Двухпозиционный регулятор уровня жидкости Советский патент 1989 года по МПК G05D9/12 

1

147

/

. Изобретение относится к технике автоматического регулирования и может быть использовано в устройствах поддержания уровня криогенных жидкостей в диапазоне между заданными значениями в экспериментальной физике низких температур, криоэлектрони- ке, низкотемпературной калориметрии и далтометрии.

Цель изобретения - повышение надежности и точности регулирования верхнего уровня.

На фиг, 1 показана стрздстурная схема регулятора; на фиг, 2 - эпюры напряжений.

Двухпозиционный регулятор уровня жидкости содержит генератор 1 импульсов, первьм элемент И 2, второй элемент И 3, датчик 4 верхнего уровня и первый конденсатор 5, образующие первую дифференцирующую цепь 6, датчик 7 нижнего уровня и второй конденсатор 8, образующие вторую дифференцирующую цепь 9, исполнительный блок 10 и формирователь 11 импульсов к первому выходу которого подключен исполнительньй блок 10 и первьй вход первого элемента И 2, между выходом .которого и первым входом формирователя 11 включена первая дифференцирующая цепь 6, а к второму входу первого элемента И 2 подключен выход генератора 1, второй вход формирователя 11 и первый вход второго элемента И 3., между выходом которого и третьим входом формирователя, 11 включена вторая дифференцирующая цепь 9, а второй вход второго элемента И 3 соединен с вторым выходом формирователя 11, который содержит элемент 12 задержки, элемент И 13, инвертор 14, диоды 15 и 16 и триггер 17, ин- формационньй выход которого подключен к выходу инвертора 14, тактовый вход - к выходу элементг 12 задержки и первому входу элемента И 13, выход которого соединен с входом сброса триггера 17-, прямой выход которого является первым выходом формирователя 11, инверсный - его вторым выходом, второй вход элемента И 13 является первым входом формирователя 11, вход элемента 12 задержки является вторым входом формирователя 11, а вход инвертора 14 - его третьим входом, кроме того, к первому и третьему входам формирователя 11, подключе- ны катодами соответственно диоды 15

178

и 16, аноды которых соединены с общей шиной.

Принцип работы регулятора основан на изменении амплитуды и формы импульсов, проходящих через дифференцирующие цепи в зависимости от значения постоянных времени

/

БKB B

(1)

где Нц - сопротивление датчика верхнего уровня;

Cg - емкость первого конденсатора

и

15

ч R

С2)

где R.-.сопротивление датчика нижнего уровня;

С ц - емкость второго конденсатора.

Очевидно, что изменение сопротивления датчиков в зависимости от среды, в которой они находятся, приводит к изменению постоянных времени дифференцирующих цепей и значения их выходного напряжения I , -t

ивыу() (3)

где V - амплитуда скачка входного напряжения.

Поскольку, например,, при регулировании уровня криогенной жидкости постоянные времени ди:фференцирующих цепей выбраны таким образом, что

. ()

/ Т

1-0 i a.

0

S « н

где t/p и t-j - постоянйые времени

дифференцирующих цепей при нахождении датчиков уровня в криогенной жидкости; - постоянные времени дифференцирующих цепей, при нахождении датчиков уровня вне криогенной жидкости, то при нахождении датчиков в криогенной жидкости с выхода дифференцирую щих цепей поступают импульсы на входы формирователей, которые последние преобразу- 0 ют в высокие уровни напряжения (в дальнейшем - уровни логической единицы), а при нахождении датчиков вне криогенной жидкости на выходе дифференцирующих цепей импульсы отсутст- 5 вуют и на выходах формирователей формируются уровни низкого напряжения (в дальнейшем - уровни логического нуля), так как в реальных условиях на величилу выходного напряжения дифференцирующей цепи дополнительно влияют паразитные элементы RC-цепи, в частности сопротивление источника Вц входного сигнала, а максимальное значение выходного напряжения зависит от соотношения между сопротивлениями R и Ry,согласно формуле

тН

-t

UB..(t) . Г5) u

и при значительном уменьшении величины сопротивления R максимальное значение выходного напряжения также уменьшается.

Кроме того, вследствие конечной деятельности фронта входного напряжения из-за влияния паразитной выходной емкости генератора и паразит- ной емкости дифференцирующей цепи дпительность переднего фронта выходных импульсов увеличивается, что также приводит к уменьшению их амплитуды. ,

Регулятор работает следующим образом,

. При подаче питания в момент времени til (фиг. 2) на выходе формирователя 1 импульсов устанавливается уровень логического нуля, (устройство, формирующее напряжение начальной установки триггера 17 на фиг.1 не показано), а в некоторый момент времени t генератор 1 начинает формировать прямоугольный импульс, посту- пающий через элемент И 3 на вторую дифференцирующую цепь 9. Поскольку в пустом резервуаре сопротивление датчика 7 мало (для резистора типа СТЭ-1А составляет не более 0,5 м, то согласно формулам (3) и (5) выходное напряжение дифференцирующей цепи 9 также мало и не превьшает верхнего значения логического нуля. По переднему фронту тактового импульса с задержкой At, определяемой элементом 12 задержки, на первом выходе формирователя 11 устанавливается уровень логической единицы, включающий электронагреватель и электромаг- ннтньй клапан исполнительного блока 10, в результате чего криогенная , жидкость начинает поступать в резервуар (фиг.2, Vg , t,-t2).

