Устройство для измерения уровня воды в барабане парового котла

 

Изобретение относится к области приборостроения. Цель изобретения - расширение диапазона измерения уровня , упрощение настроек коэффициентов алгоритма уровнемера и уменьшение погрешности измерения уровня как в режиме насьпцения, так и в режиме пуска и расхолаживания котла. К барабану котла 1 с помощью сосуда 2, в котором поддерживается постоянный уровень охлажденной воды, подсоединен дифманометр (Д) 3 с токовым выходным сигналом Ifcp . К одной из измери

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (g1) 4 6 01 F 23/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4025003/24-10 (22) 21.02.86 (46) 23.01.88. Бюл. У 3 (71) Государственный научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения (72) М.М. Рыбаков, Г.В. Николаев и А.У. Яльппев (53) 681.128(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ó 151983, кл. G 01 F 23/26, 1962.

Демьянчук И.В. Автоматическая коррекция показаний гидростатических датчиков уровня при пуске котла.—

Теплоэнергетика, 1963, У 1.

„„SU„„1368647 A1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ

ВОДЫ В БАРАБАНЕ ПАРОВОГО КОТЛА (57) Изобретение относится к области приборостроения. Цель изобретения— расширение диапазона измерения уровня, упрощение настроек коэффициентов алгоритма уровнемера и уменьшение погрешности измерения уровня как в режиме насьппения, так и в режиме пуска и расхолаживания котла. К барабану котла l с помощью сосуда 2,,в котором поддерживается постоянный уровень охлажденной воды, подсоединен дифманометр (Д) 3 с токовым выходным сигналом 1 Р . К одной из измери1368647

1 тельных полостей Д 3 подсоединен манометр 4 с токовым выходным сигналом Ip. Токовые выходные сигналы Д 3 и манометра 4 подаются на вход вычислительного устр-ва 5, на выходе которого формируется токовый выходной сигнал уровнемера. С помощью резисторных преобразователей 6 и 7. тока в напряжение токовые сигналы преобразуются в соответствующие им напряжения, которые вместе с напряжением опорного источника в соответстИзобретение относится к приборостроению, а именно к устройствам для измерения уровня жидкости в закрытых резервуарах по методу гидростатического давления.

Цель изобретения †.расширение диапазона измерения уровня, упрощение настроек коэффициентов алгоритма уровнемера и уменьшение погрешности измерения уровня как в режиме насышения, так и в режиме пуска и расхолаживания котла.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема измерения уровня воды в барабане парового котла, работающего в режиме насыщения, и структурная схема вычислительного устройства на фиг. 2 — схема измерения уровня с коррекцией по давгению и температуре.

На схеме обозначены объект 1, уравнительный сосуд 2, дифманометр 3, манометр 4, вычислительное устройство 5, резисторные преобразователи 6 и 7 напряжения в ток, источник 8 опорного напряжения, масштабирующие коэффициенты 9-12 алгоритма уровнемера, сумматоры 13 и 14;>, и Z, делительное устройство 15, широтно-импульсный модулятор 16, фильтр 17 нижних частот, управляемый ключ 18, преобразователь 19 "напряжение — ток".

К барабану котла 1 с помощью однокамерного уравнительного сосуда 2, в котором поддерживается постоянный уровень Н охлажденной воды, подсоединен дифманометр 3 с токовым выходным сигналом. Iql, . К одной из измеривии с алгоритмом уровнемера подаются на входы сумматоров 13 и 14 с уче. том введения настраиваемых коэффициентов с помощью масштабирующих элементов 9-12 соответственно. Полученные сигналы на выходах сумматоров 13 и 14 поступают в делительное устр-во 15.

Выходной си гн ал по сл едн е го по с туп а е т в преобразователь 19, в котором предусмотрены настройки "0" и "диапазона" выходного сигнала. 2 з.п.ф-лы, 2 ил. тельных полостей дифманометра, например к плюсовой, подсоединен манометр

4 с токовым выходным сигналом

Токовые выходные сигналы дифманометра и манометра подаются на вход вычислительного устройства 5, на выходе которого формируется токовый выходной сигнал уровнемера

С помощью резисторных преобразователей 6 и 7 тока в напряжение токовые сигналы дифманометра и манометра преобразуются в соответствующие им напряжения U =I R; U = I R, которые вместе с напряжением 0 . опорного источника в соответствии с алгоритмом уровнемера 13 подаются на входы сумматоров 13 и 14 с учетом введения настраиваемых коэффициентов

1 I I I и, N<, N» N, с помощью масштабирующих элементов 9-12 соответственно.

Полученные на выходе сумматоров налы (V< =N Оь «N> 0N4U p H Ч

1 — U - N,U ) поступают в делительное устройство 15, реализованное на функциональных элементах 16-18. Выходной сигнал делительного устройства

V„

U = q — поступает в преобразователь

Ф V2

19 "напряжение-ток", в котором предусмотрены настройки "0" и диапазона" выходного сигнала.

