Уровнемер

 

УРОВНЕМЕР, содержащий реверсивный двигатель со схемой управления , согласующий блок, ходовой винт с кронштейном, соединенным со щупом и движком реохорда отличающийся тем, что, с, целью повьшения точности измерения уровня расплава, схема управления выполнена в виде фазового модулятора, соединенного с одним входом преобразователя фазового сдвига, другой вход которого соединен с генератором синусоидального сигнала, а выход преобразователя фазового сдвига соединен с одним входом коммутатора, другой вход которого соединен с блоком синхронизации, один выход коммутатора связан с реверсивным счетчиком , последовательно соединенным с одним входом первой схемы сравнения, другой вход которой соединен с первым задатчиком, а другой выход коммутатора связан со счетчиком импульсов , соединенным с одним входом второй схемы сравнения, другой вход которой связан с вторым задатчиком, при этом выходы схем сравнения подключены через последовательно соеди (Л ненные триггер управления и согласующий блок к реверсивному двигателю .

COOS CO8ETCHHX

ССЮЮВЮ

РЕСПУБЛИК,„SUÄÄ 1093906 др С 01 F 23/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

:В» (21) 2997529/18-10 (22) 23. 10. 80 (46) 23.05.84. Бюл. Ф 19 (72) В.С.Суздаль, Ю.М.Епифанов, В.A.Ëüâoâè÷ и А.В.Радкевич (53) 681.128.6(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 586338, кл. G 01 F 23/24, 1975 (прототип). (54)(57) УРОВНЕМЕР, содержащий реверсивный двигатель со схемой управления, согласующий блок, ходовой винт с кронштейном, соединенным со щупом и движком реохорда, о т— л и ч а ю шийся тем, что, r целью повышения точности измерения уровня расплава, схема управления выполнена в виде фазового модулятора, соединенного с одним входом преобразователя фазового сдвига, другой вход которого соединен с генератором синусоидального сигнала, а выход преобразователя фазового сдвига соединен с одним входом коммутатора, другой вход которого соединен с блоком синхронизации, один выход коммутатора связан с реверсивным счетчи ком, последовательно соединенным с одним входом первой схемы сравнения, другой вход которой соединен с первым эадатчиком, а другой выход коммутатора связан со счетчиком импульсов, соединенным с одним входом второй схемы сравнения, другой вход которой связан с вторым задатчиком, при этом выходы схем сравнения подключены через последовательно соединенные триггер управления и согласующий блок к реверсивному двигателю.

1 10939

Изобретение относится к измерителям уровня расплава и может найти применение в.химической промьш ленности при выращивании монокристаллов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является изме.ритель уровня расплава, содержащий реверсивный двигатель с согласующим блоком, состоящим из реле и схемы его управления, и механические элементы, т.е. ходовой винт с кронштейном, на котором укреплен проволочный щуп и движок измерительного реохорда, поперечину с гайкой, регулирующие величину мениска расплава на конце щупа 71 7.

Недостатками известного устройства являются большая величина переменной составляющей выходного сигнала

20 измерителя, т.е. малая точность слежения за уровнем расплава, что обусловлено наличием мениска на конце щупа в момент отрыва, влияние окружающих условий и технологических режимов на вязкость расплава, а значит, и на величину мениска расплава на конце щупа, что дает дополнительную погрешность измерения уровня расплава, возможность нарушения режима

30 слежения устройства за уровнем расплава из-за большой плотности паров над расплавом при высоких температурах, что снижает точность измерения уровня.

Челью изобретения является увеличение точности измерения уровня расплава.

Поставленная цель достигается тем. что в уровнемере,содержащем реверсивный двигатель со схемой управления, согласующий блок, ходовой винт с кронштейном, соединенный со щупом и движком реохорда, схема управления выполнена в виде фазового модулятора, соединенного с одним входом преобразования фазового сдвига, другой вход которого соединен с генератором сину соидального сигнала, а выход преобразователя фазового сдвига соединен с одним входом коммутатора, другой вход которого соединен с блоком синхронизации, один выход коммутатора связан с реверсивным счетчиком, последовательно соединенным с одним входом первой схемы сравнения, дру- 55 гой вход которой соединен с первым задатчиком, а другой выход коммутатора связан со счетчиком импульсов, 06 соединенным с одним входом второй схемы сравнения, другой вход которой связан с вторым задатчиком, при этом выходы схем сравнения подключены через последовательно соединенные триггер управления и согласующий блок к реверсивному двигателю.

