Электронагреватель токопроводящих сред

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(72) Авторы Прищепов Михаил Александрович Кубарко Александр Николаевич Рутковский Иосиф Геннадьевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(57) Электронагреватель токопроводящих сред, содержащий вертикальные плоскопараллельные электроды, которые образуют в емкости с обрабатываемой средой межэлектродное пространство и подключенные к источнику питания через нормальноразомкнутый 47972008.10.30 контакт коммутирующего аппарата, имеющий дополнительное межэлектродное пространство, образованное тремя дополнительными вертикальными плоскопараллельными электродами, два из которых меньшие расположены вертикально один над другим, а третий напротив них, при этом меньшие электроды подключены к источнику питания, параллельно которому также подключены два последовательно соединенных резистора, один из которых переменный, так что вместе с участками обрабатываемой среды, находящимися между двумя меньшими электродами и третьим, дополнительного межэлектродного пространства образован измерительный мост, питающийся от источника питания, с измерительной диагональю, образованной между общей точкой соединения двух последовательно соединенных резисторов и третьим электродом, через двухпозиционный переключатель режимов, подключенный ко входам усилителей, выполненных в виде транзисторов, коллекторы которых являются выходами усилителей, причем общая точка двух последовательно соединенных резисторов соединена с базами транзисторов через соответствующие регулируемые резисторы, а третий электрод подключен к центральному подводящему контакту двухпозиционного переключателя режимов, первый отводящий контакт которого через первую пару нормальнозамкнутых контактов первого реле соединен с эмиттером транзистора первого усилителя, при этом эмиттеры остальных транзисторов подключены ко второму отводящему контакту двухпозиционного переключателя режимов, к выходам усилителей через соответствующие диоды и к одному из полюсов источника питания подключены обмотки реле, к каждой из которых параллельно подключен соответствующий конденсатор, отличающийся тем, что меньшие электроды дополнительного межэлектродного пространства подключены к источнику питания через диоды, причем к верхнему электроду соответствующий диод подключен анодом, а к нижнему электроду диод подключен катодом, в первом усилителе применен транзистор структуры, а во втором и в третьем - , к выходу первого усилителя соответствующий диод подключен анодом, а к выходу второго и третьего усилителей диоды подключены катодами, эмиттеры второго и третьего транзисторов подключены ко второму отводящему контакту двухпозиционного переключателя режимов, причем эмиттер второго транзистора через нормальнозамкнутые контакты второго реле, а эмиттер третьего транзистора через нормальноразомкнутые контакты второго реле, обмотки первого, второго и третьего реле подключены к выходам первого, второго и третьего усилителей, обмотка коммутирующего аппарата подключена к источнику питания через контакты реле времени с выдержкой времени на замыкание, обмотка реле времени подключена к источнику питания через последовательно соединенные нормальнозамкнутые контакты первого и второго реле, а через добавочный резистор и нормальноразомкнутый контакт третьего реле к источнику питания подключен газоразрядный индикатор. Предлагаемая полезная модель относится к устройствам прямого электронагрева сопротивлением и может быть использована для тепловой обработки токопроводящих сред. Известно устройство для электронагрева токопроводящих сред, содержащее вертикальные плоскопараллельные электроды, два последовательно соединенных резистора,один из которых переменный, систему управления процессом термообработки и коммутирующий аппарат 1. Основными недостатками указанного устройства являются низкая надежность системы управления процессом термообработки и сложность ее принципиальной электрической схемы. 2 47972008.10.30 Задача, которую решает данная полезная модель, заключается в повышении надежности работы системы управления процессом термообработки и упрощении ее принципиальной электрической схемы. Поставленная задача решается следующим образом. Электронагреватель токопроводящих сред содержит вертикальные плоскопараллельные электроды, которые образуют в емкости с обрабатываемой средой межэлектродное пространство и подключенные к источнику питания через нормальноразомкнутый контакт коммутирующего аппарата,имеющий дополнительное межэлектродное пространство, образованное тремя дополнительными вертикальными плоскопараллельными электродами, два из которых меньшие расположены вертикально один над другим, а третий - напротив них, при этом меньшие электроды подключены к источнику