Двухпозиционный регулятор уровня жидкости

 

Изобретение относится к технике автоматического регулирования, может быть использовано в устройствах для поддержания уровня криогенных жидкостей в экспериментальной физике низких температур, криоэлектронике, низкотемпературной калориметрии и дилатометрии. Цель изобретения - повышение точности регулирования путем уменьшения мощности, рассеиваемой датчиками уровней. Двухпозиционный регулятор уровня содержит генератор 1 импульсов, элементы И 2, 3, датчик 4 верхнего уровня и конденсатор 5, образующие дифференцирующую цепь 6, датчик 7 нижнего уровня и конденсатор 8, образующие дифференцирующую цепь 9, исполнительный блок 10 и формирователь 11 импульсов, который содержит элемент 12 задержки, стабилитроны 13, 14, пороговые элементы 15, 16 и триггер 17. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИ Х

РЕСПУБЛИК

„»80„„154ЗЗ S (51) 5

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (61) 1471178 (21) 4421514/24-24 (22) 07.05.88 (46) 15,02,90, Бюл, У 6 (71) Опытное конструкторско-технологическое бюро с опытным производством Института металлофизики АН УССР (72) В.C,Ступак, Н,Е,Синицкий, В.М.Проскурко и И.В,Проскурко (53) 62-50(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1471178, кл. G 05 D 9/12, 1987. (54) ДВУХПОЗИЦИОННЫЙ РЕГУЛЯТОР УРОВНЯ

ЖИДКОСТИ (57) Изобретение относится к технике автоматического регулирования, может быть использовано в устройствах для поддержания уровня криогенных жидкос2 тей в экспериментальной физике низких температур, криоэлектронике, низкотемпературной калориметрии и дилатометрии, Цель изобретения — повышение точности регулирования путем уменьшения мощности, рассеиваемой датчиками уровней. Двухпозиционный регулятор уровня содержит генератор 1 импульсов, элементы И 2, 3, датчик 4 верхнего уровня и конденсатор 5, образующие дифференцирующую цепь 6, датчик 7 нижнего уровня и конденсатор 8, образующие дифференцирующую цепь 9, исполнительный блок 10 и формирователь 11 импульсов, который содержит элемент

12 задержки,,стабилитроны 13, 14, по- а роговые элементы 15, 16 и триггер 17.

2 ил, 1543388

Изобретение относится к технике автоматического регулирования, может быть использовано в устройствах,для поддержания уровня криогенных жидкостей в диапазоне между заданными эначеииями в экспериментальной физике жидких температур, криоэлектронике, нивкотемпературной калориметрии и диЛатометрии и является дополнительный к авт,св, Р 1471178, Цель изобретения — повышение точности регулирования путем уменьшения мощности, рассеиваемой датчиками уровней, На фиг,l изображена структурная схема регулятора; на фиг.2 — эпюры напряжений.

Лвухпозиционный регулятор уровня содержит генератор 1 импульсов, элементы И 2 и 3, датчик 4 верхнего уровня и конденсатор 5, образующие первую дифференцирующую цепь 6, дат-. чик 7 нижнего уровня и конденсатор 8, образующие вторую дифференцирующую цепь 9, исполнительный блок 10 и формирователь 11 импульсов, содержащий элемент 12 задержки, стабилитроны

13 и 14 пороговые элементы 15 и 16 и триггер 17, Принцип работы регулятора основан на изменении амплитуды и формы импульсов, проходящих через дифференцирующие цепи в зависимости от значения постоянных времени (Ъ 8 Re catt где 1 з — сопротивление датчика верхнего уровня;

C> — емкость конденсатора, н R Cíв (2) где R сопротивление датчика нижнего уровня;

Ся — емкость конденсатора.

Изменение сопротивления датчиков в зависимости от среды, в которой они находятся, приводит к изменению постоянных времени дифференцирующих цепей и значения их выходного напряжения

U„, () - U e ",,(3) где U амплитуда скачка входного . напряжения, Поскольку, например, при регулировании уровня криогенной жидкости постоянные времени дифференцирующих цепей выбраны так, что л л

C р <с ip, < pg (((4)

5 l r-t где с, — постоянные времени дифференцирующих цепей при нахождении датчиков уровня в криогенной жидкости, г / л6 постоянные времени дифЦ фере нци рующих цепей п ри нахождении датчиков вне криогенной жидкости, то при нахождении датчиков уровня в криогенной жидкости с выхода дифферен15 цирующих цепей поступают импульсы на входы формирователя, а при нахождении датчиков вне криогенной жидкости на выходе дифференцирующих цепей импульсы отсутствуют, так как в реальных условиях на величину выходного напряжения дифференцирующей цепи дополнительно влияют параэитные элементы RC-цепи, в частности сопротивление источни25 ка Rz входного сигнала, а максимальное значение выходного напряжения зависит от соотношения между сопротивлениями R и R согласно формуле и и R — q-живых (с) = — — е "Г + > (5) и при значительном уменьшении величины сопротивления R максимальное значение выходного напряжения также уменьшается, 35

Кроме того, вследствие конечной длительности фронта входного напряжения иэ-за влияния паразитной выходной емкости генератора и параэитной емкости дифференцирующей цепи длительность переднего фронта выходных импульсов увеличивается, что также приводит к уменьшению их амплитуды, В зависимости от среды, в которой

45 находятся датчики уровня, по выходным сигналам дифференцирукнцих цепей формирователь импульсов формирует управляющие сигналы для исполнительного блока, Двухпоэиционный регулятор уровня жидкости работает следующим образом.

