УПРАВЛЯЮЩАЯ НАСАДКА ДЛЯ ВЕНТИЛЯ Российский патент 2002 года по МПК F16K31/66 F24D19/10 

Изобретение относится к управляющей насадке для вентиля, содержащей держатель для закрепления на корпусе вентиля, термочувствительный элемент с расширяющимся веществом типа воскового патрона, установленный на держателе и имеющий на выходной стороне исполнительный элемент для перемещения штока вентиля, электронагревательный элемент, расположенный рядом с элементом с расширяющимся веществом, и схему управления для регулирования нагрева в соответствии с управляющим напряжением, определяющим величину открытия вентиля.

Такие управляющие насадки, в состав которых входит нагреваемый восковой патрон, известны; например, на рынке имеется термоактиватор типа ABNM 0-10V фирмы Danfoss A/S. Когда управляющая насадка смонтирована на вентиле, величина открытия вентиля может регулироваться в зависимости от заданного регулятором управляющего напряжения. В указанном термоактиваторе управляющее напряжение от 0 до 10 В создает ход вентиля, например, от 0 до 3 мм. Ход вентиля соответствует температуре элемента с расширяющимся веществом, которая определяется при помощи температурного датчика. Схема управления обеспечивает такой нагрев, что температура расширяющегося вещества, соответствующая фактическому управляющему напряжению, поддерживается постоянной.

В основе изобретения лежит задача усовершенствовать управляющую насадку указанного выше типа таким образом, чтобы все управляющие насадки одной серии имели одинаковые установочные характеристики.

Согласно изобретению эта задача решается тем, что управляющая насадка содержит устройство для измерения положения, которое выдает сигнал положения, соответствующий положению исполнительного элемента или перемещаемой им детали, а схема управления регулирует нагрев в зависимости от управляющего сигнала и сигнала положения.

Изобретение создано с учетом того, что имеющиеся в настоящее время на рынке элементы с расширяющимся веществом имеют существенные различия в допусках, и одинаковые температуры не всегда приводят к одинаковый величинам открытия вентиля. Если же применить предусмотренное согласно изобретению устройство для измерения положения, то нагрев будет определяться уже не температурой расширяющегося вещества, а положением исполнительного элемента, которое можно определить очень точно. Не требуется промежуточных расчетов для определения положения штока вентиля по температуре воска, как это делается в известных устройствах, где измеряется температура воскового патрона и измеренное значение преобразуется в положение штока. Хотя величиной, представляющей интерес, является величина открытия вентиля, устройство для измерения положения может быть полностью размещено в управляющей насадке так, что насадка будет содержать все существенные части контура регулирования нагрева.

Целесообразно, чтобы устройство для измерения положения имело соединенную с держателем первую часть и соединенную с исполнительным элементом или с перемещаемой им деталью вторую часть, которые расположены друг рядом с другом и могут перемещаться друг относительно друга параллельно оси держателя. При этом обе части устройства для измерения положения могут быть соединены с уже имеющимися деталями, так что не требуется больших дополнительных расходов.

Вторая часть может быть соединена с выходным элементом, перемещаемым исполнительным элементом и имеющим на свободном конце сцепную поверхность, служащую для воздействия на шток вентиля. Выходной элемент позволяет особенно легко определять положение штока вентиля.

Целесообразно, чтобы устройство для измерения положения представляло собой линейно работающий дифференциальный трансформатор, расположенные коаксиально первичная и вторичные обмотки которого образуют одну часть и стержневой сердечник которого образует другую часть. Использование таких дифференциальных трансформаторов в данном случае особенно предпочтительно, так как они имеют малые размеры и поэтому могут быть размещены в управляющей насадке.

При этом желательно, чтобы трансформатор имел две смещенные в осевом направлении и включенные противофазно вторичные обмотки. Благодаря такому включению значительно подавляются напряжения помех.

