Устройство для регулирования давления паров металла в термоэмиссионном преобразователе Советский патент 1984 года по МПК G05D23/19 

Изобретение относится к технике автоматического регулирования давления паров металлов, например Cs, Li Na и т.п., и может быть использовано в частности, для регулирования давления насыщенных паров цезия, вводимых в межэлектродный зазор термоэмиссионного преобразователя.

Для исследования и испытаний термоэмиссионного преобразователя необходимо создание транспортировки в межэлектродный зазор, регулирования и стабилизации давления насыщенных паров цезия. Эта задача решается пр при помощи цезиевого тракта и системы нагрева термостата с цезием. Для регулирования давления обычно используется зависимость между температурой наиболее холодной точки (термостат) системы и давлением насыщенных паров металла в ней.

Известно устройство, в котором в качестве сигнала обратной связи используется термо-ЭДС термопары tl3

Однако точность регулирования в данном устройстве зависит от мес-. та размещения термопары внутри термостата, которое практически невозможно точно указать в реальных условиях.

Известно устройство, в котором в качестве измерителя давления используется термопара, горячим спаем которой служит; электропроводящая пленка оседающих паров металла между двумя термоэлектродами. Это позволяет устанавливать датчик вне термостата, что устраняет погрешность, определяемую количеством жидкого металла в термостате 27.

Однако данное устройство не предусматривает работу в автоматическом режиме.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержащее первый задатчик температуры, первый регулятор, параллельно включенные нагреватели тракта, термопару и последовательно соединенные второй задатчик температуры, ксмпаратор, второй регулятор и нагреватель термостата 33Однако известное устройство (бладает низкой точностью регулирования давления паров и предусматривает работу только в режиме ручного управления.

Цель изобретения - повышение точности устройства.

Эта цель достигается тем, что в устройство для регулирования давления паров металла в термоэмиссионном преобразователе, содержащее нагреватель, размещенный на термоста- те с жидким металлом, полость которого соединена трубопроводом, в котором размещена керамическая вставка, с полостью термоэмиссионного преобразователя, нагреватели трубопровода и нагреватель керамической вставки, термопару, горячим спаем которой является пленка металла, оседающего на керамической вставке, а также источник питания, первый задатчик температуры и первый регулятор, к выходу которого параллельно подключены нагреватели трубопровода последовательно соединенные второй задатчик температуры, компаратор и второй регулятор, к. выходу которого подключен нагреватель термостата, введены усилитель, интегратор, сумматор, элемент И-НЕ, ключ и сдвоенный переключатель, причем входы сумматора подключены к выходам первого и второго задатчиков, а выход к входу первого регулятора, выход которого связан с нагревателем керамической вставки через ключ, управ ляющий вход которого подключен к Выходу элемента И-НЕ первый вход которого через сдвоенный переключатель соединен с первым выходом источника питания, второй выход которого через сдвоенный переключатель связан с входом второго задатчика, а термопара подключена к входу усилителя, выходом связанного с вторым входом элемента И-НЕ, и к входу интегратора, выходом связанного с вторым входом компаратора.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит второй задатчик 1 температуры, компаратор 2, второй регулятор 3, нагреватель 4 термостата, первый задатчик 5 температуры, сумматор 6, первьй регулятор 7, нагреватели 8, 82,..., керамической вставки, ключ 9, элемент И-НЕ 10, усилитель .11, интегратор 12, блок 13 запуска, термостат 14, трубопровод 15, керамическую вставку 16, термопару 17, термоэмиссионный преобразователь 18, сдвоенный переключатель 19, источник 20 питания,резисторы 21-24 и делитель 25.

