Электронагреватель токопроводящих сред (варианты)

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ ТОКОПРОВОДЯЩИХ СРЕД (ВАРИАНТЫ)(71) Заявитель Белорусский аграрный технический университет(73) Патентообладатель Белорусский аграрный технический университет(57) 1. Электронагреватель токопроводящих сред, содержащий плоскопараллельные пластинчатые электроды,подключенные к источнику питания через коммутирующий аппарат, отличающийся тем, что плоскопараллельные пластинчатые электроды размещены горизонтально, между ними в межэлектродном пространстве размещен меньший измерительный электрод, над которым размещена диэлектрическая пластина, размеры которой больше, чем у измерительного электрода, но меньше, чем у плоскопараллельных пластинчатых электродов, параллельно которым подключены два последовательно соединенных резистора, один из которых переменный, так, что вместе с участками обрабатываемой среды, находящимися между плоскопараллельными пластинчатыми электродами и измерительным электродом, образован измерительный мост,питающийся от источника питания через коммутирующий аппарат, измерительная диагональ моста, образованная между общей точкой соединения двух последовательно соединенных резисторов и измерительным электродом, подключена ко входу порогового элемента, управляющий контакт которого включен в управляющую цепь коммутирующего аппарата. 2. Электронагреватель токопроводящих сред, содержащий плоскопараллельные пластинчатые электроды,подключенные к источнику питания через коммутирующий аппарат, отличающийся тем, что плоскопараллельные пластинчатые электроды размещены горизонтально, между ними в межэлектродном пространстве размещены два меньших измерительных электрода, между которыми размещена диэлектрическая пластина,размеры которой больше, чем у измерительных 3159 1 нижнему плоскопараллельному пластинчатому электроду и к нижнему измерительному и верхнему плоскопараллельному пластинчатому электроду подключены переменный и постоянный резисторы соответственно,так, что вместе с участками обрабатываемой среды, находящимися между плоскопараллельными пластинчатыми и измерительными электродами, образован измерительный мост, питающийся от источника питания через коммутирующий аппарат, измерительная диагональ моста, образованная между двумя измерительными электродами, подключена ко входу порогового элемента, управляющий контакт которого включен в управляющую цепь коммутирующего аппарата. 3. Электронагреватель токопроводящих сред, содержащий плоскопараллельные пластинчатые электроды,подключенные к источнику питания через коммутирующий аппарат, отличающийся тем, что плоскопараллельные пластинчатые электроды размещены горизонтально, над верхним плоскопараллельным пластинчатым электродом и под нижним плоскопараллельным пластинчатым электродом размещены соответственно первый и второй меньшие измерительные электроды, к первому измерительному и нижнему плоскопараллельному пластинчатому электроду и ко второму измерительному и верхнему плоскопараллельному пластинчатому электроду подключены переменный и постоянный резисторы соответственно, так, что вместе с участками обрабатываемой среды, находящимися между плоскопараллельными пластинчатыми и измерительными электродами, образован измерительный мост, питающийся от источника питания через коммутирующий аппарат, измерительная диагональ моста, образованная между двумя измерительными электродами,подключена ко входу порогового элемента, управляющий контакт которого включен в управляющую цепь коммутирующего аппарата. Предлагаемое изобретение относится к устройствам прямого электронагрева сопротивлением и может быть использовано для тепловой обработки токопроводящих сред. Известно устройство для электронагрева токопроводящих сред, содержащее корпус, плоскопараллельные пластинчатые фазные и нулевые электроды подключенные к источнику питания через коммутирующий аппарат и систему управления процессом термообработки 1. Основными недостатками указанного устройства являются невысокая точность контроля температуры обрабатываемой среды с помощью точечного датчика температуры, заключенного в массивный кожух, что повышает инерционность системы управления процессом термообработки и требует применения сложных систем регулирования с пропорциональным (П), пропорционально-интегральным (ПИ), пропорциональнодифференциальным (ПД) и пропорционально-интегральным с