柴油機氣缸冷卻水溫度控制系統(tǒng)

1、柴油機氣缸冷卻水溫度控制系第四章柴油機冷卻水溫度控制系統(tǒng)概述III柴油機裝置中的冷卻循環(huán)，是指在系統(tǒng)中的 介質(zhì)從柴油機或裝置中吸收了熱量而提高溫度 后，再經(jīng)冷卻器放出熱量使溫度降低，然后回到 柴油機或裝置中去。在中、小型柴油機裝置中， 只有缸套冷卻水和滑油系統(tǒng)的溫度需要調(diào)節(jié)。而 大功率柴油機裝置管路系統(tǒng)復(fù)雜，需要進行溫度 控制的參數(shù)，除缸套冷卻水和滑油系統(tǒng)外，尚有 活塞冷卻系統(tǒng)，增壓空氣冷卻器的冷卻水系統(tǒng)、 噴油嘴冷卻系統(tǒng)，以及冷卻淡水及滑油的舷外水 冷卻系統(tǒng)等。柴油機運行時，氣缸套和缸蓋必須用淡水來 冷卻?？偸窍Ｍ牙鋮s水溫度維持在設(shè)備說明書 所規(guī)定的數(shù)值上，這對柴油機安全、可靠和經(jīng)濟 地運

2、行十分重要。如果冷卻水出口溫度過高，則 缸套內(nèi)溫度就高，油膜容易蒸發(fā)，加劇缸套的磨 損；使缸套和缸體所形成的冷卻水腔接合處的橡 膠密封圈損壞；還會使燃燒時的過量空氣系數(shù)減少，略微降低指示功率和效率。如果冷卻水出口 溫度過低，又會使散熱損失增加；特別是缸套內(nèi) 外溫差太大，會導(dǎo)致熱應(yīng)力增大，時間一長容易 出現(xiàn)裂紋；當(dāng)使用含硫的燃油時，由于缸壁溫度 較低，燃氣中的二氧化硫、三氧化硫可能會形成 亞硫酸、硫酸，使缸套等受到腐蝕。三r=i冷卻水溫度的控制方法通常是釆用三通調(diào) 節(jié)閥把氣缸冷卻淡水分成兩部分：一部分通過淡 水冷卻器，用海水冷卻淡水使其溫度降低；另一 部分不通過淡水冷卻器，與經(jīng)過冷卻的淡水混 合

3、，然后進入柴油機氣缸的冷卻空間。若冷卻水 溫度高于給定值，則開大主閥，增加通過淡水冷 卻器的淡水量；關(guān)小旁通閥，減少不經(jīng)冷卻器旁 通的水量，使冷卻水溫度降回到給定值。若冷卻 水溫度低于給定值，則關(guān)小主閥，開大旁通閥， 減少經(jīng)冷卻器的水量，使冷卻水溫度回升到給定 值?？刂七@兩部分水量比例大小的部件是三通調(diào) 節(jié)閥，也是該控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)。in冷卻水溫度自動控制系統(tǒng)根據(jù)測溫元件的 位置不同有兩種控制方案：一種方案是把測溫元件裝在柴油機冷卻水 進口管路上，測溫元件的輸出信號與冷卻水進口IllIIIIII溫度成比例地變化。測溫元件的輸出信號送入調(diào) 節(jié)器，調(diào)節(jié)器把冷卻水溫度的給定值和測量值相 比較得到偏

4、差值，然后按照某種作用規(guī)律輸出控 制信號到執(zhí)行機構(gòu)，從而改變?nèi)ㄕ{(diào)節(jié)閥的開 度，把冷卻水的進口溫度控制在給定值或給定值 附近。但冷卻水的出口溫度會隨柴油機的負荷而 變化。在超負荷運行的情況下，會產(chǎn)生冷卻水出 口溫度過高的現(xiàn)象。另一種方案是把測溫元件裝在柴油機冷卻 水出口管路上，這時可把冷卻水出口溫度控制在 給定值或給定值附近。但是，進口溫度會隨柴油 機負荷而變化，特別是當(dāng)柴油機負荷突然增大 時，冷卻水的進口溫度會明顯降低。第一節(jié)直接作用式冷卻水溫度控制系統(tǒng)直接作用式溫度調(diào)節(jié)器的類型很多，結(jié)構(gòu)各 不相同，但它們的基本工作原理是一樣的。它們 都不需外加能源，而是根據(jù)測溫元件內(nèi)所充注的 工作介質(zhì)的壓

5、力或體積隨溫度成比例變化的原 理而工作的。這一壓力或體積的變化直接動作三 通調(diào)節(jié)閥，改變經(jīng)冷卻器的淡水流量和旁通的淡 水流量，從而控制冷卻水的溫度。Ill直接作用式控制系統(tǒng)把測量單元、調(diào)節(jié)器和 執(zhí)行機構(gòu)都組裝在一起，成為不可分割的整體。 直接作用式溫度調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)簡單，只能實現(xiàn)比例 控制，PB不能調(diào)整，最大動態(tài)偏差emax、靜態(tài) 偏差£較大，控制精度很低，誤差較大。圖4-1所示的是通常用在柴油發(fā)電機組冷卻水溫度自動控制系統(tǒng)中的WDT-52型淡水溫度 調(diào)節(jié)器原理圖。從柴油機出來的高溫冷卻水進入 調(diào)節(jié)閥，由此分成兩路：一路進冷卻器，另一路 經(jīng)旁通流道重新與冷卻器出來的水混合，然后回 到柴油

