А. и. свиридова, л. л. иванова, с. в. лавров, а. с. л1ашницкий н а. 3. страшун

293310 ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВЙДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических РеспубликЗависимое от авт. свидетели ства ЪоЗаявлено 13.И 11.1968 (Ло 126249824-7) 1 ПК Н 05 Ь 102 С 011 с 7,02 6 051 2322 присоединен ем заявки ПриоритетОпубликовапо 15.1.19 Ковитет по делам зобретений и открыти при Совете ФЮинистров СССР+621,316.79 - 53 ,65:621,365 (088,8 юлеСтепЙ 5 Дата опубликования опцсаця 26.111.19 Авторызобрстсцця Н. Ф. Мсльчаков, В, В. Русаков, М, С. Добряков, А, И, СвиЛ. Л. Иванова, С. В. Лавров, А. С. Машцицкий и А. 3. Страш а,Заявител 1 СТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И АВТОМАТИЧЕСКОГ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЕЧЕЙИзобретение относится к области электротехники и может быть использовацо в электротермии, например, при измерении и автоматическом регулировании высоких температур электрических печей.Металлургия кристаллов, цветных и особо чистых металлов и сплавов, полупроводниковых, силикатных и элсктротехпческих материалов и производство изделий из цих осуществляются в электропечах с высокой темпе ратурой термообработки. Их качество зависит от точности выдержки температуры и мощности нагрева электропечей, а также от технологических режимов термообработкп, расплава, зоццой чистки материалов объектов,т. е. от программировация.Известны устройства для измерения и автоматического регулирования высоких температур электрических печей, содержащие датчик температуры, например двухэлектродцую 2 термопару, и заключенные в заземлецые экраны блок подавления термо-э,д,с. со стабилизированным источником питания ц измерительной схемой и измерительный блок с измерительным звеном и усилителем, заключен пым в свой заземленный экран. Первичные обмотки силовых и промежуточного трансформаторов обоих блоков заключены в заземленные экраццые обмотки, и линии связи между датчиком температуры, блоком подавления 3 термо- э.д.с., измерительным блоком, а также между усилцтелсм и измерительным звеном измерительного блока также заключены в экрацы.Однако такие устройства цс позволяют достаточцо точно измерять и регулировать тем;сратуру в зоцс высоких температур, потому что с повышением температуры в 1;ле ах сопротцвлеппя резко падает сопротпвлсис изоляции футеровкц как датцка, так ц особспцо самой электропе:1 ц. Б прееле можно считать, что рабочий спай термоцары гальваццчески соединяется с эсСктрйцаГрсватслем. Такпь Образом, помимо по:ех электрома цптпОГО и электростатического полей электронагревателей (поперечцых помех) и дат шку прикладывается рабочее цацряжеше цагрсватсля, создавая токи утечек по переменному току, и ца измерительных цепях блокоь регулятора наводится разцостцая э.д.с. помехи - продольная помеха. Подобцм же Образ 01 создаютсЯ контуры токов утечек от стогцшков питания измеритсльцых схем и от э.д.с. постоянного тока термопар. Кроме того, в связи с примсцсцив каествс исполнительных устройств магццтцьх пли тирцсторцых элсмсцтов, управляОцигх по;авас.дой ца электропечи мощностью пцтацпя, зпаштельпо искажается форма напр 1 кения питания регулятора и цагре вателя, появляются высокие напряжения составляющих нечетных гармоник 1 б 0 в - 150 гц и 87 в - 250 гц, также прикладываемых к датчику через футеровку и создающих продольные помехи.Понижение сопротивления утечки при высоких напряжениях нагревателя 220/380 в может привести к повреждению термопары или входных цепеи измерительных блоков из-за недопустимо больших токов, проходящих через них.Аналогично продольные помехи на входе могут наводиться через сопротивления утечек и от сети через выходные блоки и цепи регулятора, Например, на усилитель измерительного микровольтметра могут наводиться токи утечки с силовых и промежуточных трансформаторов, с электродвигателя РДП, с выхода и входа регулирующего устройства и т, д,Предлагаемое устройство отличается от известных тем, что в нем стабилизированный источник питания и измерительная схема блока подавления термо-э.д.