Устройство для контроля и регулирования температуры Советский патент 1983 года по МПК F27D19/00 

Изобретение относится к разработке конструкций прокалочных печей для углеродных материалов, а именно к конструктивным элементам и оборудованию общегб назначения для прокалочных печей, в частности к устройствам для управления. Известно устройство для контроля параметров протяженного объекта, содержащее осветитель, оптическую систему, плоское вращаю щееся зеркало, привод зеркала и фотодатчик, в котором сигнал от осветителя через исследуемый объект попадает на вращающееся зеркало, а от него - на фотодатчик. Таким образом достигается контроль всего протяженного объекта (I. Недостатки данного устройства - его полная незащищенность от влияния окружаюшей среды (пыль, колебания темпера туры) и сравнительно невысокая точность контроля параметров, так как с помощью указанного технического рещения проводятся не относительные, а абсолютные измерения, подверженные влиянию различных погрепжостей. Наиболее близким техническим рещением к предлагаемому является устройство для контроля и регулирования температуры содоржащее корпус, в котором установлены два плоских зеркала, одно из которых - с возможностью вращения, а второе - неподвиЖно, привод, на оси которого размещено указанное зеркало, диафрагму, оптическую систему, фотодатчик, эталонный источник света, блок сравнения и блок управления (регистрирующий прибор). Поворотное зеркало, диафрагма, оптическая система и фотодатчик расположены на прямой в указанной последовательности, .неподвижное зеркало установлено так, что углы между его поверхностью и направлениями на поворотное зеркало и эталонный источник света одинаковы, а фотодатчик через блок сравнения соединен с исполнительным блоком (2). Недостатком данного устройства является невозможность его применения в производственных условиях для измерения распределения температуры в прокалочной печи с несколькими огневыми каналами изза того, что смотровое окно каждого канала печи ориентировано так, что измерение температуры можно проводить только в направлении, перпендикулярном стенке печи. Если установить зеркала, то значительные расстояния от прибора (до 6 м) и температурные перепады не дают возможности точной юстировки системы. Кроме того, залыленность и меняющаяся температура воздуха приводят к значительному и непостоянному по величине и спектру поглощению, что существенно снижает точность измерений. Цель изобретения - повышение точное ти контроля и регулирования температуры повышение производительности и качества продукции. Указанная цель достигается тем, что устройство для контроля и регулирования температуры. Например, в прокалочной печи с несколькими огневыми каналами, каждый со смотрбвым окном и регулируемой горелкой, содержащее корпус, в котором установлены два плоских зеркала, одно из которых - с возможностью вращения, а второе неподвижно, привод, на оси которого размещено указанное зеркало, диафрагму, оптическую систему, фотодатчик, эталонный источник света, блок сравнения и исполнительный блок, причем поворотное зеркало, диафрагма, оптическая система и фотодатчик расположена на одной оси в указанной последовательности, неподвижное зеркало установлено так, что углы между его поверхностью и направлениями на поворотное зеркало и эталонный источник света одинаковы, фотодатчик через блок сравнения соединен с блоком управления, снабжено светонепроницаемой цилиндрической камерой, в которую соосно с ней помещено поворотное зеркало, световодами, например волоконными, равной длины, одни концы которых с собирающими линзами размещены против смотровых окон прокалочной печи, а другие (также с собирающими линзами) в отверстиях обода светонепроницаемой камеры, коммутаторами, размещенными на оси поворотного зеркала, задатчиками и регуляторами уровня температуры в каждом огневом канале, и задатчиком распределения температуры в печи, фотодатчик через коммутатор соединен ( входами блоков сравнения, с другими входами которых соединены задатцики температуры, а задатчик распределения температуры в печи соединен с задатчиками уровня температуры в каждом огневом канале. Кроме того, зaдaтч || распределения температуры в печи и задатчики уровня температуры в каждом огневом канале выполнены в виде источника стабилизированного напряжения, подключенного последо- вательно к ним реостата и включенных параллельно источнику с реостатом потенциометров, движки и одни концы которых соединены с регуляторами температуры каждого канала. Причем привод поворотного зеркала и коммутаторы выполнены в виде щагового искателя, на оси которого закреплено по воротное зеркало. На фиг. I схематично показано устройство для контроля и регулирования температуры, общий вид; на фи.г. 2 - пример выполнения задатчнка распределения температуры в печи. Смотровые окна I выполнены в корпусе прокалочной печи 2. Напротив каждого

из смотровых окон I установлена собирающая линза 3, за которой размещен один из концов световодов 4 равной длины (например в виде пучка стеклянных волокон), другие концы которых размешены в отверстиях на ободе цилиндрической светонепроницаемой камеры 5. В камере установлено поворотное зеркало 6, а также собирающие линзы 7 на концах световодов.

