Автоматичний ваговий дозатор рідини

1. Автоматичний ваговий дозатор рідини, який містить витратну ємність із зливним патрубком, в якому установлений запірний пристрій, проміжну ємність із зливним патрубком, що розташована нижче від витратної ємності, датчик ваги і пристрій керування із задатчиком ваги дози, який відрізняється тим, що в нього введені ваговимірювальна платформа, дисковий кулачок з приводом від електродвигуна і регулювальний клапан з оптоелектричним датчиком положення, регулювальний клапан установлений в зливному патрубку проміжної ємності, оптоелектричний датчик положення містить джерело, приймач і переривник світлового потоку, виконаний у вигляді дискового кулачка, профільована поверхня якого кінематичне зв'язана з регулювальним клапаном, а плоска непрофільована поверхня розташована перпендикулярно відносно осі проходження світлового потоку, і який має не менше ніж три робочі ділянки, що відповідають закритому, відкритому і не повністю відкритому положенням регулювального клапана, і наскрізні отвори для проходження світлового потоку на початку кожної з його робочих ділянок, пристрій керування містить обчислювальний пристрій, аналоге-цифровий перетворювач, формувач імпульсів, елемент диз'юнкції, тригер, перший і другий ключі і оптоелектричний перетворювач, при цьому вихід приймача світлового потоку з'єднаний з входом формувача імпульсів, вихід якого зв'язаний з A (54) АВТОМАТИЧНИЙ ВАГОВИЙ ДОЗАТОР РІДИНИ 37684 двох магістралей стисненого повітря і не підлягає транспортуванню. В основу винаходу поставлено задачу створення автоматичного вагового дозатора рідини, в якому шляхом введення нових елементів (ваговимірювальної платформи, дискового кулачка з зв'язків між новими і відомими елементами) забезпечується підвищення точності дозування за рахунок зменшення статичної і динамічної складових похибки вимірювання ваги дози. Для вирішення поставленої задачі в автоматичний ваговий дозатор рідини, який містить витратну ємність із зливним патрубком, в якому установлений запірний пристрій, проміжну ємність із зливним патрубком, що розташована нижче від витратної ємності, датчик ваги і пристрій керування із задатчиком ваги дози, згідно з винаходом, введені ваговимірювальна платформа, дисковий кулачок з приводом від електродвигуна і регулювальний клапан з оптоелектричним датчиком положення, регулювальний клапан установлений в зливному патрубку проміжної ємності, оптоелектричний датчик положення містить джерело, приймач і переривник світлового потоку, виконаний у вигляді дискового кулачка, профільована поверхня якого кінематичне зв'язана з регулювальним клапаном, а плоска непрофільована поверхня розташована перпендикулярно відносно осі проходження світлового потоку, і який має не менше ніж три робочі ділянки, що відповідають закритому, відкритому і не повністю відкритому положенням регулювального клапана, і наскрізні отвори для проходження світлового потоку на початку кожної з його робочих ділянок, пристрій керування містить обчислювальний пристрій, аналого-цифровий перетворювач, формувач імпульсів, елемент диз'юнкції, тригер, перший і другий ключі і оптоелектричний перетворювач, при цьому вихід приймача світлового потоку з'єднаний з входом формувача імпульсів, вихід якого зв'язаний з першим входом диз'юнкції, тригер, перший і другий ключі і оптоелектричний перетворювач, при цьому вихід приймача світлового потоку з'єднаний з входом формувача імпульсів, вихід якого зв'язаний з першим входом елемента диз'юнкції, вихід елемента диз'юнкції з'єднаний з першим входом тригера, вихід якого через перший ключ з'єднаний з входом оптоелектричного перетворювача, ви хід якого призначений для підключення до