книги / Электронные приборы контроля и автоматизации нефтехимического производства

На рис. 205 приведена схема электронного реле на полупро­ водниковом триоде, который включен по схеме с общим источни­ ком питания. Особенностью этого реле является то, что оно сра­ батывает лишь при невысоком значении i?BH— порядка несколь­ ких килоом.

Когда необходимо контролировать замыкание цепи при усло­ вии соблюдения взрывобезопасности контакта датчика с измеряе­ мой средой иногда применяют электронные реле, в которых упра­ вление анодным током лампы осуществляется замыканием или размыканием цепи сетки. При размыкании цепи сотки последняя

Рис. 205. Схема реле на полупроводниковом ■ триоде.

П Т — германиевый полупроводниковый триод П2Б; Р — реле типа РмУГ 680 о м .

приобретает так называемый потенциал свободной сетки, соот­ ветствующий равновесию между притягиваемыми к сетке поло­ жительными нонами газа и электронами, попадающими на сетку с катода. Потенциал свободной сетки обычно составляет прибли­ зительно 1 в, и ему соответствует сравнительно небольшой анод­ ный ток.

При замыкании цепи сетки внешним сопротивлением потен­ циал сетки близок к нулю, анодный ток соответственно возрастает. Питание анода лампы в этой схеме может осуществляться постоян­ ным и переменным напряжением. Преимущество схемы — незна­ чительная мощность, выделяемая во внешней цепи, так как она определяется величиной сеточных токов, не превосходящих десятых долей микроампера. Недостаток схемы — сравнительно­ небольшая степень изменения анодного тока, что в большинстве случаев требует последующего усиления.

§ 2. Практические схемы электронных реле, реагирующих на изменение электрического сопротивления цепи

Схемы электронных реле, применяемых на практике, отли­ чаются от приведенных выше основных схем наличием элемен­ тов, обеспечивающих четкость и безотказность работы реле, и более удобным обслуживанием их. К таким элементам отно­

421

сятся дополнительные каскады усиления, электроизмерительные приборы, включаемые в различные цепи, средства регулирования электрических режимов, устройства самоблокирования, стабили­ зации и др.

Э л е к т р о н н о е р е л е у с т а н о в к и б л о к и р о в к и п о г а с а н и я п л а м е н и по э л е к т р о п р о в о д н о с т и

Электронное реле типа РК-110 является основной частью установки блокировки погасания пламени. Кроме реле, в ком­ плект установки обычно входят электроды, устанавливаемые в зоне пламени, запорный соленоидный клапан, прекращающий подачу топлива при погасании пламени, и соответствующие сиг­ нальные устройства.

р

Рис. 206. Принципиальная электрическая схема командного электронного реле РК-110.

Для блокировки используется электропроводность пламени. Известно, что в зоне пламени молекулы газов, входящих в состав воздуха, ионизируются в таких масштабах, что зона приобретает заметную электропроводность. Электрическое сопротивление между электродами при наличии пламени обычно имеет величину порядка десятков мегом. Особенность данного реле состоит в том, что оно срабатывает при внешнем сопротивлении, имеющем опре­ деленные пределы величин, обычно от 0,5 до 250 мгом. Нижний предел вызван необходимостью исключить ложные сигналы на­ личия пламени, возможные при замыкании электродов накоротко пли на небольшое сопротивление, что по роду использования прибора вполне возможно.

На рис. 206 приведена принципиальная схема командного реле РК-110. Она построена на двух электронных лампах: Л\ — двой­ ном триоде (6Н7) и Лг — лучевом тетроде (6 П6 С), включенном триодом. Схема питается от сети переменного тока. Необходимое

422

переменное напряжение получают от обмоток силового трансфор­

лампы Лг питается от обмоток II I н V, включенных последова­ тельно, переменным напряжением, совпадающим по фазе с анод­ ным напряжением левого триода лампы Лх. Правая половина лампы Лх включена диодом и работает как однополуперподный выпрямитель, анод ее питается от обмотки II, причем анодное напряжение правой половины триода находится в противофазе с анодными напряжениями левой половины лампы Лг. Пульси­ рующий анодный ток правой половины лампы Лх проходит через сопротивление Rx н создает между клеммами 2 и 3 соответствующее падение напряжения Ui.