Поворотное зеркало 6 размещено на оси 8 привода 9. Ось 8 выполнена с электроизоляционными вставками 10, на ней размещены коммутаторы , выполненные каждый, например, в виде полого полуцилиндра 14 из электропроводящего материала, например медной фольги, и закрепленного на поверхности цилиндра 15 из изоляционного материала, поверхности которого касаются соответствующих токосъемочных щеток. Находящиеся на одной прямой с поворотным зеркалом 6 диафрагма 16, оптическая система 17 и фотодатчик 18 размещены в корпусе 19, где также находятся неподвижное плоское зеркало 20 и эталоиный источник 21. света (питаемый стабилизатором 22). Зеркало 20 установлено так, чтобы углы между направлениями на поворотное зеркало 6 и на эталонный источник 21 света (выполненный, например, в виде эталонной лампы), были одинаковы. Фотодатчик 18 через коммутатор II подключен к блокам 23 контроля и регулирования температуры в каждом огневом канале.

Каждый блок 23 содержит блок 24 сравнения, задатчик 25 уровня температуры в каждом огневом канале, регулятор 26, блок 27 управления приводом горелки, привод 28 горелки, горелку 29. Кроме того, фотодатчик 18 через коммутатор 11 подключен к регистрирующему прибору 30 (может быть использован многоканальный самописец или отдельный прибор для каждого канала, либо сигнал подаваться на один самописец для всех каналов; в последнем случае каналы различают по последовательности пиков на диаграмме прибора).

С датчиками 25 уровня температуры в каждом оневом канале соединен задатчик

31распределения температуры в печи. На оси привода 9 размещен коммутатор 13, с помощью которого напряжение источника

32питания подается на приводы 33 перфорированных дисков или заслонок 34, закрывающих смотровые окна 1 и размещечных снаружи или за стек-юм смотрового окна (последний вариант предпочтительнее, для простоты показано наружное расположение перфорированных дисков или заслонок и их приводов и всего для одного смотрового стекла). Перфорированные диски могут быть посажены на оси двигателей или сельсинов, а заслонки связаны с сердечниками электромагнитов. На оси привода 9 размещен коммутатор 12, через который источник 35 питания поочередно

подключается к устройству 27 управления приводом 28 горелки 29 для каждого канала 23.

На фиг. 2 показан пример выполнения задатчиков 25 температуры в каждом ка5 нале 23 и задатчика 31 распределения температуры в печи.

Источник 36 стабилизированного напряжения через реостат 37 подключен параллельно потенциометрам 38, движки и одни

0 концы которых соединены блоками 24 сравнения каждого канала 23.

Устройство для контроля и регулирования температуры работает следующим образом.

При нагреве печи световые сигналы че5 рез смотровые окна 1 попадают на линзы 3, которые собирают световые пучки к концам световодов 4, которые могут быть вы, полнены в виде пучков стеклянных волокон, труб с внутренней полировкой и т. д. Световоды 4 имеют равную длину, что достига0ется их зигзагообразным выполнением, причем по мере приближения к прямой, на которой лежат поворотное зеркало 6, диафрагма 16, оптическая система 17 и фотодатчнк 18, световоды 4 изгибаются все больше и

5 больще. Свет по световодам 4 попадает в светонепроницаемую цилиндрическую камеру 5, собирается линзами 7 и подается на поворотное зеркало 6, которое при вращении его приводом 9 поочередно проектирует пучок света с каждого световода на диаф0 рагму 16, которая вырезает часть светового потока, затем через оптическую систему 17 (увеличивающую размеры изображения) световой пучок попадает на фотодатчик 16. Сигнал с фотодатчика 16 подается через коммутатор II поочередно на блоки

5. 24 сравнения для каждого канала 23. На эти же блоки 24 сравнения поступает сигнал от задатчика 25 каждого канала и от включенного последовательно с ним задатчика 31 распределения температуры в печи.

0

Для практической схемы на фиг. 2, где в качестве задатчиков 25 использованы потенциометры 38, а в 1;(ачестве задатчика 31 - реостат 37 в сочетании с источником 36 питания, указанный сигнал для каждо5го канала 23 будет представлять собой разность ЭДС источника питания и давлений напряжения на реостате 37 и потенциометре 38. Разностный сигнал с блока 24 сравнения подается на знакочувствительный регулятор

