Устройство для автоматического регулирования постоянства температур в ряде точек Советский патент 1936 года по МПК G05D23/22 

Для регулирования постоянства температуры в заводских печах, котельных и других топках, химической и лабораторной аппаратуре существует несколько систем терморегуляторов, действующих от термопары.

Сюда относятся контактные гальванометры Сименса и Гальске, Гартмана и Брауна, Броуна, терморегуляторы потенциометрического типа Лидс и Нортруп, Зильсон-Мойлен, Фоксборо, Минеаполис и др. Эти приборы строятся для терморегулирования одной печи или установки.

Однако, большое развитие у нас автомобильной,тракторной, авиационной и паровозостроительной промышленности, тяжелого и легкого машиностроения, черной и цветной металлургии, керамической, химической и нефтяной промышленности, а также других отраслей, ВТУЗовских и научно-исследовательских лабораторий настойчиво требует большого количества терморегуляторов..

Крупным печам для термообработки больших, ответственных изделий, для термообработки продукции прокатных цехов, особенно по высокосортным легированным сталям, котельным установкам и т. д. необходим такой терморегулятор, который мог бы регулировать температуру одновременно во многих

точках. В самом деле, печи для термической обработки крупного литья слитков, поковок и готовых изделий, печи для термообработки готовых катанных прутков и листов, а также печи для нагревов под прокатку, ковку, штамповку и т. д. в преобладаюш.ем большинстве случаев имеют по несколько горелок, форсунок или секций электросопротивлений (4, 6, 8, 10, 12 и больше). Чтобы поддерживать постоянную и одинаковую температуру во всем рабочем пространстве печи необходимо, следовательно, регулировать подачу нефти, газа и воздуха или силу тока во многих точках. Если применять терморегуляторы типа контактного гальванометра, то потребуется несколько терморегуляторов на одну печь. Если же учесть количество точек в целом цеху или на заводе, то потребуется несколько десятков терморегуляторов.

Известные до сих пор терморегулйторы для одновременного регулирования температуры большого числа печей имеют тот недостаток, что для задания каждой печи своего температурного режима в цепь термопары каждой печи необходимо включать отдельный потенциометр, вследствие чего подобные терморегуляторы для ббльшего числа печей практически невыполнимы, так как при необходимости одновременного регулирования температуры в 5-10 печах они имеют чрезвычайно громоздкую конструкцию.

Для устранения указанного недостатка предлагается терморегулятор для регулирования температур в ряде точек, относящийся по своей конструкции к известному типу терморе уляторов с фотоэлектрическим реле, зеркальным гальванометром, включенным в цепь термопар через коммутатор, и потенциометром, и имеющий ту особенность, что в нем применен потенциометр с одной обмоткой, снабженный рядом контактных двин{ков, передвигаемых по направляющим,, расположенным по цилиндрической обмотке и снабженных температурными щкалами для установки движков.

Предлагаемый многоточечный терморегулятор позволяет регулировать температуру одновременно в 50 точках. Он также пригоден для терморегулирования в любом меньшем числе точек и если это необходимо, то в одной точке.

При многоточечном терморегулировании в любой точке может быть задана своя температура, т. е. независимо от других точек. Терморегулирование может выполняться в нефтяных, газовых и электрических печах и разного рода топках, приборах и аппаратах. Один терморегулятор может управлять из одного пункта всеми печами целого завода или цеха, что особенно важно в крупном производстве и позволяет легко установить диспетчерский контроль над температурными режимами.

Предлагаемый многоточечный терморегулятор может быть соединен проводами с ранее предложенным заявителем (авторское свидетельство № 45663) аппаратом управления процессами по графикам-приказам. В результате такого соединения можно получить (если это необходимо) изменения температуры по кривым, начерченным на бумаге в одной или нескольких печах цеха, оставляя другие печи под терморегулированием на постоянную температуру.

