Двухпозиционный регулятор уровня жидкости

 

Изобретение относится к технике автоматического регулирования и может быть использовано в устройствах поддержания уровня криогенных жидкостей в диапазоне между заданными значениями в экспериментальной физике низких температур, криоэлектронике, низкотемпературной калориметрии и дилатометрии. Цель изобретения - повышение надежности и точности регулирования верхнего уровня путем упрощения устройства и исключения нагрева датчика нижнего уровня во время налива хладагента. Для этого в двухпозиционном регуляторе уровня жидкости имеются генератор 1 импульсов, элемент И 2, конденсаторы 5,8, датчики 4,7 соответственно верхнего и нижнего уровней, исполнительный блок 10 и формирователь 11 импульсов, содержащий элемент И 13, инвертор 14, диоды 15,16 и триггер 17. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 0 05 D 9/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4322942/24;24 (22) 30.10.87 (46) 07.04,89. Бюл, № 13 (71) Опытное конструкторско-технологическое бюро с опытным производством Института металлофиэики АН УССР (72) В.С.Ступак, Н.E.Ñèíèöêèé, В.И.Проскурко и А.N.Ñèí÷óãîâ (53) 62-50 (088.8) (56) Sarpangal S. Automatic liqvid

level controller uses. - Т.С.Electronic Engineering, 1977, ч. 49, № 598, р.го..

Авторское свидетельство СССР № 1302249, кл. G 05 D 9/12, 1985, Авторское свидетельство СССР № 1231490, кл, 0 OS D 9/12, 1984. (54) ДВУХПОЗИЦИОННЫИ РЕГУЛЯТОР УРОВНЯ ЖИДКОСТИ (57) Изобретение относится к технике автоматического регулирования и может быть использовано в устройствах поддержания уровня криогенных жидкостей в диапазоне между заданными знач ениями в эк сп ерим ен таль ной фи зик е низких температур, криоэлектрснике, низкотемпературной калориметрии и дилатометрии . Цель изобретения — повышение надежности и точности регулирования верхнего уровня путем упрощения устройства и исключения нагрева датчика нижнего уровня во время налива хладагента, Для этого в двухпоэиционном регуляторе уровня жидкости имеются генератор 1 импульсов, элемент И 2, конденсаторы S 8, датчики 4,7 соответственно верхнего и нижнего уровней, исполнительный блок

10 и формирователь 11 импульсов, содержащий элемент И 13, инвертор 14, диоды 15,16 и триггер 17. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1 1471178

Изобретение относится к технике автоматического регулирования и может быть использовано в устройствах поддержания уровня криогенных жид,5 костей в диапазоне между заданными значениями в экспериментальной физике низких температур, криоэлектронике, низкотемпературной калориметрии и далтометрии. !О

Цель изобретения — повышение надежности и точности регулирования верхнего уровня.

На фиг.1 показана структурная схема регулятора; на фиг. 2 — эпюры напряжений.

Двухпозиционный регулятор уровня жидкости содержит генератор 1 импульсов, первый элемент И 2, второй элемент И 3, датчик 4 верхнего уровня 2р и первый конденсатор 5, образующие первую дифференцирующую цепь 6, датчик 7 нижнего уровня и второй конденсатор 8, образующие вторую дифференцирующую цепь 9, исполнительный 25 блок 1 0 и формирователь 11 импульсов, к первому выходу которого подключен исполнительный блок 10 и первый вход первого элемента И 2, между выходом ,кoToporо и первым входом формирователя 11 включена первая дифференцирующая цепь б, а к второму входу первого элемента И 2 подключен выход генератора 1, второй вход формирователя 11 и первый вход второго элемента И 3., между выходом которого и третьим входом формирователя, 11 включена вторая дифференцирующая цепь 9, а второй вход второго элемента И 3 соединен с вторым выходом формирователя 11, который содержит элемент

