Устройство для регулирования положения границы раздела сред

 

Изобретение может быть использовано для поддержания уровня жидкости между двумя заданными значениями. Цель изобретения - повышенме точности и расширение области применения устройства. Дли достижения цели устройство содержит генератор 1 линейно меняющегося напряжения, датчик 2 уровня, выполненный в виде интегрирующей цепи, один из элементов которой является чувствительным элементом , делитель 3 напряжения, компаратор 4, блоки 5, 6 сравнения, блок 7 управления, задатчик 8 верхнего уровня , задатчнк 9 нижнего уровня, а также триггер 10, релейный элемент 11 и исполнительное устройство 12. 2 3.п. ф-лы. 3 ил. е сл с

СОЮЗ СОВЕТСНИК

СОЭМЛИСТИЧЕСНИК

РЕСПУБЛИН (51)4 G 05 D 9/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4198786/24-24 (22) 23.02 ° 87 (46) 15.09.88. Бюл. Ф 34 (71) Опытное конструкторско-технологическое бюро с опытным производст-.. вом Института металлофизики АН УССР (72) В.С.Ступак (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 9038 17, кл. G 05 D 9/12, 1981, Авторское свидетельство СССР

Ф 1265719, кл. С 05 D 9/12, 1985.

Старостин А.Н. Импульсная техника.

M. Высшая школа, .1973, с. 32-33.

Найдеров В.3. и др. Функциональные устройства на микросхемах./Пбд ред. Найдерова В.3. И.: Радио и связь 1985, с.115-132, рис. 4.8, 4.12.

Гольденберг JI.M. Импульсные уст- .. ройства. M. Радио и связь, 1981, с. 126-127.

„„SU„„1423988 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

ПОЛОЖЕНИЯ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА СРЕД (57) Изобретение может быть использовано для поддержания уровня жидкости между двумя заданными значениями, Цель изобретения — повышение точности и расширение области применения устройства. Для достижения цели устройство содержит генератор 1 линейно меняющегося напряжения, датчик 2 уровня, выполненный в виде интегрирующей цепи, один из элементов которой является чувствительным элементом, делитель 3 напряжения, компаратор 4, блоки 5, 6 сравнения, блок 7 управления, задатчик 8 верхнего уровня, задатчик 9 нижнего уровня, а также триггер 10, релейный элемент 11 и исполнительное устройство 12.

2 з.п. ф-лы. 3 ил.

> 1423988

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в раз личных устройствах для поддержания между двумя заданными значениями уровня диэлектрической, в том числе криогенной, а также электропроводной жидкости с возможностью независимой дистанционной плавной или дискрет-! ной перестройки каждого из пределов во всем диапазоне изменения уровня контролируемой жидкости в сосуде.

Кроме того, изобретение может быть использовано для двухпозиционного регулирования и других величин, измЕряемых с помощью емкостных, индуктивных или резистивных датчиков, Цель изобретения — расширение области применения устройства путем обеспечения возможности регулирования при быстроменяющемся положении границы раздела сред и повьш ение точности устройства.

Возможность регулирования при быстроменяющихся уровнях обеспечивается за счет повьппения частоты опро,са датчика уровня, повышение точности устройства обеспечивается за счет исключения перегрева элементов датчи. ка уровня, а также снижения величины

) потребляемой датчиком мощности.

На фиг. 1 приведена блок-схема

lóñòðoéñòâà для регулирования положе-! ния границы раздела сред; на фиг.2 ,эпюры напряжений, поясняющие принцип формирования импульсов управления; на фиг. 3 — эпюры напряжений, поясня ющие работы устройства.

"Устройство для регулирования по ложения границы раздела сред содержит генератор 1 линейно меняющегося напряжения, выход которого через датчик 2 уровня, выполненный в виде интегрирующей цепи, один из элементов которой является чувствительным элементом, и делитель 3 напряжения подключен к первому и второму входам компаратора 4, блоки 5, 6 сравнения, блок 7 управления, к входу которого подключен выход компаратора 4, первый вход блока 5 и второй вход блока 6, задатчик 8 верхнего уровня, выход которого подсоединен к второму входу блока 5, и задатчик 9 нижнего уровня, выход которого подсоединен к первому входу блока 6, а также последовательно соединенные триггер 10, релейный элемент 11 и исполнительный механизм 12, причем входы триггера

