Уровнемер Советский патент 1984 года по МПК G01F23/24 

о со со со f Изобретение относится к измерителям уровня расплава и может найти применение в химической промышленно ти при выр.ащивании монокристаллов. Наиболее близким к изобретению п технической сущности является измеритель уровня расплава, содержащий реверсивный двигатель с согласующим блоком, состоящим из реле и схе мы его управления, и механические элементы, т.е. ходовой винт с кронштейном, на котором укреплен проволочный щуп и движок измерительного реохорда, поперечину с гайкой, регулирующие величину мениска расплава на конце щупа Г1 . Недостатками известного устройства являются большая величина перемен ной составляющей выходного сигнала измерителя, т.е. малая точность слежения за уровнем расплава, что обусловлено наличием мениска на конце щупа в момент отрыва, влияние окружающих условий и технологических режимов на вязкость расплава, а значит и на величину мениска расплава на конце щупа, что дает дополнительную погрешность измерения уровня расплава, возможность нарушения режима слежения устройства за уровнем расплава из-за большой плотности паров над расплавом при высоких температурах, что снижает точность измерения уровня. Целью изобретения является узели чение точности измерения уровня расплава . Поставленная цель достигается тем что в уровнемере,содержащем реверсивный двигатель со схемой управления, согласующий блок, ходовой винт с кронштейном, соединенный со щупом и движком реохорда, схема управления выполнена в виде фазового модулятора соединенного с одним входом преобразования фазового сдвига, другой вход которого соединен с генератором сину соидального сигнала, а выход преобра зователя фазового сдвига соединен с одним входом коммутатора, другой вход которого соединен с блоком синхронизации, один выход коммутатора связан с реверсивным счетчиком, последовательно сое; иненным с одним входом первой схемы сравнения, другой вход которой соединен с первым задатчиком, а другой выход коммутато ра связан со счетчиком импульсов. 06 соединенным содним входом второй схемы сравнения, другой вход которой связан с вторым задатчиком, при этом выходы схем сравнения подключены через последовательно соединенные триггер управления и согласующий блок к реверсивному двигателю. На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого уровнемера. Измеритель уровня содержит реверсивный двигатель 1 с ходовым винтом 2, соединенным через кронштейн со щупом 3 и с движком измерительного реохорда 4, щуп 3 подключен также ко входу фазового модулятора 5, выходной сигнал которого является информационным сигналом устройства. Опорным сигналом служит выходной сигнал генератора 6 синусоидального сигнала. Преобразователь 7 фазового сдвига служит для преобразования сдвига фазы между опорным и информационным сигналами в число импульсов, а блок 8 синхронизации и коммутатор 9 управляют работой контура управления и контура ограничения. В основной контур управления входят реверсивный счетчик 10 и схема 11 сравнения цифровой информации с задатчиком 12. Контур ограничения собран на базе счетчика 13 импульсов, схемы 14 сравнения цифровой информации и задатчика 15. Выходной сигнал R5-триггера 16 является управляющим для согласующего блока 17, соединенного с реверсивным двигателем 1. Уровнемер работает следующим образом. Реверсивньй двигатель 1 при помо щк ходового винта 2 с кронштейном поднимает или опускает щуп 3 в тигель, где находится расплав. Сопротивление системы щуп - расплав включается в одно из плеч фазового модулятора 5, которьй запитывается от генератора 6 синусоидальным напряжением с частотой, некратной 50 Гц, для устранения влияния наводок силовых цепей. Для повьшения помехоустойчивости схемы вход и выход фазового модулятора 5 выполнен трансформаторным с заземленной вторичной обмоткой. При движении щупа 3 над расплавом и в расплаве фазовьй модулятор 5 преобразует сопротивление системы щуп расплав в сдвиг фазы Д информационного сигнала Uc относительно опор31ного сигнала .Орр генератора 6. Сдви фазы преобразуется в число импульсов преобразователем 7 фазового сдвига и через коммутатор 9, управляемый блоком -8 синхронизации, поступает на реверсивньш счетчик 10. При этом реверсивный счетчик 10 вначале сбрасывается импульсом блока 8 синхронизации, а затем, в момент времени.i. определяемый импульсом напряжения с выхода блока 8 синхронизации, в счетчик 10 вводится информация о величине фазового сдвига л Ч по входу + и в момент времени 2 тагоке определяемьм импульсом напряжения с выхода блока 8 синхронизации, информация в счетчик 10 вводится по входу -. Таким образому результирующей информацией N в счетчике 10 являет ся информация о разности фазовых / ст 1X1.1 nTTTjrcr .Л П птт1- гг1т.1 А- ir r T3i-l-v сдвигов 4(-t)-4V(t2), где Л4(i-,) фазовьй сдвиг напряжения U относительно UPP в момент времени t-,; (t) - фазовьй сдвиг напряжения с сг момент времени 2 Промежуток времени между двумя измерениями определяет ся блоком 8 синхронизации и устанав ливается заранее в зависимости от д намических свойств объекта управления. Предположим, что щуп уровнемера находится, например, над расплавом и двигается вниз. Результирующая информация реверсивного Счетчика 10 полученная по результатам измерения й в моменты времени tf, и t., где п - цикл работы блока, В синхрон зации, пусть равна Jf,. Результирующая информация счетчика 10 в п+1 цикл работы блока синхронизации рав на N,1 и т, д. Ввиду того, что щуп двигается в однородной среде (пары над расплавом) результирующая инфор мация N счетчика 10 изменяется по мере опускания щупа, но эти изменения огранич.ены, т.е. Н , N N где Nf - результирующая информация счетчика 10 по результатам измерени в моменты времени t Htp,.. Неравенство (1) учитывает ограни чения по величине результирующей информации и при дв1-шении щупа в дру-55

