Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Предлагаемое устройство предназначено для автоматического регулирования температуры, преимущественно в крупных химических и энергетических установках. В предлагаемом устройстве, как и во многих известных аппаратах того же типа, замер температуры производится посредством термопар, включаемых в цепь гальванометра, который служит для управления электрическими механизмами, приводящими в действие вентиль в трубопроводе, подающем топливо в печь.

Согласно изобретению, в предлагаемом устройстве применены два особым образом включаемых комплекта реле, из которых один служит для присоединения серводвигателя, приводящего в действие вентиль и подвижную часть потенциометра обратной связи, к сети питания, а другой - для присоединения к этой сети того или иного из двух электромагнитов, приводящих в движение подвижную часть потенциометра, с частью сопротивления которого включен упомянутый выше потенциометр обратной связи; этим самым достигается ускоренная установка вентиля на положение, соответствующее заданной температуре.

Электрическая схема предлагаемого устройства изображена на чертеже.

Устройство состоит из 1) ряда термох пар ТП, ТП₁…, установленных в точка - замера температур, которые необходимо стабилизировать, 2) вентиля, установленного на трубопроводе, подающем топливо или т.п., и приводимого в действие реверсивным серводвигателем М, 3) приборов, расположенных в контрольном помещении и соединенных проводниками с термопарами и серводвигателем.

Регулирование осуществляется двумя приемами, причем первичное (рабочее) регулирование производится раздельно от вторичного (контрольного) регулирования.

Первичное регулирование осуществляется регулятором со статической характеристикой. Каждому значению стабилизируемой температуры соответствует определенное положение вентиля и потенциометра обратной связи, что предотвращает перерегулирование. Вторичное регулирование осуществляется регулятором с астатической характеристикой (замедленным). В результате наложения обеих характеристик устройство получает изодромную характеристику.

К термопарам ТП, ТП₁… через посредство непрерывно вращающегося коммутатора ГП поочередно присоединяется контактный гальванометр ГР, являющийся измерительной частью устройства. Переключение производится, например, через каждые 2 сек. и каждое измерение повторяется через 20 сек. Гальванометр снабжен рядом контактов К, К…; к тому или иному (в зависимости от температуры) из этих контактов гальванометр присоединяет контактную пластину П. При этом замыкается цепь соответствующего, реле из комплекта ЗПР реле, а затем - цепь соответствующего реле из комплекта ЗВР реле; эти реле снабжены контактами для самоблокировки.

Реле ЗПР служат для включения серводвигателя М на правый или левый ход на такой промежуток времени, который соответствует разнице между установочной температурой и имеющейся в действительности. Для осуществления этого напряжение подается на рабочие контакты реле ЗПР через посредство постоянно вращающегося переключателя ИП. Последний выполнен в виде кулачкового контактора, делающего один оборот в 20 сек. Кулачки переключателя ИП соразмерены так, что один из них замыкает соответствующую ему линию на промежуток 0,5 сек., другой - на 1 сек., третий - на 2 сек. и т.д.; вообще, переключатель ИП дает импульсы тока следующей продолжительности: , 1, 2, 4, 7, 12 и 18 сек. Чем больше было отклонение стрелки гальванометра, тем более продолжительный импульс подается на серводвигатель.

Для питания цепи гальванометра служит батарея Б на 1,5 вольта, напряжение которой контролируется время от времени вручную по нормальному (кадмиеву) элементу Н. Потенциометр РП обратной связи устанавливается в зависимости от положения вентиля, приводимого серводвигателем М. Движок О потенциометра РП связан механически со штоком вентиля так, что при закрытом клапане движок приходит к концу сопротивления, соединенному с контактом А потенциометра УП, а при открытом - к концу, соединенному с контактом В последнего. Потенциометр УП служит для установки температуры. Устанавливая контакты А и В в том или ином месте по сопротивлению потенциометра УП, тем самым устанавливают ту среднюю температуру, относительно которой происходит первичное регулирование. При этом, изменяя расстояние между контактами А и В, например, увеличивая его, мы увеличиваем пределы температур, вызывающие полное открытие и закрытие вентиля, т.е. увеличиваем неравномерность регулятора.

Уменьшение общего сопротивления цепи батареи Б, вызываемое этим изменением, по своей величине меньше 0,2% при надлежащем подборе сопротивлений и поэтому на точности регулирования не отзывается.

Компенсация температуры холодного спая термопары достигается известным образом путем введения в потенциометрическую схему сопритивления С с большим температурным коэфициентом.

Как уже указывалось, гальванометр ГР заставляет срабатывать приключаемый к нему коммутатором ГП комплект реле. Сработавшие реле блокируются, получая питание через свои контакты самоблокировки, и удерживаются в замкнутом положении непрерывно в течение 18 сек. Когда коммутатор ГП совершит полный оборот, он шунтирует катушки всех реле и лишает их тока. Все реле освобождаются и в следующем положении коммутатора ГП снова подключаются к гальванометру ГР.

