ЭЛЕКТРОННЫЕ РЕЛЕ УРОВНЯ И ДАВЛЕНИЯ

А. Смоляк, Радио №11/1965, ст.24

Электронное реле давления

Электронное реле давления на транзисторах предназначено для того, чтобы сигнализировать об отклонении давления жидкости и газа от заданной величины в диа­пазоне 0,2—6,0 кг/см². Допустимая погрешность срабатывания при ско­рости изменения давления, не пре­вышающей 10 кг/см² в минуту, составляет 1,5%. Допустимая тем­пературя контролируемой среды — не выше 150°С. Разность между дав­лениями, при которых реле сраба­тывает и возвращается в исходное состояние, то есть дифференциал реле,—0,1 кг/см²,

Принципиальная схема электрон­ного реле давления приведена на рис. 1. Прибор состоит из датчика давления, являющегося емкостным дифференциальным конденсатором С₅—С₆; двухкаскадного усилителя на транзисторах Т1 и Т₂, собранного по схеме с непосредственной связью между каскадами; каскада на тран­зисторе Т₃, работающего в режиме ключа, и оконечного каскада на транзисторе Т₄, в коллекторную цепь которого включена обмотка реле P1.

Между входом и выходом уси­лителя включен мост, плечами ко­торого служат конденсаторы С₅ и С₆ датчика давления и участки 3—4 и 4—5 обмотки II трансфор­матора Tp₁ имеющие равное число витков. К одной диагонали моста приложено выходное напряжение усилителя, снимаемое с концов об­мотки II трансформатора Тр1; в другую диагональ моста включено сопротивление R₂, с которого на­пряжение обратной связи подается на вход усилителя (база — эмиттер транзистора T1). Если емкости плеч моста С₅ и С₆ равны между собой, то ток через сопротивление R₂ не течет, и падение напряжения на сопротивлении R₂ равно нулю

Если сила F₁, зависящая от дав­ления Р контролируемой среды на поверхность мембраны (дифферен­циального конденсатора), меньше си­лы сжатия F₂ пружины, то емкость конденсатора С₅ будет меньше ем­кости С₆, и результирующее напря­жение обратной связи, выделяющее­ся на сопротивлении R₂, по фазе совпадает с входным. Возникает положительная обратная связь, и начинается автоколебательный про­цесс. Частота генерируемых коле­баний определяется параметрами контура в коллекторной цепи тран­зистора Т₂.

Часть напряжения с обмотки III трансформатора Тр₁ поступает в цепь база — эмиттер транзистора Т₃. Этот каскад усиливает колебания и выпрямляет. Транзистор Т₃ пере­ходит в режим насыщения. Его коллектор приобретает практически нулевой потенциал, так как величина сопротивления R₇ очень мала. Тран­зистор T₄ закрывается, и обмотка реле P1 обесточивается.

Если же сила F₁ превысит силу F₂, то емкость конденсатора С₅ будет больше емкости конденсатора С_б. Возникает отрицательная обратная связь, и произойдет срыв генерации. Транзистор Т₃ закрывается (потен­циал его коллектора достигает при­близительно — 10 V), а транзистор T₄ открывается.

Реле Р1 обмотка которого явля­ется нагрузкой оконечного каскада, срабатывает, и его контакты ком­мутируют соответствующие цепи си­стемы автоматики и сигнализации.

Если выводы 3 и 5 обмотки II поменять местами, то реле давления станет сигнализатором падения, а не роста давления.

Изменяя величину сопротивления R₇, можно регулировать глубину отрицательной обратной связи, а следовательно, и дифференциал реле.

Конструкция и детали. Датчик реле давления (рис. 2) представляет собой упругую систему, состоящую из гофрированной мембраны 1, под­вижной системы пластин 2, спи­ральной пружины сжатия 3.

Вещество, давление которого кон­тролируется, поступает в мембран­ную камеру 4. При этом мембрана прогибается, что вызывает переме­щение влево или вправо системы пластин 2 относительно неподвиж­ных боковых пластин 5 и 6, впрес­сованных в гетинаксовую шайбу 7.

Емкость С₅ между пластинами 5 и 2 и емкость С₆ между пластинами 6 и 2 изменяются. Конструкция конденсатора датчика выполнена так, что при увеличении емкости С₅ (давление повышается) емкость С₆ уменьшается и, наоборот, при умень­шении емкости С₅ (давление умень­шается) емкость С₆ увеличивается.