- 26, управляющий работой привода 28 горелки 29. В зависимости от знака сигнала знакочувствительный блок 27 управления приводом 28 (например в простейщем случае блоки 27 и 28 объединяет электродвигатель постоянного тока СЛ-369, вал ко5 торого связан с парой винт-гайка, передвигающей заслонку подачи горючего газа или окислителя в горелку 29) увеличивает или ум ньщает выделение тепла горелкой 29. Привод 28 питается от источника 35 пигания, который подключается к соответствующему блоку 27 управления приводом 28 с помощью коммутатора 12. За счет такого подключения при отсутсвии сигнала с фотодатчика 18 на данном канале 23 при постоянном сигнале с задатчиком 25 и 31 не происходит срабатывания привода 28 горелки 29, а температурный режим данного канала 23 поддерживается на заданном уровне и «подправляется; только в случйе поступления сигнала от соответствующего смотрового окна 1 на фотодатчик 18. Одновременно с .подачей сигнала с фотодатчика 18 и напряжения питания с источника 35 коммутатор 13 подает напряжение питания с источника 32 на привод 33 заслонки соответствующего ка-нала, и соответствующее смотровое окно 1 открывается, что позволяет измерить температуру в печи в данном огневом канале. При вращении зеркала 6 на фотодатчик 18 также периодически поступает свет от эталонной лампы 21, питаемой от стабилизированного источника 22 питания, что позволяет следить за стабильностью характеристики фотодатчика 18 и производить сравнительные измерения температуры в огневых каналах по отношению к температуре лампы 21. После того, как поворотное зеркало пройдет все те положения, в которых лучи с линз 7 проектируются на диафрагму 16, оно будет проходить такое положение, в котором на диафрагму 16 попадает сигнал от эталонного источника 21 света через плосKW зеркало 20. В этот момент будет осуществлена проверка работы фотодатчика 18 (произошел ли сдвиг. Нуля), в соответствии с которой после обработки диаграммы самописца 30 могут быть внесены коррективы в результате измерений для получе. ния действительных значений температур в прокалочной печи. Привод 9 и коммутаторы 11 -13 могут быть выполнены в виде шагового искателя (не показан), на оси которого закреплено зеркало 6. При срабатывании привода этого шагового искателя зеркало 6 будет по.ворачиваться на один шаг, контакты параллельных полей шагового искателя будут осуществлять переключение каналов, выполняя функцию коммутаторов II -13. Использование светонепроницаемой цилиндрической камеры позволяет избежать влияния посторонних Источников света, а также бликов на элементах прибора, применение светопроводов равной длины приводит к одинаковому поглощению в каждом канале, что дает возможность одинаковым образом градуировать фотодатчик 18 для каждого канала 23. Применение световодов позволяет влияния загрязнения, колебаний температуры и освещенности в помещении. Собирающие линзы на двух концах световода позволяют избежать рассеяния света и собрать информацию о тем-- - - пературе с большей площади. Предложенная схема соединения с использованием коммутаторов Позволяет простыми средствами обеспечить работоспособность сложной системы регулирования температуры. . Применение предлагаемого устройства позволяет повысить точность измерения и регулирования температуры в прокалочной печи в связи с тем, что исключено влияние окружающей среды на световые пучки от различных смотровых окон и исключено влияние различных расстояний ot последних до прибора (погрещность измерения температуры уменьщается с 10 до 5%), а также повысить качество выпускаемой продукции (углеродных материалов), например повысить предел :прочности на растяжение от 120 до 140 кгс/см2 в связи со стабилизацией режима прокалки кокса.

I. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, например, в прокалочиой печи с несколькими огневыми каналами, каждый со смотровым окном и регулируемой горелкой, содержащее корпус, в котором установлены два плоских зеркала, одно из которых - с возможностью вращения, а второе - неподвижно, привод, на оси которого размещено указанное зеркало, диафрагму, оптическую систему, фотодатчик, эталонный источник света, блок сравнения и исполнительный блок, причем поворотное зеркало, диафрагма, оптическая система и фотодатчик расположены на одной оси в указанной последовательности, неподвижное зеркало установлено так, что углы между его поверхностью и направлениями на по, воротное зеркало и эталонный источник света одинаковы, фотодатчик через блок сравнения соединен с блоком управления, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля и регулирования температуры, повышения производительности и качества продукции, оно снабжено светонепроницаемой цилиндрической камерой, в которую соосно с ней помещено поворотное зеркало, световодами, наприм&р волоконными, равной длины, одни концы которых с собирающими линзами размещены против смотровых окон прокалочной печи, а другие (также с собирающими линзами) в отверстиях обода светонепроницаемой камеры, коммутаторами, размещенными на оси поворотного зеркала, задатчиками и регуляторами уровня температуры в каждом огневом канале, и задатчиком распределения температуры в печи, фотодатчик через коммутатор соединен с входами блоков i сравнения, с другими входами которых соединены задатчики температуры, а задат(Л ,чик распределения температуры в печи соединен с задатчиками уровня температуры в каждом огневом канале. 2.Устройство по п. I, отличающееся тем, что задатчик распределения температуры в печи и задатчики уровня температуры в каждом огневом канале выполнены в виде источника стабилизированного напряжения, подключенного последовательно с ним реостата и включенных параллельно источнику 05 с реостатом потенциометров, движки и од4;а ин концы которых соединены с регуляторами температуры каждого канала. 3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что привод поворотного зеркала и комму таторы выполнены в виде шагового искателя, на оси которого закреплено поворотное зеркало.

136 38

К регуляторам

корелокО щая

/f/fv шина

41 41 го U 7iU

J

фиг. 2