При подаче напряжения питания в момент времени и (фиг,2) на регулятор на выходе формирователя 11 импульсОв устанавливается уровень логического 0 (устройство, формирующее напряжение начальной установки триггера 17, не показано), а в некоторый момент времени t< генератор l начина5 5433 ет формировать прямоугольный импульс, поступающий через элемент И 3 на дифференцирующую цепь 9. Поскольку в пустом резервуаре сопротивление датчика 7 мало (для резистора типа СТ8-1А 5 составляет не более 0,5 Ом), то согласно формулам (3) и (5) выходное напряжение дифференцирующей цепи 9 тоже мало, По переднему фронту тактового импульса с задержкой, определяемой элементом 12 задержки, на первом выходе формирователя 11 устанавливается уровень логической I включающий электроыагреватель и электромагнитный кла- 1 пан исполнительного блока 10, и результате чего криогенная жидкость начинает поступать в резервуар (фиг.2, U +д ), В некоторый момент времени (: жидкость затапливает датчик 7 нижне- 20 го уровня, однако состояние триггера

17 не меняется, поскольку выходные импульсы генератора 1 на дифференцирующую цепь 9 не поступают, на выходе порогового элемента 16 присутствует 25 логическая 1, так как опорное напряжение элемента 16 U4 > U (фиг,2, П

t ) и жидкость продолжает поступать в резервуар до затопления датчика 4 верхнего уровня. При этом его сопротивление резко увеличивается (для резистора СТ 8-1А с 0,5 Ом до значения не менее 1 кОм) более чем в 2 ° 10 раз, что приводит к скачкообразному увеличению постоянной времени дифференцирующей цепи 6, которая л/ становится равной с, и в некоторый момент времени t на первый вход формирователя 11 поступает знакопеременный импульс (фиг.2, U, tq), уро- О вень положительной полуволны которого ограничен напряжением стабилизации . Бс стабилитрона 13, а отрицательная полуволна определяется падением »апряжения на открытом стабилитроне 13. 45

Форма импульса на выходе цепи 6 при подаче на нее импульса, длительность

t и отсутствие стабилитрона 13 пока1 зана на фиг,2 пунктиром и определяется соотношением

50 г /

К = — — =0 1-:0 3. (6)

Э Э

Поскольку в данном случае опорное напряжение порогового элемента У/(Б, то на выходе порогового элемента 15 в момент времени t< +gt появляется короткий импульс отрицательной полярности, меняющий состояние триггера

88 6

- 17 (фиг,,2, Uo у 11<Е, 11, t +p /), При этом дальнейшая подача крйогенной жидкости в резервуар прекращается, импульсы с выхода генератора 1 начинают поступать на дифференцирующую цепь

8 (фиг,2, U, t +dt) и поскольку сопротивление датчика 7 нижнего уровня, находящегося в хладагенте, велико (более 1 кОм), то триггер 17 сохраняет свое новое состояние, не меняющееся при выходе иэ криогенной жидкости датчика 4 верхнего уровня в результате ее испарения, При выходе из хладагента датчика 7 нижнего уровня его сопротивление резко уменьшается и импульс, поступивший с выхода генератора в момент времени 1 -+41, устанавливает на выходе формирователя 11 уровень логической 1 (фиг.2, 11,, U, t<+gt), в результате чего начинают повторяться процессы, описанные для периода времени t.-t4 . т.е. исполни2 тельный блок 10 начинает подачу хладагента 6 в резервуар.

Таким образом, использование предлагаемого регулятора, а именно новая конструкция формирователя импульсов, позволяющая дополнительно ограничить амплитуду напряжения на датчиках и сформировать импульсы управления для исполнительного блока, позволяет уменьшить мощность рассеивания дат= чиков, что, в свою очередь, снижает дополнительное испарение криогенной жидкости и ее расход, а также повышает точность установки уровней благодаря уменьшению интенсивности периодического вскипания жидкости.

Формула и з обретения

Двухпозиционный регулятор уровня жидкости по авт.св, Y" 1471178, о т— л и ч а ю щ и Й с я тем, что, с целью повышения точности регулирования путем уменьшения мощности, рассеиваемой датчиками уровней, формирователь импульсов содержит элемент задержки, два стабилитрона, два пороговых элемента и триггер, вход сброса которого соединен с выходом первого порогового элемента, информационный вход— с выходом второго порогового элемента, а тактовый вход — с выходом эле-, мента задержки и стробирующим входом первого порогового элемента, при этом прямой и инверсный выходы триггера являются соответственно первым и вто1543388

Составитель В.Прямицын

Редактор Е.Копча Техред М.Ходанич Корректор Т,Малец

За%аз 400 Тираж 655 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-иэдательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101 рым выходами формирователя импульсов, вход первого порогового элемента является первым входом формирователя импульсов и соединен с катодом первого

5 стабилитрона, подключенного анодом к общей шине, вход элемента эадержки является вторым входом формирователя импульсов, а вход второго поро" гового элемента является третьим вхо" дом формирователя импульсов и соединен с катодом второго стабилитрона, подключенного анодом к общей шине.