Трикратний диференціатор теплових сигналів

Реферат: UA 85308 U UA 85308 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Диференціатор належить до засобів теплової автоматики і може бути використаний в системах автоматичного регулювання (CAP) і керування (САК) тепловими процесами для покращення динамічних показників і підвищення точності їх функціонування. Відомий, найбільш близький за суттю і технічною реалізацією, пристрій для диференціювання не теплових сигналів. Він містить підсумовуючий механізм, два сильфони, з'єднані один з одним торцями спільним рухомим фланцем і установлені в напрямній, і вузол приймання вхідних сигналів, зв'язаний через дросель з першим сильфоном і через рухомий фланець з другим сильфоном за допомогою гнучкого шланга, другий кінець другого сильфона з'єднаний з другим рухомим фланцем, причому підсумовуючий механізм виконаний у вигляді сильфона, розміщеного усередині другого сильфона в напрямній втулці, і з'єднаного одним торцем з другим рухомим фланцем другого сильфона, а другим торцем - із спільним рухомим фланцем сильфонів (див. Авторське свідоцтво СРСР №746565). Однак, відомий диференціатор має обмежену область застосування, оскільки за своїм призначенням і функціональними можливостями тільки формує сигнали регулювання і керування пропорціональні відхиленню і швидкості (першій похідній) відхилення нетеплових вхідних сигналів. Тому має низькі динамічні показники і точність в роботі, через що не задовольняє вимог CAP і САК інерційними тепловими процесами. Отже, відомий диференціатор має низькі динамічні показники і точність, а також обмежені функціональні можливості та область застосування. Тому, в основу корисної моделі поставлено задачу підвищити динамічні показники і точність, а також розширити функціональні можливості та область застосування диференціатора, яка досягається відповідно до винаходу його удосконаленням, суттєвими ознаками якого є те, що перетворювач сигналів вимірює відхилення температури, формує сигнал, пропорційний її відхиленню, який далі перетворений в переміщення, трикратно диференціюється, забезпечуючи на виході сигнал, пропорційний відхиленню температури першій, другій і третій похідній її відхилення. Такий диференціатор розширить функціональні можливості, забезпечить високу точність підтримання CAP і САК заданих параметрів теплових процесів. Поставлена задача реалізується тим, що у запропонованому диференціаторі установлений додатковий сильфон, усередині якого розміщений перший сильфон, один торець додаткового сильфона жорстко зв'язаний з нерухомим фланцем першого сильфона, а другий торець - із спільним рухомим фланцем, утворюючими порожнину із середовищем, коефіцієнт теплопровідності якого значно менший коефіцієнта теплопровідності матеріалу стінок першого, другого і додаткового сильфонів. Робоча рідина із першого у другий сильфон перетворювача перетікає через регульований дросель, установлений у спільному рухомому фланці. У диференціаторі додатково установлені з'єднувальна і допоміжна тяги, перший і другий підсумовуючий важелі, причому з'єднувальна тяга одним кінцем зв'язана із спільним рухомим фланцем, а протилежним кінцем - з нижніми плечима першого і другого підсумовуючих важелів. Середня точка першого підсумовуючого важеля зв'язана із рухомим фланцем другого сильфона, а його верхнє плече - з одним кінцем додатково установленої проміжної тяги, другий кінець якої - із середньою точкою другого підсумовуючого важеля, верхнє плече якого - з вихідною тягою диференціатора. Таке технічне рішення дає можливість спростити конструкцію, поєднанням перетворювача і вимірювача температури з одержанням вихідних сигналів, пропорційних вхідним і першим трьом похідним від вхідних сигналів, що підвищить точність, розширить функціональні можливості і область застосування запропонованого диференціатора. На представленому кресленні схематично показано загальний вигляд трикратного диференціатора теплових сигналів. Диференціатор містить перетворювач 1, з першим 2, другим 3 сильфонами і регульованим дроселем 4. Сильфони 2, 3 одними торцями зв'язані між собою спільним рухомим фланцем 5 з дроселем 4, фланець 5 жорстко з'єднаний з фланцем 6 сильфона 7 підсумовуючого механізму, який другим торцем з'єднаний з рухомим фланцем 8 і тягою 9. Для повернення у вихідне положення тяги 9 і зменшення впливу механічного гістерезиса матеріалу стінок сильфонів використана пружина 10. До фланця 5 одним торцем приєднаний додатковий сильфон 11, другий торець якого зв'язаний з нерухомим фланцем 12, з яким також зв'язаний другим торцем сильфон 2. Порожнина "а", утворена внутрішнім 2, зовнішнім 11 сильфонами, спільним рухомим 5 і нерухомим 12 фланцями, заповнюється середовищем, коефіцієнт теплопровідності якого значно менший коефіцієнта теплопровідності матеріалу стінок сильфонів 2,3,11. 