Уровнемер Советский патент 1986 года по МПК G01F23/16 

1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к устройствам для измерения уровня жидкости, и может быть использовано для контроля уровня в емкостях нефтеперерабатывающих, химических, пищевых производств.

Целью изобретения является повышение быстродействия уровнемера.

На чертеже представлена схема уровнемера.

Уровнемер содержит две пьезометрические трубки: полного погружения

ил всю глубину технологической емкости 1 и неполного погружения 2, которые погружены в .контролируемую жидкость и через постоянные пневмо- дроссели подключены к источнику питания. Пьезометрическая трубка 1 одновременно подключена к первому входу сумматора 3 и первому входу блока 4 сравнения, а вторая трубка 2 подключена к второму входу сумматора 3. Выход сумматора 3 подключен к входу усилителя 5, выход которого одновременно подключен к второму входу блока 4 сравнения и через отрицательную обратную связь из постоянного дросселя 6 и регулируемого дроссе ля 7 - к второму входу усилителя. Инверсные выходные каналы блока 4 сравнения соединены с питающими входами генераторов 8 и 9, , выходы которых соединены соответственно: восьмого - с прямьми входами пневматического шагового двигателя 10 и счетчика 11 пневмоимпульсов, а девятого - с реверсивными входами пневматического щагового двигателя 10 и счетчика 11 пневмоимпульсов. Выходной вал пневматического шагового двигателя 1Q кинематически связан с входным валом регулируемого дросселя 7 в цепи отрицательной обратной связи - усилителя 5.

Уровнемер работает следующим образом.

Предположим, что уровень контролируемой жидкости в емкости находится ниже среза трубки 2, являющейся нулевой точкой отсчета.,При этом давление на входы сумматора 3 поступает только с пьезометрической трубки 1 и определяется выражением

HO Р g,

(1)

223043 где

зо

Н - глубина погружения пьезометрической трубки 1 в жидкость;

р- плотность контролируемой 5 жидкости;

g - ускорение земного притяжения. Это же давление поступает одновременно и на первый вход блока 4 сравнения. С выхода сумматора 3 давление 10.-ЬР Р, - Р Р, (так как Р 0) поступает на вход усилителя 5, на выходе которого получают давление Ру. k йР, где k - коэффициент усиления усилителя. Для того, чтобы система находилась в состоянии равновесия и на выходах блока 4 сравнения установились нулевые сигналы, необходимо выполнение следующего условия

45

k ДР Р,

(2)

Для выполнения данного условия коэффициент усиления k усилителя 5 в начальном состоянии должен быть равен 1. Так как коэффициент усиления усилителя с отрицательной обратной связью из постоянного и регулируемого дросселей определяется выражением

k 1 +

k, /k,

(3,

где Ц - проводимость регулируемого дросселя: 7, а k - проводимость пр- стоянного дросселя 6, то для получения значения k 1 необходимо, чтобы регулируемый дрорсель 7 в исходном состоянии был полностью закрыт, т.е. его проводимость равнялась нулю, что и достигается полным его перекрытием перед началом измерений.

При достижении уровнем контролируемой жидкости какого-либо значения Н. (текущего), на входы сумматора 3 поступают два давления Р и Р с выходов обеих пьезометрических трубок. Каждое из этих давлений определяется следующим выражением:

Рё Р8

Н,

(4) (5)

где H.J. - текущее значение глубины погружения первой трубки; текущее значение глубины погружения второй трубки.

На выходе сумматора 3 появляется перепад давления Л Р Р г ° торьй будучи усиленным соответствующим образом усилителем 5, поступает на второй вход блока 4 сравнения.Но так как Р, Р 1 л Р, то схема выходит из состояния равновесия и единичный сигнал 1 появляется на выходе блока сравнения, связанном с питающим входом генератора 8. Генератор 8 начинает генерировать последовательность управляющих пневматических импульсов, поступающих на прямые входы пневматического шагового двигателя 10 и счетчика 11, Шаговый двигатель 10, отрабатывая поступившие на его прямой вход пневмоимпульсы, перемещает выходной вал и связанный с ним вал регулируемого дросселя 7 в цепи обратной связи усилителя 5 на один щаг после каждого поступившего импульса. После каждого шага проводимость дросселя 7 увеличивается на величину Ak , которая определяется следующим выражением:

N И

г - г

т Ч

uk.

4с,

(6)

где - цена шага пневматического

шагового двигателя; С - коэффициент преобразования угла поворота вала дросселя в проводимость.

