Пневматическое устройство для контроля уровня жидкости Советский патент 1982 года по МПК G01F23/16 

V1

Изобретение относится к приборостроению, в частности к пневматическим устройствам для непрерывного контроля уровня жидких сред, обладающих повышенной вязкостью, коррозионное 1ъю, и может найти применение в химической, пишевой, . Нефтехимической и других отраслях промьшшенности.

Известен пневматический уровнемер, служащий для сигнализации уровня, содержащий установленные в зоне минимального и максимального уровней струйные элементы в виде соосно расположенных сопел питания и приемных, которые соединены с двумя моностабилъньтми струйными усилителями, источник питания и индикатор. При появлении жидкости в зазоре между соосно расположенными соплами возникает сигнал, фиксируемый индикатором f I J

Недостатком такого устройства является низкая надежность и точность из:Мерения при работе с жидкостями, ,ющими сложные физико-химические свойства, контакт с которыми нежелателен, так как соосные сопла являются контактными элементами.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является пневматический сигнализатор уровня, содержащий установленные в зоне предельного уровня струйный элемент в виде соосно рас10положенных сопла питания и приемного сопла, первое из которых соединено с источником питания, а второе подключено к моностабильному струйному усилителю, и измерительное устройство. Кроме того,

15 он снабжен дополнительным соплом, расположенным под углом к поверхности жидкости, ось которого размещена в центральной плоскости, перпендикулярной оси струйного элемента, и вторым моноста20бильным струйным усилителем, при этом выход струйного элемента подключен к одному иа ВХОДОВ первого струйного моностабильного усилителя, присоединенного своим выходом к входу второго струй ного моностабильного усилителя, один ,выход которого соединен с входом допол нительного сопла, а другой - через дрос сель и пневмоемкость - с измерительный (Устройством 2. Недостатком известного устройства является невозможность измфеНия те.кушего значения отклонения уровня вы|соковязких сред от заданного значения, т.е. отсутствие аналогового выходного сигнала. Цель изобретения - расширение функциональных возмокностей устройства. Поставленная цель достигается за счет того, что пневматическое устройство для контроля уровня, содержащее установленный в зоне предельного уровкет струйный элемент в виде соосно расположенных сопла питания и приемного соп ла, которое подключено к моностабильНому струйному усилителЮ| дополнительное сопло, расположенное под углом к поверхности жидкости, ось которого размешена в центральной плоскости, перпен дикулярной оси струйного элемента, второй моностабильный струйный усилитель, дроссель и пневмоемкость, снабжено вто рым идентичньпу струйным элементом, ось которого параллельна оси первого струйного элемента, струйным триггером с раздельными входами, усилителем мощ ности, элементом памяти вторым дросселем и сильфонным блоком, при этом выход второго струйного элемента подключен к одному из входов второго МО- ностабильного струйного усилителя, присоединенного своим выходом к элементу памяти и к одному из входов струйного триггера с раздельными входами, другой вход которого соединен с выходом первого струйного моностабильного усилителя, один выход триггера с раздельными входами соединен с атмосферой, второй через усилитель мощности и второй дрос сель - с входом сильфонного блока, жест ко связанного со струйными элементами, а выход элемента памяти соединен с одним из входов триггера с раздельными входами. На фиг. 1 изображена схема пневматического устройства для контроля уровня жидкости; на фиг. 2 - взаимодействие струи газа с поверхностью жидкости при различных уровнях. .Устройство содержит трубки I и 2 сопел питания струйных элементов, расположенные соосно с приемными соплами 3 и 4, соответственно. Приемное сопло 9 9 4. 3 соединено с входом 5 первого струйного МО ностабильного усилителя 6, приемное сопло 4 подключено к входу 7 второго струйного моностабильного усилителя 8. Выходной канал 9 усилителя 6 подключен к входному каналу Ю струйного триггера II с раздельными входами. Выходной канал 1 2 усилителя 8 подключен к входному каналу 13 триггера 11. Выходной канал 14 триггера 1 1 присоединен через усилитель 15 мощности и дроссель 16 к сильфонному блоку 17, cocToHkieMy из сильфона 18 и пружины 19. Дно сильфона 18 посредством 2О жестко соединено со с-фуйными элементами. В каналы 21 к 22 усилителей 6 и 8, в канал 23 триггера 11 и в сопло 24, ось которого размещена в центральной плоскости, перпен-дикул$фной осям;струйных элементов, подано давление питания. Вход сильфонного блока 17 через дроссель 25 и пневмоемкость :26 соединен с измерительным устройством (не показано). Вход 27 триггера И подключен к (выходу 28 струйного элемент 29 памяти, вход ЗО которого подключен к выходу 12 струйного моностабильного усилителя 8, а вход 31 посредством цепи , положительной обратной связи соединен с выходом 32. На вход 33 элемента 29 памяти подано давление питания, В канал 34 элемента памяти подключен выход пневмокношш 35.