аустенита в мартенсит, что приводит к задержке или «отставанию» превращения. Эта разница, известная как гистерезис температуры превращения, обычно определяется как разница между температурами, при которых материал на 50 % превращается в аустенит при нагревании и на 50 % превращается в мартенсит при охлаждении. Это значение может быть аппроксимировано разницей между Ap и Mp на кривой ДСК.Типичные значения для бинарных сплавов NiTi составляют примерно от 25 до 50°С.

В дополнение к гистерезису может иметь значение общий диапазон преобразования. Если проектируемое устройство требует полного превращения как при нагреве, так и при охлаждении, то необходимо учитывать разницу между Af и Mf (конечные температуры превращений в аустенит и мартенсит соответственно). Типичные значения общего интервала температур превращения составляют от 40 до 70°С.

Как гистерезис, так и общий диапазон температур превращения немного различаются для разных сплавов NiTi.Кроме того, легирование может сильно повлиять на гистерезис превращения. Было показано, что добавки меди уменьшают гистерезис примерно до 10–15°C, а добавки ниобия (Columbium) могут увеличить гистерезис до более чем 100°C. Холодная обработка и термическая обработка оказывают менее резкое, но все же измеримое влияние на гистерезис превращения. В таблице ниже показаны различия в гистерезисе и общем диапазоне температур для некоторых различных бинарных сплавов.

Пример Значения температуры превращения нитинола

Ex номера

М ж М р М с А с А р А f Гистерезис (А р р ) Общая темп. пролет (A f -M f )  
 1  -53 -40 -33  -24  -14  -5  26  48
 2  -45 -30  -24  -15  -3  +7  27  53 
3  -3 +3  +6 +23  +30  +35  27  38 
 4  24 31  36  54  66  71  35  45 
 5  59 68  79  100  114  121  46  62 


Эти номера должны помочь при разработке устройства, использующего эффект памяти формы. Например, если бы кто-то разрабатывал устройство для активации при температуре кипящей воды (100°С), которое также должно полностью ретранслироваться в мартенсит при комнатной температуре (20-25°С), существует узкий набор бинарных сплавы, соответствующие критериям. Из вышеприведенной таблицы можно сделать вывод, что для удовлетворения обоим критериям следует рассматривать сплавы с As примерно от 60 до 80°C. Точно так же сплав, предназначенный для полной трансформации под действием температуры тела при нагревании (Af < 37°С), потребует охлаждения примерно до -10°С.C для полного повторного превращения в мартенсит.

Использование HYSTERESIS с регулятором температуры

Терморегулятор — это устройство, которое можно использовать для обеспечения постоянной температуры в технологическом процессе. Контроллеры температуры Panasonic имеют функцию PID для расчета соответствующей реакции счетчика на колебания в процессе.

Вкратце, алгоритм ПИД включает три отдельных постоянных параметра: пропорциональные , интегральные и производные значения, называемые P, I и D. Вы можете думать об алгоритме как об измерении текущих ошибок, накоплении прошлых ошибок и предсказании будущих ошибок на основе текущей скорости изменения. Взвешенная сумма этих трех измерений используется для корректировки процесса по мере необходимости для достижения и поддержания заданного значения (SV), как правило, в температуре.

Рис. 1 Блок-схема ПИД-регулятора

Наши регуляторы температуры обеспечивают нагрев и/или охлаждение, а также процесс автонастройки. Процесс автонастройки будет изменять выходной сигнал контроллера (вкл./выкл. или от низкого до высокого) и контролировать изменение отклика процесса (обычно температуры).Функция автонастройки заключается в том, что после завершения мониторинга контроллер вычисляет оптимальный набор значений ПИД-регулятора для надежного управления процессом. Примечание: у каждого процесса будут свои оптимальные константы PID.