В соответствии с (6) поступление на вход пневматического шагового двигателя импульсов приводит к тому, что проводимость дросселя 7 равна

k N-uk

В свою очередь, увеличение проводимости дросселя 7 приводит к соответствующему увеличению коэффициента усиления k усилителя 5. Импульсы с выхода генератора 8 поступают на входы шагового двигателя 10 и счетчика 11 до тех пор, пока не выполнится условие (2), т.е.

k U Р Р (В)

Подставляя (7) в (3), а результат подстановки и (4)., (5) - в (8), получим

;i.)

г

F-8 н

()(p.,.H -pglV)

а после ряда преобразований где N - количество импульсов, поступивших до момента достижения равно5 весия на прямые входы шагового двигателя 10 и зафиксированное в счетчике 11; С kj/uH-C- | коэффициенты пропорциональности.

Таким образом, количество импуль10 сов N, поступившее с выхода генератора 8 на входы двигателя 10 и счетчика .11, пропорционально уровню жидкости Н в контролируемой емкости. Наличие постоянного коэффициента

15 С„ обусловлено зоной нечувствительности уровнемера при уровне Н ниже . среза второй пьезометрической трубки 2. Однако в соответствии ,с выражением (2) эта зона может быть су20 щественно уменьшена путем увеличения максимального значения коэффициента усиления k усилителя 5.

В случае дальнейшего повышения уровня Н условие равновесия систе25 мы (2) снова нарушается, что приводит к новому появлению сигнала 1 на том же выхода блока сравнения, запуску генератора 8 и дальнейшему увеличению коэффициента усиления k

30 за счет увеличения проводимости дросселя 7 пневматическим шаговым двигателем 10, Счетчик 11 просуммирует количество вновь поступивших пневмоимпульсов с уже хранящимся в нем числом.

При уменьшении уровня Н условие (2) нарушается снова, но при этом сигнал давления Р становится меньше сигнала k-uP.

Поэтому сигнал 1 появляется на выходе блока сравнения 4, который связан с входом генератора 9. Это приводит к подаче серии управляющих Ю4П ульсов на реверсивные входы пневматического шагового двигателя 10 и счетчика 11. Вал двигателя начинает совершать шаговые перемещения в обратную сторону, что приводит к соответствующемуГ уменьшению проводимости k дросселя 7 и уменьшению коэффициента усиления k до тех пор, пока не выполнится условие (2) и на обоих выходах блока 4 сравнения установятся нулевые сигналы. Количество пневматических импульсов, потребо- равшееся для приведения схемы изме- (9) рения в состояние равновес1{я при уменьшении уровня Н, вычитают из уже имеющегося числа импульсов в

35

(7)

40

45

50

55

N И

г - г

т Ч

30

35

счетчике 11, сохраняя тем самым пропорциональность числа импульсов в счетчике контролируемому уровню в технологической емкости.

Выходной сигнал данного уровнемера также может -быть представлен в двух формах. Кроме число-импульсного кода на выходе счетчика 11 в соответствии с вьфажением (10) он может быть также получен в непрерьтной форме в виде поворота выходного валд шагового двигателя

Bb,.-.ci-c;...

где С f С и С |-C,j коэффициенты пропорциональности.

Так как габариты и вес механически перемещаемых частей регулируемого дросселя 7 несоизмеримо меньше возможных габаритов и веса подвижной пьезометрической трубки, то инерцион ность механической части уровнемера, а следовательно и„всего устройства в целом резко уменьшится, что приведет к существенному повышению его быстродействия.

Формула изобретения

Уровнемер, содержащий две продоль но смещенные пьезометрические трубки

Редактор А. Ворович

Составитель М. Рачков

Техред о.Сопке Корректор В.Бутяга

Заказ 1701/42- Тираж 705.Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-33, Раушская наб., д. 4/5

Филиал mill Патент, г, Ужгород, ул« Проектная, 4

1223043.6

соответственно полного и неполного погружения, подключенные через постоянные дроссели к источнику питания, блок сравнения, первьй вход которого 5 подключен к пьезометрической трубке полного погружения, усилитель, выход которого связан с вторым входом блока сравнения, два генератора пневматических импульсов, питаищие входы

10 которых соединены с инверсными выходами блока сравнения, пневматический шаговый двигатель и счетчик пневмо- импульсов, реверсивные входы которых соединены с выходами соответствую15 щих генераторов, отличающий- с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в схему дополнительно введены постоянный и регулируемый дроссели и сумматор, пьезометричес20 кая трубка неполного погружения выполнена неподвижной, а усилитель охвачен отрицательной обратной связью через постоянный и регулируемый дроссели, при этом выходы пьезо25 метрических трубок подключены к входам сумматора, выход которого подключен к входу усилителя, а выходной вал пневматического шагового двигателя кинематически связан с управ- 30 лякнцим входом регулируемого дросселя.