Устройство для дозирования жидких сред

 

Изобретение относится к объемному дозированию жидкостей. Целью изобретения является увеличение точности одновременного дозирования двух жидкостей в определенном объемном соотношении и обеспечение дозирования хорошо проводящих жидкостей. Это достигается включением в известное устройство короткозамыкающего поршня, свободно перемещающегося по длине измерительного сосуда и отделяющего пространство сосуда от дозируемых жидкостей. СВЧ генератор выполнен перестраиваемым: одно из двух управляющих напряжений подается на отражатель клистрона генератора СВЧ с блока управления, обеспечивающего высокоточную последовательную подачу доз соответствующих жидкостей в измерительный сосуд и слив из него смеси. Один из двух вибраторов, выполненный в виде полой металлической трубки, соединен с устройством создания избыточного давления в измерительном сосуде, под действием которого короткозамыкающий поршень возвращается в исходное состояние в момент слива дозируемых жидкостей. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к устройствам для объемного дозирования жидких сред. Оно может найти применение в промышленности и лабораторной практике для дозирования смеси сред с заданным соотношением объемов составляющих ее жидкостей.

Известно устройство, содержащее измерительный сосуд с дозируемой жидкостью, в верхней части которого расположен первый и второй вибраторы и приемная петля, первый вибратор выполнен в виде полой металлической трубки, другой выполнен в виде металлического стержня и установлен по нормали к боковой стенке сосуда, в нижней части сосуда расположен штуцер, приемная петля соединена с выходом детектора, выход которого подключен к входу блока управления, выходы блока управления соединены с управляющими входами коаксиальных реле, с управляющими входами трех клапанов, один из которых является трехходовым, установленных соответственно на трубопроводах подачи первой и второй жидкостей в нижней части измерительного сосуда, выход генератора СВЧ подключен через коаксиальные реле к первому и второму вибраторам. Отношение объемов жидкостей, составляющих смесь, зависит в данном устройстве от диэлектрических проницаемостей данных жидкостей.

Предложенное устройство обладает существенным недостатком требует достаточно сложной аппаратной отстройки от вариаций диэлектрической проницаемости жидкости и невозможностью дозирования хорошо проводящих жидкостей из-за снижения добротности объемного резонатора.

Целью изобретения является увеличение точности дозирования двух жидкостей в заданном объемном соотношении и расширение области применения устройства за счет обеспечения возможности дозирования хорошо проводящих жидкостей.

Цель достигается включением в известное устройство, принятое за прототип, короткозамыкающего поршня, который отделяет дозируемые жидкости от объема измерительного сосуда, выполняющего роль объемного резонатора (ОР). При измерении длины ОР за счет подъема или опускания короткозамыкающего поршня в измерительном сосуде можно возбуждать различные типы колебаний H_mnp и H_mnp.

На фиг. 1 изображена схема устройства для дозирования жидких сред; на фиг. 2 схема блока управления; на фиг. 3 схема состояния сосуда с дозируемой жидкостью при возбуждении в нем различных структур поля; на фиг. 4 график отношения объемов дозирования от длины волны генератора СВЧ.

Устройство состоит из сосуда 1 с дозируемой жидкостью, в верхней части которого расположены первый 2 и второй 3 вибраторы и приемная петля 4. Вибратор 2 выполнен в виде полой металлической трубки, соединяющей полость сосуда с устройством создания избыточного давления 50. В нижней части сосуда 1 расположен штуцер 5. Приемная петля 4 соединена с входом детектора 6, выход которого подключен к входу блока 7 управления. Выходы блока 7 соединены с управляющими входами коаксиальных реле 14 и 15, с управляющими входами клапанов 11-13, установленных соответственно на трубопроводах подачи первой 16 и второй 17 жидкостей в нижней части измерительного сосуда 1, а также с отражателем клистрона генератора СВЧ 18. Клапан 13 является трехходовым, причем вход 9 его соединен с выходами клапанов 11 и 12, вход 8 соединен со штуцером 5. Выход 10 подключен к трубопроводу слива. Вибраторы 2 и 3 и приемная петля 4 отделены от стенок измерительного сосуда 1 диэлектрическими вставками. Выход генератора СВЧ 18 подключен через коаксиальные реле 14 и 15 соответственно к вибраторам 2 и 3, короткозамыкающий поршень 19 с хорошо проводящей прокладкой отделяет дозируемые жидкости от пространства измерительного сосуда.

