Устройство для измерения уровня воды в барабане парового котла Советский патент 1988 года по МПК G01F23/26 

(Л

тельных полостей Д 3 подсоединен манометр А с токовым выходным сигналом Iр. Токовые выходные сигналы Д 3 и манометра 4 подаются на вход вычислительного ус.тр-ва 5, на выходе которого формируется токовый выходной сигнал уровнемера. С помощью ре- зисторных преобразователей 6 и 7. тока в напряжение токовые сигналы преобразуются в соответствующие им напряжения, которые вместе с напряжением опорного источника в соответствии с алгоритмом уровнемера подаются на входы сумматоров 13 и 14 с учетом введения настраиваемых коэффициентов с помощью масштабирующих элементов 9-12 соответственно. Полученные сигналы на выходах сумматоров 13 и 14 поступают в делительное устр-во 15. Выходной сигнал последнего поступает в преобразователь 19, в котором предусмотрены настройки О и диапазона выходного сигнала. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области приборостроения. Цель изобретения - расширение диапазона измерения уровня, упрощение настроек коэффициентов алгоритма уровнемера и уменьшение погрешности измерения уровня как в режиме насьпцения, так и в режиме пуска и расхолаживания котла. К барабану котла 1 с помощью сосуда 2, в котором поддерживается постоянный уровень охлажденной воды, подсоединен дифманометр (Д) 3 с токовым выходным сигналом Ifcp . К одной из измери

1

Изобретение относится к приборостроению, а именно к устройствам для измерения уровня жидкости в закрытых резервуарах по методу гидростатического давления.

I

Цель изобретения -.расширение диапазона измерения уровня, упрощение настроек коэффициентов алгоритма уровнемера и уменьшение погрешности измерения уровня как в режиме насыщения, так и в режиме пуска и расхолаживания котла.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема измерения уровня воды в барабане парового котла, работающего в режиме насыщения, и структурная схема вычислительного устройства; на фиг. 2 - схема измерения уровня с коррекцией по давлению и температуре.

На схеме обозначены объект 1, уравнительный сосуд 2, дифманометр 3 манометр 4, вычислительное устройство 5, резисторные преобразователи 6 и 7 напряжения в ток, источник 8 опорного напряжения, масштабирующие коэффициенты 9-12 алгоритма уровнемера сумматоры 13 и 14 , и Zj делительное устройство 15, щиротно-импульсны модулятор 16, фильтр 17 нижних частот, управляемый ключ 18, преобразователь 19 напряжение - ток.

К барабану котла 1 с помощью однокамерного уравнительного сосуда 2, в котором поддерживается постоянный уровень И охлажденной воды, подсоединен дифманометр 3 с токовым выходным сигналом.Iip . К одной из измери

тельных полостей дифманометра, например к плюсовой, подсоединен манометр 4 с токовым выход1а м сигналом I р .

Токовые выходные сигналы дифманометра и манометра подаются на вход вычислительного устройства 5, на выходе которого формируется токовый выходной сигнал уровнемера I g,, .

1Q С помощью резисторных преобразователей 6 и 7 тока в напряжение токовые сигналы дифманометра и манометра преобразуются в соответствующие им напряжения идр Up IpR, коIT торые вместе с напряжением U опорного источника в соответствии с алгоритмом уровнемера 13 подаются на входы сумматоров 13 и 14 с учетом введения настраиваемых коэффициентов

20 3 1 помощью масштабирующих элементов 9-12, соответственно.

Полученные на выходе сумматоров сигналы V, N2U,p-N;U -N;Up и V U - N,Up) поступают в делительное

25 устройство 15, реализованное на функциональных элементах 16-18. Выходной сигнал делительного устройства

V, Уф qry- поступает в преобразователь

19 напряжение-ток, в котором предусмотрены настройки О и диапазона выходного сигнала.

Принципиальная схема измерения уровня жидкости в объекте с коррекг 35 цией по давлению и температуре насыщения (фиг.2) отличается от схемы фиг. 1 тем, что в ней,, кроме объекта 1, уравнительного сосуда 2, дифманометра 3, манометра 4 и вычисли30

31

тельного устройства 5, имеется еще преобразователь температуры, состоящий из термопары 20 и преобразователя 21 термо-ЭДС термопары в ток Ц , который используется для приведения в действие управляемых ключей 22 и 23 с тем, чтобы токовый выходной сигнал I всего устройства в зависимости от режима работы в объекте 1 соответствовал либо току 1 g,, , либо току Ijp дифманометра.