10 подк.чючены к выходам блоков 5, 6, первый вьгход блока 7 — к входам блокировки генератора 1 и задатчика 9, 5 второй выход — к входам запуска генератора 1 и задатчика 8, 9. Блок управления содержит формирователь 13 импульсов, выход которого соединен с входом элемента 14 задержки и через инвертор 15 — с первым входом элеменИЛИ !6, второй вход которого ключен к первому входу формирователя 13 и входу блока 7, выход элемента 16 подсоединен к первому выходу блока 7, выход элемента 14 — к его второму выходу, а второй вход формирователя 13 — к шине. "Пуск". Блоки 5, 6 сравнения содержат каждый последовательно соединенные элементы ИСКЛЮЧАЮ1цЕЕ ИЛИ 17, 18 и элементы И-НЕ 19, 20, причем первые входы элементов 17, 18 соединены с первыми входами соответственно блоков 5, 6, их вторые входы— с вторыми входами соответственно элементов 19, 20 и блоков 5, 6, а выход элементов 19, 20 подключен к выходу соответственно блоков 5, 6.

Генератор 1 линейно меняющегося напряжения может быть практически реализован на основе интегрального таймера КР 1006ВИ1, имеющего входы блокировки и запуска.

Интегрирующую цепь датчика 2 уровня можно выполнить в зависимости от типа чувствительного элемента на основе RL-цепи или RC-цепи.

Делитель 3 напряжения может быть, например, резистивным делителем выходного напряжения генератора 1, средняя точка которого подключена к входу компаратора 4.

Блоки 5, 6 сравнения и блок 7 управления могут быть конструктивно реализованы на известных микросхемах, причем формирователь 13 импульсов

" блока 7 управления может быть выпол5 нен по схеме формирования прямоугольных импульсов из входного отрицательного перепада напряжения, а элемент

14 задержки можно выполнить путем

5О последовательного включения элементов И-НЕ, ИЛИ-HE.

В качестве задатчиков 8, 9 можно применить регулируемые ждущие мультивибраторы, реализованные, например, на основе интегрального таймера

87 1006ВИ1, причем вход блокировки задатчика 8 верхнего уровня при этом

1423988 в диапазоне вр равны (фиг. 2)

Б,„л, t -7 — — (-+е - 1

Т„ откуда л

k=-(-+е -1

Umt

)=k ——

c(,( (3) соединяют с положительным выводом источника напряжения питания.

Триггер 10 представляет собой симметричный асинхронный RS-триггер, ко" торый может быть выполнен на логических элементах И-НЕ микросхем, например, серии К155, причем вход триггера, подключенный к выходу блока 6, является его S-входом, а вход, подключенный к выходу блока 5, — его

R-входом.

В качестве релей. oro элемента 11 можно применить любое электромагнитное реле с соответствующим напряжением и током срабатывания, имеющее коммутационные группы с перекидными контактами.

Выбор исполнительного механизма 12 определяется функциональным назначением регулятора, например, в случае регулирования уровня криогенных жидкостей им может быть электрончгреватель, помещенньл в дьюар с хладагентом и электромагнитный клапан, служащий для сброса давления паров хладагента в атмосферу.

Введение в устройство блока управления и делителя напряжения, выполнение их и эадатчиков верхнего и нижнего уровней соответствующим. образом и подключение к остальным элементам устройства предлагаемым образом позволило сформировать импульсы с длительностью, зависимой от величины регулируемого параметра, на начальном участке линейно меняющегося напря" жения. Действительно, при прохождении через датчик уровня, выполненный в виде интегрирующей цепи линейно

«Птс меняющегося напряжения И „(t)= ——

sõ на выходе цепи напряжения равно: и Ф

Uq ((t)= — -(-„+е "-1), Пт t (1) и где П вЂ” максимаьная амплитуда импульса;

t((" длительность импульса; — постоянная времени интегрирующей цепи, а выходное напряжение делителя напряжения равно:

U (t) k U (t)= — — — (2) (k Umt

S((> Bx где k — коэффициент передачи делителя напряжения.

