Струйный индикатор уровня Советский патент 1993 года по МПК G01F23/16 

; Изобретение относится к автоматиче- ско|му измерению уровня и может быть ис- поИьзовано в различных отраслях химической, деревообрабатывающей, авиационной промышленности, в частности, в производстве азотных удобрений для измерения уровня сыпучих материалов (пыли).

Цель изобретения - повышение точно- . CTIJ струйного индикатора к предельному значению уровня.

. На фиг. 1, 2 показаны принципиальные схемы измерительной и преобразовательно частей индикатора.

; Струйный индикатор уровня состоит из двух пьезометрических трубок (6, 10), вве- дейных в бункер (5), трубка 6 соединена дроссели (3. 4) с источником питания сжатым воздухом (Рпит.) и с первым входом усилителя (12).

Управляемое сопло (8) выполнено в виде щели и соединено со вторым входом усилителя (12) и через дроссель (7) с источником питания сжатым воздухом (РПит.). Трубка 10 соединена с камерой (9)струйного усилителя мощности, который через дополнитель- ный пневморезистор (2) соединен с источником питания сжатым воздухом (Рпит.). Управляющее сопло (11) струйного усилителя мощности соединено через дополнительный пневморезистор (1) с источником питания сжатым воздухом (Рпит). Третий и четвертый входы усилителя (12) через дроссели (13, 25, 24, 23) соединены с маломощным задатчиком (14) и мощным повторителем (22). Повторитель (22) соединен с элементами сравнения (17, 20). с пневмоэ- лектропреобразователем (18, 19). Элемент сравнения (17) соединен с дросселем (16)

СО

о

ю ю ю

XJ

маломощным задатчиком (15).. Элемент сравнения (20) соединен с дросселем (27) и маломощным задатчиком (21).

На фиг. 1 и 2 приняты следующие обозначения:

Ci -управляющая струя струйного усилителя мощности;

С2 - сносящий поток скорость которого определяется высотой уровня пыли в бункере;

Сз - управляемая струя струйного усилителя мощности;

Рпит - давление питания сжатого воздуха;

Pi - давление в междроссельной камере, образованной .управляемым соплом и дросселем (7);

Р2 - давление в междроссельной камере, образованной дросселями (3, 4);

Рвых - выходное давление усилителя .(12);

Рз.макс. - максимальное давление заданного значения;

Рз.мин. - минимальное значение задаваемого перепада давления;

Ру.макс. максимальное значение управляющего давления;

Ру.мин. - минимальное значение управляемого давления..

Работает струйный индикатор уровня следующим образом.

В бункере (5) через трубки (6, 10) от источника питания (Рпит.) подается некоторое количество сжатого воздуха. При протекании воздуха через трубку (6) в междроссельной камере, образованной дросселями (3, 4) создается давление (Ра), величина которого определяется давлением Рпит., давлением (разряжением) в бункере и величиной гидравлических сопротивлений дросселей (3, 4). С изменением давления (разряжения) в бункере (5) будет изменяться величина давления (Р2).

При протекании воздуха в трубке (10) появляется сносящий поток (С2), который отклоняет управляющую струю (Ci) и уменьшает сопротивление, препятствующее свободному истечению управляемой струи (Сз). При отсутствии пыли в бункере (или минимальном ее значении) управляющая струя (Ci) занимает крайнее левое положение (фиг. 1), что соответствует минимальному значению сопротивления на выходе струи (Сз), а следовательно, и минимальному значению давления (Pi) в междроссельной камере, образованной управляемым соплом (8) и дросселем (7).

Из этого видно, что давление (Pi) является выходной величиной струйного чувствительного элемента и определяется (при

прочих равных условиях) величиной уровня пыли в бункере. Давления (Рч и Р2), формируемые в междроссельных проточных камерах, образованных дросселями (3, 4, 2, 7), подаются на второй и первый входы усилителя (12). Питание управляемого сопла (8) этого усилителя осуществляется элементом постоянного расхода воздуха (26). Коэффициент усиления усилителя (12) может мё- . няться в пределах 0-50 в зависимости от величины гидравлического сопротивления переменного дросселя (24).

Для создания начального выходного давления усилителя (12), равного 20 КПа при равенстве PI Р2 (т.е. минимальном значении уровня пыли в бункере), служит маломощный задатчик (14). Выходное давление усилителя (12) усиливается мощным повторителем (22) и направляется в схему сигна- лизации предельных значений уровня пыли в бункере. Схема сигнализации предельных значений уровня в бункере собрана на маломощных задатчиках (15, 21), элементах Сравнения (17, 20), электропневмопреобра- зователях (18, 19) и дросселях (16, 27).

