CS245934B1

CS245934B1 - Wiring for protection of pressure sensors with electrical output

Info

Publication number: CS245934B1
Application number: CS847142A
Authority: CS
Inventors: Jiri Novak; Jiri Zejda; Miroslav Litomisky
Original assignee: Jiri Novak; Jiri Zejda; Miroslav Litomisky
Priority date: 1984-09-21
Filing date: 1984-09-21
Publication date: 1986-10-16
Also published as: CS714284A1

Abstract

Řečení se týká zapojení pro ochranu tlakových snímačů s elektrickým výstupem, které jsou použity v pneumatických obvo-r dech k měření tlaku a/nebo průtoku plynů, v nichž může při havarijních nebo mimořádných stavech .d£jít k tlakovému přetížení s následnou destrukcí tlakových snímačů. Podstata řešení spočívá v oddělení části pneumatického obvodu, v níž jsou . zařazeny tlakové snímače, elektricky ovládanými ventily, řízenými elektrickými signály tlakových snímačů při překročení povolené úrovně tohoto signálu. Při dalším případném nárůstu tlaku v této části pneumatického obvodu je navíc otevřen odpouštěcí ventil, jímž je přetlak odveden např. do atmosféry. Řešení může být použito ve všech případech, kdy je k měření tlaku nebo průtoku v pneumatických obvodech užito tlakových snímačů s elektrickým snímačem, například tenzometrických, které nejsou odolné proti tlakovému přetížení. Vynálezu je s výhodou využito při elektronickém řízeni průtoku plynů v plynovém chromatografu.The solution concerns a circuit for protecting pressure sensors with an electrical output, which are used in pneumatic circuits for measuring pressure and/or gas flow, in which, in emergency or extraordinary conditions, pressure overload may occur with subsequent destruction of the pressure sensors. The essence of the solution lies in the separation of the part of the pneumatic circuit in which the pressure sensors are included, electrically operated valves controlled by electrical signals of the pressure sensors when the permitted level of this signal is exceeded. In the event of a further possible increase in pressure in this part of the pneumatic circuit, a relief valve is additionally opened, through which the excess pressure is discharged, e.g. to the atmosphere. The solution can be used in all cases where pressure sensors with an electrical sensor, for example strain gauges, which are not resistant to pressure overload, are used to measure pressure or flow in pneumatic circuits. The invention is advantageously used in electronic control of gas flow in a gas chromatograph.

Description

Vynález se týká zapojení pro ochranu tlakových snímačů s elektrickým výstupem, například tenzometrických, použitých pro měření průtoku a/nebo přetlaku plynů, které, jsou přiváděny například k technologickému zařízení. Zapojení využívá elektrických výstupů snímačů pro řízení ochranných elektricky ovládaných ventilů.BACKGROUND OF THE INVENTION The invention relates to circuitry for the protection of pressure sensors with an electrical output, for example strain gauges, used to measure the flow and / or overpressure of gases, which are fed, for example, to a process device. The wiring uses the electrical outputs of the sensors to control the protective electrically operated valves.

