Позиционный регулятор

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическимиРеспублик ц 981959(22) Заявлено 220531(21) 3290401/18-24с присоединением заявки Мо(23) ПриоритетОпубликовано 151232 Бюллетень 14 о 46Дата опубликования описания 15,1232 311 М. Кп.з С 05 Р 23/19 Государственный комитет СССР до делам изобретений н открытий(54) ПОЗИЦИОННЫЙ РЕГУЛЯТОР Изобретение относится к автоматике и предназначено для позиционного регулирования, преимущественно, температуры газообразных и жидких сред, а в сочетании с другими датчиками может быть использовано для регулирования других неэлектрических и электрических величин: давления, освещенности, напряжений, тока и т.п.Известен позиционный регулятор, содержащий датчик и задатчик, подсоединенные ко входу измерительной схемы, к выходу которой подсоединены интегрирующие узлы, подключенные ко входам пороговых усстройств, выходы которых соединены со входами трехстабильного триггера, к выходам которого подключен исполнительный орган и входы пороговых устройств (11 .Однако регулятор обладает ограниченным числом позиций регулирования, причем их увеличение связано с увеличением числа пороговых элементов, усложнением. схемы и снижением надежности ее работы.Наиболее близким техническим решением к предложенному является позиционный регулятор, содержащий датчик и задатчик, связанные с первым и вторым входами измерительного блока, к выходам которого подсоединены первый и второй интегрирующие узлы, третий интегрирующий узел, входом подключенный к источнику постоянного напряжения, причем выходы интегрирующих узлов связаны с первыми входами соответствующих трех пороговых элементов, первые входы второго и третье го пороговых элементов соединены между собой через разделительный ключ, к выходам первого и третьего пороговых элементов первым и вторым входами подключен распределитель импульсов, к выходам которого непосредственно подключены исполнительные элементы, а через функциональный преобразователь - третий вход измерительного блока, выход релаксационного генератора подключен ко вторым входам пороговых элементов, выход блока запуска соединен с третьим входом распределителя импульсов, а первый вход - с выходом распределителя импульсов 21.Однако устройство недостаточно надежно в работе.Целью изобретения является повышение надежности регулятора.Поставленная цель достигается тем,что позиционный регулятор содержит ЗО датчик и задатчик, связанные с пер 981959вым и вторым входами измерительного блока, к выходам которого подсоединю ны первый и второй интегрирующие узлы, третий интегрирующий узел, входом подключенный к источнику постоянного напряжения, причем выходы интегрирую щих узлов связаны с первыми входами соответствующих трех пороговых элемен(тов, первые входы второго и третьего пороговых элементов соединены между собой через разделительный ключ, к 10 выходам первого и третьего пороговых элементов первым и вторым входами подключен распределитель импульсов, к выходам которого непосредственно подключены исполнительные элементы, а через функциональный преобразователь - третий вход измерительного блока, вторые входы пороговых элементов подключены к выходу релаксационного генератора, третий вход распредели-теля импульсов соединен с выходом блока запуска, первый вход которого соединен с выходом распределителя импульсов, причем второй вход блока запуска соединен с выходом релаксационного гекератора, кроме того, измерительный блок выполнен в виде потекциометра, неподвижные выводы которого через резистор и потенциометр задатчика подключены к источнику постоянного напряжения, а подвижный вывод которого соединен с выходом функционального преобразователя, а между анодами включены резисторы, причем выход функционального преобразователя связан с анодом одного из диодов через 35 резистор. На фиг. 1 приведена функциональная схема регулятора; на фиг.2 - принципиалькая схема.