Регулятор уровня жидкости

(21) 3821223/ (22) 30,11.84 (46) 15.05.86 (71) Опытное гическое бюро Института мет (72) А.Г.Олей и В.С.Ступак (53) 62-50(08 Бюл. Ронструктс опытнымллофизикиков, Н,ско-технол производствомАН УССРСиницкийс ровпода ес- ные Импульсные ус связь, 1981,Гольденберройства. М,;с. 9-12, СтаростинМ.: Высшая шк Атабелов Ч кие цепи, Сб г Л А.Н. И ола, 1пульсная техник73, с. 26-27,йные электричес вы ческие ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ АЙИЕ ИЗОБ У СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Баграп 8 а 1 8, А цЫ1 ече 1 сопгго 11 ег цзЕ 1 есггоп 1 с Еп 81 пеег 4В 598, р, 20,Вагйоп 3. апй КорЕе А. Ь 1 оцгс 1пггго 8 еп 1 ече 1 сопгго 1 ыггЬ 1 оЬрЬ ге 8 ц 1 аг 1 оп - Сгуояепдсз, 1972ч. 12, У 1, р. 58-59,Сринивасан Олтин, Регулятор уня жидкого азота с плавной чейдля длительной работы, - Приборыдля научных исследований, 1983, Ус, 100-101.Гольденберг Л.М. Импульсные устройства, М,; Радио и связь, 1981,с. 204-206, рис. 8,5 а,б.Онанян Г.А, Управляемые логичкими сигналами мощные универсальключи для бесконтактной комм.ациипромюпленного сетевого напряжения.Приборы и техника эксперимента,1980, Ф 4, с, 145, 146, рис. 1. 801231490 А 1(54) РЕГУЛЯТОР УРОВНЯ ЖИДКОСТИ(57) Изобретение относится к автоматическому регулированию и может бытьиспользовано в устройствах для поддержания уровня криогенных жидкостейв диапазоне между заданными значениями в экспериментальной физике низких температур, криоэлектронике,низкотемпературной калориметрии идилатометрии. Целью изобретения является повышение КПД регулятора путем уменьшения мощности, рассеиваемой цатчиками уровня. Новым являетсято, что введены генератор, два конденсатора, два формирователя импульсов и элемент И. Первый конденсатори датчик верхнего уповня образуютпервую дифференцирукщую цепь, включенную между выходом элемента И ипервым входом первого формирователяимпульсов, выход которого подсоединен к второму входу триггера, к выходу которого подключен первый входэлемента И.Второй конденсатор и датчик нижнего уровня образуют вторуюдифференцирующую цепь, к входу которой подключен выход генератора,второй вход первого формирователя,второй вход второго формирователяи второй вход элемента И, а выходподсоединен к первому входу второгоформирователя импульсов, к выходукоторого подключен вход инвертора.Введение новых элементов и подключение их соответствующим образом позволяет уменьшить рассеиваемую мощность на датчиках верхнего и нижнего уровней, которая определяется в1231490 данком случае постоянной временидифференцирующих цепей, в состав коИзобретение относится к техникеавтоматического регулирования и может быть использовано в устройствахдля поддержания уровня криогенныхжидкостей в диапазоне между заданными значениями в экспериментальнойфизике низких температур, криоэлектронике, низкотемпературной калориметрии и дилатометрии,Цель изобретения - повышение КПД 10регулятора путем уменьшения мощности, рассеиваемой датчиками уровня.На фиг, 1 приведена блок-схемаустройства; на фиг, 2 - эпюры напря.жений, 15Регулятор уровня жидкости содержит генератор импульсов 1, логический элемент И 2, первый конденсатор3 и датчик верхнего уровня 4, образующие первую дифференцирующую цепь 2 О5, второй конденсатор 6 и датчик нижнего уровня 7, образующие вторуюдифференцирующую цепь 8, инвертор 9,триггер 10, исполнительный блок 11и Формирователи импульсов 12 и 13, 25которые выполнены аналогично и каждый содержит, например, диод 14 ивключенные последовательно селекторимпульсов 15 и В-триггер 16, причемвход селектора с подключенным ларал- :10лельно диодом является первым входомформирователя, вход синхронизацииП-триггера является вторым входомформирователя, а выкод Б-триггера -его выходом. Пергая дифферекцирующаяцепь 5 включена между выходом логического элемента И 2 и первым входомФормирователя 12, выход которого подсоединен к второму входу триггера 10,к первому входу которого подсоединен 40 через инвертор 9 выход формирсвателя 13, а выход триггера 10 подключен к входу исполнительного блока 11 и пер вому входу логического элемента И 2, ко второму входу которого подсоединен вход дифференцирующей цепи Я, выход генератора 1, второй вход Форторых входят датчики, и скважностьюИмпульсов с генератора, 1 ил. мирователя 12 и второй вход Формирователя 13.Введение новых элементов и подключение их соответствующим образомпозволяет уменьшить рассеиваемуюмощность на датчиках верхнего и нижнего уровней, которая определяетсяв данном случае постоянной временидифференцирующих цепей, в состав которых входят датчики, и скважностьюимпульсов с генератора.