СТРУЙНЫЙ ТРЕХПОЗИЦИОННЫЙ РЕГУЛЯТОР Российский патент 2006 года по МПК G05B11/44 

Изобретение относится к техническим средствам автоматизации и может быть использовано в пневматических системах автоматического управления.

Известны пневматические трехпозиционные регуляторы, содержащие выходной усилитель, дроссель, клапаны, задатчики нижней, средней и верхней позиций, переключающие реле, триггеры с раздельными входами, счетные триггеры, логические схемы (А.с. №1289244, МПК 6 G 05 В 11/56, опубл. 20.11.95). Регуляторы данного типа имеют один выход, на котором, в зависимости от значения входной регулируемой величины, формируется сигнал соответствующего уровня. Схема построена на элементах пневмоавтоматики среднего давления. В качестве недостатков схемы можно отметить ее сложность и относительно низкую (не более 15 Гц) частоту пропускания, что ограничивает быстродействие.

Известны пневматические регуляторы, имеющие два выхода, на которых, в зависимости от значения входной регулируемой величины, формируется комбинация дискретных сигналов, с помощью которых происходит управление исполнительным механизмом.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по совокупности признаков является трехпозиционный струйный регулятор, содержащий датчик, преобразователь входного сигнала в давление, два пороговых устройства, в качестве которых использованы турбулентные усилители (струйные триоды), логический элемент И, логический элемент НЕ-ИЛИ, два усилителя и мембранный исполнительный механизм (Пневматическая струйная техника. Труды Яблоннской конференции. Перевод с польского. Под ред. Л.А.Залманзона и И.В.Лебедева. М.: Мир, 1969. С.100-102, 111).

Однако известные устройства достаточно сложны и обладают рядом недостатков, основными из которых являются следующие. Во-первых, разветвление пневматического сигнала от преобразователя существенно усложняет процесс настройки пороговых устройств, поскольку настройка каждого из них влияет на настройку другого и поэтому при изменении любого из пределов (нижнего или верхнего) требуется настройка обоих пороговых устройств. Во-вторых, использование в схеме в качестве пороговых устройств турбулентных усилителей (струйных триодов) приводит к возможности сбоев по причине высокого уровня остаточного давления на их выходах. В-третьих, турбулентные усилители, используемые в качестве пороговых устройств, чувствительны к вибрациям, что также может являться причиной сбоев. Устранение этих недостатков требует проведения дополнительных специальных мероприятий (см. Элементы струйной автоматики. Под общей редакцией И.В.Лебедева. М.: Машиностроение, 1973. С.319-321), что ограничивает применение турбулентных усилителей в качестве пороговых устройств.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является упрощение схемы и, как следствие этого, повышение надежности, повышение быстродействия и уменьшение энергозатрат при работе регулятора.

Указанный технический результат достигается тем, что струйный трехпозиционный регулятор содержит датчик, преобразователь, два усилителя, исполнительный механизм, а также дифференциальный пропорциональный струйный усилитель, настроечный дроссель и два струйных дискретных элемента, причем один из входов дифференциального пропорционального струйного усилителя соединен с выходом преобразователя, второй вход - с выходом настроечного дросселя, каждый из выходов дифференциального пропорционального струйного усилителя соединен с входом одного из струйных дискретных элементов, а инверсный выход каждого из струйных дискретных элементов соединен с входом одного из усилителей.

Введение в схему дифференциального пропорционального струйного усилителя с настроечным дросселем и струйных дискретных элементов, используемых в качестве пороговых устройств, позволяет исключить из нее логические элементы И и НЕ-ИЛИ, а также турбулентные усилители. В предлагаемой схеме также отсутствует разветвление пневматического сигнала от преобразователя, так как этот сигнал подается только на вход дифференциального пропорционального струйного усилителя. На выходах дифференциального пропорционального струйного усилителя формируются сигналы для переключения струйных дискретных элементов, а на инверсных выходах струйных дискретных элементов формируются сигналы непосредственно на включение (единичный сигнал) и отключение (нулевой сигнал) усилителей. В схеме уменьшено общее число элементов, что уменьшает энергозатраты, повышает надежность и быстродействие. При соответствующем выборе усилителей, а именно при применении струйного способа усиления, частота, пропускаемая регулятором, может достигать 150 Гц.

На чертеже изображен струйный трехпозиционный регулятор.

Регулятор содержит датчик 1, выход которого связан со входом преобразователя входного сигнала в давление 2. Выход преобразователя 2 связан с одним из входов дифференциального пропорционального струйного усилителя 3, что обеспечивает подачу давления управления р_у к дифференциальному пропорциональному струйному усилителю. Ко второму входу дифференциального пропорционального струйного усилителя 3 подключен регулируемый дроссель 4 для настройки давления смещения р_см. Выходы 5 и 6 дифференциального пропорционального струйного усилителя 3 соединены соответственно с управляющими входами струйных дискретных элементов 7 и 8 (которые использованы в качестве пороговых устройств). Инверсный выход 9 струйного дискретного элемента 7 соединен со входом усилителя 10, а инверсный выход 11 струйного дискретного элемента 8 соединен со входом усилителя 12. Выходы усилителей 10 и 12 соответствующим образом соединены с исполнительным механизмом 13. Прямой выход 14 струйного дискретного элемента 7 и прямой выход 15 струйного дискретного элемента 8 сообщаются с атмосферой.