6、機冷卻水循環(huán)泵入口，如此完成循環(huán)。當(dāng) 出水溫度增高時，調(diào)節(jié)閥自動增加通過冷卻器的 水量；當(dāng)出水溫度降低時，又自動減少通過冷卻 器的水量，這樣就可以維持較恒定的水溫。此調(diào) 節(jié)閥的作用就是自動按水溫來改變通過冷卻器 的水量和旁通水量的比例。在調(diào)節(jié)閥中有一個密封的波紋管盒4,其中充入某種低沸點的液體（如乙醵、丙酮等），但 并不充滿。波紋管盒內(nèi)的空氣已排除，盒中只有 液體的蒸汽。液體的飽和壓力與其溫度的關(guān)系是 由液體本身性質(zhì)所決定的。由柴油機出來的高溫冷卻水包圍著充有低沸點液體的波紋管，使其內(nèi)部液體達到與冷卻水同樣的溫度。液面上的蒸汽壓力為液體在此溫度 下的飽和壓力。冷卻水溫度愈高，飽和壓力愈高。波紋

7、管是可伸縮的彈性元件，管內(nèi)的蒸汽壓力能 克服波紋管的彈力而使波紋管伸長。水溫愈高， 蒸汽壓力愈高，波紋管伸得愈長。波紋管底下的 閥桿帶動兩個閥盤1和3。下閥盤3控制旁通流 道的閥口，上閥盤1控制通向冷卻器流道的開 度，因此水溫愈高，旁通水量愈小，通向冷卻器 水量愈大。調(diào)節(jié)閥就按這個原理自動改變冷卻水 量的分配比例，以實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)溫度的目的。這種溫度調(diào)節(jié)閥設(shè)計成波紋管內(nèi)的壓力比 大氣壓力低，故使波紋管一直處于壓縮狀態(tài)。當(dāng) 波紋管因故障而泄漏時，波紋管立即自動伸長， 使主閥全開，旁通閥全關(guān)。這時淡水全部進入冷 卻器，保證冷卻水岀口溫度不致過高。還可以用 手轉(zhuǎn)動螺釘5頂動閥桿2來調(diào)整主閥與旁通閥的

8、開度，從而實現(xiàn)溫度的手動控制。二 WALTON圖4-2所示的是WALTON型恒溫閥的結(jié)構(gòu)原理圖。WALTON型恒溫閥又稱石蠟式調(diào)節(jié) 閥。它由閥體、傳動機構(gòu)、滑板和感溫盒組成。IIIInto1=1III1=)III感溫盒內(nèi)充有石蠟混合液作為感溫介質(zhì)。它按力平衡原理工作，利用石蠟混合液的 體積隨溫度變化而成比例地變化的性質(zhì)，用體積 膨脹產(chǎn)生的作用力來推動執(zhí)行機構(gòu)，改變滑板的 位置來控制冷卻水的溫度。IIIII!若冷卻水溫度升高，石蠟混合液體積增 大，感溫盒（測量單元）1內(nèi)的活塞（比較單元） 2下移，再經(jīng)活塞桿、連桿8以及連桿與滑板5 的較接點10,使滑板5繞軸7逆時針轉(zhuǎn)動一個 角度，減少旁通水量，

9、增加經(jīng)冷卻器的水量，從 而使冷卻水溫度下降，逐漸向給定值恢復(fù)，隨著 感溫盒內(nèi)活塞的下移，彈簧（反饋環(huán)節(jié)）3被壓 縮，當(dāng)感溫盒內(nèi)石蠟混合液因體積膨脹所產(chǎn)生的 向下作用力與彈簧3向上的張力相平衡時，滑板 5停止轉(zhuǎn)動，旁通管口和經(jīng)冷卻器管口的開度不 再改變。冷卻水溫度又重新穩(wěn)定在比給定值略高 的值上。當(dāng)冷卻水溫度降低時，恒溫閥的動作方 向正好與上述的情況相反。hi該調(diào)節(jié)閥溫度給定值的調(diào)整，通過調(diào)整滑板 5的初始位置來實現(xiàn)的。在實物中，感溫盒1、 拖動板9和軸7是緊固在一起的，軸4伸出前端 蓋并裝一個指針，該指針指示冷卻水溫度的給定to值，轉(zhuǎn)動指針可取變滑板5的初始位置，即可改 變給定值。對恒溫閥進行

10、手動控制時，也是通過 轉(zhuǎn)動軸7改變滑板位置來實現(xiàn)的。恒溫閥在運行管理中應(yīng)注意以幾點：(1) 安裝時，注意管道對中，上緊連接法蘭螺 栓時，用力要均勻，以避免閥體產(chǎn)生變形，造成 滑板5卡阻，使閥動作失靈，導(dǎo)致水溫隨負荷有 較大的變化。(2) 運行時，每隔3000h要對閥的內(nèi)部進行 一次檢查與清洗，防止污物卡住滑板。拆裝時， 一定要將前端蓋和整個內(nèi)部部件結(jié)構(gòu)一起拉出 夾。尤其不得將和傳動機構(gòu)拆開。裝復(fù)時，上緊 前端蓋螺釘后，要通過手操指針來回轉(zhuǎn)動幾次(注意：轉(zhuǎn)動指針時不準(zhǔn)超過限位銷)。若無異 ?，F(xiàn)象，再將軸4放置于正常運轉(zhuǎn)位置上。IIIIIIIII(3) 運行過程中,若發(fā)現(xiàn)冷卻水溫度不可控地 升高時

