Патент ссср 56099

 

Класс 42q, 1

42q, 2

421, З

М 56099

СССР

ОПИСАНИК ИЗОБРКТКНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Г. А. Фильцер

УСТРОИСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ, ДАВЛЕНИЯ, ВЛАЖНОСТИ И Т. П. ВЕЛИЧИН

Заявлено 1 ноября 1937 г. за № 11771/300911 в Народный Комиссариат тяжелой промышленности СССР

Известные устройства для автоматического регулирования температуры, давления и т. п. величин, в которых исполнительный механизм управляется импульсами тока, зависящего от величины отклонения регулируемой величины от заданного значения, а также устройства для автоматического регулирования с применением термопары, включенной последовательно с двумя потенциометрами, из которых один служит для установления тока регулирования, а второй автоматически регулируется с,помощью исполнительных устройств, или с применением моста

Уитстона, сопротивление плеч которого изменяется в зависимости от регулируемых величин, не обеспечивают автоматическое приведение рабочего органа, управляющего процессом, в положение, соответствующее заданному режиму.

В описываемом устройстве это достигается тем, что второй (следящий) потенциометр снабжен дополнительным движком, приводимым в движение любым двигателем (например, электрическим) при пуске исполнительного механизма и равномерно перемещающимся в сторону уменьшения электродвижущей силы Е1 — E до тех пор, пока эта разность не станет равной нулю.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства для автоматического регулирования температуры, давления, влажности и т. п. величин; на фиг. 2 — электрическая схема, предусматривающая замену потенциометров схемы на фиг. 1 реостатами; на фиг. 3 — вариант схемы на фиг. 1 с конструктивными элементами; на фиг. 4 — вариант формы выполнения потенциометра схемы на фиг. 3; на фиг. 5 — упрощенный вариант выполнения потенциометра на фиг. 4; на фиг. 6 —. второй вариант принципиальной схемы устройства с конструктивными элементами; на фиг. 7 — второй вариант формы выполнения потенциометра; на фиг. 8 — регулировка сечения подвижного органа устройства, Мо 56099

В компенсационную цепь термопары 1 (фиг. 1), помещенной в той точке, параметр которой (температура, давление или т. п.) задан, помимо потенциометра 2, служащего для установки заданной величины, и гальванометра 8, посылающего командные импульсы исполнительному механизму 4, включен второй потенциометр 5, снабженный двумя контактными движками 6 и 7. Движок 6 кинематически связывают с рабочим органом 8, например клапаном, рукояткой электронагревательного устройства и т. п., перемещаемым в ту или другую сторону исполнительным механизмом. Движок 7 может принудительно - передвигаться (например, при помощи реверсивного электродвигателя 9 с червячным редуктором 10) вдоль потенциометра 5 в ту или другую сторону, причем направление движения обусловливается направлением перемещения рабочего органа 8.

Когда электродвижущая сила Е>, развиваемая термопарой, не компенсируется заданной разностью потенциалов Е> на концах введенной в цепь движком 11 части обмотки потенциометра 2, то гальванометр 3 подает командный импульс исполнительному механизму и последний в соответствии с изменившимся режимом регулируемого процесса изменяет положение рабочего органа в том направлении, при котором нарушенный нормальный режим будет восстанавливаться.

При перемещении рабочего органа автоматически передвигается по обмотке потенциометра 5 движок 6, вводя постепенно в компенсационную цепь с электродвижущей силой (или разностью потенциалов Е,—

E>) дополнительную, направленную навстречу Е,— Е>., разность потенциалов. Когда эта дополнительная разность потенциалов (обозначим ее условно Ез) достигнет значения, при котором она будет компенсировать полностью Š— Е, гальванометр придет в нулевое положение и не будет посылать командных импульсов исполнительному механизму.

Пока будет существовать разность потенциалов Е, нормальный режим процесса еще не восстановлен, и положение рабочего. органа соответствует не нормальному режиму, а величине отклонения действующего режима от заданного, т. е. величине Е,— Е . Для того, чтобы привести рабочий орган в положение, соответствующее заданному режиму, т, е. в положение, при котором .разность Е,— E„E„будет равна нулю, применен второй движок 7, который приводится в движение автоматически любым двигателем при пуске исполнительного механизма и равномерно перемещается в сторону уменьшения включенной в цепь разности потенциалов Ез.