При необходимости терморегулирования в одной точке прибор особенно прост в изготовлении, дещевле и надежнее в работе, а также точнее известных, уже указанных выше контактнььх гальванометров..

На чертеже фиг. 1 изображает схему предлагаемого терморегулятора и фиг. 2-т-горизонтальный разрез потенциометра.

Принципиальная схема устройства представляет собой (фиг. 1) схему потенциометра с многоточечным потенциометром и короткопериодным быстродействующим зеркальным гальванометром, выполняющим функции нуль-аппарата к воздействующим на фото-реле.

Ток аккумулятора А в 2 вольта или сухого элемента 1,5 вольта проходит через регулировочный реостат Ri. сопротивление при нормальном элементе R.,, через потенциометр и обратно в аккумулятор А. Таким образом, образуется постоянная замкнутая цепь аккумулятора и потенциометра.

Многоточечный потенциометр устроен следуюш,им образом. На цилиндрическую трубу из листового металла (желателен алюминий), имеющую наружный диаметр от 100 до 300 ..if/w в зависимости от числа регулируемых точек (от 10 до 50) и высоту /1 300.нм (до 400 .«ж в некоторых случаях) намотана в два слоя бумага, пропитанная изолирующим лаком. На изолирующий слой намотана обмотка потенциометра из манганиновой (или константановой) проволоки, изолированной лаком.

Длина и диаметр проволоки рассчитываются так, чтобы падениенапряжения на всей высоте потенциометра соответствовало э. д. с., развиваемой термопарой при наивысших рабочих температурах.

Вокруг описанной катущки реохорда располагаются направляющие С для движков.

Число стержней равно числу точек (печей, форсунок, горелок), на которые рассчитывается терморегулятор.

На фиг. 1 показан реохорд на 20 точек, как частный случай (фиг. 2). Для 50 точек конструкция реохорда остается той же, меняются лишь размеры.

На фиг. 1 показаны всего три таких стержня, остальные не вычерчены; на фиг. 2 показаны сечения всех стержней С. По каждому стержню вверх и вниз может передвигаться от руки свой движок. Против каждого движка имеется шкала с градуировкой на температуру.

Вверху каждой шкалы написан номер регулируемой точки, к которой данная шкала относится.

В обмотке реохорда должна поддерживаться постоянная сила тока, что достигается регулировкой реостата /, и сравнением падения напряжения на концах сопротивления /., с э.д.с. нормального элемента НЭ. включенного через сопротивление/ з- Нуль-аппаратом здесь является короткопериодный зеркальный гальванометр 2, включаемый „на контроль нажатием переключателя /7.

К верхним концам направляющих стержней присоединяются провода Г,, 2, А и т.д. (показаны на схеме только концы Tir,(), 7ц) и TS(-)). Провода проведены от отрицательных термоэлектродов термопар. Провода же от положительных термоэлектродов присоединяются к пластинкам (,,--), Л:,-1-)) коммутатора.

На торце эбонитового диска Mj укреплены бронзовые пластинки Р, расположенные кольцеобразно. Между пластинками оставлены зазоры в 0,2-0,3 мм. Число пластинок равно числу регулируемых точек (до 50). Эбонитовый диск с пластинками прикреплен неподвижно к корпусу редуктора; последний представляет собой двойную червячную передачу от электродвигателя Л4. При числе оборотов вала двигателя, равном 1450 в мин., верхний вал В редуктора делает один оборот на 25 сек. у коммутатора на 50 точек и за 10 сек. на 20 точек. На правом конце вала сидит эбонитовый диск Ла, на правом торце которого прикреплено бронзовое контактное кольцо , соединенное винтами с бронзовой щеткой ZZ/i. При вращении вала В щетка будет скользить по пластинкам Р и соединять их поочередно через кольцо К с неподвижной бронзовой щеткой ZZ/2Таким образом, термопары, находящиеся в печах, будут поочередно включаться в компенсационную цепь, в которой соединены последовательно: термопара (), коммутатор, переключатель /7, зеркальный гальванометр 2 (нуль-аппарат), верхний конец обмотки потенциометра К,, движок данной термопары, термопара (-). Следовательно, за один оборот вала коммутатора, т. е. за 25 сек.

