Дозатор газа
Полезная модель относится к дозаторам газа и обеспечивает повышение точности и надежности дозирования малых объемов газов.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение точности процесса дозировки газа между полостями в условиях изменяющихся колебаний его в источнике путем автоматизации движения кольцевого магнита посредством взаимосвязи его привода с электродвигателем и регуляторами давления и температуры.
Технический результат по поддержанию постоянства точности и надежности дозировки поступления газа в условиях колебания давления в его источнике и температуры на выходе дозируемого газа достигается тем, что дозатор газа включает две сообщенные между собой полости, патрубки входа и выхода газа, установленную между полостями с возможностью вертикального перемещения перегородку, при этом перегородка выполнена из магнитной жидкости, расположенной между патрубками входа и выхода газа, удерживается через воздушный зазор магнитным полем кольцевого магнита, а ее свободные поверхности имеют форму вогнутого мениска, определяемого неоднородностью магнитного поля в радиальном направлении, причем внутри кольцевого магнита соосно с ним размещена катушка индуктивности, дозатор газа снабжен приводом кольцевого магнита, включающим электродвигатель, гибкую передачу и регулятор давления, содержащий последовательно соединенные блок сравнения, блок задания, электронный усилитель с блоком нелинейной обратной связи и магнитный усилитель с выпрямителями на выходах, установленный между электродвигателем и гибкой передачей, регулятором скорости вращения привода кольцевого магнита, представляющим собой блок порошковых электромагнитных муфт, подключенных к магнитному усилителю и датчиком давления, размещенным в патрубке входа газа и соединенным с блоком сравнения регулятора давления, при этом привод кольцевого магнита снабжен регулятором температуры, содержащим последовательно соединенные блок сравнения, блок задания, электронный усилитель с блоком нелинейной обратной связи и магнитный усилитель с выпрямителями на выходах и взаимодействующий с регулятором скорости вращения, а также датчиком температуры, размещенным в патрубке выхода газа и соединенным с блоком сравнения регулятора температуры.
Полезная модель относится к дозаторам газа и обеспечивает повышение точности и надежности дозирования малых объемов газов.
Известен дозатор газа (см. патент РФ 
2273002, МПК G01F 11/00, 2006, Бюл 9), включающий две сообщенные между собой полости, патрубки входа и выхода газа, установленную между полостями с возможностью вертикального перемещения перегородку, при этом перегородка выполнена из магнитной жидкости, расположенной между патрубками входа и выхода газа, удерживается через воздушный зазор магнитным полем кольцевого магнита, а ее свободные поверхности имеют форму вогнутого мениска, определяемого неоднородностью магнитного поля в радиальном направлении, причем внутри кольцевого магнита соосно с ним размещена катушка индуктивности.
Недостатком является невозможность ручного адекватного регулирования характера перемещения кольцевого магнита на<колебания давления газа в его источнике.
Известен дозатор газа (см. патент РФ 2366903 G01F 11/00 опубл. 2009 Бюл. 25), включающий две сообщенные между собой полости, патрубки входа и выхода газа, установленную между полостями с возможностью вертикального перемещения перегородку, при этом перегородка выполнена из магнитной жидкости, расположенной между патрубками входа и выхода газа, удерживается через воздушный зазор магнитным полем кольцевого магнита, а ее свободные поверхности имеют форму вогнутого мениска, определяемого неоднородностью магнитного поля в радиальном направлении, причем внутри кольцевого магнита соосно с ним размещена катушка индуктивности, отличающийся тем, что снабжен приводом кольцевого магнита, включающим электродвигатель, гибкую передачу и регулятор давления, содержащий последовательно соединенные блок сравнения, блок задания, электронный усилитель с блоком нелинейной обратной связи и магнитный усилитель с выпрямителями на выходах, установленным между электродвигателем и гибкой передачей, регулятором скорости вращения привода кольцевого магнита, представляющим собой блок порошковых электромагнитных муфт, подключенных к магнитному усилителю, и датчиком давления, размещенным в патрубке входа газа и соединенным с блоком сравнения регулятора давления.