Do současné doby se pro regulaci průtoku plynů používaly převážně mechanické jehlové ventily ve spojení s redukčními ventily s násladným měřením průtokoměrem, například bublinkovým v případě velmi malých průtoků, případně ventily se servomechanickým pohonem s následným měřením kalorimetrickou metodou. Uvedené způsoby regulace průtoku plynů neumožňovaly automatizaci buň vůbec, nebo jen se značnou časovou konstantou a sníženou přesností. Navíc je tento způsob málo vhodný pro přesnou automatickou regulaci malých průtoků plynů s rychlou odezvou, což se vyžaduje například v plynové chromatografii. Při použití elektro nické regulace se měří průtoky a tlaky plynů zpravidla snímači s elektrickým výstupem, například tenzometrickými. Tyto snímače jsou vhodné z hlediska vysoké citlivosti a rychlé odezvy, ale jsou málo odolné proti tlakovému přetížení. Výměna tenzometrického snímače poškozeného nadměrným tlakem je spojena s náročnou mechanickou montáží a vyžaduje následné elektrické cejchování nového snímače. Mimoto jsou tlakové snímače upravené pro použití v uzavřených pneumatických obvodech velmi nákladné.Until now, mostly mechanical needle valves have been used for gas flow control in conjunction with pressure reducing valves with flowmeter measurement, for example, bubble valves for very low flow rates, or servomechanically driven valves followed by calorimetric measurement. Said methods of regulating the gas flow did not allow the automation of the cells at all, or only with a considerable time constant and reduced accuracy. In addition, this method is poorly suited for the precise automatic control of small, fast flow rates of gas, as required for example in gas chromatography. When using electronic control, gas flows and pressures are usually measured by sensors with electrical output, for example strain gauges. These sensors are suitable in terms of high sensitivity and rapid response, but are poorly resistant to pressure overload. Replacement of the strain gauge sensor damaged by excessive pressure is associated with demanding mechanical assembly and requires subsequent calibration of the new sensor. Furthermore, pressure sensors adapted for use in closed pneumatic circuits are very expensive.

245 934245 934

Dosavadní nevýhoda tlakových snímačů s elektrickým výstupem, spojívající v jejich citlivosti na tlakové přetížení, je odstraněna zapojením podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že elektrické výstupy všech diferenčních tlakových snímačů, které jsou zapojeny v přívodech plynů s tlakovým výstupem ve stejné technologické skupině, jsou připojeny ke vstupu druhého komparátoru, v němž se jejich signál porovnává s předem zadanou srovnávací úrovní. Elektrické výstupy všech tlakových snímačů, tedy přetlakových i diferenčních, které jsou zapojeny v téže technologické skupině v přívodech plynů s beztlakovým výstupem, jsou připojeny ke vstupu prvního komparátoru. Výstupy obou komparétorů jsou připojeny ke vstupu povelového obvodu, jehož výstupy jsou spojeny s ovládacími prvky všech ochranných ventilů zařazených do všech plynových přívodů této technologické skupiny, to jest vstupních, výstupních a odpouštěcích ochranných ventilů. Podstata vynálezu spočívá dále v tom, že každý z elektrických výstupů přetlakových i diferenčních snímačů je připojen přes zesilovač s nastavitelnou úrovní výstupního signálu k dělicímu obvodu. Výstupy dělicích obvodů všech snímačů jsou společně připojeny ke vstupu prvního komparátoru. Výstupy zesilovačů s nastavitelnou úrovní výstupního signálu, připojených k výstupům diferenční tlakových snímačů v přívodech plynů s tlakovým výstupem, jsou současně přes další dělicí obvody spojeny se vstupem druhého komparátoru. Srovnávací úroveň prvního komparátoru je přitom nižší než srovnávací úroveň druhého komparátoru.The current disadvantage of pressure output pressure sensors, which combine their sensitivity to pressure overload, is eliminated by the circuit according to the invention, which is based on the fact that the electrical outputs of all differential pressure sensors that are connected in gas inlets with pressure output in the same technology group. they are connected to the input of a second comparator in which their signal is compared to a predetermined comparison level. The electrical outputs of all pressure sensors, both overpressure and differential, which are connected in the same technology group in the gas inlets with a non-pressure output, are connected to the input of the first comparator. The outputs of both comparators are connected to the input of the command circuit, the outputs of which are connected to the control elements of all the protective valves included in all gas inlets of this technology group, i.e. the inlet, outlet and discharge protection valves. The principle of the invention is further characterized in that each of the electrical outputs of the pressure and differential sensors is connected via an amplifier with an adjustable output signal level to a splitter circuit. The outputs of the separation circuits of all sensors are connected together to the input of the first comparator. Outputs of amplifiers with adjustable output signal level, connected to the outputs of differential pressure sensors in the gas inlets with pressure output, are simultaneously connected to the input of the second comparator via other dividing circuits. The comparator level of the first comparator is lower than the comparator level of the second comparator.

