SU739496A1 - Устройство дл регулировани температуры - Google Patents

Description

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано, например в системах автоматического регулирования температуры установок с электрообогревом, предназначенных для проведения различных технологических ⁵ процессов.

Известно устройство для программного регулирования температуры, в котором в качестве регулирующего органа применен трансформатор или автотранс- ^,0 форматор ζΐ].

Однако это устройство не позволяет с требуемой точностью и экономичностью управлять мощными электронагревателя— ми.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для регулирования температуры, содержащее датчик температуры, подключенный _χ ко входу, блока управления, пороговые элементы, подключенные к релейному распределителю, через контакты которо- , го первые секции нагревателя подключе-

...... ны к источнику питания, и регулируемый источник питания и.

Недостатком известного устройства является низкая точность. Этот недостаток обусловлен тем, что однозначная пропорциональная зависимость между выходным сигналом регулятора температуры, входящим в состав устройства, и мощностью электронагревателя может быть нарушена вследствие различных причин (изменение сопротивления электронагревателя, выход из строя отдельных , элементов электронагревателя, изменение напряжения сети) 5 регулируемый источник питания (трансформатор» тиристорный’ регулятор и т.д.) имеет нелинейную статическую характеристику, в связи с этим нелинейна и зависимость между выходным сигналом регулятора температуры и мощностью секционированного электронагревателя; в процессе работы устройства, с помощью релейного распределителя, коммутируют не только силовые цепи,, но и цепи управления. Эти — - з ' \ ' 739496 недостатки приводят к падению точности регулирования температуры и уменьшают надежность устройства.

Целью изобретения является поВышение точности устройства.

Поставленная цель достигается тем, ’ что в него введены первый датчик нагрузки и последовательно соединенные второй датчик нагрузки, сумматор, регулятор. нагрузки, второй вход которого ‘ подключен к первому датчику нагрузки, второй вход сумматора подключен к выходу блока управления, входы пороговых элементов соединены с выходом сумма тора, а выход регулятора нагруз’кй Под‘ ключей ко входу регулируемого источника питания, к выходу которого подключены вторые секции нагревателя.

На чертеже изображена функциональная схема устройства.

Устройство для регулирования температуры· содержит датчик 1 температуры, подключенный ко входу блока 2 управле— ’ ния, пороговые элементы 3 и 4, подключенные к релейному распределителю 5, через контакты которого первые секции 6-8 нагревателя подключены к источнику 9 питания, регулируемый источник 10 питания, первый датчик 11 нагрузки, последовательно соединенные второй датчик 12 нагрузки, сумматор 13, регулятор 14 нагрузки; второй вход которого подключен к первому датчику 11 нагрузки, второй вход сумматора 13 подключен к выходу блока 2 управления, входы пороговых элементов 3 и 4 соединены с выходом сумматора 13, а выход регулятора 14 нагрузки подключен ко входу регулируемого источника 10 питания, к выходу которого подключена' ёТорая секция 15 , нагревателя. Количество первых секций нагревателя может быть различным и мощности их могут составлять различную долю полной мощности всего секционированного нагревателя. В рассмат-45 риваемом примере полная мощность электронагревателя 500 кВт. Мощность второй секции 15 20О кВт, мощность каждой из первых секций 6-8 - по 100 кВт.