функциональная схема регулятора содержит датчик 1 например, темпера туры, задатчик 2, измерительный блок 3, интегрирующие узлы 4-6, источник питания постоянкого напряжения 7, пороговые элементы 8-10, реверсивный распределитель импульсов 11, испол в 45 нительные элементы 12 - 15, функциональный преобразователь 16, разделительный ключ 17, релаксационный генератор 18 и блок запуска 19. Принципиальная электрическая схема регулятора (фиг. 2) содержит датчик 20, выполненный, например, в виде терморезистора, потенциометр 21, образующий задатчик температуры, вкл енный в схему измер елького 55 блока 3, содержащего резистор 22, образующий делитель напряжения с терморезистором 20, потенциометр 23 и резисторы 24 и 25. Интегрирующие узлы 4 в образованы резисторами 26-28 и 60 конденсаторами 29-31 и подсоединены ко входам пороговых элементов 8-10, содержащих однопереходные транзисторы 32-34, верхние базы которых подключены к подстроечным потенциомет рам 35-37, нижние базь которых черезрезисторы 38-40 подключены к точкесоединения резистора 41 и конденсатора 42 релаксационного генератора импульсов 18, выполненного на однопереходном транзисторе 43, эмиттер которого соединен с ВС-контуром 44 и 42Нижняя база транзистора 43 соединенасо входом блока запуска 19 реверсивного распределителя импульсов 11,лок запуска содержит конденсаторы45 и 46, диод 47 и резисторы 48, 49.Реверсивный распределитель импульсоввключает в себя тиристоры 50-53, резисторы нагрузки 54-57, резистор 58,коммутирующие конденсаторы 59-62,входные диоды 63-68, конденсаторы69-74 и резисторы обратной связи 7580. К выходным клеммам 81-84 распределителя импульсов подсоединены исполнительные элементы 12-15, выполненные, например, в виде электромагнитных реле, тиристорного регуляторанапряжения и т.п. К выходу распределителя импульсов через функциональныйпреобразователь, образовакный диодами 85 - 87 и резисторами 88-90, подключен подвижный вывод потенциометра 23измерительного блока. Для изменениязоны нечувствительности регулятораслужит переменный резистор 91. Питание регулятора осуществляется от источника постоянного напряжения 7(клеммы 92,93), к которому подключенчерез балластный резистор 94 стабилитрон 95,Регулятор работает (фиг. 1) следующим образом.Датчик температуры 1 и задатчик 2подключены к измерительной схеме 3,на выходе которой формируется управляющий сигнал в виде напряжения, соответствующего температуре значения.К выходу измерительного блока подключены интегрирующие узлы 4 и 5, установленные на входе пороговых устройств 8 и 9. Интегрирующий узел б,вход которого подключен к источникупитания постоянного напряжения 7,своим выходом соединен со входом порогового элемента 10. Входы пороговых элементов 9 и 10 соединены разделительным ключом 17, а выходы пороговых элементов 8 и 10 подключены ковходам реверсивного распределителяимпульсов 11. К выходам реверсивногораспределителя импульсов подключеныисполнительные органы 12-15, например электромагнитные реле или входытиристорного регулятора напряжения,выполненные, например, в виде разделительных диодов. Эти же выходы распределителя импульсов через функциональный преобразователь 16 подключены к измерительному блоку 3, При подаче напряжения питания на выходегенератора импульсов 18 генерируетсяимпульс, проходящий через блок запусКогда температура объекта регулирования повысится выше заданной, пороговый элемент 9 перестает срабатывать и разряжать интегрирующий конденсатор узла б. В результате этот конденсатор зарядится под действием напряжения источника питания 7 до напряжения порогового элемента 10, и на его выходе сформируется импульс,69 65 ка в работу реверсивного распределителя импульсов 19. При этом срабатывает одна из его ячеек, выдавая соответствующую команду на исполнительный орган 12.При включении любой из ячеек реверсивного распределителя импульсов 11 блок 19 запуска этого распределителя закрывается, и через него импульсы с выхода генератора 18 на вход распределителя импульсов 11 не посту- (О пают. Для этого один из выходов рас яределителя импульсов соединен со ,входом блока 19. Когда температура объекта регулирования .