Пневматическое устройство для контроля уровня жидкости

 

(72) Авторы изобретения

М- М. Мордасов и B. И, Бодров

Тамбовский институт химического машиностроения (71) Заявитель (54) ПНБВМАТИЧБСКОБ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ КОНТРОЛЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к приборостроению, в частности к пневматическим устройствам для непрерывного контроля уровня жидких сред, обладающих повышенной вязкостью, коррозионностью, и может найти применение в химической, пищевой, ."нефтехимической и других отраслях промышленностии, Известен пневматический уровнемер, служащий для сигнализации уровня, со1Î держащий установленные в зоне минимального и максимального уровней струйные элементы в виде соосно расположенных сопел питания и приемных, которые соединены с двумя моностабильными

15 струйными усилителями, источник питания и индикатор; При появлении жидкости в зазоре между соосно расположен- ными соплами возникает сигнал, фиксируемый индикатором (1

Недостатком такого устройства является низкая надежность и точность из,мерения при работе с жидкостями, име,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 расположенных сопла питания и приемного сопла, первое из которых соединено с источником питания, а второе подключено к моностабильному струйному усилителю, и измерительное устройство. Кроме того, он снабжен дополнительным соплом, расположенным под углом к поверхности жидкости, ось которого, размещена в центральной плоскости, перпендикулярной оси струйного элемента, и вторым моностабильным струйным усилителем, при этом выход струйного элемента подключен к

I одному иэ вхоаов первого струйного моностабильного усилителя, присоединенно4469 4

3 96 го своим выходом к входу второго струйного моностабильного усилителя, один .выход которого соединен с входом дополнительного сопла, а другой — через дроссель и пневмоемкость - с измерительным устройством 2).

Недостатком известного устройства является невозможность измерения те.кущего значения отклонения уровня высоковязких сред от заданного значения, I т.е. отсутствие аналогового выходного . сигнала.

Цель изобретения - расширение функ-! циональных возможностей устройства.

Поставленная цель достигается за счет того, что пневматическое устройство для контроля уровня, содержащее установленный в зоне Bpepe7IbHoro уровня струйный элемент в виде соосно расположенных сопла питания и приемного соп. ла, которое подключено х моностабильному струйному усилителю, дополнительное сопло, расположенное под углом к поверхности жидкости, ось которого раэмешена в центральной плоскости, перпендикулярной оси струйного элемента, второй моностабильный струйный усилигель, дроссель и пневмоемкость, снабжено вторым идентичным струйным элементом, ось которого параллельна> оси первого струйного элемента, струйным триггером с раздельными входами, усилителем мошностй, элементом памяти, вторым дросселем и сильфонным блоком, при этом выход второго струйного элемента подключен к одному из входов второго моностабильного струйного усилигеля, присоединенного своим выходом к элементу памяти и к одному из входов струйного триггера с раздельными входами, другой вход хоторого соединен с выходом Depвого струйного моностабильного усилителя, один выход триггера с раздельными входами соединен с атмосферой, второй— через усилитель мощности и второй дроссель — с входом сильфонного блока, жестко связанного со струйными элементами, а выход элемента памяти соединен с одним из входов триггера с раздельными входами.

На фиг. изображена схема пневматического устройства для контроля уровня жидкости; на фиг. 2 — взаимодействие струи газа с поверхностью жидхости при различных уровнях..Устройство содержит трубки 1 и 2 сопел питания струйных элементов, paci положенные соосно с приемными соплами

3 и 4, соответственно. Приемное сопло,, 5

И

3 соединено с входом 5 первого струйного моностабильного усилителя 6, приемное сопло 4 подключено к входу 7 второго струйного моностабильного уси- . лителя 8. Выходной канал 9 усилителя

6 подключен к входному каналу 10 струйного триггера 11 с раздельными входами. Выходной канал 12 усилителя 8 подключен к входному каналу:l3 триггера 11; Выходной канал 14 триггера > 1 присоединен через усилитель 15 мощности и дроссель 16 к сильфонному блоку 17, состоящему из сильфона 18 и пружины 19. Йно сильфона 18 посредством стержня 2О жестко соединено со струйными элементами. B каналы 21 и

22 усилителей 6 и 8, в канал 23 триггера 11 и в сопло 24, ось хоторого размещена в центральной плоскости, перпен.дикулярной 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 11 подключен к выходу 28 струйного элемента 29 па мяти, вход 30 которого подключен к выходу 12 струйного моностабильного уси лигеля 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 пневмокнопки 35." Выходной канал

36 триггера 11 с раздельными входами соединен с атмосферой.

