книги / Электронные приборы контроля и автоматизации нефтехимического производства

коэффициент, целесообразно применять модуляцию световогопотока.

На рис. 214 приведена схема фотореле ФРС-12, разработанного трестом Уралметаллургавтоматика. Фотореле предназначено для использования в металлургических цехах с тяжелыми условиями работы аппаратуры (резкое колебание температуры в пределах —50 -I—(—60°С, наличие в атмосфере дыма и пара, сильная вибра­ ция). Кроме того, предъявляются высокие требования к быстро­ действию фотореле и его способности реагировать на появление тел, нагретых лишь до температуры 400е С, т. е. испускающих инфракрасные лучи.

Хорошая работа фотореле в этих условиях достигается при­ менением фотосопротпвлений ФС-А1 с модуляцией светового потока. Характерно, что применившиеся' ранее фотореле с газо­ наполненными фотоэлементами и с фотосопротивлениями, но без модуляции светового потока работали менее надежно.

В качестве модулятора светового потока в фотореле ФРС-12 применен электромагнитный вибратор с заслонкой, расположен­ ной перед фотосопротивлением.1 Вибратор возбуждается пере­ менным напряжением от обмотки накала ламп силового транс­ форматора и колеблется синхронно с изменениями напряжения сети. В результате периодических изменений освещенности ФС его сопро­ тивление, а следовательно, и падение напряжения па нем изме­ няются также синхронно с напряжением сети.

Переменная составляющая напряжения подается через кон­ денсатор Ci (0,01 мкф) на сетку левого триода электронной лампы JIi (6Н9С), который усиливает переменное напряжение. Медленно изменяющиеся падения напряжения на ФС, вызываемые изме­ нениями окружающей температуры и питающего напряжения, на сетку Лi пройти не могут, а потому на работу фотореле не

431

ного элемента системы блокировки может быть использован фотоэлемент с внешним фотоэффектом, фотосопротивление ФС-К или ФС-Б. В газовых печах светимость пламени непостоянна и часто незначительна. В этих условиях источник излучения (печь) испускает в основном инфракрасные лучи, на которые фото­ элементы с внешним эффектом и фотосопротивления упомянутых выше типов реагируют слабо.

Наиболее подходящим фотоэлементом для блокировки газовых печей следует считать сернистосвинцовые фотосопротивления (ФС-А). Они позволяют созДатьЪростые и безотказные в работе схемы блокировки, так как усиление фототока в этом случае также не представляет трудности. Применение для этой цели вентильных фотоэлементов (сернистоталлиевых и сернистосеребряных) также возможно, но нецелесообразно вследствие трудностей усиления фототоков вентильных фотоэлементов и необходимости приме­ нения сложных многокаскадных усилителей. Последнее нежела­ тельно вследствие снижения работоспособности системы блоки­ ровки, допускающей возможность ложных сигналов о наличии пламени.

Для полной надежности системы блокировки прибор должен быть самоблокирующимся, т. е. при любой возможной его не­ исправности (выключение напряжения питания, неисправность ламп, обрывы и замыкания в схеме и в обмотках трансформаторов и т. д.) должен подаваться аварийный сигнал о погасании пла­ мени. В противном случае неисправности прибора не будут заме­ чены, что может привести к тяжелым последствиям. Самоблокирующпмися могут быть сделаны только относительно простые электронные схемы, включающие не более одной — двух ламп, или имеющие специальные устройства самопроверки.

По этой же причине следует считать непригодными применяе­ мые иногда системы блокировки, использующие в качестве дат­ чиков ордометры, термопары и другие элементы, подключаемые к электронным потенциометрам или мостам.