В одном предпочтительном варианте выполнения предусмотрено, что схема управления имеет плату, жестко закрепленную рядом с держателем параллельно его оси, причем одна часть установлена на плате, а другая часть - на заходящей под плату снизу части выходного элемента. Эта конструкция дает возможность осуществлять желательную регулировку положения лишь путем добавления обеих частей устройства для измерения положения, так что имеющиеся в известных насадках детали могут использоваться и далее.

Рекомендуется, чтобы обмотки были установлены на плате, а стержневой сердечник - на выходном элементе. Соединительные элементы для обмоток могут находиться непосредственно на плате и в процессе эксплуатации не подвергаться нагрузке.

Ниже изобретение описано более подробно на примере предпочтительного варианта выполнения со ссылками на чертежи, на которых
фиг. 1 изображает продольный разрез управляющей насадки согласно изобретению;
фиг. 2 - упрощенный поперечный разрез управляющей насадки, показанной на фиг.1;
фиг. 3 - схему дифференциального трансформатора, служащего в качестве устройства для измерения положения;
фиг.4 - сечение обмоток согласно фиг.3;
фиг.5 - часть выходного элемента со стержневым сердечником;
фиг.6 - плату устройства управления.

Управляющая насадка имеет держатель 1 с зажимным устройством 2 для закрепления на корпусе вентиля. Термочувствительный элемент 3 с расширяющимся веществом закреплен своим корпусом 4 на держателе 1. На выходной стороне предусмотрен исполнительный элемент 5 в виде поршня, который через передаточное средство 6, содержащее по меньшей мере один выходной элемент 7, воздействует на сцепную поверхность 8, находящуюся на свободном конце передаточного средства 6 и воздействующую на шток управляемого вентиля, когда насадка установлена на вентиле.

Рядом с элементом 3 с расширяющимся веществом расположен электронагревательный элемент Н, например резистивный элемент. В результате нагрева изменяется температура расширяющегося вещества и тем самым его объем. Соответственно перемещается исполнительный элемент 5, изменяя величину открытия вентиля. К управляющей насадке через штеккер 9, показанный штриховыми линиями, подводятся напряжение питания, обеспечивающее нагрев, и управляющее напряжение, которое задается вручную или регулятором и определяет величину открытия вентиля. К электрическому оборудованию относятся также плата 10, закрепленная на жестких деталях, и устройство 11 для измерения положения, которое выдает сигнал положения, соответствующий положению исполнительного элемента 5.

Устройство 11 для измерения положения состоит из первой части 12, закрепленной на плате 10, и второй части 13, установленной на плече 14 выходного элемента 7. Устройство 11 для измерения положения представляет собой линейно работающий дифференциальный трансформатор, причем первая часть 12 образована первичной обмоткой 15 и двумя противофазно включенными вторичными обмотками 16 и 17 трансформатора, а вторая часть - его стержневым сердечником, например стальным штифтом, который может перемещаться параллельно оси держателя. На фиг.4 показано, что обмотки 15, 16 и 17 имеют цилиндрическую форму с полостью 18 для введения второй части 13, т.е. стержневого сердечника. Согласно фиг. 6 плата 10 имеет вырез 19, в котором размещена и закреплена часть 12. Целесообразно разместить на плате 10 все элементы соответствующей схемы 20 управления (не показаны).

Новый узел работает следующим образом. Датчик температуры регистрирует температуру в помещении и сравнивает ее с установленным в термостате заданным значением. Отклонение от заданного значения равно значению ΔТ. Программное обеспечение в соответствии с заложенным в него алгоритмом вычисляет величину хода вентиля, которая соответствует количеству воды, необходимому для уменьшения ΔТ. Затем электроника регистрирует фактическую величину хода вентиля и регулирует ток, подаваемый на нагревательный резистивный элемент, который нагревает восковой патрон и вызывает перемещение штока вентиля. Цикл регулирования (измерение положения, сравнение с требуемым положением и увеличение или уменьшение подводимого тепла) повторяется до тех пор, пока не будет достигнут требуемый ход вентиля или не будет выставлено новое заданное значение температуры в помещении.