11、，首先要檢查恒溫閥，看是否因它出現(xiàn)故 障所致。檢查方法是，手動將通往冷卻器的管口 全打開，旁通閥通道全關(guān)閉。過數(shù)分鐘后，如果 冷卻水溫度下降，則說明是恒溫閥有故障，較大 的可能性是感溫盒內(nèi)的石蠟混合液漏泄。若冷卻 水溫度仍不下降，則說明不是恒溫閥的問題，應(yīng)另找原因。運行中，彈簧3斷裂，導(dǎo)致冷卻水的 溫度不可控地降低。膨脹水柜|冷卻器岡WAT TAKT 枯1-感溫盒；2-活塞與活塞稈;第二節(jié)氣動式冷卻水溫度控制系統(tǒng)對大型低速柴油機冷卻水系統(tǒng)，由于閥門尺 寸很大，上述充有低沸點液體波紋管所產(chǎn)生的力 不足以推動大閥門，這時必須采用間接式調(diào)節(jié) 器。下面介紹一種船用基地式調(diào)節(jié)器，它把變送、調(diào)節(jié)、顯示等部

12、分都組裝在一個儀表殼體內(nèi)，構(gòu) 成一臺完整的控制儀表。圖4-2-1為柴油機冷卻 水溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖，即TQWQ型氣動溫度 三通調(diào)節(jié)閥。此系統(tǒng)主要由調(diào)節(jié)器和三通轉(zhuǎn)閥兩 部分組成。此調(diào)節(jié)器是以壓縮空氣為能源，氣源 壓力為0.14MPo采用力矩平衡原理工作的反作用式比例調(diào)節(jié)器。151TCU7C 刑后 141 沁1-溫包；2-毛細管；3-測量波紋管；4-主杠1、控制系統(tǒng)的組成及工作原理測量單元是溫包1,它是由不銹鋼材料制成, 里面充注膨脹系數(shù)較大沸點較低的易揮發(fā)性的 液體。利用溫度內(nèi)介質(zhì)飽和壓力隨溫度而變化的 性質(zhì)，來反映冷卻水溫度的實際值。溫包內(nèi)壓力 的變化經(jīng)軟的毛細管接入測量波紋管3。比例調(diào)節(jié)器是

13、由角尺形主杠桿4,及作用于 主杠桿4上的測量波紋管3、反饋波紋管5、定 值彈簧6、噴嘴8、檔板9及氣動功率放大器7 等部分組成。由小氣缸10、活塞11、三通閥14 組成執(zhí)行機構(gòu)。fiv當(dāng)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時，作用于主杠桿4上 的測量力（溫包輸出的壓力信號與測量波紋管有 效面積的乘積）對支點15產(chǎn)生的測量力矩，與 作用于主杠桿4上反饋波紋管5的反饋力對支點 15產(chǎn)生的反饋力矩及定值彈簧6的張力對支點 15所產(chǎn)生的力矩相平衡。主杠桿4穩(wěn)定不動， 檔板與噴嘴之間的開度不變，氣動功率放大器7 輸出一個不變的穩(wěn)定氣壓信號，三通調(diào)節(jié)閥中的 轉(zhuǎn)閥13的位置固定不變。因噴嘴擋板是一個十 分靈敏的元件，實際上噴嘴

14、擋板間隙僅在極小的 范圍內(nèi)變動，因而定值彈簧力變化很小，所以實Ill際上可認為測量力的變化是由反饋波紋管的壓 力變化來補償。即測量力變小，反饋力增大，反 之亦然。這樣通冷卻器管口和旁通管口的開度不 變，冷卻水溫度穩(wěn)定在給定值上。當(dāng)系統(tǒng)受到擾動（如柴油機負荷突然變大）, 冷卻水出口管路的水溫會升高（溫包插在冷卻水 出口管路中），溫包1內(nèi)的介質(zhì)汽化加強，通過 毛細軟管2使測量波紋管3內(nèi)的壓力升高，主杠 桿4將繞支點15逆時針方向轉(zhuǎn)動。固定在杠桿 左端的噴嘴8將離開擋板9,其背壓降低，于是 氣動功率放大器輸出壓力信號減?。y量信號增 大，輸出信號減小的調(diào)節(jié)器叫反作用式調(diào)節(jié)器）。 小氣缸10中的活塞1

15、1在彈簧作用下向上移動， 拉動轉(zhuǎn)閥13逆時針方向轉(zhuǎn)動，開大通冷卻器的 管口，關(guān)小旁通管口，即經(jīng)冷卻器的冷卻水流量 增大，旁通水量減小，使冷卻水溫度降低，并逐 漸向給定值方向恢復(fù)。與此同時，調(diào)節(jié)器的輸出 直接送入反饋波紋管5,使其壓力降低，波紋管 收縮，將使主杠桿4繞支點15順時針方向轉(zhuǎn)動, 這就限制了擋板離開噴嘴，這一動作與測量信號 的動作方向相反，故稱為負反饋。當(dāng)放大器輸出 壓力減小到使反饋力矩與測量力矩相等（定值彈簧的彈性力矩可忽略不計）時，整個系統(tǒng)就處于 一個新的平衡狀態(tài)。9測=9反式中，F(xiàn)測、在定值控制系統(tǒng)中，把給定值定為坐標(biāo)的O 點，則P入=0就是給定值。因此P入就可看做偏 離給定值

16、的溫度值。在穩(wěn)態(tài)時，調(diào)節(jié)器的測量力 矩等于反饋力矩，則有：F反分別為測量波紋管和反饋波紋管的有效面積。11和12分別是測量波紋管和反 饋波紋管中心線到支點15的距離。TQWQ的放 大倍數(shù)©黑。2、參數(shù)調(diào)整TQWQ型氣動溫度調(diào)節(jié)器，其比例帶是可 以調(diào)整的。通過左右移動反饋波紋管5的位置， 改變負反饋強度來實現(xiàn)的。松開反饋波紋管5的 鎖緊螺母，沿主杠桿4左移反饋波紋管5,因12 增大，負反饋作用強，放大倍數(shù)K減小，比例 作用弱，即比例帶PB大。反之，右移反饋波紋管5, 12減小，K增大，比例作用強，比例帶PB 減小。通過調(diào)整定值彈簧6的預(yù)緊力來改變冷卻水溫度的給定值。如要提高溫度給定值，

