Сигналізатор-регулятор рівня рідких матеріалів

Относится к промышленной автоматике и автоматике безопасности, предназначенных для работы в особо трудных температурных и технологических условиях эксплуатации в системах местного и дистанционного управления в отопительных, производственных и энергетических котельных, парового, горячего и холодного водоснабжения, а также может найти применение в системах водоснабжения сельскохозяйственных и промышленных объектов, тепличных хозяйств, как питьевой, так и технологической водой, а также в карьерных, шахтных, рудниковых водоотливах и ирригационных сооружениях. Наиболее близким к заявляемому устройству является сигнализатор-регулятор уровня, принятый за прототип и предназначенный для сигнализации и поддержания в резервуарах заданного уровня, в том числе и уровня воды в паровых котлах, а также агрессивных жидкостей в травильных ваннах, и включающий в себя три транзисторных каскада, нагрузкой каждого из которых является выходное реле, а также выпрямитель и силовой трансформатор. Принцип работы прибора основан на преобразовании изменения электрического сопротивления между электродом преобразователя и стенкой сосуда в электрический релейный сигнал. Погружение электрода преобразователя в контролируемую среду вызывает уменьшение сопротивления, а его осушение - увеличение, Два преобразователя (датчика) служат для поддержания уровня контролируемой среды в рабочем диапазоне, а третий - для контроля за аварийным положением уровня. Основными недостатками сигнализаторарегулятора при применении его в дистанционных системах автоматики являются: ограниченная длина линии связи датчиков уровня с прибором из-за ее неработоспособности от наводок промышленных установок; отсутствует верхний или нижний аварийный уровень контроля столба жидкости, использование лишь одного аварийного уровня в системах подпитки, например, в котлоагрегатах, в процессе неизбежно приводит к его разрушению. В основу изобретения поставлена задача создать такой сигнализатор-регулятор уровня жидких материалов, в котором введение новых элементов и их компоновка позволило бы контролировать четыре физических состояния высоты или уровня столба жидкости, обеспечивая каждому из них независимость режима измерения, позволило бы работать при любом увеличении сопротивления установочных контактов параметрических датчиков и водяного промежутка между электродами, что значительно увеличивает надежность эксплуатации технических объектов. Поставленная задача решается тем, что устройство, принципиальная схема которого изображена на фиг.1, а оперативное звено на фиг.2, содержит преобразовательный блок 1, транзисторно-релейный каскад 2, оперативное звено 3. Преобразовательный блок 1 содержит первую, вторую входные клеммы 4, 5, токовый ограничитель 6, силовой трансформатор 7 с первичной обмоткой 8 и второй - четвертой понижающими обмотками 9 - 11, первый четвертый диоды 12 - 15 первого, пятый - восьмой диоды 16 - 19 второго выпрямительных мостов, первый конденсатор 20 первого, второй-четвертый конденсаторы 21 - 23 второго емкостных фильтров, первый токозадающий резистор 24 компенсационного стабилизатора, второй, третий токозадающие резисторы 25, 26 первого, второго параметрических стабилизаторов, первый стабилитрон 27 компенсационного стабилизатора, второй, третий стабилитроны 28, 29 первого, второго параметрических стабилизаторов, первый ключевой транзистор 30, пятый конденсатор 31 третьего емкостного фильтра, третью - восьмую соединительные клеммы 32 - 37, первый чувствительный элемент верхнего аварийного уровня 38, второй чувствительный элемент верхнего рабочего уровня 39, третий чувствительный элемент нижнего рабочего уровня 40, четвертый чувствительный элемент нижнего аварийного уровня 41, девятую соединительную клемму 42. Релейно-транзисторный каскад 2 имеет четвертый одиннадцатый токозадающие резисторы 43 - 50, шестой девятый конденсаторы линейных фильтров 51 - 54, второй - пятый ключевые транзисторы 55 - 58, двенадцатый пятнадцатый резисторы автосмещения 59 - 62, шестнадцатый девятнадцатый токозадающие резисторы 63 - 66, девятый - двенадцатый разделительные диоды 67 - 70, двадцатый - двадцать третий времязадающие резисторы 71 - 74, десятый - тринадцатый запоминающие конденсаторы 75 - 78, двадцать четвертый - двадцать седьмой токозадающие резисторы 79 - 82, шестой-девятый ключевые транзисторы 83 - 86, третий - шестой стабилитроны 87 - 90, двадцать восьмой тридцать пятый токозадающие резисторы 91 - 98, тринадцатый - шестнадцатый разделительные диоды 99 - 102, первый - четвертый светодиоды 103 - 106, десятый-тринадцатый ключевые транзисторы 107 - 110, первое - четвертое электромагнитные реле 111 - 114, семнадцатыйдвадцатый защитные диоды 115 - 118, тридцать шестой - тридцать девятый токозадающие резисторы 119 - 122, пятый - восьмой светодиоды 123 - 126, сороковыйсорок третий токозадающие резисторы 127 - 130. Оперативное звено 3 включает в себя десятую фазную 131, одиннадцатую - семнадцатую 132 - 137 соединительные, восемнадцатую 139 нулевую клеммы, тумблер 140, первые размыкающие контакты 141 электромагнитного реле 111, вторые размыкающие контакты 142 электромагнитного реле 112, третьи размыкающие контакты 143 электромагнитного реле 114, четвертые замыкающие контакты 144 электромагнитного реле 113, четвертые блокирующие контакты 145, первые контакты пусковой 146, вторые контакты 147 стоповой кнопок управления, катушку магнитного пускателя 148, токотепловой предохранитель 149. Устройство работает следующим образом. Напряжение питания 220В 50Гц подается на клеммы 4, 5, соединенные через токовый ограничитель 6 с сетевой обмоткой 8 силового трансформатора 7, имеющего магнитную связь с вторичными обмотками 9 - 11, при помощи которых напряжение питания понижается до требуемой величины, затем выпрямляется диодными мостами 12 - 15, 16 - 19, фильтруется емкостями 20 - 23 и подается на компенсационный стабилизатор, собранный на транзисторе 30 для питания пороговых усилителей 43 - 130, а также на параметрические стабилизаторы 25, 28 - 26, 29 для создания управляющего и опорного напряжений. Принцип действий поддержания зеркала уровня жидкости основан на фиксации изменения проводимости между корпусом наполняемого резервуара котла и четырьмя металлическими электродами, омывающимися или не омывающимися водой (в зависимости от высоты движущегося столба жидкости). Анализирующая часть поддержания уровня выполнена на транзисторах 56,84,108 и 57,85, 109. Снижение уровня воды в уровнемерной колонке ниже электрода 40 нижнего рабочего уровня приводит к исчезновению положительного напряжения на затворе транзистора 57 из-за возникновения размыкания электрической цепи между общим электродом (42 клемма) и нижним рабочим электродов 40, вследствие чего транзистор 57 от напряжения смещения, приложенного к резистору 49, закрывается. Напряжение сигнала на его стоке быстро увеличивается и через дозирующий диод 69 поступает на запоминающую емкость 77, увеличивая уровень напряжения, воздействует на базу транзистора 85 и выводит его из состояния отсечки. Напряжение на его коллекторе начинает падать, понижая положительный потенциал стабилитрона 89. В несимметричном триггере, собранном на транзисторах 57, 85. 109, развивается лавинообразный процесс переключения, в результате которого транзистор 109 закрывается, включается светодиод 105 "отсутствие нижнего рабочего уровня", а светодиод 125 гаснет. Электромагнитное реле 113 обесточивается и пусковыми контактами 144 по цепи 131, 133 подает напряжение питания на катушку магнитного пускателя 148, который включает двигатель подпитки. Уровень воды в резервуаре или в котле начинает подниматься. Как только водное зеркало достигнет электрода нижнего рабочего уровня 40, замыкается подача положительного напряжения управления по цепи, клемма 36, электрод 40, водный промежуток уровнемерной колонки, общая клемма 42 и через резистор 45 прикладывается к затвору транзистора 57, который выходит из состояния отсечки. Положительный уровень напряжения на его стоке начинает падать, уменьшая напряжение на запоминающей емкости 77 и положительный потенциал базы транзистора 85, который выходит из состояния насыщения. Возникшее положительное напряжение на его коллекторе через резистор 97, стабилитрон 89 поступает на базу транзистора 109 и выводит его из состояния отсечки, в релейном усилителе 57, 85, 109 развивается регенеративный процесс переключения, вызывая максимальный ток в коллекторной цепи транзистора 109. В этот момент загорается светодиод 125 "наличие нижнего рабочего уровня", светодиод 105 гаснет, срабатывает