При изменении уровня пыли в бункере выходной сигнал усилителя (12) меняется в пределах 20-100 КПа.

Схема струйного индикатора уровня полностью компенсирует влияние колебаний давления в бункере, т.к. эти колебания вызывают одинаковые изменения давлений (Pi и Рз), Для обоснования оптимальных соотношений элементов струйного индикато- ра уровня, обеспечивающих максимальную чувствительность к перекрывающему трубку (10) уровню, рассмотрим фиг. 3.

На фиг. 3 обозначены АР1 - перепад давления на струйном чувствительном эле- менте;;

d.11 - диаметр сопла истечения управляющей струи;

Pi1 - давление в проточной междроссельной камере, образованной соплом (11 и дросселем (1);.

Р21 - давление в проточной камере, образованной управляемым соплом (8) и дросселем (7);.

Рз - давление в проточной камере, об- разованной камерой струйного чувствительного элемента;

h - расстояние между соплами (11 и 8); b - полуширина управляющей струи в месте соприкосновения ее со струей, выте- кающей из управляемого сопла;

а - угол расширения управляющей струи;;

R- гидравлическое Сопротивление дроссельных элементов.

На основании проведенных исследований получены уравнения

a)b- + ..15.2h ес/)и b .Чг1. то h«13dn

б)Рп

Pi

(0,3 + 0,14)

rfledTTk;

Ph - динамический напор управляющей стр|уи на расстоянии h от торца сопла (8). На фиг. 3 видно, что:

р I Рпит. . р I Рпит.

:Ri R

RI л R сопротивление дросселей 1 и 7.

По условиям работы струйного усилителя мощности Ph Ру, Ру - динамический напор струи Сз, вытекающий из управляе- Moho сопла (8), в месте ее взаимодействия с управляющей струей (Ci). Следовательно:

РПИТ. РПИТ.

R

; R1 (0,3 +0,14 k)2 Иф

i R P1 (0,3 + 0,14k)2 Следовательно при k 13 dn

. R 4,5Ri

Hai основании схемы (фиг. 3) catb

ДР Pi1- Р2

t РПИТ.

Ri

P1

+ Рст:, где Рст. - статическое

давление в бункере

величины давления Р2 можно записать:

P2 Ph + Ру +Рст.(Ю . -к

+ Рст. (k)

+

Ri (0,3 + 0,14k) Следовательно .-Рпит. +Рст Рпит.

:1 R1

..(Ю.

R7 (0,3 + 0,14

Исследуем .полученное выражение на тремум

d (JAР ) Рпит. 2x0,14(0.3 +0.14k

dhRi X (0,3 + 0,14k)4 -Рст.

d(AP )0

h

СлЬдовательно, Д Р (h) экстремума не ет.

Пр|и взаимодействии управляющей стру сносящего потока Са имеем

ПрМ Рст. const

всюду

В нашем случае/ а 17°20, a Si 82, т.к. диаметры сопел, из которых вытекают струи Ci и С2, равны. Следовательно, tg / 0,312, имеем

0,312

PL

Рз

х 1;т.е. Pi 0,312 РЗ

На основании фиг. 3 имеем

0

Pi0

Ri

Рз

R2

R2

Следовательно, - 0,312; R2 0,312 Ri Ri

Итак, получено:

,5Ri,T.e. Rs : R2 : R 1:0,312:4,5 R

5 Обозначим - К (см. схему фиг. 3)

Ri тогда Д Р

пит.

R1

Г1- 1 L1 Б

+ Рст. 1

пит.

RT

Ph - Рст

г

5

0

ПИТ.

«Г1 . R (0,3+0,14)2J Графики этой зависимости показаны на фиг. 4 для разных значений К. Из этих графиков видно, что наибольший наклон касательных к кривым имеет.место вблизи оси абсцисс. Наклон касательной к кривой на фиг. 4 определяет чувствительность схемы, показанной на фиг. 3.

По определению чувствительность индикатора (фиг. 1) равна.

гпит.

0,28

5

0

5

0

5

Rl (0,3+0,14k)2 График этой зависимости показан на фиг. 5. Из фиг. 5 видно, что чувствительность струйного элемента тем выше, чем меньше h и резко возрастает при h 6 dn. При h 9 dn чувствительность индикатора резко уменьшается..

R7

Из фиг. 4 видно, что при - К (2-6)

RI

наиболее приемлемым диапазоном изменения h является (6-9) х dn, поскольку при этом обеспечивается наибольшая чувствительность струйного элемента и в конечном счете чувствительность индикатора.