17、應(yīng)增大 壓升高，經(jīng)放大器7輸出的P出增大，推動小氣 缸10中的活塞11下移，使轉(zhuǎn)閥順時針轉(zhuǎn)一個角 度，關(guān)小通冷卻器管口，開大旁通管口，使冷卻 水溫度升高。這樣，當(dāng)系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)時，冷卻水 溫度要比原來高。反之，要降低給定值，可扭松 定值彈簧預(yù)緊力。它與系統(tǒng)受到擾動，使冷卻水 溫度升高的動作過程是一樣的。系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài) 時，冷卻水的溫度要比原來的溫度值低。定值彈簧的預(yù)緊力，使擋板能靠近一點噴嘴，背S'to在操作過程中要注意，每左右移動一次反饋 波紋管，都要把它的鎖緊螺母鎖緊，然后再讓系 統(tǒng)投入工作。第三節(jié)電動式冷卻水溫度控制系統(tǒng)電動式冷卻水溫度控制系統(tǒng)的類型很多。在 控制系統(tǒng)中，有的調(diào)節(jié)器采

18、用分立元件，有的調(diào) 節(jié)器用集成運算放大器構(gòu)成。MR-II型電動冷 卻水溫度控制系統(tǒng)，是用集成運算放大器組成的基地式儀表，能實現(xiàn)比例微分控制作用。圖4-3-1示出了 MR-II型電動調(diào)節(jié)器I、開關(guān)組U、限位開關(guān)皿、過載保護繼電器IV、三相交流伺服電機M及由M帶動的三通調(diào)節(jié)閥等部分組成。1ID_ TT TFd rb 沁圖中限位開關(guān)皿、過載保護繼電器IV及三相 交流伺服電機M屬于執(zhí)行機構(gòu)，裝在冷卻水進 口管路的三通調(diào)節(jié)閥上。MR-II型電動調(diào)節(jié)器把測量、顯示、調(diào)節(jié)各部分以及相應(yīng)的繼電器和開 關(guān)元件II都組裝在一個控制箱中，并安裝在機艙 的集中控制室內(nèi)。它的測量單元是T802型熱敏電 阻，具有負的溫度

19、系數(shù)，被插在氣缸冷卻水進口 管路中，其電阻值與冷卻水溫度的變化成線性關(guān) 系。02型熱敏電阻在20°C時，電阻值為802 Q ,當(dāng)被測溫度升高時，其電阻值成比例地減小。經(jīng)分壓器分配，就把冷卻水溫度的變化，成比例 地轉(zhuǎn)換成電壓信號。這個溫度測量信號一方面送 到指示電路；另一方面與由電位器整定的代表冷 卻水溫度給定值的電壓信號相比較，得到偏差值 £。這個偏差值經(jīng)比例微分作用輸出一個連續(xù)變 化的控制信號，并送至脈沖寬度調(diào)制器。脈沖寬 度調(diào)制器把PD輸出的連續(xù)變化的控制信號調(diào)制 成脈沖信號。若冷卻水溫度的測量值高于給定值，脈沖信 號使“減少輸出繼電器”斷續(xù)通電，其觸頭SW 斷續(xù)閉合，

20、三相交流伺服電機M正向斷續(xù)轉(zhuǎn)動。 電機M經(jīng)減速傳動裝置帶動兩個互成90°的平 板閥轉(zhuǎn)動。一個閥控制旁通水量；另一個閥控制 淡水經(jīng)過冷卻器的流量。當(dāng)SW】斷續(xù)閉合時，伺 服電機M將斷續(xù)地朝逆時針方向轉(zhuǎn)動，關(guān)小旁 通閥，開大經(jīng)冷卻器的淡水閥，使冷卻水溫度降 低。若冷卻水溫度的測量值低于給定值時，脈沖寬度調(diào)制電路輸出的脈沖信號使“增加輸出繼 電器”斷續(xù)通電，其觸頭SW2斷續(xù)閉合。于是 電機M斷續(xù)朝順時針方向轉(zhuǎn)動，使冷卻水溫度 升高。這樣，可保證冷卻水溫度穩(wěn)定在給定值或 給定值附近。當(dāng)冷卻水溫度測量值等于或接近給 定值時，調(diào)節(jié)器無輸出減少”和“增加”輸 出繼電器均斷電。SWi和SW2組合開關(guān)

21、均斷開, 電機M停轉(zhuǎn)。三通調(diào)節(jié)閥的開度不變。在“減少輸出繼電器” SWi和“增加輸出繼電器” SW2的電路中分別串聯(lián)了一個限位開關(guān)m和一個過載保護繼電器IV控制的開關(guān)Sr3o若某 些故障使伺服電機m電流過大時，過載保護繼 電器動作，使開關(guān)Sc斷開。繼電器SWi和SW2 均斷電，切斷電機M的電源，保護電機不會因 過熱而燒毀。限位開關(guān)ni的作用是，當(dāng)轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)至 接近極限位置時，觸頭A斷開，切斷電機M的 電源使電機停轉(zhuǎn)，以免平板閥卡死在極限位置, 使電機M回行時動作不靈敏，或因起動電流過 大而引起過熱。在繼電器SW1和SW2的通電回 路中，分別串聯(lián)了 SW1和SW2的常閉觸頭Sn 和Sr2,其作用是互

