Устройство для регулирования температуры в камере газового потока Советский патент 1979 года по МПК G05D23/19 

1

Областью применения изобретения является автоматическое регулирование температуры газового потока в различных промышленнь х и экспериментальных установках.

Известно устройство автоматического регулирования температуры газового потока, содержащее нагреватель, чувствительный к температуре элемент и регулятор, управляемый сигналом с чувствительного элемента при отклонении температуры от заданной величины. Регулятор путем изменения напряжения в цепи питания изменяет количество энергии, подводимой к нагревателю 1|.

Недостатком указанного устройства является ограничение области устойчивой работы и увеличение времени переходных процессов в объектах с пере.менным коэффициентом передачи при изменении расхода газа и температуры в широком диапазоне. Данные обстоятельства затрудняют создание высокочастотных систем автоматического регулирования (САР) температуры с заданным качеством.

Наиболее близким техническим решением яв.пястся устройство для регулирования температуры в камере газового потока, содержащее последовательно включенные рогу,1ятор, источники питания и нагреватель, датчик и задатчик температ ры в камере газового потока, подключенные к элементу сравнения, основной операционный уси.житель, в цепь обратной связи которого включен блок коммутации числа нагревателей и схем их соединения, выход основного операционного усилителя связан с входом регулятора |21. Недостатком устройства является сложная зависимость сигнала, формируемого в компенсирую1цем элементе (кубическая и квадратичная), а также влияние изменения схемы включения (последовательная, параллельная, смешанная) и количества нагревательных элементов на работу системы.

