Двухпозиционный регулятор уровня раздела сред Советский патент 1988 года по МПК G05D9/12 

Изобретение относится к автомати- чЬскому регулированию и может быть использовано в устройствах для поддер жяния между двумя заданными значения- ми уровня диэлектрической, в том чис- л|е криогенной, и электропроводящей жидкости с возможностью независимой д|1станционной плавной или дискретной перестройки каждого из пределов во в|::ем диапазоне изменения уровня конт- р|:)лируемой жидкости, а также других величин, измеряемых с помощью емкост- Hijiix, индуктивных или резистивных дат- .

I Цель изобретения - повышение на- Д1ржности регулятора путем его упро- .

На фиг. 1 показана структурная схема регулятора; на фиг. 2 - диаг- рфммы, поясняюа ие принцип работы.

: Двухпозиционный регулятор уровня Раздела сред содержит генератор 1 линейно изменяющегося напряжения, к вфходу которого подключены задатчики 2;и 3 соответственно верхнего и нижнего уровней, выполненные в виде дифференцирующих цепей с постоянным В1{1еменем дифференцирования, и датчик 4 уровня, выполненный в виде диффе- рёнцирующей цепи, один из элементов которой является чувствительным эле- м4нтом, компараторы 5 и 6, к первым вз|одам которых подключен выход датчи- к4 4 уровня, а к вторым входам - вы- хьды задатчиков 2 и 3 соответственно верхнего и нижнего уровней, последовательно соединенные симметричный триггер 7, релейный элемент 8 и исполнительный механизм 9, причем вы- ход компаратора 5 подключен к первому входу симметричного триггера 7, а вьЬсод компаратора 6 - к его второму вхюду.

Генератор 1.может быть реализован на. основе интегрального, таймера.

Задатчики 2 и 3 верхнего и нижнего уровня можно выполнить на основе дифференцирующих КС-цепей, а датчик 4 уровня в зависимости от типа датчика - на основе дифференцирующей RL- цепи или RC-цепи.

В ка честве компараторов 5 и 6 можно применить компараторы с гистерези

сом с защитой их входов от отрицательных выбросов напряжения при помощи диЬдов.

Симметричный триггер 7 представляет собой асинхроиньий RS-триггер.

В качестве релейного элемента 8 можно применить любое реле с соответствующим напряжением и током срабатывания, имеющее коммутационную группу с замыкающими контактами.

Выбор исполнительного механизма 9 определяется функциональным назначением регулятора. Например, в случае регулирования уровня криогенных жидкостей им может быть электронагреватель, помещенный в сосуд Дьюара с хладагентом, и электромагнитный клапан, служащий для сброса давления паров хладагента в атмосферу.

Вьшолнение датчика 4 уровня в виде дифференцирующей цепи позволяет, как и в известном регуляторе, применять как емкостной и индуктивньй, так и резистивный датчики, параметры которых, зависящие от регулируемого параметра, могут изменяться в щиро- ких пределах, изменяя постоянную времени дифференцирующей цепи, и, кроме того, значительно nponfe сформировать сигналы управления. При прохождении через дифференцирующую цепь импульса линейно нарастающего напряжения

и

8b)X(tl

на выходе цепи напряжение равно

Ueb.«W - 1 - 1. (

где и„ - максимальная амплитуда импульса;

i - постоянная времени дифференцирующей цепи;

t - длительность импульса. Очевидно, что при t о , 1 1 это выражение принимает вид

Uftbixai

и„г

tT:

(2)

0

5

т.е. амплитуда напряжения на выходе определяется значением постоянной времени с дифференцирующей цепи (на фиг. 2 показано без отрицательных выбросов, поскольку последние убираются защитными диодами на входах компараторов 5 и 6) .

Таким образом, в данном случае применение параметров датчиков, зависящих от регулируемого парам етра, например, уровня жидкости (изменение сопротивления, емкости или индуктивности) , позволяет получить ямштитуду

1Д

выходного напряжения, прямо зависящую от величины регулируемого уровня

Регулятор уровня, например, криогенной жидкости и пара с резистивным чувствительным элементом в качестве, датчика уровня, выполненного в виде намотанной на стержень проволоки с высоким ТКС, работает следующим образом.

При подаче питания на регулятор на выходе триггера 7 устанавливается низкий уровень напряжения - Лог.О (устройство, формирующее напряжение начальной установки триггера, не по- казано). В момент времени t, генератор 1 начинает генерировать импульс линейно нарастающего напряжения длительностью ty, который через дифференцирующие цепи задатчиков 2 и 3 и датчика А поступает на входы компараторов 5 и 6 с амплитудой, определяемой постоянной времени этих цепей. .Поскольку при пустом сосуде сопротивление проволоки чувствительного эле- мента максимально, постоянная времени дифференцирующей цепи датчика 4 максимальна и согласно формуле (2) значение амплитуды выходного импульса датчика 4 уровня максимально (фиг. 2, и, t,- t,). Постоянные времени дифференцирующих цепей задатчиков 2 и 3 выбраны таким образом, что значение напряжения на выходе дифференцирующей цепи задатчика 2 U, соответствует достижению уровня криогенной жидкости верхнего предела регулирования, значение напряжения на выходе дифференцирующей цепи задатчика 3 соответствует достижению уровня криогенной жидкости нижнего предела регулирования. Назначение компаратора 5 - формирование выходного уровня Лаг.О при превьппении уровня жидкости верхнего предела регулирования, .т.е. в данном случае при