предварением (пропорциональным интегрально-дифференциальным ПИД) - законами регулирования, кроме того, вертикальное размещение электродов приводит к усложнению и громоздкости конструкции, что не всегда приемлемо технически. Техническая задача, которую решает данное изобретение, заключается в повышении точности контроля температуры обрабатываемой среды, путем совмещения в одной конструкции электронагревателя и датчика температуры обрабатываемой среды при компактном размещении электродов, с одновременным увеличением чувствительности, путем включения термозависимых резистивных участков обрабатываемой среды между измерительными и плоскопараллельными пластинчатыми силовыми электродами в противоположные плечи мостовой измерительной схемы, уменьшением влияния отложений на точность измерений мостовой измерительной схемы, путем получения равноплечего моста, где погрешность, вызываемая увеличением отложений на электродах, будет взаимокомпенсироваться, и упрощением конструкции электродного электронагревателя. Устройство, решающее указанную задачу, в первом варианте исполнения содержит плоскопараллельные пластинчатые электроды, подключенные к источнику питания через коммутирующий аппарат, согласно изобретению, плоскопараллельные пластинчатые электроды размещены горизонтально, между ними в межэлектродном пространстве размещен меньший измерительный электрод, над которым размещена диалектрическая пластина, размеры которой больше, чем у измерительного электрода, но меньше, чем у плоскопараллельных пластинчатых электродов, параллельно которым подключены два последовательно соединенных резистора, один из которых переменный, так, что вместе с участками обрабатываемой среды, находящимися между плоскопараллельными пластинчатыми электродами и измерительным электродом,образован измерительный мост, питающийся от источника питания через коммутирующий аппарат, измерительная диагональ моста, образованная между общей точкой соединения двух последовательно соединенных резисторов и измерительным электродом, подключена ко входу порогового элемента, управляющий контакт которого включен в управляющую цепь коммутирующего аппарата во втором варианте исполнения электронагревателя плоскопараллельные пластинчатые электроды размещены горизонтально, между ними в ме 2 3159 1 жэлектродном пространстве размещены два меньших измерительных электрода, между которыми размещена диэлектрическая пластина, размеры которой больше, чем у измерительных электродов, но меньше, чем у плоскопараллельных пластинчатых электродов, к верхнему измерительному и нижнему плоскопараллельному пластинчатому электроду и к нижнему измерительному и верхнему плоскопараллельному пластинчатому электроду подключены переменный и постоянный резисторы соответственно, так, что вместе с участками обрабатываемой среды, находящимися между плоскопараллельными пластинчатыми и измерительными электродами, образован измерительный мост, питающийся от источника питания через коммутирующий аппарат,измерительная диагональ моста, образованная между двумя измерительными электродами, подключена ко входу порогового элемента, управляющий контакт которого включен в управляющую цепь коммутирующего аппарата в третьем варианте исполнения плоскопараллельные пластинчатые электроды размещены горизонтально, над верхним плоскопараллельным пластинчатым электродом и под нижним плоскопараллельным пластинчатым электродом размещены соответственно первый и второй меньшие измерительные электроды,к первому измерительному и нижнему плоскопараллельному пластинчатому электроду и ко второму измерительному и верхнему плоскопараллельному пластинчатому электроду подключены переменный и постоянный резисторы соответственно, так, что вместе с участками обрабатываемой среды, находящимися между плоскопараллельными пластинчатыми и измерительными электродами, образован измерительный мост, питающийся от источника питания через коммутирующий аппарат, измерительная диагональ моста, образованная между двумя измерительными электродами, подключена ко входу порогового элемента, управляющий контакт которого включен в управляющую цепь коммутирующего аппарата. Техническим результатом при использовании предложенного устройства является повышение точности контроля температуры обрабатываемой среды за счет совмещения в одной конструкции электронагревателя и датчика температуры при компактном размещении электродов с