Устройство для регулирования давления паров металла в термоэмиссионном преобразователе

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ ПАРОВ МЕТАЛЛА В ТЕРМОЭМИССИОННОМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕ, содержащее нагреватель, размещенный на термостате с жидким металлом, полость которого соединена трубопроводом, в котором размещена керамическая встав ка с полостью термоэмиссионного преобразователя , нагреватели трубопровода и нагреватель керамической вставки, термопару, горячим спаем которой является пленка металла, осе дающего на керамической вставке, а также источник питания, первый задатчик температуры и первый регулятор , к выходу которого параллельно подключены нагреватели трубопровода, последовательно соединенные второй задатчик температуры, компаратор и второй регулятор, к выходу которого подключен нагреватель термостата , отличающе еся тем, что, с целью повьпиения точности устройства, оно содержит усилитель , интегратор, сумматор, элемент И-НЕ, ключ и сдвоенный переключатель причем входы сумматору подключены к выходам первого и второго задатчиков , а выход - к входу первого регулятора , выход которого связан с (Л нагревателем керамической вставки через ключ, управляющий вход которого подключен К выходу элемента И-НЕ, первый вход которого через % сдвоенный переключатель соединен с первым выходом источника напряжения, второй выход которого через сдвоенный переключатель связан с входом второго задатчика, а термопара под- , N ключена к входу усилителя, выходом связанного с вторым входом элемента -И-НЕ, и к входу интегратора, выходом 0 связанного с вторым входом компаратора .J.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕ(НИХ

РЕаЪБЛИН зарю C 05D 23 19

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

СР

4ь М, 1 Ж (21) 3562019/18-24 (22) 18.03.83 (46) 23.07.84. Бюл. Р 27 (72) Л.Я.Гарбер и Г.М.Маилов (53) 62.50(088.8) (56) 1. Стаханов И.П. и др. Плазменное термоэмиссионное преобразование энергии. Атомиздат, 1968, с. 115

2. Авторское свидетельство СССР

У 501319, кл. С, 01 l. 11/00, 1974

3. Животовский И.И. и др. Комплекс электронной аппаратуры для лаборатории исследований термоэмиссионных преобразователей. ВИМИ, депонировзнная рукопись, 1975, рис. 5

МВМ Д01415 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

ДАВЛЕНИЯ ПАРОВ МЕТАЛЛА В ТЕРМОЭМИССИОННОМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕ, содержащее нагреватель, размещенный на термостате с жидким металлом, полость которого соединена трубопроводом, в котором размещена керамическая встав ка с полостью термоэмиссионного преобразователя, нагреватели трубопровода и нагреватель керамической вставки, термопару, горячим спаем которой является пленка металла, осе дающего на керамической вставке, а

SU.„04479 А также источник питания, первый эадатчик температуры и первый регулятор, к выходу которого параллельно подключены нагреватели трубопровода, последовательно соединенные второй задатчик температуры, компаратор и второй регулятор, к выходу которого подключен нагреватель термостата, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит усилитель, интегратор, сумматор, элемент

И-НЕ, ключ и сдвоенный переключатель причем входы сумматора подключены к выходам первого и второго задатчиков, а выход — к входу первого регулятора, выход которого связан с нагревателем керамической вставки через ключ, управляющий вход которого подключен к выходу элемента

И-НЕ, первый вход которого через сдвоенный переключатель соединен с первым выходом источника напряжения, второй выход которого через сдвоенный переключатель связан с входом второго задатчика, а термопара подключена к входу усилителя, выходом связанного с вторым входом элемента

-И-HE и к входу интегратора, выходом связанного с вторым входом компаратора.

1 110447

Изобретение относится к технике автоматического регулирования давления паров металлов, например Cs, Li, Na и т.п,, и может быть использовано, в частности, для регулирования давления насыщенных .паров цезия, вводимых в межэлектродный зазор термоэмиссионного преобразователя.

Для исследования и испытаний термоэмиссионного преобразователя необ- 10 ходимо создание транспортировки в межэлектродный зазор, регулирования и стабилизации давления насыщенных паров цезия. Эта задача решается при при помощи цезиевого тракта и системы нагрева термостата с цезием. Для регулирования давления обычно используется зависимость между температурой наиболее холодной точки (термостат) системы и давлением насыщенных паров металла в ней.