с., входной и промежуточный каскады усилителя и измерительное звено измерительного блока заключены в дополнительные экраны, помещенные внутри заземленных эранов, силовые и промежуточный трансформаторы снабжены дополнительными экранами и экранными обмотками, все дополнительные экраны и экранные обмотки изолированы высокоомной изоляцией как от заземленных экранов, так и от элементов блоков и соединены с экранами линий связи, а также посредством дополнительной линии связи с датчиком температуры, причем дополнительная линия связи заключена в тот же экран, в который заключены линии связи, отходящие от термопары. Такое выполнение устройства позволяет повысить точность измерения и регулирования температуры.На фиг. 1 изображена электрическая схема, поясняющая принципы обеспечения помехозащищенности предлагаемого устройства от продольных помех; на фиг. 2 - блок-схема прецизионного регулятора; на фиг. 3 - принципиальная схема блока подавления термоэ.д.с,; на фиг. 4 - принципиальная схема автоматического измерительного блока; на фиг. о - принципиальная схема измерительного звена измерительного блока; на фиг. б - принципиальная схема усилителя измерительного блока; на фиг. 7 - принципиальная схема регулирующего устройства.Напряжение от точки А нагревателя (фиг. 1) через точки Б и В термопары прикладывается к сопротивлениям утечек Л, точек Г и Д, создавая токи утечки 1, и 1 по переменному току 50 гц. Так как сопротивления проводов измерительных схем принципиально не могут быть одинаковыми, то токи утечек 1, и 1 создают различные падения напряжения ЛУ и ЛК, разница между которыми ЬУ прикладывается к входному сопротивлению Л устройства. Сопротивления утечек в точках Г и Д также могут быть различными и еще больше увеличивать уровень продольных помех. В результате напряжение ЛУзабивает тракт усиления блоков и приборов,например обычные самописцы становятсявяльви, безразлпчными и резко увеличивают погрешность, причем с большой асимметрией.В устройстве имеются два входных измерительных блока - блок подавления термо 10 э.д.с., по которому задается и отсчитываетсяистинное (абсолютное) значение регулируемого параметра, и узкопредельный автоматический измерительный блок, по которому измеряется и регистрируется отклонение истин 15 ного значения регулируемого параметра отзаданного уровня. Для помехозащищенностиблок подавления э.д.с., стабилизатор и мостовая измерительная схема помещаются в массивный стальной экран и изолируются от него высокоомной изоляцией Л,ь Этот экранизолирован от заземленного экрана высокоомной изоляцией Л,. и соединен с аалогичным экраном измерительного блока. Измерительное звено измерительного блока, преоб 25 разовательный каскад и часть каскадов усиления усилителя напряжения также помещены в массивный стальной экран и изолированы от него высокоомной изоляцией Л Черезвысокоомную изоляцию Л; этот экран приЗО соединяется к заземленному экрану. Подводящие провода от термопары заключены в стальной экран, изолированный от земли. Увеличение сопротивления изоляции , уменьшает токи утечек, особенно по переменному току, однако не устраняет их.Присоединение изолированного экрана отдельным проводом АА к одному из зажимовхолодных спаев термопары (к минусу - точка В) практически полностью устраняет токи40 утечек по переменному току через проводаизмерительных схем, т. е, ликвидирует продольные помехи, поскольку потенциалы всехточек А, Б, В, Г, Д и А становятся одинаковыми (по схеме провод АА присоединен к ра 45 бочему спаю А, так как сопротивление термопары мало).Токи утечек от помех, наводимых полями,источниками питания измерительных схем иэ.д.с. термопары также уменьшаются с увели 50 чением сопротивления изоляции Л,Аналогично повышение сопротивления изоляции Л,з силовых и вводимого промежуточного трансформаторов Л, высокоомное электрическое пли гальваническое разделение вы 55 ходных цепей измерительных блоков от входных цепей последующих блоков уменьшаеттоки утечек со стороны сетевого напряженияпитания всех блоков.Регулятор (фиг. 2) состоит из подключаемо 60 го к объекту (печи) 1 датчика (термопары) 2,блока 3 подавления термо-э.д.