Выбор, классификация и расчет регулятора температуры, страница 4

По принципу работы выделяют регуляторы прямого и непрямого действия. Регуляторы прямого действия осуществляют управление исполнительным органом посредством энергии регулируемой величины, не используя промежуточных источников, в них функции измерительного, усилительного и исполнительного элементов объединены в одном органе. К их достоинствам относится простота конструкции, легкость настройки и низкое энергопотребление, к недостаткам – внесение значительных искажений в значение регулируемой (измеряемой) величины, необходимость высокого значения мощности на входе регулятора либо низкого на выходе, низкий коэффициент усиления. В регуляторах непрямого действия чувствительный элемент воздействует на регулирующий орган через один или несколько усилителей мощности и для перемещения регулирующего органа используется энергия постороннего источника питания, управляемая регулятором. Достоинства регуляторов непрямого действия: возможность регулирования мощной нагрузки при малой мощности входного параметра, малые искажения в регулируемую величину, возможность создания астатических регуляторов с более сложными законами регулирования, обеспечение преобразования вида энергии, недостатки: сложность конструкции, необходимость дополнительных источников питания, низкий КПД за счет потерь в каждой промежуточной ступени. В рассматриваемой системе наиболее эффективным представляется применение регуляторов прямого действия в связи с простотой конструкции, низким энергопотреблением и отсутствием необходимости дополнительного усиления управляющего сигнала по мощности или преобразования вида энергии.

По виду статической характеристики (в рабочем диапазоне) выделяют следующие типы регуляторов: линейные, позиционные (релейные) и нелинейные. В линейных регуляторах зависимость выходной величины от входной прямо пропорциональна и описывается линейным уравнением вида , их достоинством является простота расчета. В позиционных регуляторах выходная величина изменяется скачкообразно, когда управляющий сигнал (регулируемая величина) проходит через некоторые фиксированные значения, называемые пороговыми, в диапазоне между двумя соседними пороговыми значениями значение выходной величины постоянно и не зависит от значения входного параметра: , их недостатком является высокая ошибка регулирования и скачкообразное изменение управляющего воздействия, что является нежелательным. В нелинейных регуляторах зависимость выходной величины от входной описывается нелинейной функцией, вид и коэффициенты которой определяются конструкцией и принципом действия регулятора: . По виду нелинейной функции различают следующие виды регуляторов: квадратичные , коренные , степенные , экспоненциальные , логарифмические , показательные , обратно-пропорциональные , полиномиальные , сигмоидные , с ограничением , с зоной нечувствительности , с гистерезисом , люфтом  и др., а также их комбинации. К недостаткам нелинейных регуляторов относятся сложность расчета, зависимость режима работы от амплитуды на входе, появление высших гармоник на выходе при синусоидальном входном воздействии.

Принимая во внимание выделенные признаки, окончательно выберем пропорциональный пневматический регулятор температуры прямого действия с параболической зависимостью расхода от хода золотника и линейной зависимостью хода золотника от давления в термобаллоне и температуры. Его отличают простота конструкции и обслуживания, высокая надежность, отсутствие промежуточных преобразователей энергии, использование доступного и дешевого энергоносителя – воздуха.

Рисунок 4.5 Регулятор температуры прямого действия РПД.

4.2 Расчет регулятора температуры

Для расчета подобранного регулятора необходимо подробное знакомство с его конструкцией, принципом действия, рабочими характеристиками, областью применения и стандартизованными методиками его расчета и настройки, разработанными предприятием-изготовителем или специализированным НИИ, и утвержденными государственной комиссией по стандартизации и унификации.

Регуляторы температуры прямого действия РПД [4.4, 4.5, 4.9] предназначены для автоматического поддержания температуры среды на заданном уровне.

Рассмотрим конструкцию регулятора температуры прямого действия РПД, приведенную на рисунке 4.5 [4.4]. На нем показан общий вид регулятора РПД. Основные его элементы: замкнутая термосистема, состоящая из термобаллона 1, соединительного капилляра 2 и сильфонной головки 3, заполненных жидкостью с низкой температурой кипения, и регулирующий клапан 5. Усилие, развиваемое сильфоном, уравновешено пружиной 4. Двухседельный регулирующий клапан может выполняться «прямым», закрывающимся при повышении температуры рабочей среды, и «обратным», закрывающимся при понижении температуры среды. Профиль вырезов в клапане обеспечивает параболическую зависимость расхода от хода золотника.

Клапаны регуляторов РПД изготовляются на условное давление 10 кгс/см² и условный проход 1; 1,5 и 2".

Регуляторы РПД изготовляются на следующие пределы регулирования (в °С): 30-40; 40-50; 50-60; 60-70; 70-80; 80-90; 90-100 и 100-110, а по специальному заказу — на любой интервал в 10° С в пределах от 20 до 160° С.

Неравномерность регуляторов, т. е. изменение температуры, необходимое для перемещения золотника из одного крайнего положения в другое, не более 10° С.

Термобаллоны регуляторов рассчитаны на температуру, превышающую на 10° С верхний предел регулирования. Температура среды, окружающей регулятор, должна быть ниже минимального предела регулирования не менее чем на 10° С. Для выполнения указанного требования необходимо при прохождении через клапан регулятора среды с большей температурой предусмотреть искусственное охлаждение сильфонной головки регулятора. Длина капилляра 3 м.

Изготовитель: завод «Теплоконтроль», г. Казань и Сафоновский завод   «Теплоконтроль».

Произведем расчет выбранного регулятора, для чего воспользуемся стандартной методикой расчета датчиков температуры [4.10, 4.11].

Для расчета выберем встроенный датчик регулятора, представляющий собой термобаллон.