Устройство для измерения распределенной температуры теплоносителя проходной нагревательной печи Советский патент 1982 года по МПК C21D11/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ ПРОХОДНОЙ НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ ПЕЧИ

I

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для измерения распределенной температуры теплоносителя проходной нагревательной печи.

Известно устройство для измерения температуры теплоносителя проходной нагревательной печи, имеющее датчики температуры, расположенные в различных точках по длине греющей зоны, и блок усреднения измеряемых величин Q .

Известное устройство позволяет повысить точность измерения усредненной по длине греющей зоны температуры, но не предусматривает измерение температуры теплоносителя как функции двух лргументов-времени и текущей пространственной координаты, что не является удовлетворительным и вносит дополнительную погрешность в измерения.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, которое включает блок записи показателей ряда датчиков, установленных по длине греющих зон, магнитный барабан, блок считывания и управляемый 4Ункциональный преобразователь, выполняющий кусочно-линейную аппроксимацию пространственно-временного распределителя теплоносителя по измеренным в отдельных точках температурам 2 .

Недостатки известного устройства

10 заключаются в том, что измерение всего распределения температуры заменяется измерением этого распределения в отдельной точке, что влечет неизвестную заранее и переменную

15 во времени погрешность. Поэтому корректность и однозначность такого измерения должна доказываться и -про- . веряться на практике в каждом отдельном, случае, что снижает эффек20тивность устройства.

Кроме того, магнитный барабан, блоки записи и считывания не могут быть выполнены унифицированными, так

39

как их емкость и габа-риты определяются количеством датчиков для измерения температуры и конструктивными особенностями печи, что усложняет устройство и повышает его стоимость Повышение точности измерения достигается только при увеличении количества точек измерения температуры по длине рабочего пространства печи, что нерационально и не всегда возможно из-за конструктивных особенностей печи.

Цель изобретения - уменьшение количества датчиков для измерения и упрощение устройства.

Поставленная цель достигается тем,что устройство содержит блок-ввод показаний датчиков,имеющий датчик температуры нагревателя, решающий блок, включающий дифференцирующее звено, четыре множительных устройства, сумматор, делительное устройство и экспоненциальный преобразователь, а блок ввода показаний датчиков дополнительно включает датчик температуры нагреваемого материала на входе греющей зоны, источник опорных напряжений, генератор линейно-изменяющегося напряжения и таймер, причем выход датчика температуры нагревателя одновременно подключен к первому инвертирующему входу сумматора, входу дифференцирующей цепи, третьему входу второго множительного устройства и второму входу четверного мно} сительного устройства, первый вход которого соединен с выходом экспоненциального преобразователя, вход которого соединен с выходом третьего множительного устройства, -второй вход которого подключен к выходу генератора линейно-изменяющегося напряжения, а первый вход соединен с выходом делительного устройства, причем второ вход последнего подключен к выходу второго множительного устройства, а первый вход - к выходу сумматора, причем третий неинвертирующий вход сумматора соединен с выходом датчика температуры нагреваемого материала на входе греющей зоны, а второй инвертирующий вход подключен к выходу первого множительного устройства первый вход которого подключен к выходу дифференцирующего звена, а второй вход одновременно подключен к первому выходу источника опорного напряжения и первому входу второго

4

множительного устройства, причем второй вход последнего соединен со вторым выходом источника опорного напряжения.

Другое отличие предлагаемого устройства состоит в том, что решающий блок не производит аппроксимацию пространственно-временного распределения, а осуществляет непрерывное моделирование температурного поля теплоносителя на основе аналогичного решения уравнения теплообмена между греющей средой и нагреваемым материалом, что обеспечивается схемой соединения его узлов, а именно:

tU , SU .U tU.T),

где и и(х, L ) - распределенная температура теплоносителя;

t t (х, Т ) - температура нагре ваемого материала; в в ( ) - постоянная времени нагрева теплоносителя ;

cJ W CL) - скорость движения

теплоносителя; X - пространственная

координата; I-- текущее время; граничные условия:

и (о,Т ) - / С) - температура нагревателя;

t ( О. L ) гCL) - температура нагреваемого материала на входе реющей зоны.

Известно, что температурное поле теплоносителя выражают соотношением

UCx.t)oC(t)

с коэффициентами об (Г) л J5( ) , определяемыми решением 1 с указанными граничными условиями:

(t)f(t).