Всегда можно выбрать значения k таким, чтобы напряжения U(((, (с) и

U (t) в некоторый момент времени t

55 емени от 0 до с„были т.е °

Кроме того, значение коэффициента пере-1ачи делителя напряжения можно выбрать и таким чтобы равенство н,.Э ( пряжений U((«„(t) H Ue„z (t) происходи ло в момент времени, например, t=t„ =i, т.е. при значении времени, равном постоянной времени интегрирующей цепи датчика уровня (фиг. 2). Очевидно, что для этого значения времени выражение (3) примет вид

К=- = 0,368, 1 (4) т.е. делитель напряжения будет ослаблять входное линейно меняющееся напряжение в данном случае в Р раз.

Таким образом, предложенные выше формулы позволяют сделать вывод о возможности формирования управляющих импульсов на начальном участке линейно меняющегося входного напряжения датчика, т.е, формирования импульсов с длительностью, равной постоянной времени интегрирующей цепи датчика уровня, на начальном участке нелинейного выходного напряжения датчика уровня (фиг. 2) .

Устройство для регулирования положения границы раздела сред, например, при регулировании уровня криогенной жидкости и применении в качестве чувствительного элемента датчика уровня термометра сопротивления, выполненного в виде стержня, на который намотана проволока с высоким температурным коэффициентом сопротивления, работа" ет следующим образом.

При включении источника литания устройства на выходе триггера 10 устанавливается низкий уровень напря. жения — "0" (устройство, формирующее напряжение начальной установки триггера 10, на фиг. 1 не показано). Поступивший в момент времени t, на ши ну "Пуск" формирователя 13 блока 7 управления сигнал управления (импульс отрицательной полярности) формирует на первом выходе блока 7 имI пульс положительной полярности, снимающий блокировку с генератора 1 и задатчика 9, и на втором выходе бло1423988 ка 7 — с некоторой задержкой достаточной для .снятия блокировки с генератора 1 и задатчика 9, им-пульс запуска отрицательной поляр-5 ности, поступающий на входи генера,тора 1 и задатчикон 8, 9 (фиг, 3„

Е,, E,; t,-tz), н результате чего в момент времени t генератор начинает генерировать импульс линейно меняющегося напряжения U Ä, t }, Им пульс линейно нарастающего напряжения, пройдя через датчик. 2 уровня и делитель 3 напряжения, с соответствующими амплитудами UBö„(t) и

l U>>«(t) „определяемыми постоянной времени датчика 2, которая прямо зависит от сопротинления резистивного Гб чувствительного элемента„ входящего в состав датчика 2, и коэффициента передачи k делителя 3, поступает и=-. входы компаратора 4, сравнивающего амплитудные значения П ц«(t ) и (Пвых (), причем на выходе компаратора 4 всегда присутствует высокий уровень напряжения — "1" при условии

U,„(t) П,ы„(). (5)

3 " Поскольку при пустом регулируемом сосуде сопротивление чувствительнога элемента максимально. то и постоянная времени интегрирующей цепи макси,мальна, следовательно, с-гласно фор;муле (I), задержка выходного напряже-. ния датчика 2 уровня U< (t} максимальна и н некоторый момент времени длительность выходного импульса

I компаратора 4 превышает длительность выходного импульса задатчика 9 нижнего уровня, в результате чего блок 6 сравнения формирует на своем выходе уровень "0" (фиг. 3,E<,E:,Ey, t ), который приводит к опрокидыванию триг гера 10 и установке на его выходе уровня 1" (фигe Зр Е-, 1:з}, в ре"зультате чего "срабатынаег релейный элемент 11 и исполнительный механизм начинает. подачу жидкости н регулируе

Г 5 мый сосуд (в случае применения н ка-" честве жидкости хладагента релейный элемент 11 замыкает цепь электромагнитного клапана и включает нагрева-тель, в результате чего давление криогенной жидкости н дьюаре повышается и она начинает по трубопроноду пос.тупать н регулируемый с.осуд). В момент времени, когда условие (5) нарушается, на выходе компаратора 4 устанавливается уровень 0", н результате чего на первом ныходе блока 7 (на выходе элемента ЛИ 16} устанавливается также уровень "0", работа генератора i блокируется, и его ныходное напряжение падает до нуля !