Стабильность системы или процесса зависит от используемых констант ПИД и алгоритма ПИД. В приложениях, где стабильность, основанная на определенном значении (SV), составляет , а не , вместо нее можно использовать гистерезис. Гистерезис использует не уставку, а диапазон действия по управлению процессом.Например, вместо точного регулирования процесса до SV 100°F мы можем заставить контроллер реагировать, когда текущее значение (PV) составляет +/- 10°F от SV. Это дает нам 20-градусную полосу для гистерезисной характеристики.

Рис. 2 Пример зависимости ПИД-регулятора от гистерезиса

Выше приведен пример использования управления заданным значением, такого как ПИД-регулятор, управление в разных диапазонах, например гистерезис. Розовая линия — заданное значение при 100°F. Это значение, при котором наша зеленая волна PID изо всех сил пытается удержаться.Это означает, что ФИД постоянно работает, чтобы поддерживать процесс на уровне 100°F. В это время выход постоянно колеблется. Гистерезис ведет себя совершенно по-другому, но также сохраняет температуру вокруг SV. Обратите внимание, что после первого превышения (см. звездочку на диаграмме на рис. 2) красная линия, гистерезис, снова включится только до тех пор, пока температура не упадет ниже нижнего ограничения, выделенного фиолетовым цветом. Гистерезис будет постоянно включать выход до тех пор, пока температура не поднимется выше верхнего предела, представленного синей линией.Оба этих контроля имеют преимущества и недостатки.

ПРОФИ

МИНУСЫ

Гистерезис

  • Хорошо удерживает процесс в температурном диапазоне.
  • Лучше для релейных выходов.
  • Функции ПИД-регулятора или автоматическая настройка не требуются.
  • Невозможно настроить процесс на определенное значение SV.
  • Перерегулирование может быть больше, чем PID, в зависимости от реакции процесса.
  • Невозможно настроить процесс на определенное значение SV.

ПИД-код

  • Хорошо выдерживает процесс при определенной температуре, SV.
  • После настройки перерегулирование лучше, чем гистерезис.
  • Лучше для чувствительных процессов.
  •  Осциллирующий выход неисправен для релейного выхода (предпочтительнее транзисторный или аналоговый)
  • ПИД-константы должны быть точно настроены
  • Алгоритм PID должен быть точным.

Таблица 1. Плюсы и минусы.

Настройка управления гистерезисом:

Чтобы использовать гистерезис в AKT4, вы должны установить устройство в действие управления ВКЛ/ВЫКЛ. Действие управления ВКЛ/ВЫКЛ активно, когда настройка зоны пропорциональности (P или P_b) установлена ​​на 0 или 0,0 градусов C (градусов F).

  1. Полоса пропорциональности Установите на 0 градусов: войдите в режим дополнительной настройки (на дисплее PV/SV удерживайте стрелку вверх + кнопку режима в течение 3 секунд.) Прокрутите до «P» для OUT1 или «P_b» для OUT2. Установите этот параметр на ноль.
  2. Установка значения гистерезиса: войдите в режим настройки вспомогательной функции 2 (на дисплее PV/SV удерживайте стрелку вверх + стрелку вниз + кнопку режима в течение 3 секунд). Прокрутите до настройки гистерезиса действия OUT ON/OFF и установите параметр.

Рис. 3 Действие управления с использованием гистерезиса.

 

Рис.4 Меню гистерезиса на AKT4.

 ПРИМЕЧАНИЕ:

Режим гистерезиса удалит использование функции ПИД-регулятора и вместо этого будет зависеть от включения или выключения выхода, когда он ниже уставки SV (заданного значения). Включение или выключение выхода рядом с SV зависит от того, выбрано действие управления обогревом или охлаждением.

Panasonic Electric Works, PEWA

Контроллер температуры Panasonic

Примите участие в нашем опросе

Нравится:

Нравится Загрузка…

Родственные

Интерпретация гистерезиса диэля между дыханием почвы и температурой

Интерпретация гистерезиса диэля между дыханием почвы и температурой | Поиск по дереву Перейти к основному содержанию

.gov означает, что это официально.
Веб-сайты федерального правительства часто заканчиваются на .gov или .mil. Прежде чем делиться конфиденциальной информацией, убедитесь, что вы находитесь на сайте федерального правительства.