В соответствии с принципиальной схемой (фиг,О перепад давления ЫР, измеряемый дифманометром, определя- ется выражением

(р, -p)-h(p -р), (1)

где h и Н - текущее и максимальное значения измеряемого уровня;

Рб Р |р плотности охлажденной и кипящей воды и пара соответственно,

Дифманометр, используемьм для измерения уровня, имеет убывающую характеристику

г-

йР

чЬРп.

2}

где йР

максимальное значение перепада давления; текущее и максимальное значения выходного тока дифманометра. Подставляя (l) в (2), находят (}

Чр

др

L 1 Чр,-р )-h(p -p)ДР.

Полученное выражение можно представить в следующем виде:

+ kh,

W

где .

т

k

,(р -р).

(5)

ЬР,. J uPm

Из формул (5) видно, что начальное значение l и коэффициент пропорциональности k не являются постоянными величинами, так как ig зависит от разности плотностей (р р°) охлажденной воды и пара, .а k -от разности плотностей () кипящей воды и пара.

Из формулы (k) видно, что выходной сигнал дифманометра 1др изменяется линейно в зависимости от измеряемого уровня h, причем при 1йр о .

Для уровнемера с коррекцией по изменению плотностей воды и пара ис,- пользован алгоритм в виде следующей зависимости:

вы X - f-j

(6)

в соответствии с которой выходной сигнал уровнемера t g, изменяется пропорционально измеряемом уровню h и не зависит от плотностей охлажденной и кипящей воды и пара.

Определяя значение измеряемого уровня h через выходной сигнал дифманометра 1др из (), находят

Чр - о

h. Р . (7)

20

Подставляя полученное выражение из (7) в (6), получают алгоритм уровнемера

JI

UP

.}

(8)

Н

Подставляя в (8) выражения I, и k

из формулы (5), получают точное выражение алгоритма уровнемера

лР„

0

8Ы

. Н(р -р)

Лр т

1н

(рв-Г)

fiPn

.(9)

Для практической реализации предлагаемого алгоритма необходимо учи- тьшать входящие в него разности плотностей воды и пара. Проведенные вычисления и графические построения зависимостей разностей плотностей Рд-р и ft - р от давления нас:ьщ1ения и от температуры насыщения показывают, что в зависимости от давления

обладают значительно меньшей нелинейностью и их можно аппроксимировать следующими выражениями:

(10)

,-4„

5

где А,,В jAjjBj - постоянные коэффициенты линейной аппроксимации, имеющие размерность плотности;

Р - значение давления, принятое в качестве давления градуировки;Р - текущее значение

давления.

Выполненные расчеты показывают, что линейная аппроксимация с помощью выражений (10) дает максимальную

погрешность во всем диапазоне изменения давления, не превышающую 2% Выразим в (9) РВ Р и р -|5 из (10) с учетом замены отношения дав„ Р .IP

лении - отношением токов -т-, что

0 . РО

реализуется с помощью манометра с

электрическим токовым выходным сигналом,

Р

-,(11)

т.е. р РО

где

- текущее значение выходного

тока манометра;

IP - выходной ток манометра, соответствующий давлению градуировки.

Тогда вместо точного алгоритма (9) получают приближенный алгоритм уровнемера в виде

8Ь1Х

где

N,.

-i Po

N4

вл,

AJ.

вы

Нр

9

35

I о

го / V

Из выражения (12) видно, что в получают этом алгоритме вместо коррекции поЛ Рт

разностям плотностей реализована коррекция по давлению насыщения Р, которое с. помощью манометра преобразуете в ток 1р. Из выражения (13) дят для коэффициентов алгоритма видно, что для уменьшения количества настраиваемых коэффициентов алгоритма целесообразно, чтобы отношение

uPm

-гг- всегда сохранялось постоянным, п

Это легко обеспечить, если для каждого предельного значения уровня Н применять дифманометр с соответствую- 45 щим пределом измерения ьР. В этом случае для каждого значения давления градуировки потребуется только одна настройка всех коэффициентов N , , N ,

и выбрать R 0,2 кОм, U 1 В.

Реализация полученного алгоритма по выражению (14) может быть осуществлена с помощью вычислительного 10 устройства, состоящего из двух сум- . маторов (отдельно для числителя и отдельно для знаменателя), делительного и масштабирующего устройств. Нормированный выходной токовый 75 сигнал уровнемера обеспечивается за счет наличия элементов настройки О и диапазона вьп;одного сигнала в вычислительном устройстве.