Из фиг. 4 следует также, что с увеличением К мы сдвигаемся в область малых h, a значит, в область с.большей чувствительностью (фиг. 5). Но увеличение К 6 приводит к тому, что камера управляемого сопла (8) из проточной превращается в глухую, что нарушает принцип работы устройства. Поэтому Кмас. 6 И Г1Мин. 6 X di 1.

Таким образом, установлено, что оптимальными являются следующие величины: р

h (6-9) х du; (6-2), при этом R2

RI 0,312 Pi

Экспериментальные исследования струйного индикатора уровня показали, что

наибольшее изменение давления Pi происходит в том случае, когда управляющая струя (Ci) при отсутствии пыли не экранизирует щель управляемого сопла (8) и не создает сопротивления на выходе управляемой струи (Ci), а при появлении пыли, отклонялась вправо полностью, закрывает собой щель управляемого сопла (11), тем самым резко увеличивая сопротивление на выходе сопла (8), что ведет к увеличению давления (Pi). Экспериментальные исследования показали, что индикатор обладает наибольшей чувствительностью к изменению уровня пыли в бункере только при определенных соотношениях между определяющими размерами струйного чувствительного элемента и динамическими напорами струи (Ci), сносящего потока (Са) и управляемой струи (Сз).

Из приведенной на фиг. 1 принципиальной схемы видно, что динамические напоры струй (Ci и Сз) и сносящего потока (С2) определяются при определенных геометрических размерах элементов (11-, 8, 9) давлениями сжатого воздуха, подаваемого на эти элементы. При едином источнике питания (Рпит.) эти динамические напоры, с учетом сказанного выше, будут определяться гидравлическими сопротивлениями пневморезисторов (1, 2, 7) соответственно. Следовательно, для обеспечения максимальной чувствительнос ти струйного инди- татора уровня необходимо иметь оптимальные геометрические размеры струйного чувствительного элемента с источником питания сжатым воздухом.

На фиг. 6 показана экспериментальная зависимость выходного сигнала струйного усилителя мощности от расстояния между соплами (11, 8) при постоянных значениях сносящего потока, динамических напоров управляемой и управляющих струй.

На фиг. 4 видно, что максимальное значение выходного сигнала имеет место только в том случае, если расстояние между соплами находится в пределах 6-9 диаметров управляемого сопла.

На фиг. 7 показаны элементарные зависимости выходного сигнала струйного чувствительного элемента от динамических напоров управляющей и управляемой струй и сносящего потока (С2).

Из этого рисунка видно, что максимум выходного сигнала струйного чувствительного элемента соответствует определенным

соотношениям между динамическими напорами струй (Ci, Сз) и сносящего потока (С2). При данной схеме динамические напоры струй (Ci, Сз) в конечном счете определяются величинами сопротивлений дросселей, установленных в целях питания струй (Ci, Сз) и сносящего потока (Са), Следовательно, оптимальные соотношения между динамическими напорами указанных

струй и сносящего потока определяются геометрическими размерами дросселей,а при идентичности диаметров их каналов - длинами этих дросселей.

Экспериментально установлено, что

максимальная чувствительность струйного элемента имеет место в том случае, если выполняется определенное соотношение длин дросселей, установленных на линии питания управляемого и управляющего сопел.

Таким образом, предложенный индикатор уровня за счет введения дополнительного пневморезистора, изготовления управляемого сопла в виде прямоугольника

с указанным отношением сторон и оговоренными геометрическими размерами дроссельных элементов позволяет производить с большей точностью индикацию предельного значения уровня пыли в бункерах

различных аппаратов.

Формула изобретения

1. Струйный индикатор уровня, содержащий две пьезометрические трубки, дроссельный мостовой преобразователь со

струйным усилителем мощности, включающим камеру, управляющее и управляемое сопла, дифманометр и источник питания, отличающийся тем, что, с целью повышения точности; в него введены первый и второй пневморезисторы, причем выход первого пневморезистора соединен с управляющим соплом, выход второго пневморезистора соединен со струйным усилителем мощности, а их входы .соединены с

источником питания, при этом камера и управляемое сопло выполнены прямоугольной формы.

2. Индикатор поп. 1, отличающий- с я тем,, что расстояние между соплами выполнено равным 6-9 диаметрам управляющего сопла, ширина управляемого сопла выбрана равной диаметру управляющего сопла, а высота управляемого сопла меньше ширины в пять раз.

фи.з.2.

АР, ПС(

6d« Зс/ft Фиг. 5.

н--

i г 3 4 S 6 7 8 9 & « / Jrt

Фиг.6

Даёлбни е nvmOHtJjf улр&ёляющеи cm/oyt/t УслоЗи / - ЗкЯ. -- .

г - в л

3 - 9 к /7

опыта

Струйный индикатор уровня

+ Р, П