електродвигуна, вихід датчика ваги через аналого-цифровий перетворювач зв'язаний з першим входом обчислювального пристрою, другий вхід якого зв'язаний з виходом задатчика ваги дози, а перший, другий і третій виходи з'єднані відповідно з входом другого ключа, другим входом тригера і другим входом елемента диз'юнкції, вхід запірного пристрою електрично з'єднаний з виходом другого ключа, а проміжна ємність установлена під зливним патрубком витратної ємності і закріплена на ваговимірювальній платформі, що пружно зв'язана з датчиком ваги. В конкретному прикладі ваговимірювальна платформа виконана у вигляді консолі, один кінець якої закріплений шарнірне, а другий призначений для розміщення проміжної ємності. Крім того, згідно з винаходом, ваговимірювальна платформа зв'язана з датчикомваги за допомогою пружини, яка одним кінцем прикріплена dZ c dX c dYc ¹ =0 ; >0, dv dv dv де Xc, Yc, Zc - координати центра ваги рідини, що дозується. Недолік відомого пристрою полягає в недостатньо високій точності дозування через залежність результатів вимірювання ваги рідини від геометричних параметрів, які характеризують розташування датчиків ваги один відносно одного і відносно ємності, а також геометричних розмірів самої ємності. Дрейф вказаних параметрів під час експлуатації пристрою може стати причиною статичної складової похибки вимірювання, що негативно впливає на точність дозування. Найближчим аналогом пристрою, що заявляється, є автоматичний ваговий дозатор рідини, який містить витратну ємність із зливним патрубком, в якому установлений запірний пристрій, проміжну ємність із зливним патрубком, що розташована нижче від витратної ємності, датчик ваги і пристрій керування із задатчиком ваги дози (а.с. СРСР № 1167441, опубл. 15.07.85., MKB G01G17/06). Відомий дозатор містить також блок фіксації набору заданої частини ваги дози і блок фіксації набору повної ваги дози, кожний з яких виконаний у вигляді послідовно з'єднаних пневматичних повторювача із зсувом і елемента диз'юнкції, а також два пневмоперемикачі і джерело стисненого повітря з каналами високого і низького тиску. Проміжна ємність оснащена вертикальною трубою, висота якої більша за висоту витратної ємності. Зливний патрубок проміжної ємності має вигляд вертикальної труби, яка заведена зверху в тару - ваговий бункер, з'єднаний з датчиком ваги. Наливний патрубок проміжної ємності з'єднаний із зливним патрубком витратної ємності через запірний пристрій. Наповнювання тари рідиною, згідно з прототипом, здійснюють двома етапами. Спочатку поданням стисненого повітря високого тиску забезпечують інтенсивне витиснення рідини з проміжної ємності через її зливний патрубок (вертикальну трубу) в тару до набору заданої частини ваги дози ("грубе" дозування), а потім - з малою інтенсивністю поданням стисненого повітря низького тиску до повного набору ваги дози ("точне" дозування). При цьому поточне значення ваги рідини відслідковують за допомогою датчика ваги, з'єднаного з тарою. Суттєвим недоліком прототипу є недостатньо висока точність дозування через статичну і динамічну складові похибки, які негативно впливають на результати вимірювання ваги рідини. Так, статична складова похибки зумовлена визначенням як частини, так і повної ваги дози шляхом зважування рідини вже після наповнювання нею тари, що веде до зниження точності дозування при зміні ваги тари. Динамічна складова похибки зумовлена транспортним запізненням між фактами досягнення потрібної ваги і поданням сигналів керування на входи пневмоперемикачів через розташування тари вище від проміжної ємності і наявність вертикальної труби, якою рідина надходить в тару, внаслідок чого не виключається можливість переливу рідини при "точному" дозуванні. Крім того, дозатор за прототипом має великі габарити і незручний в експлуатації, бо потребує 2 37684 до ваговимірювальної платформи, а другим - до датчика ваги. Ваговимірювальна платформа, згідно з винаходом, також має наскрізний отвір для проходження зливного патрубка проміжної ємності. В конкретному прикладі зливний патрубок проміжної ємності виконаний гнучким, а регулювальний клапан виконаний у вигляді клапана шлангового типу. Сукупність суттєвих ознак автоматичного вагового дозатора рідини за винаходом забезпечує, порівняно з прототипом, підвищення точності дозування за рахунок зменшення статичної і динамічної складових похибки вимірювання ваги рідини. Дозування рідини за допомогою пристрою за винаходом, як і в прототипі, здійснюється двома етапами: спочатку з великою витратою рідини набирається задана частина ваги дози, а потім з малою витратою рідина доливається до повної ваги дози, при цьому визначення поточної ваги відбувається за допомогою датчика ваги. Проте на відміну від прототипу, рідина спочатку набирається не в тару, а в проміжну ємність, що, завдяки відсутності механічного зв'язку проміжної ємності як з витратною ємністю, так і з тарою, дозволяє під час визначення поточної ваги рідини, компенсувати складові похибки, зумовлені фізичними параметрами елементів пристрою (самої проміжної ємності, датчика ваги і ваго вимірювальної платформи). Зменшення динамічної складової похибки досягається за рахунок зведення до мінімуму відрізку часу від моменту фіксації пристроєм керування повної ваги дози до моменту перекриття регулювальним клапаном зливного патрубку проміжної ємності завдяки використанню, на відміну від прототипу, швидкодіючих електронних і оптоелектричних елементів та дискового кулачка, який водночас виконує дві функції: регулювання витрати рідини, що витікає з проміжної ємності в тару, і переривання світлового потоку під час визначення положення регулювального клапана. Крім того, автоматичний ваговий дозатор рідини за винаходом, порівняно з прототипом, має значно менші габарити і зручніший в експлуатації, завдяки чому може бути застосований не тільки в умовах промислового підприємства, а і як елемент обладнання дрібних і середніх торговельних підприємств, а також і в побутових умовах. Автоматичний ваговий дозатор рідини подано на кресленні, де на фіг. 1 представлено схематичне зображення пристрою, а на фіг. 2 - загальний вигляд фрагменту пристрою з регулювальним клапаном і оптоелектричним датчиком положення. Автоматичний ваговий дозатор рідини (фіг. 1) містить витратну ємність 1 із зливним патрубком 2, в якому установлений запірний пристрій 3, проміжну ємність 4 із зливним патрубком 5, що розташована нижче від витратної ємності 1, ваговимірювальну платформу 6, датчик 7 ваги, дисковий кулачок 8 з приводом від електродвигуна 9, регулювальний клапан 10, оптоелектричний світлового потоку, виконаний у вигляді дискового кулачка 8, профільована поверхня якого кінематичне зв'язана з регулювальним клапаном 10, а плоска непрофільована поверхня розташована перпендикулярно відносно осі 15 проходження світлового потоку, і який має, наприклад, три робочі ділянки, що відповідають закритому, відкритому і не повністю відкритому положенням регулювального клапана 10, і, наприклад, три наскрізні отвори 16, 17 і 18 для проходження світлового потоку на початку кожної з його робочих ділянок. В конкретному прикладі отвір 16 відповідає відкритому, отвір 17 закритому, а отвір 18 - не повністю відкритому положенню регулювального клапана 10. Пристрій 12 керування (фіг. 1) містить обчислювальний пристрій 19, аналого-цифровий перетворювач 20, формувач 21 імпульсів, елемент 22 диз'юнкції, тригер 23, перший