В некоторый .момент времени t жидкость затапливает датчик 7 нижнего уровня, однако состояние триггера 17 не меняется, поскольку выходные им

,-

пульсы генератора 1 на дифференцирующую цепь 9 не поступают, на выходе инвертора 14 постоянно присутствует уровень логической единицы (фиг.2, Vg, Vg5 t) и жидкость продолжает поступать в резервуар до затопления датчика 4 верхнего уровня. При этом его сопротивление скачком увеличивается (для резистора СТ8-1А - с 0,5 Ом до значения не менее 1 кОм) более, чем в 2x10 раз, что приводит к значительному увеличению постоянной времени дифференцирующей цепи 6, котор,ая становится равной д , и в некоторый момент времени t на первый вход формирователя П поступает импульс (фиг,2, Vj., t), длительность и форма которого определяется соотношением

К

t

0,1 - 0,3,

(6)

20 25

jg . дп дс50

55

в результате чего на К-вход триггера 17 поступает импульс отрицательной полярности с задержкой ut, меняющий состояние триггера 17 (фиг.2, Vj, Vp, t + 6.t).

Дапьнейшая подача криогенной жидкости в резервуар прекращается, импульсы с выхода генератора 1 начинают поступать на дифференцирующую цепь 9 (фиг.2, Vg, t) и поскольку сопротивление датчика 7 нижнего уровня, находящегося в хладагенте, велико (более I кОм), триггер 17 сохраняет свое новое состояние, не меняющееся при выходе из криогенной жидкости датчика верхнего уровня в результате ее испарения. При выходе из хладагента датчика 7 нижнего уровня его сопротивление резко уменьшается и импульс, поступивший с выхода генератора 1, в момент времени t. устанавливает на выходе формирователя 11 уровень логической единицы (фиг.2, Vg , Vg, tj-), в результате чего начинают повторяться описанные процессы для периода времени , т.е. исполнительный блок 10 начнет подачу хладагента в резервуар.

Формула изобретения

1, Двухпозиционный регулятор уровня жидкости, содержащий датчики верхнего и нижнего уровней, два конденсатора, образующие с датчиками уровней соответственно первую и вторую диффе 1471178

ренцирующие цепи, генератор импульсов, первый элемент-И, формирователь импульсов и исполнительный блок,причем первая дифференцирующая цепь ir включена между выходом первого элемента И и первым входом формирователя импульсов, первый выход которого соединен с входом исполнительного

2, Регулятор по п.1,

о т л и ч ающийся тем, что формирователь импульсов содер7ет1т элемент задержки, элемент И, инвертор, два дио да и триггер, информационньй вход которого соединен с выходом инвертора, тактовый вход - с выходом элемен та задержки и первым входом элемента

блока и первым входом первого.элемен- ю И, а вход сброса - с выходом элемента И, подключенного вторым входом к выходу генератора импульсов и второму входу формирователя импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и точности регулирования верхнего уровня, в него введен второй элемент И, подключенный первым входом к выходу генератора импульсов, вторым входом - к второму выходу формирователя им-, ПУЛЬСОВ, а выходом через вторую дифференцирующую цепь - к третьему входу формирователя импульсов.

та И, при этом прямой и инверсньш выходы триггера являются соответственно первым и вторым выходами формирователя, второй вход элемента И

15 является первым входом формирователя и соединен с катодом первого диода, подключенного анодом к общей шине, .вход элемента задержки является вторым входом формирователя, а вход ин20 вертора является третьим входом формирователя и соединен с катодом второго диода, подключенного анодом к общей шине.

2, Регулятор по п.1,

о т л и ч ающийся тем, что формирователь импульсов содер7ет1т элемент задержки, элемент И, инвертор, два диода и триггер, информационньй вход которого соединен с выходом инвертора, тактовый вход - с выходом элемента задержки и первым входом элемента

И, а вход сброса - с выходом элемента И, при этом прямой и инверсньш выходы триггера являются соответственно первым и вторым выходами формирователя, второй вход элемента И

является первым входом формирователя и соединен с катодом первого диода, подключенного анодом к общей шине, вход элемента задержки является вторым входом формирователя, а вход инвертора является третьим входом формирователя и соединен с катодом второго диода, подключенного анодом к общей шине.

Изобретение относится к технике автоматического регулирования и может быть использовано в устройствах поддержания уровня криогенных жидкостей в диапазоне между заданными значениями в экспериментальной физике низких температур, криоэлектронике, низкотемпературной калориметрии и дилатометрии. Цель изобретения - повышение надежности и точности регулирования верхнего уровня путем упрощения устройства и исключения нагрева датчика нижнего уровня во время налива хладагента. Для этого в двухпозиционном регуляторе уровня жидкости имеются генератор 1 импульсов, элемент И 2, конденсаторы 5,8, датчики 4,7 соответственно верхнего и нижнего уровней, исполнительный блок 10 и формирователь 11 импульсов, содержащий элемент И 13, инвертор 14, диоды 15,16 и триггер 17. 2 ил.