ниже заданного значения, напряжение на выходе изме рительного блока 3 выше напряжения срабатывания пороговых элементов 8 и 9. В этом случае пороговый элемент 8 при срабатывании формирует импульсы, поступающие на прямой вход реверсивного распределителя импульсов 11, обеспечивая переключение распределителя на следующую ячейку и включение исполнительного органа 13. Поскольку выходы распределителя импульсов 11 связаны обратной связью через функциональный преобразователь 16 с измерительным блоком 3, напряжение на выходе измерительного блока несколько уменьшается. Поэтому на выходе порогового элемента 8 импульс сформируется лишь при дальнейшем понижении регулируемой температуры. При дальнейшем снижении температуры снова сработает пороговый элемент 8 и включится исполнительный орган 14, увеличивающий подачу теплоносителя к объекту регулирования. Порог срабатывания элемента 9 установлен несколько ниже(на зону нечувствительности регулятора) порога срабатывания элемента 8, 40 поэтому если температура ниже заданной или равна норме, периодически срабатывает элемент 9. А так как постоянная времени интегрирующего узла 5, установленного на его входе, мень ше постоянной времени интегрирующих узлов 4 и б, через разделительный ключ 17 при срабатывании порогового элемента 9 периодически разряжается конденсатор интегрирующего узла б и 50 напряжение на нем достигает порога срабатывания элемента 10. Это происходит до тех пор, пока напряжение на выходе измерительной схемы не снижается ниже порога срабатывания элемен та 9. поступающий на обратный вход реверсивного распределителя импульсов 10. Исполнительный орган, например 14 отключается, а включается 13, обеспечивающий подачу к объекту регулирования меньшего количества теплоносителя, чем исполнительный орган 14, Для увеличения входного сопротивления пороговых устройств 8-10 и увеличения чувствительности регулятора входы пороговых элементов соединены а выходом релаксационного генератора 18.При подключении регулятора к источнику питания через резисторы 58, 49 и 96 (фиг. 2) заряжается конденса тор 45 до напряжения первого источника питания, а через резистор 48 конденсатор 46 заряжается до такого же напряжения. Одновременно через резистор 44 заряжается конденсатор 42, и как только он зарядится до порога отпирания транзистора 43 генератораимпульсов, транзистор отпирается, пропуская через себя на резисторы 41 и 96 импульс тока. Импульс тока проходит через конденсаторы 45 и 46 и отпертый диод 47 блока запуска распределителя в работу в цепь управления тиристора 50 распределителя импульсов, и тиристор 50 отпирается, пропуская через резисторы 58 и 54 ток. Одновременно включается исполнительный орган, например электромагнитное реле, подсоединяемое к клемме 81 или взамен резистора 54, обеспечивая минимальную подачу теплоносителя к объекту регулирования. За счет протекания постоянного тока тиристор 50 удерживается в отпертом состоянии, а так как на резисторе 58 падает напряжение при отпирании любого из тиристоров 50-53, конденсатор 46 заряжается до более высокого напряжения, чем конденсатор 45, на величину падения напряжения на резисторе 58. Поскольку падение напряжения на резисторе 58 превышает амплитуду напряжения импульса, формируемого на резисторе 96, то диод 47 разностью напряжений на конденсаторах 46 и 45 заперт,и последующие импульсы в цепь управления тиристора 50 не проходят. Под действием напряжения на анодах всех тиристоров, кроме 50 через резисторы 76-80 заряжаются конденсаторы 70-74, а конденсатор 69, подключаемый через резистор 75 к аноду отпертого тиристора 50, разряжается, отпирая диод 63. С резистора 42 импульсы поступают на нижние базы транзисторов 32-34, кратковременно понижая их пороги срабатывания и тем самым существенно (в сотни раз) увеличивая их входные сопротивления. Когда температура в зоне регулирования ниже заданной потенциометром 21, падение напряжения на терморезис 981959торе 20 достигает напряжения отпира" ния .транзистора 33. Поэтому конденсатор 30 через резистор 27 начинает ,периодически заряжаться до напряже" ния отпирания транзистора 33 и разряжаться через его эмиттер-базу на ре.зистор 39. При этом пока периодически отпирается транзистор 33, на него через разделительный ключ - диод 97 разряжается конденсатор 31, не позволяя формировать на резисторе 40 уп ранляющие импульсы, Постоянная времени ВС-контура 28, 31 более чем на порядок превышает постоянную времени ВС-контура 27, 30, а порог срабатывания транзистора 33 устанавливается 15 потенциометром 36 выше порога срабатывания транзистора 34, выставляемого при помощи потенциометра 37. Еще выЬ 1 е, примерно, на удвоенный дифференциал одной позиции регулятора порог отпирания транзистора 32, устананлинаемый потенциометром 35. Поэтому, когда га это значение повысится напряжение на терморезисторе 20, через резистор 26 заряжается конденсатор 29, который через транзистор 32 разряжается на резистор 38. Импульсы, сформированные на резисторе 38, поступают на аноды разделительных диодов 63-65, образующие прямой вход ре- ЗО нерсивного распределителя импульсов.