22、相連鎖，防止兩個繼電器SWi 和SW2同時通電。MR-II型電動冷卻水溫度控制系統(tǒng)是由六塊電路板組成。如圖432所示。1.電源電路電源電路是由主電源電路MRP板和穩(wěn)壓電源電路MRS板兩部分組成。220V交流主電源由 外部接線端8和9接至MRP板。合上電源主開 關(guān)SWb 220V交流電經(jīng)保險絲F1和F2由MRP板上的接線端4和16送到MRS板上的變壓器 初級繞組，另一路經(jīng)“手動自動”選擇開關(guān)由 接線端8或15,或由11和16接至繼電器和開關(guān) 裝置板MRK,作為“增加輸出繼電器”或“減 少輸出繼電器”的工作電源。MRS板上的變壓器初級繞組輸入的是220V交流電源，兩組次級繞組均輸出21V交流電壓。

23、兩個交流電壓各自經(jīng)二級管橋式整流電路、阻容 濾波電路和穩(wěn)壓電路得到兩個上正下負的16V 直流電壓。將上面穩(wěn)壓器輸出的負極與下面穩(wěn)壓 器輸出的正極短接并接地。這樣就得到對地為+16V、0V和16V的電壓，并分別經(jīng)MRS板上的接線端1、2和3送到各印刷電路板的接線端2、6和18,作為各印刷電路板的工作電源。MRP板上的D2是發(fā)光二極管，合上電源主 開關(guān)SWi, D2亮，說明電源正常。2輸入和指示電路to輸入和指示電路如圖4-3-2 (一)中的MRB 板所示。(1)輸入電路RJIT畑輸入電路的作用是進行信號變換，將氣缸冷 卻水溫度的測量值與給定值進行比較，輸出一個 偏差值e o它是由測溫元件T802

24、型熱敏電阻、給 定值調(diào)整電位器W和運算放大器TU等元件組 成。帶有溫度補償?shù)腡802型熱敏電阻插在柴油機 冷卻水進口管路中，它的兩端經(jīng)外部接線端2和 3接在MRB板上的12和6端。假定R3»Ri、 R2、及T802型熱敏電阻的電阻值，則A點的電 位5為：U、=宀''m_xl6 = -冬xl6VRZg 沁+(&+心802T咖 16V圖4-3-2 MR-II型電動調(diào)節(jié)器丁作原理圖（一）當(dāng)冷卻水溫度升高時，由于T802電阻值減 小而使Ua降低。當(dāng)冷卻水溫度從0°C變化到 100。（3時，對應(yīng)的Ua值從3.5V變化到1.48V, Ua經(jīng)電阻R3送至運算放大器

25、TU的反相端。B點電位Ub相當(dāng)于冷卻水溫度處在給定值時所對 應(yīng)的電壓信號。它是經(jīng)R4> R5和電位器Wi分 壓得到的，并經(jīng)R6和R8分壓送至TUi的同相端。 調(diào)整電位器Wi可調(diào)整Ub的大小，即調(diào)整冷卻水 溫度的給定值。電容G和C2是濾波電容，濾 掉兩個輸入端的交流干擾信號。TU】是一個差 動輸入運算放大器，差動輸入方式可避免導(dǎo) 線上電阻壓降（屬于共模信號）引起的誤差。 其輸出信號U15電壓為：R& + Rsu 一 R®b 十 R7RQb _ R? "一&+/?/?3(&+心)一瓦=(1 +如果選取卜籌則 4=導(dǎo)5-匕）式中，（UbUa）就是冷卻

26、水溫度的偏差值。當(dāng)冷 卻水溫度高于給定值時，Ub>Ua, Ui5為正極性電壓值；當(dāng)冷卻水溫度低于給定值時，UB<UA,U15是負極性電壓值?？梢?，TUi的輸出U15表示了冷卻水溫度的偏差值的大小的方向，并送至比 例微分控制電路MRV板。在TUi的反饋回路中, 并聯(lián)了一個電容C6,它相當(dāng)于在TUi的比例運算環(huán)節(jié)中串聯(lián)了一個慣性環(huán)節(jié)，其作用是防止電路振蕩，提高電路的穩(wěn)定性。般C6值較小,否則TUi的輸出對冷卻水溫度的變化就不靈敏了。圖4-3-2 （一）中SW是內(nèi)給定與外給定切 換開關(guān)，外給定電壓信號可以從端子10引進， 內(nèi)給定電壓信號是由R4、R5和電位器Wi分壓 線路給出。（2）指示

27、電路指示電路的作用是將被控溫度的電壓信號 轉(zhuǎn)換為電流信號，并由電流表來指示冷卻水溫 度的測量值和給定值。它是由運算放大器TU2、 晶體管Ti、反饋電阻和電位器W2、W3、電流表 （溫度表）G等元件組成。電流表G的滿量程 是01mA,它所對應(yīng)的溫度是0100。C,表 頭G的刻度已改為溫度刻度。反映冷卻水溫度實際值的A點電位Ua經(jīng)轉(zhuǎn) 換開關(guān)SW2送至運算放大器tu2的同相端，反 相端的電位相當(dāng)于PNP晶體管T1發(fā)射極的電 位。當(dāng)冷卻水溫度升高時，Ua降低，TS輸出 信號5降低，PNP晶體管Ti基極電壓降低，其 集電極電流增大，電流表（溫度表）G的讀數(shù)增加。隨著集電極電流的增大,發(fā)射極電位要降低,

