Устройство для автоматического регулирования температуры и других величин компенсационным методом Советский патент 1946 года по МПК G05D23/22 

Устройства для регулирования температуры и других вел15чин компенсационным методом, снабженные вспомогательными реостатами, включенными в цепь моста и восстанавливающими при перемещении рабочего органа нарушенное равновесие в компенсационной цепи, известны. Однако эти устройства не дают возможности автоматической установки рабочего органа (например, клапана, подающего горючее), управляющего регулируемым процессом, в положение, в точности соответствующее заданному режиму. Кроме того, они не позволяют автоматически восстанавливать в кратчайший срок нарушенный иорл1альный режим.

Указанные недостатки регуляторов с жесткой или гибкой обратной связью устранены в предлагаемом устройстве для автоматического регулирования.

На фиг. 1 изображено устройство, вид спереди; на фиг. 2 - вертикальный разрез по центральной оси; на фиг. 3 и 4 - две основные детали устройства; на фиг. 5 - частичный вид устроГьства сбоку (слева); на фиг. 6 - то же, частичный вид сверху (с npaBOii стороны); па фиг. 7 - электрическая схема устройства.

Цилиндрическое кольцо / (фиг. 1, 2) с обточенно наружной поверхностью укреплено своим ка подставке 2. На кольцо 1 свободно насажены кольцевые диски 4 и 5, а между ними кольцо 3. Диски 4-5 и кольцо 3 удерживаются на кольце / при помощи упорного кольца 51.

На неподвижной осп 6, укрепленной на подставке 2 в центре кольца /, свободно насажен кулак 7, верхние грани которого, симметрично расположенные (при среднем положении кулака 7) по обе стороны от проходящей через центр кольца вертикали, образуют два суживаюЛЬ 65935

щихся по направлению друг к другу зазора между кулаком 7 и внутренней гранью кольца 3. В этих зазорах помещаются два ролика 8 и

9из закаленной стали, опирающиеся в уширенной нижней части упомянутых зазоров на прикрепленные к кулаку 7 плоские пружины

10и 11.

На кулаке 7 эксцентрично укреплен щтифт 12, опирающийся на одно плечо двуплечего рычага 13, поворачивающегося на неподвижной оси 16. На втором плече рычага 13 укреплен ролик 15, который катится по соответствующим образом профилированным зубцам колеса 17, приводимого во вращение, например, электродвигателем 18 Уоррена.

Когда ролик 15 опирается на вершину зубца, кулак 7 поворачивается на определенный угол в одну сторону, а когда ролик 15 попадает во впадину между зубцами, кулак поворачивается в противоположную сторону на такой же угол. Таким образом, при вращении колеса 17 кулак 7 совершает равномерные колебания в ту и другую сторону от средней вертикали. Пружи-на /4, прикрепленная одним концом к штифту 12, обеспечивает непрерывную связь кулака 7 с качающимся рычагом 13.

Кольцевые диски 4 и 5снабжены с внутренней стороны выступами 19 (фиг. 3 и 4), ограждающими с торцов ролики 5 и 5. Для того чтобы можно было насадить диски 4 и 5 на кольцо /, а ролики 8 v( 9 могли приходить в непосредственное соприкосновение с кольцом 3, свободно насаженным на кольцо 1, последнее в верхней части на соответствующем участке вырезано.

С внешней стороны кольца 4 i 5 снабжены выступающими рычажками 21, 22, 23 и 24. Рычажки 21, 23 прижимаются к упорам 25 пружиной 29. Между рычажками 21 и 23 параллельно дискам 4 w. 5 установлен рычаг 26, новоротный около неподвижной оси 27. Головка рычага 26 снабжена двумя расположенными между рычажками 21 и 23 упорными штифтами 28, из которых один в нормально.м положении прикасается к рычажку 21, а второй - к рычажку 23. На конце рычага 26 установлен ролик 34, прижимаемый пружиной 33 к ребру шаблона 35, который прикреплен к кольцу 3.

К концам рычажков 21 и 23 припаяны железные пластинки 30, служащие якорями электромагнитов 31 и 32, присоединенных к командным проводам автоматического регулятора (до концевых выключателей исполнительного механизма), электрически связанного с описываемым устройством. Электромагнит 31 включается в цепь при пуске электродвигателя исполнительного механизма в одну сторону, электромагнит 32 - при пуске электродвигателя в обратную сторону.

Между рычажками 22 н 24 в плоскости, параллельной дискам 4 и 5, помещается рычаг 36, поворотный около неподвижной оси 37. На конце рычага 36 имеется профилированный выступ 38 с наклонными боковыми гранями. В нижней части этого выступа укреплен штпфт 39, который пружиной 44 прижимается к ребру профилированного шаблона 40, прикрепленного к кольцу 3. На концах рычажков 22 и 24 укреплены штифты, немного отстоящие в нормальном положении от наклонных ребер выступа 38.