і другий ключі 24 і 25, відповідно, оптоелектричний перетворювач 26 і задатчик 27 ваги дози. Вихід приймача 14 світлового потоку з'єднаний з входом формувача 21 імпульсів, вихід якого зв'язаний з першим входом елемента 22 диз'юнкції, вихід елемента 22 диз'юнкції з'єднаний з першим входом тригера 23, вихід якого через перший ключ 24 з'єднаний з входом оптоелектричного перетворювача 26, вихід якого призначений для підключення до електродвигуна 9, вихід датчика 7 ваги через аналого-цифровий перетворювач 20 зв'язаний з першим входом обчислювального пристрою 19, другий вхід якого зв'язаний з виходом задатчика 27 ваги дози, а перший, другий і третій виходи з'єднані відповідно з входом другого ключа 25, другим входом електродвигуна 9, ви хід датчика 7 ваги через аналогоцифровий перетворювач 20 зв'язаний з першим входом обчислювального пристрою 19, другий вхід якого зв'язаний з виходом задатчика 27 ваги дози, а перший, другий і третій виходи з'єднані відповідно з входом другого ключа 25, другим входом тригера 23 і другим входом елемента 22 диз'юнкції, а вхід запірного пристрою З з'єднаний з виходом другого ключа 25. До четвертого виходу обчислювального пристрою 19 може бути підключений цифровий відліковий пристрій 28, який, залежно від програми, яку реалізує обчислювальний пристрій 19, може здійснювати індикацію заданої ваги дози, поточної ваги рідини, що дозується, номера поточної дози, кількості дозувань, що виконуються за певний відрізок часу; тривалості виконання поточного дозування; середньої тривалості виконання дозувань за певний відрізок часу тощо. Третій і четвертий входи обчислювального пристрою 19 можуть бути використані, відповідно, для ініціювання початку роботи програми мікроконтролера (лінія "Пуск") і для планової або екстреної зупинки дозатора (лінія "Стоп"). Проміжна ємність 4 (фіг. 1) розташована під зливним патрубком 2 витратної ємності 1 і закріплена на ваговимірювальній платформі 6, що пружно зв'язана з датчиком 7 ваги, наприклад, за допомогою пружини 29. Ваговимірювальна платформа 6 виконана у вигляді консолі, один кінець якої прикріплений до вертикальної площини 30 за допомогою шарніра 31, а другий призначений для розміщення проміжної ємності 4. Упор 32 обмежує переміщення ваговимірювальної платформи 6 і тим самим запобігає перевантаженню датчика 7 ваги. Для забезпечення можливості механічного калібрування датчика 7 ваги під час роботи дозатора пружина 29 може мати регульовану жорсткість. 3 37684 Ваговимірювальна платформа 6 в конкретному прикладі має наскрізний отвір 33 для проходження зливного патрубка 5 проміжної ємності 4, який може бути виконаний гнучким. Регулювальний клапан 10 (фіг. 2) може бути виконаний у вигляді клапана шлангового типу, наприклад, з двох планок - нерухомої планки 34 і підпружиненої рухомої планки 35, які установлені впритул до зовнішньої поверхні зливного патрубка 5 на відстані, що дорівнює його діаметру. Рухома планка 35 кінематично зв'язана з профільованою поверхнею кулачка 8 і виконує функцію штовхача. У зливному патрубку 2 витратної ємності 1 (фіг. 1), крім запірного пристрою 3, може бути установлений також запірний пристрій 36 з ручним керуванням для перекриття патрубка 2 після закінчення роботи. Запірний пристрій 3 може бути виконаний, наприклад, конусним або тарілчастим, з електромагнітним приводом (на кресленні не показаний). Під зливним патрубком 5 проміжної ємності 4 (фіг. 1) розташована тара 37. Кулачок 8 (фіг. 1) жорстко зв'язаний з валом 38 електродвигуна 9. В якості джерела 13 і приймача 14 світлового потоку може бути використано оптопару, наприклад, АОД-11А. Як обчислювальний пристрій 19 може бути використаний, наприклад, мікроконтролер К 930 