Струйный трехпозиционный регулятор работает следующим образом.

Преобразователь 2 преобразует сигнал, полученный от датчика 1, в давление управления р_у. Если значение регулируемой величины оптимальное, на входах дифференциального пропорционального струйного усилителя 3 наблюдается равенство давления управления р_у и давления смещения р_см. На выходах 5 и 6 дифференциального пропорционального струйного усилителя 3 также устанавливаются сигналы одинакового уровня, причем величина этих сигналов достаточна для переключения струйных дискретных элементов 7 и 8. Это означает, что питающая струя струйного дискретного элемента 7 по каналу 14 и питающая струя струйного дискретного элемента 8 по каналу 15 вытекают в атмосферу. В этом случае на выходах усилителей 10 и 12 - сигналы нулевого уровня и рабочий орган (например, поршень, мембрана и пр.) исполнительного механизма находится в среднем положении. При изменении регулируемой величины соответствующим образом изменяется давление управления р_у. При уменьшении давления управления р_у давление в выходном канале 6 дифференциального пропорционального струйного усилителя 3 уменьшается, а давление в выходном канале 5 - увеличивается. В случае уменьшения значения регулируемой величины до уровня ниже допустимого давление в выходном канале 6 становится меньше давления отпускания струйного дискретного элемента 8 и питающая струя этого элемента перебросится в канал 11. В результате на выходе усилителя 12 появляется давление и рабочий орган исполнительного механизма 13 начнет втягиваться. При увеличении давления управления р_у давление в выходном канале 5 дифференциального пропорционального струйного усилителя 3 уменьшается, а давление в выходном канале 6 - увеличивается. В случае увеличения значения регулируемой величины до уровня выше допустимого давление в выходном канале 5 становится меньше давления отпускания струйного дискретного элемента 7 и питающая струя этого элемента перебросится в канал 9. В результате на выходе усилителя 10 появляется давление и рабочий орган исполнительного механизма 13 начнет выдвигаться.

Если перепад давлений |р_у-р_см|, соответствующий определенному значению поддерживаемого регулятором параметра, находится в пределах допустимых отклонений, на выходах 5 и 6 дифференциального пропорционального струйного усилителя 3 будет давление, достаточное для переключения струйных дискретных элементов 7 и 8, то есть питающая струя элемента 7 протекает по каналу 14, а питающая струя элемента 8 - по каналу 15 в атмосферу. Если перепад давлений |р_у-р_см| достигнет величины, которая превышает зону нечувствительности регулятора, в соответствующем струйном дискретном элементе (7 или 8) происходит релейное переключение питающей струи с прямого на инверсный выход. В результате сработает соответствующий усилитель (10 или 12) и произойдет перемещение рабочего органа исполнительного механизма 13.

Величина допустимых отклонений |р_у-р_см|, соответствующая задаваемому интервалу изменения величины регулируемого параметра, настраивается изменением коэффициента усиления дифференциального пропорционального струйного усилителя 3 и величиной давления р_см при помощи регулируемого дросселя 4. Следует заметить, что дифференциальный пропорциональный струйный усилитель используется в данной схеме для формирования на своих выходах сигналов единичного и нулевого уровня, с помощью которых переключаются струйные дискретные элементы.

Струйный трехпозиционный регулятор обладает более высокой надежностью по сравнению с известными, так как из схемы исключены логические элементы И и НЕ-ИЛИ, турбулентные усилители и разветвление пневматического сигнала от преобразователя. Снижение общего числа элементов уменьшает расход сжатого воздуха, то есть уменьшает энергозатраты при эксплуатации регулятора. Струйный трехпозиционный регулятор обладает более высоким быстродействием, обеспечивая частоту пропускания до 150 Гц.

Изобретение относится к техническим средствам автоматизации и может быть использовано в пневматических системах автоматического управления. Техническим результатом является повышение надежности, быстродействия и уменьшение энергозатрат при работе регулятора. Устройство содержит датчик, преобразователь входного сигнала в давление, дифференциальный пропорциональный струйный усилитель, регулируемый дроссель, два дискретных элемента, два усилителя, исполнительный механизм. 1 ил.

Струйный трехпозиционный регулятор, содержащий датчик, выход которого связан с входом преобразователя входного сигнала в давление, два усилителя, соединенных с исполнительным механизмом, отличающийся тем, что он содержит дифференциальный пропорциональный струйный усилитель, настроечный дроссель и два струйных дискретных элемента, причем один вход дифференциального пропорционального струйного усилителя соединен с выходом преобразователя входного сигнала в давление, второй вход соединен с выходом настроечного дросселя, выходы дифференциального пропорционального струйного усилителя соединены с управляющими входами струйных дискретных элементов, инверсный выход каждого из которых соединен с входом соответствующего усилителя, прямой выход каждого из струйных дискретных элементов сообщается с атмосферой.