5 Самым существенным недостатком всех рассмотренных аналогов и прототипа является отрицательное влияние изменения давления газа на температуру, что не дает им возможности устойчиво работать одновременно с системой автоматического регулирова0ния дав,1ения газа в этом же (мгьекте. Целью предно,1агаемого изобретения яв.чястся улучи1епие динамических характеристик устройства. Указанная цель достигнется тем. IIT , ficM ()в, o.ioK нзв.аечения квал |);irno -() i opiiH, c()c;uiiHMi {i)ifi с выходом за,i;iT4i K,i TCMrRiJiirypi.i n камере -азовогч) потока, датчик дав.Тепия газа в камере |азо joro потока, залатчик площади крн1ичеекого е(че1П Я камср1 1 и дна дои().1нительп1)1. опе|)аипп. сп/111те.1Я, в.хол первого из кото)Ы.х к-рез Г),1()к 1 зв;|ечеиия квадратногч) корпя еоел1пим1 с н) элемента еравнения, а иыхол соедппеи е в.холо.м второго дополиите.1,иого оп(раипопиого уеплителя, в цепп обратной ciiH3n neiMioro дополпите.чыюго онерашюппого уси.чнте.чя уетапо ;1ен датчик дав. еи1;я в ка.мо)е газового потока, н ПОП обратной евнзп isToporo дслюлпительnoio операцноппогч) уси.лите.тя установлен :,адатчнк н.;1они1ЛИ к штгмческого еечепия каvU4M i, а вы.хол его соединен с входом оеновного операцмонпого усн.тите;1я. Н устройстве пе|)едаточный коэф(|)ннпент -л1ел:ента, ()r)p.MHpyioHiero сигнал компеьсапнп, н{)онорциопален давлению газа в ка-Mfpe, н,1он1ади критического сечения на В1)Гходе обьекта регулирования, величине омичеекого сопротивления нагревателя и обратно iporiopuHOHa;ieH квадратно.му KoptiK) |1з регу.тируемой температуры, то есть р F. R , 1 КОЧП где - - давление газа в форкамере; н.1он1.адь критического сечения на 1 ьгчоде обьекта ре1у,1нрования; R о.л ическое сопротивление нагревате.тя; V регулнруе.мая температура газового потока. Такпл; образом, передаточпый ко.эффицпент устройства регулирования будет непз.мепп1 1.м ьрн нзмененнях напряжения in-(T.aHiiH |;агревателя, те.мпературы газа, кри-Т 1чес1 01о сечении на выходе объекта регулир(ЛК111ня. При это.м исключается в.,чи5ИН1е работы С.ЛР давления газа в камере на температуру. Дегктр.итс.чьно, аналитические нее.чедоилиня нока31 11 ак)т, что коэффициент нередачн звена иагреватель ка.мера равен Y Yy , R РФ-Iудельная тенлоемкость газа; КПД нагревателя; V-- нап)яже(Н1е питания, подаваемое на ггагренатель. Непзменяемая часть коэф финиента нередачн объекта регулнровапия, в.ходяшая в (2), составляет - 0,.. /1.1Я ко.м.неисацин Г1е)е.менной составляюН1ей кг):1(.})((}ннпента передачи объекта регулироваиия необходи.мо ввести ко.мпенсир ю1ги-|й сигнал с коэффициентом нередачи, характеризуюн1имся зависи.мостью (1). Сундественным достой нство.м изобретения является исключение влияния давления газа на устойчивое регулирование те.мнературы и автоматическая ко.мпенсация изменений коэффициента передачи объекта регу;1ирОБаиия. Использование нреднолагаемого изобретения позволит: расширить область устойчивого регулирования темнературы газа, сократить время переходного процееса в объекте регулирования. На чертеже изображена структурная схема устройства регулирования. Устройство для регулирования темнературы в ка.мере газового потока состоит из баллона 1 сжатого газа, соединенного через занорнорегулируюший вентиль 2 подачи газов с нагревателем 3 газового нотока, выходная часть газового нотока которого соединена трубопроводом с проточной камерой 4, являющейся объекто.м регулирования температуры, регулируе.мого иеточника питания 5, вход которого соединен е регулятором 6 те.мнератур1 1. Датчик 7 те.мпературы и задатчик те.мнературы 8 соединены е элементо.м сравнения 9. Между э.тементом 9 и регуляторо.м 6 включен блок ко.мненсации 10 изменений коэффициента передачи объекта регулирования, состоящий из операционных усилителей 11, 12, 13 (13 - основной, 11 и 12донолнительные). В пря.мую цень усилителя 11 включен блок 14 извлечения квадратного корня из те.мнературы; а в обратную пень - датчик 15 давления газа в камере газового нотока. Выход усилителя соединен,е усилите16 площади крити/le.M 12 и с задатчиком . включенного в обческого сечения ка.меры 12, выход которого ратную цепь усилителя 13 и с блоко.м 1 7 комсоеди 1ен с усилителе.м мутации числа нагревателей и схемы их соединения (последовательной, нараллельпой, с.мешанной), включенным в обратную ц.епь усилителя 13. Резисторы 18 и 19 служат для пастройки эле.мента ко.мненсации К). Задатчик 8 регулятора 6 отдельным каналом связан е донолнительны.м .чходо.м блока извлечения квадратного корня 14. Устройство для регулирования темнературы работает следующим образо.м. В исходном состоянии (до начала работы) запорнорегулирующий вентиль 2 закрыт. На задатчике 8 регулятора 6, а также в б,-1оке 14 извлечения квадратного корня устанавливается величина регулируе.мой температуры. Открытием вентиля 2 из баллона 1 подается воздух в нагреватель 3 и через трубопровод в камеру 4 и далее в технологическую .магистраль.

Одновременно е подачей газа ЕЗ нагревате;|15 3 на него от источника 5 подается напряжение и вкдючается устройство автоматического регулирования температуры. Сигналы с датчика температуры 7 и задатчика подаются на элемент сравнения 9, с выхода которого электрический сигнал ошибки рассогласования подается на вход блока компенсации 10, Алгоритм компенсации характеризуется коэффициентом передачи (1).