питания, параллельно которому также подключены два последовательно соединенных резистора, один из которых переменный, так что вместе с участками обрабатываемой среды, находящимися между двумя меньшими электродами и третьим, дополнительного межэлектродного пространства образован измерительный мост, питающийся от источника питания, с измерительной диагональю, образованной между общей точкой соединения двух последовательно соединенных резисторов и третьим электродом, через двухпозиционный переключатель режимов, подключенный ко входам усилителей, выполненных в виде транзисторов, коллекторы которых являются выходами усилителей, причем общая точка двух последовательно соединенных резисторов соединена с базами транзисторов через соответствующие регулируемые резисторы, а третий электрод подключен к центральному подводящему контакту двухпозиционного переключателя режимов, первый отводящий контакт которого через первую пару нормальнозамкнутых контактов первого реле соединен с эмиттером транзистора первого усилителя, при этом эмиттеры остальных транзисторов подключены ко второму отводящему контакту двухпозиционного переключателя режимов, к выходам усилителей через соответствующие диоды и к одному из полюсов источника питания подключены обмотки реле, к каждой из которых параллельно подключен соответствующий конденсатор, согласно полезной модели, меньшие электроды дополнительного межэлектродного пространства подключены к источнику питания через диоды, причем к верхнему электроду соответствующий диод подключен анодом, а к нижнему электроду диод подключен катодом, в первом усилителе применен транзистор структуры, а во втором и в третьем - , к выходу первого усилителя соответствующий диод подключен анодом, а к выходу второго и третьего усилителей диоды подключены катодами, эмиттеры второго и третьего транзисторов подключены ко второму отводящему контакту двухпозиционного переключателя режимов, причем эмиттер второго транзистора через нормальнозамкнутые контакты второго реле, а эмиттер третьего транзистора через нормальноразомкнутые контакты второго реле, обмотки первого, второго и третьего реле подключены к выходам первого, второго и третьего усилителей, обмотка коммутирующего аппарата подключена к источнику питания через контакты реле времени с выдержкой времени на замыкание, обмотка реле времени подключена к источнику питания через последовательно соединенные нормальнозамкнутые контакты первого и второго реле, а через добавочный резистор и нормальноразомкнутый контакт третьего реле к источнику питания подключен газоразрядный индикатор. Техническим результатом при использовании предложенного устройства является повышение надежности работы системы управления процессом термообработки, при одновременном упрощении ее принципиальной электрической схемы. На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема электронагревателя токопроводящих сред на фиг. 2 - диаграмма изменения информационного сигналав измерительной диагонали моста при различных режимах работы электронагревателя на фиг. 3 диаграммы изменения напряжений при работе электронагревателя в режиме нагрева на базе-эмиттере транзистора первого усилителя бэ 1, на обмотках первого реле р 1, реле 3 47972008.10.30 времени рв и коммутирующего аппарата км соответственно на фиг. 4 - диаграммы изменения напряжений при работе электронагревателя в режиме парообразования на базеэмиттере транзистора второго усилителя бэ 2, на обмотках второго реле р 2, реле времени рв и коммутирующего аппарата км соответственно. Электронагреватель токопроводящих сред содержит вертикальные плоскопараллельные электроды 1, которые образуют в емкости 2 с обрабатываемой средой межэлектродное пространство 3 и подключенные к источнику питания через нормальноразомкнутый контакт 4 коммутирующего аппарата, имеющий дополнительное межэлектродное пространство 5, образованное тремя дополнительными вертикальными плоскопараллельными электродами 68, два из которых меньшие 6, 7 расположены вертикально один над другим, а третий 8 - напротив них, при этом меньшие электроды 6, 7 подключены к источнику питания, параллельно которому также подключены два последовательно соединенных резистора 9, 10, один из которых, переменный, так что вместе с участками обрабатываемой среды, находящимися между двумя меньшими электродами 6, 7 и третьим 8, дополнительного межэлектродного пространства 5 образован измерительный мост, питающийся от источника питания, с измерительной диагональю, образованной между общей точкой соединения двух последовательно соединенных резисторов 9, 10 и третьим электродом 8,через двухпозиционный переключатель режимов 11, подключенный ко входам усилителей 1214, выполненных в виде транзисторов, коллекторы которых являются выходами усилителей, причем общая