Когда пламени нет н между клеммами 1 н 3 отсутствует про­ водимость, разность потенциалов между катодом и сеткой левого триода лампы Лх близка к нулю, триод пропускает через себя пульсирующий ток. Этот ток, проходя по сопротивлению R i, вызывает падение напряжения Us, запирающее лампу Лг, так как оно является отрицательным п появляется в те полупериоды переменного напряжения, когда на аноде лампы Лг напряжение положительное. Следовательно, когда работает левый триод лампы Лх, тогда лампа Лг заперта и обмотка электромагнитного реле Р обесточена.

При наличии пламени между клеммами 1 и 3 устанавливается проводимость (сопротивление пламени) п напряжение Ux подается на сопротивление Rs, так что на сетку левого триода лампы Лх попадает напряжение отрицательное. Напряжение это пульси­ рующее, н полуволна напряжения проходит тогда, когда на аноде левого триода минус. Однако импульс отрицательного напряжения за время полупериода заряжает конденсатор Сх. В следующий полупериод, когда па анод левой половины лампы Лх подается положительное напряжение, на сетке триода еще остается отри­ цательный потенциал, так как за время полупериода конден­ сатор Сх не успевает разрядиться. Разряжается он на сопроти­ влении R 2 и на внешнее сопротивление (сопротивление пламени в данном случае). Следовательно, при наличии пламени левый триод лампы Лх заперт, лампа Лг ввиду отсутствия падения напряжения на R i открыта и обмотка реле Р обтекается анодным током лампы Л г, якорь реле притянут.

В случае замыкания электрода на форсунку ( и л и наличия другой причины понижения внешнего сопротивления) сопро­ тивление между клеммами 1 и 3 реле станет незначительным и конденсатор Сх будет быстро на него разряжаться. Левый триод Лх будет открытым, хотя напряжение с Rx п попадает на его сетку. Следовательно, вследствие замыкания электрода на форсунку или корпус печи не может быть подан ложный сигнал о наличии пламени. Реле сигнализирует о налпчпп пламени лишь при опре­

423

деленных значениях пределов сопротивления внешней цепи.

и создает некоторое замедление в отпускании реле. Последнее необходимо для того, чтобы реле не срабатывало при кратковре­ менных повышениях внешнего сопротивления, вызванных отры­ вами пламени от электродов, что часто наблюдается при непра­ вильных режимах горения форсунки.

Разумеется, командное реле РК-110 может быть использовано не только в системе блокировки погасания пламени, но и в других случаях сигнализации изменения величины сопротивления цепи.

§ 3. Использование фотоэлементов в схемах фотоэлектронных реле

Электронные реле, реагирующие на изменение освещенности, широко применяются в схемах контроля и автоматизации про­ цессов в производственных и лабораторных условиях. Датчиком

424

этих реле, которые называются фотоэлектронными или фотореле, являются фотоэлементы с внешним фотоэффектом (вакуумные н газонаполненные) и с внутренним фотоэффектом (фотосопроти - вленля) п вентильные фотоэлементы.

Фотореле по способу использования можно разделить на две группы. К первой из нпх относятся фотореле, применяемые для бесконтактного контроля процессов, не связанных с испусканием света, — фотоуровнемеры, счетчики предметов и т. д. Такие фотореле имеют собственный источник света — осветитель, на­ правленный на фотоэлемент. Контролируемый параметр вызывает пересекание луча света осветителя, его отклонение или ослабле­ ние. Так как в таких фотореле в контролируемой точке обычно резко изменяется освещенность фотоэлемента, они, как правило, представляют собой простые, однокаскадные схемы.

Ко второй группе относятся фотореле, которые реагируют на свет, испускаемый контролируемым параметром, и фотореле, предназначенное для контроля за изменениями силы света (при­ боры сигнализации и блокировки горения топок, приборы кон­ троля освещенности каких-либо поверхностей и др.). В этих случаях часто резкого изменения освещенности фотоэлемента нет, приборы должны быть достаточно чувствительными и стабиль­ ными для достижения безотказной работы.