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого уровнемера.

Измеритель уровня содержит реверсивный двигатель 1 с ходовым винтом 2, соединенным через кронштейн со щупом 3 и с движком измерительного реохорда 4, щуп 3 подключен также ко входу фазового модулятора 5, выходной сигнал которого является информационным сигналом устройства. Опорным сигналом служит выходной сигнал генератора 6 синусоидального сигнала.

Преобразователь 7 фазового сдвига служит для преобразования сдвига фазы между опорным и информационным сигналами в число импульсов, а блок 8 синхронизации и коммутатор 9 управляют работой контура управления и контура ограничения. В основной контур управления входят реверсивный счетчик 10 и схема 11 сравнения цифровой информации с задатчиком 12.

Контур ограничения собран на базе счетчика 13 импульсов, схемы 14 сравнения цифровой информации и задатчика 15.

Выходной сигнал RS -триггера 16 является управляющим для согласующего блока 17, соединенного с реверсивным двигателем 1.

Уровнемер работает следующим образом.

Реверсивный двигатель 1 при помощи ходового винта 2 с кронштейном поднимает или опускает щуп 3 в тигель, где находится расплав. Сопротивление системы щуп — расплав включается в одно из плеч фазового модулятора 5, который запитывается от генератора 6 синусоидальным напряжением с частотой, некратно" 50 Гц, для устранения влияния наводок силовых цепей. Для повышения помехоустойчивости схемы вход и выход фазового модулятора 5 выполнен трансформаторным с заземленной вторичной обмоткой.

При движении щупа 3 над расплавом и в расплаве фазовый модулятор 5 преобразует сопротивление системы щуп расплав в сдвиг фазы bÍ информационного сигнала Uc относительно опор93906 4

8 (g <11 (I

««« и и „с« « ")

1 где N«« — результирующая информация счетчика 10 по результатам измерения в моменты времени, иЬ, +, Неравенство (1) учитывает ограничения по величине результирующей информации и при движении щупа в дру-55 гой однородной среде-расплазе. Текущая результирующая информация N> счетчика 10 в каждый цикл работы бло"

3 10 ного сигнала,Uo««генератора 6. Сдвиг фазы преобразуется в число импульсов преобразователем 7 фазового сдвига и через коммутатор 9, управляемый блоком 8 синхронизации, поступает на реверсивный счетчик 10. При этом реверсивный счетчик 10 вначале сбрасывается импульсом блока 8 синхронизации, а затем, в момент времени.Ф„., определяемый импульсом напряжения с выхода блока 8 синхронизации, в счетчик 10 вводится информация о величине фазового сдвига аЧ по входу

"+" и в момент времени, также определяемый импульсом напряжения с выхода блока 8 синхронизации, информация в счетчик 10 вводится по входу

Таким образом результйру«ощей информацией «Ч в счетчике 10 являет ся информация о разности фазовых сдви«ов «Р(1. )-gg(< ) где д f(t«) фазовый сдвиг напряжения U относительно 0 „ в момент времени 1„; йЧ(f ) — фазовый сдвиг напряжения

«..«си U „в момент времени

Промежуток времени Д1=1 — 2 между двумя измерениями d4 определяется блоком 8 синхронизации и устанав-. ливается заранее в зависимости от ди намических свойств объекта управления.

Предположим, что щуп уровнемера находится, например, над расплавом и двигается вниз. Гезультиру«ощая информация реверсивного с четчика 10 полученная по результатам измерения

3Y B моменты «3pBMpHH «« H 1 „+.«, где п - цикл работы блока 8 синхрони зации, пусть равна п. Гезультирующая информация счетчика 10 в в +1 цикл работы блока синхронизации равна 1 1„+„ и т. д. Ввиду того, что щуп двигается в однородной среде (пары над расплавом) результирующая информация N счетчика 10 изменяется по мере опускания шупа, но эти изменения огран««чень«, т.е.

ЗО

Ю

45 ка 8 синхронизации сравнивается с помощью схемы 11 сравнения и задатчика 12 с Й „ . При движении щупа уровнемера над расплавом й„сй,„, позтовсях му на выходе схемы 11 сравнения — логический нуль.