Podstatou zapojení podle vynálezu je dále to, že do napájecích obvodů všech použitých snímačů jsou zapojeny proudové kon trolní prvky, jejichž výstupy jsou společně připojeny přes součtový obvod k povelovému obvodu. Podstatou vynálezu je konečně také to, že do přívodu plynů s beztlakových výstupem může být zapojen pouze diferenční tlakový snímač a k jeho ochraně pouze vstupní ochranný ventil.The principle according to the invention is furthermore based on the fact that current control elements are connected to the supply circuits of all the sensors used, the outputs of which are connected together via a summation circuit to a command circuit. Finally, it is also an object of the invention that only a differential pressure sensor can be connected to the gas supply with a non-pressurized outlet and only an inlet safety valve can be connected to protect it.

Uvedené řešení má výhodu především v tom, že dokonale chrání nákladné tlakové snímače při všech poruchových stavech,This solution has the advantage, in particular, that it perfectly protects expensive pressure sensors in all fault conditions,

-3 245 934 ke kterým může dojít v pneumatických i elektrických obvodech, například při náhlém porušení /prasknutí/ nebo ucpání některé části pneumatického obvodu regulátoru plynů, při závadách v elektrickém zapojení včetně výpadku elektrického napájení apod. Další výhodou je to, že ochrana je nezávislá na funkci řídícího prvku regulátoru, například mikroprocesorového systému, takže zůstává v činnosti i při jeho případném výpadku nebo odpojení. Ochrana tlakových snímačů podle vynálezu chrání tyto citlivé měřicí prvky i proti chybám a nesprávným zásahům obv sluhy. Elektrické zapojení umožňuje jednoduché nastavení srovnávacích úrovní a jednoduchou kombinaci okruhů regulovaných plynů s tlakovým a beztlakovým výstupem® Výhodou zapojení podle vynálezu je také to, že po odeznění poruchového stavu /s výjimkou výpadku sítě/ se ventily samočinně uvedou do stavu, ve kterém se nacházely před ním.-3 245 934 which can occur in both pneumatic and electrical circuits, for example in the event of a sudden break / rupture or clogging of some part of the gas regulator pneumatic circuit, electrical faults including power failure, etc. Another advantage is that the protection is independent function of the controller of the controller, for example the microprocessor system, so that it remains in operation even in the event of its failure or disconnection. The pressure sensor protection according to the invention protects these sensitive measuring elements against errors and incorrect intervention by the operator. The electrical connection allows simple adjustment of comparative levels and a simple combination of regulated gas circuits with pressure and non-pressure output® The advantage of the connection according to the invention is also that after the fault condition has elapsed (except in the event of mains failure). him.

Příkladné využití vynálezu je zobrazeno na připojených obrázcích č. 1, 2 a 3. Na obr. 1 jsou znázorněny tři okruhy regulovaných plynů plynového chromatografu, kde první okruh má tlakový výstup /do kolony a detektoru/ a je použit pro regulaci průtoku nosného plynu, například dusíku nebo helia. Druhý a třetí okruh s beztlakovým výstupem je použit pro regulaci vzduchu a vodíku pro plamínek plamenoionizačního detektoru. Poněvadž v jejich výstupu není zařazen žádný škrtící prvek, považují se tyto dva přívody za beztlakové - po uzavření jejich vstupního ochranného ventilu /V1/ v nich nemůže narůstat tlak. Na obr. 2 jsou znázorněny následující možné stavy okruhu s tlakovým výstupem: a/ provozní stav, b/ stav při překročení první srovnávací úrovně, c/ stav při překročení druhé srovnávací úrovně. Obr. 3 představuje elektrické zapojení, jímž se dociluje uvedení ochranných ventilů do popsaných provozních a poruchových stavů.An exemplary application of the invention is shown in the accompanying Figures 1, 2 and 3. Figure 1 shows three gas chromatographic gas circuits, wherein the first circuit has a pressure outlet (column and detector) and is used to control the carrier gas flow, nitrogen or helium. The second and third circuits with a non-pressurized output are used to control the air and hydrogen for the flame of the flame ionization detector. Since there is no throttling element in their outlet, these two inlets are considered to be non-pressurized - they cannot build up pressure after closing their inlet valve (V1). Figure 2 shows the following possible states of the pressure output circuit: a / operating state, b / state when the first benchmark is exceeded, c / state when the second benchmark is exceeded. Giant. 3 is an electrical wiring for bringing the safety valves to the operating and fault conditions described.