28、使5有升高的趨勢。這一趨勢限制了 Ti集電極電流的增大。當(dāng)T發(fā)射極電位下降到使Ti集電 極電流不再增加為止，這時T6輸出U6穩(wěn)定不 變，電流表讀數(shù)也就穩(wěn)定在一個較高的數(shù)值上。反之，當(dāng)冷卻水溫度降低時，Ua升高，TU2的 輸出5也升高，Ti集電極電流減小，表頭G的 讀數(shù)隨之減小。Ti集電極電流減小，使Ti發(fā)射 極電位升高，這就限制了 5的繼續(xù)增加。當(dāng)Ti 發(fā)射極電位升高到使Ti集電極電流不再減小為 止，這時電流表讀數(shù)又穩(wěn)定在比原來較低的數(shù)值上。指示電路也能顯示所調(diào)整的給定值，把 MRB板上的開關(guān)SW2合到上面，則代表冷卻水 溫度給定值的Ub接到TU2的同相端，表頭將顯 示給定值。若該值不夠滿意，

29、可通過對電位器 Wi的調(diào)整來改變。調(diào)整電位器W2可調(diào)整電流表G的零點。在表頭G調(diào)零前要把5調(diào)準(zhǔn)，即冷卻水溫度為0C 時，Ua=3.5Vo這時可在TU2的同相端加一個 3.5V的電壓信號，Tlh輸出5應(yīng)使電流表G指 針指零，若指針不指零，例如大于零，說明U6太低，這時應(yīng)減小電位器W2的電阻值來降低Ti 發(fā)射極電位，使TO2輸出的電壓5升高，使Ti 集電極電流減小，直到電流表指針指零為止。調(diào) 零是通過改變Ti發(fā)射極電壓，即改變TU2負反 饋強度來實現(xiàn)的。調(diào)整電位器W3可調(diào)整電流表G的量程。零點調(diào)好后，在TU2的同相端加一個1.48V的電壓 信號，觀察電流表G的指針是否指在100°C上,

30、若指示不到100°C,說明量程大了，可調(diào)整W3, 使R13與W3并聯(lián)的等效電阻值減小，即減小其 限流作用，使集電極電流增大，直到指針指在100°C±為止。由于移動量程電位器滑動觸點之后會改變儀表的零點，因此必須重新調(diào)零。圖中SW2是指示選擇切換開關(guān)。SW2合于 下面，儀表指示冷卻水溫度的測量值；SW2合于 上面，儀表指示冷卻水溫度的給定值。III冷卻水系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時，冷卻水的測量值、 給定值、實際值及溫度表的指示值都相等。如果 T802對地斷路，則溫度表指針指示0。C以下, 而冷卻水的實際值將不可控地升高。如果T802 對地短路，則溫度表指針指示100°

31、 C以上，而 冷卻水的實際值將不可控地降低。3比例微分控制電路III比例微分控制電路如圖432 （）中MRV 板所示。它是由微分運算放大器TUk比例運算 放大器TU2和綜合運算放大器TU3組成。由輸 入電路送來的偏差信號U15經(jīng)阻容濾波之后得到 Ub, Ub代表了冷卻水溫度的偏差值，并分別送 至TU和TU2的反相輸入端。1）微分控制電路微分控制電路是由運算放大器TU、輸入電 容C2和電阻R2及反饋網(wǎng)絡(luò)組成。在電路中如果 沒有電阻R2,它是一個理想的微分環(huán)節(jié)，其輸 入5與輸出IV的關(guān)系為C普-旨；小-獲M2警5學(xué)式中,Td=R,（l +導(dǎo)）若在輸入回路中，加進電阻R2,相當(dāng)于串聯(lián)了一個慣性環(huán)節(jié)，

32、TU就構(gòu) 成了一個實際微分電路，該電路輸出電壓IV 極性與輸入電壓Ub極性相反，其關(guān)系式為：& +丄 R，sc22）比例控制電路比例控制電路是由運算放大器TU2、輸入電 阻皿及反饋回路組成，其輸入5與輸出U6” 的關(guān)系為：" R +W瓦_&+%）,54 'UB3）比例微分控制電路的綜合輸出5 _ U：微分控制電路和比例控制電路的輸出分別 經(jīng)電阻Rio和R9加到綜合運算放大器Tib的反 相輸入端。實際上TU3是一個加法器，若取R9= Rio,則TU3輸入與輸出的關(guān)系為：竿* =-怎;即 6=-景（U： + U：）；(1 +計2+1R ./?p R& +

33、W傀 + M R4 sc、R、= L R& 忑+W( sc2R2 + + Ud5 =-處令k =是比例微分控制作用的放大倍數(shù)；調(diào)整W1可整定比例帶。兀“+卷）晉。是比例 微分控制作用的微分時間，調(diào)整W2可整定微分時間。l=il=iTS輸岀U5電壓的極性與該電路板輸入電壓 Ub的極性是相同的。冷卻水溫度等于給定值時, Ub=O, TU3輸出U5=0；冷卻水溫度高于給定值 時，Ub、U5均為正極性；冷卻水溫度低于給定 值時，UB> 6均為正極性。如果系統(tǒng)受到擾動后，如果溫度表指針振蕩激 烈，且振蕩周期較短，表明PD作用強了，應(yīng)調(diào) 小Wi和W2,增大PB,減小Td。如果溫度向給 定值方