Устройство построено на серийно выпускаемых промышленных приборах. В ка-; честве блока 2 управления температуры применяют высокоточный изодромный регулятор температуры ВРТ-2, работаю-¹ щий в комплекте с термопарой, с аналоговым выходом от О до 5 мА. Сумматор .13 - это сумматор токовых сигналов ти-* па Аг-04. В качестве регулятора 14 на4 грузки Применяют регулятор КП2-УЗ с выходным сигналом от О до 5 мА. У регулятора КП2-УЗ используют два токовых входа. Регулируемым источником 10 питания является тиристорный регулятор напряжения (ΡΗΤΟ). При изменении сигнала управления от О до 5 мА мощность второй секции нагревателя 15, связанной с ΡΗΤΟ, изменяется от О до 200 кВт. Пороговые элементы 3 и 4 — это миллиамперметр М1731 с блоком П1730, имеющий контактные труппы, срабатывающие при достижении выходом сумматора 13^ максимального и минимального значе15. нйй, соответствующих нулевой и минимальной (200 кВт) мощности второй секции нагревателя 15. В рассматриваемом призере минимальное значение выходного сигнала сумматора 13, соответствующее нулевой мощности второй секции нагревателя 15 равно О мА, а максимальное зна— . чение выходного сигнала сумматора 13, соответствующее максимальной мощности/ (200 кВт) второй секции нагревателя равно 2 мА.

Релейный распределитель 5 представляет собой группу реле и контакторов, обеспечивающих поочередное, последовательное включение и выключение первых секций нагревателя при достижении второй секцией предельных значений мопьйОСТи. Коммутация первых секций происходит по команде пороговых элементов 3 и 4. При достижении второй секцией предельного значения мощности. включается одна из первых секций, следующая из первых секций включается только при повторной команде после нового достижения второй секцией предельного значения мощности. Аналогично происходит отключение секций. В качестве датчиков 11 и 12 нагрузки используют преобразователи мощности Е-728 с токовым выходным сигналом. Выходы датчиков 11 и 1,2 нагрузки и сумматора 13 согласуют так, чтобы при изменении выхода блока 2 управления на весь диапазон от нуля до наибольшего значения (5 мА) общая ⁵⁰ мощность нагревателя линейно изменялась бы От нуля до полной установленной величины (500 кВт). В рассматриваемом примере выходной сигнал датчиков 11 и 12 нагрузки связан с мощностью секций в соответствии с уравнением 3 ~ 0,01 Р, где □ - выходной сигнал датчика нагрузки, мА; Р - мощность секции, кВт.

В качестве датчиков 11 и 12 нагруз30 обра5 ,Ки применяют не только измеритель ности, но и измеритель силы тока.

Устройство работает следующим зом.

При изменении величины рассогласования между заданным значением темпера, туры и текущим значением, измеряемым датчиком 1 температуры, выход блока 2 управления непрерывно изменяется от О до 5 мА, что соответствует необходимости Изменения мощности нагревателя от О до 500 кВт. При достижении сигналом на выходе блока 2 управления 2 мА, сигнал на выходе сумматора 13 достигает 2 мА. Регулятор 14 нагрузки воздействием на регулируемый источник 10 питания обеспечивает изменение мощности второй секции от О до 200 кВт при изменении выходного сигнала сумматора 13 от О до 2 мА. При достижении выходным сигналом сумматора 13 2 мА срабатывает пороговый элемент 3 и релейный распределитель 5 подключает к источнику 9 питания секцию 7. На отрицатель ный вход сумматора 13 от второго датчика 12 нагрузки поступает сигнал 1 мА (соответствующий мощности секции 2—100 кВт). Сигнал на выходе сумматора 13 принимает значение 1 мА, регулятор 14 нагрузки воздействием на регулируемый источник 10 питания релейно уменьшает, мощность секции 15 от 200 кВт до 100 кВт, т.е. на величину мощности введенной секции. Дальнейшее увеличение выхода блока 2 управления от 2 до ЗмА приводит, к увеличению выходного сигнала сумматора 13 с 1 до 2 мА и полной нагрузки второй секции 15. При повторном достижении выходным сигналом сумматора. 13 2 мА (мощность секции 15 вновь равна 200 кВт) вновь срабатывает пороговый элемент 3 и релейный распределитель 5 подключает к источнику 9 питания секцию 7. Выходной сигнал датчика 12 нагрузки становится равным 2 мА (суммарная мощность секций 7 и 8 200 кВт), выходной сигнал сумматора 13 вновь уменьшается на 1 мА, что соответствует уменьшению мощности секции 15 до 100 кВт. Аналогично при достижении выходом блока 2 управления 4 мА подключается секция 8 мощностью 100 кВт, а мощность секций 15 уменьшается релейно на величину введенной мощности секции 8. Таким образом удает-55 ся при изменении выходного сигнала блока 2 управления от О до 5 мА плавно изменять мощность всего секционирован10