точка двух последовательно соединенных резисторов 9, 10 соединена с базами транзисторов 1214 через соответствующие регулируемые резисторы 1517, а третий электрод 8 подключен к центральному подводящему контакту 18 двухпозиционного переключателя режимов 11, первый отводящий контакт которого 19 через первую пару нормальнозамкнутых контактов первого реле 20 соединен с эмиттером транзистора первого усилителя 12, при этом эмиттеры остальных транзисторов 13, 14 подключены ко второму отводящему контакту 21 двухпозиционного переключателя режимов 11,к выходам усилителей 1214 через соответствующие диоды 2224 и к одному из полюсов источника питания подключены обмотки реле 2527, к каждой из которых параллельно подключен соответствующий конденсатор 2830, меньшие электроды 6, 7 дополнительного межэлектродного пространства 5 подключены к источнику питания через диоды 31, 32, причем к верхнему электроду 6 соответствующий диод 31 подключен анодом, а к нижнему электроду 7 диод 32 подключен катодом, в первом усилителе 12 применен транзистор структуры, а во втором 13 и в третьем 14 - , к выходу первого усилителя 12 соответствующий диод 22 подключен анодом, а к выходу второго 13 и третьего 14 усилителей диоды 23, 24 подключены катодами, эмиттеры второго и третьего транзисторов 13, 14 подключены ко второму отводящему контакту 21 двухпозиционного переключателя режимов 11, причем эмиттер второго транзистора 13 через нормальнозамкнутые контакты второго реле 33, а эмиттер третьего транзистора 14 через нормальноразомкнутые контакты второго реле 34, обмотки первого, второго и третьего реле 2527 подключены к выходам первого, второго и третьего усилителей 1214, обмотка коммутирующего аппарата 35 подключена к источнику питания через контакты реле времени с выдержкой времени на замыкание 36, обмотка реле времени 37 подключена к источнику питания через последовательно соединенные нормальнозамкнутые контакты первого 38 и второго 39 реле, а через добавочный резистор 40 и нормальноразомкнутый контакт третьего реле 41 к источнику питания подключен газоразрядный индикатор 42. Работает электронагреватель в двух режимах, режиме нагрева Н и парообразования П, следующим образом. Обрабатываемая среда нагревается в двух межэлектродных пространствах 3 и 5. Измерительный мост, образованный сопротивлением обрабатываемой среды между электродами 6, 8 и 7, 8, а также резисторами 9 и 10, разбалансируется в процессе нагрева за счет перераспределения подогретой жидкости по высоте емкости 2 электронагревателя путем естественной конвекции. Потенциалы напряжения разбаланса 4 47972008.10.30 мостас электрода 8 прикладываются на двухпозиционный переключатель режимов 11,а с точки соединения резисторов 9, 10, на базы транзисторов трех усилителей 1214 через переменные резисторы 1517. При положении двухпозиционного переключателя режимов 11 в положении , когда замкнуты контакты 18 и 19, напряжение разбаланса моста через первую пару нормальнозамкнутых контактов первого реле 20 и регулируемый резистор 15 прикладывается на базу-эмиттер транзистора первого усилителя 12. По мере нагрева обрабатываемой среды сигнал разбаланса мостаувеличивается по абсолютной величине, который далее усиливается первым усилителем 12 и прикладывается к обмотке 25 первого реле. При достижении напряжения на обмотке первого реле, равного напряжению его срабатывания ср.1, оно срабатывает и контактом 38 отключает обмотку 37 реле времени. Контакт 36 реле времени с выдержкой времени на замыкание отключает обмотку 35 коммутирующего аппарата от источника питания, который также отключает напряжение с электродов 1, путем размыкания контакта 4. Кроме этого, первое реле размыкает контакт 20 и отключает транзистор первого усилителя 12. По мере разрядки конденсатора 28 напряжение на обмотке 25 первого реле уменьшается по абсолютной величине, когда оно достигнет величины, равной напряжению отпускания первого реле отп.1, замкнутся первый и второй контакты первого реле 20 и 38, при этом снова сигнал разбаланса моста поступит на первый усилитель 12, а также через замкнувшийся второй контакт первого реле 38, обмотка реле времени 37 включится на напряжение питания. Если температура обрабатываемой среды имеет требуемую величину, то напряжение разбаланса мостатакже имеет высокое значение по абсолютной величине, и срабатывание первого реле произойдет практически мгновенно за промежуток времени 1, который меньше времени срабатывания нормальноразомкнутого контакта 36 реле времени с выдержкой времени на замыкание. Если время 1 превысит время 2, произойдет срабатывание коммутирующего аппарата и замыкание контакта 4. Срабатывание коммутирующего аппарата с некоторой задержкой времени 2 исключает частые кратковременные включения электронагревателя при температуре