Устройство для регулирования температуры в камере газового потока
О П И С А Н И Е1
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
Союз Советских
Социалистических
Республик " 658535
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-вм— (22) Заявлено 19.04.77 (21) 2476768, 18-24 (51 ) М. Кл. - с присоединением заявки)3(ив (23) Приоритет—
С) 05 D 23, 1(9
Государственный комитет
СССР оо делам изобретений и открытий
Опубликовано 25.04.79. Бюллетень ¹ 15
Дата опубликования описания 26.0Ф.19 (53) УДК62!.327 (088.8) (72) Авторы изобретения
Е. Я. Чернов, И. Б. Андрушев, В. P. Ефремов и Н. С. Уткин (71) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРБ1
В КАМЕРЕ ГАЗОВОГО ПОТОКА
Областью применения изобретения является автоматическое регулирование температуры газового потока в различных промышленных и экспериментальных установках.
Известно устройство автоматического регулирования температуры газового потока, содержащее нагреватель, чувствительный к температуре элемент и регулятор, управляемый сигналом с чувствительного элемента при отклонении температуры от заданной величины. Регулятор путем изменения напряжения в цепи питания изменяет количество энергии, подводимой к нагревателю (1).
Недостатком указанного устройства является ограничение области устойчивой работы и увеличение времени переходных процессов в объектах с переменным коэффициентом передачи при изменении расхода газа и температуры в широком диапазоне.
Данные обстоятельства затрудняют создание высокочастотных систем автоматического регулирования (CAP) температуры с заданным качеством.
Наиболее близким техническим решением яв.)ястся устройство для регулирования температуры в камере газового 1и)ток», содержащее последовательно вклктчсIIIII I(р(г3 лятор, источники питания и н((грс13;(тель. д;)тчик и задатчик темпер(1т3 ры в камере г;13(>вого потока, подключенные к э,)смент3 (р;)инсния, основной операционный уcllлитсль. в цепь обратной связи которо).о вклк)чеч1 блок коммутации числа нагреватс 1(II и схем и;
СОЕДИНЕНИЯ. ВЫХОД ОСНОВНОГО ОПЕP(IIIII()IIH()го усилителя связан с входом регулятора )2).
Недостатком устройства является сложная зависимость сип1а lа, формируе l()I() в компенсирую(цем элсмсIIT((куоичсская и квадратичная), а также влияниc и 3м(HåIIIlÿ схемы включения (последовательная, Il;1раллсльная, смешанная) и количества ll;lгревательных элемеIIT013 на работу (ист(мы.
Самым существенным нед()статком всех рассмотренных аналогов и прототипа является отрицательное влияние изменения давления газа на температуру, что н даст им возможности устойчиво работать одноврсм ll1О но с системой автоматического регу111po13;Iния давления газа в этом ж. объ(ктс. 11с,1ью lip(., (П0,1 а гаем ого изо()р(тения яв, lя(T(я у.1) ч1нcHи(" динами 1(сI(и. х lp 1êò(. pll Tllк )тст— ройства. Указанная пель достигистся тем, 658535 i Г<) 15 11< >i i «Т
С<3Ч«IIJiH K<1 if(j)I>l I ;:j!5iI;(OIIO IH!ITO;IBIII>IX 0!I(. PaS
I I I l: > I! I l I X, ll«l I IÒC, (я, ВХОД П(РВОГО И:3 КОТО-!
)l>lX «,, f)(>;),1<>К 1: :515.1(Ч< ПИЯ Kl)3 l f)
1Г(с! Ь! ipl О () I i(j)
Об!)