Генератор 1 может быть выполнеНпо схеме автоколебательного мультивибратсра с дифференцирующими времязадающими цепями на инверторах - элементах И-НЕ,В качестве датчиков верхнего инижнего уровней 4 и 7, например,Фжидкогс азота можно использовать терморезисторы СТЯА ОЖО, 468, 101 ТУ,обеспечивающие значительное изменение сопротивления на переходе криогенная жидкость - пар,Селекторы импульсов 15 формирователей 12 и 13 могут быть конструктивно реализованы по принципу преобразования входных импульсов, модулированных по длительности в импульСы,модулированные по амплитуде, с последующим применением амплитудной селекции Триггер 10 представляет собой асинхронный КБ-триггер, выполненный на логических элементах ИЛИНЕ, Б-вход которого является первым,а К-вход - вторым.В качестве исполнительного блока11 применены два управляемые инверсно логическими сигналами тиристорныхключа для бесконтактной коммутациисетевого напряжения, каждый из которых выполнен по известной схеме,и нагрузкой которых являются электронагреватель, помещенный в дьюар скриогенной жидкостью, например, жидким азотом, и электромагнитный клапан, служащий для сброса давления паров хладагента в атмосферу, 1231490(2) где К - сопротивление датчика нижннего уровня 7,25С - емкость конденсатора 6,Необходимую Форму импульса навыходе дифференцирующей цепи можнополучить, выбирая постоянную временицепи в соответствии с соотношением(3) Величина выходного напряжения дифФеренцирующей цепи в идеальных усло виях пропорциональна производной входного напряжения Б (С):вх=та(с)(4)40 Уменьшениеприводит к уменьшению амплитуды выходного импульса.Кроме того, в реальных условиях на величину выходного напряжения дифференцирующей цепи влияют паразит ные элементы КС-цепи, в частности сопротивление источника К входноиспго сигнала. Для скачка входного напряжения Ч ,на выходе дифференцирующей цепи напряжение равно 50 ц- "ист 1 (5)еых К + Кист Таким образом, максимальное зна чение выходного напряжения зависит от соотношения между сопротивлениями К и К, и при значительном Устройство работает следующим образом.При подаче питания на регулятор в момент времени Т , генератор 1 начинает генерировать прямоугольные импульсы длительно"тьюз(фиг. 2, Ч ), поступающие на.второй вход логического элемента И 2, на вторую дифФеренцирующую цепь 8 и на вторые входы формирователей 12 и 13, Прохо О дящий через дифференцирующую цепь импульс будет менять свою форму в зависимости от величины постоянной времени цепи= КС, которая для первой дифференцирующей цепи 5 равна 15= К С (1) где К - сопротивление датчика верхьнего уровня 4,С - емкость конденсатора 3, и для второй дифференцирующей цепи 8уменьшении величины сопротивления К максимальное значение выходного напряжения также уменьшается, Кроме того, вследствие конечной длительности фронта входного напряжения иэ-за влияния паразитной выходной емкости генератора и паразитной емкости диф- ференцирующей цепи длительность переднего фронта выходных импульсов увеличивается, что также приводит к уменьшению их амплитуды.Параметры дифференцирующих цепей 5 и 8 выбраны таким образом, что при нахождении датчиков верхнего и нижнего уровней 4 и 7 в криогенной жидкости, когда величина их сопротивлений максимальна (для резисторов типа СТ 8-1 А не менее 1 кОм), постоянные временй цепей соответственно равны(6) ю Кн иВ случае нахождения датчиков вне криогенной жидкости, т.епри выходе иэ жидкости или отсутствии криогенной жидкости в резервуаре, сопротивления датчиков 4 и 7 минимальны (для резисторов типа СТ 8-1 А не более 0,5 Ом), что приводит к значительному уменьшению постоянных времени дифференцирующих цепей 5 и 8 (более чем в 210 э раз в случае применения резисторов типа СТ 8-1 А), т.е. в данном случае л и,.,.сс и (7)н нххгде , ,- постоянные времени дифференцирующих цепей соответственно 5 и 8 при нахождении датчиков 4 и 7 вне криогенной жидкости,(8) нинТаким образом, вследствие значительного уменьшения постоянных времени дифференцирующих цепей 5 и 8 амп-. литуда импульсов, поступивших в моментна вход дифференцирующих цепей 8 и 5 (в случае установки на выходе триггера 10 в момент включения питания высокого уровня напряжения) на выходе этих цепей согласно формул (4) и (5) уменьшается практически до нуля (фиг. 2, Ч , Ч). Поскольку селекторы импульсов 15 построены таким образом, что выделяют иэ входной последовательности лишь те импульсы, длительность 1 которых удовлетворяет условиюкого нуля, при этом исполнительныйблок 11 отключает электронагреватель,открывает электромагнитный клапан иподача криогенной жидкости в резервуар прекраща-я (фиг 2 Ч, 3)С выхода триггера 10 уровень логического нуля поступает на первыйвход логического элемента И 2, приэтом поступление импульсов с генератора 1 на вход дифференцирующей цепи5 прекращается, и при поступленииочередного импульса на второй входФормирователя 12 в момент временитриггер 16 устанавливает на еговыходе уровень логического нуля(фиг, 2, Ч.; , - ), триггер 10при этом сохраняет свое состояние,которое не изменяется при испарениикладагента, и выхода из него датчика 4 в момент времени(Фиг, 2, Чь,Прй достижении в момент времениуровня криогенной жидкости датчик.