12 задержки, элемент И 13, инвертор

14» диоды 15 и 16 и триггер 17, информационный выход которого подключен к выходу инвертора 14, тактовый вход — к выходу элемента, 12 задержки и первому входу элемента И 13, выход которого соединен с входом сброса триггера 17, прямой выход которого является первым выходом формирователя 11, инверсный — его вторым выхо-50 дом, второй вход элемента И 13 является первым входом формирователя 11, вход элемента 12 задержки является вторым входом формирователя 11, а вход инвертора 14 — его третьим входом, кроме того, к первому и третьему входам формирователя 11, подключены катодами соответственно диоды 15 и 1б, аноды которых соединены с общей шиной.

Принцип работы регулятора основан на изменении амплитуды и формы импульсов, проходящих через дифференцирующие цепи в зависимости от значения постоянных времени

f6= RScbt (1) где R — сопротивление датчика верхнего уровня;

à — емкость первого конденсаи Tîð (2) где Вц —.сопротивление датчика нижнего уровня;

Ся — емкость второго конденсатора.

Очевидно, что изменение сопротивления датчиков в зависимости от сре-. ды, в которой они находятся, приводит к изменению постоянных времени дифференцирующих цепей и значения их выходного напряжения ! t

Uâûõ (t) = Ч,„.е, (3) где V — амплитуда скачка входного напряжения.

Поскольку, например, при регулировании уровня криогенной жидкости постоянные времени дифференцирующих цепей выбраны таким образом, что л л где и C — постоянйые времени дифференцирующих цепей при нахождении датчиков уровня в криогенной жидкости;

6 и 6„ - постоянные Времени дифференцирующих цепей, при нахождении датчиков уровня вне криогенной жидкости, то при нахождении датчиков в криогенной жидкости с выхода дифференцирующих цепей поступают импульсы на входы формирователей, которые последние преобразуют в высокие уровни напряжения (в дальнейшем — уровни логической единицы), а при нахождении датчиков вне криогенной жидкости на выходе дифференцирующих цепей импульсы отсутствуют и. на выходах формирователей формируются уровни низкого напряжения (в дальнейшем — уровни логического нуля), так как в реальных услови1471178 ях на .величину выходного напряжения дифференцирующей цепи дополнительно влияют параэитные элементы RC-цепи, в частности сопротивление источника

R „входного сигнала, а максимальное значение выходного напряжения зависит от соотношения между сопротивлениями R u R,ñîãëàñíî формуле и

-t

И, () = ------ е. а+Г (5) и и при значительном уменьшении величины сопротивления R максимальное значение выходного напряжения также уменьшается.

Кроме того, вследствие конечной деятельности фронта входного налряжения из-за влияния паразитной выходной емкости генератора и паразитной емкости дифференцирующей цепи длительность переднего фронта выходных импульсов увеличивается, что также приводит к уменьшению их амплитуды.

Регулятор работает следующим образом.

При подаче питания в момент времени t, (фиг.2) на выходе формирователя 11 импульсов устанавливается уровень логического нуля. (устройство, формирующее напряжение начальной установки триггера 17 на фиг.l не показано), а в некоторык момент времени 1 генератор 1 начинает формировать прямоугольный импульс, поступающий через элемент И 3 на вторую дифференцирующую цепь 9. Поскольку в пустом резервуаре сопротивление датчика 7 мало (для резистора типа

СТЭ-1А составляет не более 0,5 м), то согласно формулам (3) и (5) выходное напряжение дифференцирующей цепи 9 также мало и не превышает верхнего значения логического нуля, Ло переднему фронту тактового импульса с задержкой bt определяемой элементом 1 2 задержки, на первом выходе формирователя 11 устанавливается уровень логической единицы, включаюvgN электронагреватель и электромагнитный клапан исполнительного блока

10, в результате чего криогенная жидкость начинает поступать в резервуар (фиг.2, V, t,-Ь )..