2S ного нагревателя от О до 500 кВт. При уменьшении выходного сигнала блока 2 ( управления от 5 до 3 мА выходной сигнал сумматора 13 уменьшается» от 2 до О мА (мощность секции 15 изменяется от 200 до О кВт). При уменьшении выходного сигнала сумматора 13 до нуля срабатывает пороговый элемент 4, релейный распределитель 5 отключает секцию 8 от электросети, выходной сигнал датчика 12 нагрузки уменьшается на 1 мА, а выходной сигнал сумматора возрастает с О до 1 мА (регулятор нагрузки воздействием на регулируемый источник 10 питания устанавливает мощность секции 15, равной 100 кВт. При уменьшении выходного сигнала блока' 2 управления ещё на 1 мА происходит отключение Секции 7 и изменение мощности регулируемой секций 15 на величину мощности .Секции 7. Дальнейшее уменьшение сигнала блока 2 управления аналогичным образом приводит к'полному (до О) снижению суммарной мощности нагревателя. Таким образом, несмотря на то, что с помощью регулируемого источника питания плавно изменяют мощность всегда лишь одйой секции 15, удается при изменений сигнала блока 2 управления от нуля до максимума и обратно, плавно, в соответствии с выбранным законом изменять мощность всего нагревателя. Предлагаемое устройство позволяет реализовать однозначную линейную Зависимость между выходным сигналом блока 2 управления и полной мощностью нагревателя. Допустим, что .в момент, когда введена мощность одной из первых секций и часть мошйости вто- ’ рой, общая Мощность нагревателя под ' * действием любых причин (изменение сопротивления электронагревателя, выход из строя отдельных элементов электронагревателя, изменение напряжения сети и т.д.) уменьшится на 10%. Это соответствует уменьшению мощности первой секции на 10 кВт, а мощности второй на 20 кВт. Сигнал на выходе второго датчика 12 нагрузки уменьшится на 0,1 мА, соответственно на 0,1 мА увеличится сигнал на выходе сумматора 13. Это приведет к увеличению мощности второй секции 15 на 10 кВт. Следовательно, отклонение мощности - первой секции не вызывает отклонения общей мощности первой секции, не вызывает , отклонения общей мощности, подводимой устройством в данный момент времени.

,Ί • 7

Уменьшение мощности второй секции 15 на 10% (20 кВт) устраняется регулятором 14 нагрузки, который в результате изменения соотношения выходных сигналов сумматора 13 и второго датчика 12 нагрузки воздействует на регулируемый источник 10 питания. Таким образом, изобретение позволяет с высокой точностью и надежностью регулировать температуру установок с электрообогревом.

Расчет экономического эффекта произведен на примере установок с электрообогревом для изготовления композиционных изделий. Из-за низкого качества регулирования температуры изделия, выпускаемые высшим сортом, составляют 50%. Применение предлагаемого устройства значительно повышает точность и надежность регулирования температуры, что позволяет увеличить долю изделий, выпускаемых высшим сортом, до 60%.

Claims (2)