j) !It (If 0!H (3 Ã !И К, I 1" f)(. Г ЯЗОВО! О IIOT()K;i, В
l "I!!I 0!) f)
:5<1 j М(f) f>f, i 13I>IX(),l, «ГO «()(,llfll«ll С ВХОДОМ ОСIJOB1<ОГO <)I I« f) В Хс«трой«тве ll(:рсдатО !ПЫй КОЭ(!)фпцп«(гг ЭЛ С . . С! I т <>, (I) < > P М И P > IO I I ((ГО <. И i Н ñl Л K 0 М П <. 11«
l (II I!, !! Р О! i < ) j)! (и 0! I Я л с < I I(рс, 1 t<)!!(3;(и критического сечения и i Вы- 20 X (), ((0 () > (К Т 3 P C Ã \, 1 И Р 0 В <1 и И и, BE «1 И Ч И Н (. О >1 И !(>СКОГО СОПРОТИВ. !ЕНИЯ НЯ! PPBBT< IIH И 00ра Гно пропорционален!I квадратному KOj) II K) 1!3 регулируемой температуры, то есть Р Г" IXÄÄÄ= (1), 25 Гд(. l ПЛОЩЯДЬ КРИТИЧЕСКОГО СЕЧЕНИЯ II3 l3I>IXO;i(ООЪ(Кта f)(>ГХЛИРОВЯНИЯ; К омичсское cpllpOTHBëåipfñ нагре(53 Г(. I и; 30 регулируемая температура газово((> II(>T0K;I Таким 0<)i)il:)ox!, и(редаточный коэффи-! ill(liT VC"1 О(>ИСТВс! !)ЕГ > ЛирОВя ПИя буд(>Т ПС11ЛМ(!III!!М I!PH ИЗМ(. Н HIIHX ll3HPHiK(1(И Я IIJt- 15 ilHJis! I!iI: рсватсля, температуры !.аза, криT!l l(СКОI O CC IСН ИЯ На Bf>IX03C ООЪСКТЯ РЕГУ«1ИР<)!3;! Ии)<. П j) I э (Di H cK7IO (астсЯ В !и)lнис РаООТBI i:. i! ;(IPPC Jf3 ТС >IПС<)<1 i j)i Г (Сй(Tfil 1(ЛЬIJO, Clifñ! IИТИ
В 1 ill f!i I!(»(ii:5I>II)3IOT> с! ГО КОЭффИЦИСIIT IК f)(дачи лвсна нагрс(затель — камера равен ) ) > . (((р <, ((., Ьн с1 Я Т(П«10(1>! КОСТЬ Га з <1; I<,I I;I, п(згрс)затсля; напряя(снис питания, подавае 10(НЯ >ЕЯГРСВЯ Г(.11,. H(I1.:3il(>IIЯ(>МBH ЧЯС7 Ь КОЭффИII И(.!(ТЯ l! PC (Я (И 001>С! Г<1 РСГ <3 !!if)0 BC»»157, I)XO;(HI! (i! JI l3 I3! !!)
О,б z 1 С,, I,,1H КОМ!!(Ч! ilfi lllf II(>рСМ IIJIOH COCTBB.1Яю-! цсй ко) )(j!III(II(!Гга п(редачи объекта рсгу IHpoI3iJIIH5I необходимо ввести компенсирующий си!Ч(ал с коэффициентом передачи, харя ктсризм!О!!(Нмся зяВисимосты0 (! ) . Существенным достоинством изобретения яВлястся исключение B.1èÿния дяВления газа на устойчивое регулирование температуры и автоматическая компенсация изменений коэффициента передачи объекта регул и рова и ия. Использование предполагаемого изоореTC liHH ПОЗВОЛИТ: расширить область устойчивого регулирования температуры газа, сократить вре-! НН переходного процесса в объекте регулиРОBЯНИH. На чертеже изображена структурная ñxåмя устройства регулирования. Устройство для регулирования темпераТМPI I В КЯМЕРЕ Г330BOI 0 ПОТОКЯ СОСТОИТ ИЗ <)Яллона сжатого газы, соединенного через зя(юрнорсгулирую!ций вентиль 2 подачи газ(>в с нагревателем 3 газового потока, выx0IIHdH часть газового потока которого соединена трубопроводом с проточной камерой 4, являюецейся объектом регулироваIIJiH ТСМ!1СРЯТУРЫ, РЕГУЛ ИР >ЕЪ10ГО ИСТОЧНИКЯ питания 5, вход которого соединен с регулятором 6 температуры. Датчик 7 температуры и задятчик температуры 8 соединены с элементом сравнения 9. Между элементом 9 и регулятором 6 BK«1I0÷åí блок компе(п ации 10 изменений коэффициента передачи объекта регулирования, состоящий из Операционных усилителей 1, 12, 13 (13 — ОснОВИОЙ, 11 и 12дополнительные) . В прямую цепь усилителя 11 включен блок !4 извлечения кваIpdTного корпя из температуры; а в Обратную цепь — датчик !5 да!