Система регулирования положения границы раздела сред Советский патент 1985 года по МПК G05D9/12 

DO

9д I1 Изобретение относится к контрольно-измерительной технике .и может быт использовано для измерения и регулиро вания положения границы раздела двух сред, например, для контроля жидкост ной и парожидкостной фаз в биологиче ких ферментерах, котлах высокого дав ления и т.д. Известно устройство для регулирования границы раздела воздух-шлак и шлак-металл при электрошлаковом переплаве, содержащее дифференциальный теплометрический уровнемер (два разнесенных по высоте контролируемого пространства идентичных преобразователя теплового потока), выходы которого подключены к регулятору через усюштель, при этом регулятор связан (с исполнительным механизмом (с тележ кой кристаллизатора) 1. Недостатками данного устройства являются узкая зона регулирования и отсутствие возможности контролируемо изменять положение границы раздела сред в ходе переплава и поддерживать ее на новом уровне. Наиболее близкой к изобретению .по технической сущности и достигаемо му результату является система регули рования положения границы раздела сред, содержащая два уровнемера (основной и дополнительный), каждый из которых состоит из двух идентичных преобразователей теплового потока, расположенных на разных уровнях по высоте и включенных дифференциально, два усилителя, блок деления сигналов и регулятор положения границы раздела сред 2. Однако выходная характеристика известной системы носит релейньй хаграктер, что позволяет использовать только пороговое регулирование, в то время как другие виды регулирования (пропорциональное ПВД-регулирование) использовать нельзя. Кроме того в устройстве отсутствует возможность измерения уровня во всех точках зоны регулирования. Цель изобретения - повышения качества регулирования. Поставленная цель достигается тем что система регулирования положения границы раздела сред, содержащая два идентичных преобразователя теплового потока, включенных дифференциально, причем один из преобразователей расположен за верхней границей зоны ре182гулирования, другой - за нижней границей зоны регулирования, усилители, блок деления сигналов и регулятор положения границы раздела сред, соединенный с исполнительным механизмом, снабжена сумматором, измерителем и набором дифференциально соединенных пар идентичных преобразователей теплового потока, расположенных на разных уровнях по высоте зоны регулировайия, причем верхний из преобразователей каждой пары расположен на одном уровне с нижним преобразователем следующей по высоте пары, выход каждой пары через сумматор соединен с входом усилителя, а выход блока деления сигналов - с входом измерителя. На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемой системы регулирования; на фиг. 2 - распределение тепловых нагрузок на стенки емкости, на фиг. 3 - выходная характеристика системы регулирования (зависимость выходного сигнала, выраженного в относительных единицах от положения границы раздела сред). 1 Система содержит два идентичных преобразователя 1 и 2 теплового потока (например, с коэффициентами KQ), включенных дифференциально, выходы которых через дополнительный усилитель 3 подключены к блоку 4 деления сигналов. Дополнительно система содержит набор дифференциально включенных пар идентичных (с одинаковыми коэффициентами преобразования) преобразователей 5 теплового потока, причем коэффициенты преобразования каждой пары различны (К - Кр). Выходы каждой пары через сумматор 6 связаны с входом основного усилителя 7, выход которого соединен вторым входом блока 4 деления сигналов, а выход последнего - с измерителем 8 и регулятором 9 положения границы раздела сред, кото- : рый воздействует на исполнительньй механизм, например откачиванлций насос или электромагнитный клапан (не показан). ПарЬ преобразователей 5 в наборе устанавливают в емкости таким образом, что верхний преобразователь каждой пары расположен на одном уровне с нижним преобразователем следуюей по высоте пары. Система работает следующим образом. В исходном