Система регулирования положения границы раздела сред

Система регулирования положения границы раздела сред

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА СРЕД, содержащая два идентичных преобразователя теплового потока, включенных дифференциально , причем один из преобразователей расположен за верхней границей зоны регулирования, другой - за нижней границей зоны регулирования, усилители , блок деления сигналов и регулятор положения границы раздела сред, соединенный с исполнительным механизмом , отличающаяся тем, что, с целью повышения качества регулирования , она снабжена сумматором, измерителем и набором дифференциально соединенных пар идентичных преобразователей теплового потока, расположенных на разных уровнях по высоте зоны регулирования, причем верхний из преобразователей каждой пары расположен на одном уровне с нижним преобразователем следующей по высоте па (Л ры, выход каждой пары через сумматор соединен с входом усилителя, а выход блока деления сигналов - с входом измерителя.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

1 Ю °

РЕСПУБЛИК

„.Я0„„11 11

4(51 G 05 D 9/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3649856/22-02 (22) 10.10.83 (46) 23.01.85. Бюл. ¹ 3 (72) О.А.Геращенко, В.M.Диденко, В.Л.Кременчугский, А.M.Ïàëüòè, Т.Г.Грищенко и Б.В.Шапошников (71) Институт технической теплофизики

АН Украинской ССР (53) 62-53(088.8) (56) 1. Проблемы электрошлаковой технологии. Киев, "Наукова думка", 1979, с ° 104, рис. 5 °

2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 3531722/02, кл. G 05 D 9/12, 1983. (54) (57) СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА СРЕД, содержащая два идентичных преобразователя теплового потока, включенных дифференциально, причем один из преобразователей расположен за верхней границей зоны регулирования, другой — за нижней границей зоны регулирования, усилители, блок деления сигналов и регулятор положения границы раздела сред, соединенный с исполнительным механизмом, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества регулирования, она снабжена сумматором, измерителем и набором дифференциально соединенных пар идентичных преобразователей теплового потока, расположенных на разных уровнях по высоте зоны регулирования, причем верхний из преобразователей каждой пары расположен на одном уровне с нижним преобразователем следующей по высоте пары, выход каждой пары через сумматор соединен с входом усилителя, а выход блока деления сигналов — с входом измен рителя.

1136118

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике .и может быть использовано для измерения и регулирования положения границы раздела двух сред, например, для контроля жидкостной и парожидкостной фаз в биологических ферментерах, котлах высокого давления и т.д.

Известно устройство для регулирования границы раздела воздух-шпак и !О шлак-металл при электрошлаковом переплаве, содержащее дифференциальный теплометрический уровнемер (два разнесенных по высоте контролируемого пространства идентичных преобразователя теплового потока), выходы которого подключены к регулятору через усилитель, при этом регулятор связан

1 с исполнительным механизмом (с тележ кой кристаллизатора) (1).

Недостатками данного устройства являются узкая зона регулирования и отсутствие возможности контролируемо изменять положение границы раздела сред в ходе переплава и поддерживать ее на новом уровне.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является система регулирования положения границы раздела ЗО сред, содержащая два уровнемера (oc новной и дополнительный), каждый иэ которых состоит из двух идентичных преобразователей теплового потока, расположенных на разных уровнях по

35 высоте и включенных дифференциально, два усилителя, блок деления сигналов и регулятор положения границы раздела сред P2 ).

Однако вьмодная характеристика

40 известной системы носит релейный ха.— рактер, что позволяет использовать только пороговое регулирование, в то время как другие виды регулирования (пропорциональное ПИД-регулирова45 ние) использовать нельзя. Кроме того, в устройстве отсутствует возможность измерения уровня во всех точках зоны . регулирования.

Цель изобретения — повьнпения качества регулирования.

Поставленная цель достигается тем, что система регулирования положения границы раздела сред, содержащая два идентичных преобразователя теплового 55 потока, включенных дифференциально, причем один из преобразователей расположен за верхней границей зоны регулирования, другой — эа нижней границей эоны регулирования, усилители, блок деления сигналов и регулятор положения границы раздела сред, соединенный с исполнительным механизмом, снабжена сумматором, измерителем и набором дифференциально соединенных пар идентичных преобразователей теплового потока, расположенных на разных уровнях по высоте зоны регулирования, причем верхний иэ преобразователей каждой пары расположен на одном уровне с нижним преобразователем следующей по высоте пары, выход каж— дой пары через сумматор соединен с входом усилителя, а выход блока деления сигналов — с входом измерителя.

На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемой системы регулирования; на фиг. 2 — распределение тепловых нагрузок на стенки емкости, на фиг. 3 — выходная характеристика системы регулирования (зависимость выходного сигнала, выраженного в относительных единицах от положения границы раздела сред).