для 50-точечного регулятора, все термопары окажутся поочередно включенными в цепь с нуль-аппаратом и каждая с своим участком реохорда. Последний участок зависит от установки движка по по высоте реохорда соответственно задаваемой температуре для каждой термопары.

При равенстве э.д.с. термопары сэ.д.с., отшунтированной положением движка на реохорде, нуль-аппарат не даст отклонений.. В противном случае зеркало гальванометра повернется в ту или другую сторону, в зависимости от того, превзойдена или еще не достигнута заданная температура.

На зеркальце гальванометра падают лучи света от осветителя О. Лннзы в осветителе подобраны так, что из них выходит сходящийся пучок лучей, свободно помещающийся на зеркальце гальванометра и после отражения собирающийся в фокусе на стеклянной пластинке 4Лицевая сторона пластинки показана рядом справа на чертеже: половина пластинки покрыта зеркальным слоем 3, а другая половина представляет матовое стекло. Если температура печи в момент контроля окажется ниже заданной соответствующим движком на реохорде, то зеркальце гальванометра повернется, луч света попадет на зеркальную часть пластинки 4 и, отразившись на фотоэлемент ФЭ, фототок после усиления усилителем, находящимся в левой половине ящика прибора, вызовет срабатывание быстродействующего реле У, а последнее вызовет замыкание контактора соответствующей печи.

Реле У также поочередно соединяется коммутатором (его левая часть) с соответствующими контакторами, провода от которых подводятся к клеммам.

На фиг. 1 показана схема включения одного из таких контакторов.

Каждая регулируемая точка должна иметь свой контактор, включающий или выключающий ток в секцию электросопротивления, в соленоид или двигатель, открывающий или закрывающий горючее и дутье.

Если же в момент контроля данной точки температура окажется выше заданной, зеркальце гальванометра повернется в противоположную сторону и отраженный от него луч попадет на матовую часть пластинки 4. Фотоэлемент окажется не освещенным, якорь реле У отойдет влево, замкнутся контакты О и В, контактор выключится, В предлагаемой системе применен короткопериодный зеркальный гальванометр, причем вращение катушки зеркальцем ограничено двумя упорными штифтами, допускающими поворот зеркальца на угол около 10-15°. Благодаря такому устройству время, необходимое на поворот зеркальце (от момента замыкания цепи коммутатором), составляет не более 0,2-0,25 сек. Если принять время одного оборота коммутатора в 25 сек., то за этот отрезок могут быть проверены 50 точек (по 0,5 сек. на точку, учитывая, что кроме 0,25 сек. на срабатывание гальванометра, необходимо время на замыкание и размыкание контактов коммутатора). Если применить в данном приборе гальванометр типа осциллографа, число точек может быть значительно увеличено. Как видно из схемы коммутатора, его левый диск Дд имеет два кольца из контактных пластинок, причем у большого кольца пластинок вдвое больше, чем у малого. К большому кольцу провода подводятся от контакторов через одну пластинку, оставляя половину пластинок не присоединенными, т. е. холостыми. Щетка, скользящая по этим пластинкам, будет попадать на холостые пластинки после каждой рабочей. Во время движения щетки Щ- по холостой пластинке щетка /Я,, переключающая термопары (правая сторона коммутатора), должна перейти с одной контактной пластинки на следующую. Такое устройство необходимо, так как при соприкосновении щетки /Z/j одновременно с двумя соседними пластинками, при переходе с одной пластинки на другую, две термопары окажутся соединенными параллельно и присоединенными к цепи нуль-аппарата. Последний установится в соответствующее положение и вызовет срабатывание реле У, но это не отразится на регулировке, так как соответствующий контактор не сработает из-за отсутствия соединения его с реле через щетку /ДзЕсли отбросить коммутатор и многоточечный реохорд, заменить последний простым кольцевым реохордом, который показан на чертеже справа щтрих-пунктирными линиями, то получим терморегулятор на одну точку. Исследования, проведенные автором над опытным терморегулятором такого типа, показали высокие качества его работы. Кривые температуры, записанные на самописцах Вильсон-Мойлена и Сименса во время работы электрических и газовой печей, работавших под контролем указанного терморегулятора, прилагаются с соответствующими на них пояснениями. Преимущества такого терморегулятора перед существующими контактными гальванометрами несомненны. Как было указано выше, регулировка силы тока в цепи реохорда выполняется реостатом по нормальному элементу НЭ. После нажатия переключателя /7 „на контроль регулируют реостатом Ri до тех пор, пока проекция нити лампочки осветителя на матовом стекле не установится на границе матовой и зеркальной частей стекла 4. Тонкая нить лампочки весьма отчетливо видна на матовом стекле, так как последнее находится в фокусе линз осветителя. Многоточечный терморегулятор предлагаемой системы на 50 точек или на любое меньшее количество точек с коротко-периодным зеркальным гальванометром, многоточечным реохордом и фото-реле является совершенно новым прибором, имеющим огромное значение для автоматизации технологических процессов в черной и цветной металлургии, химической, нефтяной и керамической промышленности, автостроении, тракторостроении, авиостроении, для регулировки горения в топках котлов, для лабораторных и научно-исследовательских работ и во многих других областях. Его изготовление проще и дешевле контактных гальванометров. Большой спрос на терморегуляторы со стороны промышленности может быть с успехом и легче удовлетворен изготовлением значительно меньшего числа многоточечных терморегуляторов данной системы, чем изготовляемые одноточечные контактные гальванометры.