1. . , . ; . Изобретение сзггноситс  к приборостроению и может быть использовано, например в систек1ах автократического регулировани  температуры установок с электрообогревом, предназначениык дл  проведени  различных технологических nptMeccoB. Известно устройство дл  программно го регулировани  температуры, в котором в качестве регулирующего органа применен трансформатор или автотрансформатор ij. Однако это устройство не позвол ет с требуемой точностью и экономичность управл ть мощными электронагревател ми . Наиболее, близким техническим решением к предлагаемому  вл етс  устройст во дл  регулировани  температуры, соде жащее датчик температуры, подключенны ко входу, блока управлени , пороговые элементы, подключенные к репейному распределителю, через контакты которого первые секции нагревател  подключи 2- ../ ны к источнику питани , и регулируемый источник питани  2. Недостатком известного устройства  вл етс  низка  точность. Этот недоста ток обусловлен тем, что одпозначйа  пропорциональна  зависимость между вььходным сигналом регул тора температуры , вход щим в состав устройЬтва, и мощностью электронагревател  может быть нарушена вследствие различных. причин (изменение сопротивлени  электро-; нагревател , выход из стро  отдельных / элементов электронагревател , измене- ние напр жени  сети) регулируемый источник питани  (трансформатор, тиристорный регул тор и т.д.) имеет нелинейную статическую характеристику, в св зи с этим нелинейна и зависимость между выходным сигналом регул тора-температуры и мощностью секционированного электронагревател ; в процессе работы устройства, с помощью релейного распределител , коммутируют не только си-i ловые цепи,, но и цепи управлени . Эти нёдбстатки привод т к падению точности регулировани  температуры и уменьшают надежность устройства. Целью изобретени   вл етс  побьииенИё точности устройства. Поставленна  цепь достигаетс  тем, что в него введены первый датчик нагрузки и последовательно соединенные второй датчик нагрузки, сумматор, регул тор , нагрузки, второй нход которого подключен к первому датчику нагрузки, второй вход Сумматора подключен к выходу блока управлени , аходы пороговых элементов соединены с выходом су ммаTdpai и вьггсЬд регул тора нЙ руШ Шдключен ко входу регулируемого источника питани , к вьгходу которого подключены вторые секции нагревател . На чертеже изображена функциональна схема устройства, Устройство дл  регулировани  температуры- содержит датчик 1 температуры, подключенный ко аходу блока 2 управлени , пороговые элементы 3 и 4, подключенные к релейнок распреде ителк 5, через контакты которого первые секции 6-8 нагреватели подключены к источнику 9 питани , регулируемый источник lO питани , первый датчик И нагрузки, последовательно соединенные второй датчик 12 нагрузки, сумматор 13, регул тор 14 нагрузки; второй аход которого подключен к первому датчику 11 нагрузки , второй аход сумматора 13 подключен к вьхходу блока 2 управлени , входы пороговых элементов 3 и 4 соединены с выходом сумматора 13, а выход регул тора 14 нагрузки подключен ко входу регулируемого источника 10 питани , к выкоду которого подключена ётГорйй секци  15 . нагревател . Количество первых секций нагревател  может быть различным и мощности их могут составл ть различную долю полной мощности всего секционированного нагревател . В рассма риваемом примере псзлна  мощность элек тронагревател  500 кВт, Мощность вто рой секции кВт, мощность каждой из первых секций 6-8 - по 100 кВт Устройство построено на серийно выпускаемых промьшшенных приборах. В ка честве блока 2 управлени  температуры примен ют высокоточный изодромный регул тор температуры ВРТ-2, работаю ший в комплекте с термопарой, с аналоговым выходом от О до 5 мА, Суммато . 