Система содержит два идентичных реобразователя 1 и 2 теплового потока (например, с коэффициентами К ), включенных дифференциально, выходы которых через дополнительный усилитель 3 подключены к блоку 4 деления сигналов. Дополнительно система содержит набор дифференциально включенных пар идентичных (с одинаковыми коэффициентами преобразования) преобразователей 5 теплового потока, причем коэффициенты преобразования каждой пары различны (К., — К„,). .Выходы каждой пары через сумматор 6 связаны с входом основного усилителя 7, выход которого соединен вторым входом блока 4 деления сигналов, а выход последнего — с измерителем 8 и регулятором 9 положения границы раздела сред, кото-.. рый воздействует на исполнительный механизм, например откачивающий насос или электромагнитный клапан (не показан). Пары преобразователей 5 в наборе устанавливают в емкости таким образом, что верхний преобразователь каждой пары расположен на одном уровне с нижним преобразователем следующей по высоте пары.

Система работает следукщим образом.

В исходном состоянии граница раздела сред расположена ниже зоны регулирования (фиг. 2). До подхода граниграницы раздела сред.

Тогда сигнал с выхода блока 4 деления сигналов Е0/E > = О (фиг. 3 в точке О), и, следовательно, регулятор 9 не оказывает воздействия на привод исполнительного механизма.

В момент подхода границы раздела сред к нижнему преобразователю 5 набора (фиг. 3, точка А) на выходе нижней пары появляется сигнал Е 0 = К х х .(q2 - q„) — О. Поскольку сигналы остальных пар равны -нулю, то на выходе сумматора сигнал также равен Е „=

= К„ (с - qÄ). Тогда на выходе блока 4 появляется сигнал

Е0 = К1-(a2 — a„) К

- — = — — =. const, ЕВ = Ко 42 — 1) Ко так как q — q = О.

Этот сигнал фиксируется измерителем 8.

При нахождении границы раздела сред между преобразователями нижней пары суммарный сигнал не изменяется (фиг. 3, участок .АВ). В момент подхода границы раздела сред к верхнему преобразователю нижней пары и, следовательно, к нижнему преобразовате40

3 11 361 цы раздела сред (например, границы раздела между сывороткой и пеной в биологическом ферментере) к нижнему преобразователю 5 набора сигнал с выхода последнего отсутствует E = О, так как все преобразователи набора находятся в одинаковых тепловых условиях. В связи с тем, что преобразователи 1 и 2 расположены -вне зоны регулирования (преобразователь 1 — за 1ц верхней границей зоны, например, под крышкой емкости, а преобразователь 2— эа нижней границей зоны, например, на дне емкости), сигнал Е D = К х(ц2—

= О, где К0 — коэффициент преобразования; (ц — о ) — разность плот2 ностей тепловых потоков сред, Вт/м .

Этот сигнал не зависит от положения

18 4 лю следующей по высоте пары сигнал нижней пары Eö„ = 0, а сигнал следующей по высоте пары Еог = К2 (q 2 — q, Суммарный сигнал также равен F a сигнал с выхода блока 4 деления

Eог Кг — = const

Eg Кo (фиг. 3, участок СД). Таким образом, выходная характеристика системы имеет вид ступенчатой ломаной линии. Если К К,р ° ° К2 К. > To Относи тельный сигнал Е0 ступенчато возрасЕв тает по мере подъема границы раздела сред (фиг. 3). Применяя миниатюрные преобразователи теплового потока, например гальванические многоспайные батареи термопар, и располагая достаточно близко пары преобразователей, можно сгладить ступеньки и получить выходную характеристику в виде наклонной прямой, что позволяет применить пропорциональное (пропорционально-интегральное или пропорциональноинтегрально-дифференциальное) регулирование, т.е. расширяются функциональ" ные возможности системы.

Кроме того, предлагаемая система позволяет измерять положение границы раздела сред в пределах эоны регулирования, а не только индицировать его в верхней (или нижней) точке зоны регулирования. При этом повышается достоверность информации о работе системы и упрощается контроль ее работы.

Применение системы с пропорциональньм регулированием позволяет повысить точность поддержания уровня сыворотка-пена в ферменте в 1,5- 2 раза (в ферментере объемом 15 м точность составляет 8 мм), улучшить качество выпускаемой продукции и облегчить работу оператора. Ожидаемый экономический эффект составляет око- ло 25 тыс. руб. на одну установку.

1136118

Составитель Ю.Рыбьев

Техред M. Надь Корректор Г. Решетник

Редактор С. С ае нко

Заказ 10285/35 Тираж 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Фйлиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4