До последнего времени наибольшее применение в схемах автоматики находили фотоэлементы с внешним фотоэффектом. Это объясняется главным образом относительным постоянством их параметров и легкостью усиления фототека. В случае примене­ ния газонаполненных фотоэлементов, как правило, бывает доста­ точно одного каскада с электронной лампой, чтобы управлять достаточно мощным электромагнитным реле, производящим необходимые переключения системы регулирования, блокировки

реле, использующих фотоэлемент с внешним фотоэффектом ФЭ. Возможность примененпя этих схем основывается на двух свой­ ствах таких фотоэлементов — односторонней проводимости п вы­ соком внутреннем сопротивлении, изменяющемся при изме­ нении освещенности.

В схеме, приведенной на рис. 208, а, освещение ФЭ вызывает возрастание анодного тока лампы Л. Когда ФЭ не освещен и про­ водимость его незначительна, потенциал сетки лампы определяется положением движка переменного сопротивления Rn, при помощи которого можно регулировать величину отрицательного смещения. Смещение выбирается таким, чтобы анодный ток лампы при неос­ вещенном ФЭ был пеболышш и не вызывал срабатывания реле Р . При попадании света на катод ФЭ образуется цепь тока, которая на схеме показана стрелками. Этот ток вызовет падение напряже­ ния на сопротивлении утечки сетки Rc, причем на верхнем его конце будет получаться плюс. Следовательно, при освещении

425-

ФЭ потенциал сетки лампы будет более положительным и анодный ток возрастает, что приведет к срабатыванию реле Р.

Если данные схемы выбраны так, что рабочая точка будет

освещенности ФЭ.

На схеме, приведенной на рис. 208, б, ФЭ включен так, что при его освещенности анодный ток лампы уменьшается. Прн отсутствии освещения потенциал сетки лампы определяется только сеточными токами, протекающими по сопротивлению Мс, и близок к нулю. Анодный ток имеет значительную величину,

Рис. 208. Схемы фотоэлектронных реле.

якорь реле Р притянут. При наличии освещения образуется цепь, показанная стрелками, вследствие чего потенциал сетки понизится, анодный ток уменьшится и якорь реле отпадет.

На рис. 208, в и г приведены те же два варианта включения ФЭ. но в случае питания схемы переменным наряжением Еа и Ес. Отличие в работе этих схем будет только в том, что анодный ток

фотоэлементы, имеющие большую чувствительность. Эти фотоэле­ менты, как известно, требуют постоянства питающего их напря­ жения. Поэтому в схемы фотореле, питаемые переменпым током,

426

включают стабилизатор напряжения. Второй особенностью схем, питаемых переменным током, является влияние на работу схемы емкости проводов, которыми ФЭ подключается к схеме. Вслед­ ствие этого ФЭ обычно располагаются в одном корпусе с лампой.

Схемы на тиратронах принципиально не отличаются от схем на электронных лампах, они лишь учитывают эксплуатацион­ ные особенности тиратронов. На рис. 209 приведена схема с фото­ элементом ЦГ-4 и тиратроном ТГ-212, питающаяся переменным напряжением, в которой сопротивление R c заменено конденса­ тором.

В случаях применения фотоэлементов с внешним фотоэффектом для измерительных целей или в фотореле большой чувствитель­

Для достижения модуляции светового потока обычно перед фотоэлементом на пути луча света от источника помещают вращаю­ щуюся заслонку или вибратор с заслонкой. Заслонка при своих колебаниях периодически пересекает луч света, затеняя фото­ элемент, вследствие чего в фототоке появляется переменная составляющая, имеющая частоту, равную частоте пересечений луча заслонкой. Модулирующую частоту выбирают такой, чтобы переменную составляющую фототока было удобно усиливать обычными электронными усилителями с емкостной связью.

Модулирование фототока достигается помещением фотоэле­ мента в переменное магнитное поле, получаемое при помощи элек­ тромагнита, питаемого переменным током. Периодические измене­ ния силы фототока получаются вследствие взаимодействия электро­ нов, пролетающих от катода к аноду фотоэлемента с переменным магнитным полем.

Применение модуляции света и фототока устраняет дрейф нулевой точки и влияние токов утечки фотоэлемента и является хорошим способом стабилизации параметров, увеличения надеж­ ности фотоэлектронных устройств.