Недостатком является ограничение точности регулирования расхода газа из-за отсутствия контроля изменения температуры на выходе в условиях изменяющихся колебаний давления источника при последующем процессе дозировки.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение точности процесса дозировки газа между полостями в условиях изменяющихся колебаний его в источнике путем автоматизации движения кольцевого магнита посредством взаимосвязи его привода с электродвигателем и регуляторами давления и температуры.
Технический результат по поддержанию постоянства точности и надежности дозировки поступления газа в условиях колебания давления в его источнике и температуры на выходе дозируемого газа достигается тем, что дозатор газа включает две сообщенные между собой полости, патрубки входа и выхода газа, установленную между полостями с возможностью вертикального перемещения перегородку, при этом перегородка выполнена из магнитной жидкости, расположенной между патрубками входа и выхода газа, удерживается через воздушный зазор магнитным полем кольцевого магнита, а ее свободные поверхности имеют форму вогнутого мениска, определяемого неоднородностью магнитного поля в радиальном направлении, причем внутри кольцевого магнита соосно с ним размещена катушка индуктивности, дозатор газа снабжен приводом кольцевого магнита, включающим электродвигатель, гибкую передачу и регулятор давления, содержащий последовательно соединенные блок сравнения, блок задания, электронный усилитель с блоком нелинейной обратной связи и магнитный усилитель с выпрямителями на выходах, установленный между электродвигателем и гибкой передачей, регулятором скорости вращения привода кольцевого магнита, представляющим собой блок порошковых электромагнитных муфт, подключенных к магнитному усилителю и датчиком давления, размещенным в патрубке входа газа и соединенным с блоком сравнения регулятора давления, при этом привод кольцевого магнита снабжен регулятором температуры, содержащим последовательно соединенные блок сравнения, блок задания, электронный усилитель с блоком нелинейной обратной связи и магнитный усилитель с выпрямителями на выходах и взаимодействующий с регулятором скорости вращения, а также датчиком температуры, размещенным в патрубке выхода газа и соединенным с блоком сравнения регулятора температуры.
На фиг.1 схематически изображен дозатор газа.
Дозатор содержит полость 1, являющуюся источником газа; и полость 2, в которую дозируется малыми объемами газ из полости 1. Между патрубком входа 3 и выхода 4 дозируемого газа размещена перегородка 5, выполненная из магнитной жидкости, удерживаемая магнитным полем кольцевого магнита 6 соосно с которым размещена катушка индуктивности с возможностью вертикального перемещения совместно с кольцевым магнитом 6 благодаря воздушному зазору 7. Обе свободные поверхности 8 и 9 магнитной жидкости, в качестве которой выполнена перегородка 5, имеют форму вогнутого мениска, что обусловлено неоднородностью магнитного поля в радиальном направлении.
Дозатор газа снабжен приводом кольцевого магнита 6, включающим электродвигатель 10, гибкую передачу 11 (например, ременную) и регулятор давления 12, содержащий последовательно соединенные блок сравнения 13, блок задания 14, электронный усилитель 15 с блоком нелинейной обратной связи 16, магнитный усилитель 17 с выпрямителями на выходах, установленным между электродвигателем 10 и гибкой передачей 11, регулятором 18 скорости перемещения кольцевого магнита 6, представляющим собой блок порошковых электромагнитных муфт, подключенных к магнитному усилителю 17, и датчиком давления 19 размещенным в патрубке входа газа и соединенным с блоком сравнения 13 регулятора давления 12. Выход блока сравнения 13 соединен с входом электромагнитного усилителя 15, а выход его соединен со входом магнитного усилителя 17, выпрямители на выходах которого подключены к регулятору 18 скорости перемещения кольцевого магнита 6.