V popsaném využití vynálezu je přívod plynu J. připojen přes vstupní ochranný ventil VI k regulačnímu ventilu 2., jehož výstup je spojen přes měřicí prvek 2 ³ výstupem plynu £. Paralelně k měřicímu prvku 2 3^e připojen tenzometrický diferenční tlakový snímač PD. V okruhu plynu s tlakovým výstupem je k výstupu regulačního ventilu 2 připojen odpouštěcí ochranný ventil V3 a k výstupu měřicího prvku 2 3^Q připojen jednak pře- 4 245 934 tlakový snímač PP a výstupní ochranný ventil V2, zařazený před výstup plynu £.In the described application of the invention the gas inlet is connected across the input J. protective valve V to the second control valve, whose outlet is connected via a measuring element 2 through the gas outlet ³ £. In parallel to the measuring element 2, ³ and attached strain gauge differential pressure sensor PD. In the gas circuit with a pressure outlet, a pressure relief valve V3 is connected to the output of the control valve 2 and a pressure sensor PP and an outlet safety valve V2 upstream of the gas outlet ^{6 are} connected to the output of the measuring element 2 3 ^Q.

V elektrickém zapojení podle obr. 3 jsou můstky tlakových snímačů PP, PD připojeny k napájecím zdrojům £1 až ££ přes proudové kontrolní prvky 61 až 64. Výstupy těchto můstků jsou připojeny ke vstupům zesilovačů 71 až 74. jejichž výstupy jsou přes dělicí obvody DO1 až DO£ spojeny se vstupem prvního komparátoru 8. Výstup zesilovače 71 diferenčního tlakového snímače PD1. zařazeného v okruhu plynu s tlakovým výstupem, je mimoto spojen přes další dělicí obvod D05 se vstupem druhého komparátoru χ. Výstupy obou komparátorů 8.9 jsou připojeny ke vstupu povelového obvodu 10. K němu jsou připojeny rovněž proudové kontrolní prvky 61 až 64 pře3 součtový obvod £1.· K výstupu povelového obvodu 10 jsou připojena ovládací vinutí vstupních ochranných ventilů V1. V1*. V1»». výstupního ochranného ventilu V2 a odpouštěcího ventilu V3.In the electrical circuit of FIG. 3, the pressure transducer bridges PP, PD are connected to power supply units 61 to 64 via current control elements 61-64. The outputs of these bridges are connected to the inputs of amplifiers 71-74, the outputs of which are via the DO1 separation circuits to DO 6 are connected to the input of first comparator 8. Output of amplifier 71 of differential pressure sensor PD1. connected in the gas circuit with a pressure outlet, it is furthermore connected via a further dividing circuit D05 to the input of the second comparator χ. The outputs of the two comparators 8.9 are connected to the input of the command circuit 10. The current control elements 61 to 64 of the summation circuit 61 are also connected thereto. The control windings of the input protective valves V1 are connected to the output of the command circuit 10. V1 *. V1 »». outlet safety valve V2 and drain valve V3.

Toto pneumatické a elektrické zapojení chrání tlakové snímače následujícím způsobem: Překročí-li tlak kteréhokoli vThis pneumatic and electrical wiring protects the pressure transducers as follows:

