Устройство для определения положения границы раздела фаз жидкость-газ Советский патент 1985 года по МПК G01F23/24 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения уровня различных, в том числе и.криогенных, жидкостей.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство, содержащее управляемый источник постоянного тока, термочувствительный элемент, дифференциальньй усилитель,компаратор и индикатор, а также таймер, соединенный с источником постоянного тока и компаратором, и RC-цепочку, через которую второй выход дифференциального усилителя соединен с входо компаратора.

Принцип действия устройства основан на сравнении линейнопадающего задаваемого С-цепочкой напряжения с величиной термометрического параметра в режиме перегрева, термочувствительного элемента и на последующем преобразовании временного интервала, соответствующего уровню жидкости, в электрический сигнал ClJ.

Недостатками известного устройства являются низкая точность измерений и необходимость сзтцестЬенной перестройки при работе с различными

жидкостями.

, Цель изобретения - повьшение точности измерений и расширение диапазона контролируемых сред.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные управляемый источник постоянного тока, термочувствительный элемент и дифференциальный усилитель , а также последовательно соединенные таймер, компаратор и индикатор, причем второй выход таймера соединен с управляемым источником постоянного тока, введены .интегратор, включенный между дифференцигшьным усилителем и компарато- ром, и блок управления, вход которог подключен к третьему выходу таймера, а выход - к управляющему входу интегратора.

На фиг.1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 эпюры напряжений на отдельных блоках.

Устройство содержит управляемый источник 1 постоянного тока, соединенный с входом термочувствительного элемента (ТЭ) 2, выход которого через дифференциальный усилитель 3 и

интегратор 4 соединен с компаратором 5. -На выходе компаратора 5 включен индикатор 6. Управление работой интегратора 4 осуществляется с помощью блока 7 управления. Управляемы источник 1 тока, блок 7 управления и компаратор 5 соединены с выходами таймера 8 (фиг.1).

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии ТЭ 2 питается током измерительной мощности от управляемого источника 1 тока, и его сопротивление (( характеризует температуру контролируемой среды (фиг.2с(,5). Падение напряжения на ТЭ и(т) RO(T) 1 через дифференциальный усилитель 3, который осуществляет функцию согласования импедансов и подавления синфазной помехи, поступает на интегратор 4 и интегрируется за интервал времени, равный 100 Периодам f тактовой частоты таймера В (фиг.2). Значение интервала равно

100 {

«в(Т)ГЛ .

По истечении этого времени таймер включает ток на перегревающее значение мощности, в результате чего термометрический параметр приобретает новое значение (фиг. 2d):

R, Rt,(TJf uR.

В этот же момент блок 7 управления по сигналу таймера 8 переключает знак интегрирования интегратора 4 (фиг.Зв) и компаратор 5 фиксирует момент обнуления интегратора 4 (фиг. 2 г) . Время интегрирования является информативным.

На основании закона сохранения заряда можно записать

х

lootr

Ro(T)Ui j

Rp(T)

Ro(T)I-MOf Rji,

Отсюда время интегрирования

R.CTlnoof

о

R,I

100-г.

R.

За время индикатор 6 заполняется ff- импульсами тактовой частоты

(фиг. 2 а).

R,m

N -i

fOO . X r Таким образом, число импульсов тактовой частоты, записанное в инди катор 6 за время -t , равно в процен тах отношению сопротивлений. В случаях протяженного ТЭ или ре шетки из последовательно соединенны точечных ТЭ, прямо или косвенно перегреваемых джоулевым теплом, погруженных на относительную длину E/ в жидкость (где 2 - длина погружени L - длина ТЭ) положение границы раз дела фаз жидкость-газ определяется следующим образом. При измерительном токе, не перегревающем ТЭ, термометрический пара „ метр С достаточной точностью соотМОТП г- ППГ-ТЯТПиНОИ ТПиНПГТМП тПТ- ветствует температуре среды RQ(T). При включении тока перегревающей мощности, полагая, что тепловое «сопротивление ТЭ - жидкость близко к нулю, можно считать, что приращение сопротивления за счет перегрева определяется только частью ТЭ, расположенной в газе и выражаемой как ftc,(,). Тогда собственно приращениеuRsR(f-e/L)oLAT , , где Ка тепловое сопротивление ТЭ Р - перегревающая мощность. AR Rj(l-e/L)oi R Р . Полное значение сопротивления, изме ренное на втором этапе, равно i (T)(Y-e/L)eiRgp . Рабочим параметром является отношение сопротивлений )otRftP Отсюда; e/L 111439824

Произведение приращение температуры при перегреве в газе. Умножим и разделим произведение oLuT на Лт1 dR, оСТ toгдa выражение в числителе есть не что иное как приращение сопротивле.„ия для случая, когда ТЭ полностью находится в газе. Преобразуем это вьфажение таким образом: r-RjT) МП 17где Xj, - отношение сопротивлений (результат измерений), когда ТЭ полностью находится в газе. Подставим выражение для К„Р в форму„ , .о .4vf J лу (1): -М--1/2. 1/Х,-1 -(Х,-1|Х Таким образом, определение положения границы раздела фаз жидкость-пар возможно либо по формуле (1) (в этом случае произведение определяется расчетным путем), либо по формуле (2) (в этом случае отношение сопротивлений Xj. ТЭ, находящегося полностью в газе, определяется при калибровке ТЭ) . Если тепловое сопротивление ТЭ жидкость не равно нулю, формула для определения положения границы раздела фаз жидкость-пар, имеет вид - -L (У)ж L-()X RJT) - отношение сопротивления, когда ТЭ полностью находится в жидкости (определяется при калибровке ТП). Технико-экономический эффект от использования изобретения состоит исключении погрещности за счет вреенной и температурной нестабильноси элементов; в возможности исключеия влияния доминирующей помехи за чет выбора периода измерения кратным ериоду доминирующей помехи; отсуттвии необходимости в перекалибровке перестройке при проведении измереий в различных криогенных жидкостях.

K{r}

КоСГ}

Ami

Вых.4

T/fC O

УСТРОЙСТВО ДОЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ГРАНИЦЬ РАЗДЕЛА ФАЗ ЖИДКОСТЬ-ГАЗ , содержащее последовательно соединенные управляемый источник постоянного тока, термочувствительный элемент и дифференциальный усилитель, а также последовательно соединенные таймер, компаратор и индикатор, причем второй выход таймера соединен с управляемым источником постоянного тока, о тл и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения диапазона контролируемых сред, в него введены интегратор, включенный между дифференциальным усилителем и компаратором, и блок управления, вход которого подключен к третьему выходу таймера, а выход - к управляю-д шему входу интегратора.5S iu оо со 00 кэ

Фиг. 2