Привод кольцевого магнита 6 снабжен регулятором температуры 20 через регулятор 18 скорости вращения электродвигателя 10. Регулятор температуры 20 содержит последовательно соединены блок сравнения21, блок задания 22, электронный усилитель 23 с блоком нелинейной обратной связи 24 и магнитный усилитель 25 с выпрямителями на выходах и взаимодействующий с регулятором скорости вращения 18 в виде блока порошковых электромагнитных муфт, а также датчиком температуры 26. размещенным в патрубке выхода 4 дозируемого газа и соединенным с блоком сравнения 21 регулятора температуры 20.
Дозатор газа работает следующим образом. Газ из полости 1 поступает к перегородке 5, выполненной из магнитной жидкости, и контактирует со свободной поверхностью 8, имеющей форму вогнутого мениска. При заданных условиях процесса дозировки, например, 0,1% от объема источника газа полости 1 электродвигатель 10 через блок порошковых электромагнитных муфт регулятора скорости 18 и гибкую передачу 11 вертикально перемещает перегородку 5, и под воздействием смещения магнитной системы кольцевого магнита 6, соосно с которым размещена катушка индуктивности, осуществляется принудительный разрыв магнитной жидкости-перегородки 5, и заданный малый объем дозируемого газа из полости 1 через патрубок 3 поверхности 8, имеющей вид вогнутого мениска, перегородки 5 поступает через поверхность 9, имеющую вид вогнутого мениска в патрубок 4 и далее в полость 2.
В процессе перемещения газа из полости 1 в полость 2 через перегородку 5 осуществляется его дроссирование со снижением температуры - эффект Джоуля-Томсона (см. например, стр.190 Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: 1980 - 469 с. Ил.), что приводит к увеличению плотности дозируемого газа и, как следствие того, отклонению в большую сторону необходимого расхода, т.е. наблюдается снижение порога чувствительности процесса регулировки поступления газа в полость 2. Для устранения данного явления дозатор снабжается регулятором температуры 20 с датчиком температуры 26, размещенном в патрубке 4. Тогда сигнал от датчика температуры 26 поступает в регулятор температуры 20 с величиной, превышающей нормированный сигнал блока 22 задания, и на выходе блока 21 сравнения появится сигнал отрицательной полярности, поступающий на вход электронного усилителя 23. Одновременно с сигналом отрицательной обратной связи от блока 24 нелинейной обратной связи сигнал с выхода электронного усилителя 23 поступает на вход магнитного усилителя 25. где он усиливается по мощности, выпрямляется и поступает на обмотку блока порошковых электромагнитных муфт регулятора 18 скорости вращения электродвигателя 10. Отрицательная полярность сигнала электронного усилителя 23 вызывает уменьшение тока возбуждения на выходе магнитного усилителя 25, тем самым, уменьшая передаваемый блоком порошковых электромагнитных муфт момент от электродвигателя 10 к гибкой передаче 11. В результате перегородка 5 перемещается на меньшую величину для осуществления принудительного разрыва по сравнению с нормированным давлением, тем самым, уменьшая объем источника газа полости 1 и соответственно увеличивая в ней давление, и, как следствие, поддерживает заданный расход дозируемого газа.
Следовательно, совместная регистрация изменения давления и температуры в полости 2 увеличивает порог чувствительности дозировки газа.
При колебании давления в полости 1 в сторону увеличения для условий нормированной дозировки газа поступает сигнал с датчика давления 19, установленного в патрубке входа 3, который имеет значение ниже нормированного значения сигнала блока 14 задания и на выходе блока 13 сравнения появится сигнал положительной полярности, поступающий на вход электронного усилителя 15. Положительная полярность сигнала электронного усилителя 15 вызывает увеличение тока возбуждения на выходе магнитного усилителя 17, и тем самым увеличивается передаваемый блоком порошковых электромагнитных муфт момент от электродвигателя 10 к гибкой передаче 11. В результате кольцевой магнит 6 с катушкой индуктивности благодаря воздушному зазору 7 свободно перемещается вертикально вверх, тем самым, увеличивая объем газа в полости 1 и уменьшая в ней давление, соответственно поддерживая заданный расход дозируемого воздуха.