Сайт защищен.
https:// гарантирует, что вы подключаетесь к официальному веб-сайту и что любая предоставленная вами информация шифруется и передается безопасно.

Автор(ы):

С.Филипс

Н. Никерсон

D. Риск

Би Джей Бонд

Тип публикации:

Научный журнал (JRNL)

Первичная(ые) станция(и):

Тихоокеанская северо-западная исследовательская станция

Источник:

Биология глобальных изменений.17: 515-527.

Описание

Все более широкое использование автоматических камер дыхания почвы в последние годы продемонстрировало сложные взаимосвязи между дыханием почвы и температурой, которые не проявляются при менее частых измерениях. Поверхностный поток почвы часто отстает от температуры почвы на несколько часов, что приводит к полуэллиптическим петлям гистерезиса, когда поверхностный поток изображается как функция температуры почвы.Были предложены как биологические, так и физические объяснения моделей гистерезиса, и в настоящее время нет единого мнения о их причинах или о том, как следует анализировать такие данные для интерпретации чувствительности дыхания к температуре. Мы использовали одномерную модель переноса CO2 и тепла в почве, основанную на основных физических принципах, чтобы продемонстрировать теоретическую основу для запаздывания между поверхностным потоком и температурой почвы. Используя численное моделирование, мы продемонстрировали, что отставание фазы диэля между поверхностным потоком и температурой почвы может быть результатом только процессов переноса тепла и CO2.В то время как другие факторы, кроме температуры, которые изменяются в зависимости от дизеля, такие как подача углеродного субстрата и концентрация CO2 в атмосфере, могут дополнительно изменять время запаздывания и характер гистерезиса в разной степени, одних только физических процессов переноса достаточно для создания гистерезиса. Следовательно, наличие гистерезиса не обязательно указывает на то, что на дыхание почвы влияет поступление углерода в процессе фотосинтеза. Мы также продемонстрировали, как задержки могут вызвать ошибки в значениях Q10, рассчитанных на основе регрессий поверхностного потока и температуры почвы, измеренных на одной глубине.Кроме того, синхронизация поверхностного потока и температуры почвы для учета задержек, связанных с транспортом, обычно не улучшает оценку Q10. Для расчета чувствительности дыхания почвы к температуре мы предлагаем использовать подходы, учитывающие существующие в почве градиенты температуры и продукции. Мы пришли к выводу, что рассмотрение процессов переноса тепла и СО2 является необходимым условием для правильной интерпретации моделей дыхания почвы.

Цитата

Филлипс, К.; Никерсон, Н.; Риск, Д.; Бонд, Б. Дж. 2011. Интерпретация гистерезиса диэля между дыханием почвы и температурой. Биология глобальных изменений. 17: 515-527.

Процитировано

Примечания к публикации

  • Мы рекомендуем вам также распечатать эту страницу и прикрепить ее к распечатке статьи, чтобы сохранить полную информацию о цитировании.
  • Эта статья была написана и подготовлена ​​У.S. Государственные служащие в служебное время и, следовательно, находятся в открытом доступе.

https://www.fs.usda.gov/treesearch/pubs/47530

Что такое температурный гистерезис MSI Afterburner? – СидмартинБио

Что такое температурный гистерезис MSI Afterburner?

В Afterburner достаточно просто сместить точки на графике, чтобы задать скорость вращения вентилятора (в процентах) при определенных температурах графического процессора.Температурный гистерезис позволяет скорости вращения вентилятора «плавать» по мере охлаждения графического процессора.

Что означает температурный гистерезис?

