Автоматический дозатор жидкости Советский патент 1990 года по МПК G01F13/00 

Изобретение относится к приборостроению, в частности к устройствам для автоматического дозирования жидкости, нагретой до заданной температуры.

Цель изобретения - повышение надежности и температурной стабильности выдаваемых доз.

На чертеже представлена схема дозатора.

Дозатор содержит емкость 1, выполненную из немагнитного материала, с коническим дном, имеющим выпускное отверстие 2, и запорный орган 3 выпускного клапана, изготовленный из материала, приобретающего магнитные свойства при нагревании до критической температуры Тк магнитного фазового перехода из антиферромагнитного в ферромагнитное состояние, например железородиевого сплава. Кроме того, запорный орган 3 выполнен из материала , удельный вес которого меньше удельного веса дозируемой жидкости, при этом геометрические размеры его выбраны из условия

AV V(1 /i/y2), где у - удельный вес запорного органа;

У2 удельный вес дозируемой жидкости;

V - объем запорного органа;

А V - часть объема запорного органа, не контактирующая с жидкостью при закрытии выпускного отверстия.

Дозатор содержит также напорный трубопровод 4 с электромагнитным впускным клапаном 5, блок 6 управления, включающий преобразователи 7 и 8 состояния датчиков в сигнал О или 1, детектор 9,

логическую схему И 10 и электронный ключ 11.

Выход преобразователя 7, выполненного, например, в виде генератора еинусоидальных сигналов, построенного по схеме индуктивной трехточки, соединен с входом детектора 9, выход которого соединен с входом логической схемы И 10.

Выход преобразователя 8, выполненного, например, в виде резистивного делителя, соединен с входом логической схемы И 10, выход которой соединен с входом электронного ключа 11. Выход последнего соединен с электромагнитным впускным

клапаном 5. Вход преобразователя 7 соединен с сигнализатором 12 положения запорного органа 3, выполненным, например, в виде индуктивного датчика, расположенного на внешней поверхности конического дна

емкости 1 напротив линии соприкосновения запорного органа 3 с коническим дном емкости 1.

Вход преобразователя 8 соединен с сигнализатором 13, выполненным,например, в

виде поплавкового контактного датчика и расположенным на уровне, соответствующем объему выдаваемой дозы.

Блок 6 управления запитан от источника 14 тока. Внутри емкости 1 расположен кольцевой нагревательный элемент 15, выполненный, например, из полупроводникового терморезистивного материала, соединенный посредством регулятора 16 тока, выпол- ненного в виде переменного резистора, с источником 14 тока. На наружной поверхности емкости 1 расположен кольцевой источник 17 постоянного магнитного поля.

Устройство работает следующим образом.

В исходной позиции запорный орган 3 находится в антиферромагнитном состоянии, так как его температура ниже Тк, и занимает положение, показанное на чертеже. При включении источника 14 тока нагревательный элемент 15 нагревается, сигнализатор 12 при этом имеет максимальную индуктивность, так как его немагнитный зазор перекрыт запорным органом 3, а сигнализатор 13 находится в замкнутом состоянии ввиду отсутствия жидкости в емкости 1. Такое состояние сигнализаторов 12 и 13 в блоке б управления преобразуется в логические сигналы 1 следующим образом. Сигнализатор 12, представляющий собой индуктивность, величина которой изменяется в зависимости от положения запорного органа 3, включен в цепь обратной связи преобразователя 7, выполненного в виде генератора синусоидальных сигналов, и при максимальной индуктивности сигнализатора 12 преобразователь 7 генерирует синусоидальный сигнал, который поступает на вход детектора 9, где детектируется. В результате этого получается сигнал, соответствующий 1, который затем поступает на вход логической схемы И 10.

Сигнализатор 13 при замкнутом состоянии подключает источник 14 тока к преобра- зователю 8, выполненному в виде резистивного делителя, в результате этого на его выходе появляется сигнал, соответствующий 1, который также поступает на вход логической схемы И 10.

