CC BY
27
Аэрогидродинамические методы и приборы
УДК 531.75.08
ПНЕВМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ УДЕЛЬНОГО ОБЪЕМА ТВЕРДОЙ ФАЗЫ ГЕТЕРОГЕННЫХ СИСТЕМ ДМ. Мордасов
Кафедра «Автоматизированные системы и приборы», ТГТУ
Представлена членом редколлегии профессором В.И. Коноваловым
Ключевые слова и фразы: гетерогенные системы; пневматическая камера; пневматическое устройство; удельный объем.
Аннотация: Разработано пневматическое устройство, реализующее метод контроля удельного объема твердой фазы гетерогенных систем. Дано описание его конструкции и принципа действия. Приведены результаты теоретических исследований.
Для контроля удельного объема и твердой фазы гетерогенных систем в виде пористых, волокнистых и сыпучих материалов в настоящее время наиболее точным является абсолютный метод, согласно которому осуществляют измерение массы и объема и по их отношению судят о контролируемой величине. Контроль материалов, не допускающих смачивания, возможен только пневматическими методами. В [1] предложен пневматический метод контроля, в котором конечный результат получается в едином процессе. В основу такого контроля положены закономерности заполнения сжатым газом измерительного элемента, выполненного в виде глухой пневматической камеры. При этом пневматическая камера, в силу происходящих в ней процессов, используется как для измерения объема материала, так и для деления величин, определяющих удельный объем контролируемого материала [2, 3].
На рис. 1 показана принципиальная пневматическая схема устройства контроля удельного объема.
Пуск устройства осуществляют подачей давления питания пневматическим тумблером 6 в камеры А5 и В7 пневматических клапанов 5 и 7, в камеры Б5 и Б7 которых подано давление подпора. Давлением Р6 = 1 с выхода тумблера 6 закрываются сопла пневмоклапанов 5 и 7, при этом емкости 1 и 2 изолируются от атмосферы.
Устройство для контроля удельного объема содержит весоизмерительный блок 19, соединенный с платформой, на которой размещена измерительная емкость 2, заполненная контролируемым материалом 3, объем которого Ум . На выходе весоизмерительного блока 19 будет давление = кт , где к - коэффициент пропорциональности; т - масса контролируемого материала в пробе.
Весоизмерительный блок соединен с входами двух интеграторов, первый из которых включает в себя пятимембранный элемент 4, дроссель 8 (П2Д.1) и измерительную емкость 2. Выход элемента 4 соединен со своей камерой Б4 непосредственно,
а с камерой В4 и с камерой В15 элемента сравнения 15 через
rl
1 / /3 /2
/ф
19
18
16
17
Г J -•В . *
-•Б а" ш »
Рис. 1 Пневматическая принципиальная схема устройства для контроля удельного объема твердой фазы материалов
переменный дроссель 8. При этом камера В4 соединена с измерительной емкостью 2 и с соплом одноконтактного пневмоклапана 7 (П3К.1). Второй интегратор состоит из пятимембранного элемента сравнения 18 (П2ЭС.3), камера В18 которого соединена со сравнительной емкостью 1, с выходом переменного дросселя 17 (П2Д.1), с камерой Б14 трехмембранного элемента сравнения 14 (П2ЭС.1), с соплом одноконтактного клапана 5 (П3К.1). Выход элемента сравнения 18 соединен с камерой Б18 и с входом переменного дросселя 17.
При поступлении давления Р4 на входы первого и второго интеграторов на их выходах, а следовательно, и в емкостях 1 и 2 давления будут определяться из уравнений
{1
Р] = --- Г Р]9& ,
P1 =-------} r\9L
T,i о
1 *2
P =— f Pl9dt,
Т,2 о
(1)
(2)
и
где т
V2 - Vm
V
- постоянные интегрирования.
И1 р8 тя’ И2 р17 тя
При условии, что в процессе заполнения емкостей 1 и 2 с объемами ^1 = У2 = V через дроссели с проводимостями р8 = р17 = Р происходит изменение давлений Р1 и Р2 (рис. 2) в них от атмосферного Ратм до давления Р16, устанавливаемого задатчиком 16, из (1) и (2) получим уравнения для определения времен заполнения в виде
Рб (V - Vм)
ti =
t2
вТ Rkm
PieV в Т Rkm
Вычитая из (3) уравнение (4), получим
At = t1 - t2 =
Pie Vm
16
вТ Rkm вТ Rk
(3)
(4)
(5)
Плотность твердой фазы материала через удельный объем и можно выразить в
виде рв =
i
, поэтому
At:
46
— = С —.
в TRk рв Рв
а)
б)
Г16
15
14.
