СТРУЙНОЕ РЕЛЕ ВРЕМЕНИ

Полезная модель относится к техническим средствам автоматизации и может быть использована в пневматических системах автоматического управления.
Устройства измерения интервалов времени (реле времени), использующие в качестве энергоносителя сжатый воздух, применяются во многих автоматических системах.
Известны реле времени, выполненные на струйной элементной базе (см., например, Струйные логические элементы и устройства автоматического управления технологическим оборудованием. Отраслевой каталог. Под ред. Э.И. Чаплыгина, М.: ВНИИТЭМР, 1989, стр. 42). Струйные реле времени включают в себя генератор, а также сдвигающий регистр или многоразрядный двоичный счетчик.
Недостатком струйных реле времени является их сложность и большая элементоемкость и, следовательно, большое энергопотребление. Причем увеличение диапазона регулирования времени задержки влечет за собой как увеличение числа струйных элементов, так и энергозатрат.
Известно реле времени, включающее в себя входной канал, настроечный дроссель и емкость, разделенную на верхнюю часть, в которой расположена рабочая мембрана, и нижнюю часть, в которой расположена вспомогательная мембрана, стенкой с отверстием (см. Элементы и устройства пневмоавтоматики низкого давления. Каталог-справочник. Научный редактор В.А. Епихин, М.: НИИМАШ, 1973, стр. 47). Для данного реле помимо входного сигнала необходим источник давления, обеспечивающий питание струйного выключателя. При работе этого реле, после истечения заданной выдержки времени, на его выходе происходит смена сигнала единичного уровня на сигнал нулевого уровня, причем величина единичного сигнала определяется величиной давления питания струйного выключателя и не зависит от величины давления входного сигнала.
Известны реле времени, построенные на базе мембранных элементов. Такие реле времени, помимо мембранного элемента, включают в себя емкость (камеру) постоянного объема и настроечное пневмосопротивление (см., например, И.А. Ибрагимов, Н.Г. Фарзане, Л.В. Илясов. Элементы и системы пневмоавтоматики. М.: Высшая школа, 1984, с. 474). При работе реле данного типа помимо входного сигнала необходим источник давления, создающий подпор в одной из камер мембранного элемента. Величина давления подпора выбирается с учетом величины давления входного сигнала (давление подпора должно быть меньше давления входного сигнала). Изменение величины давления входного сигнала влечет за собой необходимость корректировки величины давления подпора.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по совокупности признаков является реле времени, содержащее входной канал, настроечный дроссель и емкость, разделенную стенкой с отверстием на верхнюю часть, в которой расположена рабочая мембрана и нижнюю часть, в которой расположена вспомогательная мембрана, струйный дискретный моностабильный элемент с сообщающимися через постоянный дроссель каналами питания и управления, а канал управления связан с соплом, расположенном перпендикулярно рабочей мембране, причем зазор между свободным срезом сопла и рабочей мембраной может регулироваться (Патент №2326421, кл. G04F 5/12, «Струйное реле времени», опубликовано 10.06.08, бюл. №16).
Данное реле времени обладает некоторыми недостатками. Во-первых, величина давления входного сигнала не может быть меньше минимальной величины давления питания струйного элемента, что во многих случаях делает невозможным применение этого реле времени. Во-вторых, после подачи входного сигнала, часть сжатого воздуха через струйный элемент и сопло попадает в камеру, расположенную над рабочей мембраной. В результате в этой камере создается избыточное давление, которое препятствует свободному перемещению рабочей мембраны. Так как величина этого давления может принимать различные значения в зависимости от величины входного сигнала, это снижает точность измерения.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является расширение области применения и повышение точности работы.
Указанный технический результат достигается тем, что в струйном реле времени, содержащее входной канал, настроечный дроссель и емкость, разделенную стенкой с отверстием на верхнюю часть, в которой расположена рабочая мембрана и нижнюю часть, в которой расположена вспомогательная мембрана, струйный дискретный моностабильный элемент с сообщающимися через постоянный дроссель каналами питания и управления, канал управления связан с соплом, расположенным перпендикулярно рабочей мембране, причем срез сопла сообщается с камерой, расположенной над рабочей мембраной, в этой камере выполнено отверстие, связывающее ее с атмосферой, а канал питания струйного дискретного моностабильного элемента связан с источником давления, величина которого не меньше минимально допустимой величины давления питания струйного дискретного моностабильного элемента.