В результате такого произвольного уменьшения разности потенциалов, компенсирующей появившуюся разницу Ед — E могут иметь место три случая.

Если скорость, с которой уменьшается благодаря перемещению движка 7 разность потенциалов Ез, будет равна скорости уменьшения разности E> — E>, являющейся следствием изменившегося положения рабочего органа, то движок 6 (а с ним и рабочий орган) будет стоять на месте, и движок 7 будет к нему приближаться. Когда Ез станет равно нулю, движок 7 станет против движка 6, и при этом автоматически остановится двигатель, перемещающий движок 7.

Если уменьшение Ез, обусловливаемое перемещением движка 7, будет идти медленнее, чем уменьшение разности Š— Е, то Ез вскоре окажется больше Е,— Е,.

Электродвижущая сила Е, уже не будет компенсироваться включенными в компенсационную цепь на потенциометрах разностями потенциалов Е и Е, и гальванометр 8, включенный в эту цель, даст снова командный импульс обратного направления исполнительному механизму, который начнет перемещать движок 6 (а с ним и рабочий орган) в № 56099 обратном направлении, навстречу движку 7, благодаря чему Ез будет уменьшаться быстрее, чем раньше, а Е,— Е медленнее (при новом положении рабочего органа).

Наконец, если Ез при перемещении движка 7 будет уменьшаться быстрее, чем Е,— Е, то взаимная компенсация в цепи электродвижущей силы термопары и разностей потенциалов E> — Ез нарушится, гальванометр 8 даст новый командный импульс, исполнительный механизм вызовет добавочное перемещение движка (а с ним и рабочего органа) в направлении перемещения движка 7, разность Е,— E„вследствие передвижки рабочего ргана, будет уменьшаться быстрее, и скорость этого уменьшения приблизится к скорости уменьшения Е,, обусловленной перемещением движка 7.

Таким образом, рабочий орган, после ряда все уменьшающихся по своей амплитуде колебаний, остановится в том положении, которое соответствует заданному режиму, когда Е,=Е..

Если падение напряжения на единице длины потенциометра 5 слишком велико, то при автоматическом вводе в компенсационную цепь разности потенциалов Ез, рабочий орган будет перемещаться на такие незначительные величины, которые не обеспечивают восстановление нарушенного нормального режима процесса в короткий срок. С другой стороны, если падение напряжения на единице длины потенциометра 5 будет слишком мало, то перемещения рабочего органа, даже при незначительных отклонениях действующего режима от заданного, будут черезмерно велики, и вследствие большой амплитуды колебаний рабочего органа время, в течение которого он будет приведен в положение, соответствующее нормальному режиму регулируемого процесса, будет также велико.

Для приведения в соответствие падения напряжения на единице длины потенциометра с ходом рабочего органа, управляющего регулируемым процессом, в цепь, питающую током обмотку потенциометра 5, включен реостат 12.

Если регулируемые величины выражены в виде электрического сопротивления R< (фиг. 2), то способ. изложенный выше, оставаясь по существу тем же, в отношении схемы несколько видоизменяется.

В этом случае вместо потенциометра можно применять реостаты, составляющие ветви мостика Уитстона. При этом реостат 13, на котором движком 14 вводится сопротивление R>, соответствующее заданной величине, расположен на одном плече мостика, а на другом плече расположен реостат 15, движком 1б которого вводится в цепь сопротивление г, восстанавливающее равновесие на плечах мостика Уитстона, вызванное отклочением Р, от заданной величины. Сопротивление Р, включают в ту же ветвь мостика Уитстона.

Реостат 15 снаожен двумя движками на отдельных направляющих, из которых движок 16 кинематически связан с рабочим органом, управляющим режимом регулируемого процесса, и перемещается при действии исполнительного механизма, а второй движок 17 принудительно перемещается в ту или другую сторону каким-либо реверсивным двигателем, включенным в работу при пуске исполнитечьного механизма.

При нулевом положении гальванометра 18, движки 16 и 17 находятся друг от друга на известном расстоянии, при котором в цепь введено реостатом 15 сопротивление r. Таким образом. если процесс протекает нормально, сопротивление R< в регулируемой точке вместе с сопротивлением r уравновешиваются заданным сопротивлением R .