возможностью нагрева малых порций обрабатываемой среды. Кроме того, конструкция электронагревателя токопроводящих сред с двумя измерительными электродами, размещенными в межэлектродном пространстве между плоскопараллельными пластинчатыми силовыми электродами позволяет увеличить чувствительность, поскольку термозависимые резистивные участки обрабатываемой среды между измерительными и плоскопараллельными пластинчатыми силовыми электродами включены в противоположные плечи мостовой измерительной схемы, а также уменьшить влияние отложений на чувствительность мостовой измерительной схемы, так как полученный мост является равноплечим и погрешность, вызываемая увеличением отложений на электродах будет взаимокомпенсироваться, применение конструкции электронагревателя токопроводящих сред с двумя измерительными электродами, размещенными вне основного межэлектродного пространства, позволяет исключить диалектрические пластины и таким образом еще больше упростить конструкцию электродного электронагревателя. На фиг. 1 изображена конструкция и блок-схема электронагревателя токопроводящих сред с одним измерительным электродом на фиг. 2 - схема замещения и принципиальная электрическая схема электронагревателя токопроводящих сред с одним измерительным электродом на фиг. 3 - конструкция и блок-схема электронагревателя токопроводящих сред с двумя измерительными электродами, размещенными в межэлектродном пространстве между плоскопараллельными пластинчатыми электродами на фиг. 4 - конструкция и блок-схема электронагревателя токопроводящих сред с двумя измерительными электродами, размещенными вне основного межэлектродного пространства на фиг. 5 - диаграммы изменения информационного сигналав измерительной диагонали моста, напряжения на катушке реле порогового элементаи на плоскопараллельных пластинчатых силовых электродах электронагревателя. Электронагреватель токопроводящих сред, содержит плоскопараллельные пластинчатые электроды 1, 2,размещенные в емкости с обрабатываемой средой 3, подключенные к источнику питания через коммутирующий аппарат 4, согласно изобретению, плоскопараллельные пластинчатые электроды 1, 2 размещены горизонтально,между ними в межэлектродном пространстве 5 размещен меньший измерительный электрод 6, над которым размещена диалектрическая пластина 7, размеры которой больше, чем у измерительного электрода 6, но меньше, чем у плоскопараллельных пластинчатых электродов 1, 2, параллельно которым подключены два последовательно соединенных резистора 8, 9, один из которых переменный 8, так, что вместе с резистивными термозависимыми участками обрабатываемой среды 10, 11, находящимися в межэлектродном пространстве 12 между плоскопараллельным пластинчатым электродом 2 и измерительным электродом 6 и в межэлектродном пространстве 13 между плоскопараллельным пластинчатым электродом 1, диэлектрической пластиной 7 и измерительным электродом 6, образован измерительный мост, питающийся от источника питания через коммутирующий аппарат 4, измерительная диагональ моста, образованная между общей точкой соединения двух последовательно соединенных резисторов 8, 9 и измерительным электродом 6, подключена ко входу порогового элемента 14, который в нашем случае содержит диодный мост 15, подключенную на его выход катушку промежуточного реле 16 с параллельно подключенным конденсатором 17, а также управляющий нормальноразомкнутый контакт промежуточного реле 18, причем входом порогового элемента 14 является переменный вход диодного моста 15, а коммутирующий аппарат 4 в нашем случае содержит семистор 3 3159 1 19, подключенный к его управляющему выводу балластный резистор 20 и подключенную ко второму выводу резистора 20 кнопку 21 с параллельноподключенным контактом 18 которые своими вторыми контактами присоединены к аноду семистора 19. При использовании схемы с двумя измерительными электродами 22, 23, размещенными между плоскопараллельными пластинчатыми электродами 1, 2 в межэлектродном пространстве 5, между измерительными электродами 22, 23 размещена диэлектрическая пластина 7, размеры которой больше, чем у измерительных электродов 22, 23, но меньше, чем у плоскопараллельных пластинчатых электродов 1, 2, к верхнему измерительному 23 и нижнему плоскопараллельному пластинчатому электроду 2 и к нижнему измерительному 22 и верхнему плоскопараллельному пластинчатому электроду 1 подключены переменный 8 и постоянный 9 