злсния газа в камере газового потока. Выход усилителя 1 соединен с усилител ii 12 и с задатчиком 16 Г!лощади крити(сеKoD) сечения камеры, !зключснного в обратную цепь усилителя 12, выхОд, которого с<к,(инсн с усилителем 13 и с олоком !7 коммутации числа нагревателей и схемы Нх соединения (последователы(ой, параллельной, смешанной), вкл(очснным В обратную цепь усилителя !3. Резисторы !8 и 19 служа г для настройки элем« нта компенса(щи 1(). Задатчик 8 регулятора 6 отдельным каналом cf3H33II с дополнительным .. одом блока извлечения квадратного корпя 14, Устройство для регулирования температуры работает следующим образом. В исходном со«ToHHHH (дo н3Ч3 7d pd00) Bt) запорнорегулирующий вентиль 2 закрыт. 1-!я задатчике 8 регулятора 6, а также в блоке !4 извлечения квадратного корня устанавливается величина регулируемой температуры. Открытием вентиля 2 из баллона подается воздух в нагреватель 3 и через трубопровод в камеру 4 и далее в тсхнологическмю магистраль. 658535 Одповрсх!е})но с подачей газа в нагрс!3 kтель 3 на него от источника 5 подается апряжсние и включается устройство автоматического регулирования температуры. Сигналы с датчика температуры 7 и 3а1атчика подаются на элемент сравнения 9, с BhixO.TB которого электрический сигнал ошибки рассогласования подается на вход блока компенсации 10, Алгоритм компенсации характеризуется коэффициенто}м передачи (!). Блок компенсации !О содержит три последовательно соединенных усилителя 11, 12, 13. Датчик давления газа и блок извлечения квадратного корня 14 на выходе усилителя 11 формируют сигнал, который на выходе усилителя 12 с помощью задатчика площади критического сечения 16 превращается В сигнал Р(° Р (Г 1алее сигнал компенсации на выходе усилителя 13 при помощи блока 17 коммутации числа нагревателей и схемы их соединения преооразуется к виду P Г 8 )(= — m.)ф г где гп — — масштабный коэффициент, определяемый подстроечными резисторами 18 и 19. С выхода элемента компенсации сигнал поступает в регулятор 6, где в соответствии с заданным законом регулпровlHBÿ формируется сип!ал управления источником питания 5. Напряжение питания нагревателя 3 изменяется в функции сигнала, поступаемого с регулятора 6, автоматически изменяя количество подводимой к нагревателю электроэнергии. В темпе изменения программы эксперимента дополнительный сигнал с задатчпка 8 по отдельному каналу поступает в блок !4. Устройство автоматического регулирования температуры газового потока в камере 4 приходит в состояние равновесия при равенстве сигнала, заданного на задатчпке, и сигнала, измеренного датчиком температуры 7. Использование новых элементов: датчика давления газа в ка1)ере, блок извлечения квадратно!