у всех контактных гальванометров стрелка прижимается периодически механизмом, приводимым в движение двигателем Ворена (Броун, ВОТИ), биметаллическим мотором (Сименс), синхронным мотором (Вильсон-Мойлен, Фоксборо, Лидс и Нортруп). В одноточечном терморегуляторе ни моторов, ни передач от них нет, а следовательно, нет трения и нет износа.

Периодичность действия контактных гальванометров является причиной менее точной регулировки, выполняемой ими по сравнению с регулировкой одноточечным прибором. Если во время нагрева печи момент достижения заданной температуры совпадает или близок с моментом прижатия стрелки в контактном гальванометре, то нагрев будет продолжаться дальше до следующего срабатывания стрелки; то же будет и при охлаждении.

Кроме того, зеркальные гальванометры без длинной тяжелой стрелки и на легкой подвеске катушки обладают значительно меньшей инерцией.

Предмет изобретения.

1. Устройство для автоматического регулирования постоянства температур 3 ряде точе с применением фото-реле, гальванометра, термопар и потенциометра, отличающееся тем, что, с целью использования указанного устройства для одновременного обслуживания ряда печей, применен потенциометр с одной обмоткой, снабженный рядом контактных движков, передвигаемых по направляющим, расположенным вокруг цилиндрической обмотки и снабженных температурными шкалами, по которым могут быть определены места установки движков.

2. Форма выполнения устройства по п. 1, отличающаяся тем, что коммутатор, предназначенный для поочередного включения через фотореле исполнительных механизмов, с целью достижения пуска в ход последних только после занятия зеркальным гальванометром положения, I соответствуюш.его температуре в регулиI руемой печи, смещен относительно друI гого коммутатора. помешенного на j одной оси с первым и служащего для i поочередного включения термопар в цепь ; многоточечного потенциометра через 1 зеркальный гальванометр. ; 3. Форма выполнения устройства по I пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что для : сокращения времени установки и успо; коения зеркального гальванометра поI следний снабжен особыми упорами, предназначенными для ограничения угла поворота рамки и зеркала.

иг- /и,