13 - это сумматор токовых сигналов ти па А-О4. В качестве регул тора 14 на739496 грузки примен ют регул тор КП2-УЗ с выходнь0л сигналом от О до 5 мА, У регул тора КП2-УЗ используют два токо вьпс ахода. Регулируемым источником 10 питани   вл етс  тиристорный регул тор напр жени  (РНТО).. При изменении сигнала управлени  от О до 5 мА мощность второй секции нагревател  15, св занной с РНТО, измен етс  от О до 200 кВт, Пороговые элементы 3 и 4 - это миллиамперметр Ml731 с блоком П1730, имеющий контактные труппы, срабатьюающие при достижении выходом сумматора 13 максимв ьнрго и минимального значений , соответствующих нулевой и минимальной (200 кВт) мощности второй секции нагревател  15. В рассматриваемом приKtepe минимальное значение выходного сигнала сумматора 13, соответствующее нулевой мощности второй секциинагревател  15 равно ОмА, а максимальное зна-. чение вьгходного сигнала сумматора 13, соответствующее максимальной мощностиj (200 кВт) второй секции нагреват ел  равно 2 мА, Релейный распределитель 5 представл ет собой группу рале и контакторов, р беСпечивающи.х п.оочередное, последова- . тельное включение и выключелие первБгс секций нагревател  при достижении второй секцией предельных значений мопь. ДОЙТИ. Коммутаци  первых секций происиходит по команде пороговых элементов 3 и 4. При достижении второй секцией предельного значени  мощности. включа етс  одна из первьгх секций, следующа  из первых секций включаетс  только при повторной команде после нового достиж,е- ни  второй секцией предельного значени  мощности. Аналогично происходит отключение секций. В качестве датчиков 11 и 12 нагрузки используют преобразователи мощности ЕГ с токовым выходным сигналом. Выходы датчиков 11 и 1,2 нагрузки и сумматора 13 согласуют так, чтобы .при изменении выхода блока 2 управлени  на весь диапазон от нул  до наибольшего значени  (5мА) обща  мощность нагревател  линейно измен лась бь1 От нул  до полной установленной величины {5ОО кВт), В рассматриваемом примере выходной сигнал датчиков 11 и 12 нагрузки св зан с мощностью секций в соответствии с уравнением 3 0,01 Р, где 3 - выходной сигнал датчика нагрузки , мА; Р - мощность секции, кВт, В качестве датчиков 11 и 12 нагруз|Ки примен ют не только измеритель мощ ности, но и измеритель силы тока. Устройство работает следующим образом .. При изменении величины рассоглабЬва ни  между заданным значением темпёрй : туры и текущим значением, измер емым датчиком 1 температуры, выход блока 2 управлени  непрерьшно измен етс  от 0до 5 мА, что соответствует необходимости изменени  мощности нагревател  от О до 500 кВт. При достижении сигна лом на выходе блока 2 управлени  2 мА сигнал на выходе сумматора 13 достига 2 мА, Регул тор 14 нагрузки воздействием на регулйруемьШ источник 10 пита ни  обеспечивает изменение мощности второй секции от О до 200 кВт при изменении выходного сигнала сум 1атора 13 от О до 2 мА, При достижении выходным сигналом сумматора 13 2 мА срабатьшает пороговый элемент 3 и релейный распределитель 5 подключает к источнику 9 питани  секцию 7, На отри цатель ньвй аход сумматора 13 от второго датчика 12 нагрузки поступает сигнал 1мА (соответствующий мощности секции 2-100 кВт). Сигнал на выходе сумматора 13 принимает значение 1 мА, регул тор 14 нагрузки воздействием на регулируемый источник 10 Питани  релейно уменьшает, мощность секции 15 от 2ОО кВт до 1ОО кВт, т.е. на величину мощности введенной секции. Дальнейшее увеличение выхода блока 2 управлени  от 2 до ЗмА приводит, к увеличению вькодного сигнала сумматора 13 с 1 до 2 мА и полной нагрузки второй секции 15, При повторном достижении вькодным сигналом сумматора . 13 2 мА (мощность секции 15 вновь равна 20О кВт) вновь срабатьшает пороговый элемент 3 и релейный распределитель 5 подключает к источнику 9 питани  секцию 7. Выходной сигнал датчика 12 нагрузки становитс  равным 2 мА (суммарна  мощность секций 7 и 8 200 кВт), выходной сигнал сумматора 13 вновь уменьшаетс  на 1 мА, что соответствует уменьшению мощности секции 15 до 1ОО кВт. Аналогично при достижении выходом блока 2 управлени  4 мА подключаетс  секци  8 мощностью 100 кВт, а мощность секций 15 умень шаетс  релейно на величину введенной мощности секции 8, Таким образом удаетс  при изменении выходного сигнала блока 2 управлени  от О до 5 мА плавно измен ть мощность всего секционированмощности первой секции, не вызывает , отклонени  общей мощности,подводимой устройством в данный момент времени. ного нагревател  от О до 500 кВт, При уменьшении вькодного сигнала блока 2 t управлени  от S до . 