При одновременном присутствии на входе логической схемы И 10 двух сигналов, соответствующих 1, на выходе логической схемы И 10 появляется сигнал 1, поступающий на вход электронного ключа 11, который переходит в результате этого в открытое состояние. В цепь нагрузки электронного ключа 11 включена обмотка электромагнитного впускного клапана 5, который срабатывает и открывает напорный трубопровод 4, вследствие чего жидкость из последнего заполняет полость дозатора, при этом касается поверхности запорного органа 3, лежащей выше линии соприкосновения последнего с седлом клапана в предельном случае, когда хорошо смачивается поверхность клапана 3 (на чертеже показано сплошной линией). Если смачиваемость плохая, смоченная поверхность запорного органа 3 еще уменьшается (на чертеже показано пунктирной линией).

Выталкивающая сила, действующая на запорный орггн 3, равна yz (V - Д V). Из условия сохранения органа 3 в нижней позиции при заполнении дозатора жидкостью.

yiVi ( у2- ДV), откуда (1 -yi/ju). При достижении жидкостью уровня, показанного на чертеже пунктирной линией и соответствующего объему набираемой дозы, размыкаются контакты сигнализатора

13, что приводит к исчезновению сигнала 1 на выходе преобразователя 8, а следовательно, и входе логической схемы И 10. В случае отсутствия на входе логической схемы И 10 хотя бы одного сигнала 1. на ее

выходе образуется сигнал О, что приводит к закрытию электронного ключа 11. вследствие этого ток в обмотке электромагнитного впускного клапана 5 отсутствует и он закрывается, прекращая доступ жидкости в полость дозатора.

При нагревании жидкости посредством нагревательного элемента 15, а вместе с ней и термомагнитного материала, из которого изготовлен запорный орган 3, до критической температуры Тк магнитного фазового перехода из антиферромагнитного в ферромагнитное состояние последний переходит в ферромагнитное состояние. Вследствие этого возникают силы магнитного взаимодействия между кольцевым постоянным магнитом 17 и запорным органом 3, последний притягивается к постоянному магниту 17, при этом он (клапан) весь смачивается жидкостью и (поскольку у у2.) всплывает

на ее поверхность.

Жидкость начинает вытекать через выпускное отверстие 2, уровень ее в дозаторе понижается, что приводит к замыканию контактов сигнализатора 13 и появлению сигнала 1 на входе преобразователя 8.

Одновременно с всплытием запорного органа 3 индуктивность сигнализатора 12 уменьшается, что приводит к срыву генерации преобразователя 7, на выходе детектора 9 и входе логической схемы И 10 появляется сигнал О.

Благодаря-тому, что запорный орган 3 легче дозируемой жидкости, он плавает на ее поверхности, не перекрывая выпускное

отверстие 2 до полного слива дозы жидкости. После полного слива дозы жидкости запорный орган 3 перекрывает выпускное отверстие 2, индуктивность сигнализатора 12 увеличивается, что приводит к началу генерации преобразователя 7, на выходе детектора 9 и входе логической схемы И 10 появляется сигнал 1. Таким образом, на входе логической схемы И 10 одновременно

присутствуют два сигнала 1, и с этого момента автоматически начинается очередной цикл выдачи дозы жидкости, нагретой до заданной температуры, а последовательности, аналогичной описанной.

При этом жидкость, наполняющая полость дозатора, одновременно охлаждает запорный орган 3 до температуры ниже Тк, вследствие чего он переходит в антиферро- магнитное состояние, и сливное отверстие 2 перекрывается запорным органом 3 до момента достижения им заданной температуры.

Изменением величины тока в нагрева- тельном элементе 15 посредством регулятора 16 тока регулируют интенсивность нагрева жидкости, а через теплопроводность жидкости - интенсивность нагрева запорного органа 3. В конечном итоге происходит регулирование частоты выдачи доз жидкости, нагретой до заданной температуры.

