Система регулирования положения границы раздела сред

СОЮЗ СОВЕТСКИХСО 19 ЛЮйесиикРЕСПУБЛИК 4(51 С 05 0 9/12 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУзи ех,оте паумматорвью од м изме. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Институт технической теплофиАН Украинской ССР(56) 1. Проблемы электрошлаковойнологии. Киев, "Наукова думка", 1с104, рис. 52. Авторское свидетельство СССпо заявке Р 3531722/02,кл. С 05 0 9/12, 1983.(54)(57) СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА СРЕД, содержащая два идентичных преобразователя теплового потока, включенных диффере циально, причем один из преобразователей расположен за верхней границейзоны регулирования, другой - за нижней границей зоны регулирования, усилители, блок деления сигналов и регулятор положения границы раздела сред,соединенный с исполнительным механизмом, о т л и ч а ю щ а я с я 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 высотезоны регулирования, причем верхнийиз преобразователей каждой пары расположен на одном уровне с нижним преобразователем следующей по высры, выход каждой пары через ссоединен с входом усилителя, аблока деления сигналов - с входотрителя, 1136118Изобретение относится к контрольно-измерительной технике,и может бытьиспользовано для измерения и регулирования положения границы раздела двухсред, например, для контроля жидкостной и парожидкостной фаз в биологических ферментерах, котлах высокого давления и т.д.Известно устройство для регулирования границы раздела воздух-шлак и Ошлак-металл при электрошлаковом переплаве, содержащее дифференциальныйтеплометрический уровнемер (два разнесенных по высоте контролируемогопространства идентичных преобразователя теплового потока), выходы которого подключены к регулятору черезусилитель, при этом регулятор связанс исполнительным механизмом (с тележкой кристаллизатора) 11.ОНедостатками данного устройстваявляются узкая зона регулирования иотсутствие возможности контролируемоизменять положение границы разделасред в ходе переплава и поддерживатьее на новом уровне,Наиболее близкой к изобретению.по технической сущности и достигаемому результату является система регулирования положения границы разделасред, содержащая два уровнемера (основной и дополнительный), каждый иэкоторых состоит из двух идентичныхпреобразователей теплового потока,расположенных на разных уровнях по35высоте и включенных дифференциально,два усилителя, блок деления сигналови регулятор положения границы раздела сред 2 .Однако вьмодная характеристика40известной системы носит релейный ха;рактер, что позволяет использоватьтолько пороговое регулирование, вто время как другие виды регулирования (пропорциональное ПИД-регулирова 45ние) использовать нельзя, Кроме того,в устройстве отсутствует возможностьизмерения уровня во всех точках зонырегулирования. Цель изобретения - повышения ка чества 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 каждой 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 идентичньм (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 , выход которого соединен вторым входом блока 4 деления сигналов, а выход последнего - с измерителем 8 и регулятором 9 положения границы раздела сред, который 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 Е 0/Е= 0 (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 = Кхх (Я 2 " Я) - О, Поскольку сигналы остальных пар равны нулю, то на выходе сумматора сигнал также равен Е = = К(цг - ц). Тогда на выходе блока 4 появляется сигналЕ 0 = К 1 (аг - О)- - = -- =. сопз 1,ЕВ = Ко И 2 - Ч 1) Ко так как Ч - Ч = О.Этот сигнал фиксируется измери- . телем 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 преобразовате 40 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 Е = 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 1 ц верхней границей зоны, например, под крышкой емкости, а преобразователь 2 - эа нижней границей зоны, например, на дне емкости), сигнал Е П = Кх(ц 2- = О, где К - коэффициент преобразования; (ц - О ) - разность плот 2ностей тепловых потоков сред, Вт/м . Этот сигнал не зависит от положения 18 4лю следующей по высоте пары сигнал нижней пары Ец = О, а сигнал следующей по высоте паРы Е 0 г = К 2 (Ч 2 - Я,)Суммарный сигнал также равен ,2, а сигнал с выхода блока 4 деленияЕог Кг- = сопзЕ 3) Ко(фиг. 3, участок СД). Таким образом, выходная характеристика системы имеет вид ступенчатой ломаной линии, Если К КК 2 К. то относительный сигнал Ео ступенчато возрасЕвтает 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 пропорционально- интегрально-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-пека 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 Техред М.Над Редактор С.Саенк Тираж 863 Подписноетвенного комитета СССРретений и открытийЖ, Раушская наб., д. 4/5 лиал ППП "Патент", г,ужгород, ул.Проектная,1 Фд Ку Ху Фиг.5