Двухпозиционный регулятор уровня жидкости Советский патент 1990 года по МПК G05D9/12 

фие.1

Изобретение относится к технике автоматического регулирования, может быть использовано в устройствах,для поддержания уровня криогенных жидкостей в диапазоне между заданными значениями в экспериментальной физике жидких температур, криоэлектронике, низкотемпературной калориметрии и дилатометрии и является дополнительным к авт.св. № 1471178

Цель изобретения - повышение точности регулирования путем уменьшения мощности, рассеиваемой датчиками уровней.

На фиг,1 изображена структурная схема регулятора; на фиг.2 - эпюры напряжений.

Двухпозиционный регулятор уровня содержит генератор 1 импульсов, элементы И 2 и 3, датчик 4 верхнего уровня и конденсатор 5, образующие первую дифференцирующую цепь 6, датчик 7 нижнего уровня и конденсатор 8 образующие вторую дифференцирующую цепь 9, исполнительный блок 10 и формирователь 11 импульсов, содержащий элемент 12 задержки, стабилитроны 13 и 14, пороговые элементы 15 и 16 и триггер 17.

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

RBCB

(О

где Re - сопротивление датчика верхнего уровня; Сд - емкость конденсатора,

с

«

(Г И

(2)

где RH - сопротивление датчика нижнего уровня;

Сн - емкость конденсатора. i Изменение сопротивления датчиков

в зависимости от среды, в которой они находятся, приводит к изменению постоянных времени дифференцирующих цепей и значения их выходного напряжения

U

вы

(t)

и.

е.

(3)

где и„, - амплитуда скачка входного

напряжения.

Поскольку, например, при регулировании уровня криогенной жидкости

5

0

5

0

5

постоянные времени дифференцирующих цепей выбраны так, что

f ti

1 н . t н I(Ч)

0

5

0

5

и

г

If «it

1 t

. I

f / /- Ч

t. l/

-постоянные времени дифференцирующих цепей при нахождении датчиков уровня в криогенной жидкости;

-постоянные времени дифференцирующих цепей при нахождении датчиков ВНР криогенной жидкости,

то при нахождении датчиков уровня в криогенной жидкости с выхода дифференцирующих цепей поступают импульгы нл входы формирователя, а при нахождении датчиков вне криогенной жидкости на выходе дифференцирующих цепей импульгы отсутствуют, так как в реальных условиях на величину выходного напряжения дифференцирующей цепи дополнительно влияют паразитные элементы RC-цепи, в частности сопротивление источника R входного сигнала, а максимальное значение выходного напряжения зависит от соотношения между сопротивлениями R и R согласно формуле

t

ФГ +кГ (5)

IW (t)- - е

R.J-R

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

Кроме того, вследствие конечной длительности фронта входного напряжения из-за влияния паразитной выходной емкости генератора и паразитной емкости дифференцирующей цепи длительность переднего фронта выходных импульсов увеличивается, что также приводит к уменьшению их амплитуды. В зависимости от среды, в которой находятся датчики уровня, по выходным сигналам дифференцирующих цепей формирователь импульсов формирует управляющие сигналы для исполнительного блока.

Двухпоэиционный регулятор уровня жидкости работает следующим образом.

При подаче напряжения питания в момент времени t (фиг.2) на регулятор на выходе формирователя 11 им- пульсбв устанавливается уровень логического 0 (устройство, формирующее напряжение начальной установки триггера 17, не показано), а в некоторый момент времени t генератор 1 начинает формировать прямоугольный импульс, 17 (фиг. 2, Uc , , Up, t.). При

поступающий через элемент И 3 на дифференцирующую цепь 9. Поскольку в пустом резервуаре сопротивление датэтом дальнейшая подача криогенной жид кости в резервуар прекращается, импульсы с выхода генератора I начнначика 7 мало (для резистора типа СТ8-1А 5 юг поступать на дифференцирующую цепь составляет не более 0,5 Ом), то сог- 8 (фиг.2, 1 , ) и поскольку со-.

противление датчика 7 нижнего уровня, находящегося в хладагенте, велико

10

ласно формулам (3) и (5) выходное напряжение дифференцирующей цепи 9 тоже мало. По переднему фронту тактового импульса с задержкой, определяемой элементом 12 задержки, на первом выходе формирователя 11 устанавливается уровень логической 1, включающий электронагреватель и электромагнитный клапан исполнительного блока 10, в реэуль тате чего криогенная жидкость начинает поступать в резервуар (фиг.2, Ue, t., Mt). В некоторый момент времени Ц

(более 1 кОм), то триггер 17 сохраняет свое новое состояние, не меняющееся при выходе из криогенной жидкости датчика 4 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.-+at, устанавливает на выходе формирователя 11

жидкость затапливает датчик 7 нпхпе- 20 уровень логической I (фиг.2, U. , 1Ь , го уровня, однако состояние триггера ), в результате чего начинают 17 не меняется, поскольку выходные им- повторяться процессы, описанные для пульсы генератора 1 на дифференцирующую цепь 9 не поступают, на выходе порогового элемента 16 присутствует логическая 1, так как опорное напряжение элемента 16 Up Uc (фиг. 2, l g, U,, Ue, tj) и жидкость продолжает поступать в резервуар до затопления датчика 4 верхнего уровня. При этом его сопротивление резко увеличивается (для резистора CT 8-1A с 0,5 Ом до значения не менее 1 к Ом) более чем в 2-10 раз, что приводит к скачкообразному увеличению постоянной врепернода времени , т.е. исполнительный блок 10 начинает подачу хлад25 агенте) 6 в резервуар.