1г

Принципиальная схема измерения уровня жидкости в объекте с коррек.— цией по давлению и температуре насыщения (фиг.2) отличается от схемы .фиг. 1 тем, что в ней, кроме объекта 1, уравнительного сосуда 2, дифманометра 3, манометра 4 и вычисли1368647 тельного устройства 5, имеется еще преобразователь температуры, состоящий из термопары 20 и преобразователя 21 термо-ЭДС термопары в ток 1, который используется для приведенйя в действие управляемых ключей 22 и

23 с тем, чтобы токовый выходной сигнал I всего устройства в зависимости от режима работы в объекте 1 соответствовал либо току I „„, либо току 1д дифманометра.

В соответствии с принципиальной схемой (фиг.1) перепад давления К Р, измеряемый дифманометром, определяется выражением

Р Н ((3 ) h (P 1 ) (1 ) где h и Н вЂ” текущее и максимальное значения измеряемого уровня;

1 I1 — плотности охлажденной и кипящей воды и пара соответственно.

Дифманометр, используемый для измерения уровня, имеет убывающую характеристику

25 (2)

30 где ЬР— максимальное значение перепада давления;

1,1,„- текушее и максимальное значения выходного тока дифманометра.

Подставляя (1) в (2), находят (y) 35

Iü1 = lï, 1 (4) где

k= (5) 45 Р

1о 1в

Из формул (5) видно, что начальное значение I, и коэффициент пропорциональности k не являются постоянными величинами, так как I зависит от разности плотностей (p - p ) охлажденной воды и пара, а k -от раэностиплотностей (p "p ) кипящей воды и пара.

Из формулы (4) видно, что выходной сигнал дифманометра 1дР изменяется линейно в зависимости от измеряемого уровня h, причем при h=0

Полученное выражение можно пред- 40 ставить в следующем виде:

Для уровнемера с коррекцией по изменению плотностей воды и пара ис; польэован алгоритм в виде следующей зависимости: (6) в соответствии с которой выходной сигнал уровнемера Igy,y изменяется пропорционально измеряемому уровню

Ь и не зависит от плотностей охлажденной и кипящей воды и пара.

Определяя зна -ение измеряемого уровня h через выходной сигнал дифманометра 1д из (4), находят

1дР— 1

h = (7)

Подставляя полученное выражение из (7) в (6), получают алгоритм уровнемера

1(,р —,) вы

Н (8) 6-(> =А, -В, —; (-1о =А - —

„де А,В,,А,В - постоянные коэффициенты линейной аппроксимации, имеющие размерность плотности;

Р значение давления, принятое в качестве давления градуировки, P текущее значение давления °

Выполненные расчеты показывают, что линейная аппроксимация с помощью выражений (10) дает максимальную

Подставляя в (8) выражения I д и из формулы (5), получают точное выражение алгоритма уровнемера пз 1 1 1 (/

11 ю Щ рт) Р р

Для практической реализации предлагаемого алгоритма необходимо учитывать входящие в него разности плотностей воды и пара. Проведенные вычисления и графические построения зависимостей разностей плотностей 8- р и p — p от давления насыщения и от температуры насыщения показывают, что в зависимости от давления обладают значительно меньшей нелинейностью и их можно аппроксимировать следующими выражениями.

1368647 погрешность во всем диапазоне изменения давления, не превышающую 2Х.

ВыРазим в (9) Ре- 11 и Р— P из (10) с учетом замены отношения давР Ip лений — отношением токов вЂ, что

P Ip реализуется с помощью манометра с электрическим токовым выходным сигналом, т.е.

1, Р

Я (11) ! р где - текущее значение выходного

P тока манометра;

Iр - выходной ток манометра, соответствующий давлению градуировки.

Тогда вместо точного алгоритма (9) получают приближенный алгоритм уровнемера в виде

15

М,1, -N I -М,,!р вых

1 "М,!р где (12) 25

В йР А(М = М= М=N

АI1 ã H À ро

1 rn (13)

A Ip

Из выражения (12) видно, что в этом алгоритме вместо коррекции по разностям плотностей реализована коррекция по давлению насыщения Р, которое с помошью манометра преобра35 зуется в ток I . Из выражения (13) для коэффициентов алгоритма видно, что для уменьшения количества настраиваемых коэффициентов алгоритма целесообразно, чтобы отношение

4Р всегда сохранялось постоянным.

Это легко обеспечить, если для каждого предельного значения уровня Н применять дифманометр с соответствую- 45 щим пределом измерения ьР„. В этом случае для каждого значения давления градуировки потребуется только одна настройка всех коэффициентов М<, М, N, М независимо от предельного зна- 50 чения уровня Н.