- Выходной канал 36 триггера 11с раздельными входами соединен с атмосферой. Принцип действия пневматического устройства для контроля уровня жидкое тн заключается в спедуклц®. На вход сопел I, 2 к 24 подается давление питания. При значительном удалении контролируемой поверхности от плоскости, в которой установлено устройство, выходящая из питающего сопла 24 струя газа взаиМодей твует с поверхностью жидкости, деформирует ее, образуя углубление. Двигаясь.вдоль образованного углубления на поверхности жидкости, струя приобретает криволинейное движение и выходит из углубления под небольщим угломoi, не пересекая осей газовых струй, выходящих из питающих сопел I и 2. С увеличением уровня жидкости расстояние между плоскостью размещения устройства, соответствующей предельному уровню, и поверхностью жидкости уменьшается. При этом увеличивается силовое воздействие струи, выходящей из питающего сопла 24, на поверхность жидкости. Форма углубления меняется, при этом увеличивается угол оС выхода ctpyH газа из углубления. При некотором расстоянии от поверхности жидкости до плоскости установки устройства выходящая из углубления струя газа пересекает ось второго струйного элемента. При дальнейшем изменении уровня форма углубления изменяется, вместе с тем еще больще увеличиватся угол выхода струи из углубления. При этом отраженная от поверхности струя газа попадает в-пространство между осями струйных элементов, не взаимодействуя со струями выходящими из сопеп I к 2 .Дальнейщее приближение поверхности жидкости к измерительному устройству приводит к взаимодействию отраженной струи и струи, выходящей из сопла I., При увеличении растояния от устройства до поверхности жидкости отраженная из углубления струя газа проходит все указаннь1е стадии в обратном порядке. Предлагаемое устройство работает следующим образом. На вькоды сопел I, 2 и 24, а в каналы 21, 23 и 33 питания соответствующих струйных элементов подается питание., Если в начальный момент времени по верхность жидкости удалена на значительное расстояние от измерительного уст ройства, то струя газа, выходя из сопла 1, поступает в приемное сопло 3 и далее в канал 5 струйного моНостабнльного усилителя 6, Струя газа, вытекающая из канала 5/, отклоняет струю питания от приемного канала 9 и на входе Ю струйного триггера 11 с раздельными входами будет сигнал нулевого уровня. Вьпсодящая из сопла 2 струя газа поступает в приемное сопло 4 и далее, выходя из канала 7 струйного моностабиль ного усилителя 8, oHia отклоняет питаюшую струю этого усилителя, при этом на входе 13 триггера 11 будет сигнал нулевого уровня. При поступлении на входы триггера сигналов нулевого уровня питающая cipy выходящая из канала 27, может поступить в один из выходных каналов 36 ил 14 триггера. Для исключения такой неопределенности в схему устройства для контроля уровня включен элемент 29 па мяти. Нулевой сигнал с выхода усилител 8 поступает на вход ЗО элемента 29 памяти, струя питания из канала 33 поступает в приемный канал 28, откуда она проходит в канал 27 триггера II. Под действием струи, выходящей из канала 27, струя питания триггера отклоняется в канал 36, На выходе в канале 14 триггера нулевой сигнал и сильфонный блок 17 вместе с присоединенными к нему струйными элементами занимает исходное положение. Пуск системы осуществляется нажатием кнопки 35. После этого на входе в кана;ле 27 триггера II будет сигнал единичного уровня. Изменение уровня жидкости приводит к изменению угла выхода струи из углубления. При некотором значении уровня жидкости отраженная от по|верхности струя пересекает ось с1руи газа, выходящей из сопла 2. На вход в канал 13 триггера И поступает единичный сигнал, который одновременно с ;этим поступает в канал 30 элемента 29 памяти. Состояние триггера II при этом не меняется. Струей, выход паей из канала ЗО, отклоняется питающая струя в элементе памяти. Которая при этом поступает в выходной канал 32, откуда по цепи положительной обратной связи поступает во входной канал 31. Происходит запоминание состояния элемента памяти с сигналом нулевого уровня на выходе. Эпемепг памяти включен для исключения неопределенности в работе триггера в начальный момент времени, когда его выходные сигналы равны нулю. Одним из условий нормальной работы предложенного устройства является наличие при значительном удалении поверхности жидкости на выходе триггера в канале 14 сигнала нулевого уровня, Дальнейщее приближение поверхности жидкости приводит к пересечению оси струи, выходящей из сопла 1, отраженной газовой струей (фиг. 2в), При