ВЕСОВОЙ ДОЗАТОР ЖИДКОСТИ Российский патент 2006 года по МПК G01G17/06 G01G13/04 

Предлагаемое изобретение относится к весовым дозаторам жидкости преимущественно для дозирования жидких отвердителей при приготовлении топливной массы для смесевых твердых ракетных топлив (СТРТ). Дозатор может применяться и в других отраслях промышленности, где есть необходимость дистанционного весового контроля массы выдаваемых порций жидких компонентов в технологический поток.

Жидкие отвердители в смесительный аппарат подаются порциями от 0,2 до 0,6 кг с цикличностью от 20 до 60 секунд. Максимальная вязкость таких отвердителей не превышает 10 Па·с. Устанавливают такие дозаторы обычно в производственных зданиях, где производится приготовление топливной массы. Это вызывает применение к ним требований по взрывоопасному исполнению. Кроме того, заказчик твердотопливных изделий требует полной информации о количестве и точности выдаваемых в смесительный аппарат порций каждого компонента, в том числе и отвердителя. По требованиям технологического регламента для оценки точности дозирования отвердителя цена деления шкалы самопишущего прибора не должна превышать 3 г. Поскольку шкала прибора разгоняется на величину, соответствующую максимальной дозе, т.е. 600 г, то с учетом использования шкалы в рабочем диапазоне (это обычно составляет 60-70 делений) цена одного деления составит 10 г, что более чем в три раза превышает допустимый предел. Это обстоятельство вызывает необходимость повышения разрешающей способности самопишущего прибора.

Известные дозаторы весового типа, например дозатор под каталожным индексом 6.057. АД-0,3-В, разработанный в ПО "Веда", г.Киев (Справочник "Весы и дозаторы весовые", М. "Машиностроение", 1981), предназначены для дозирования воды и близки по производительности и точности. Но такой дозатор не может быть применен для дозирования отвердителя в производстве СТРТ из условий безопасности и из-за отсутствия дистанционного контроля и записи информации о количестве и точности выдаваемых доз.

Известен весовой дозатор жидкости (а.с. №295996, СССР, 1970 г.), который разрабатывался специально для дозирования жидких отвердителей. Этот дозатор дорабатывался, и на усовершенствованный дозатор получены авторские свидетельства: а.с. №657267, СССР, 1977 г., а.с. №1332151, СССР, 1985 г. и а.с. №1682819, СССР, 1989 г.

Весовой дозатор жидкости по а.с. №1682819 принят за прототип. Дозатор состоит из весоизмерителя с датчиком веса, блока автоматического управления, грузоприемного ковша, соединенного с весоизмерителем, загрузочно-разгрузочного узла в виде П-образного сифона и запорных клапанов. Этот дозатор имеет следующие недостатки. Во-первых, в качестве весоизмерителя применяются весы типа ВНЦ, которые морально устарели и в настоящее время промышленностью не выпускаются. Кроме того, для использования весов ВНЦ в качестве весоизмерителя в дозаторе их необходимо было дорабатывать, вводить в их конструкцию ряд нестандартных узлов. Во-вторых, весы ВНЦ не имеют устройства для дистанционной передачи информации о текущей массе взвешиваемого продукта, что необходимо в производстве СТРТ. Поэтому на весы установлен датчик массы, который фактически измеряет перемещение скалки весов ВНЦ, пропорциональное взвешиваемой массе продукта, и передает этот измерительный сигнал в помещение пульта управления на самопишущий прибор. Все эти доработки приводят к тому, что весоизмеритель становится нестандартным средством измерения, что приводит к снижению его надежности при эксплуатации.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка весового дозатора жидкости с повышенной надежностью и точностью, а также обеспечение удобства его эксплуатации.

Технический результат достигается тем, что в дозаторе, состоящем из весоизмерителя, грузоприемного ковша, связанного с весоизмерителем, П-образного сифона, запорных клапанов набора и выдачи, а также системы измерения и управления, в качестве весоизмерителя установлен тензометрический силоизмеритель. При этом с учетом особенностей тензометрического силоизмерителя в каждом цикле дозирования измерение массы заполненного и опорожненного грузоприемного ковша производится в одном узком диапазоне нагрузочной характеристики силоизмерителя. Для этого предусмотрена гиря-имитатор, которая с помощью пневмопривода нагружает весоизмеритель во время измерения остатка жидкости в ковше после выдачи дозы.

Для обеспечения удобства эксплуатации и точности дозирования предусмотрено повышение масштаба записи на самопишущем приборе в процессе набора и выдачи дозы. С этой целью в системе измерения и управления включен блок решающих усилителей.