3 мА выходной сигнал сумматора 13 уменьшаетс  от 2 до О мА (мрщность секции 15 измен етс  от 20О до О кВт). При уменьшении выходного сигнала сумматора 13 до нул  срабатьшает пороговый элемент 4, релейный распределитель 5 отключает секцию 8 от электросети, выходной сигнал датчика 12 нагрузки уменьшаетс  на 1 мА, а выходной сигнал сумматора 13возрастает с О до 1 мА (регул тор 14нагрузки воздействием на регулируемый источник 1О питани  устанавливает мощность секции 15, равной 100 кВт, При уменьшении выходного сигнала блока 2 управлени  ещё на 1 мА происходит отключе1т1е секции 7 и изменение мощности регулируемой секции 15 на величину мощности .секции 7. Дальнейшее уменьшение сигнала блока 2 управлени  аналогичным образом приводит кполному (до О) снижению суммарной мощное- ти нагревател . Таким образом, несмотр  на то, что с помощью регулируемого ис- точника питани  плавно измен ют мощ ность всегда лишь одйой секции 15, уда етс  при изменений сигнала блока 2 управлени  от нул  до максимума и обратно , плавно, в соответствии с выбранным: законом измен ть мощность всего нагревател . Предлагаемое устройство позвол ет реализовать однозначную линейную Зависимость между выходным сигналом блока 2 управлени  и полной мощностью нагревател . Допустим, что в момент, когда введена мощность одной из первых секций и часть мощйости вто- ; рой, обща  мощность нагревател  под действием любьгх причин (изменение сопротивлени  электронагревател , вьгход .из стро  отдельных элементов электронагревател , изменение напр жени  се- ти и т.д) уменьшитс  на 10%. Это . соответствует уменьшению мощности первой секции на 10 кВт, а мощности второй на 2О кВт. Сигнал на выходе второго датчика 12 нагрузки уменьшитс  на 0,1 мА, соответств.енно на 0,1 мА величитс  сигнал на выходе сумматора 13, Это приведет к увеличению мощноси второй секции 15 на 10 кВт. Следоательно , отклонение мощности - первой екции не вызьюает отклонени  общей Уменьшение мощности второй секции 15 на 1О% (2О кВт) устран етс  регул тором 14 нагрузки который в результате изменени  соотношени  выходньгх сигналов сумматора 13 и второго датчика 12 нагрузки воздействует на регулируемый источник 10 питани . Таким образом, изобретение позвол ет с высокой точностью и надежностью регулировать температуру установок с электрообогревом. Расчет экономического эффекта произведен на примере установок с электрообогревом дл  изготовлени  койпозиционнь1К издитий. из-за низкого качества регулировани  температуры издели , выпускаемые высшим сортом, составл ют 50%. Применение предлагаемого устройства значительно повышает точность и надежность регулировани  температуры, что позвол ет увеличить долю изделий, выпускаемых высшим сортом, до 60%, Формула изобретени  Устройство дл  регулировани  температуры , содержащее датчик температуры, подкл Ьче ный ко входу блока управлени . пороговые элементы, .подключенные к рё-. лейному распределителю, через контакту которого первые секции нагревател  подключены к источнику питани , и регулируемый источник питани , отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности и надежности устройства , в него введены первый датчик нагрузки и последовательно соединенные второй датчик нагрузки, сумматор, регул тор нагрузки, второй аход которого подключен к первому датчику нагрузки, второй вход сумматора подключен к выходу блока управлени , входы пороговых элементов соединены с выходом сумматора , а выход регул тора нагрузки подключен ко входу регулируемого источника питани , к выхЬду которого подключены вторые секции нагревател , Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР № 158355, кл, Q 05D 23/19, I960.
2. 2. Авторское свидетельство ССЪР по за вке № 2324804/18-24, кл. G 05 D 23/19, 19. О2.1976 (прототип).