гой однородной среде-расплаве. Текущая результирующая информация N, счетчика 10 в цикл работы блозуется при переходе щупа из одной средь: в другую или при работе i мениске расплава. 64 ка 8 синхронизации сравнивается с помощью схемы 11 сравнения и задатчика 12 . При движении щупа уровнемера над расплавом , поэтому на выходе схемы 11 сравнения - логический нуль. Наступает момент прит-м цикле работы блока 8 синхронизации, когда в .некоторый первоначальный момент времени измерения t щуп находится над расплавом, а , ,за время задержкиAi работыблока 8. синхрёни зации двигатель перемещает щуп в расплав и здесь происходит следующее измерениел в момент времени t j,.,. Щуп переходит из одной среды (пары над расплавом) в другую (расплав), поэтому результирующая информация счетчика 10 за данный цикл измерения намного большеN «,, т.е.Н Н.„„. ,...I , . i В результате схема 11 сравнения изменяет свое состояние и перебрасывает триггер 16, т.е. двигатель 1 реверсируется и начинает перемещать щуп вверх (из расплава). Циклы измерения сопротивления системы щуп - расплав начинают повторяться. Щуп выходит из расплава и, наконец, при .некотором К-м цикле работы б.лока 8 синхронизации, когда мениск расплава на кончике щупа достаточно сильно вьтягивается, результирующая информация Мц счетчика 10 станет опять больше ,т,о(ч Двигатель изменяет направление вращения (за счет переброса по входу С триггера 16 3 повое состояние импульсом напряжения схемы 11 сравнения при My NJ,,J ) и затем уже при измерении в первом после реверса цикле получаем ., так как щуп опускается и мениск расплава опять несколько уменьшается. Двигатель 1 опять реверсируется. Этот процесс постоянно повторяется при небольших перемещениях щупа в пределах мениска. Таким образом, основной контур управления настраивается так, что измеритель уровня при слежении реагирует на величину скачка сопротивления в системе щуп - расплав, который задается для данного расплава и технологического процесса задатчиком 12. Необход1-1мый по величине скачок сопротивления системы щуп расплав обра$10Следовательно, рассматриваемый измеритель уровня расплава обладает малой величиной переменной составляю щей выходного сигнала измерительного расхода 4, определяемой задатчиком 12. Выбором величины NfTicix ° мощью задатчика 12 для данного техно логического процесса можно добиться слежения устройства за уровнем расппава практически без рыскания Кроме того, величина мениска расплава на щупе, пары над расплавом и их зависимость от текущих параметров технологического процесса не вли яют на погрешность слежения, так как уровнемер реагирует только на определенную величину скачка сопротивления в системе щуп - расплав, а требуемая величина скачка за один цикл измерений может быть только ,при переходе щупа из одной среды в другую или при перемещениях щупа в пределах мениска расплава. Текущая цифровая информация счетчика 13 контура ограничения (управле ние происходит через блок 8 синхрони зации и коммутатор 9) о величине сопротивления системы щуп - расплав в каждый момент времени сравнивается на схеме 14 сравнения с цифровой информацией задатчика 15 ограничения Если абсолютная величина сопротивления системы щуп - расплав выходит за верхний или нижний пределы, установ6ленные задатчйком 15, то на соответствукяцем выходе схемы 1А сравнения появляется логическая единица и пере-, брасьгаает триггер 16, изменив тем самьм направление вращения двигателя. Следовательно, щуп не может вьйти за пределы, установленные задатчйком 15, Принастройке контура ограничения, т.е. установке верхнего и нижнего пределов перемещения щупа, задатчйком 15 устанавливается область.сопротивления системы щуп - расплав, в которой находится данная система при нормальной работе основного контура управления. Эта область индицируется схемой индикации счетчика 13. В течение технологического процесса уровень расплава может значительно измениться. В этом случае область ограничения периодически, по мере приближения системы щуп расплав к границе, установленной задатчйком 15, корректируется по показанию схемы индикации счетчика 13. Таким образом, предлагаемый измеритель уровня обеспечивает точное слежение за уровнем расплава, учитывающее изменение его свойств и текущих значений параметров технологического процесса. Высокая надежность устройства обеспечивается при этом за счет ограничения области перемещения щупа, внутри которой расположена граница раздела двух сред.

УРОВНЕМЕР, содержащий реверсивный двигатель со схемой управления, согласующий блок, ходовой винт с кронштейном, соединенным со щупом и движком реохорда отличающийся тем, что, с, целью повьшения точности измерения уровня расплава, схема управления выполнена в виде фазового модулятора, соединенного с одним входом преобразователя фазового сдвига, другой вход которого соединен с генератором синусоидального сигнала, а выход преобразователя фазового сдвига соединен с одним входом коммутатора, другой вход которого соединен с блоком синхронизации, один выход коммутатора связан с реверсивным счетчиком, последовательно соединенным с одним входом первой схемы сравнения, другой вход которой соединен с первым задатчиком, а другой выход коммутатора связан со счетчиком импульсов, соединенным с одним входом второй схемы сравнения, другой вход которой связан с вторым задатчиком, при этом выходы схем сравнения подключены через последовательно соеди(Л ненные триггер управления и согласующий блок к реверсивному двигателю.