При практическом осуществлении системы блокировки пога­ сания пламени встречаются разные трудности, но все они в зави­ симости от конструкции блокируемого объекта в общем сводятся к следующему:

1) смотровые отверстия, через которые свет факела прохо­ дит к фотоэлементу, закрыты стеклами, как правило, покрываю­ щимися слоем пыли, копоти, а иногда брызгами жидкого топлива

иводы;

2)смотровые отверстия редко могут быть расположены так, чтобы в поле зрения находилась наиболее яркая часть пламени,

не закрываемая клубами дыма, и не была видна раскаленная обмуровка печи;

3) температура в месте расположения фотоэлемента обычно превышает нормальную и подвержена резким колебаниям;

4) светимость факела резко и незакономерно изменяется под воздействием воздуха, подаваемого в печь, что вынуждает вводить

в фотореле задержку срабатывания (3—4 сек.) во избежание лож­ ных сигналов погасания пламени.

Как видно, к фотореле, работающему в схеме блокировки погасания печей, предъявляются серьезные требования. Всеми применявшимися до сих пор системами блокировки, в том числе и с фотореле, не достигалась достаточная четкость работы в сложных случаях. Например, применявшееся на нефтеперерабатывающих заводах фотореле типа ЗФР-220, построенное с использованием газонаполненного фотоэлемента, хорошо работает только на печах с большой светимостью пламени, чувствительно к затемнению смотровых отверстий.

Недостатком системы блокировки с использованием электро­ проводности пламени (см. § 2) является необходимость в жаро­ стойкости электрода (что в ряде случаев сложно) и его достаточно высокой электрической изоляции относительно земли.

Значительный прогресс в этой части достигнут лишь в послед­ нее время в связи с использованием для блокировки печей пере­ менной составляющей светимости пламени.

Дело в том, что интенсивность светимости пламени в отличие от светимости нагретых твердых и жидких тел изменяется с боль­ шой частотой. Частота эта не постоянна и в основном уклады­ вается в диапазон 2—40 гц. На прибор, реагирующий только на переменную составляющую светимости пламени, не действуют излучения раскаленной футеровки печи, дневной свет и свет обычных электрических источников освещения (у последних переменная составляющая светимости имеет частоту 100 гц). Пре­ имуществом фотореле, использующего переменную составляющую светимости пламени, являются также отсутствие дрейфа рабочей точки, резкое ослабление воздействия окружающей температуры на работу прибора, отсутствие влияния утечек в цепи фотоэле­

В комплект установки блокировки погасания пламени входят фотоэлектрический датчик типа ФЭД с вентильным сернисто-сере­ бряным фотоэлементом типа ФЭСС-У, командный электронный прибор типа КПП-1, запорный соленоидный клапан и приборы сигнализации. Здесь будут приведены данные по электронному командпому прибору.

Принципиальная схема командного электронного прибора КПП-1 с обозначениями данных элементов п нормальных режимов важнейших цепей приведена на рис. 215. Схема построена на двух двойных триодах Л\ п Лз (6Н2П) и тетроде Лз (6П9), включенном как триод. Она состоит из трехкаскадного усилителя переменной составляющей э. д. с. вентильного фотоэлемента ФЭ (Л4 и левая

434

половина Л2 ), катодного повторителя с интегрирующим контуром (правая половина Л 2 ), диодного ограничителя напряжения ин­ тегрирующего контура Bi типа ДГ-Ц27, электронного реле на Лз, выпрямителя питания усилителя и сетки электронного реле Вг типа ВС-18 и силового трансформатора Тр.

Фотоэлемент ФЭ подключен непосредственно к сетке I каскада усилителя напряжения. Непосредственное подключение здесь целесообразно потому, что нет потерь на сопротивлении переход­ ного конденсатора, а влияние постоянной составляющей э. д. с. незначительно вследствие низкого значения ее (несколько десятков

10,0 0,15

милливольт). Сопротивление Ri является сопротивлением на­ грузки фотоэлемента; оно улучшает световые характеристики

сетку II каскада. Разделительный конденсатор имеет большую емкость (0,1 мкф) для того, чтобы обеспечить достаточный коэф­ фициент усиления на нижнем пределе рабочих частот (2—4 гц). Таким же способом осуществляется связь между последующими каскадами усилителя (разделительными конденсаторами Сг и

Сз).

