УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ Советский патент 1939 года по МПК G05D16/00 

Известно регулирование температуры, состава газа, давления и тому подобных величин, выражаемых в виде разности потенциалов или электродвижущей силы, при котором рабочий орган, управляющий регулируемым процессом, автоматически устанавливается в положение, в точности соответствующее заданному режиму. Такое регулирование заключается в том, что, при нарушении равновесия между развиваемой термопарой электродвижущей силой и заданной разностью потенциалов. на концах введенной в компенсационную цепь части обмотки потенциометра, исполнительный механизм изменяет положение рабочего органа в направлении, восстанавливающем нарушенный нормальный режим регулируемого процесса, и одновременно вводит в компенсационную цепь термопары дополнительную разность потенциалов, уравновешивающую, вместе с заданной на регулирующем потенциометре разностью потенциалов, электродвижущую силу термопары.

Эта дополнительная разность потенциалов, тем или иным путем, принудительно и постепенно уменьшается, что вызывает новое нарушение равновесия, а следовательно и новое корректирующее перемещение рабочего органа, причем перемещения эти постепенно уменьшаются, а с уменьшением этих перемещений уменьшается и величина вводимой в компенсационную цепь дополнительной разности потенциалов. Когда эта последняя становится равной нулю, рабочий орган устанавливается в положение, соответствующее равновесию между заданной разностью потенциалов и электродвижущей силой термопары, служащей первичным измерительным прибором.

В устройствах для осуществления такого регулирования введение в компенсационную цепь термопары, при нарушении равновесия, дополнительной разности потенциалов и последующее принудительное уменьшение этой разности потенциалов достигаются при помощи вспомогательного потенциометра и механизмов, вызывающих взаимное перемещение двух движков потенциометра или самого потенциометра и его движка. Такое устройство, в виду требующейся прецизионной кинематической связи между отдельными элементами механизма, является довольно дорогим.

Настоящее предложение предусматривает устройство для указанной выше цели, в котором, однако, совершенно отсутствуют движущиеся во время работы этого устройства части, и действие которого основано на длительности зарядки и разрядки конденсаторов большой емкости при изменении напряжения в компенсационной цепи, в которую этот конденсатор включен (совместно с соответствующими сопротивлениями) в виде одного из плеч моста Витстона.

Электрическая схема компенсационной цепи построена таким образом, что установившееся временно равновесие в компенсационной цепи после передвижки рабочего органа и движка вспомогательного потенциометра сейчас же нарушается разрядкой (или зарядкой) конденсатора, что может вызвать новое передвижение рабочего органа, если изменение электродвижущей силы термопары, вызванное перемещением рабочего органа, не будет следовать за изменением напряжения в компенсационной цепи, вызываемым постепенной разрядкой или зарядкой конденсатора. В качестве конденсатора большой емкости применен электролитический конденсатор.

Предлагаемое устройство построено по схеме, изображенной на фиг. 1 прилагаемого чертежа, фиг. 2 которого изображает в продольном разрезе конструкцию двойного реостата, примененного в схеме.

На чертеже имеются следующие обозначения: 1 - термопара, находящаяся в регулируемом агрегате, 2 - потенциометр, на котором устанавливается заданная величина температуры, давления и т.п.; 3 - гальванометр, подающий, при нарушении равновесия в цепи, тем или иным известным способом, командные импульсы исполнительному механизму 4, кинематически связанному с рабочим органом 5 и движком 6 вспомогательного потенциометра; 7 - электролитический конденсатор; 8, 9 и 10 - реостаты, назначение которых указано ниже; 11 - контактный рычаг реостата 10; 12 и 13 - сопротивления, уравновешивающие плечи моста Витстона.

Действие устройства следующее.

Когда электродвижущая сила термопары 1 равна и противоположна по направлению разности потенциалов на концах введенного в компенсационную цепь участка потенциометра 2, тока в цепи термопары нет, независимо от положения движка вспомогательного потенциометра.