с., измерительного блока - автоматического самопишущегомикровольтметра 4, регулирующего устройства 5 и исполнительного устройства 6. Регу 65 лятор обеспечивает работу с термопарамиХА, ПП, ПР/30 с пределами измерения 0 в 11 С, 0 в 16 С, 0 в 18 С и соответственно с пределами подавления 0 - 20 или 0 - 50 мв, пределами измерения +.125, 250, 500 тткв, чувствительностью 0,4 - 1 якв, пределами изменения стагизма 1 - 400 Ъ, времени изодрома 1 в 30 сек и времени предварения 0,2 - 500 сек и управление любой мощностью электропечи в зависимости от выбранного типоразмера исполнительного устройства.Блок подавления термо-э.д.с. (фиг, 2 и 3) рассчитан лля работы с термопарами ХЛ, ПП, ПР/30 ца пределы подавления 0 - 20 или 0 - 50 ттв ца грубом и 0 - 1 или 0 - 2,5 лв на точцом поллиапазоцах и представляет собой прецизионный источник регулируемого цапрякения. Оц состоит из источника 7 стабилизированного питания с коэффициентом стабилизации 10000 и измерительной схемы 8, содеркащей два прецизионных 10-оборотных переменных сопротивлештя 9 и 10, иметощих отсчетное устройство с ценой деления в 0,1 % каждое, и постоянные сопротивления. Величина сопротивления точного потенциометра составляет 1,т 20 от грубого, т. е. цена деления точного потецциометра составляет 0,005 О 1 О от шкалы блока подавления термоэ.д.с. Однако цена деления может быть и лтобой другой.Стабилизированный источник питания и мостовая измерительная схема помещены в массивные стальные экраны 11 и 12 и изолируются от цих высокоомной изоляцией, а весь блок помещен в заземлеьтцый экран 18. Силовой трансформатор 14 также помещен в экран 15, подключенный к изолированным экранам 11 и 12. Обмотки 1 б и 17 трансформатора 14 отделены от сетевой обмотки 18 двумя экранными обмотками 19 и 20. Обмотка 19 подсоедицеца к изолированному экрану 15, а обмотка 20 - к заземленному экрану 18. Экранные обмотки таньке изолируются высокоомной изоляцией.Стабилизатор 21 источника заключен в дополнительный экран 22. К отрицательному зажиму термопары подключен вттравнттвающттй привод 28, который подсоединен к изолированным экранам 11 и 12. Сдвоенные сопротивления в некоторых цепях представляют собой либо подгоночные, либо термокомпенсационные сопротивления,Автоматический самопишущий микровольтметр 4 или 4 слукит для измерения и записи истинного зцачеттия или отклонения от заданцого значения регулируемого параметра. По входу оп стыкуется или непосредственно с термопарами, или с блоком подавления термоэ.д.с. и термопарами, а по выходу через встроенные вторичный датчик и задатчик - с последутощими блокаъттт, например регулирутощими устройствами регуляторов.Микровольтметр представляет собой высокочувствительную следящую систему с пределами измерения +125, 250 и 500 мкв и чув 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 ствптельностью ОЛ - 1 лткв. П ришипиальцая схема канала измерецця и регулирования состоит из звсца измерительной схемы 24 (фиг. 4 и 5), многокаскадцого полупроводникового усилителя 25, схем компенсационного реохорла 2 б и электродвигателя 27. Кроме того, лля связи со входами регулируюцтих устройств в корпус самописца встроены реохорды вторичного латчика 28 п задатчика 29 лля ручного задания. Звено измерительнои схемы 24, включая компенсациоттный реохорд 2 б и усилитель 25 напряжения, п специально введеццый для обеспечения помехозащищепцостп промежуточный трансформатор 80 (фиг. 6) заключены в массивцыс стальные экрацы Л и 82 и изолированы от них высокоомцой изоляцией. Экраны 81 и 82 соединены общим проводом. К ццм подсоединены экраны 8 всех подводящих входных проводов. В свою очередь изолированные экраны 81 и 82 помещены в заземленные экраны 84 и изолированы от них высокоомцой изоляцией.Входной 85 и промежуточный 80 трансформаторы, вибропреобразователь 8 б также заключены в изолированные экраны 87 - 89 и подсоединены к общему изолированному экрану 82 (фиг. 6). Первичные обмоткц входного 85, промежуточного 80 и силового 40 трансформаторов отделены цзолированньтми высокоомцой изоляцией экранными обмотками 41 и 42. Обмотка 41 подсоединяется к изолированным экранам 82, а обмотка 42 - к зазехтлепному экраьт 84,Измерительный блок 24 (фиг. 4 и 5) состоит пз делителей - сопротивлений 48 и переключателя 44 диапазонов измерения, а блок усилителя 25 (фттг. 4 и 6) - из модулятора - вибропреобразователя 8 б, входного трансформатора 85, семи полупроводниковых каскадов усилителя цапряженття 45, промежуточттого трансформатора 80, выходного двухтактцого полупроводникового каскада 4 б, силового траттссрорматора 40 и выпрямителя 47 с фттльтром. Провода 48 подводятся к делителю 49 глубины жесткой обратной связи в измерительном блоке (фиг. 5 и 6), а провода 50 - к управлятощей обмотке компенсаьтионного реветсттвцого электродвигателя 27 (фиг. 4 и 6).