Таким образом, установка в дозаторе в качестве весоизмерителя тензометрического силоизмерителя повышает надежность дозатора, а применение гири-имитатора с пневмоприводом и блока решающих усилителей в системе измерения и управления позволяет повысить точность дозирования и обеспечить удобство эксплуатации.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующими чертежами:

На Фиг.1 схематично изображен предлагаемый весовой дозатор жидкости:

1 - весоизмеритель;

2 - грузоприемный ковш;

3 - П-образный сифон;

4 - клапан набора;

5 - клапан выдачи;

6 - система измерения и управления;

7 - блок решающих усилителей;

8 - самопишущий прибор;

9 - блок управления;

10 - подвеска;

11 - гиря-имитатор;

12 - площадка;

13 - шток;

14 - пневмопривод;

15 - пружина.

На Фиг.2 показано положение пневмопривода и гири-имитатора во время операции взвешивания остатка жидкости в ковше после выдачи дозы:

2 - грузоприемный ковш;

10 - подвеска;

11 - гиря-имитатор;

12 - площадка;

13 - шток;

14 - пневмопривод;

15 - пружина.

На Фиг.3 изображена схема блока решающих усилителей:

1 - весоизмеритель;

7 - блок решающих усилителей;

8 - самопишущий прибор;

16, 17, 18, 19, 26, 27 - резисторы делителей напряжений;

20, 28, 29 - решающие усилители;

21, 22 - блоки опорных напряжений;

23, 24, 25 - диоды-вентили.

Весовой дозатор жидкости (фиг.1) состоит из весоизмерителя 1, в качестве которого установлен тензометрический силоизмеритель, грузоприемного ковша 2, П-образного сифона 3, клапанов набора 4 и выдачи 5 дозы, системы измерения и управления 6. Система измерения и управления 6 содержит блок решающих усилителей 7, самопишущий прибор 8 и блок управления 9. Грузоприемный ковш 2 снабжен подвеской 10 с площадкой 11 для гири-имитатора 12. При работе дозатора предусмотрено два положения гири-имитатора 12: во время набора дозы гиря поднята с помощью пружины 15 штоком 13 пневмопривода 14 над площадкой 11 и не касается ее, а во время взвешивания остатка жидкости в ковше 2 после выдачи дозы гиря 12 опускается пневмоприводом 14 на площадку 11. При этом в верхнюю полость пневмопривода подается сжатый воздух, а пружина 15 сжимается.

Схема блока решающих усилителей (БРУ) показана на фиг.3. БРУ состоит из трех решающих усилителей 20, 28, 29. Два из них 28 и 29 установлены параллельно, а третий 20 суммирует и усиливает выходные сигналы усилителей 28 и 29. Кроме того, БРУ содержит блоки опорных напряжений 21 и 22, три диода-вентиля 23, 24 и 25 и три делителя напряжений: это пары резисторов 16-17, 18-19, 26-27.

Дозатор работает следующим образом. Предварительно перед включением в работу дозатора производится заполнение подводящего и отводящего трубопроводов и П-образного сифона 3 дозируемой жидкостью. При этом заполняется также грузоприемный ковш 2 до заданного минимального уровня, когда нижний конец трубки сифона 3 был бы гарантированно ниже минимального уровня жидкости в ковше, чтобы не допустить разрыва струи и не нарушить процесс истекания жидкости из ковша 2 во время выдачи дозы. В исходном состоянии клапаны 4 и 5 закрыты. Производится установка задания на отсечку набора дозы. Для чего в пневмопривод 14 подается сжатый воздух, шток 13 перемещается вниз и гиря-имитатор 12 опускается, преодолевая сопротивление пружины 15, на площадку 11. Гиря-имитатор имитирует массу заданной дозы. При этом масса гири рассчитывается по формуле, учитывающей действие выталкивающей силы жидкости на трубу сифона:

М_г=М_д·D²/(D²-d²),

где М_г - масса гири-имитатора;

М_д - заданная масса дозы;

D - внутренний диаметр грузоприемного ковша;

d - наружный диаметр сифонной трубки, опущенной в ковш.

После запоминания системой измерения сигнала отсечки набора прекращается подача сжатого воздуха в пневмопривод 14, пружина 15 поднимает поршень 14 пневмопривода вместе со штоком 13 вверх, снимая гирю-имитатор с площадки 11 грузоприемного устройства. Затем при закрытом клапане 5 открывается клапан 4 и производится подача дозируемой жидкости в ковш 2 до достижения заданной массы дозы. Клапан 4 закрывается, набор дозы закончен. После выдержки времени, определяемой заданным временем цикла дозирования, открывается клапан 5 и производится выдача дозы из грузоприемного ковша 2 до заданного минимального уровня. Затем на площадку 11 с помощью пневмопривода снова опускается гиря-имитатор, измеряется масса остатка жидкости в ковше, снова задается уставка на отсечку при наборе очередной дозы и далее цикл дозирования повторяется.