Реле включены таким образом, что они подключают прямую или обратную обмотку возбуждения серводвигателя М к одной из линий, замыкаемых переключателем ИП на равные промежутки времени. Серводвигатель М приходит в действие и прикрывает или открывает вентиль в течение промежутка времени, соответствующего разности между действительной температурой и установочной величиной ее.

Вторичное регулирование производится непосредственно вслед за первичным и должно исправлять ошибки и неравномерность первичного.

Измерительной частью при вторичном регулировании служит тот же гальванометр ГР в той же потенциометрической схеме. При этом коммутатор ГП подключает к ней новый, так называемый контрольный потенциометр КП.

Контрольное измерение происходит по полупотенциометрическому методу. Гальванометр ГР замыкает цепь соответствующего реле из комплекта задерживающих реле ЗВР, которые описанным выше образом подают импульсы тока той или иной продолжительности одному из двух электромагнитов МС установочного потенциометра УП. Возбуждаемый импульсами тока электромагнит сцепляет зубчатый механизм потенциометра УП с приводным механизмом, вследствие чего контакты А и В медленно перемещаются по сопротивлению. Передача подобрана таким образом, чтобы 5% изменение установочной температуры происходило за 15 мин.

Коммутатор ГП за один оборот занимает 20 рабочих положений; это количество положений соответствует использованию одного гальванометра для регулирования температуры в пяти точках. Коммутатор имеет конструкцию, аналогичную конструкции токораспределителям в автоматических телефонных станциях Эриксона.

Вентильный механизм, как уже указывалось выше, снабжен реверсивным серводвигателем. Передача от последнего к вентилю устроена таким образом, что клапан полностью открывается за 36 сек. непрерывной работы. Время изменяется реостатом в пределах ±80%. Для ограничения хода вентиля предусмотрены предельные выключатели ПП, включенные в цепь обмоток серводвигателя.

Работа устройства происходит следующим образом. Предположим, что регулятор изменяет подачу жидкого топлива в печь в зависимости от температуры на перевале печи; пусть температура повысилась выше установочной; равновесие потенциометра нарушилось и гальванометр ГР, отклоняясь вправо, подает на сервомотор импульс тока. Продолжительность его соответствует величине отклонения.

Вентиль, прикрываясь, вращает свой потенциометр РП обратной связи и этим уравновешивает действие гальванометра. От того, насколько резко было повышение температуры, зависит, справится ли регулятор с уравновешиванием потенциометра с первого же импульса. Вследствие тепловой инерции печи и некоторого времени запаздывания распространения теплоты эффект регулировки во всяком случае еще не подействует на регулятор. Наиболее вероятно, что температура будет продолжать повышаться и за первым последуют еще несколько импульсов; но при этом является существенным, что их величина будет пропорциональна не абсолютной величине отклонения действительной температуры от установочной, но разности по сравнению с уже уравновешенной только что потенциометром температурой. Как только изменение температуры приостановится, импульсы прекратятся и клапан остановится. Теперь начнет сказываться инерция и температура пойдет вниз. Однако, скорость этого изменения температуры, как известно из теорий регулятора с обратной связью, будет меньше скорости в начале регулирования, и будет остановлена быстрее. После нескольких сходящихся колебаний температура остановится на некоторой величине, чуть большей, чем первоначальная, а клапан прикроет топливо.

Вторичный регулятор, действуя так медленно, что эффект его регулирования не зависит от времени запаздывания и находится всегда в равновесии с показаниями гальванометра, будет продолжать медленно прикрывать клапан и устанавливать температуру на первоначальное (установочное) значение.

Автор указывает, что предложенное им устройство обладает следующими преимуществами перед известными регуляторами: 1) спокойная, без постоянных колебаний, работа; 2) большой диапазон продолжительностей импульсов, 3) более быстрое увеличение продолжительности импульсов по сравнению с увеличением отклонения гальванометра; это обстоятельство является весьма существенным; 4) возможность регулирования одним гальванометром температуры в нескольких точках; 5) наличие постоянного контроля положения клапана из контрольного помещения; 6) легкость изменения первичной неравномерности в соответствии с данными условиями; 7) легкость изменения установки регулируемой температуры; 8) стабилизация температуры после нескольких сходящихся быстро колебаний; 9) даже при резком и большом изменении внешних условий колебания не приобретают большой амплитуды; 10) наличие двойного регулироватия, которое придает устройству надежность, создает быструю и уверенную стабилизацию и осуществляет точную стабилизацию (изодромность); 11) выполнение импульсного переключателя в виде кулачкового контактора дает возможность осуществить любой диапазон и градацию скоростей серводвигателя, увеличивая мощность и гибкость системы, а также применить мощные и надежные контакты для разрыва цепи серводвигателя.