г)
д)
‘12
1
t
1 1 *0 4-
1—1 -+-4 О — у/// h 1 - | ,
h t
ж
h t ►
ШШ
Рис. 2 Временные диаграммы изменения давлений Рг, Р2, Р12, Ри, Ри в процессе работы устройства
Оставшаяся часть схемы устройства представляет собой блок формирования выходного сигнала, длительность которого пропорциональна плотности частиц СМ.
Блок формирования состоит из трехмембранных элементов сравнения 14 и 15 (П2ЭС.1), в камеры Б15 и В14 которых подключен выход задатчика давления 16. Как только давление Р2 достигнет значения Р16 , на выходе элемента сравнения 15 появится сигнал Р15 = 1. Давление Р15 = 1 поступает в камеру А11 пневматического реле 11 и через сопло, открытое под действием подпора в камере Б11, на первый вход в камеру Г12 триггера с раздельными входами, выполненного на базе пневматического реле 12 (П1Р.3) с фиксированным начальным состоянием. На выходе триггера формируется сигнал в виде давления Р12 = 1 (см. рис. 2, д), которое поступает на вход вторичного прибора 13, в камеру В9 трехмембранного реле 9 (П1Р.1), реализующего логическую функцию ИЛИ. При Р12 = 1 на выходе пневмореле 9 формируется давление Р9 = 1, которое поступает в камеру Г4 элемента сравнения 4 и через пневматический дроссель 10 (П2Д.4) в камеру В11. При этом элемент сравнения 4 переводится в состояние с выходным сигналом Р4 = 0, и камера Г12 триггера соединяется с атмосферой через открытое сопло пневмореле 11.
Выход элемента сравнения 14 подключен к камере В12 триггера с раздельными входами. Как только давление в емкости 1 достигнет значения Р16, на выходе элемента сравнения 14 появится сигнал Р14 = 1 (см. рис. 2, г), которым триггер с раздельными входами переводится в состояние с выходным сигналом Р12 = 0 (момент времени /2 — см. рис. 2, д).
Таким образом, на входе вторичного прибора формируется сигнал в виде импульса прямоугольной формы с длительностью Аt = ?2 - \ , которая согласно уравнению (5) определяет удельный объем контролируемого вещества.
Методика пневматического измерения удельного объема твердой фазы пористых, волокнистых и сыпучих материалов состоит в следующем.
1. Давление Р4 подают на вход интегратора, емкость 1 которого объемом У1 заполнена воздухом.
2. Определяют время /2, в течение которого давление в пустой емкости изменит свое значение на заданную величину АР = /\б - Р=тм .
3. Заполняют емкость 2 объемом У2 = У1 произвольным количеством контролируемого материала.
4. Определяют массу т сыпучего материала с получением выходного сигнала в виде давления Р19 сжатого воздуха Р19 = кт , где к - коэффициент пропорциональности.
5. Определяют время /1 изменения давления в емкости объемом У2, заполненной контролируемым материалом, на заданную величину АР = Р16 - Ратм .
6. По разности времен заполнения Аt = ^ ^ судят об удельном объеме кон-
тролируемого материала.
Список литературы
1. Патент № 2162596 РФ. Способ измерения плотности / Д.М. Мордасов, М. М. Мордасов, Н.А. Булгаков // Открытия. Изобретения, 2001, № 3.
2. Мордасов М. М., Мордасов Д. М., Булгаков Н. А. Пневматическое времяим-пульсное устройство для измерения плотности сыпучих материалов // Вестник ТГТУ. 2000. - Т. 6, № 2. - С. 201-206.
3. Мордасов М.М., Мордасов Д.М., Булгаков Н.А. Пневматические времяим-пульсные методы контроля объема, массы и плотности сыпучих материалов. - Тамбов: ТГТУ, 1999. - 18 с. - Деп. в ВИНИТИ № 3423-В99.
Pneumatic Control Device of Solid Phase Specific Volume of Heterogeneous Systems D.M. Mordasov
Department of Automated Systems and Devices, TSTU
Key words and phrases: heterogeneous systems; pneumatic chamber; pneumatic device; specific volume.
Abstract: Pneumatic device, employing control method of solid phase specific volume of heterogeneous systems is developed. Its design and operating principle is given. Results of theoretical research are presented.
Pneumatische Anlage fur die Kontrolle des spezifischen Volumens der Hartphase
der Heterogenensysteme
Zusammenfassung: Es ist pneumatische Anlage, die die Kontrollmethode des spezifischen Volumens der Hartphase der Heterogensysteme realisiert, erarbeitet. Es wird die Beschreibung ihrer Konstruktion und des Wirkungsprinzips gegeben. Es sind die Ergebnisse der theoretischen Untersuchungen angefuhrt.
Dispositif pneumatique du controle du volume specifique de la phase solide des systemes heterogenes
Resume: On a elabore le dispositif pneumatique qui realise la methode du controle du volume specifique de la phase solide des systemes heterogenes. On a donne la description de sa construction et de son principe du fonctionnement. On a cite les resultats de l’etude theorique.