Внутренняя конструкция управляющей насадки может быть любого вида. Не играет роли, является ли вентиль нормально открытым или нормально закрытым. Различие в допусках отдельных элементов 3 с расширяющимся веществом не имеет значения, так как оно компенсируется путем регулировки положения. То же самое справедливо в отношении различия температур окружающей среды, которое ранее оказывало отрицательное влияние на установочные характеристики элементов с расширяющимся веществом. Во многих случаях достаточно, чтобы в устройстве 11 для измерения положения была только одна вторичная обмотка. Устройство для измерения положения может состоять из других элементов, например оптических.

Изобретение предназначено для регулирования величины открытия вентиля. Управляющая насадка для вентиля содержит держатель для закрепления на корпусе вентиля, термочувствительный элемент, электронагревательный элемент и схему управления нагревом в соответствии с управляющим напряжением, определяющим величину открытия вентиля. Термочувствительный элемент с расширяющимся веществом типа воскового патрона установлен на держателе и имеет на выходной стороне исполнительный элемент для перемещения штока вентиля. Электронагревательный элемент расположен рядом с элементом с расширяющимся веществом. Схема управления содержит устройство 11 для измерения положения. Устройство 11 выдает сигнал положения, соответствующий положению исполнительного элемента 5 или перемещаемой им детали. Схема 20 управления регулирует нагрев в зависимости от управляющего сигнала и сигнала положения. Изобретение позволяет повысить надежность управления вентилем. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Управляющая насадка для вентиля, содержащая держатель для закрепления на корпусе вентиля, термочувствительный элемент с расширяющимся веществом типа воскового патрона, установленный на держателе и имеющий на выходной стороне исполнительный элемент для перемещения штока вентиля, электронагревательный элемент, расположенный рядом с элементом с расширяющимся веществом, и схему управления для регулирования нагрева в соответствии с управляющим напряжением, определяющим величину открытия вентиля, отличающаяся тем, что она содержит устройство (11) для измерения положения, которое выдает сигнал положения, соответствующий положению исполнительного элемента (5) или перемещаемой им детали, а схема (20) управления регулирует нагрев в зависимости от управляющего сигнала и сигнала положения. 2. Управляющая насадка по п.1, отличающаяся тем, что устройство (11) для измерения положения имеет соединенную с держателем (1) первую часть (12) и соединенную с исполнительным элементом (5) или с перемещаемой им деталью вторую часть (13), которые расположены рядом друг с другом и могут перемещаться относительно друг друга параллельно оси держателя. 3. Управляющая насадка по п.2, отличающаяся тем, что вторая часть (13) соединена с выходным элементом (7), перемещаемым исполнительным элементом (5) и имеющим на свободном конце сцепную поверхность (8), служащую для воздействия на шток вентиля. 4. Управляющая насадка по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что устройство (11) для измерения положения представляет собой линейно работающий дифференциальный трансформатор, расположенные коаксиально первичная и вторичные обмотки (15, 16, 17) которого образуют одну часть (12) и стержневой сердечник которого образует другую часть (13). 5. Управляющая насадка по п.4, отличающаяся тем, что трансформатор имеет две смещенные в осевом направлении и включенные противофазно вторичные обмотки (16,17). 6. Управляющая насадка по одному из пп.2-5, отличающаяся тем, что схема (20) управления имеет плату (10), жестко закрепленную рядом с держателем параллельно его оси, причем одна часть (12) установлена на плате (10), а другая часть (13) - на заходящей под плату снизу части выходного элемента (7). 7. Управляющая насадка по п.6, отличающаяся тем, что обмотки (15, 16,17) установлены на плате (10), а стержневой сердечник - на выходном элементе (7).