Рег лирующее с стройство 5 (фиг, 2 и 7) представляет собой высокоомный полупроводштковый операционный усилитель постоянного тока автогенераторного типа на четырех транзисторах, обхваченный различными вттдами отрицательной обратной связи, обеспечивающими различные законы регулирования. Для повышения устойчивости введены Лва резонансных контура 51 и 52 с разнесенными частотами,В качестве исполнительного устройства б (т 1 тттг. 2) использутотся либо серийно вьтпскаемые магцптные усилители 58 типа ТУМ и силовые магнитные дроссели насьтщеьтття 54 типа УСО, либо полупроводниковые с тиристорным выходом усилители, либо возбуди 293310тели 55 генератора и высокочастотные генераторы 56. Дроссели пасьпце ия 54 подсоединены к печному трансформатору 57, связанному с датч 1 цом 58 обрат ои связи.Регулирующие устройства могут работать от сигналов (О - -1-5) ла, (О - 5, 5 - -О - 5, О - -+5) в, на выходе выдают сигнал О - 20,1 а постоянного тока, обеспечивают тс же пределы настроек, что и весь регулятор.Устройство работает слсдукгщ 1 м образом, 10 Дат:ик, устаповлс 1 шыи па объекте, измеряет регулируемый параметр и подает сигнал на блок подавления термо-э.д.с., который одповремсн 1 о является высокостабильпым подавителем и высокостаб 1 ьчьиым задатчиком температуры.С дпяОпали моста, Обрязовяни 011,чвижкями переменных сопротивлений, снимается э,д,с. выхода, являющаяся линейной функцией перемещения движков. Для термоком пенсации изменения э.д.с. выхода подавителя при изменении впеиНей окрукаюшсй температуры в измеритегьпо мосте и источнике питания введены термокомпспсиру 1 оцие медные сопротивления. 25Измеряемая разность э.д.с. тср 11 опары и подавителя подается г, диагональ моста измерительной схемы, к другой диагонали которого подводится постоя 11 пое напряжение от источника стабилизпрова 1 п 1 ого питания. 30Напряжение разбаланса поступает па вход усилителя, преобразуется вибропреобразователем и входным трансформатором в пропорциональное переменное напряжение, усиливается и поступает на управляющую обмотку З 5 двухфазного асшгхрониого электродвигателя, В зависимости от знака сигнала разбаланса двигатель вращается в том или,чругом направлении и переменает кинсматичсскп связанный с ним двпкок вторичного датчи ка реохорда до наступления рав овсспя в измерительной схеме,Регулировка коэффициента усиления осуществляется по каждому из трек пределов измерения отдельными потенциомстрам:. В 45 прибор встроен вторичный датчик, с которого подается соотвстству 1 ощий разбаланс на регулирующее устройство.Сигнал, пропорциональный отклонению параметра от заданного значения, поступает па 50 управляемый автогенератор, состоящии из высокоом ого модулятора и усилителя.Частота колебаний автогснератора определяется параметрами ге ератор ого контура. С управляемого автогенератора сигнал посту пает на усилитель напряжения, в коллекторную цепь которого включен второй узкопо:1 осный контур, а затем - па усилитель мо 1 цности, К выходу регулирующего устройства подключается вход исполнительного устрой ства (магнитного или Т 1 ристор 1 Ого 1. котор 1 м управляется мощность, поступающая Иа элсктропечь.Значительное пов 1 ппеи 1 е чувствительности узкопредельпь 1 х пзмср тельных устройств, вы- б 5 сокоомности входов регулирующих устройств, формирующих законы регулирования с большими временами интегрирования и дифференцирования, и другие причины вызывают внутренние помехи, что приводит к необходимости включения мощных фильтров, т. с. больших реактив ых элементов и звеньев. Фазовые сдвиги таких фильтров промекмточного и выходного трансформаторов, модуляторов, дсмодляторов и каскадоь усилешя ведут к неустойчивости не только всего регулятора,о и самих блоков.