При дозировании жидкости с удельным весом, близким к 1, запорный орган 3 изготавливается пустотелым и внутрь его вводят немагнитные опилки в таком количестве, чтобы сохранились указанные соотношения.

Таким образом, происходит автоматическое дозирование жидкости с заданной температурой, определяемой критической температурой Тк магнитного фазового перехода из антиферромагнитного в ферромагнитное состояние термомагнитного материала, из которого изготовлен запорный орган 3.

Дозатор обеспечивает также температурную стабильность выдаваемых доз жид- кости за счет высокой чувствительности и

0

5

0

0

5

0

5

стабильности характеристик термочувствительного элемента (запорного органа 3). Формула изобретения Автоматический дозатор жидкости, содержащий емкость с впускным и выпускным отверстиями, перекрываемыми запорными органами впускного и выпускного клапанов, кольцевой нагревательный элемент, соединенный с источником тока и расположенный с внутренней стороны емкости, и термочувствительный элемент, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и температурной стабильности выдаваемых доз, дозатор снабжен блоком управления, сигнализаторами дозы и положения запорного органа выпускного клапана и кольцевым источником магнитного поля, причем термочувствительный элемент представляет собой запорный орган выпускного клапана, выполненный из термомагнитного материала, приобретающего магнитные свойства при нагревании до критической температуры Тк, удельный вес которого меньше удельного веса дозируемой жидкости, а геометрические размеры его выбраны из условия

AV V(1-yi/yz),

где yi - удельный вес запорного органа выпускного клапана;

уг - удельный вес дозируемой жидкости;

V - объем запорного органа; AV - часть объема запорного органа, не контактирующая с жидкостью при закрытии выпускного отверстия, при этом блок управления электрически соединен с впускным клапаном, источником тока и сигнализаторами дозы и положения запорного органа выпускного клапана, а кольцевой источник магнитного поля расположен с наружной стороны емкости.

Изобретение относится к автоматическим дозаторам жидкости, нагретой до заданной температуры, и позволяет повысить надежность и температурную стабильность выдаваемых доз. Запорный орган 3 выпускного клапана выполнен из термомагнитного материала, приобретающего магнитные свойства при нагревании до критической температуры T к, его удельный вес меньше удельного веса дозируемой жидкости, а геометрические размеры выбраны из условия ΔV*98V(1-*98Г 1/*98Г 2), где γ 1 - удельный вес запорного органа 3, γ 2 - удельный вес дозируемой жидкости, V - объем запорного органа 3, ΔV - часть его объема, не контактирующая с жидкостью при закрытии выпускного отверстия. При открытии впускного клапана (ВК) 5 жидкость заполняет емкость 1 до заданного сигнализатором дозы 13 уровня. При этом выпускное отверстие 2 перекрыто запорным органом 3, который из-за своих указанных выше геометрических размеров не всплывает. При нагревании с помощью размещенного внутри емкости 1 нагревательного элемента 15 дозируемой жидкости и запорного органа 3 до заданной температуры T к, запорный орган 3 всплывает, т.к. его материал приобретает магнитные свойства и притягивается к расположенному снаружи емкости кольцевому источнику магнитного поля 17. После слива дозы запорный орган 3 вновь перекрывает выпускное отверстие 2, поступающая новая доза жидкости охлаждает запорный орган 3 и его материал теряет свои магнитные свойства до следующего нагревания жидкости. Автоматизация процесса дозирования достигается применением блока управления 6, электрически соединенного с сигнализаторами дозы 13 и положения 12 запорного органа 3, с ВК 5 и источником тока 14. Посредством регулятора тока 16 регулируют интенсивность нагрева жидкости, а следовательно, и частоту выдачи доз жидкости, нагретой до заданной температуры. 1 ил.