Максимальная емкость конденсатора С₅ или С₆ определяется толщи­ной слюдяных прокладок 8 и 9, минимальная — расстоянием между пластинами 2 подвижной системы. Контргайка 10 служит для фиксации этого расстояния.

С контролируемой средой датчик связан с помощью медной трубки диаметром 6 мм и длиной не более 2 м, поэтому прибор может кон­тролировать давление только тех веществ, которые не вступают во взаимодействие с медью.

Порог срабатывания (заданное дав­ление) можно регулировать, изменяя силу сжатия пружины.

Конденсаторы С₄, С₂ и С₈ — типа ЭМ, С₃ и С₇— типа БМ-2, а С₄— типа МБМ. Сопротивление R₇ — типа БЛП-0,1, остальные — типа МЛТ.

Обмотки трансформатора Tp₁ на­мотаны проводом ПЭЛШО-0,08 на ферритовом кольце НЦ-2000. Внеш­ний диаметр кольца 14 мм, внут­ренний 6 мм, высота 6 мм. Обмотка I содержит 50 витков, обмотка II— 160 витков с отводом от середины и обмотка III—25 витков.

В качестве реле Р₁ применено электромагнитное реле РЭС-10 с сопротивлением обмотки 630 ом и током срабатывания 22 ма. С око­нечным каскадом и блоком питания реле соединяется с помощью трех­контактного разъема и трехжиль­ного кабеля

Внешний диаметр пластин диффе­ренциального конденсатора 25 мм, толщина слюдяной прокладки 0,1 мм. Максимальное расстояние между пла­стинами 2—5 или 2—6 регулируется от 0,9 до 1,1 мм. Расстояние между неподвижными пластинами 5 и 6 составляет 3,5 мм. Габариты блока электронного реле давления 125Х 85X63 мм.

Электронное реле уровня

Электронное реле уровня предна­значено для контроля уровня раз­личных жидкостей, диэлектрическая постоянная е₂ которых лежит в пределах от 2,0 до 3,5 (например, масла, дизельного топлива, бензи­на, керосина, скипидара и т. п.) в резервуарах открытого или за­крытого типа при давлении до 20 кг!см². Допустимая погрешность срабатывания — не более ±5 мм от­носительно оси датчика.

В качестве датчика уровня при­менен цилиндрический конденсатор (рис. 3), обкладками которого слу­жат две коаксиально расположенные никелированные трубки, изоли­рованные друг от друга гетинак- совой шайбой.

В основу работы реле положено явление резкого увеличения емкости между трубками датчика в e₂/е3 раз при заполнении их жидкостью через продольную прорезь во внеш­ней трубке (е₂ и е₃— соответственно диэлектрические постоянные конт­ролируемой жидкости и воздуха).

Датчик электронного реле уровня крепится с помощью накидной гайки так, чтобы его ось была параллельна уровню контролируемой жидкости, а прорезь на внешней трубке была обращена вниз. Внешняя трубка датчика соединена с корпусом резервуара, а внутренняя — с электрон­ным блоком при помощи коакси­ального кабеля. Плечи моста электронного реле уровня (рис. 3) состоят из емко­сти датчика С_дат, соединенной по­следовательно с разделительной емкостью С₅, подстроечного конден­сатора С₉, включенного параллельно конденсатору С₆, и участков 3—4 и 4—5 обмотки II трансформатора Тр₁. Суммарная емкость С₆+С₉ вы­бирается средней между максималь­ной и минимальной емкостями дат­чика, то есть в диапазоне

Поэтому возникает отрицательная обратная связь и происходит срыв генерации. Транзистор Т₃ закрыва­ется, его коллектор достигает отри­цательного потенциала 10 в, а тран­зистор Т₄ открывается. Реле Р₁ срабатывает, сигнализируя о пре­вышении уровня по сравнению с номинальным

Монтаж и размещение элементов обоих реле совершенно аналогичны. Конденсатор С₆ типа КТ-2, С₅—КМ, C₉ — КПК. Оконечные каскады обоих реле смонтированы отдельно на печатной плате из фольгирован­ного гетинакса и питаются постоян­ным напряжением 24 ±6 в. Оба электронных реле питаются стаби­лизированным постоянным напряже­нием 10±0,5 в.

Диаметр внешней трубки цилинд­рического конденсатора датчика уров­ня 26 мм, диаметр внутренней трубки 16 мм, длина трубок 120 мм, толщина 1 мм. Емкость датчика в воздухе составляет С_{дат мин} 45 пф