этом в приемном сопле 3 и во входном канале 5 струйного моностабкльного усилителя 6 будет сигнал нулевого уровня. Выходящая из питающего канала 21 струя газа через приемный канал 9 поступает на вход Ю струйного триггера II с раздельными входами. Выход5пдая из канала Ю струя взаимодействует со струей питания и отклоняет ее. Состояние триггера изменяется. При этом на его выходе 14 будет сигнал единичного уровня, а на выходе 36 - нулевого. В дальнейшем поочередное поступление единичных сигналов в каналы Ю и 13 триггера II с выходов усилителей 6 и 8 изменяет состояние триггера 11, в | канале 14 которого будут поочередно появляться сигналы нулевого и единичного уровней. - Сигнал с выхода 14 через усилитель 15, где он усиливается по мощности и давлению, и дроссель 16 поступает на вход скльфонного блока 17, Давление в блоке 17 начинает возрастать, причем скорость роста давления зависит от настройки дросселя 16. РОСТ давления в сильфонном блоке зависит от изменения уровня, так как увеличение уровня вызывает появление единичного давления на выходе 14 триггера 11, Под действием растущего давления сильфон 18 с пружиной 19 сжимаются и п емещают жестко связанные с ними элементы 1-4. Пере мещение продолжается до тех пор, пока на вытсоде в канале 14 триггера 11 не появляется сигнай нулевого уровня. Это произойдет, когда выходяшая иэ углубления струя газа пересекает ось сфуи, выходящей из питающего сопла 2, При этом происходит подача единичкюго сигнала во входной канал 13 триггера 11 и отклонение питающей струи из кашла 14 в канал 36. На нулевой уровень сиг нала происходит разгрузка сильфонного блока через дроссель 16. Давление в сильфонном блоке 17 при этом уменьшается, сильфон 18с пружиной 9 разжимаются и перемещают эл« 1ёнты 1-4 в противоположную сторону до момента, Когда отраженная струя газа пересечет ось струйного элемента пнтакнцее соп/ю 1 - приемный канал 3. После этого на выходе триггера 11 вновь появляется единичный сигнал, которым осуществляет ся обратное перемещение элементов 1-4 Таким образом, иетлерительная система определяет положение струи, выходящей из образованного углубления. Среднее значение давления в сштьфонном блоке 17 является функцией-уровня контролируемой среды. Чем больше уровень, тем больше необходимо переместить стру ньге элементы, а следовательно, и большее давление необходимо подать в сильфонный блок, т.е. регистрируемое давление является мерой уровня. Измерительное устройство (вторичный прибор) йодключе(ю к сильфонному блоку через инер ционное звено - дроссель 25 и пневмоем кость 26, установленные для сглаживани пульсаш й выходного сигнала. Сопла могут занимать различные положения в зависимости от положения выходящей из углубления струи газа, полученная таким образом следящая система имеет зону нечувствительности, значение которой определяется в основном pacjToянием между осями сопел 1 и 2. ., Предложенное пневматическое устройство для контроля уровня жидкости явля.ется струйным и бесконтактным, имеет простую и надежную конструкцию, выполненную на элементах, серийно вьшускаемых отечественной промышленностью. При помощи указанного устройства контролировать высоковязкие, агрессив-. Ные и токсичные среды. Формула изобретения Пневматическое устройство для контроля уровня жидкости, содержащее установленный в зоне предельного уровня струйный элемент в виде соосно расположенных сопла питания и приемного .сопла, которое подключено к моностабильному О5руйному усилителю, дополнительное сопло, расположенное под углом к поверхности жидкости, ось которого размещена в центральной плоскости, перпендикулярной оси струйного элемента, второй мовостабильный струйный усилитель,; дроссель и пнёвмоемкосчъ, подключенные выходу прибора, отличающеес я тем, что, с целью расширения функциональньос возможнос.тей устройства, ; оно снабжено вторьм идентичным с1руйным элементом, ось которого параллельна Оси первого струйного элемента, триггером с раздельными входами, усилителем мощности, элементом памяти, вторым дросселем и сильфонным блоком, при этом выход второго струйного элемента подключен к одному из входов второго моностабильного струйного усилителя, присоединенногЬ своим выходом к элементу памяти к к одному КЗ входов струйного триггера с раддельНЬ1МИ родами, другой вход которого соединен с выходсйм г-:ервого струйного MOJ шэстабильного усилителя, один выход триггера с раздельными входами соединен с атмосферой, второй через усилитель мощности и второй дроссель - с входом сильфонного бпока, жестко связанного со струйными элементами, а вьпсод элемента памяти соединен с одним из входов триггера с., раздельными входами. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 359О843, кл. 137-81.5, ..Oq.07.71. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2878479/18-10, кл. GOlF 23/16, 01.02.80 (прототип) .

Фeг.f

/

фуг. I