Блок 7 управления включает элементы 20-22 сравнения, на соответствующие входы которых подключены задатчики 23-25 опорных сигналов и выход детектора 6. Выход элемента 20 сравнения соединен с входом 25 триггера 31. Выход элемента 20 соединен также через импульсатор 48 с входом 27 триггера 28. Выход элемента 21 сравнения соединен с входами 30, 32 и 39 триггеров 31, 34 и 40 соответственно. Кнопка управления 49 соединена со входами 26, 38 и 41 триггеров 28, 40 и 43 соответственно. Выходы элемента 22 сравнения соединены со входами 33, 36 и 42 триггеров 34, 37 и 43. Выход 44 триггера 28 соединен с управляющим входом реле 46, а инверсный выход 45 того же триггера 28 с управляющим входом реле 47.

Устройство для дозирования жидких сред работает следующим образом.

В начальный момент времени вибраторы 2 и 3 с помощью реле 14 и 15 отключены от генератора СВЧ 18. Нажатием кнопки 49 осуществляется запуск устройства управления. При этом единичный сигнал с кнопки 49 поступает на вход 38 триггера 40, выход 41 триггера 43, вход 26 триггера 28 и переводит триггеры 43, 40 и 28 в единичное состояние. Сигналы U₄₀ 1 и U₄₃ 1 воздействуют на управляющие входы реле 14 и 15 и подключают первый вибратор 2 и второй вибратор 3 к выходу генератора СВЧ 18. Выходной сигнал триггера 28 U₄₄ 1, воздействуя на управляющий вход реле 46, подключает на отражатель клистрона генератора СВЧ 18 напряжение U_отраж (λ_г1), под действием которого генератор СВЧ 18 генерирует сигнал с длиной волны λ_г1 После такого подключения в сосуде 1, выполняющем функцию объемного резонатора (ОР), образуется и существует структура поля E_III (фиг. 3а). Длина l ОР равна: где a радиус измерительного сосуда 1; λ_г1 длина волны генератора СВЧ.

Так как частота собственных колебаний равна частоте генератора fr₁: где C скорость света, то на выходе приемной петли 4 появляется сигнал, пропорциональный добротности сосуда как резонатора, которая для данной структуры поля равна: где α₄ коэффициент пропорциональности.

Сигнал, воспринимаемый приемной петлей 4, поступает на вход детектора 6, с которого далее на входе блока 7, т.е. на входы элементов 20-22 сравнения. Этот сигнал сравнивается с сигналами, поступающими с задатчиков 23-25 на соответствующие входы соответствующих элементов сравнения. При структуре поля E_III и длины OP сигнал с приемной петли имеет такой уровень, что срабатывает элемент 20 сравнения и на его выходе появляется единичный сигнал, воздействующий на входы 29 и 35 триггеров 31 и 37 соответственно. На выходах триггеров 31 и 37 появляются единичные сигналы U₃₁=1 и U₃₇=1, под действием которых клапан 1 открывается, а клапан 13 соединяет выход клапана 11 с полостью измерительного сосуда 1. Начинается заполнение сосуда 1 первой жидкостью из трубопровода 16. Как только жидкость появится в измерительном сосуде, короткозамыкающий поршень начнет подниматься, изменяя длину OP. Это вызывает изменение условия резонанса (2). После нарушения условия резонанса на выходе элемента 20 появляется сигнал нулевого уровня U₂₀=0, который, проходя через импульсатор 48, поступает на вход 27 триггера 28, переводя его инверстный выход 45 в единичное состояние. U₄₅=1 воздействует на управляющий вход реле 47, подключающее напряжение U_отраж ( λ_г2 ) к отражателю клистрона, в результате чего генератор СВЧ 18 генерирует сигнал с длиной волны λ_г2 λ_г2<λ_г1 (4) В измерительный сосуд 1 поступает первая жидкость из трубопровода 16 до тех пор, пока при длине l₁ OP (фиг. 3б)
собственная частота колебания E_III измерительного сосуда не станет равной частоте генератора fr₂:

На выходе приемной петли появляется сигнал, пропорциональный добротности

Сигнал с выхода детектора 6 поступает на входы элементов сравнения блока 7. Под действием этого сигнала элемент 21 сравнения занимает состояние с единичным выходным сигналом U₂₁=1, который поступает на входы 30, 32 и 39 триггеров 31, 34 и 40 соответственно. При этом сигналом нулевого уровня U₃₁= 0 с выхода триггера 31 закрывает клапан 11 и прекращается подача первой жидкости в измерительный сосуд 1. Единичный сигнал U₃₄=1 с выхода триггера 34 поступает на вход клапана 12, который при этом соединяет полость измерительного сосуда 1 с трубопроводом подачи второй жидкости 17 через открытый клапан 12. Нулевым сигналом с выхода триггера 40 U₄₀=0 посредством воздействия на коаксиальное реле 14 отключается первый вибратор 2 от выхода генератора СВЧ.