Таким образом, использование предлагаемого регулятора, а именно новая конструкция формирователя импульсов, гюзлпгющач дополнительно ограничить

3Q амплитуду напряжения на датчиках и сформировать импульсы управления для исполнительного блока, позволяет уменьшить мощность рассеивания дат;

40

мени дифференцирующей цепи 6, которая -3 становится равной с , и в некоторый момент времени t на первый вход формирователя 11 поступает знакопеременный импульс (фиг.2, Uc, t), уровень положительной полуволны которого ограничен напряжением стабилизации tlc стабилитрона 13, а отрицательная полуволна определяется падением напряжения на открытом стабилитроне 13. 45 Форма импульса на выходе цепи 6 при подаче на нее импульса, длительность С, и отсутствие стабилитрона 13 показана на фиг.2 пунктиром и определяется соотношением

чиков, что, в свою очередь, снижает дополнительное испарение криогенной жидкости и ее расход, а также повышает точность установки уровней благодаря уменьшению интенсивности периодического вскипания жидкости.

Формула изобретения

Двухпозиционный регулятор уровня жидкости по авт.св. N 1471178, о т - л и ч а ю щ и и с я тем, что, с це

лью повышения точности регулирования путем уменьшения мощности, рассеиваемой датчиками уровней, формирователь импульсов содержит элемент задержки, 50 дна стабилитрона, два пороговых элемента и триггер, вход сброса которого соединен с выходом первого порогового элемента, информационный вход - с выходом второго порогового элемента, а тактовый вход - с выходом элемента задержки и стробирующим входом первого порогового элемента, при этом прямой и инверсный выходы триггера являются соответственно первым и втоК

---о.н-о.з

(6)

Поскольку в данном случае опорное напряжение порогового элемента U0 Uc, то на выходе порогового элемента 15 в момент времени появляется короткий импульс отрицательной полярности, меняющий состояние триггера

этом дальнейшая подача криогенной жидкости в резервуар прекращается, импульсы с выхода генератора I начннаюг поступать на дифференцирующую цепь 8 (фиг.2, 1 , ) и поскольку со-.

(более 1 кОм), то триггер 17 сохраняет свое новое состояние, не меняющееся при выходе из криогенной жидкости датчика 4 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.-+at, устанавливает на выходе формирователя 11

уровень логической I (фиг.2, U. , 1Ь , ), в результате чего начинают повторяться процессы, описанные для

пернода времени , т.е. исполнительный блок 10 начинает подачу хладагенте) 6 в резервуар.

Таким образом, использование предлагаемого регулятора, а именно новая конструкция формирователя импульсов, гюзлпгющач дополнительно ограничить

амплитуду напряжения на датчиках и сформировать импульсы управления для исполнительного блока, позволяет уменьшить мощность рассеивания дат;

уровень логической I (фиг.2, U. , 1Ь , ), в результате чего начинают повторяться процессы, описанные для

чиков, что, в свою очередь, снижает дополнительное испарение криогенной жидкости и ее расход, а также повышает точность установки уровней благодаря уменьшению интенсивности периодического вскипания жидкости.

Формула изобретения

Двухпозиционный регулятор уровня жидкости по авт.св. N 1471178, о т - л и ч а ю щ и и с я тем, что, с це

лью повышения точности регулирования путем уменьшения мощности, рассеиваемой датчиками уровней, формирователь импульсов содержит элемент задержки, дна стабилитрона, два пороговых элемента и триггер, вход сброса которого соединен с выходом первого порогового элемента, информационный вход - с выходом второго порогового элемента, а тактовый вход - с выходом элемента задержки и стробирующим входом первого порогового элемента, при этом прямой и инверсный выходы триггера являются соответственно первым и вторым выходами формирователя импульсов, вход первого порогового элемента является первым входом формирователя импульсов и соединен с катодом первого стабилитрона, подключенного анодом к общей шине, вход элемента задерж15433888

ки является вторым входом формирователя импульсов, а вход второго порогового элемента является третьим входом формирователя импульсов и соединен с катодом второго стабилитрона, подключенного анодом к общей шине.

Изобретение относится к технике автоматического регулирования, может быть использовано в устройствах для поддержания уровня криогенных жидкостей в экспериментальной физике низких температур, криоэлектронике, низкотемпературной калориметрии и дилатометрии. Цель изобретения - повышение точности регулирования путем уменьшения мощности, рассеиваемой датчиками уровней. Двухпозиционный регулятор уровня содержит генератор 1 импульсов, элементы И 2, 3, датчик 4 верхнего уровня и конденсатор 5, образующие дифференцирующую цепь 6, датчик 7 нижнего уровня и конденсатор 8, образующие дифференцирующую цепь 9, исполнительный блок 10 и формирователь 11 импульсов, который содержит элемент 12 задержки, стабилитроны 13, 14, пороговые элементы 15, 16 и триггер 17. 2 ил.

Составитель В.Прямицын Редактор Е.Копча Техред М.Ходанич Корректор Т.Малец

Зайаз 400

Тираж 655

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г.Ужгород, ул. Гагарина,101

Фиг. 2

Подписное