Чтобы повысить входное сопротивление транзисторов 32-34 и обеспечить увеличение их входных сопротивлений и постоянных времени ВС-контурон 26, 29,. 27, 30,и 28, 31 не за счет увели- З чения емкостей конденсаторов, а за счет увеличения сопротинления их резисторова также стабильность и точ - ность работы служит релаксационный генератор, выполненный на транзисто О ре 43. Частота импульсов тока, выделяемых на резисторе 41 при периодическом разряде конденсатора 42 через транзистор 43, значительно превышает,частоту импульсов, проходящих че рез транзисторы 32 и 34, С резистора 41 импульсы отрицательного напряжения подаются в цепь нижних баэ транзисторов 32-34. Это исключает разряд конденсаторов 29-31 на эмиттер-базы 50 транзисторов 32-34 в зоне их отпирания и более чем на два порядка увеличивает входное сопротивление транзисторон (до нескольких десятков м 0 м) и, следовательно, входное сопротивление 55 усилительной схемы.В зависимости от температуры объекта регулирования на выходе одного из тиристоров 32 и 34 Формируется или не формируется импульс, поступающий 60 на аноды диодов 63 - 65 и 66 - 68 образующих прямой и обратный входы реверсивного распределителя импульсов. Если регулируемая температура ниже уставки, импульсы формируются 65,на резисторе 38 и поступают на прямой вход реверсивного распределителя импульсов. Если температура объекта регулирования находится в пределах заданной температуры, то срабатывает транзистор 33 и на оба входа распределителя импульсы не поступают. При температуре в зоне установки терморезистора выше нормы импульсы Формируются на резисторе 40 и поступают на обратный вход распределителя.Реверсивный распределитель импульсов, выполненный на тиристорах 50-53, работает следующим образом.При подаче напряжения питания поддействием импульса напряжения, выделяемого на резисторе 96, открывается тиристор 50. Тиристор 50 отпирается и включается нагрузка 54, осуществляющая управление подачей минимального количества теплоносителя к объекту регулирования, Через резисторы 75-77 иэ нсех конденсаторов 69-71, подклюзнаемых к упранляющим электродам тиристоров, разряжается до напряжения на аноде отпертого тиристора 30 конденсатор 69. Сопротивление резисторов75-80 устанавливается такой величины,чтобы ток, протекающий через них под действием напряжения на анодах откры" тых тиристоров 50-53, был меньше тока отпирания тиристоров. Первый импульс, генерируемый транзистором 32 и поступающий через диоды 63-65 и конденсаторы 69-71, проходит из всех диодов 63-65 лишь через открытый диод 63 и разряженный конденсатор 69, и тиристор 51 отпирается. Включается следующая нагрузка 55, увеличивающая подачу теплоносителя к объекту регулирования. Одновременно эа счет заряженного коммутирующего конденсатора 59 и падения напряжения на резисторе 58 при заряде конденсатора 60 тиристор 50 запирается, а нагрузка 54 отключается. Через резисторы 76 и 78разряжаются конденсаторы 70 и 72. Третий импульс вызывает включение тиристора 52 и исполнительного элемента 56 и отключение тиристора 51 и исполнительного элемента (реле) 55 и т,д. При включении тиристора 53 к объекту регулирования поступает максимальное количество тепла,С анодов тиристоров 50-53 подается смещение на конденсаторы 72-74 через диоды 66-68, связанные с базой транзистора 34, формирующего отключающие импульсы. Если открыт, например, тиристор 52, то разряжен через резистор 79 конденсатор 73. Поэтому когда температура в зоне контроля такова, что срабатывает транзистор 34, отпирается диод 67, и включается тиристор 51, а тиристор 52 отключается. Очередной отключающий импульсвызывает отпирание тиристора 50 и запирание тиристора 51.