электромагнитное реле 113, отключая свои контакты 144 в цепи управления магнитным пускателем. Питание к двигателю подпитки не выключается за счет блокировки цепи включения контактами 145 магнитного пускателя. Как только уровень воды в уровнемерной колонке достигнет электрода верхнего рабочего уровня 39, положительное напряжение управления по цепи клемма 42, водный промежуток уровнемерной колонки, электрод 39 верхнего рабочего уровня, клемма 35, через резистор 44 прикладывается к затвору транзистора 56. Положительный уровень напряжения на его стоке начинает падать, уменьшая напряжение сигнала на запоминающей емкости 76 и положительный потенциал базы транзистора 84, который выходит из состояния насыщения, и в релейном усилителе 56, 84, 108 развивается процесс опрокидывания схемы, вследствие чего в коллекторной цепи транзистора 108 возникает максимальный ток, гаснет светодиод 104 "отсутствие верхнего рабочего уровня", зажигается светодиод 124 "наличие верхнего рабочего уровня", включается электромагнитное реле 112, контактами 142 разрывает цепь питания катушки магнитного пускателя 148 и отключает двигатель подпитки. При снижении уровня водяного столба ниже электрода рабочего уровня 40 подпитка котлоагрегата повторяется снова. При уменьшении объема воды в котлоагрегате до осушения электрода нижнего аварийного уровня 41 разрывается цепь управляющего положительного напряжения между электродом 41 и клеммой 42, вследствие чего на затворе транзистора 58 появляется отрицательное напряжение смешения, которое выводит транзистор 58 из состояния насыщения, на его стоке увеличивается положительное напряжение и через дозирующий диод 70 поступает на запоминающую емкость 78, увеличивая уровень напряжения сигнала, воздействует на базу транзистора 86, он выходит из состояния отсечки. Отрицательный перепад напряжения сигнала на его коллекторе через резистор 98, стабилитрон 90 прикладывается к базе транзистора 110, он начинает закрываться и в несимметричном триггере 58, 86, 110 развивается лавинообразный процесс переключения, транзисторы 58, 110 входят в область отсечки, зажигается сигнальный светодиод 106 "отсутствие нижнего аварийного уровня", гаснет светодиод 126 "наличие нижнего аварийного уровня", выключается электромагнитное реле 114 и контактами 143 размыкает цепь питания обмотки 147 магнитного пускателя для остановки двигателя подпитки. При достижении водным столбом электрода 38 верхнего аварийного уровня замыкается цепь управляющего напряжения по цепи клемма 34, электрод верхнего аварийного уровня 38, водный промежуток уровнемерной колонки, общая клемма 42, резистор 43, затвор транзистора 55. Положительный уровень напряжения на его стоке начинает падать, уменьшая напряжение сигнала на запоминающей емкости 75 и положительный потенциал базы транзистора 83, который выходит из состояния насыщения. Амплитуда напряжения на его коллекторе увеличивается и поступает через резистор 95 и стабилитрон 87 на базу транзистора 107, который начинает открываться, и в релейном усилителе 55, 83, 107 развивается процесс опрокидывания схемы, вследствие чего в коллекторной цепи транзистора 107 возникает максимальный ток, гаснет светодиод 103 "отсутствие верхнего аварийного уровня", зажигается светодиод 123 "присутствие верхнего аварийного уровня", включается электромагнитное реле 111 и контактами 141 разрывает цепь питания катушки магнитного пускателя 148, двигатель подпитки отключается. RC-цепи 43-46, 51 - 54 предназначены для подавления высокочастотных, а RC-цепи 71 - 74, 75-78 осуществляют фильтрацию низкочастотных и технологических помех. Устройство может быть использовано также для автоматического опорожнения или наполнения таких объектов, как резервуары питьевой воды, молока, конденсата, продовольственных напитков, водонапорных установок, осуществлять управление центробежными и скважинными насосами водоподъема и не теряет работоспособность при наличии электромагнитных помех, как продольного, так и поперечного происхождения, возникающих от воздействия силовых электрических цепей в местах прокладки соединительных линий, идущих от датчиков к прибору, которые не нуждаются в экранировке проводов, причем их длина не ограничивается по расстоянию, а продиктована лишь координатами нахождения технических средств автоматики.