Для удобства практической реализации выражение (12) следует преобразовать к другому виду, где вместо токовых сигналов используются сигналы напряжения: ! вых О М 11 а

R; 0

I„R;U,=1R; где U, =!в

N! N(R

N 2

N3, М4

N- =—;N=—

Формула изобретения

1. Устройство для измерения уровня воды в барабане парового котла, и выбрать R - =0,2 кОм, U „ = 1 В.

Реализация полученного алгоритма по выражению (14) может быть осуществлена с помощью вычислительного устройства, состоящего иэ двух сумматоров (отдельно для числителя и отдельно для знаменателя), делительного и масштабирующего устройств.

Нормированный выходной токовый сигнал уровнемера обеспечивается за счет наличия элементов настройки "О" и "диапазона" вью:одного сигнала в вычислительном устройстве.

Таким образом, для режима -насыщения получены точное (9) и приближенные (12) и (.14) выражения алгоритма уровнемера.

Однако использование устройства, работающего по алгоритму (12) и (14) в режиме пуска (останова) котла может приводить к погрешности измерения до 10-20Х. В этом случае в объекте нет пара, вместо кипящей воды присутствует охлажденная вода и можно принять = О, х = p . Тогда из (9) получают ьР Нр ! вшх Н I „ I„(! р

Подставляя в (15) Н = g P находят (å ! вы

Поэтому для режима расхолаживания и при пуске котла целесообразно использовать только дифманометр, выходной токовый сигнал которого является выходным сигналом уровнемера.

Для того, чтобы рассматриваемый уровнемер стал всережимным, требуется дополнительное переключающее устройство, которое в режиме насыщения реализовало бы алгоритм (14), а в режиме пуска и расхолаживания — алгоритм (16).

Для переключения токовых сигналов следует применить преобразователь термо-ЭДС в ток с помощью задания определенной уставки, благодаря которой происходит его срабатывание при достижении температуры насыщения..

)368647 8 которого соединен с выходом второго сумматора, а выход делительного устройства соединен с входом преобразователя напряжения в ток, выход кото5 рого является выходом устройства.

2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю ш е е с я тем, что- делительное устройство содержит релаксационный шарнирно-импульсный модулятор с однополярной характеристикой, фильтр нижних частот и управляемый ключ, причем первый вход делительного устройства соединен с первым входом фильтра нижних частот, выход которого, являющийся выходом делительного устройства, соединен через управляемый ключ с вторым входом фильтра нижних частот, а второй вход делительного устройства через указанный широтно-импульсный модулятор подключен к управляющему входу ключа. содержашее дифманометр и манометр с электрическими выходными сигналами и вычислительное устройство, причем минусовая камера дифманометра соединена непосредственно с нижней частью котла, плюсовая камера дифманометра и вход манометра подсоединены через однокамерный уравнительный сосуд к верхней части барабана котла, а вычислительное устройство одним входом подключено к выходу дифманометра, а другим входом — к выходу манометра, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения уровня, вычислительное уст ройство содержит два резисторных преобразователя входных токов в напряжение, два сумматора, четыре масштабируюших элемента, источник опорного напряжения, делительное устройство и преобразователь напряжения в ток, причем первый вход вычислительного устройства через последовательно соединенные первый резисторный преобразователь тока в напряжение и второй масштабирующий элемент подключен к первому входу первого сумматора, второй вход вычислительного устройства соединен с входом второго резисторного преобразователя тока в напряжение, выход которого через четвертый масштабирующий элемент соединен с вторым входом первого сумматора и через первый масштаби" рующий элемент с первым входом второго сумматора, а источник опорного напряжения соединен с вторым входом второго суМматора и через третий масштабирующий элемент — с третьим входом первого сумматора, выход которого подключен к первому входу делительного устройства, второй вход

3. Устройство по пп. 1 и 2, о т25 л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения возможности работы устройства измерения уровня в режиме пуска и расхолаживания парового котла, оно содержит датчик температуры, состоящий из термопары, помещенной в барабане. первого котла, и ,преобразователя термо-ЭДС термопары в токовый сигнал с уставкой. по температуре, и два управляемых ключа, причем выход термопары соединен с входом преобразователя термо-ЭДС в ток, выход которого соединен с управляющими входами ключей, вход первого ключа соединен с .выходом дифмано40 метра, вход второго ключа — с выходом вычислительного устройства, а выходы ключей соединены между собой и являются выходом всего устройства.

1368647

Составитель Ю. Мручко

Редактор Н. Бобкова Техред М.Ходанич Корректор М. Демчик

Заказ 275/39

Тираж 717 Подписное

ВНИИЛИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãîðoä, ул.Проектная,4