фірми "Констар", Україна . Функцію цифрового відлікового пристрою 28 може виконувати. наприклад, пристрій К 921, а задатчика 27 ваги дози - панель вводу-виводу цієї ж фірми. Датчиком 7 ваги може бути стандартний тензометричний датчик, наприклад, BCL-10L, Корея. Як тригер 23 може бути використаний RS-тригер - тригер статичного типу з роздільним установленням в "0" або "1", наприклад, 1533 ЛАЗ. Оптоелектричним перетворювачем 26 може бути симістор з оптоелектронним керуванням, наприклад, оптосимістор МОС-3023. Робота автоматичного вагового дозатора рідини здійснюється таким чином. Перед початком роботи витратна ємність 1 заповнюється рідиною, що дозується. Запірний пристрій 3, а також регулювальний клапан 10 знаходяться в закритому стані, запірний пристрій 36 відкритий. Проміжна ємність 4 закріплена на ваговимірювальній платформі 6, під її зливним патрубком 5 знаходиться тара 37. При поданні напруги від джерела живлення (на кресленні не показане) в обчислювальному пристрої 19 в початковий стан установлюються всі елементи пам'яті і формується сигнал скидання, який з третього виходу обчислювального пристрою 19 подається на другий вхід елемента 22 диз'юнкції, а з виходу якого - на перший вхід тригера 23, внаслідок чого тригер 23 установлюється в стан "0" (або цей стан підтверджується). В нульовому стані тригера 23 перший ключ 24, а також оптоелектричний перетворювач 26 закриті, напруга на електродвигуні 9 відсутня, його вал 38 не обертається. За допомогою задатчика 27 ваги дози оператором в цифровій формі набирається задана величини ваги дози Рд, яка з виходу задатчика 27 ваги дози вводиться на обчислювальний пристрій 19 через його другий вхід. Після подання сигналу по лінії "Пуск" на третій вхід обчислювального пристрою 19 з його першого виходу через другий ключ 25 подається сигнал на вхід запірного пристрою 3, який відкривається і забезпечує наповнення рідиною проміжної ємності 4. Для збереження залишкового тиску в проміжній ємності 4 під час доливу до заданої ваги дози при невеликій витраті рідини є доцільним наповнювати проміжну ємність 4 рідиною до ваги, що дещо перевищує повну вагу дози. При цьому, завдяки відсутності механічного зв'язку проміжної ємності 4 з витратною ємністю 1 і тарою 37, на датчик 7 ваги справляє дію вага Рр рідини, що знаходиться в проміжній ємності 4, а також сумарна вага Рс таких елементів, як ваговимірювальна платформа 6 і проміжна ємність 4 із зливним патрубком 5 і регулювальним клапаном 10. Таким чином, вимірюване датчиком 7 поточне значення ваги Рп має дві складові: Рп=Рр+Рс (1) Порівняння поточного значення ваги Рп із заданою величиною ваги дози Рд здійснюється циклічно за допомогою обчислювального пристрою 19 згідно з формулою: Рп>Рд+Рс (2) В момент часу, коли поточне значення ваги Рп перевищує задану величину ваги дози Рд з урахуванням складової Рс, за сигналом з першого виходу обчислювального пристрою 19 другий ключ 25 закривається, внаслідок чого стан запірного пристрою 3 змінюється на закритий і подання рідини в проміжну ємність 4 припиняється. Фіксоване значення ваги Рф , яке дорівнює фактично набраній вазі рідини з урахуванням складової Рс, фіксується в пам'яті обчислювального пристрою 19. Після наповнення проміжної ємності 4 з другого ви ходу обчислювального пристрою 19 на другий вхід тригера 23 подається сигнал, за яким тригер 23 установлюється в стан "1", перший ключ 24 відкривається і за сигналом з виходу оптоелектричного перетворювача 26 заживлюється електродвигун 9. Вал 38 електродвигуна 9 починає обертатися до суміщення наскрізного отвору 16 в кулачку 8, що відповідає відкритому стану регулювального клапана 10, з віссю 15 проходження світлового потоку. При цьому