Уменьшение давления в полости 1 снижает количество дозируемого газа, перетекающего через разрыв перегородки 5, устраняя появление эффекта Джоуля-Томсона. В результате регистрируемая температура датчиком 26 не приводит к совершению операций переключения в регуляторе температуры 20 и соответствующему воздействию на регулятор скорости 18.
При колебании давления в полости 1 в сторону уменьшения для условий нормированной дозировки газа поступает сигнал с датчика давления 19, установленного в патрубке входа 3, превышающий нормированный сигнал блока 14 задания, и на выходе блока 13 сравнения появится сигнал отрицательной полярности, поступающий на вход электронного усилителя 15, одновременно с сигналом отрицательной обратной связи от блока 16 нелинейной обратной связи. Сигнал с выхода электронного усилителя 15 поступает на вход магнитного усилителя 17, где он усиливается по мощности, выпрямляется и поступает на обмотку блока порошковых электромагнитных муфт регулятора 18 скорости вращения электродвигателя 10. Отрицательная полярность сигнала электронного усилителя 15 вызывает уменьшение тока возбуждения на выходе магнитного усилителя 17, тем самым, уменьшая передаваемый блоком порошковых электромагнитных муфт момент от электродвигателя 10 к гибкой передаче 11. В результате перегородка 5 перемещается на меньшую величину для осуществления принудительного разрыва по сравнению с нормированным давлением, тем самым, уменьшая объем источника газа полости 1 и соответственно увеличивая в ней давление, и, как следствие, поддерживает заданный расход дозируемого газа.
Оригинальность предлагаемого изобретения заключается в повышении уровня точности и надежности дозировки газа, которое достигается путем автоматизации процесса вертикального перемещения кольцевого магнита с перегородкой из магнитной жидкости за счет снабжения дозатора электродвигателем с гибкой передачей и регуляторами давления и температуры, обеспечивающими взаимосвязь регулятора скорости и регистрируемого посредством датчиков измерения температуры и давления. В результате обеспечивается равномерное и более четкое колебательное перемещение магнитной системы адекватно характеру изменения давления в источнике газа и его температуры в полости после дозирования.
Дозатор газа, включающий две сообщенные между собой полости, патрубки входа и выхода газа, установленную между полостями с возможностью вертикального перемещения перегородку, при этом перегородка выполнена из магнитной жидкости, расположенной между патрубками входа и выхода газа, удерживается через воздушный зазор магнитным полем кольцевого магнита, а ее свободные поверхности имеют форму вогнутого мениска, определяемого неоднородностью магнитного поля в радиальном направлении, причем внутри кольцевого магнита соосно с ним размещена катушка индуктивности, при этом дозатор газа снабжен приводом кольцевого магнита, включающим электродвигатель, гибкую передачу и регулятор давления, содержащий блок задания, установленный так, что при появлении на нем сигнала ниже нормированного на выходе блока сравнения возникает сигнал положительной полярности, последовательно соединенные блок сравнения, электронный усилитель с блоком нелинейной обратной связи и магнитный усилитель с выпрямителями на выходах, установленным между электродвигателем и гибкой передачей, регулятором скорости вращения привода кольцевого магнита, представляющим собой блок порошковых электромагнитных муфт, подключенных к магнитному усилителю, и датчиком давления, размещенным в патрубке входа газа и соединенным с блоком сравнения регулятора давления, отличающийся тем, что привод кольцевого магнита снабжен регулятором температуры, содержащим блок задания, установленный так, что при появлении на нем значения сигнала выше нормированного на выходе блока сравнения возникает сигнал отрицательной полярности, последовательно соединенные блок сравнения, электронный усилитель с блоком обратной связи и магнитный усилитель с выпрямителями на выходах и взаимодействующий с регулятором скорости вращения, а также датчиком температуры, размещенным в патрубке выхода газа и соединенным с блоком сравнения регулятора температуры.