Повторение операции наложения гири-имитатора в каждом цикле и задание уставки на отсечку набора вызвано тем, что это позволяет компенсировать нестабильность работы измерительного канала "датчик-вторичный прибор" за счет измерения массы заданной дозы и остатка в ковше в одном диапазоне измерения (практически в одной точке), что снимает проблемы в случае с нелинейностью датчика, изменений показаний датчика от изменения температуры в производственном помещении или от других факторов, изменения которых имеют период, значительно превышающий время цикла дозирования. Кроме того, для более качественного контроля за работой дозатора предусмотрено устройство, обеспечивающее увеличение масштаба записи на вторичном приборе. Для этого в систему измерения введен блок решающих усилителей (фиг.3). Это позволяет записывать на вторичном приборе начальную фазу набора дозы и конец набора дозы, а процесс набора в среднем диапазоне не записывается (сворачивается в точку).

Блок решающих усилителей работает следующим образом. Сигнал, пропорциональный массе жидкости в ковше (далее "сигнал массы"), поступает на делитель 26-27 и затем на вход усилителя 28, туда же с блока опорного напряжения 21 через диод 23 поступает опорное напряжение, соответствующее нижней границе центральной сворачиваемой части сигнала массы. Параллельно сигнал массы через делитель 16-17 поступает на суммирующий вход усилителя 29. На этот вход подается напряжение с блока опорного напряжения 22 через диод 24. Это напряжение соответствует верхней границе сворачиваемого диапазона. На вычитающий вход усилителя 29 подается то же опорное напряжение через диод 25. Выходные сигналы после усилителей 28 и 29 через согласующий делитель 18-19 подаются на вход усилителя 20, который суммирует и усиливает сигнал до обеспечения необходимого масштаба записи на самопишущем приборе. Эта запись и служит для контроля массы каждой выданной в технологический поток дозы жидкости.

Использование в дозаторе в качестве весоизмерителя тензометрического силоизмерителя повышает надежность дозатора, а применение гири-имитатора с пневмоприводом и блока решающих усилителей повышает точность дозирования и обеспечивает удобство эксплуатации дозатора.

Дозатор испытан в стендовых условиях с положительными результатами, запланировано его внедрение в производство в 2005 году.

Изобретение относится к весовым дозаторам жидкости и может быть использовано для дозирования жидких отвердителей при приготовлении топливной массы твердых ракетных топлив. Устройство содержит весоизмеритель, грузоприемный ковш, П-образный сифон, систему измерения и управления. Весоизмеритель состоит из тензометрического силоизмерителя, клапанов набора и выдачи дозы. Система измерения и управления содержит блок решающих усилителей, самопишущий прибор и блок управления. Также система измерения и управления снабжена гирей-имитатором с пневмоприводом. Блок решающих усилителей состоит из двух параллельно установленных усилителей, на входы которых через делители напряжения подается сигнал массы жидкости в ковше, а выходы скоммутированы через согласующий делитель напряжения на вход суммирующего выходного усилителя, выходной сигнал с которого подается на самопишущий прибор. Грузоприемный ковш содержит подвеску с площадкой для гири-имитатора. Технический результат заключается в повышении точности и надежности устройства, а также обеспечении удобства эксплуатации. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Весовой дозатор жидкости, содержащий весоизмеритель, грузоприемный ковш, П-образный сифон, систему измерения и управления, отличающийся тем, что весоизмеритель состоит из тензометрического силоизмерителя, клапанов набора и выдачи дозы, система измерения и управления содержит блок решающих усилителей, самопишущий прибор и блок управления, при этом блок решающих усилителей состоит из двух параллельно установленных усилителей, на входы которых через делители напряжения подается сигнал массы жидкости в ковше, а выходы скоммутированы через согласующий делитель напряжения на вход суммирующего выходного усилителя, выходной сигнал с которого подается на самопишущий прибор, также система измерения и управления снабжена гирей-имитатором с пневмоприводом, а грузоприемный ковш содержит подвеску с площадкой для гири-имитатора, при этом в каждом цикле дозирования измерение массы заполненного и опорожненного грузоприемного ковша производится в одном узком диапазоне нагрузочной характеристики силоизмерителя с помощью гири-имитатора, которая с помощью пневмопривода нагружает весоизмеритель во время измерения остатка жидкости в ковше после выдачи дозы, которая может занимать два положения: во время набора дозы гиря поднята с помощью пружины штоком пневмопривода над площадкой грузоприемного ковша и не касается ее, а во время взвешивания остатка жидкости в грузоприемном ковше касается ее, а во время взвешивания остатка жидкости в грузоприемном ковше после выдачи дозы гиря опускается пневмоприводом на площадку грузоприемного ковша.2. Весовой дозатор жидкости по п.1, отличающийся тем, что масса гири-имитатора рассчитывается по формуле

M_г=M_д·D²/(D²-d²),

где М_г - масса гири-имитатора;

М_д - заданная масса дозы;

D - внутренний диаметр ковша;

d - наружный диаметр трубы сифона.