snímače první srovnávací úroveň, nastavenou v prvním komparátoru 8, která může být například 105 % jmenovité hodnoty snímačů, uzavře povelový obvod 10 vstupní a výstupní ochranné ventily V1,V2 všech regulovaných plynů dané větve chromatografu, to jest nosného plynu, vzduchu i vodíku. Ke stejnému zákroku dojde v případě poklesu tlaku do záporných hodnot, například při poklesu tlaku pod úroveň -5 % jmenovité hodnoty kteréhokoli snímače. Při překroěení druhé srovnávací úrovně která je vyšší než první /Například í 110 % jmenovité hodnoty/ zabezpečí u diferenčního tlakového snímače PPI v okruhu plynu s tlakovým výstupem druhý komparátor X přes povelový obvod navíc otevření odpouštěcího ventilu V2 tohoto okruhu. Uvedené úrovně se nastavují jednoduchým způsobem volbou hodnot dělicích obvodů D01 až D05.The first comparator level set in the first comparator 8, which may be, for example, 105% of the nominal value of the sensors, closes the command circuit 10 of the inlet and outlet protection valves V1, V2 of all regulated gases of the chromatographic branch, i.e. carrier gas, air and hydrogen. The same procedure occurs when the pressure drops to negative values, for example when the pressure drops below -5% of the nominal value of any sensor. If the second comparison level is higher than the first (e.g. 110% of the nominal value), for the differential pressure sensor PPI in the gas circuit with the pressure output, the second comparator X also opens the bleed valve V2 through the command circuit. These levels are set in a simple way by selecting the values of the dividing circuits D01 to D05.

Při ztrátě napájení tlakových snímačů, například při poruše některého z napájecích zdrojů 51 až 54 zajistí součtový obvod 11 uzavření vstupních a výstupních ochranných ventilů obdobně jako při překročení tlaku první srovnávací úrovně, poněvadž tento zákrok je prováděn stejným koaparátorem.In the event of a loss of power to the pressure sensors, for example in the event of a failure of one of the power supplies 51-54, the summing circuit 11 ensures the closing of the inlet and outlet protection valves similarly as when the first comparative pressure is exceeded.

- 5 245 934- 5 245 934

Vynálezu je možno použít ve všech případech, kde jsou k měření tlaku používány tlakové snímače s elektrickým výstupem, například tenzometrické, k jejichž destrukci může dojít při překročení tlaku nad povolenou úroveň·The invention can be used in all cases where pressure sensors with electrical output, such as strain gauges, are used to measure the pressure, which can be destroyed if the pressure exceeds the allowable level.

Claims

SUBJECT TO OVER

1. A wiring for protecting an electric output, e.g. strain gauge used to measure the flow and / or overpressure of gases fed to process equipment, using the electrical outputs of these sensors to control protective electrically operated valves, characterized in that the electrical outputs of all differential pressure sensors (PD) connected in the same technology group in gas inlets with pressure output are connected to the input of the second comparator (9), electrical outputs of all pressure sensors (PP) and all differential pressure sensors (PD) connected in gas inlets with pressure output to the input of the first comparator (8), the outputs of both comparators (8,9) being connected to the input of the command circuit (10), the outputs of which are connected to the control elements of the inlet safety valves (VL) of the outlet protection valves (V2) and exhaust relief valves (V3) included in all gas inlets of the same technology group.

2. Connection according to claim 1, characterized in that each of the electrical outputs of the differential pressure sensors (PD) and the pressure sensors (PP) is connected to an isolating circuit (DO) via an amplifier (7) with an adjustable output signal level. (DO) of all sensors (PD, PP) are connected together to the input of the first comparator (8).

3. Connection according to points 1 and 2, characterized in that the outputs of amplifiers (7) with adjustable output signal level, connected to the outputs of differential pressure sensors (PD) connected to the gas inlets with pressure output, are simultaneously connected through other dividing circuits / DO / to the second comparator input / 9 / ·

6,245,934

Connection according to Claims 1 to 3, characterized in that current control elements (6) are connected to the supply circuits of all sensors (PD, PP), the outputs of which are connected together via the summing circuit (11) to the command circuit (10). .

5 · Connection according to points 1 to í. they are indicated by c 1, wherein the comparator level of the first comparator (8) is less than the comparator level of the second comparator (9).

Connection according to Claims 1 to 5 (characterized in that only a differential pressure sensor (PD) and an inlet safety valve (VI) are connected to the gas supply with a pressure-free outlet.