Известно устройство, в котором в качестве сигнала обратной связи используется термо-ЭДС термопары (1$.

Однако точность регулирования в g5 данном устройстве зависит от мес-, та размещения термопары внутри тер" мостата, которое практически невозможно точно указать в реальных условиях. 30

Известно устройство, в котором в качестве измерителя давления используется термопара, горяччм спаем которой служит. электропроводящая пленка оседающих паров металла между двумя термоэлектродами. Это позволяет устанавливать датчик вне термостата, что устраняет погрешность, определяемую количеством жидкого металла в термостате (2 7.

Однако данное устройство не пре.дусматривает работу в автоматическом режиме.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является 45 устройство, содержащее первый задатчик температуры, первый регулятор, параллельно включенные нагреватели тракта, термопару и последовательно соединенные второй задатчик температуры, компаратор, второй регулятор и нагреватель термостата (33.

Однако известное устройство обладает. низкой точностью регулирования давления паров и предусматривает работу только в режиме ручного управления.

Цель изобретения — повышение точности устройства.

9 2

Эта цель достигается тем, что в устройство для регулирования давления паров металла в термоэмиссионном преобразователе, содержащее нагреватель, размещенный на термостате с жидким металлом, полость которого соединена трубопроводом, в котором размещена керамическая вставка, с полостью термоэмиссионного преобразователя, нагреватели трубопровода и нагреватель керамической вставки, термопару, горячим спаем которой является пленка металла, оседающего на керамической вставке, а также источник питания, первый задатчик температуры и первый регулятор, к выходу которого параллельно подключены нагреватели трубопровода, последовательно соединенные второй задатчик температуры, компаратор и второй регулятор, к. выходу которого подключен нагреватель термостата, введены усилитель, интегратор, сумматор, элемент И-НЕ, ключ и сдвоенный переключатель, причем входы сумматора подключены к выходам первого и второго задатчиков, а выход— к входу первого регулятора, выход которого связан с нагревателем керамической вставки через ключ, управ ляющий вход которого подключен к выходу элемента И-НЕ, первый вход которого через сдвоенный переключатель соединен с первым выходом источ. ника питания, второй выход которого через сдвоенный переключатель связан с входом второго задатчика, а термопара подключена к входу усилителя, выходом связанного с вторым входом элемента И-НЕ, и к входу интегратора,выходом связанного с вторым входом компаратора.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит второй задатчик 1 температуры, компаратор 2, второй регулятор 3, нагреватель 4 термостата, первый задатчик 5 тем— пературы, сумматор 6, первый регулятор 7, нагреватели 8„, 8,...,8„, 8 керамической вставки, ключ 9, элемент И-НЕ 10, усилитель 11, интегратор 12, блок 13 запуска, термостат

14, трубопровод 15, керамическую вставку 16, термопару 17, термоэмиссионный преобразователь 18, сдвоенный переключатель 19, источник 20 питания, резисторы 21-24 и делитель 25.

1104479

Программный задатчик построен, например, с использованием элементов цифровой техники.

Усилитель 1,1 собран, например, на базе дифференциального усилителя 5

К140УД7 с использованием однополярного питания. Резистором 22 устанавливается нулевой уровень на выходе при отсутствии пленки паров металла. При появлении проводящей пленки термоэле;-; 10 троды термопары 18 замыкаются (образуется горячий спай) и на выход поступает сигнал, равный величине термо-ЭДС, который переводит усилитель

11 в режим насыщения (такой режим ра- 15 боты достигается подключением отрицательного термоэлектрода термопары

17 к резистору 24, связанному с инвертирующим входом и настройкой коэффициента усиления резисторами 23 20 и 24), при этом выходной сигнал усилителя 11 (уровень логической (i ) определяется делителем 25.