обрабатываемой среды, равной заданной или незначительно отличающейся от нее. Время, в течение которого происходит нарастание по абсолютной величине напряжения р 1 до ср.1, является временем работы нагревателя р, время, в течение которого происходит уменьшение по абсолютной величине этого напряжения р 1 до отп.1, является временем паузы п. Тогда время цикла работы нагревателя ц состоит из суммы времен рп Время паузы п в течение всей работы электронагревателя будет оставаться постоянным и будет зависеть от величины емкости конденсатора 28. Чем выше значение емкости конденсатора 28, тем продолжительнее время паузы п. Время работы р будет зависеть от значения температуры обрабатываемой среды в данный момент времени. Работа электронагревателя в режиме нагрева поясняется временными диаграммами изменения напряжения на элементах схемы, представленными на фиг. 3. Установку температуры обрабатываемой среды производят путем изменения коэффициента усиления усилителя 12, изменяя значение сопротивления переменного резистора 15, включенного в цепь базы транзистора 12. При увеличении значения сопротивления резистора 15 коэффициент усиления усилителя 12 уменьшается, соответственно задаваемая температура обрабатываемой среды увеличивается, при уменьшении значения сопротивления резистора 15 она также уменьшается. При положении двухпозиционного переключателя режимов 11 в положении П, т.е. когда замкнуты контакты 18 и 21, нагреватель работает в режиме парообразования. Напряжение разбаланса мостачерез нормальнозамкнутые контакты второго реле 33 и регулируемый резистор 16 прикладывается на базу-эмиттер транзистора второго усилителя 13. По мере увеличения интенсивности парообразования сигнал разбаланса мостаувеличивается, который далее усиливается вторым усилителем 13 и прикладывается к обмотке 26 второго реле. При достижении напряжения на обмотке второго реле, равного на 5 47972008.10.30 пряжению его срабатывания ср.2, оно срабатывает и контактом 39 отключает обмотку 37 реле времени. Контакт 36 реле времени с выдержкой времени на замыкание отключает обмотку 35 коммутирующего аппарата от источника питания, который также отключает напряжение с электродов 1, путем размыкания контакта 4. Кроме этого, второе реле размыкает контакт 33 и отключает транзистор второго усилителя 13. По мере разрядки конденсатора 29 напряжение на обмотке 26 второго реле уменьшается, когда оно достигнет величины, равной напряжению отпускания второго реле отп.2, замкнутся первый и второй контакты второго реле 33 и 39, при этом снова сигнал разбаланса моста поступит на второй усилитель 13, а также через замкнувшийся второй контакт второго реле 39, обмотка реле времени 37 включится на напряжение питания. Если интенсивность парообразования имеет требуемую величину, то напряжение разбаланса мостатакже имеет высокое значение и срабатывание второго реле произойдет практически мгновенно за промежуток времени 3, который меньше времени срабатывания нормальноразомкнутого контакта 36 реле времени с выдержкой времени на замыкание. Если время 3 превысит время 4, произойдет срабатывание коммутирующего аппарата и замыкание контакта 4. Срабатывание коммутирующего аппарата с некоторой задержкой времени 4 исключает частые кратковременные включения электронагревателя при интенсивности парообразования, которая равна заданному значению или незначительно отличается от него. Работа электронагревателя в режиме парообразования поясняется временными диаграммами изменения напряжения на элементах схемы, представленными на фиг. 4. Установку интенсивности парообразования производят путем изменения коэффициента усиления усилителя 13, изменяя значение сопротивления переменного резистора 16, включенного в цепь базы транзистора 13. При понижении уровня среды в режиме парообразования напряжение разбаланса моста превышает значениев режиме парообразования (фиг. 2). Поэтому,используя третий усилитель на базе транзистора 14 и подключая на его вход через нормальноразомкнутый контакт 34 второго реле, во время отключения коммутирующего аппарата, напряжение разбаланса моста и отстраивая его коэффициент усиления переменным резистором 17, добиваются срабатывания реле, обмотка которого 27 подключена на выход усилителя, при пониженном уровне среды. При этом срабатывая третье реле своим нормальноразомкнутым контактом 41 коммутирует на напряжение сети газоразрядный индикатор 42, тем самым сигнализируя о понижении уровня среды. Использование предложенной конструкции электронагревателя и электрической схемы управления позволяет повысить надежность работы системы управления процессом термообработки, при одновременном упрощении ее принципиальной электрической схемы и снижении количества ее элементов на 30 . Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 7