42Ct)-%Cg)(t)

рсг)

VY tt)

Соответственно U (х, Т ) определяется как

и tx,n. ч,(с:) «р ГJb hVElil J L ,rc) I 5 На чертеже представлена блок-схе устройства для измерения распределе ной температуры теплоносителя проходной нагревательной печи. Устройство содержит блок 1 ввода показаний датчиков, электрически связанный с решающим блоком 2, причем блок ввода показаний датчиков содерлсит датчик 3 температуры нагре вателя, датчик А температуры нагреваемого материала на входе греющей зоны источник 5 опорных напряжений, генератор 6 линейно-изменяющегося напряжения и таймер 7, а решающий блок имеет дифференцирующее звено 8, вход которого одновременно соединен с выходом датчика 3 температу ры нагревателя , входами множительн устройств 9 и 10 и входом сумматора 11, а.выход - со входом множительно го устройства 1 2.. При этом выход сумматора 11 подключен ко входу делительного устрой ства 13, включенного последовательн с множительным устройством 14 и экспоненциальным преобразователем 15 Устройство работает следующим образом. Источник 5 опорных напряжений вы рабатывает сигналы, пропорциональные велиичне постоянной времени нагрева теплоносителя и скорости его движения, которые вместе с сигн лом датчика 3 температуры нагревателя подаются на входы множительного .устройства 9, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный знаменателю выражения под знаком экспоненты в соотношении (3), На выходе сумматора 1I подаются сигналы, пропорциональные элементам числителя выражения под знаком экспо ненты в соотношении СЗ). Сигнал, про порциональный экспоненте,формируется делительным устройством 13, множительным устройством 14, на второй вход которого подается сигнал от генератора 6 линейно-изменяющегося напряжения, соответствующий в каждый данный момент времени определенной пространственной координате, и экспо ненциальным преобразователем 15. Выходной сигнал устройства, соответствующий величине температуры теплоносителя в заданной точке рабочего пространства печи и в заданный момент времени, формируется множительным устройством 12. 6 Индикация текущей пространственной координаты и текущего времени осуществляется непосредственным измерением сигналов генератора 6. линейно-изменяющегося напряжения и таймера 7. При использовании предлагаемого устройства достигается возможность точного измерения распределенной температуры теплоносителя без увеличения количества датчиков; обеспечивается упрощение конструкции устройства и унификация входящих в него узлов устройство может быть реализовано на базе серийно выпускаемых интегральных микросхем ; отпадает необходимость проверки корректировки и однозначности измерения в каждом конкретном случае применения устройства. Экономический эффект от внедрения устройства на проходных нагревательных печах прокатного производства достигается за счет повышения точности измерения распределенной температуры теплоносителя и возможности соблюдения заданной программы нагрева материала по мере его перемещения по рабочемупространству печи. Формула изобретения Устройство.для измерения распределенной температуры теплоносителя проходной нагревательной печи, включающее блок ввода показаний датчиков, имеющий датчик температуры нагревателя, отличающееся тем, что, с целью уменьшения количества датчиков для измерения температуры теплоносителя, повьш1ения точности измерения и упрощения устройСТВ4 оно дополнительно содержит решающий блок, влючающий дифференцирующее звено, четыре множительных устройства, сумматор, делительное устройство и экспоненциальный преобразователь, а блок ввода показаний датчиков содержит датчик температуры нагреваемого материала на входе греющей зоны, источник опорных напряжений, генератор линейно-изменящегося напряжения и таймер, причем ыход датчика температуры нагреателя одновременно подключен к перому инвертирующему входу сумматора, входу дифференцирующей цепи.

третьему входу второго множительного устройства и второму входу четвертого множительнога устройства, первый, вход которого соединен с выходом экспоненциального преобразова теля, вход которого соединен с выходом третьего множительного устройства, второй вход которого подключен к выходу генератора линейноизменяющегося напряжения, а первый вход соединен с выходом делительного устройства, причем второй вход последнего подключен к выходу второго множительного устройства, а первый вход - к выходу сумматора, причем третий неинвертирующий вход сумматора соединен с выходом датчика температуры нагреваемого материала на входе греющей зоны, а второй инвертирующий, вход подклюх ен .к выходу

первого множительного устройства, первый вход которого подключен к выходу дифференцирующего звена, а второй вход одновременно подключен к первому выходу источника опорного напряжения и первому входу второ множительного устройства, причем второй вход последнего соединен со вторым выходом источника опорного напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

с.169.

2.Бутовский А.Г. Теория оптимального управления системами с распределительными параметрами Наука, 1965, с. 424-431.