34、向恢復(fù)很慢，且無波動，表明PD作用弱 了，應(yīng)增大Wi和W2。4脈沖寬度調(diào)制電路脈沖寬度調(diào)制電路如圖4-3-2 （二）中MRD 板所示。它是由Ri和G組成的阻容回路、運算放大 器TU和TUz、二極管DiD8、晶體管Ti和T2 以及其它電阻和電位器等元件組成的。它的作用 是把MRV板送來的連續(xù)變化的控制信號調(diào)制成 脈沖信號，使“增加輸出繼電器”或“減少輸出 繼電器”斷續(xù)通電，從而使伺服電機按逆時針方 向或順時針方向斷續(xù)轉(zhuǎn)動，改變旁通閥的開度，控制冷卻水溫度在給定值附近。脈沖寬度調(diào)制器 產(chǎn)生的脈沖高度不變，脈沖寬度變化且與偏差有 關(guān)，用來改變伺服電機的通電時間，具有“時間 比例作用”的特性。如圖4-

35、3-3所示。81 nnKAOZ攵-octua(eL|r 8社。n/F 給上bw戦范&8Ip-CTJvrv'ZZ.TPi-i£0Ln?.艱定眼反I /1_Q_Q時問由比例微分控制電路輸出的控制信號U5經(jīng)Ri和Ci組成的阻容回路分別送到TU和TS的 反相端。TUi和TU2的功能是回差不等于零的電 壓比較器。通過調(diào)整電位器W2,使TU同相端 輸入一個較小的正電位,TU2的同相端輸入一個 較小的負電位，并使這兩個電位的絕對值相等。 這兩個絕對值較小的電壓值是冷卻水溫度控制 的不靈敏區(qū)。當(dāng)6變化時，電容C通過Ri或 Wi進行充電或放電。T0和TS的反相輸入端 電壓與電容Ci充放

36、電中的電壓一致。當(dāng)冷卻水測量溫度等于給定值時，U5=0；此 時，TD和TU2的反相輸入端電壓均等于零。而 TU同相輸入端是一個較小的正電壓，其同相端 電位高于反相端，T5輸出為正飽和，二極管 D6和晶體管Ti截止，MRK板的中間繼電器 的16V電源不能對地構(gòu)成通路而斷電，其常開 觸頭Sn斷開，“減少輸出繼電器”斷電。TU2 同相端是一個絕對值較小的負電位，同相端電位 低于反相端，TU2輸出為負飽和，二極管D5及 晶體管T2均截止，使MRK板的中間繼電器Re2 的+16V電源不能對地構(gòu)成通路而電斷，其常開 觸頭Sr2斷開，“增加輸出繼電器”斷電。脈沖 寬度調(diào)制電路沒有脈沖信號輸出，所以圖4-3-

37、1 中的組合開關(guān)SW1和SW2均斷開，伺服電機M 停轉(zhuǎn)。當(dāng)冷卻水溫度在給定值附近出現(xiàn)較小的變 化時，即偏差值1U15很小，5也很小，TU和TU2 反相輸入端的電壓變化很小，不超過其同相端電 壓的絕對值時，TU和TU2仍保持原來的輸出狀 態(tài)，伺服電機M仍停轉(zhuǎn)。所以調(diào)整TU和TU2 的同相輸入端電位的高低，可調(diào)整MR-II調(diào)節(jié) 器工作的不靈敏區(qū)。不靈敏區(qū)不能調(diào)整得太小， 否則伺服電機將會頻繁動作，這對電機很不利。 不靈敏區(qū)也不能調(diào)整得太大，否則，冷卻水溫度 需要偏離給定值較大的數(shù)值，伺服電機M才會 開始轉(zhuǎn)動，在穩(wěn)態(tài)時的靜態(tài)偏差會很大，使控制 系統(tǒng)靜態(tài)精度降低，這對柴油機不利。當(dāng)冷卻水溫度高于給定值

38、并超過不靈敏區(qū) 時，U15和6的極性均為正，經(jīng)電阻Ri向電容 Ci充電，電容兩端電壓不斷增加，其極性為上 正下負。TU2輸出仍為負飽和，T2截止，“增加 輸出繼電器”仍然斷電。T0反相輸入端的正極 性電壓不斷增大,當(dāng)該電壓值高于同相端時,TU. 的輸出就由正飽和立即翻轉(zhuǎn)為負飽和，二極管 D6和晶體管Ti均導(dǎo)通。MRK板的中間繼電器 Rei通電動作，其常開觸頭Sn閉合，使“減少輸出繼電器”通電動作，圖4-3-1中的組合觸頭 SW閉合，伺服電機M逆時針方向轉(zhuǎn)動，關(guān)小 旁通閥，開大通冷卻器的淡水閥，使冷卻水溫度 降低。在TU輸出為負飽和的情況下，二極管 Di導(dǎo)通，極性為上正下負的電容器Ci經(jīng)電位器

39、Wi、電阻R5、二極管Di到TUi的輸出端進行放 電，電容器Ci兩端的電壓，即加到TU反相端 的電位不斷降低。當(dāng)其電位降到低于同相端電位 時，TU的輸出由負飽和立即翻轉(zhuǎn)為正飽和，D6 和Ti截止，“減少輸出繼電器”斷電，伺服電機M停轉(zhuǎn)。由于TUi輸出為正飽和，Di截止，切斷電容Ci的放電通路，使輸入信號5又經(jīng)Ri向Ci充電，使TO】反相輸入端電位不斷增加。 當(dāng)其反相端電位又高于同相端時，TU輸出又變?yōu)樨擄柡?“減少輸出繼電器”又通電。這樣,由于電容Ci的充放電，TUi輸出為正、負飽和交替進行，使Ti斷續(xù)導(dǎo)通減少輸出繼電器”斷 續(xù)通電，伺服電機M斷續(xù)朝逆時針方向轉(zhuǎn)動， 直到冷卻水溫度下降到給定值