резисторы соответственно, так, что вместе с участками обрабатываемой среды, находящимися между плоскопараллельным пластинчатым 2 и измерительным 22 электродами и плоскопараллельным пластинчатым 1 и измерительным 23 электродами, образован измерительный мост, питающийся от источника питания через коммутирующий аппарат 4, измерительная диагональ моста, образованная между двумя измерительными электродами 22, 23, подключена ко входу порогового элемента 14, управляющий контакт которого 18 включен в управляющую цепь коммутирующего аппарата 4. При использовании схемы с двумя измерительными электродами 24, 25, размещенными вне основного межэлектродного пространства 5, больших электродов 1, 2, над верхним плоскопараллельным пластинчатым электродом 1 и под нижним плоскопараллельным пластинчатым электродом 2 размещены соответственно первый 24 и второй 25 меньшие измерительные электроды, к первому измерительному 24 и нижнему плоскопараллельному пластинчатому электроду 2 и ко второму измерительному 25 и верхнему плоскопараллельному пластинчатому электроду 1 подключены переменный 8 и постоянный 9 резисторы соответственно, так, что вместе с участками обрабатываемой среды, находящимися между плоскопараллельным пластинчатым 1 и измерительным 24 электродами и плоскопараллельным пластинчатым 2 и измерительным 25 электродами,образован измерительный мост, питающийся от источника питания через коммутирующий аппарат 4, измерительная диагональ моста, образованная между двумя измерительными электродами 24, 25, подключена ко входу порогового элемента 14, управляющий контакт которого 18 включен в управляющую цепь коммутирующего аппарата 4. Работает электронагреватель следующим образом. Обрабатываемая среда заполняет межэлектродное пространство между 1,2 и 6 электродами. Измерительный мост образованный участком обрабатываемой среды 10 между электродами 2 и 6 и участком обрабатываемой среды 11 между электродом 1, диалектрической пластиной 7 и электродом 6, а также резисторами 8,9 сбалансирован при нагретом состоянии обрабатываемой среды. При нажатии кнопки 21 подается потенциал с анода семистора 19, через баластный резистор 20 на управляющий электрод семистора 19, который открывается и подает напряжение на электроды 1 и 2. При низкой температуре обрабатываемой среды измерительный мост находится в состоянии разбаланса. Потенциал напряжения разбаланса мостас электрода 6 и точки соединения резисторов 8 и 9 подается на вход диодного моста 15, переменное напряжение выпрямляется и подается на катушку реле 16, которое срабатывает и замыканием контакта 18 блокирует семистор 19 во включенном состоянии. В процессе нагрева, за счет перераспределения подогретой обрабатываемой среды путем естественной конвекции по высоте емкости 3 электронагревателя, изменяется напряжение разбаланса моста . При достижении требуемой температуры обрабатываемой среды напряжение разбаланса мостауменьшится до определенной величины, соответственно уменьшится напряжение на катушке реле 16 до величины отпускания отп. Реле размыкает контакт 18 и снимает потенциал с управляющего электрода семистора 19, который отключает напряжение с электродов 1, 2. Для повторения цикла работы необходимо нажать кнопку 21. Работа электронагревателя поясняется временными диаграммами изменения напряжения на элементах схемы представленными на фиг.4. При использовании схем с двумя измерительными электродами сигнал разбаланса моста, образованного резисторами 8, 9, а также резистивными термозависимыми участками обрабатываемой среды между электродами 2, 22 и 1, 23 для одной схемы, а также 1, 24 и 2, 25 для другой подается на пороговый элемент 14. При нагреве обрабатываемой среды между электродами 1, 2 изменяется сопротивление обрабатываемой среды между электродами 2, 22 и 1, 23 для одной схемы, а также 1, 24 и 2, 25 для другой, что приводит к изменению потенциала напряжения разбаланса моста , при достижении им определенной величины срабатывает пороговый элемент 14 и контактом 18 отключает коммутирующий аппарат 4, что приводит к отключению напряжения от электродов 1, 2. Использование предложенной конструкции электронагревателя и электрической схемы управления позволяет в 1,21,25 раза уменьшить потери электроэнергии на технологический процесс, упростить эксплуатацию, а также повысить надежность работы электронагревателя. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.