Принцип действия пневматического устройства для контроля уровня жидкости заключается в следующем.

На вход сопел 1, 2 и 24 подается давление питания. При значительном удалении контролируемой поверхности от плоскости, в которой установлено усгройство, выходящая из питающего сопла 24. струя газа взаимодействует с поверхностью жидкости, деформирует ее, образуя углубление. Йвигаясь. вдоль образован1 ного углубления на поверхности жидкости, струя приобретаег криволинейное движение и выходит иэ углубления под небольшим угломер, не пересекая осей газовых струй, выходящих иэ питающих сопел 1 и 2.

С увеличением уровня жидкости расстояние между плоскостью размещения устройства, соответствукяцей предельному уровню, и поверхностью жидкости уменьшается. При этом увеличивается

469 6 ступает в приемный канал 28, откуда она проходит в канал 27 триггера 11.

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 канале 27 триггера.ll будет сигнал единичного уровня. Изменение уровня жидкости приводит к изменению углами выхода струи из углубления. При некотором зна= чении уровня жидкости отраженная от по,верхности струя пересекает ось струи газа, выходящей из сопла 2. На вход в канал 13 триггера 11 поступает единичный сигнал, который одновременно с этим поступает в канал 30 элемента 29

:памяти. Состояние триггера 11 при этом не меняется. Струей, выходящей из канала 30, отклоняется питающая струя в ,элементе памяти, которая при этом поступает. в выходной канал 32, откуда по це пи положительной обратной связи поступает во входной канал 3l.; Происходит ,запоминание состояния элемента памяти с сигналом нулевого уровня на выходе.

Элемент памяти включен для исклточения неопределенности в работе триггера в начальный момент времени, ког да 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. дальнейшее 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 кана ле 5 струйного моностабильного усилителя 6 будет сигнал нулевого уровня.

Выходящая из питающего канала 21 струя газа через приемный канал 9 поступает на вход 10 струйного триггера 11 с раздельными входами. Выходящая из канала 10 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 10 и 13 триггера 11 с выходов усилителей 6 и

8 изменяет состояние триггера 11, в

5 964 силовое воздействие струи, выходящей из питающего сопла 24, на поверхность жидкости. Форма углубления меняется, при этом увеличивается угол *выхода струи газа из углубления. При некотором S расстоянии от поверхности жидкости до плоскости установки устройства выходящая из углубления струя газа пересекает ось второго струйного элемента.

При дальнейшем изменении уровня ц форма углубления изменяется, вместе с тем еще больше увеличиватся угол выхода струи из углубления. При этом от. раженная от поверхности струя газа попадает в.пространство между осями струйных элементов, не взаимодействуя со струями выходящими из сопел 1 и 2. .Дальнейшее приближение поверхности жидкости к измерительному устройству приводит к взаимодействию отраженной 20 струи и струи, выходящей из сопла l.

При увеличении растояния от устройства до поверхности жидкости отраженная из углубления струя газа проходит все указанные стадии в обратном порядке. 2S

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

На выходы сопел 1, 2 и 24, а также в каналы 21, 23 и ЗЗ питания соответствующих струйных эпементов подается щ питание.

Ecm в начальный момент времени поверхность жидкости удалена на значительное расстояние от измерительного усгройства, то струя газа, выходя из сопла

1, поступает в приемное сопло 3 и далее в канал 5 струйного моностабильного усилителя 6, Струя газа, вытекающая из канала 5;, отклоняет струю питания от приемного канала 9 и на входе 10 и струйного триггера 11 с раздельными входами будет сигнал нулевого уровня.

Выходящая из сопла 2 струя газа поступает в приемное сопло 4 и далее, вы« ходя из канала 7 струйного моностабильного усилителя 8, она отклоняет питающую струю этого усилителя, нри этом на входе 13 триггера 11 будет сигнал нулевого уровня.