При включении задатчика 1 должна заработать цепь отрицательной обрат- 25 ной связи 17-12-2 (иначе возникнет перегрев термостата 14, что приведет к испарению жидкого металла и оседанию паров по трубопроводу 15), для этого необходимо термоциклировать керамическую вставку 16. Термоциклирование осуществляется цепью

17-11-10-9-8„ и начинается при включении переключателя 19, через который подается электропитание за35 датчику 1 и одновременно с резистора 21 снимается сигнал "Логическая

ll

1, который поступает на вход элемен та И-НЕ 10. Элемент 10, выполненный например, на микросъеме 155 ЛА6, on-- 40 ределяет режим работы ключа 9. Когда с блока 13 поступает сигнал "Логический 0", ключ 9 открыт независимо от уровня сигнала на выходе усилителя

11, а при поступлении с блока 13 сиг 45 нала логической "1" положение ключа 9 зависит от уровня выходного сигнала усилителя 11 (при оседании электропроводящей пленки паров металла на поверхность керамики встав- 50 ки 16 ключ 9 открыт) .

Появление и исчезновение проводящей пленки паров металла вызывает появление или исчезновение термо-ЭДС на входе интегратора 12. Таким обра55 зом, на вход интегратора поступают однополярные импульсы, амплитуда которых определяется величиной термоЭДС, Интегратор 12 сглаживает пульсации сигнала и может быть выполнен, например, на усилителе К 140УД7.

На вход компаратора 2 поступает с ин. тегратора 12 аналоговый сигнал, величина которого пропорциональна величине термо-ЭДС,снимаемой с,термопары 17, а следовательно, и давлению насыщенных паров металла. Задатчиком 5 устанавливается начальная температура трубопровода

15 и керамической вставки 16 с тем

Э чтобы .при транспортировке насьпцениых паров цезия в межэлектродный зазор преобразователя 8 не возникало участ. ков, температура которых ниже тем- пературы термостата 14. Величина выходного напряжения задатчика 5, on ределяющая превьппение температуры трубопровода, выбирается при настрой-. ке и в процессе работы не изменяется, Устройство работает следующим образом.

При включении устройства сигнал с выхода задатчика 5 через сумматор

6 поступает на регулятор 7 (разомкнутого типа), с выхода которого на нагреватели 81,8,.. °,8„ подается электрическая мощность, необходимая для начального прогрева трубопровода 15 и керамики вставки 16. При этом жидкий цезий конденсируется .в термостате 14. После включения переключателя 19 на вход элемента

И-НЕ поступает сигнал "Логическая и ключ 9 закрывается, керамика встав. ки 16 начинает, охлаждаться и, когда температура станет равной температуре жидкого цезия в термостате 14, на ее поверхность оседает проводящая пленка паров металла. Наличие пленки фиксируется усилителем 11, который выдает сигнал на открытие ключа 9. Температура керамической вставки 16 повышается, проводящая пленка паров исчезает и ключ 9 закрывается. Таким образом, включения и выключения нагревателя 8 вызывают

11 периодический нагрев и охлаждение керамической вставки 16, В моменты появления электропроводящей пленки паров металла возникает горячий спай между термоэлектродами термопары 17 и термо-ЭДС поступает на вход интегратора 12, с выхода которого сигнал отрицательной обратной связи, пропорциональный давлению насыщенных паров цезия, поступает на вход компаратора 2, на другой вход которого поступает сигнал с задат1104479

ВНННПИ Враз 5210/34 Т ш 842 По снюе

Фвлвад ППП "Патавт, r.Óàãîðîä, ул.Праектвае, 4 чика 1. Разностный сигнал подается на вход регулятора 3, который поддерщивает температурный режим термос. тата 14 в соответствии с заданной программой. Одновременно сумма сигналов задатчика 1 н 5 поступает на вход регулятора 7р прн этом температура трубопровода 15 изменяется в соответствии с сигналом задатчика 1 и превышает температуру термостата 10

14. Таким образом, давление насыщенных паров цезия задается только температурой термостата 14 (наиболее низкой в системе). Регулятор 7 в зависимости от диапазона регулируе- 15 мого давления изменяет величину электрической мощности, подводимой к нагревателю 8уе. Это позволяет поддерщивать необходимую частоту термоциклирования керамической вставки 16, чтобы исключить влияние ее температуры на давление паров в системе.

Таким образом, в предлагаемом изобретении процесс управления давлением в системе питания межэлектродного зазора термоэмиссионного преобразователя насыщенными парами цезия автоматизируется, при этом улучшаются основные технические характеристики.

Устройство рекомендуется и для более широкого использования в технологических процессах, где необходимо регулирование давления паров металла осуществлять в автоматизированном режиме с целью повыщення эффективности и качества проводимых работ.