состоянии граница раздела сред расположена ниже зоны регуирования (фиг. 2). До подхода грани31цы раздела сред (например, гранищ 1 раздела между сьгеороткой и пеной в биологическом ферментере) к нижнему преобразователю 5 набора сигнал с выхода последнего отсутствует Е О так как все преобразователи набора находятся в одинаковых тепловых условиях. В связи с тем, что преобразо ватели 1 и 2 расположены -вне зоны ре гулирования (преобразователь 1 - за верхней границей зоны, например, под крышкой емкости, а преобразователь 2 за нижней границей зоны, например, на дне емкости), сигнал Е2 (q,-q) 0, где Kjj - коэффициент преобразования; (q, - q ) - разность плот ностей тепловых потоков сред, Вт/м. Этот сигнал не зависит от положения границы раздела сред. Тогда сигнал с выхода блока 4- деления сигналов EQ/EJJ О (фиг. 3 в точке 0), и, следовательно, регулятор 9 не оказьгоает воздействия на привод исполнительного механизма. В момент подхода гранищ. раздела сред к нижнему преобразователю 5 набора (фиг. 3, точка А) на выходе ниж ней пары появляется сигнал Е К х x.(q2 - q,,) 0. Поскольку сигналы остальных, пар равны нулю, то на выходе сумматора сигнал также равен Е - - Ч,,) Тогда на выходе блока 4 появляется сигнал .4а5-1-а4 -51 const. ED - Я,) так как qj Я ОЭтот сигнал фиксируется измери- . телем 8. При нахождении границы раздела сред между преобразователями нижней пары суммарный сигнал не изменяется (фиг. 3, участок АВ). В момент подхода границы раздела сред к верхнему преобразователю нижней пары и, следовательно, к нижнему преобразовате184ю следующей по высоте пяры сигнал нижней пары Е О, а сигнал следуюей по высоте пары Е K2,(q2 Ч)уммарный сигнал также равен ® сигнал с выхода блока 4 деления Ео2 Ki ED KO (фиг. 3, участок СД). Таким образом, выходная характеристика систег имеет вид ступенчатой ломаной линии. Если К„, К„., ..., К2, К, то относительный сигнап Ео ступенчато возрасEDтает по мере подъема границы раздела сред (фиг. 3). Применяя миниатюрные преобразователи теплового потока, например гальванические многоспайные батареи термопар, и располагая достаточно близко пары преобразователей, можно сгладить ступеньки и получить выходную характеристику в виде наклонной прямой, что позволяет применить пропорциональное (пропорционально-интегральное или пропорциональноинтегрально-дифференциальное) регулирование, т.е. расширяются функциональные возможности системы. Кроме того, предлагаемая система позволяет измерять положение границы раздела сред в пределах зоны регулирования, а не только индицировать его в верхней (или нижней) точке зоны регулирования. При этом повышается достоверность информации о работе системы и упрощается контроль ее работы. Применение системы с пропорциональньм регулированием позволяет повысить точность поддержания уровня сыворотка-пена в ферменте в 1,5-2 раза (в ферментере объемом 15 м точность составляет 8 мм), улучшить качество выпускаемой продукции и облегчить работу оператора. Ожидаемый экономический эффект составляет около 25 тыс. руб. на одну установку. Зона регулиробания раница раздела сред О J; а Ч IL м Фиг. Jk па па ng Ф1Аг.5 i/t KO

СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА СРЕД, содержащая два идентичных преобразователя теплового потока, включенных дифференциально, причем один из преобразователей расположен за верхней границей зоны регулирования, другой - за нижней границей зоны регулирования, усилители, блок деления сигналов и регулятор положения границы раздела сред, соединенный с исполнительным механизмом, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества регулирования , она снабжена сумматором, измерителем и набором дифференциально соединенных пар идентичных преобразователей теплового потока, расположенных на разных уровнях по высоте зоны регулирования, причем верхний из преобразователей каждой пары расположен на одном уровне с нижним преобразователем следующей по высоте па(Л ры, выход каждой пары через сумматор соединен с входом усилителя, а выход блока деления сигналов - с входом изме- рителя.