При поступлении на входы триггера сигналов нулевого уровня питавшая струя, $0 выходящая из канала 27, может поступить в один из выходных каналов 36 или

14 триггера. Лля исключения такой не-. определенности в схему устройства для контроля уровня включен элемент 29 памяти. Нулевой сигнал с выхода усилителя

8 поступает на вход 30 элемента 29 памяти, струя питания из канала ЗЗ поканале 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 сильфонного блока 17, давление в блоке 17 начинает возрастать, причем скорость роста давления зависит от нас гройки дросселя 16. Рост давления в .!р сильфонном блоке зависит от изменения уровня, так как увеличение уровни вызывает появление единичного давления на выходе 14 триггера l.1. Под.действием растущего давления сильфон 18 с пружи- 35 ной 19 сжимаются и перемещают жестко связанные с ними элемен .гы 1-4, Пере- мещение продолжается до тех пор,. пока на выходе в канале 14 триггере 11 не . появляется сигнал нулевого уровни. Это произойдет, когда выходящая из углубления струя газа пересекает ось с груи, выходящей из питающего сопла 2. При этом происходит подача единичного сигнала во входной канал 13 триггера 1»и отклонение питающей струи из канала .

14- в канал 36. На нулевой уровень сигнала происходит разгрузка сильфониого блока через дроссель 16. Йевление в сильфонном блоке 17 при этом уменьшается, сильфон 18 с пружиной 9 разжи30 маются и перемешают элементы 1 4 в противоположную сторону до момента, когда отраженная струя газа пересечет ось струйного элемента питающее сопро t — приемный канал 3". После этого на выходе триггера 11 вновь появляется единичный сигнал, которым осуществляется обратное перемещение элементов 1-4.

Таким, образом, измерительная система определяет положение струи, выходящей из образованного углубления. Среднее значение давления в сильфонном бло ке 17 является функцией- уровня хонтролируемой среды. Чем больше уровень, тем больше необходимо переместить струй4з ные элементы, а следовательно, и большее давление необходимо подать в сильфонный блок, т.е. регистрируемое давление является мерой уровня. Измеритель« ное устройство (вторичный прибор) под- у ключено z сильфонному блоку через инерционное звено — дроссель 25 и пневмоемкость 26, установленные для сглаживания пульсаций выходного сигнала, Сопла могут занимать различные положения в зависимости от положения выходящей из углубления струи газа, полу7 964469 8 ченная таким образом следящая сис.тема имеет зону нечувствительности, значение которой определяется в основном расто- янием между осями сопел 1 и 2.

Предложенное пневматическое устройство для контроля уровня жидкости явля.ется струйным и бесконтахтным, имеет простую и надежную конструкцию, выполненную на элементах, серийно выпускаемых отечественной промышленностью.

При помощи указанного устройства легко контролировать высоковязкие, агрессивные и токсичные среды.

Формула изобретения

Пневматическое устройство для хонтроля уровня жидкости, содержащее установленный в зоне предельного уровня .струйный элемент в виде соосно расположенных сопла питания и приемного сопла, которое подключено к моностабильному отруйному усилителю, дополнительное сопло, расположенное под углом к поверхности жидкости, ось которого размещена в центральной плоскости, перпендикулярной оси струйного элемента, второй мовэстебильный струйный усилитель,; дроссель и пневмоемкость, подключенные к выходу прибора, о т л и ч а ю щ е ес я гем, что, с целью расширения функ- . циональных возможностей устройс гва, оно снабжено вторым идентичным струйным элементом, ось хоторого параллельна оси первого струйного элемента, струйным триггером с раздельными входами, усилителем мощности, элементом памяти, вторым дросселем и сильфонным . блоком, при этом выход второго струй. Ного элемента подключен к одному из входов второго моностабильного струйного усилителя, присоединенного своим выходом к элементу памяти и к одному из входов струйного триггера с раздельными входами, другой вход которого соединен с выходом т:ервого струйного мо ностабильного усилителя, один выход: триггера с раздельными входами соединен с атмосферой, второй через усилитель мощности и второй дроссель - с входом сильфонного блока, жестко связанного со струйными элементами, а выход этпмента памяти соединен с одним из входов триггера с. раздельными входами.

Источники информации, принятые во внимание при эхспертизе .

1, Патент США Му 3590843, кл, 1 37-8 1.5,,06.07,7 1, 2. А вторское свидетельство - СССР по заявке М 2878479/18-10, кл. G 01 F 23/16, 01.02.80 (прототип) . 964469

Составитель Н. Варнек

Редактор А. Шишкина Техред А. Ач 1Сорректор М, Демчик

Заказ 76l5/2l Гираж 673 Подписное. ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4