1 UA 85308 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Робоча рідина із сильфона 2 у сильфон 3 і навпаки надходить через регульований дросель 4. Рухомі деталі перетворювача, підсумовуючого механізму і датчика переміщаються в циліндричних напрямних 13,14. До фланця 5 приєднана одним кінцем тяга 15, протилежний кінець якої з'єднаний з нижніми плечима 16 і другого 17 підсумовуючих важелів. Середня точка першого підсумовуючого важеля 16 зв'язана через тягу 9 із рухомим фланцем 8 другого сильфона 3, а його верхнє плече - з одним кінцем додатково установленої проміжної тяги 18. Другий кінець тяги 18 зв'язаний із середньою точкою другого підсумовуючого важеля 17, верхнє плече якого - з вихідною тягою 19 диференціатора. Диференціатор, послідовно включений в CAP або САК працює наступним чином. При різкому змінюванні температури теплоносія в диференціаторі і через наявного значного термічного опору середовища в порожнині "а" нагрівання, а отже, тиск в сильфоні 2 буде зростати повільніше, ніж в сильфоні 3. В результаті фланець 5 разом із фланцем 6 сильфона 7 будуть переміщатися управо, створюючи додатковий приріст тиску робочої рідини в сильфоні 3. При цьому фланець 8 сильфона 3 і зв'язана з ним тяга 9 одержить додаткове переміщення. Внаслідок відбувається додавання двох переміщень, тобто вихідний сигнал на тязі 9 буде складатися із переміщення, викликаного змінюванням температури теплоносія і нагрівання робочої рідини в сильфоні 3 і підвищенням через це її тиску, а також переміщення, викликаного швидкістю нагрівання теплоносія і змінювання її температури і переміщення фланця 6, обумовленого запізнюючим прогрівом робочої рідини в сильфоні 2 і додатковим підвищенням через це тиску в сильфоні 3. Переміщення фланця 5 управо через тягу 15 також перемістить управо нижнє плече важеля 16, на середню частину якого діє тяга 9, що переміщається пропорційно змінюванню температури теплоносія і першій похідній її змінювання. Від затримки нижнього плеча важеля 16 його верхнє плече і проміжна тяга 18 одержить додаткове переміщення, пропорційне другій похідній змінювання температури теплоносія. В результаті відбувається додавання трьох переміщень, тобто переміщення проміжної тяги 18 буде складатися із переміщення, викликаного змінюванням температури теплоносія, переміщення, викликаного першою похідною її змінювання і переміщення, викликаного другою похідною її змінювання. Крім цього переміщення фланця 5 управо через тягу 15 також перемістить управо нижнє плече другого підсумовуючого важеля 17, на середню частину якого діє проміжна тяга 18, що переміщається пропорційно змінюванню температури теплоносія, першій і другій похідній її змінювання. Від затримки нижнього плеча важеля 17 його верхнє плече і вихідна тяга 19 одержить додаткове переміщення, пропорційне третій похідній змінювання температури теплоносія. В результаті додається чотири переміщення, тобто переміщення вихідної тяги 19 (вихідний сигнал) диференціатора буде складатися із переміщення, викликаного змінюванням температури теплоносія, переміщень викликаних першою, другою і третьою похідною її змінювання. Використання запропонованого трикратного диференціатора теплових сигналів, у порівнянні з уже відомим, дасть можливість: - розширити функціональні можливості за рахунок формування складових вихідного сигналу, пропорційних відхиленню вхідних сигналів і першим трьом похідним їх відхилення; - підвищити динамічні показники і точність функціонування CAP і САК завдяки підвищенню вихідних сигналів і зменшення запізнювання, а отже, відхилення регульованих (керованих) параметрів протікання інерційних теплових процесів; - розширити область застосування в системах теплоавтоматики особливо з динамічними ланками, які мають значну теплову інерційність. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 60 Трикратний диференціатор теплових сигналів, що містить перетворювач, виконаний у вигляді двох сильфонів, з'єднаних одними торцями із спільним рухомим фланцем, другий торець першого сильфона зв'язаний з нерухомим фланцем, а другий торець другого сильфона - з рухомим фланцем, і установлених в напрямній, підсумовуючий механізм, виконаний у вигляді сильфона з фланцем, з'єднаним із спільним рухомим фланцем, розміщеним усередині другого сильфона, регульований дросель і вихідну тягу, який відрізняється тим, що в ньому установлений додатковий сильфон, усередині якого розміщений перший сильфон, причому один торець додаткового сильфона жорстко зв'язаний з нерухомим фланцем першого сильфона, а другий торець - із спільним рухомим фланцем, в якому установлений регульований дросель, а також додатково установлені з'єднувальна і проміжна тяги, перший і другий 2 UA 85308 U 5 підсумовуючі важелі, причому з'єднувальна тяга одним кінцем зв'язана із спільним рухомим фланцем, а протилежним кінцем - з нижніми плечима першого і другого підсумовуючих важелів, середня точка першого підсумовуючого важеля зв'язана із рухомими фланцем другого сильфона, а його верхнє плече - з одним кінцем проміжної тяги, другий кінець якої - із середньою точкою другого підсумовуючого важеля, верхнє плече якого - з вихідною тягою диференціатора. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3