Блок компенеации 10 содержит три последовательно соединенных усилителя 11, 12, 13. Датчик давления газа и блок извлечения квадратного корня 14 на выходе усилителя 11 формируют сигнал, который на выходе усилителя 12 с помощью задатчика площади критического сечения 16 превраН1ается в сигнал Р. Далее сигнал компенсации на выходе усилителя 13 при помощи блока 17 коммутации числа нагревателей и схемы их соединения преобразуется к виду

V m .

W

где m - масштабный коэффициент, определяемый подетроечными резисторами 18 и 19. С выхода элемента ко.мненсации сигнал поступает в регулятор 6, где в соответствии с заданным законо.м регулирования фop ц руетея сигнал управления источником питания о. Напряжение питания нагревателя

3изменяется в функции сигнала, поступаемого с регулятора 6, автоматически изменяя количество подводимой к нагревателю электроэнергии.

В темпе изменения программы эксперимента дополнительный сигнал с задатчика 8 по отдельному каналу поступает в блок 14.

Устройство автоматического регулирования температуры газового потока в камере

4приходит в состояние равновесия при равенстве сигнала, заданного на задатчике, и сигнала, измеренного датчиком температуры 7.

Использование новых элементоЕ : датчика давления газа в камере, блок извлечения квадратного корня из температуры,

задатчика критичеекого сечения на выходе камеры,

блока коммутации числа нагревате.тей и схемы их соединения,

связей между неречисленными элементами, обеспечивающими совместно с усилителями |К)Вый алгоритм комненсации (1), позволяет получит, допо.иппельпьп техпикоэкoнo и.чecкиli э4Ф тпсключить влияЩО CAi дивлепия на ре|улир1)ванис тем110ра; пы. UTti сократит время переходного процесса примерно на 40-60,vi (но .чанным и);10.1ирова1и|я) и приведет к sKoiiOMHii расхода э.чектроэнергии и сжатого газа,

снизить иогрепиюсть 1е1-у, ирования с 1,о/о До 0.8- 1, за счет ностоянетва коэффициента передачи хстройства,

снизит1. стоимость чстройства

за счет упрощения конструкнии.

иос,1едов; тольно Bi.iio4CiiHhie регулятор, исТ() питания i- ii;iipoiiaTe,b, датчик и задатчнк 1Ч |Г1ерат oi,i и каморе газового цот:;ка, подключенные к э,1еме1 ту сравнения, основной опср;,);|Н1.. ус).1нтель. в цепь обратно связи которол о включен блок коммутацпн чис.и нагревата,:ей и схем itx соедипе П й, ri,xo.;i основного (июрацпонного уси, связан с входом рег лятора, отличающееся тем, что, с 11ел1 ю улучпсн.ия динамических характеристи1 хстропства, в ycTanoB/icHbi блок изв.течения Kiia/ipaTHoro корня, соедин.емныГ с .чадатчика температуры в камеро азоноги потока, датчик да)ле;П1Я газ;; i-. 1ч,1:-чЧ0 ini.нового потока, задатчик нл()П1а;;11 1 питического сечения каiiTe.ibniiix onep;iiuioiiHi5i

. и два из которых через ус 1лителя, вход ;; блок 1131 лепепия кв:1;;,р;;тного соедивьгходом э, сравненпя, а выход

с входом STOpoio Д011олпител1 ного

соедп 1е1 ycii/.nrc.iH, в цепи обратно onepa i uvn io;4 связи первого доно.шительногс операционного ус1..1Я станов.1ен датчик дав,пенпя газа в ,о 1;ото1ча, в цепи обратной связи второго доно.1пите.1ьного операционпого усилителя установлен задатчнк плониь ди критического сечения KaMcpiii, а выход его соединен с входом основного операционного усилителя.

Источник -; ; 1формацип. прп 1ятые во прп эксперт 1зе

1.Патеи.г США Л 3353589, кл. 165--26, 1967.

2.Авторское свидетельство СССР ЛЬ 504185, кл. G 05 D 23,19, 1975.