Отверстие, выполненное в камере, расположенной над рабочей мембраной, исключает возможность возникновения в этой камере избыточного давления. Это увеличивает точность отсчета времени. Соединение канала питания струйного элемента с источником давления, величина которого не меньше минимально допустимой величины давления питания струйного элемента, позволяет использовать реле времени при минимальной величине входного сигнала. Это расширяет область применение данного реле времени.
На фигуре изображено струйное реле времени.
пит
Реле содержит емкость 1, которая включает в себя рабочую камеру 2, ограниченную рабочей мембраной 3 и стенкой 4 с отверстием 5, камеру сброса 6, ограниченную стенкой 4 и вспомогательной мембраной 7, вспомогательную камеру 8, расположенную под вспомогательной мембраной 7 и основную камеру 9, расположенную над рабочей мембраной 3. Камера сброса 6 через отверстие 10 сообщается с атмосферой. Основная камера 9 через отверстие 11 также сообщается с атмосферой. Струйный дискретный моностабильный элемент 12 имеет канал управления 13 и канал питания 14, которые сообщаются между собой через постоянный дроссель 15. Канал питания 14 подключен к источнику давления, величина которого не меньше минимальной величины давления питания струйного элемента. Прямой выход 16 элемента 12 является выходом реле времени, а инверсный выход 17 элемента 12 сообщается с атмосферой. В качестве струйного дискретного моностабильного элемента может использоваться, например, элемент типа СТ45 серии «ВОЛГА», минимальная величина давления питания р которого составляет 2,5 кПа (см. Струйные логические элементы и устройства автоматического управления технологическим оборудованием. Отраслевой каталог. Под ред. Э.И. Чаплыгина, М.: ВНИИТЭМР, 1989, стр. 11). Входом реле времени является входной канал 18, который связан с вспомогательной камерой 8 емкости 1 и, через настроечный дроссель 19, с рабочей камерой 2 емкости 1. Канал управления 13 элемента 12 связан с соплом 20, расположенным перпендикулярно рабочей мембране 3, причем срез сопла 20 находится в основной камере.
Струйное реле времени работает следующим образом.
пит
При подаче питающего воздуха р в канал питания 14 струйного дискретного моностабильного элемента 12 часть воздуха по инверсному выходу 17 сбрасывается в атмосферу, другая часть через постоянный дроссель 15 поступает в сопло 20 и свободно истекает из него в основную камеру 9. Так как основная камера 9 через отверстие 11 сообщается с атмосферой, в ней не возникает избыточного давления.
вх
После поступления пневматического сигнала р во входной канал 18, вспомогательная камера 8 емкости 1 заполняется сжатым воздухом. Вспомогательная мембрана 7 закрывает отверстие 5 в стенке 4, прекращая сообщение рабочей камеры 2 с атмосферой. Давление в рабочей камере 2 начинает возрастать.
вых
вх
вых
По мере возрастания давления в рабочей камере 2 рабочая мембрана 3 приближается к нижнему срезу сопла 20, увеличивая сопротивление истечению воздуха из него, что приводит к увеличению давления в канале управления 13. После того, как величина этого давления станет равной величине давления срабатывания струйного дискретного моностабильного элемента 12, произойдет дискретное переключение этого элемента. На прямой выход 16 установится сигнал единичного уровня, то есть появится избыточное давление p. Величина интервала времени между поступлением сигнала р на вход реле и появлением сигнала р на выходе реле определяется сопротивлением настроечного дросселя 19 и первоначальным положением сопла 20, то есть зазором между срезом сопла и рабочей мембраной 3.
вх
вых
После прекращения подачи сигнала р вспомогательная мембрана 7 возвращается в исходное положение. Через отверстие 5, камеру сброса 6 и отверстие 10 начнется опорожнение рабочей камеры 2, что приведет к возвращению в исходное положение рабочей мембраны 3. В канале управления 13 величина давления уменьшается, и струйный дискретный моностабильный элемент 12 переключается в исходное состояние. На выходе 16 установится сигнал нулевого уровня, то есть избыточное давление р становится равным нулю.
Струйное реле времени обладает высокой точностью за счет того, что перемещение рабочей мембраны при заполнении рабочей камеры происходит без воздействия на нее избыточного давления со стороны основной камеры.
Широкая область применения данного реле времени обусловлено тем, что оно работоспособно практически при любой величине входного сигнала.