В некоторый .момент времени t ÿèäкость затапливает датчик 7 нижнего уровня, однако состояние триггера 17 не меняется, поскольку выходные импульсы генератора 1 на дифференцирующую цепь 9 не поступают, на выходе инвертора 14 постоянно присутствует уровень логической единицы (Фиг.2, V, Ve, t>) и жидкость продолжает поступать в резервуар до затопления датчика 4 верхнего уровня.

При этом его сопротивление скачком

1О увеличивается (для резистора СТ8-1А— с 0,5 0М до значения не менее 1 кОм) э более, чем в 2х10 раз, что приводит к значительному увеличению постоянной времени дифференцирующей цепи 6, л которая становится равной се, н в некоторый момент времени t< на первый вход формирователя 11 поступает импульс (фиг,2, Vc 1 }, длительность и форма которого определяется соотношением л!

K= — — -= t . (6) 0,1 -0,3, 55

ЗО

50 в результате чего на R-вход триггера 17 поступает импульс отрицательной полярности с задержкой ht меняющий состояние триггера 17 (фиг.2, Ч, Че, Ь| +

Дальнейшая подача криогенной жидкости в резервуар прекращается, импульсы с выхода генератора начинают поступать на дифференцирующую цепь 9 (фиг.2, Ча, t4 ) и поскольку сопротивление датчика 7 нижнего уровня, находящегося в хладагенте, велико (более 1 кОм), триггер 17 сохраняет свое новое состояние, не меняющееся при выходе из криогенной жидкости датчика верхнего уровня в результате ее испарения, При выходе из хладагента датчика 7 нижнего уровня его сопротивление резко уменьшается и импульс, поступивший с выхода генератора 1, в момент времени устанавливает на выходе формирователя 11 уровень логической единицы (фиг.2, Чз, Ч, t ), в результате чего начинают повторяться описанные процессы для периода времени

2 т.е. исполнительный блок 10 начнет подачу хладагента в резервуар.

Фо р мул а и з о б р е т е ни я

1. Двухпозиционный регулятор уровня жидкости, содержащий датчики верхнего и нижнего уровней, два конденсатора, образующие с датчиками уровней соответственно первую и вторую диффе1178 фиг,2

Составитель В.Прямицын

Редактор А.Шандор Техред Л.Сердюкова Корректор JI.Ïèëèïåíêî

Заказ 1606/49 Тираж 788 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

11303 5, Москва, Ж-35, Раушская наб., д . 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101

5 147 ренцирующие цепи, генератор импульсов, первый элемент- И, формирователь импульсов и исполнительный блок,причем первая дифференцирующая цепь ь включена между выходом первого элемента И и первым входом формирователя импульсов, первый выход которого соединен с входом исполнительного блока и первым входом первого. элемента И, подключенного вторым входом к выходу генератора импульсов и второму входу формирователя импульсов, отличающийся тем,что, с целью повышения надежности и точности регулирования верхнего уровня, в него введен второй элемент И, подключенный первым входом к выходу генератора импульсов, вторым входом— к второму выходу формирователя им-,. пульсов, а выходом через вторую дифференцирующую цепь — к третьему входу формирователя импульсов, 2. Регулятор по и. I о т л и— ч а ю шийся тем, что формирователь импульсов содержит элемент задержки, элемент И, инвертор, два диода и триггер, информационный вход которого соединен с BbIxogoM инверто— ра тактовый вход — с выходом элемента задержки и первым входом элемента

И, а вход сброса — с выходом элемента И, при этом прямой и инверсный выходы триггера являются соответственно первым и вторым выходами формирователя, второй вход элемента И

15 является первым входом формирователя и соединен с катодом первого диода, подключенного анодом к общей шине, .вход элемента задержки является вторым входом формирователя, а вход ин20 вертора является третьим входом формирователя и соединен с катодом второго диода, подключенного анодом к общей шине.