Концентрично с кольцом 3 на подставке 2 установлено 96oiiiiTOвое кольцо 42, на нижней части которого укреплен вспомогательный реостат 41. Движок 43 реостата прикреплен к эбонитовой пластинке, в свою очередь прикрепленной к кольцу 3.

С помощью дополпительно установленного на оси 37 рычага 52, захватывающего своим выступом рычаг 36, последний может быть

установлен своим выступом 38 дальше или ближе от штифтов, укрепленных на концах рычажков 22 и 24. В таком положении он закрепляется винтом 45.

Для правильной первоначальной установки реостата эбонитовое кольцо 42 может несколько поворачиваться около своего центра и закрепляться на месте винтом 46.

Электрическая схема присоединения реостата 41 к регулятору показана на фиг. 7, где термопара 48 в регулируемой печи и .гальванометр 49 включены в одну диагональ моста Уитстона-Кирхгофа. В его другую диагональ включен источник электроэнергии 50, питаюш,ий обмотку регулирующего реостата 47, на котором движком устанавливается задание. Реостат 47 является одной из ветвей моста. Второй ветвью служит постоянное сопротивление, третья и четвертая ветви сходятся у движка вспомогательного реостата 41.

Когда движок занимает на реостате 41 нулевое (среднее) положение, мост находится в равновесии. В этом случае электродвижущая сила термопары уравновещивается разностью потенциалов на концах обмоток реостатов 41 и 47, включенных в цепь термопары. Если электродвижущая сила термопары, вследствие отклонения регулируемого процесса от задания, изменится, равновесие в компенсационной цепи термопары нарушится, гальванометр даст командный импульс исполнительному механизму, и одновременно с изменением положения рабочего органа изменится и положение движка вспомогательного реостата 41, пока дополнительно введенная в компенсационную цепь разность потенциалов на реостате 41 не уравновесит происшедшее изменение в электродвижущей силе термопары 48. После этого мост опять придет в равновесие. Такая схема является очень чувствительной и компактной, позволяя осуществить предлагаемое устройство в одном блоке с регулирующим потенциометром. Действие устройства следующее.

Пока равновесие в компенсационной цепи термопары 48 не нарушено, электродвигатель 18 при помощи рычага 13 приводит в колебательное движение кулак 7 с одинаковой амплитудой в обе стороны. При подъеме левой стороны кулака 7 пружина 10 стремится переместить вправо ролик S, но этому препятствует упор 20 на выступе 19 диска 5. При опускании левой стороны кулака 7 его наклонная грань приподнимает ролик 8; приводя его в конце хода в соприкосновение с нижней поверхностью кольца 3. То же самое происходит и с правой стороны.

При нарушении равновесия в компенсационной цепи гальванометр регулятора подает командный импульс исполнительному механизму и рабочий орган начинает перемещаться (в ту или другую сторону) с равномерной скоростью. Одновременно один из электромагнитов, например 32, включится в цепь и притЯНет якорь со связанным с ним рычажком 23. Последний отойдет от упора 25 и штифта 28.

Вследствие поворота вправо диска 5, рычажок 24 повернется также вправо и находящийся на его конце штифт придет в соприкосновение с на ;лонной гранью выступа 33 рычага 36.

Одновременно с передвижением вправо рычажка 13 перемещается вправо и левый выступ 19 на диске 5 с упором 20. Это позволяет ролику 8 при подъеме левой стороны кулака 7 переместиться вправо, в результате чего ролик соприкасается с внутренней поверхностью кольца 3. При последующем опускании левой стороны кулака 7 ролик 8 заклинится между кольцом 3 и кулаком 7, который переместит -влево кольцо 2 с укрепленным на нем движком 43 вспомогательного реостата 41.

- 3 -№ 65935

№ 65935- 4 -

Таким образом, при каждом полном периоде колебания кулака 7 двкжок 43 вспомогательного реостата будет перемещаться в определенном направлении, вводя в компенсационную цепь термопары 48 дополнительную разность потенциалов, восстанавливающую равновесие в этой цепи. Пока это равновесие не наступит, рабочий орган будет перемещаться и, следовательно, величина его перемещения будет находиться в прямой зависимости от скорости перемещения движка 43.

По мере того, как кольцо 3 вращается против часовой стрелки, в том же направлении перемещаются и прикрепленные к нему шаблоны 35 и 40. Шаблон 40 своим ребром будет постепенно поднимать штифт 39 и связанный с ним выступ 38, наклонная грань которого находится после перемещения рычажка 24 в соприкосновении со штифтом, укрепленным на конце этого рычажка.