Для ликвидации этих явлений в регуляторе в цепь компенсирующей обратной связи измерительного блока вводятся дополнительные интегро-дифференцирующие РС-звсья, а в регулирующее устройство два узкополосных резонансных фильтра. Этим обеспечивается помехозащишси 1 юсть, т. е. повышается прецизиониость измерения и регулирования.Г 1 овышеиие сопротивления изоляции 7, уменьшает опасность повреждения термопар и входных цепей измерительных блоков. Таким образом, предлагаемое устройст 1 зо имеет следую 1 цие специфические особенности;1) измсрительшяе и вхо,чпые цепи измерительных блоков помимо общего корпуса прибора помещены в два электромагнитных экрана - заземленный парукный и изолированный внутренний;2) измерительные и входные цепи измерительных блоков изолированы высокоомной изоляцией от обоих экранов;3) выходные цепи измерительных и входных цепей последующих блоков разделены от выкодных устройств и цепей (силовых и разделительных трансформаторов) двумя экранными обмотками, одна из которых зазелена, а другая подсоедипепа к изолированньм экранам; все оомотки, в том числе и экранные, изолированы высокоомной изоляцией;4) один из концов датчика дополнительным, выравнивающим потенциал всех точек измеритель ых схем проводом соединен с изолированным экраном измерительных блоков;5) линия связи, соединя 1 ошая датчик со вхо;1 ами измерительных устройств, совместно с выравнивающим проводом заключена в изолировянный экран, такке соединенный с изолирова ными экранами;6) все изолпроваииыс экраны всех блоков и ли пй связи соединены общим прогадом;7) вход регулируюпего устройства гальванически отделен путем механической связи его входа с выходом самописца;8) с целью повышения устойчивости в цепь самописца включены интегро-дифференцирующие фильтры, а в схему регулирующего устройства - два резонанс ых контура с разне- ССННЬ 1 И ЧЯСТОТЯМИ;9) 11 сс олокп -- полупроводниковые, имеют широкие диапазоны настроек и малый дрейф; вход 1 гь 1 е блоки могут быть узкопределы 1 ыми ПРСЦИЗИО 1 ИМИ;.Г г 10) в регулирующем устройстве применен высокоомный полупроводниковый на стабилитронах с последовательно-встречным их соединением модулятор;11) применена блок-схема с минимальным числом блоков,Эти особенности позволяют получить современные помехозащищенные прецизионные системы автоматического измерения и регулирования и обеспечивают малые габариты, вес, потребляемую мощность, хорошую устойчивость, универсальность и унификацию, широкие пределы настроек и достаточно высокую надежность устройства. 15Предмет изобретения Устройство для измерения и автоматического регулирования высоких температур электрических печей, содержащее дат Н 1 к температуры, например двухэлектродную термопару, и заключенные в заземленные экраны блок подавления термо-э.д.с. со стабилизированным источником питания и измерительной схемой и измерительный блок с измерительным звеном и усилителем, заключенным в свой заземленный экран, причем первичные обмотки силовы х ц промежуточных трансформаторов обоих блоков заключены в заземленные экранные обмотки, ц лкпшц связи между датчиком температуры, блоком подавления термоэ.д.с., измерительным блоком, а также между усилителем ц цзмерцтельцым звеном из ерительцого Ол 01,а также закл 01 ены в экраны, Отлтающееся тем, что, с целью повышен 1 я точности измерения ц ре гулцрования, стабилизированный источник пита;шя ц измерительная схема блока подавления термо-э.д.с., входной и промежуточный каскады усилителя и измерительное звено измер:тельного блока заключены в дополнцтельцыс экраны, помещенные внутри заземленных экранов, сцловыс ц промежуточный трансформаторы снабжены дополнительными экранамц ц экраннымиц обмотками, все дополнительные экраны ц экранные обмотки изолированы высокоомцой изоляцией от заземленных экранов и элементов блоков и соединены с указанцы.;ш экранами линий связи, а также посредством дополнцтелыой линии связи - с датчиком температуры, причем дополнительная лпццл связи закл 10 сца В тот же экран. в который заключены линии связи, отходящие от термоцары,Изд. М 262 Заказ 603 11 Тир Ц 1-1 ИИПИ Комитета по делам изобретений и открытийМосква, К, Раушская наб.,Тиография, пр, Сапунова 473 Подписнои Совете Министров СССР4/5