Гистерезис относится к сценарию, в котором изменения параметра отстают от силы, вызвавшей их. Например, если температура VRM видеокарты должна поддерживаться на уровне 80°C с гистерезисом 5°C, вентилятор охлаждения включится, когда температура достигнет 85°C, и выключится, когда температура упадет до 75°C.

Что такое температурный гистерезис графического процессора?

Температурный гистерезис позволяет скорости вентилятора «плавать» по мере охлаждения графического процессора.Рекомендуется установка пяти или 10 градусов, что означает, что вентилятор позволит графическому процессору охладиться на эту величину, прежде чем переключиться на более низкую скорость вращения вентилятора. Это помогает предотвратить колебания скорости, когда температура пересекает пороговые значения на графике.

Что такое температурный гистерезис EVGA?

Температура повышается и понижается при движении жидкости, поэтому настройка гистерезиса представляет собой степень узкости или широты показаний температуры. Например, вы хотите, чтобы в вашей комнате была постоянная комнатная температура.Таким образом, вы устанавливаете нижнюю и верхнюю точки вашего термостата. Это похоже на гистерезис.

Должен ли я принудительно обновлять скорость вращения вентилятора в каждом периоде?

Обновление скорости вентилятора

и гистерезис не нужно использовать или изменять. Принудительное обновление скорости вращения вентилятора — это параметр совместимости, который, вероятно, также не нужен. Просто установите кривую вентилятора на графике, чтобы она соответствовала желаемой температуре.

Каков хороший период обновления скорости вращения вентилятора?

Период обновления скорости вентилятора (в миллисекундах): когда значение увеличивается/уменьшается, время отклика скорости вентилятора в окне мониторинга будет медленнее/быстрее.Значение по умолчанию — 5000, а максимальное/минимальное значение будет 60000/100.

Что такое кривая BH?

Кривая B-H обычно используется для описания нелинейного поведения намагниченности, которое ферромагнитный материал приобретает в ответ на приложенное магнитное поле.

Что вызывает потерю гистерезиса?

Гистерезисные потери вызваны намагничиванием и размагничиванием сердечника при протекании тока в прямом и обратном направлениях. По мере увеличения намагничивающей силы (тока) увеличивается магнитный поток.Чтобы плотность потока достигла нуля, намагничивающая сила должна быть приложена в отрицательном направлении.

Что такое гистерезис термостата?

Температура повышается и понижается при движении жидкости, поэтому настройка гистерезиса представляет собой степень узкости или широты показаний температуры. Например, вы хотите, чтобы в вашей комнате была постоянная комнатная температура. Таким образом, вы устанавливаете нижнюю и верхнюю точки вашего термостата. Это похоже на гистерезис. Допустим, диапазон составляет 5 градусов от комнатной температуры.

Что такое температурный гистерезис и насколько он точен?

Температурный гистерезис предназначен для приложений, не требующих точного контроля. Температурный гистерезис более точен, чем полное отсутствие регулирования, но это не самая точная доступная форма контроля температуры.

О чем свидетельствует отсутствие гистерезиса на этой изотерме?

Отсутствие гистерезиса на этой изотерме указывает на изменения матрицы, происходящие при 0.43 полностью ответственен за кажущийся гистерезис. Вода в образце связана с поверхностью частиц с помощью различных механизмов связи.

Что такое гистерезис и как он работает?

Гистерезис относится к сценарию, в котором изменения параметра отстают от силы, вызвавшей их. Температурный гистерезис следует тому же принципу, когда повышение или понижение температуры отстает от подачи или отключения подачи тепла/охлаждения. Это принцип, который используется для контроля температуры в различных приложениях.

Что такое температурный гистерезис MSI Afterburner?

Что такое температурный гистерезис MSI Afterburner?

Температурный гистерезис позволяет скорости вентилятора «плавать» по мере охлаждения графического процессора. Рекомендуется установка пяти или 10 градусов, что означает, что вентилятор позволит графическому процессору охладиться на эту величину, прежде чем переключиться на более низкую скорость вращения вентилятора. Это помогает предотвратить колебания скорости, когда температура пересекает пороговые значения на графике.

