Система для регулирования температуры газа в проточной камере Советский патент 1981 года по МПК G05D23/19 

Изобретение относится к экспериментальной; аэрргазодинамике и может быть использовано в экспериментальных установках для автомата ческого регулирования и стабилизации-температуры газовых потоков переменной плопюсга.

Известно устройство для регулирования температуры, содержащее нагреватель, термочувствительный датчик и задатчик, соединенные в мостовую схему сравнения, усилитель элект{Жческдго шгнала и схему управления с отрмцательной обратной связью, воздействующей на источник потребляемой мощности 1.

Недостатком указанного устройства является отраниченная обласп применения для объектов регулирования, коэффициент передачи которых является величиной переменной.

Известна система автоматческого регулирования температуры газа в проточной камере, содержащая баллонную сжатого газа, подключенную через регулирующий вентиль, сужающее устройство и подогреватель к проточной камере, регулятор расхода, выход которого подключен к управляющему входу регулирующего вентиля, а вход - к выходу датчика давления.

установленного между регулирующим вентилем и сужаюишм устройством, регулятор температуры в проточной камере и источник питания, подключенный к управляющему входу подогревателя, и шунт, установленный в цепи источника питания 2.

Эта (жстема позволяет несколько ошзить влияние инерционности температу{ш путем фора1ровашш изменения ветшчины рабочего сигнала, одшисо недостатками ее являются

10 необходимость задания оператором на задатчике величины постоянной времени объекта регулирования, которая во .многих случаях является величиной переменной и неизвестной; отсутствие учета изменения коэффициента передав

15 объекта регу шр «а1Шя (проточной камеры) при изменении режима и учета составляющей «шстого запаздывашш по температуре.

Цель изобретения - улу аиение аэродитамических характеристик системы.

20

Поставленная цель достигается за счет того, чго в системе для регулирования температуры газа в проточной камере, содержащей &шлониую сжатого газа, подключенную через регули- :

рующин вентиль, сужающее устройство и подогреватель к проточной камере, регулятор расхода, выход которого подключен к управляющ му входу регулирующего вентиля, а вход - к выходу датчика давления, установленного между регулирующим вентилем и сужающим устройством, регулятор температуры в проточной камере, источник питания, подключенный к управляющему входу подогревателя, и шунт установленный в цепи источника питания, установлен 6Hok деления и квадратор, вход которого подключен к шунту источника питания, а выход - к первому входу блока деления, второй вход которого соединен с выходом регулятора температуры, причем выход деления подключен ко входу источника питания.

Блок деления состоит из последовательно включенного первого широтно-импульсного модулятора, первого ключа, фильтра низкой частоты и дифференциального усилителя, выход которого подключен к выходу блока и первому входу щиротно-импульсного модулятора, а также решающего усилителя с задатчиком температуры в цепи обратной связи, причем второй вход первого ключа соединен с первым входом блока деления, а вход решающего усилителя связан со вторым входом блока деления.

Кроме того, квадратор состоит из последовательно включенных второго широтно-импульсного модулятора, второго ключа и демодулятора, выход которого подключен к выходу квадратора, вход которого связан с входом второго широтно-импульсного модулятора и вторым входом второго ключа.

Действительно, учитывая, что расход газа через проточную камеру с критическим соплом выражается, как - О.4-РкР

-

где V - температура газа;

р. - давление газа в камере;

f - площадь критического сечения

сопла.

Температуру газа можно представить зависимостью . г . PK.f i ,-)

При условии, что F const и G const, V Р

Таким образом, температура газа в этом случае может быть измерена датчикам давлени более чувствительным и менее инерционным, чем датчик температуры.

Закон управления устройством компенсации изменения коэффициента передачи проточной камеры с подогревателем выражается в этом

случае зависимостью i, У

32

где 3 ток нагрузки подогревателя.

На чертеже представлена схема предлагаемой шстемы.

Балопиая сжатого газа 1 через регулирующий вентиль 2, критический расходометр 3 (сужающее устройство) и омический .подогреватель 4 соединена с объектом регулирования - проточной камерой 5. Цепь управле1шя регулирующего вентиля 2 подключена к регулятору расхода газа 6, вход которого связан с датчиком давления 7, установленным между вентилем и расходометром. Подогреватель 4 связан с источником питания 8, цепь управления которым подключена к выходу блока 9 деления величины заданной температуры на. квадрат тока нагрузки подогревателя. Один из входов блока 9 через квадратор 10 подключен к шунту 11 в цепи источника питания, другой вход соединен с вь1ходом регулятора температуры 12, состоящего из датчика давления газа 13 в проточной камере 5, задатчика температуры 14, задатчика 15 величины расхода и площади критического сечения сопла, а также блока управления 16.