К анодам тиристоров распределителя импульсов через разделительные диоды 85-87 и резисторы 88-90 функционального преобразователя 1 б подсоединен подвижный вывод потенциомет" ра 23, включенного через резистор 24 в цепь потенциометра 21 задатчика температуры. При отпирании любого из тиристоров 51-53 соответствующих ре зисторов 88-90 шунтируется цепь потенциометра 21 задатчика температуры и уменьшается падение напряжения на нем и, следовательно, на делителе напряжения, преобразованном терморе зистором 20 и резистором 22. Величины сопротивлений 88-92 рассчитаны таким образом, чтобы при каждом переключении тиристоров слева направо увеличивалось падение напряжения на резисто О ре 24 и потенциометре 23 на одну треть (в общем случае на и - 1 раза, где п - число позиций регулятора) от падения напряжения на них при отпертом тиристоре 50. Осуществляемая в регу ляторе обратная связь с выхода на его вход обеспечивает снижение напряжения, подаваемого на ВС-контура, установленные в цепях транзисторов 32 и 33, при переключении тиристоров слева направо, что создает требуемый дифференциал при переключении исполнительных элементов регулятора. В результате этого каждому определенному значению регулируемой температуры по отношению к уставке температуры по шкале регулятора соответствует включение определенного тиристсра и исполнительного элемента. При помощи потенциометра 23 величина дифференциала может изменяться в широких пре О делах. Зона нечувствительности регулятора изменяется одновременно с изменением дифференциала с помощью переменного резистора 91, сблокированного механически с пстекцксметрсм 45 23. Значение температуры регулирования задается при помощи пстенциометра 21. Резистором 25 компенсируется разброс величины сопротивления терморезистора 20, а при помощи перемен ного резистора 21 настраивается измерительный блок регулятора на шкалу температур эа счет разброса коэффициента температурного сопротивления терморезистора. Конденсатор 98 пред назначен для защиты регулятора от помех в сети.Регулятор характеризуется простотой схемы, высокой надежностью,чувствителЬнсстью н точностью работы, что позволяет найти ему практическое применение не только с терморезистсрными датчиками сопротивления в качестве регулятора температуры различных сред, но и в сочетании с датчиками влажности, освещенности, давления и т.п. в регуляторах соответствующих параметров.Формула изобретения1. Позиционный регулятор, .содержащий датчик и задатчик, связанные с первым и вторым входами измерительного блока, к выходам которого подсоединены первый и второй интегрирующие узлы, третий интегрирующий узел, входом подключенный к источнику постоянного напряжекия, причем выходы интегрирующих узлов связаны с первыми входами ссответствукюцих трех пороговых элементов, первые входы вто рого и третьего пороговых элементов соединены между собой через разделительный ключ, к выходам первого и третьего пороговых элементов первьк и втсрьм входами подключен распределитель импульсов, к выходам которого непосредственно подключены исполни" тельные элементы, а через функцио,нальный преобразователь - третий вход измерительного блока, вторые входы пороговых элементов подключены. к выходу релаксациснкого генератора, третий вход распределителя импульсов соединен с выходом блока запуска, первый вход которого соединен с выходом распределителя импульсов, о т л и ч а ю щ к й с я тем, что, с целью повышения надежности регулятора, второй вход блока запуска соединен с выходом релаксацкскксгс генератора.2. Регулятор по и, 1,о т л и ч аю щ и й с я тем, что измерительныйблок выполнен в виде потекциометра,неподвижные выводы кстсрсгс черезрезистар и эстенксметр задатчккаподключены к источнику постоянногонапряжения, а подвижный вывод соединен с выходом функционального преобразователя, состоящего из диодов,катоды которых связаны сс входамифункционального пресбразсвателя, амежду анодами включены резисторы,причем выход функционального преобразователя связак с анодом одного иэдиодов через резистор.Источники информации,принятые во внимание прк экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 601 б 74, кл. С 05 В 23/19, 1975.2, Авторское свидетельство СССРР 758091 кл. О 05 0 23/19, 1978 (прототип).981959 ПИ Заказ 9710/67 ж 914 Подписное Филиал ППП "Патент", г,ужгород, ул.Проектная, 4