Что означает температурный гистерезис?

Гистерезис – это диапазоны увеличения и уменьшения показаний энергии (?) Температуры повышаются и падают при движении жидкости, поэтому гистерезис настройка – это степень узкости или широты показаний температуры . Например, вы хотите, чтобы в вашей комнате была постоянная комнатная температура.

Опасно ли увеличение скорости вентилятора?

Пока шум не беспокоит, да, все в порядке.Чем холоднее, тем лучше. Если вы можете выдерживать вентиляторы на 100% все время, вы можете даже это сделать.

Можно ли настроить скорость вращения вентилятора графического процессора?

Щелкните значок « GPU », а затем щелкните ползунок «Охлаждение» элемента управления и переместите его на значение от нуля до 100 процентов. Вентилятор замедляет или ускоряет автоматически, в зависимости от ваших настроек.

Какова наилучшая кривая вентилятора?

Установите его на 0% при температуре 25 градусов C или ниже.Увеличьте скорость вращения вентилятора до 20% при температуре 35 градусов. 40% при 55 градусах. 80% при 80 градусах и 100% при 85 градусах.

Будут ли вентиляторы корпуса снижать температуру процессора?

Наличие корпусных вентиляторов поможет с температурой процессора . Однако на каждый вентилятор приходится убывающая отдача. Двух вентиляторов достаточно в большинстве случаев (в прямом и переносном смысле).

Как настроить кривую вентилятора в BIOS?

Используйте клавиши со стрелками на клавиатуре для прокрутки меню BIOS до подменю «Монитор», «Статус» или другого подменю с аналогичным названием (это также может незначительно отличаться в зависимости от производителя).Выберите в подменю параметр « Fan Speed ​​ Control », чтобы открыть элементы управления вентилятором .

Что такое хорошая скорость вращения вентилятора?

Вы можете стремиться к скорости около 75%, скажем, при 60°C, если ваши вентиляторы слишком громкие при макс. об/мин .


Основные понятия: воспроизводимость

История термометрии помогает привлечь внимание к некоторым основным проблемам, связанным с регистрацией и использованием точной информации о температуре. Принятие универсальной шкалы (будь то шкалы Фаренгейта, Цельсия, Кельвина, Ренкина или более малоизвестные шкалы Делиля, Реомюра или Ремера) делает возможным установление научных стандартов, а также прямое сравнение данных относительной температуры от места к месту и от прибора к прибору. .Это также намекает на важность «воспроизводимости» в термометрии.

Термометр, измеряющий точку замерзания воды, должен показывать 32°F (0°C) каждый раз, когда вы его измеряете, а не 32°F (0°C) один раз, 34°F (1°C) в следующий раз и 30°F (-1°C) в следующем. Это противоречило бы цели универсальной шкалы, используемой для сравнения относительных температур разнородных материалов и сред.

Воспроизводимость, наряду с точностью и разрешением, являются основой, на которой построены все хорошие технологии термометров, но на самом деле это три разные вещи.Некоторые дорогие термометры, представленные сегодня на рынке, довольно точны, а иногда и достаточно точны, но не всегда надежно воспроизводимы. Это означает, что у вас могут быть или не быть точные данные о температуре в зависимости от характеристик термометра в конкретное время, когда вы проводите измерения.

Одной из распространенных проблем воспроизводимости показаний термометров является явление, известное как «гистерезис». При гистерезисе физические свойства прибора, например, щупа термометра, временно изменяются в процессе измерения.Термометры с гистерезисом будут показывать разные температуры в одном и том же материале (скажем, в ледяной бане) в течение короткого периода времени и поэтому не являются «воспроизводимыми».

Эта проблема характерна для «механических» термометров, таких как биметаллические циферблатные термометры, но может также возникать и для «электронных» термометров, таких как цифровые термометры с мгновенным считыванием.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.