Наступает момент при и«-м цикле работы блока 8 синхронизации, когда в некоторый первоначальный момент времени измерения 1 щуп находится над расплавом, а затем, за время задержки аФ работы .блока 8 синхренйзации двигатель перемещает щуп в расплав и здесь происходит следующее измерение д««" в момент времени t

Щуп переходит из одной среды (пары над расплавом) в другую (расплав), поэтому результирующая информация счетчика 10 за данный цикл измерения намного больше и „щ„, т.е. И я Н„„

В результате схема 11 сравнения изменяет свое состояние и перебрасывает триггер 16, т.е. двигатель 1 реверсируется и начинает перемещать щуп вверх (из расплава).

Циклы измерения сопротивления системы щуп — расплав по ь«1«начинают пов. торчться. Щуп выходит из расплава и„ наконец, нри .некотором 1(-м цикле работы блока 8 синхронизации, когда мениск расплава на кончике щупа достаточно сильно вь«тягивается, результирующая информация Мк счетчика 10 станет опять больше Й,„,х„. Двигатель зменяет направление вращения (за счет «"..ереброса по входу С триггера 16 з новое состояние импульсом напряжения схемы 11 сравнения при Ч1,)«ч,„ ) и затем уже при измерении з первбм посл реверса цикле получаем Й.„ <>8 к+.««««a > так как щуп опускается и мениск расплава опять несколько уменьшается.

Двигатель 1 опять реверсируется. Этот процесс постоянно повторяется при небольших геремещениях щупа в пределах мениска.

Таким образом, основной контур управления настраивается так, что измеритель уровня гри слежении реагирует на величину скачка сопротивления в системе щуп — расплав, который задается для данного расплава и технологического процесса задатчиком 12.

Необходимый по величине скачок сопротивлеш«я системы щуп — расплав nGpaзуется при переходе щупа из одной средь." з другую или при работе н мениске расплава.

1093906

20

Следовательно, рассматриваемый измеритель уровня расплава обладает малой величиной переменной составляющей выходного сигнала измерительного расхода 4, определяемой эадатчиком 12. Выбором величины М,„,„„ с по мощью задатчика 12 для данного технологического процесса можно добиться слежения устройства за уровнем расплава практически без "рыскания" щупа.

Кроме того, величина мениска расплава на щупе, пары над расплавом и их зависимость от текущих параметров технологического процесса не вли- 15 яют на погрешность слежения, так как уровнемер реагирует только на определенную величину скачка сопротивления в системе щуп — расплав, а требуемая величина скачка за один цикл измерений может быть только ,при переходе щупа из одной среды в другую или при перемещениях щупа в пределах мениска расплава.

Текущая цифровая информация счет- 25 чика 13 контура ограничения (управление происходит через блок 8 синхронизации и коммутатор 9) о величине сопротивления системы щуп — расплав в каждый момент времени сравнивается на схеме 14 сравнения с цифровой информацией эадатчика 15 ограничения.

Если абсолютная величина сопротивления системы щуп — расплав выходит за верхний или нижний пределы, установленные задатчиком 15, то на соответствующем выходе схемы 14 сравнения появляется логическая единица и пере... брасывает триггер 16, изменив тем самым направление вращения двигателя.

Следовательно, щуп не может выйти эа пределы, установленные задатчнком 15.

При настройке контура ограничения. т.е. установке верхнего и нижнего пределов перемещения щупа, задатчиком 15 устанавливается область. сопротивления системы щуп — расплав, в которой находится данная система при нормальной работе основного контура управления. Эта область индицируется схемой индикации счетчика 13.

В течение технологического процесса уровень расплава может значительно измениться. В этом случае область ограничения периодически, по мере приближения системы щуп— расплав к границе, установленной задатчиком 15, корректируется по показанию схемы индикации счетчика 13.

Таким образом, предлагаемый измеритель уровня обеспечивает точное слежение за уровнем расплава, учитывающее изменение его свойств и текущих значений параметров технологического процесса. Высокая надежность устройства обеспечивается при этом за счет ограничения области перемещения щупа, внутри которой располо жена граница раздела двух сред.

1093906

Составитель Т.Иноземцева

Ред .ктор O.Черниченко Техред М.Кузьма Корректор Л.Пилипенко

Ф

Заказ 3410/32 Тираж 61 0 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул. Проектная, 4