IIIкаскад усилителя напряжения (левый триод Л2 ) охвачен отрицательной обратной связью при помощи конденсатора С\ (0,01 мкф), что снижает его коэффициент усиления, причем тем больше, чем выше частота сигнала. Практически это в значи­ тельной мере устраняет помехи технической частоты и ее высших гармоник.

Нагрузкой катодного повторителя (правый триод Лг) является

сетке катодного повторителя переменное напряжение отсутствует, его анодный ток незначителен и напряжение на контуре изме­ ряется единицами вольт. При подаче на сетку усиленного пере­ менного напряжения среднее значение анодного тока катодного повторителя и напряжение на интегрирующем контуре возрастают примерно пропорционально напряжению на сетке.

Напряжение интегрирующего контура подается на сетку лампы Лз, которая является электронным реле. В анод Лз, питаемый от обмотки I I силового трансформатора, включена обмотка возбуждения электромагнитного реле Р типа МКУ-48, контакты которого используются для сигнализации п блоки­ ровки. На сетку Лз также подается постоянное отрицательное напряжение смещения с делителя, состоящего из сопротивлений Re — R T. Величина этого смещения может регулироваться при помощи переменного сопротивления Re. Потенциал сетки лампы Лз определяется суммой напряжений смещения и интегрирующего контура, включенных навстречу. Напряжение смещения устана­ вливают такой величины, чтобы при отсутствии пламени, когда напряжение на интегрирующем контуре невелико, лампа Лз была заперта. Когда напряжение на Л 2 повышается и оно уравновеши­ вает напряжение па Re, лампа Лз «отпирается» и реле Р срабаты­ вает. Происходит это лишь при падении на фотоэлемент света, содержащего переменную составляющую, т. е. света пламени.

Сопротивления i?4 — Л5 и днод Bi служат для ограничения напряжения на интегрирующем контуре. Необходимость этого объясняется тем, что величина напряжения на сопротивлении Л2 влияет на выдержку отпускания электронного реле при пога­ сании пламени. Чем ярче пламя перед погасанием, тем выдержка будет больше и наоборот. Ограничивая величину напряжения на контуре, устраняют влияние пламени на это напряжение. В этом случае оно мало зависит от яркости пламени и имеет приблизи­ тельно постоянную величину.

Схема ограничения действует так. Когда напряжение на Ri выше напряжения на Ri, работа интегрирующего контура не изменится, так как ток через диод Bi справа налево пройтп не может. Но когда напряжение на Лг выше напряжения на Л4, ток начнет протекать по сопротивлению Лз и выпрямителю Bi слева направо, вследствие чего напряжение на Лги сетке лампы Лз понизится.

Прибор КПП-1 имеет преимущества, характерные для при­ боров, с использованием переменной составляющей светимости пламени, т. е. отсутствует сдвиг нулевой точки, незначительно влияет температура окружающего воздуха и изменение питаю­ щего напряжения. Он не реагирует на свет раскаленной футеровки печи и свет посторонних источников. Например, при соответ­

436

ствующей регулировке прибор не реагирует на прямой солнечный

к отпусканию реле Р и подаче аварийного сигнала. Исключение составляет лишь выпрямитель анодного питания (обмотка I транс­ форматора, выпрямитель Въ и конденсатор Се), так как при его неисправности исчезнет отрицательное смещение на триоде Лз, который будет открыт при любой величине напряжения на ин­ тегрирующем контуре. Поэтому в ответственных случаях целе­ сообразно несколько изменить схему прибора, подавая отрица­ тельное смещение от обмотки II трансформатора, питающей анод триода Лз, через специальный выпрямитель, в котором не следует ставить электролитического конденсатора.

Значительным недостатком прибора является влияние на его работу загрязнения стекол смотрового отверстия печи, так как используемый вентильный элемент реагирует главным обра­ зом на видимую часть спектра и ближайший к ней участок инфра­ красной области. Схема прибора является сложной пз-за труд­ ности усиления э. д. с. вентильного фотоэлемента.

Подобный прибор, построенный с использованием сернисто­ свинцового фотосопротивления ФС-А, конструктивно может быть проще и иметь лучшие параметры.

