Regulatory bezpośredniego działania

Regulatory są to urządzenia techniczne, służące do wytworzenia sygnału sterującego na podstawie uchybu regulacji, to znaczy różnicy między wartością zadaną sygnału regulowanego a wartością aktualnie zmierzoną. Na przykład regulator temperatury wytwarza sygnał zmieniający strumień energii zasilającej obiekt odpowiednio do różnicy napięć: z mostka niezrównoważonego będącego źródłem wartości zadanej temperatury i termopary mierzącej temperaturę w obiekcie.
Jednym z rodzajów regulatorów znajdujących się w użyciu są tzw. regulatory bezpośredniego działania. Są to urządzenia zawierające układ pomiarowy, właściwy regulator i organ wykonawczy. Regulatory tego typu nie potrzebują dodatkowej energii zasilającej, lecz pobierają ją z procesu regulowanego za pośrednictwem układu pomiarowego. Regulatory te wykonuje się zarówno jako regulatory dwustawne, w których sygnał wyjściowy regulatora przyjmuje tylko dwie wartości, jak i o działaniu ciągłym. Jednym z przykładów regulatorów bezpośredniego działania jest bimetalowy regulator temperatury w żelazku, zmieniający swój kształt pod wpływem temperatury i przerywający przy tym obwód grzejnika w żelazku. Innym przykładem może być reduktor ciśnienia butli gazowej, jeszcze innym termostat w obwodzie pompy wodnej układu chłodzenia silnika samochodowego.
Regulatorów bezpośredniego działania najczęściej używa się do regulacji temperatury, regulacji ciśnienia, natężenia przepływu, poziomu cieczy oraz jako regulatory o wielu wielkościach wejściowych.

Regulatory temperatury
Rozróżnia się dwa rodzaje rozwiązań. W przypadku pierwszym czujnik temperatur jest umieszczony wewnątrz zaworu i dzięki zmianie swych wymiarów powoduje przesuwanie grzybka względem gniazda. W drugim przypadku czujnik jest wykonany w postaci termometru manometrycznego dostarczającego ciśnienia dla sprężystego mieszka, którego denko wprawia w ruch trzpień zaworu regulacyjnego. Typowe dane omawianej grupy regulatorów temperatury są następujące: zakres regulowanej temperatury 30 – 130 C, szerokość zakresu na ogół rzędu 10 C, długość linii pomiarowej nie przekracza 3 metrów. Regulatory wykonuje się z zaworami otwieranymi lub zamykanymi przy wzroście temperatury. Pozycja czujnika może być pionowa, pozioma lub ukośna.

Regulatory ciśnienia
Regulatory te są przeznaczone do stabilizacji ciśnienia w rurociągach lub zbiornikach. Elementami pomiarowymi są najczęściej membrany. W prostych konstrukcjach ta sama membrana służy zarówno do realizacji pomiaru, jak i jego nastawiania. Układy bardziej złożone mają oddzielne zadajniki ciśnień (również działania bezpośredniego) i oddzielne zawory membranowe, nie mające sprężyn zwierających. Astatyzm regulatorów ciśnienia zwykle powoduje trudności w uzyskaniu wystarczająco stabilnych układów regulacji, dlatego też bywają stosowane korektory, których działanie polega najczęściej na wprowadzaniu pochodnej mierzonego ciśnienia.

Regulatory natężenia przepływu
Najczęściej stosowanymi elementami pomiarowymi są tu tłoki lub membrany ze sprężyną zwracającą. W typowym regulatorze natężenia przepływu ciecz, która na kryzie pomiarowej wyciętej w ściance tłoka wytwarza spadek ciśnienia, związany dla małych wahań w przybliżeniu wartością proporcjonalną z przyrostami natężenia przepływu. Wzrost natężenia przepływu powoduje zwiększenie działającej z góry ku dołowi różnicy ciśnień, co wywołuje zmniejszenie średnicy otworu odpływowego, a tym samym ograniczenie natężenia przepływu. W stanie równowagi siła pochodząca od ciśnienia jest równoważona przez sprężynę zwracającą. Ścięty ukośnie cylinder mogący obracać się o pewien kąt względem tłoka oraz dźwignia obrotowa służą do zmiany powierzchni przepływowej kryzy, co umożliwia nastawianie różnych wartości żądanych natężeń przepływu.

Regulatory poziomu cieczy
Regulatory te najczęściej jako człon pomiarowy mają pływak, głównie ze względu na jego prostą budowę. Jednak w przypadku zbiorników ciśnieniowych powstają trudności spowodowane potrzebą dobrych uszczelnień i jednocześnie małego tarcia w miejscach wprowadzeń dźwigni i trzpienia zaworu. Przykładowa konstrukcja to pływak, który za pośrednictwem dźwigni przestawia trzpień zaworu regulacyjnego. Komory pływakowe oraz zawory regulatorów poziomu są zazwyczaj obliczone na ciśnienie rzędu 1500 – 200 kN/m2, średnice zaworów są rzędu 40 mm, zmiana poziomu o 80 – 100 mm powoduje pełne przestawienie zaworu.

Regulatory o wielu wielkościach wejściowych
Regulatory te mają złożone człony pomiarowe, dostosowane do sumowania rezultatów kilku pomiarów. Przykładem takiego regulatora jest proporcjonalny regulator zasilania kotła parowego. Jego zadanie polega na trzymywaniu stałego poziomu wody w walczaku mimo zakłócającego oddziaływania zmian ciśnień zasilania i natężenia odpływu pary. W regulatorze przewidziano pomiar natężenia dopływu wody, natężenia odpływu pary mierzonego spadkiem ciśnienia na podgrzewaczu, oraz poziomu. Zwiększenie ciśnienia wody zasilającej wywołuje wzrost natężenia dopływu do kotła, powoduje przymknięcie zaworu regulacyjnego, natomiast wzrost zapotrzebowania na parę, wiążący się ze wzrostem spadku ciśnienia na podgrzewaczu pary, bądź też zmniejszenie poziomu w walczaku, powoduje odemknięcie zaworu.

Zasadniczymi cechami regulatorów bezpośredniego działania – prócz braku oddzielnego źródła zasilania – są: zwartość budowy i prosta konstrukcja. Dzięki temu charakteryzują się dużą niezawodnością i niskimi kosztami wytworzenia. Właściwie nie podlegają konserwacji, lecz wymianie w razie zużycia. Nie są one jednak zbyt dokładne i dlatego stosuje się je głównie w sprzęcie powszechnego użytku. Uzyskiwane wartości regulacji nie są duże, ale praktycznie wystarczające dla użytkowników obiektów, z którymi te regulatory będą współpracować.