Вследствие выступа 38 рыча.жок 24, а с ним вместо и весь днск 5 медленно перемещаются против часовой стрелки, передвигая упор 20 диска 5 влево. Благодаря этому при каждом колеба5 и кулака 7 заклинивание ролика 8 будет происходить с отставанием и, следовательно, размер перемещения движка 43, соответствующий одному периоду качания кулака 7, постепенно (до из зестного предела) убывает. Это вызывает замедление в установке движка 43 в положение, соответствующее происщедщему отклонению регулируемой величины от заданной, но зато способствует установке рабочего органа в положение, в гоч ;ости соответствующее заданному режиму.

На основании изучения регулируемого процесса MOJKHO надлежащим образом нрофилировать шаблон 40, достигая при его помощи желае.мой степени перемещения рабочего органа, при любой степени отклонения регулируемой величины от заданной.

Если профиль шаблона 35 {фиг. 6) построен правильно, то измене.чие регулируемой величины (например, температуры в печи) протекает изодромно с принудительным перемещением движка 43 вспомогательного реостата и равновесие в компенсационной печи термопары 48 не нарушается.

Если движок 43 будет запаздывать или опережать ход регулируе мого процесса, равновесие в компенсационной цепи нарушится, электромагнит 31 (или 32) включится в цепь и, соответственно, переместится дополнительно в ту или другую сторону рабочий орган, а одновременно ускорится или замедлится возвращение движка 43 в исходное (нулевое) гюложениеу При этом ход изменения процесса и ход дзижка взаимно приближаются друг к другу, чем будет обеспечена .максимальная изодромность этих ходов.

При разогреве печи, когда перемещение рабочего органа станет максимальным и исполнительный механизм выключится, ток в цени электромагнита 32 (или 31), включенного в командные провода до концевых выключателей двигателя исполнительного механизма, протекает и поэтому перемещение движка 43 в сторону восстановления равновесия в компенсационной цепи будет продолжаться и после максимального перемещения рабочего органа.

Когда равновесие в компенсационной цепи восстановится, начнется принудительное возвращение движка 43 в нулевое положение. Так как движок отощел от нулевого положения . на значительный угол, обратное его перемещение потребует также значительного времени. Если перемещение это будет совершаться не изодрол1но с ходом разогрева печи, то опять нарушится равновесие, сработает электро.магнит 31 (или 32) и ускорится или замедлится передвижение движка 43 к нулю. При этом ускорение обратпого передвижения будет всегда

связано с перемещением рабочего органа в сторону закрытия. Таким образом, и в этом случае при разогреве рабочий орган устанавливается автоматически в положение, соответствующее заданному режиму.

Применение предлагаемого устройства дает возможность задавать время выравнивания режима в печи в широком диапазоне, так как это находится в зависимости от профилировки щаблона. Время это может находиться в линейной или любой криволинейной зависимости от величины отклонения регулируемого параметра (например, температуры).

Время выравнивания при нагреве может быть неодинаковым со временем выравнивания при охлаждении, что будет зависеть от разной профилировки участков шаблона 35 вправо и влево от нуля.

Наличие шаблонов 35 и 40 дает возможность получить быстрое выравнивание без перерегулировки. Точно так же и при разогреве не происходит перерегулировка, так как электромагниты 31 и 32, управляющие перемещением движка вспомогательного реостата, не прекращают своего действия и после выключения мотора исполнительного механизма.

Предмет изобретения

1.Устройство для автоматического регулирования температуры и других величин компенсаиионным методом, снабженное вспомогательным реостатом, включенным в цепь моста и восстанавливающим при перемещении рабочего органа нарушенное равновесие в компенсационной цепи, отличающееся тем. что, с целью выведения реостата из среднего (нулевого) положения, движок реостата соединен с кольцом, поворачиваемым кулаком, периодически приводимым в колебание (например, двигателем Уоррена) и фрикционно сцепляющимся с кольцом поочередно при помощи роликов, помещенных между наклонными гранями кулака и внутренней поверхностью кольца, перемещение которого ограничено упорами, установленными на фигурных кольцах, помещенных с торцовых сторон кольца и поворачиваемых электромагнитами, включенными в командную цепь регулятора до концевых выключателей двигателя исполнительного органа.

2.Форма выполнения устройства по п. 1, отличающаяся тем, что для регулирования перемещений движка при переходе его из среднего положения в некоторое другое и при возвращении путем изменения расстояния между рычажками колец и электромагнитами (и тем самым между упорами и роликами), на кольце укреплены профилированные щаблоны, связанные с рычажками посредством рычажной передачи, а фигурные кольца снабжены рычажками со щтифтами, при включенных электромагнитах и повернутых кольцах приходящими в соприкосновение с рычагом, опирающимся на щаблон.

- 5 -№ 65935

.-f

& fb

2

Фиг.З

fueA