§ 5. Проверка и наладка электронных п фотоэлектронных реле

Начинать наладку любого электронного реле следует с выяс­ нения параметров электромагнитного реле, если оно в схеме имеется. Определяют ток срабатывания и ток отпускания реле, а также омическое сопротивление обмотки. Рабочий ток, протека­ ющий по обмотке реле, должен быть на 20—30% больше нормаль­ ной величины тока срабатывания. Такой запас необходим для достижения четкого срабатывания реле в условиях изменяющегося напряжения сети и наличия вибрации. Однако превышение тока срабатывания более чем в 1,5 раза может вызвать перегрев об­ мотки, что недопустимо при длительном нахождении реле в поло­ жении «включено». Ток, протекающий по обмотке реле в положении «выключено», должен быть на 30—40% меньше нормальной вели­ чины тока отпускания.

Включение электромагнитных реле в анодные цепи электрон­ ных ламп и тиратронов, питаемые переменным напряжением, имеет особенность, которую нужно учитывать. В этом случае в анодной цепи протекает пульсирующий ток, имеющий большую переменную составляющую. Полное сопротивление обмотки реле этому анодному току сильно зависит от шунтирования обмотки емкостью. Минимальное полное сопротивление, равное омиче­ скому сопротивлению, будет тогда, когда шунтирующий конден­ сатор с индуктивностью обмотки составит резонансный контур, настроенный на частоту переменной составляющей анодного тока (50 гц).

437

В тиратронных реле правильный выбор шунтирующего конден­ сатора имеет особенно большое значение, так как вследствие малого внутреннего сопротивления тиратрона сила анодного тока определяется сопротивлением нагрузки. Например, на рис. 184 приведена схема тиратронного реле, в котором в анодную цепь тиратрона Л з, питаемую переменным напряжением 100 в, вклю­ чена обмотка электромагнитного реле Рз (типа МКУ-48), рассчи­ танная на переменное напряжение 220 в. Без конденсатора С7 реле не срабатывает, так как ток в ее обмотке не превышает 8—

и хорошим состоянием контактов электромагнитного реле. Осо­

гивание и отскакивание, т. е. дребезжание.

В случае необходимости регулировки контактов реле пружин­ ные пластины осторожно у самых оснований подгибают. Для этого применяют специальный инструмент — пружиновыгибатель (рис. 216), который легко изготовить. Пружины после регули­ ровки должны быть совершенно прямыми и по возможности парал­ лельны друг другу.

Контакты реле чистят при помощи стальной полированной пластинки толщиной 0,5—1 мм, обработанной с обеих сторон мелкой наждачной бумагой. Пластинку смачивают бензином или спиртом и затем осторожно проводят несколько раз между зам­ кнутыми контактами реле, причем зачищенная поверхность пла­ стинки действует, как насечка напильника. После зачистки кон­ тактов их следует промыть при помощи тонкой материи, оберну­ той вокруг пластинки и смоченной в бензине или спирте.

Вторым этапом в наладке электронного реле обычно является проверка электрических режимов чувствительного элемента — электронной лампы или тиратрона. На рис. 217 приведена схема простого электронного реле, на которой показано обычное вклю­ чение измерительных приборов при проверке режима электрон­ ной лампы Л.

Прежде всего измеряют величину постоянной составляющей анодного тока, пользуясь миллиамперметром постоянного тока (тА), при различных величинах внешнего сопротивления 7?вн. В зависимости от результатов измерения анодного тока произво­ дят последующие измерения.

Например, если величина анодного тока оказалась значитель­ но заниженной и не достигает нормальной величины прн разрыве

438

внешней цени (Явн = а:) п даже при непосредственном соединении сетки лампы с катодом, то измеряют анодное напряжение, напря­ жение источника анодного питания, напряжение накала (соответ­ ственно вольтметрами Vi, V 2 , 1>'з) п проверяют исправность лампы (при необходимости заменяют).