40、附近，即5接近 零時為止。伺服電機的動作規(guī)律如圖4-3-4所示。在伺服電機斷續(xù)轉(zhuǎn)動過程中，其轉(zhuǎn)動時間和停轉(zhuǎn)時間取決于兩個因素：一個是U5電壓值的大小，另一個是電容Cl放電的快和慢。當(dāng)6>0 即正偏差時，> U2s> U3s,因為充電時間常 數(shù)T=R1C為定值，所以根據(jù)飛升曲線，充電時 間T1ofl<T2off<T3off,隨著調(diào)節(jié)過程的進行，6越 來越小，執(zhí)行電機停轉(zhuǎn)時間越來越長。在不改變 放電時間常數(shù)T= （W計IU） Ci的情況下，隨著 6的減小，放電時間T1on>T2on>T3on,執(zhí)行電 機轉(zhuǎn)動時間越來越短，MR-II的控制作用越來越 弱，可有

41、效地防止調(diào)節(jié)過頭。總之，則T°ff /、Ton t o當(dāng)6小于死區(qū)時，Ton=0,執(zhí)行電機不工作；當(dāng)6太大時，則電容Ci的充電速度 大于其放電速度，Toff=0,電機保持連續(xù)轉(zhuǎn)動； 這兩種情況為MR-II的極端狀態(tài)，如圖4-3-3所 示。MR-II控制作用的脈沖信號 昭、Toff,既 與偏差U5的大小和變化速度有關(guān)，又與調(diào)節(jié)過 程相適應(yīng)，這樣的調(diào)節(jié)作用及時、平穩(wěn)、柔和。 調(diào)節(jié)電位器Wi的值，就改變放電時間常數(shù)T, “則丁匸，電容Ci放電慢，偏差5相同的 情況下，脈沖寬度T°n寬，執(zhí)行電機轉(zhuǎn)動時間就當(dāng)溫度的測量值低于給定值并超過不靈 敏區(qū)時，U15和6均為負極性。TUi輸出為

42、正飽 和不變，Ti截止，“減少輸出繼電器”保持斷電。TU2反相輸人端電位低于同相端，TU2輸出將從負飽和翻轉(zhuǎn)為正飽和，D5和T2均導(dǎo)通，中間繼 電器&2通電動作，其常開觸頭S"閉合，“增加 輸出繼電器”通電，圖4-2-1 （二）中組合觸頭 SW2閉合,，伺服電機M按順時針方向轉(zhuǎn)動，開 大旁通閥，關(guān)小經(jīng)冷卻器的淡水閥使冷卻水溫度 回升。當(dāng)TU2輸出正飽和時，D2導(dǎo)通并經(jīng)R5和Wi向電容Ci充電。當(dāng)TS反相輸人端電位的絕對值小于同相端時，TS立即輸出負飽和，D5 和T2均截止增加輸出繼電器”斷電，伺服電 機M停轉(zhuǎn)。同時D2截止切斷了與電容G的通 路。在負極性U5的作用下，使電容C

43、i不斷放電, 使TU2反相端電位不斷減?。ㄘ摌O性電位的絕對 值不斷增大），當(dāng)該電位低于同相端的負電位時, TU2的輸出又立即翻轉(zhuǎn)為正飽和，伺服電機M再次按順時針方向轉(zhuǎn)動?？梢?，當(dāng)冷卻水溫度低 于給定值時，伺服電機M是斷續(xù)按順時針方向 轉(zhuǎn)動，直到冷卻水溫度回到給定值附近為止。同 理，調(diào)整Wi可調(diào)整電容Ci放電的時間常數(shù)T, 即可調(diào)整脈沖寬度。當(dāng)U5<0負偏差時，U5 t則Toff t > Toni ,脈沖寬度窄。圖中二極管D3和D4對Ti和T2起連鎖作用,即Ti和T2不能同時導(dǎo)通，也就是“減少輸出繼 電器”和“增加輸岀繼電器”不能同時通電，以 免電機電源發(fā)生短路。如果不靈敏區(qū)分壓電路

44、的J6V電源斷路，則TU2輸出恒為正飽和，增加輸出繼電器一直通電，電機M連續(xù)順時針方向轉(zhuǎn)動，冷卻水溫度III將不可控地升高。如果不靈敏區(qū)分壓電路的 +16V電源斷路，則TO輸出恒為負飽利減少 輸出繼電器一直通電，電機M連續(xù)逆時針方向 轉(zhuǎn)動，冷卻水溫度將不可控地降低。如果MRD 板的電位器Wi斷路，則電機M只能連續(xù)轉(zhuǎn)動, 不能斷續(xù)轉(zhuǎn)動，容易造成調(diào)節(jié)過頭。5.繼電器和開關(guān)電路繼電器和開關(guān)裝置電路如圖4-3-2 （二）中的MRK板所示。它的作用是直接控制“減少輸to出繼電器”和“增加輸出繼電器”的通斷電，以 使伺服電機M正、反轉(zhuǎn)或停轉(zhuǎn)。在自動控制時, 合上MRP板上的電源主開關(guān)SWi,按下手動、自動選擇開關(guān)SW2, “減少輸出繼電器”和“增加輸出繼電器”通電、斷電狀態(tài)是由中間繼電器Rel和Re2的通、斷電狀態(tài)決定的。指示燈L1和L2指示電機M的轉(zhuǎn)動方向，其中阻容電路的作 用是：電機在同一方向斷續(xù)轉(zhuǎn)動時，Li和L2保 持常亮，不會因脈沖寬度調(diào)制器輸出的脈沖信號 而閃亮。當(dāng)自動控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障