Вторая жидкость поступает в полость измерительного сосуда до тех пор, пока частота собственных колебаний OP при таком воздействии колебаний типа H_III не станет равной частоте питающего генератора f_Г2, т.е.

Равенство (8) наблюдается при длине l₂ OP:

На выходе приемной петли 6 появляется сигнал, пропорциональный добротности При этом

Сигнал, пропорциональный добротности переводит элемент 22 сравнения в состояние, характеризуемое выходным сигналом U₂₂=1, который поступает на входы 33, 36 и 42 триггеров 34, 37 и 43 соответственно. Нулевой сигнал с триггера 34 U₃₄=0 прекращается. Нулевой сигнал триггера 43 U₄₃=0 посредством воздействия на коаксиальное реле 15 отключает второй вибратор 3 от входа генератора СВЧ 18. А нулевой выходной сигнал триггера 37 U₃₇=0 Переводит клапан 13 в состояние, при котором полость сосуда 1 соединяется с трубопроводом слива смеси жидкостей. Короткозамыкающий поршень 19 под действием избыточного давления, создаваемого устройством 50, занимает положение, характеризуемое длиной l измерительного сосуда (фиг. 3а).

Таким образом, схема блока 7 переводится в исходное состояние. Для получения новой дозы, состоящей из двух объемов различных жидкостей, необходимо вновь нажать кнопку 49 управления. При работе устройства для дозирования жидких сред в системе автоматического регулирования или управления на место кнопки 49 необходимо подключить выход соответствующего командного аппарата.

Исходя из работы устройства для дозирования жидких сред видно, что отношение объемов двух жидких сред определяется (фиг. 4):

На фиг. 4 представлен график отношения объемов двух жидких сред от отношения λ_г1/a (a радиус OP), при этом выбрано Методика пользования графиком следующая: задав a, λ_г2= a и заданное отношение объемов жидкостей v2/v1, графически определяется λ_г1/a следовательно, и λ_г1 соответствующая выбранному отношению объемов и заданным условиям: a; λ_г1= a V2/V1 и определяется длина l OP (1).

При анализе известных технических решений не обнаружены решения имеющие признаки сходные с отличительными признаками изобретения.

На основании проведенного анализа можно сделать вывод, что заявленное техническое решение обладает существенными отличиями.

Так как в предлагаемом устройстве жидкости отделены короткозамыкающим поршнем от пространства измерительного сосуда, выполняющего роль OP, то, следовательно, не требуется отстройка от вариаций диэлектрической проницаемости жидкостей, что повышает точность дозирования, а также появляется возможность дозирования хорошо проводящих жидкостей, которые уже не влияют на добротность OP, не снижая ее как в прототипе.

Предлагаемое изобретение может найти применение в промышленности и лабораторной практике для дозирования смеси сред с заданным соотношением объемов составляющих ее жидкостей.

Формула изобретения

1. Устройство для дозирования жидких сред, содержащее измерительный сосуд с дозируемой жидкостью, в верхней части которого расположены первый и второй вибратора и приемная петля, первый вибратор выполнен в виде полой металлической трубки, второй выполнен в виде металлического стержня и установлен по нормали к боковой стенке сосуда, в нижней части сосуда расположен штуцер, приемная петля соединена с входом детектора, выход которого подключен к входу блока управления, состоящему из трех элементов сравнения, связанных первыми входами с выходами соответствующих задатчиков опорных сигналов, импульсатора, пяти триггеров и кнопки управления, выходы блока управления соединены с управляющими входами коаксиальных реле, с управляющими входами трех клапанов, один из которых является трехходовым, установленных соответственно на трубопроводах подачи первой и второй жидкостей в нижней части измерительного сосуда, выход СВЧ-генератора подключен через коаксиальные реле к первому и второму вибраторам, отличающееся тем, что оно дополнительно включает короткозамыкающий поршень, установленный в измерительном сосуде с возможностью перемещения по его высоте и образующий в нем камеру объемного резонатора и камеру дозируемых жидкостей, источник избыточного давления, соединенный через металлическую трубку первого вибратора с полостью над короткозамыкающим поршнем, СВЧ-генератор выполнен перестраиваемым и его вход управления подключен к дополнительному выходу блока управления.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок управления дополнительно включает в себя триггер и два реле, при этом S-вход этого триггера подключен к кнопке управления, а R-вход к выходу импульсатора, а его прямой и инверсный выходы соединены с управляющими входами соответствующих реле, через которые к дополнительному выходу блока управления подключены выходы соответствующих источников питания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3