9 » > у О6«Э E 3 (\ 9 ф ) Р а установиввжйся на выходе блока 6 сравнения уровень "1" не меняет состояние триггера 10 (фиг. 3, Е ., Е ;

}, и жидкость продолжает поступать н резернуар. По отрицательному перепаду ныходного напряжения Е компаратора 4 формирователь 13 формирует на выходах блока 7 импульс, снимающий блокировку с -енератора 1, и запускающий импульс, .н результате чего генератор 1 в момент времени начинает генерировать очередной импульс линейно меняющегося напряжения.

По мере повышения уровня жидкости н регулируемом сосуде сопротивление чувствительного элемента падает, постоянная времени интегрирующей цепи 2 уменьшается„, и н некоторый момент времени окажется,, что = < при этом формирование и>спульсон отркца тельной полярности на выходе блока 6 прекратится, но состояние триггера

10 останется прежним, а формирование выходных импульсов задатчика 9 будет срываться совместно с формированием выходных импульсон генератора 1 н моменты времени, когда нарушается условие (5) (фиг.3 Е о U 6< - ьих "вр» 9

Е, Е ; t5-t ) ., При превышении н не" который момент времени t уровнем жид( кости верхнего предела уровня регулиронания постоянная времени интегрирующей цепи 2 становится меньше длительности импульса задатчика 8, и блок 5 сравнения формирует н момент времени, импульс 0, который опрокидынает триггер 10 и нулевое состояние (фиг, 3, Е... F>, Е, Е-,; t-,-t g), н результате чего релейный элемент 11 отключает исполнительный механизм 12 и подача жидкости прекращается.

По иере испарения хладагента и снижения его уровня постоянная времени интегрирующей цепи 2 возрастает, в некоторый момент времени она становится

1 4 2 ) Qсч 8 ратор» подключен к первому входу одного и второму входу другого блоков сравнения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства и расширения области era при:. енения путем обеспечения нозможности регулирования при быстроменяюще. 1ся положении границы раздела сред, в него введены блок управления и делитель напряжения, подключенный своим входом к выходу генератора линейно меняющегося напряжения, а выхоцом — к второму входу компаратора, выход которого соединен с входом блока управления, первый выход которого подключен к входам блокировки генератора линейно меняющегося напряжения и задатчика нижнего уровня, второй выход — к входам запуска генератора линейно меняющегося напряжения и задатчиков верхнего и нижнего уровней, а выходы задатчиков верхнего и нижнего уровней соединены соответственно с вторым входом одного и первым входом другого блоков сравнения, 2 ° YcTpoHcTBQ rro и 1, о т JI H ч а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит элемент задержки, а также последовательно соединенные формирователь импульсов, инвертор и элемент ИЛИ, второй вход которого подключен к входу формирователя импульсов и входу блока управления, выход элемента ИЛИ соединен с первым выходом блока управления, выход элемента задержки подключен к его второму выходу, а вход — к выходу формирователя импульсов.

3. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что задатчики верхнего и нижнего уровней выполнены в виде ждущих мультивибраторов. больше длительности выходного импульса задатчика 8, «о состояние триггера 10 при этом не изменяется и только при снижении уровня жидкости ниже нижнего предела регулирова5 ния, т.е. при условии ., начин нают повторяться описанные процессы перио да вре "< >

В случае применения датчиков, параметры которых, зависящие от уровня жидкости, увеличиваются по мере повышения уровня, например, емкостньгх для диэлектрических жидкостей, работа устройства не отличается от описанной вьппе для резистивного датчика, за исключением того, что в начальный момент (при пустом сосуде) постоянная времени интегрирующей л цепи датчика 2 минимальна и повышается по мере повышения уровня жидкости, что требует лишь изменения длительностей импульсов задатчиков 8, 9 с тем условием, что 7

Формула изобретения

1. Устройство для регулирования положения границы раздела сред, содержащее датчик уровня, выполненI ный в виде интегрирующей цепи, один из элементов которой является чувствительным элементом, генератор линейно меняющегося напряжения, подключенный выходом к входу датчика уровня, компаратор, первый вход которого под35 соединен к выходу датчика уровня, задатчики верхнего и нижнего уровня, два блока сравнения и последовательно соединенные триггер, релейный эле40 мент и исполнительный механизм приУ о чем входы триггера связаны с выхода ми блоков сравнения, а выход компа1423988