Устройство для регулирования уровня жидкости Советский патент 1986 года по МПК G05D9/12 

ьо

О5

сд

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в различных устройствах для поддержания между двумя заданными значениями уровня диэлектрической, в том числе криогенной, а также электропроводной жидкости с возможностью независимой дистанционной плавной или дискретной перестройки каждого из пределов во всем диапазоне изменения уровня контролируемой жидкости в сосуде. Кроме того, изобретение может быть использовано для двухпозиционного регулирования и других величин, измеряемых с помощью емкостных, индуктивных или резистивных датчиков.

Цель изобретения - упрощение устройства.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для регулирования уровня жидкости; на фиг. 2 - эпюры напряжений, поясняющие работу устройства с датчиками, у которых параметры, зависимые от уровня жидкости, уменьшаются по мере его повыщения.

Устройство содержит опорный генератор 1, выполненный в виде генератора линейно меняющегося напряжения, задатчики 2 и 3 верхнего и нижнего уровней, выполненные в виде интегрирующих цепей с постоянным временем интегрирования, датчик 4 уровня, выполненный в виде интегрирующей цепи, один из элементов которой является чувствительным элементом, несимметричные триггеры 5 и 6, третий несимметричный триггер 7, переключатель 8 с размывающими контактами 8-1, 8-3 и замыкающими контактами 8-2, 8-4, симметричный триггер 9, релейный элемент 10, исполнительный механизм 11, блоки 12 и 13 сравнения, содержащие элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14 и 15, элементы И-НЕ 16 и 17, элементы 18 и 19 задержки, одновибраторы 20 и 21 и D-триггеры 22 и 23.

Интегрирующие цепи 2 и 3 можно выполнить на основе / С-цепей, а интегрирующую цепь датчика 4 в зависимости от типа датчика - на основе / L-цепи или / С-цепи.

Несимметричные триггеры 5-7 могут быть конструктивно реализованы на основе интегрального таймера, имеющего прецизионные пороги срабатывания и отпускания. В качестве контактного переключателя 8 можно применить одномодульный, с двумя коммутационными группами, переключатель с фиксацией. Симметричный триггер 9 представляет собой асинхронный / 5-триггер. В качестве релейного элемента 10 можно применить любое реле с соответствующим напряжением и током срабатывания, имеющее коммутационную группу с перекидным контактом.

Выбор исполнительного механизма 11 определяется функциональным назначением регулятора. Например, в случае регулирования уровня криогенных жидкостей им может быть электронагреватель, помещенный в дьюар с хладагентом, и электромагнитный

клапан, служащий для сброса давления паров хладагента в атмосферу.

Выполнение датчика 4 уровня в виде интегрирующей цепи позволяет применять как емкостной и индуктивный, так и резистивный датчики, параметры которых, зависящие от регулируемого параметра, могут меняться в щироких пределах, изменяя постоянную времени интегрирующей цепи. При прохождении через интегрирующую цепь импульса линейно нарастающего напряжения

{/вх(0,(1)

l

где Vm - максимальная амплитуда импульса;

tu -длительность импульса, на выходе цепи напряжение равно

г I тТ /1 I I

(2)

(Увых() ---(- + {; - 1/,

14 Т

20 где т - постоянная времени интегрирующей

цепи. Очевидно, что при т

f/Bb,x(/) у-(-т),

(3) г«

т. е. напряжение на выходе то же, что и на входе, только сдвинуто на время т (на фиг. 2 показано пунктиром).

Таким образом, в данном случае изменение параметров датчиков, зависящих от регулируемого параметра, например, уровня

жидкости (изменение сопротивления, емкости или индуктивности) позволяет получить временной интервал, прямо зависящий от величины регулируемого уровня.

Устройство работает следующим образом. При подаче питания на регулятор на

прямых выходах блоков 12 и 13 сравнения устанавливают высокие уровни напряжения «Лог. 1, а на выходе симметричного триггера 9 - низкий уровень напряжения - «Лог. О (устройство, формирующее напряжения начальной установки триггеров на фиг. 1 не показано). В момент времени t опорный генератор 1 начинает генерировать импульс линейно нарастающего напряжения длительностью tn, который через интегрирующие цепи задатчиков 2 и 3 и датчика 4

поступает на входы несимметричных триггеров 5-7 с задержкой согласно формулы (3), равной постоянной времени этих цепей. Пусть датчик 4 выполнен в виде интегрирующей цепи с чувствительным резистивным элементом, выполненным, например, из проволоки с высоким ТКС, намотанной на стержень. При пустом сосуде сопротивление проволоки максимально, следовательно, и постоянная времени интегрирующей цепи датчика 4 максимальна и равна т Т|, т. е.