1(огда нормальный режим нарушается, движок 1б перемещается исполнительным механизмом в ту или другую сторону и либо уменьшает, № 56099 либо увеличивает сопротивление на величину R3, восстанавливающую равновесие мостика.

Движок 17 перемещается двигателем в сторону первоначального перемещения движка 1б. Движение это автоматически прекращается, когда движок 17 будет находиться от движка 1б на расстоянии, соответствующем сопротивлению r, т. е. когда сумма сопротивлений R<+r станет равной заданной величине R2.

В устройстве (фиг. 3) в компенсационную цепь термопары 1 включена часть обмотки потенциометра 2 с разностью потенциалов, направленной навстречу электродвижущей силе термопары и соответствующей заданному значению регулируемой величины. В эту же цепь включен следящий потенциометр 5, который устроен следующим образом.

Обмотка 19 потенциометра (фиг. 4) навита по изоляционному слою на стержень 20 и в виде кольца укреплена на окружности эбонитового или т. п. колеса 21. Питание обмотки производится элементом 22 через сопротивление 28 и реостат 12 (фиг. 3).

Колесо 21 вместе с планетарным колесом 24 (фиг. 4) и коническим колесом 25 может свободно поворачиваться на валу 2б. Поворачивание колеса 21 в ту или другую сторону обусловливается действием исполнительного механизма 4, получающего соответствующие командные импульсы от гальванометра 8 при отклонении действующего режима от заданного. Исполнительный механизм при помощи той или другой передачи поворачивает шестерню 27, а следовательно, и колесо 21. Одновременно соответственным образом изменяется положение рабочего органа 8.

Обмотка потенциометра разделена приблизительно на две равные части, концы которых прикреплены к клемме 28. Движок 7 потенциометра укреплен на конической шестерне 29, жестко связанной с шестерней 80 и могущей свободно поворачиваться вместе с ней на валу 2б.

Поворачивание шестерни 80 (или перемещение движка 7 по обмотке 19 потенциометра) производится реверсивным электродвигателем 9 при помощи, например, червячного редуктора 10 и шестерни 81. По отношению к движку 7 клемма 28 поворачивающегося потенциометра 5 играет роль второго движка. К клемме 28 присоединен один конец компенсационной цепи термопары 1, а к движку 7 — второй. Таким образом, участок обмотки 19 между клеммой 28 и движком 7 введен в компенсационную цепь.

Хотя потенциометр 5 и движок 7 приводятся в движение разными механизмами, их взаимное перемещение увязано наличием дифференциальной зубчатой передачи, состоящей, кроме уже упомянутых колеса 25 и шестерни 29, из двухстороннего конического колеса 82, сателлита 88 и паразитной конической шестерни 84, вращающейся на неподвижной оси 85. Рычаг 8б с осью 87, на которой может поворачиваться сателлит 88, жестко связан с валом 2б. благодаря указанной связи угол поворота вала 2б зависит исключительно от взаимного перемещения клеммы 28 и движка 7 и не зависит от их совместного поворота на определенный угол в ту или другую сторону. Если движок 7 находится против клеммы 28, то вал 2б занимает нормальное исходное положение, где бы ни произошла встреча движка 7 с клеммой 28. Если имеется угловое смещение движка 7 и клеммы 28, то на половину этого угла повернется (в сторону поворота клеммы) вал 2б.

На конце вала 2б укреплена стрелка 88, которая указывает на неподвижной шкале 89, соответствующим образом градуированной, как изменяется в процессе регулировки значение разности потенциалов Е,. № 56099 компенсирующей возникшую разницу между фактическим значением регулируемой величины и заданным.

На валу 2б укреплено устройство, служащее для пуска и остановки реверсивного двигателя 9, приводящего в движение движок 7. Оно состоит из диска 40 и контактных пластин 41, 42 и 48. Когда стрелка 88 занимает нулевое положение, т. е. когда движок 7 находится против клеммы 28, кулачок 44 пластинки 42 опирается на уступ 45 на ребре диска 40 и между пластинками 41, 42 и 48 нет контакта.