о корня пз температуры, задатчика критического сечения на Выходе камеры, блока коммутации числа нагревателей и схемы их соединения, связей между перечисленными э kex!CEIтами, обеспечпваюп}ими со!)х)естно с усилиНОВЫЙ;)Г!Hol! 11 i м !(t) i lit. !i H <> C )1 Я П Е 11 t. X < >; !110 Г (! П Р Р I }(i i Lk 11 P 11 М Е Р 110 1! <1 40 — 60,, (I!!i I;1 i! llû11:Од(, ill 1)0!3,) II)I>k и ll plt— ВС C Т К ЭКОН(> tl i II! Р 1(XO 1 cl Э, 1(К 1 (103 ll<>P ГНИ и сжатОГО Газа, (ill! 3 ItTi> НОГ р(. П)п )СТЬ ">(>Г <,1 И 110Bck!11151 (. 1, 1 lt, 30 t),8- 1,0; 3 t ÷(. ò НОстОЯнс i Б<1 кОэф<0 Фи)ше!та I,cj)cë;It!;I 1строЙст})ы. снизит! CТОИ1!Ос)ь усTpоиiT)3
Фо)>.>!!<.1(1 изо<1!)(>Г(H v!, С i j) <., 1 i Т 13 О;}. —, Я Р i 1 .Гi 11 P (!13;! 1111 5i T!. 11 П <. P <1Т < Pl>I Б КЫ I c Р<" i Ы30ВО! 0 ПО ТОК, l. СОД(P ж ill!! i> Iloi,1(<:L0H;l Г(, l hll0 Вк. I к> 20 зы т 1 i I j0T iКа, !1(<, !3 i10 ii! I II I>ii К viki tli. 11«< С Р)1 БНС Н И Я, ОснОВI,ОЙ (>Ilt. Рыll lftiflllhill, t 1.}птt,lü. Б ц<>пl 00 j) 3 T E! (i l k i 135k 3 ) I 1 О 1! > !1(> I (> В К, 1 К) Ч <> I I О, 1 0 К КО ММУта!Ц!П <1»,ici }!!)Г110!3)!Г;),!Еи !! СХСМ 11Х СОСДИl I (! 1 l и, В 1 1 Х О I, 0 С I O H )It ) i 0 0 П ji;!ill O I 1 } I O 1 >< С Илптсля сБязын с Б;о;!Ом регуляторы, 0<.ãè<(а)0П(В((. КОРНЯ, 0(. ;}И П(>ll! I I i l k (Вl>l X<),,< i1! 3<>.111 1 Ч il i<ыl 1 <. I.lс pcl: < 1)Ь) 13 i<;1> !>,,!>(>It >I t> 1, 1<>К I, 1;il cki .К Да<3,1(kkll.,l l ;1330 i <.„1 . Гс f;i3<. Ь,>ГО Ilt>!Oh)k. 3c3,>аТЧИ К ПГIОП !ЫДI> "I! <1 )сih01 О С()(>Н НЯ 1",1. <)Е 1 1>1 i i;ih <3;! 011! i . П l (. 1 Ь } ) Ы Х O! h. P < k i i l i (> I i i i h! X УС))л))ТС,)Я, !3XО:1:i ;j>1301 () i)3 hÎТÎрl>l х I(p(,3 () 10к 113 В, 1<."loll llя к!3 >,,) "< т!10; 0 ЬОР Iiß io(h СОС 1!Ill! jj(iл)ll OilC 1ici Ii!10 :if!0; O . ti . :1. <. .! Я, 13 !Lt lilt OC1PHTIIQII (. !3H3lt !l(. (1130k 0:L(!Iio, IlIItTi,1hEIt>< (> ОпсР;1ЦиОП-! lOi 0 < (ll.111Т<. .)Я «. T;lilt>13.1(Н 1;1 1 }ИК;1дБЛ(40 ill 1 51 Б3ы 13 Кы м(ПС 101 ОК(1, H ц !111 OL) p IТНО И сВЯзп i3ToP!ii О Lt! Ilt>, I >I >1Г(гl ьнО О oiliP НОГО УСИЛИТЕЛЯ 1 СТ 3 НО}3 !O!I 3
CÃ0 СОЕДliНЕН С ВХО.!О
И с т 0 ч и l! к l . 111 ф О Р 1! 3 I L и 11, 11 Р и и Я T ь) с В о В I ) и t1B llllC Il Pli ЭКСП<:j)TI! 30 1. Патенг СШ.3, X 3353589, кл. 165-- 26. !!)67. 2. Авторское (Бпдстельство О..(.1 Х< 504!85, к,!. С(05 Г) 23 19, 19<5. 658535 Составитель О. Гудкова Техред О. Луговая Корректор Е. Папи Тираж 1014 Подписное Редактор Э. Губницкая Заказ 2056143 ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4