на вход третьего несимметричного триггера 7 импульс линейно нарастающего напряжения поступает с задержкой, равной ть в результате триггер 7 при уровне порога срабатывания, равном Е, формирует импульс длительностью Т (фиг. 1). Постоянная времени тв интегрирующей цепи задатчика 2 верхнего уровня выбрана равной постоянной времени интегрирующей цепи датчика 4 при достижении уровня криогенной жидкости в сосуде верхнего предела регулирования, т. е. при минимальном значении сопротивления чувствительного элемента датчика, постоянная времени тн интегрирующей цепи задатчика 3 выбрана равной постоянной времени интегрирующей цепи при достижении уровня криогенной жидкости нижнего предела регулирования. Таким образом, несимметричные триггеры 5 и 6 в период времени i -f in формируют импульсы с длительностями соответственно Тй и Гч, которые поступают на соответствующие входы блоков 12 и 13 сравнения, причем (фиг. 2, 1, V, KB, У„). Назначение блока 12 сравнения - формирование на прямом выходе уровня «Лог. «О при превышении уровня жидкости верхнего предела регулирования, т. е. при ,(4) а блока 13 сравнения - формирование на прямом выходе уровня «Лог. О при уровне жидкости, находящейся ниже нижнего предела регулирования, т. е. при .,(5) Из эпюры напряжений (фиг. 2) видно, что в данном случае условию (4) должно соответствовать соотношение T(.,(6) где T(ti} - длительность импульса на выходе несимметричного триггера 7 в момент времени /,- (г 1, 2, ..., ге); Гв соп51- длительность импульса на выходе несимметричного триггера 5, а условию (5) соотношение T(t,)T.,(7) где Tii const - длительность импульса на выходе несимметричного триггера 6. Действительно, в период времени поступающий на первый вход блока 12 сравнения импульс длительностью Гв большей, чем поступающий на второй вход формирователя импульсов импульс длительностью Т, сохраняет на прямом выходе триггера 22 уровень «Лог. 1, поскольку во время появления тактирующего импульса (в данном случае - с длительностью Гв) на D-входе триггера 22 присутствует уровень «Лог 1, сформированный логическими элементами 14 и 16 и одновибратором 20 (фиг. 1, Кфв), а на прямом выходе триггера 23 блока 13 сравнения в данный период времени формируется уровень «Лог О, поскольку и при поступлении тактирующего импульса (в данном, случае - с длительностью Т) на D-входе присутствует уровень «Лог. О (фиг. 1, 1/Фн), Появление уровня «Лог. О на втором входе симметричного триггера 9 через контактные группы контактного переключателя 8, соединяющего в данном случае прямые выходы блоков 12 и 13 сравнения с входами несимметричного триггера 9, приводит к опрокидыванию последнего и установке на его выходе уровня «Лог. 1 (фиг. 1, 1/т), в результате чего срабатывает элемент 10 и исполнительный механизм 11 начинает подачу жидкости в регулируемый сосуд (в случае применения в качестве последней хладагента элемент 10 размыкает цепь электромагнитного клапана и включает нагреватель, в результате чего давление криогенной жидкости в дьюаре повышается и она начинает поступать в регулируемый сосуд). По мере повышения уровня жидкости сопротивление датчика падает, уменьшая тем самым постоянную времени интегрирующей цепи датчика 4, и при уменьшении последней к моменту времени tz до величины равной постоянной времени интегрирующей цепи задатчика 3, которая определяет нижний уровень регулирования жидкости в сосуде, состояние выходных сигналов блоков 12 и 13 не меняется и жидкость продолжает поступать в регулируемый сосуд (фиг. 2, 2Н-)Превыщение уровня жидкости в момент времени /з нижнего уровня регулирования приводит к нарушению условия (5) и на прямом выходе блока 13 устанавливается уровень «Лог. 1, который не меняет состояние симметричного триггера 9, в результате чего поступление жидкости в регулируемый сосуд продолжается (фиг. 2, /з+/п)При превышении уровня жидкости верхнего предела регулирования в момент времени /4 постоянная времени интегрирующей цепи датчика 4 уменьшается до такой величины, что выполняется условие (4) и на выходе блока 12 появляется уровень «Лог. О, опрокидывающий симметричный триггер 9 в нулевое состояние, в результате чего релейный элемент 10 отключает исполнительный механизм 11 и подача жидкости прекращается (фиг. 2, )- По мере уменьшения уровня постоянная времени интегрирующей цепи датчика 4 возрастает, приводя к нарушению условия (4), в результате чего на прямом выходе блока 12 появляется уровень «Лог. 1 не меняющий состояние симметричного триггера 9, а при достижении уровня жидкости нижнего предела регулирования выполняется условие (5), и начинают повторяться описанные выше операции, приводящие к подаче жидкости в сосуд. В случае применения датчиков, параметры которых, зависимые от уровня жидкости, увеличиваются по мере повышения уровня, например, емкостных для диэлектрических жидкостей, контактным переключателем 8 подключают входы симметричного триггера 9 к соответствующим инверсным выходам формирователей импульсов и при подаче питания на регулятор