УТЛЗ и

Ш) J

(3)

а компаратора 6 - формирование выход- ного уровня Лог.О при уровне жидкости, находящейся ниже нижнего предела регулирования, т.е. в данном случае при

Um i -г

(4)

Поскольку в момент времени tj при пустом сосуде условие (4) вьшолняется, то поступивший с выхода компаратора 6 уровень Лог.О на вход триггера 7 опрокидывает последний и устанавливает на его выходе высокий уровень напряжения - Лог.1 (фиг.2, Е,, Е,, t), в результате чего срабатывает релейный элемент 8 и исполнительный механизм 9 начинает подачу Ж1ЩКОСТИ в сосуд (в случае применения в качестве последней хладагеата релейный элемент замыкает цепь электромеханического клапана и включает нагреватель, в результате чего давление криогенной жидкости в сосуде Дьюара повышается и она начинает поступать в сосуд). По мере повышения уровня жидкости сопротивление датчика падает, уменьшая тем самым постоянную времени 0 дифференцирующей цепи датчика 4 и значение его выходного напряжения и. В интервале времени ty когда уровень жидкости находится между пределами регулирования, условия (3) и (4) не выполняются, на выходах компараторов 5 и 6 сформированы уровни Лог.1, не изменяющие состояния триггера 7, и жидкость продолжает поступать в сосуд. Превьпиение уровня жидкости в момент времени верхнего уровня регулирования приводит к такому уменьшению постоянной времени Г, что в момент времени t выходной уровень Лог.О компаратора 6 опрокидывает триггер 7 в нулевое состояние, в результате чего релейный элемент 8 отключает исполнительный механизм 9 и подача жидкости прекращается (фиг,2 Ej Е J , tj-- t ) .

По мере испарения хладагента и снижения его уровня постоянная времени дифференцирующей цепи датчика 4 возрастает, увеличивая тем самым значение и„.„ в результате чего условия (3) и (4) не нарушаются и состояние триггера 7 не меняется до момента снижения уровня жидкости до нижнего предела регулирования, при котором выполняется условие (4) и начинают повторяться описанные операции, приводящие к подаче жидкости в сосуд.

Б случае применения датчиков, параметры которых увеличиваются по мере повышения уровня, например, емкостных для диэлектрических жидкостей, необходимо лишь настроить компараторы 5 и 6 таким образом, чтобы их выходные уровни Лог.О появлялись в случае выполнения условий Uwj и,„,

ля компаратора

51425615

5 и и и„ для ком-.

ня ур ду на ны эл та вы

паратора 6, поскольку в данном случае и, Uj . В остальном работа регулятора не отличается от описанной для резистивного датчика.

Таким образом, как и в известном устройстве, регулятор позволяет регулировать уровень между двумя заданными предельными значениями - верхним |и нижним, определяемыми соответственно постоянными времени дифференцирующих цепей 2 и 3, которые легко пере 1страивать изменением номиналов элемен froB цепей, плавно или дискретно во сем диапазоне возможного изменения УРОВНЯ жидкости в сосуде, при использовании емкостных резистивных и ин- )уктивных датчиков.

формула изобретения

I Двухпозиционный регулятор уровня |)аздела сред, содержащий датчик уров

ня и задатчики верхнего и нижнего уровней, подключенные входами к выходу генератора линейно изменяющегося напряжения, последовательно соединен-, ные симметричный триггер, релейный элемент и исполнительный механизм, а также два компаратора, подключенные выходами к соответствующим входам

симметричного триггера, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности регулятора путем его упрощения, задатчики верхнего и нижнего уровней вьшолнены в виде

дифференцирующих цепей с постоянным временем дифференцирования, а датчик уровня выполнен в виде дифференцирующей цепи, один из элементов которой является чувствительным элементом, и подключен выходом к первым

входам первого и второго компараторов, вторые входы которых соединены с выходами задатчиков соответственно верхнего и нижнего уровней.

Изобретение относится к автоматическому регулированию и может быть использовано в устройствах для поддержания между двумя заданными значениями уровня диэлектрической, в том числе криогенной, и электропроводящей жидкости с возможностью независимой дистанционной плавной или дискретной перестройки каждого из пределов во всем диапазоне изменения уровня контролируемой жидкости, а также других величин, измеряемых с помощью емкостных, индуктивных или резистивных датчиков. Цель изобретения - повьпиение надежности регулятора путем его упрощения. Для этого в двухпозиционном регуляторе уровня раздела сред за- датчики 2, 3 соответственно верхнего и нижнего уровней вьшолнены в виде дифференцирующих цепей с постоянным временем дифференцирования, а датчик 4 уровня вьшолнен в виде дифференцирующей цепи, один из элементов которой является чувствительным элементом. Генератор 1 линейно изменяющегося напряжения подключен выходом к входам задатчиков 2, 3 и датчика 4 соединенного выходом с одними входами компараторов 5, 6, другие входы которых соединены с выходами соответственно задатчиков 2, 3, а выходы компараторов 5, 6 соединены с соответствующими входами симметричного триггера 7, последовательно включенного с релейным элементом 8 и исполнительным механизмом 9. 2 ил. с (Л