Указанное условие будет соблюдено в том случае, если мост Витстона будет в равновесии. Равновесие это может нарушаться проводимостью электролитического конденсатора 7 и развиваемой им собственной электродвижущей силой. Для устранения влияния указанных факторов на равновесие моста, в цепь введен реостат 10, рычаг 11 которого устанавливается в такое положение, при котором разность потенциалов между точками А и В будет равна нулю, когда электродвижущая сила термопары 1 будет равна заданной величине.

Когда, вследствие отклонения регулируемого режима от заданного, электродвижущая сила термопары изменится, равновесие в компенсационной цепи нарушится, гальванометр 3 подает командный импульс исполнительному механизму, который, переместив рабочий орган, одновременно, переденжением движка 6, изменяет величину разности потенциалов на концах введенного в цепь участка вспомогательного потенциометра. Это изменение разности потенциалов, благодаря медленной зарядке или разрядке конденсатора 7, нарушает равновесие моста но, в то же время, уравновесит появившуюся в цепи термопары несбалансированную разность потенциалов.

При наступлении равновесия в цепи термопары, гальванометр займет нулевое положение и перемещение рабочего органа и движка 6 прекратится. Однако, по мере того как конденсатор 7 будет разряжаться (или заряжаться), равновесие моста будет восстанавливаться, а вместе с тем будет уменьшаться величина вводимой вспомогательным потенциометром в компенсационную цепь термопары разности потенциалов.

Если несоответствующая э.д.с. термопары, вследствие изменившегося положения рабочего органа, будет приближаться к заданной величине с тою же скоростью, с какой происходит разрядка (или зарядка) конденсатора 7, равновесие в цепи термопары, после перемещения рабочего органа, не нарушится. В противном случае, вследствие отсутствия компенсации в цепи термопары, гальванометр снова пошлет командный импульс исполнительному механизму, который, в зависимости от отклонения гальванометра в ту или другую сторону, переместит также движок в ту или другую сторону.

Благодаря этому, заряд конденсатора опять изменится, но величина этих изменений, зависящая от перемещений движка 6 (а следовательно и рабочего органа) будет постепенно уменьшаться пока, наконец, рабочий орган не станет в положение, при котором наступит равновесие обоих плеч моста и одновременно равновесие в цепи термопары, т.е. при котором электродвижущая сила термопары будет равна заданной величине.

Если уже при незначительном перемещений рабочего органа значительно изменяется разность потенциалов (на вспомогательном потенциометре), уравновешивающая нарушенный баланс в компенсационной цепи термопары 1, то восстановление нарушенного равновесия будет происходить очень медленно, все уменьшающимися ступенями, и при известных условиях может вообще не наступить. Наоборот, если, при относительно значительном перемещений рабочего органа вводимая в компенсационную цепь разность потенциалов будет невелика, то, вследствие большой амплитуды колебаний в ту и другую сторону рабочего органа, время, в течение которого он будет приведен в положение, соответствующее нормальному режиму регулируемого процесса, будет также велико.

Для приведения в соответствие хода рабочего органа с падением напряжения на единицу длины вспомогательного потенциометра, применен реостат 8, с помощью которого можно установить требуемое падение напряжения на единицу длины потенциометра.

С помощью реостата 8 можно увеличить или уменьшить время зарядки (или разрядки) конденсатора 7. Так как при изменении, при помощи реостата 8, времени зарядки (или разрядки) конденсатора, мы одновременно тем самым изменяем падение напряжения между точками А и В, когда этого и не требуется, то движки реостатов 8 и 9 устанавливаются (фиг. 2) на одной оси 14 таким образом, что при повороте обоих движков реостатов вводимое в цепь сопротивление одного реостата увеличивается, а другого, соответственно, уменьшается.

Для того, чтобы можно было изменять амплитуду колебаний рабочего органа независимо от времени зарядки (или разрядки) конденсатора, обмотка реостата 8 может самостоятельно поворачиваться на оси 14 относительно движка.

Устройство для регулирования с применением термопары, включенной последовательно с потенциометром и с гальванометром, управляющим исполнительным механизмом, и присоединенной к мосту Витстона, сопротивления которого регулируются исполнительным механизмом, отличающееся тем, что, с целью изменения напряжения в компенсационной цепи при изменениях в регулируемом процессе, в одно из плеч моста Витстона включен, конденсатор (например, электролитический).