спрацьовує приймач 14 світлового потоку, сигнал з виходу якого через формувач 21 імпульсів і елемент 22 диз'юнкції подається на перший вхід тригера 23, який установлюється в стан "0". За сигналом з виходу тригера 23, який через перший ключ 24 надходить на оптоелектричний перетворювач 26, припиняється подання напруги на електродвигун 9, вал 38 якого зупиняється. Таким чином, починається процес наповнювання тари 37 рідиною з проміжної ємності 4 через зливний патрубок 5 при відкритому регулювальному клапані 10, тобто набирання заданої частини величини ваги дози (αРд, де αРф -Рп (3) Процес вимірювання і порівняння припиняється, як тільки виконується умова (3), після чого з другого виходу обчислювального пристрою 19 на другий вхід тригера 23 подається сигнал, який установлює тригер 23 в стан "1", в результаті чого електродвигун 9, з'єднаний з виходом тригера 23 через перший ключ 24 і оптоелектричний перетворювач 26, заживлюється. Вал 38 електродвигуна 9 обертається до суміщення наскрізного отвору 18 в кулачку 8, який відповідає неповністю відкритому стану регулювального клапана 10, з віссю 15 проходження світлового потоку. Під дією кулачка 8 відстань між рухомою планкою 35 і нерухомою планкою 34 зменшується, гнучкий патрубок 5 перетискується, що веде до зменшення прохідного перерізу регулювального клапана 10. На виході приймача 14 світлового потоку з'являється сигнал, який через формувач 21 імпульсів і елемент 22 диз'юнкції потрапляє на перший вхід тригера 23, установлюючи його в стан "0", що веде до зупинення валу 38 електродвигуна 9. Доливання рідини в тару 37 здійснюється з малою витратою при неповністю відкритому регулювальному клапані 10. Поточне значення ваги Рп вимірюється за допомогою датчика 7 ваги і через аналого-цифровий перетворювач 20 подається на перший вхід обчислювального пристрою 19, де відбувається порівняння заданої величини ваги дози Рд з різницею між фіксованим значенням ваги Рф і поточним значенням ваги Рп за формулою : Рд≥Рф -Рп (4) Процес вимірювання і порівняння припиняється, як тільки дотримується умова (4), після чого з другого виходу обчислювального пристрою 19 на другий вхід тригера 23 подається сигнал, який установлює тригер 23 в стан "1", в результаті чого заживлюється електродвигун 9. Вал 38 електродвигуна 9 обертається до суміщення наскрізного отвору 17 в кулачку 8, який відповідає закритому стану регулювального клапана 10, з віссю 15 проходження світлового потоку. За сигналом з виходу приймача 14 світлового потоку, який через формувач 21 імпульсів і елемент 22 диз'юнкції подається на перший вхід тригера 23 і переводить його в стан "0", вал 38 електродвигуна 9 зупиняється. На цьому цикл дозування закінчується. Перед початком нового циклу наповнену тару 37 замінюють на порожню (вручну або за допомогою поворотного стола (на кресленні не показаний), керованого від обчислювального пристрою 19, і подають команду "Пуск" на третій вхід обчислювального пристрою 19. Зупинка дозатора відбувається за командою "Стоп", яка подається на четвертий вхід обчислювального пристрою 19. Таким чином, дозування рідини за допомогою автоматичного вагового дозатора, як і в прототипі, здійснюють в два етапи: на першому етапі наливають в тар у задану частин у ваги дози αРд при великій витраті рідині, а на другому - доливають рідину до заданої ваги дози Рд з малою витратою рідини. Проте в пристрої за винаходом, на відміну від прототипу, підвищена точність дозування за рахунок зменшення статичної і динамічної складових по хибки. Крім того, автоматичний ваговий дозатор, що заявляється, має невеликі габарити і зручний в експлуатації. Фіг. 1 5 37684 Фіг. 2 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 6