После того, как исполнительный механизм 4 приведет в движение потенциометр 5, произойдет взаимное смещение движка 7 и клеммы 28, диск повернется в ту или другую сторону, кулачок 44, опирающийся на ребро этого диска, либо упадет, либо поднимется, скользя по выступам на ребре диска 40, и пластинка 42 будет контактировать или с пластинкой 41, или с пластинкой 48. Так как пластинки 41, 42 и 48 проводами связанны с реверсивным электродвигателем 9, то электродвигатель в этом случае начнет перемещать в ту или другую сторону движок 7. Это будет продолжаться до тех пор, пока движок 7 не окажется против клеммы 28. Тогда диск 40 станет в исходное положение, контакт пластинки 42 с пластинкой 41 (или 43) нарушится, и электродвигатель остановится.

Поскольку угол поворота вала 2б в точности характеризует взаимное положение движка 7 и клеммы 28, т. е. может указывать изменение в процессе регулировки разности потенциалов Ез, эти изменения при помощи телепередатчика 4б могут быть переданы на расстояние в помещение диспетчера.

Если нет надобности в передаче показаний следящего потенциометра 5 в центральный пункт управления, то можно применять более простое устройство (фиг. 5). Здесь обмотка 19 потенциометра и движок 7 установлены на разных валах 47 и 48, расположенных на одной геометрической оси. Вал 47 приводится во вращение исполнительными механизмами, а вал 48 — каким-либо реверсивным двигателем, пуск которого обусловливается взаимным смещением движка 7 и клеммы 28. На одном из валов 47 или 48 укреплена поворачивающаяся вместе с ним шкала 39, а на другом стрелка 38. Пусковое устройство может быть таким же, как описано было выше, или каким-либо известным другим.

В том случае, когда регулируемые величины выражаются не в виде электродвижущей силы (или разности потенциалов), а в виде сопротивления, в качестве автоматического регулятора может быть применено описанное выше устройство с незначительным изменением, заключающимся в том, что при нулевом положении стрелки 88 движок 7 располагается не против клеммы 28, а на расстоянии, соответствующем введенному в цепь добавочному сопротивлению r. Схема электрических соединений изменяется и строится по схеме мостика Уитстона.

При видоизменении описанного устройства вместо реверсивного двигателя 9, перемещающего движок 7, применена пружина 49, один конец которой прикреплен к концу рычага 50, закрепленного иа валу

2б, а другой конец к неподвижной точке 51. При поворотах вала 2б и вместе с |ним стрелки 38 в ту или другую сторону от нулевого положения, пружина 49 растягивается и стремится возвратить вал 2б в исходное еулевое .положение. Быстрому движению препятствует жидкостный или какой-либо другой катаракт 52. Подвижный орган 53 катаракта связан с шестерней 34 дифференциала. Изменяя регулирующим винтом

54 сечение подвижного органа 58 (фиг. 8), через которое жидкость перетекает из одной полости катаракта в другую, устанавливают желаемую скорость возвращения вала 2б в исходное нулевое положение. № 56099

Действует устройство следующим образом: при отклонении регулируемой величины от заданной, гальванометр 8 пускает исполнительный механизм 4, передвигающий рабочий орган (например, клапан) 8 и одновременно поворачивающий колесо 21 с обмоткой 19 потенциометра.

Благодаря задерживающему действию катаракта шестерня 84 может вращаться лишь медленно и тем самым препятствует быстрому вращению двойного колеса 82. В результате исполнительный механизм, вращающий колесо 21 потенциометра, через сателлит 88 и колесо 25 повернет вал 2б на угол, пропорциональный разности между заданной регулируемой величиной и ее действительным значением в данный момент.

Одновременно натянется пружина 49, которая будет вращагь вал

2б в обратном направлении и вместе с ним рычаг 8б с осью 87 и сателлитом 33.

Последний будет медленно вращать двойное колесо 82, шестерню

84 с подвижным органом 58 катаракта 52 и колесо 29 с движком 7. При этом движение движка 7 будет всегда происходить в сторону приближения к нулевой точке обмотки 19 потенциометра 5. Следовательно, действия пружины 49 и катаракта 52 на движок 7 подобны действию реверсивного двигателя 9, описанному выше. Существенное преимущество последнего устройства заключается в том, что движение движка к нулевой точке потенциометра будет тем медленнее, чем меньше разность между заданной регулируемой величиной и ее действительным значением, так как вращающий момент на валу 2б, создаваемый пружиной, зависит от ее натяжения. Благодаря тому, что движок 7 будет приближаться к нулевой точке потенциометра тем медленнее, чем меньше отклонение регулируемой величины от заданной, колебания процесса будут быстрозатухающими.