/ 3 Программный задатчик 1 построен, например, с использованием элементов цифровой техники. Усилитель 1.1 собран, например, на базе дифференциального усилителя К140УД7 с использованием однополярно го питания. Резистором 22 устанавливается нулевой уровень на выходе при отсутствии пленки паров металла. При появлении проводящей пленки термоэле троды термопары 18 замыкаются (образуется горячий спай) и на выхрд по ступает сигнал, равный величине термо-ЭДС, который переводит усилитель 11 в режим насыщения (такой режим ра боты достигается подключением отрицательного термоэлектрода термопары 17 к резистору 24, связанному с-инвертирующим входом и настройкой коэффициента усиления резисторами 23 и 24), при этом выходной сигнал усилителя 11 (уровень логической (1) определяется делителем 25. При включении задатчика 1 должна заработать цепь отрицательной обратной связи 17-12-2 (иначе возникнет перегрев термостата 14, что приведет к испарению жидкого металла и оседанию паров по трубопроводу 15), для этого необходимо термоциклировать керамическую вставку 16. Термоциклирование осуществляется цепью 17-11-10-9-8 и начинается при включении переключателя 19, через который подается электропитание задатчику 1 и одновременно с резистора 21 снимается сигнал Логическая 1, который поступает на вход элемен та И-НЕ 10. Элемент 10, выполненный например, на микросъеме 155 ЛА6, оп- ределяет режим работы ключа 9. Когда с блока 13 поступает сигнал Логический О, ключ 9 открыт независимо от уровня сигнала на выходе усилителя 11, а при поступлении с блока 13 сиг нала логической 1 положение ключа 9 зависит от уровня выходного сигнала усипителя 11 (при оседании электропроводящей пленки паров металла на поверхность керамики вставки 16 ключ 9 открыт). Появление и исчезновение проводя щей пленки паров металла вызьшает появление или исчезновение термо-ЭД на входе интегратора 12. Таким обра зом, на вход интегратора поступают однопапярные импульсы, амплитуда ко торых определяется величиной термоЭДС . Интегратор 12 сглаживает пуль794сации сигнала и может быть -выполнен, например, на усилителе К 140УД7. На вход компаратора 2 поступает с imтегратора 12 аналоговый сигнал, величина которого пропорциональна величине термо-ЭДС,снимаемой с термопары 17, а следовательно, и давлению насыщенных паров металла. Задатчиком 5 устанавливается начальная температура трубопровода 15 и керамической вставки 16 с тем, чтобы -при транспортировке насьпценных паров цезия в межэлектродный зазор преобразователя 8 не возникало участков, температура которых ниже температуры термостата 14. Величина выходного напряжения задатчика 5, оп ределяющая превышение температуры трубопровода, выбирается при настройке и в процессе работы не изменяется. Устройство работает след-ующим образом. При включении устройства сигнал с выхода задатчика 5 через сумматор 6 поступает на регулятор 7 (разомкнутого типа), с выхода которого на нагреватели 8,8 ,...,8 подается электрическая мощность, необходимая для начального прогрева трубопровода 15 и керамики вставки I6i. При этом жидкий цезий ко|1денсируется в термостате 14. После включения переключателя 19 на вход элемента И-НЕ поступает сигнал Логическая 1 и ключ 9 закрьгоается, керамика вставки 16 начинает, охлаждаться и, когда температура станет равной температуре жидкого цезия в термостате 14, на ее поверхность оседает проводя- щая пленка паров металла. Наличие пленки фиксируется усилителем 11, Который выдает сигнал наоткрытие ключа 9. Температура керамической вставки 16 повышается, проводящая пленка паров исчезает и ключ 9 закрывается. Таким образом, включения и выключения нагревателя 8 вызьюают периодический нагрев и охлаждение керамической вставки 16. В моменты появления электропроводящей пленки паров металла возникает горячий спай между термоэлектродами термопары 17 и термо-ЭДС поступает на вход интегратора 12, с выхода которого сигнал отрицательной обратной связи, пропорциональный давлению на-сыщенньк паров цезия, поступает на вход компаратора 2, на другой вход которого поступает сигнал с задатчика 1. Разностный сигнал подается на вход регулятора 3, который под- i держивает температурный режим термостата 14 в соответствии с заданной программой. Одновременно сумма сигналов задатчика 1 и 5 поступает на вход регулятора 7, при этом те мпература трубопровода 15 изменяется в соответствии с сигналом задатчика 1 и превьшает температуру термостата 14. Таким образом, давление насьпценных паров цезия задается только температурой термостата 14 (наиболее низкой в системе). Регулятор 7 в зависимости от диапазона регулируемого давления изменяет величину электрической мощности, подводимой к нагревателю 8п. Это позволяет поддерживать необходимую частоту термоциклирования керамической вставки 16, чтобы исключить влияние ее температуры на давление паров в системе.

Таким образом, в предлагаемом изобретении процесс управления давлением в системе питания межэлектродного зазора термоэмиссионного преобразователя насьщенными парам) цезия автоматизируется, при этом улучшаются основные технические характеристики.

Устройство рекомендуется и для более широкого использования в технологических процессах, где необходим регулирование давления паров металла осуществлять в автоматизированном режиме с целью повышения эффективности и качества проводимых работ.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ ПАРОВ МЕТАЛЛА В ТЕРМОЭМИССИОННОМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕ, содержащее нагреватель, размещенный на термостате с жидким металлом, полость которого соединена трубопроводом, в котором размещена керамическая встав ка с полостью термоэмиссионного преобразователя, нагреватели трубопровода и нагреватель керамической вставки, термопару, горячим спаем которой является пленка металла, осе дающего на керамической вставке, а также источник питания, первый задатчик температуры и первый регулятор, к выходу которого параллельно подключены нагреватели трубопровода, последовательно соединенные второй задатчик температуры, компаратор и второй регулятор, к выходу которого подключен нагреватель термостата, отличающе еся тем, что, с целью повьпиения точности устройства, оно содержит усилитель, интегратор, сумматор, элемент И-НЕ, ключ и сдвоенный переключатель причем входы сумматору подключены к выходам первого и второго задатчиков, а выход - к входу первого регулятора, выход которого связан с (Л нагревателем керамической вставки через ключ, управляющий вход которого подключен К выходу элемента И-НЕ, первый вход которого через % сдвоенный переключатель соединен с первым выходом источника напряжения, второй выход которого через сдвоенный переключатель связан с входом второго задатчика, а термопара под- , N ключена к входу усилителя, выходом связанного с вторым входом элемента -И-НЕ, и к входу интегратора, выходом 0 связанного с вторым входом компаратора.J.