Еслп же анодный ток имеет величину, характерную для от­ крытой лампы, п остается примерно на этом значении при любой величине i?BH (реле Р все время притянуто), то измеряют (вольт­ метром Vt) величину напряжения, питающего цепь сетки, и про­ веряют его фазу. Фазу проверяют переключением одного зажима вольтметра V2 , как это показано на схеме пунктиром. При пра­ вильной фазе суммарное напряжение на двух обмотках должно быть больше напряжения па одной анодной обмотке.

Рпс. 217. Схема включения измерительных приборов при проверке простого электронного реле.

Измерять напряжение непосредственно па сетке лампы обычно сложно из-за высокого сопротивления цепи. Иногда существенное значение имеет величина тока, протекающего по внешней цепи; его измеряют при помощи микроамперметра переменного тока (р,Л).

Следующим этапом проверки электронного реле является про­ верка элементов сеточной цепи лампы или тиратрона, включая внешнюю цепь прибора — цепь датчика (контактную систему, термосопротивление, фотоэлемент и т. д.). В этом случае измеряют величины сопротивлений отдельных участков цепи при помощи омметра или мегомметра.

В ряде случаев при питании сеточных цепей переменным на­ пряжением, несмотря на нормальные режимы всех цепей лампы (тиратрона) и нормальные величины элементов сеточной цепи, прибор вовсе не работает или работает нечетко. Это обычно является следствием влияния емкости проводов датчика или наво­ док на сеточную цепь. Причину легко установить, отключив линию датчика (включив датчик непосредственно на вход реле) и надежно экранируя провода сеточной цепи реле.

Если при питании сеточной цепи электронного реле переменным напряжением не удается добиться устойчивой работы (например,

439

из-за слишком большой длины линии датчика), то следует пере­ ходить на питание сетки выпрямленным напряжением.

При проверке и наладке фотореле необходимо специально проверить фотоэлемент и оптическую систему (если она имеется). Способ проверки фотоэлемента зависит от его вида. Фотосопро­ тивление проверяют измерением величины сопротивления при различных освещенностях. Измерять сопротивление удобнее при помощи стрелочных приборов, например омметров. Вентильные фо­ тоэлементы проверяют при помощи миллиамперметра или милли­ вольтметра постоянного тока. Фотоэлементы с внешним фотоэффек­ том проверяют измерением фототока при помощи микроампер­ метра или гальванометра. Однако при отсутствии этих приборов можно ограничиться измерением аподного тока электронной лампы, на сетку которой включен*фотоэлемент.

Оптическую систему удобнее предварительно регулировать без фотоэлемента, вставив вместо него в виде экрана листок белой бумаги.

Если в фотореле датчиком является фотосопротивление, всю предварительную наладку оптической части с ФС удобнее вести с прибором, фиксирующим изменение сопротивления ФС (оммет­ ром). При этом следут иметь в виду, что для безотказной работы фотореле необходимо, чтобы разница в величине сопротивления освещенного и неосвещенного ФС (в эксплуатационных условиях) была не менее чем в 8—10 раз. При меньшей степени изменения сопротивления ФС схема хотя и будет работать, однако не исклю­ чено влияние изменений напряжения сети, окружающей темпера­ туры, степени загрязнения оптической системы и других случай­ ный явлений.

При проверке электронных реле и обнаружении неисправ­ ностей целесообразно придерживаться следующей последова­ тельности.

1. Включить миллиамперметр постоянного тока в анодную цепь лампы (тиратрона) и заметить: предельные значения анод­ ного тока при нормальной работе датчика; значения анодного тока при искусственно созданных сеточных режимах, соответствующих предельным положениям датчика (например, замыканием упра­ вляющей сетки на катод, подавая на нее запирающее напря­ жение).

2. Если анодный ток изменяется в нормальных пределах,

аэлектромагнитное реле не срабатывает, проверить реле.

3.Если результаты измерения анодного тока дают повод сомневаться в правильности электрических режимов или исправ­ ности лампы (тиратрона), необходимо проверить их.

4.Если при искусственно созданных сеточных режимах анод­ ный ток изменяется в нормальных пределах, а при работе дат­ чика этого не происходит, причина в неисправности сеточной

440