Таким образом, для режима насы- 20 щения получены точное (9) и приближенные (12) и (I ) выражения алгоритма уровнемера.

Однако использование устройства, работающего по алгоритму (12) и (1) 25 в режиме пуска (останова) котла может приводить к погрешности измерения до 10-20%. В этом случае в объекте нет пара, вместо кипящей воды при-- (13) сутствует охлажденная вода и можно 30 принять р О, р РЗ

(12)

Тогда из (9)

Н

4р

,(1Рв

Подставляя в (15)

bPn, J

(15)

нахо40

Nl, Nl

, , ,t независимо от предельного чения уровня Н.

Для удобства практической реализации выражение (12) следует преобразовать к другому виду, где вместо токовых сигналов используются сигналы напряжения:

зна- 50

Sbiic - up (1)

Поэтому для режима расхолаживания и при пуске котла целесообразно использовать только дифманометр, выходной токовый сигнал которого является выходным сигналом уровнемера.

Для того, чтобы рассматриваемьш уровнемер стал всережимным, требуется дополнительнае переключающее устройство, которое в режиме насыщения реализовало бы алгоритм (I t), а в режиме пуска и расхолаживания - алгоритм (1б) .

Для переключения токовых сигналов следует применить преобразователь термо-ЭДС в ток с помощью задания определенной уставки, благодаря которой происходит его сра батывание 55 при достижении температуры насьпцения.

Niu,p-N;u -N;up

выхN;Uf

(U)

устройства, у (12) и (1) а) котла моости измерелучае в объек ящей воды при ода и можно

Тогда из (9)

вы

Нр

9

5

получают Л Рт

дят

Н

4р

,(1Рв

Подставляя в (15)

bPn, J

(15)

находят

Sbiic - up (1)

Поэтому для режима расхолаживания и при пуске котла целесообразно использовать только дифманометр, выходной токовый сигнал которого является выходным сигналом уровнемера.

Для того, чтобы рассматриваемьш уровнемер стал всережимным, требуется дополнительнае переключающее устройство, которое в режиме насыщения реализовало бы алгоритм (I t), а в режиме пуска и расхолаживания - алгоритм (1б) .

Для переключения токовых сигналов следует применить преобразователь термо-ЭДС в ток с помощью задания определенной уставки, благодаря которой происходит его сра батывание при достижении температуры насьпцения.

Формула изобретения 1. Устройство для измерения уровня воды в барабане парового котла.

71

содержащее дифманометр и манометр с электрическими выходными сигналами и вычислительное устройство, причем минусовая камера дифманометра соединена непосредственно с нижней частью котла, плюсовая камера дифманометра и вход манометра подсоединены через однокамерный уравнительный сосуд к верхней части барабана котла, а вычислительное устройство одним входом подключено к выходу дифманометра, а другим входом - к выходу манометра, отличающееся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения уровня, вычислительное устройство содержит два резисторных преобразователя входных токов в напряжение, два сумматора, четыре масштабирующих элемента, источник опорного напряжения, делительное устройство и преобразователь напряжения в ток, причем первый вход вычислительного устройства через последовательно соединенные первый резистор- ный преобразователь тока в напряжение и второй масштабирующий элемент подключен к первому входу первого сумматора, второй вход вычислительного устройства соединен с входом второго резисторного преобразователя тока в напряжение, выход которого через четвертый масштабирующий элемент соединен с вторым входом первого сумматора и через первый масштабирующий элемент с первым входом второго сз мматора, а источник опорного напряжения соединен с вторым входом второго сумматора и через третий масштабирующий элемент - с третьим входом первого сумматора, выход которого подключен к первому входу делительного устройства, второй вход

686478

которого соединен с выходом второго сумматора, а выход делительного устройства соединен с входом преобразователя напряжения в ток, выход которого является выходом устройства.

1Q шарнирно-импульсный модулятор с од- нополярной характеристикой, фильтр нижних частот и управляемый ключ, причем первый вход делительного устройства соединен с первым входом

(g фильтра нижних частот, выход которого, являющийся выходом делительного устройства, соединен через управляемый ключ с вторым входом фильтра нижних частот, а второй вход дели2Q тельного устройства через указанный широтно-импульсньй модулятор подключен к управляющему входу ключа.

25

сриг.2