В настоящее время широкое применение в схемах фотореле получили фотоэлементы с внутренним фотоэффектом — фотосо­

427

противления. Они имеют высокую чувствительность, превосхо­ дящую в тысячи раз чувствительность фотоэлементов с внешним фотоэффектом, малые габаритные размеры и значительную вели­ чину допустимой рассеиваемой мощности (0,1—0,2 вт для ФС-К).

Такие недостатки фотосопротивлений, как заметная инерцион­ ность и нелинейная зависимость фототока от освещенности, в схемах фотореле обычно существенного значения пе имеют. Значи­ тельный температурный коэффициент фотосопротивлений во мно­ гих случаях может ограничить их применение. Однако уже разра­ ботаны фотосонротнвления со сравнительно низким температур­

схемах без электронных ламп и тиратронов. На рис. 210 приве­ дена схема такого простого фотореле. Здесь фотосопротивленне (ФС) включено непосредственно в сеть переменного тока последо­ вательно с полупроводниковым выпрямителем В и обмоткой чувствительного реле постоянного тока Pi. Поскольку контакты такого реле не могут быть использованы для переключения цепей мощностью более 1 вт, в схеме предусмотрено промежуточное реле Рг достаточной мощности.

Приборы, построенные по таким схемам, благодаря своей простоте, малым габаритным размерам, низкой стоимости и про­ стоте обслуживания часто могут быть наиболее приемлемыми, если освещенность ФС в контрольной точке изменяется очень сильно. Однако не следует думать, что такие схемы по надежности пре­ восходят схемы с одной электронной лампой или тиратроном. Чувствительное электромагнитное реле, особенно если оно исполь­ зуется в таком режиме, что ток в его обмотке незначительно пре-

428

восходит ток срабатывания, само по себе не является безот­ казным.

Обычно фотосопротивления используются в схемах с электрон­ ными лампами и тиратронами. Они мало отличаются от схем реле, реагирующих на изменение сопротивления, которые описаны выше. Особенно практичны безнакальные фотореле на тира­ тронах с холодным катодом.

Рис. 211. Фотореле на фотосопротнвленпях с электронными лампами.

а — питание сетки переменным напряжением, при освещ ении ФС лампа «закры вается*, б , в — питание сетки постоянным напряжением, при освещ ении Ф С лампа «закрывается*

(б) или «открывается» (в).

На рис. 211, 212 и 213 приведены схемы фотореле на фото­ сопротивлениях (ФС) с электронными лампами, тиратронами с накаливаемым катодом и тиратронами с холодным катодом. Схемы эти просты п пояснений не требуют. В главе XI, § 2 был

Рис. 212. Фотореле на ФС с тиратронами.

приведен пример использования фотореле с фотосопротивлением на тиратроне для бесконтактного управления электродвигателем

иэлектромагнитным клапаном.

Вбольшинстве схем с ФС можно использовать параллельное, последовательное и смешанное включение двух-трех ФС. При этом достигается контроль одновременно нескольких точек, сра­

429

батывание реле может быть достигнуто при самых различных заданных условиях.

Во многих случаях применения фотореле для контроля парамет­ ров но световому излучению встречаются трудности, так как атмо­ сфера на его пути вследствие наличия дыма и пара имеет низкую прозрачность. Часто защитные стекла смотровых отверстий покры-

Рис. 213. Фотореле на ФС и тиратронах с хо­ лодным катодом М ТХ-90.

ваются копотью и пылью. В таких условиях работа фотореле, использующих фотосопротивления, реагирующие лишь на види­ мый участок спектра, очень ненадежна. В этом случае целесооб­ разнее применять фотосопротивления типов ФС-А, реагирующих на излучения инфракрасного участка спектра, так как эти из­ лучения слабо задерживаются загрязненной атмосферой и сво­ бодно проходят через совершенно непрозрачные тела незначи­ тельной плотности.

В условиях резких изменений окружающей температуры, особенно когда нельзя применить (из-за инерционности п особен­ ностей спектральной характеристики) фотосопротивления типа ФС-К2, имеющие сравнительно незначительный температурный

430