Предмет изобретения

1. Устройство для автоматического регулирования температуры, давления, влажности и т. и. величин, выражаемых известным способом в виде разности потенциалов или в виде электродвижущей силы, в котором последовательно с контрольной термопарой включены два потенциометра, на первом из которых (дающем) установлена разность потенциалов Е>, соответствующая заданной величине температуры, давления и т. п., а передвижные элементы (движок или обмотка) второго потенциометра, предназначенного для компенсирования разности электродвижущих сил Е> Е, в случае отклонения измеряемой э.д.с. Е от заданной величины Е, кинематически связаны с рабочим органом, управляющим регулируемым процессом и приводимым в действие исполнительным механизмом от зеркального гальванометра, фотореле или другим известным способом при отклонении Е> от заданной величины, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью автоматического приведения рабочего органа, управляющего процессом, в положение, соответствующее заданному режиму, второй (следящий) потенциометр снабжен дополнительным движком, приводимым в движение любым двигателем (например, электрическим) при пуске исполнительного механизма и перемещающимся в сторону уменьшения электродвижущей силы Е,— Е до тех пор, пока эта разность не станет равной нулю.

2. Видоизменение устройства по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью приведения хода рабочего органа (клапана, крана и т. п.), управляющего регулируемым процессом, в соответствие с длиной включенного участка следящего потенциометра, в питающую цепь включен реостат. № 56099

3. Видоизменение устройства по пп. 1 — 2 для случаев, когда регулируемая температура, давление, влажность и т. п. величины выражаются известными способами в виде электрического сопротивления, включенного в цепь моста Уитстона, от л и ч а ю щ е е с я тем, что с целью приведения рабочего органа в положение, соответствующее заданному режиму, одно из плеч моста снабжено дополнительным движком, принудительно перемещающимся после пуска в ход исполнительного механизма.

4. Форма выполнения устройства по пп. 1 — 3, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что обмотка следящего потенциометра укреплена на окружности колеса, поворачиваемого с помощью той или иной передачи исполнительным механизмом, связанным с рабочим органом (клапаном и т. п.), управляющим регулируемым процессом и жестко связанным с одним из планетарных колес дифференциала, второе колесо которого через паразитную шестерню и колесо, приводимое во вращение реверсивным двигателем, жестко связано с движком, скользящим при действии устройства по обмотке потенциометра в ту или иную сторону.

5. Форма выполнения устройства по п. 4, отличаю ща я ся тем, что сателлит дифференциала при помощи рычага жестко связан с валом со свободно насаженными на нем колесами, приводящим через пусковое устройство в действие и останавливающим двигатель с той целью, чтооы укрепленная на конце вала стрелка указывала на шкале, соответствующим образом отградуированной, на сколько и в какую сторону отклонился режим регулируемого процесса от заданного режима.

6. Форма выполнения устройства по пп. 4 и 5, отличающаяся тем, что колеса дифференциала связаны с колесом, сидящим на валике, приводящем в движение подвижной орган жидкостного или другого катаракта или иного замедляющего приспособления, скорость движения которого может регулироваться (например, винтом), а на оси дифференциала насажен рычаг, связанный с пружиной, приводящей вал со стрелкой в исходное нулевое положение и одновременно движок в нулевую точку обмотки потенциометра.

7. При устройстве по пп. 4 — 6 применение телепередатчика для передачи на расстояние направления и степени отклонения стрелки от нулевого положения.

8. Форма выполнения устройства по пп. 5 — 6, отличающаяся тем, что приводимое во вращение исполнительным механизмом колесо с укрепленной на его окружности обмоткой и движок, принудительно перемещаемый по обмотке, укреплены на независимых валах, расположенных на одной оси, причем на одном из этих валов укреплена стрелка, а на другом шкала. № 56099 — 10—

Объем 0,87 изд. л.

Цена 5 коп.

Формат бум. 70 Q 108>/i6

Тираж 200

ЦБТИ при Комитете пn яелаги изобретений и открытий прн Совете Министров СССР

Москва, Центр, М. Черкасский пер., д. 2/б.

Поди. к печ. 25/1 — 63 г

Зак. 145/18

Типография, пр. Сапунова, 2

Редактор T. В. Мациевская Техред А. А. Камышникова Корректор С. Ю. Цверина