а нижнего уровня 7 сопротивлениеоследнего уменьшается, и начинаютовторяться процессы, аналогичныеля периода времени-, в реультате чего исполнительный блокачнет подачу хладагента в резервуар.При нахождении датчиков уровня вые уровня жидкости, когда их сопроивление минимально, рассеиваемаяатчиками мощность практически равнанулю,В случае увеличеия сопротивленияатчпков уровня в криогенной жидкости рассеиваемую датчиками активнуюощность можно определить по формулеР = - 010,Т .(9) 25При затоплении в момент временикриогенной жидкостью нижнего датчика уровня 7 его сопротивление скачком увеличивается, постоянная времени дифференцирующей цепи 8 становится равнойи на вход формирова 30 теля 13 начинают поступать импульсы (фиг. 2, Ч, ,), длительность кото-, ш рых определяется величинойсогч ласно (6), Поскольку в данном случае выполняется условие (8), селектор 15 З 5 формирует импульсы определенной длительности, первый из которых устад навливает на выходе триггера 16 (на выходе формирователя 13) уровень логической единицы в результате чего, поскольку на выходе Формирователя 12 сохраняется уровень логического нуля, состояние триггера 10 не меняется, и исполнительный блок 11 продолжает подавать жидкость в резервуар (Фиг.2, 45При затоплении в момент временикриогенной жидкостью датчика верхнего уровня 4 его сопротивление также скачком увеличивается, и на вход 50 формирователя 12 поступает импульс. (фиг. 2, Чь,), длительность которого определяется постоянной времени согласно (6), в результате чего на выходе Формирователя 12 устанавлива ется уровень логической единицы (Фиг. 2, Ч , ), устанавливающий на выходе триггера 10 уровень логичесЕ 2Р = - )е д, КТ(10) где Е где заданный пороговый уроминвень,то на выходе селектора 15 напряжение отсутствует и на выходах формирователей 12 и 13 фиксируются уровни логической нуля, в результате чего на первом входе триггера 10 устанавливается уровень логической единицы (Фиг 2, Ч ,), на втором входе 10 триггера 10 - уровень логического нуля (фиг. 2 Ч; , ), на выходе триггера 10 - уровень логической единицы, размыкающей цепь электромагнитного клапана и включающей нагре ватель исполнительного блока 11, в результате чего криогенная жидкость начинает поступать в резервуар.Применение в составе формирователей селекторов позволяет избежать 20 ложных срабатываний триггера 10 при поступлении на входы формирователей импульсов малой длительности в виде иголок. или,учитывая, что в данном случаепадение напряжения на датчике изменяется по экспоненциальному закону амплитуда импульсов, посту-паемых на вход дифференцирующей цепи;период следования импульсов, постоянная времени дифференцирующей цепи,сопротивление датчика.(12)10 Формула изобретения Регулятор уровня жидкости, содержащий датчики верхнего и нижнего уровней и последовательна соединенные 15 инвертор, триггер и исполнительный . блок, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения КПД регулято-, ра, он содержит генератор импульсов, два конденсатора, два формирователя 490импульсов и элемент И, причем первый конденсатор и датчик верхнего уровня образуют первую дифференцирующую цепь, включенную между выходом элемента И и первым входом первого формирователя импульсов, выход которого подключен к второму входу триггера, связанного выходом с первым входом элемента И, второй конденсатор и датчик нижнего уровня образуют вторую дифференцирующую цепь, выход которой подключен к первому входу ,второго формирователя импульсов, а вход к выходугенератора импульсов, второму входу первого формирователя ,импульсов, второму входу второго Формирователя импульсов и второму входу элемента И, выход второго фор" мирователяимпульсов соединен с входом инвертора.1231490 3 4 5ОРаг, 2 Составитель А.ЦаллаговаТехред Л.Олейник Корректор М.Самборская Редактор И,Сегляник Заказ 2562/51 Тираж 836Подписное . ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раувская наб., д. 4/5