Блок деления 9 состоит из дифференциального усилителя 17, один вход которого через решающий усилитель 18 с задатчиком температуры 19 в цепи обратной связи и резистором 20 в прямой цепи соединен с регулятором температуры 12, а другой вход через фильтр низко частоты 21 и ключ 22 - с выходом -квадратора 10, причем ключ управляется широтно-импульсным модулятором 23, преобразующим сигнал, поступающий с выхода дифференциального усилителя 17. Квадратор 10 состоит изключа 24, демодулятора 25 и широтно-импульсного модулятора 26, управляемого сигналом с шунта 11. Задатчик 14 регулятора температуры соединен с задатчиком 15 расхода и площади критического сечения сопла и с задатчиком температуры 19 в цепи обратной связи решающего усилителя 18.

Система работает следующим образом.

Регулятор расхода газа 6 с помощью регулирующего вентиля 2 поддерживает непосредственно перед критическим расходометром 3 заданное давление газа, поступающего из бал- , лонной 1. При постоянстве критического сечения расходомера расход газа через подогреватель 4, а следовательно, и через проточную камгру 5 постоянен и пропорционален давлению газа, измеренного датчиком 7. При зтом температура газа в проточной камере 5V -РцПри изменении температуры газа V датчик давления 13 фиксирует. это изменение в виде электрического сигнала, который поступает на вход блока управления 16 регулятора температуры 12, Задатчик 14 и .15 в соответствии

G-VY

вырабатывают

С выражением р 0,4-Р

сигнал, пропорциональный величине давления газа в проточной камере 5, соответствующий заданным величинам расхода G , плошади критического сечения сопла F и температуры Этот сигнал также подается на вход блока управления 16, где и сравнивается с сигналом, поступившим с датчика давления газа 13. Сигнал рассогласования с выхода регулятора 12 через блок деления 9 подается в цепь управления источника питания 8, изменяя его выходное напряжение, а следовательно, и ток через подогреватель. Для автоматического исключения влияния изменения коэффициента передачи объекта регулирования токовый сигнал с шунта И, включенного в цепь подогревателя, подается в квадратор 10, где. с помощью ключа 24, широтно-импульсного модулятора 23 и демодулятора 25 возводится в квадрат и подается на олин вход блока деления 9, который изменяет свой коэффициент передачи пропорционально отношению K-V / 3 , осуществляя компенсацию изменения коэффициента передачи объекта регулирования и расширение таким образом динамические возможности системы регулирования. Формула изобретения 1. Система для регулирования температуры газа в проточной камере, содержащая баллонную сжатого газа, подключенную через регулирующий вентиль, сужающее устройство и подогреватель к проточной камере, регулятор расхода, выход которого подключен к управляющему входу регулирующего вентиля, а вход к выходу датчика давления, установленного ме ду регулирующим вентилем и сужающим уст.ройством, регулятор температуры в проточной камере и источник питания, подключенный к управляющему входу подогревателя, и шунт. установленный в цепи источника питания, о тличающаяся тем, что, с целью улучшения аэродинамических характеристик системы в ней установлен блок деления и квадратор, вход которого подключен к шунту источника питания, а выход - к первому входу блока деления, второй вход которого соединен с выходом регулятора температуры, причем выход блока деления подключен ко входу источника питания. 2.Система по п. 1, отличающая он тем, что блок деления состоит из последовательно включенного первого ишротно-импульсного модулятора, первого ключа, фильтра низкой частоты и дифференциального усилителя, выход которого подключен к выходу блока и входу первого широтно-импульсного модуля тора, а также решающего усилителя с задатчиком температуры в цепи обратной связи, причем второй вход первого ключа соединен с первым входом блока деления, а вход решающего усилителя связан со вторым входом блока деления. 3.Система по п. 1, отличающаяся тем, что квадратор состоит из последовательно включенных второго широтно-импульсного модулятора, второго ключа и демодулятора, выход которого подключен к выходу квадратора, вход которого связан с входом второго широтно-импульсного модулятора и вторым входом второго ключа. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3236451, кл. 236-68, опублик. 1966. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке N 2600732, кл. G 05 D 23/19, 1978 (прототип).