устанавливают на последних уровни «Лог. 1. В дальнейшем работа устройства не отличается от описанной выше для резистивного датчика за исключением того, что в начальный момент (при пустом сосуде) постоянная времени т интегрирующей цепи датчика 4 минимальна и повышается по мере повышения уровня жидкости. Таким образом, как и в известном устройстве регулятор позволяет регулировать уровень между двумя заданными предельными значениями - верхним и нижним, определяемыми соответственно постоянными времени интегрирующих цепей 2 и 3, которые легко перестраивать изменениями номиналов элементов цепей. Очевидно, что изменением величины сопротивлений или емкостей интегрирующих / С-цепей 2 и 3 можно независимо каждый из пределов регулирования перестраивать плавно или дискретно во всем диапазоне возможного изменения уровня жидкости в сосуде. Однопредельное регулирование можно получить при сближении пределов регулирования. Регулятор также позволяет осуществить дистанционное управление пределами регулирования и ручное управление состоянием исполнительного механизма принудительной установкой симметричного триггера 9 в нужное состояние. Изобретение обладает следующими преимуществами. Устройство стало значительно проще конструктивно и в настройке, поскольку отсутствуют сложные, требующие тщательной настройки генератор опорных синусоидальных сигналов, перестраиваемые частотно-избирательные фильтры, смеситель, усилитель сигнала биений и детекторы, а настройка предлагаемого устройства сводится лишь к установке необходимого времени задержки элеменов 18 и 19 задержек, длительностей выходных импульсов одновибраторов 20 и 21 в блоках 12 и 13, кроме того, сам принцип работы предлагаемого регулятора позволяет не предъявлять высоких требований к стабильности частоты измерительного генератора и делать его перестраиваемым. Относительная простота установки пределов регулирования при дистанционном управлении позволяет исключить необходимость конструктивного разделения устройства на две части, а также использование коаксиального радиочастотного кабеля и усилителя для компенсации в нем затухания. Появилась возможность использования (кроме емкостных и индуктивных) резистивных датчиков, что позволяет использовать его для регулирования температуры, для регулирования уровня криогенных жидкостей в регулируемых сосудах малой емкости. Формула изобретения 1.Устройство для регулирования уровня жидкости, содержащее датчик уровня, опорный генератор, задатчики верхнего и нижнего уровня, два несимметричных триггера, два блока сравнения, последовательно соединенные переключатель, симметричный триггер, релейный элемент и исполнительный механизм, причем входы симметричного триггера связаны с размыкающими контактами переключателя, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства, в него введен третий несимметричный триггер, генератор опорного сигнала выполнен в виде генератора линейно меняющегося напряжения, задатчики верхнего и нижнего уровней выполнены в виде интегрирующих цепей с постоянным временем интегрирования, а датчик уровня выполнен в виде интегрирующей цепи, один из элементов которой является чувствительным элементом, выход генератора опорного напряжения соединен с входами задатчиков верхнего и нижнего уровней и датчика уровня, выход которого через третий несимметричный триггер соединен с первым входом одного и вторым входом другого блоков сравнения, второй и первый входы которых соединены через соответствующие несимметричные триггеры с выходами задатчиков верхнего и нижнего уровней соответственно, первые выходы каждого блока сравнения подключены к размыкающим контактам переключателя соответственно, а их вторые выходы - к его замыкающим контактам. 2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок сравнения содержит последовательно соединенные элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элемент И-НЕ, одновибратор и D-триггер, связанный с одновибратором D-входом, а также элемент задержки, один из входов элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с первым входом блока сравнения, а другой - с вторым его входом, с другим входом элемента И-НЕ и через элемент задержки - с С-входом / -триггера, прямой выход которого подключен к первому выходу блока сравнения, а инверсный выход )-триггера - к его второму выходу.

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в различных устройствах для поддержания между двумя значениями уровня жидкости с возможностью независимой перестройки каждого из пределов. Устройство с целью его упрощения содержит опорный генератор линейно меняющегося напряжения, обеспечивающий подачу сигнала на интегрирующие задатчики верхнего и нижнего уровня и на интегрирующий датчик уровня, выходные сигналы указанных блоков через несимметричные триггеры подаются на два блока сравнения, выполненные на цифровых элементах, выходные блоки сравнения подключены к входам симметричного триггера, который управляет исполнительным механизмом. 1 з. п. ф-лы, (Л 2 ил.