SU1428449A1 - Устройство дл получени дисперсных систем в жидкой среде - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к вибрационной технике, может быть использовано дл  получени  и переработки различных веществ в химической, нефт ной и др. отрасл х промьштенности и позвол ет улучшить качество продук- щш за счет повышени  устойчивости режима резонансного виброперемёпшва- ни . Устройство дл  получени  дисперсных систем в жидкой среде содер- зкит сосуд 1, установленный на подвкж- йой платформе вибратора 2, электри- ческие цепи которого св заны с усилителем 3 мощности, и датчик 4 давлени , выход которого соединен со входом электронного блока 5 настройки, подключенного к входу усилител  3 мовг., мости вибратора 2.2 з.п. ф-лы, S 6 ил.

Description

Фг/г/

Изобретение относитс  к вибраци- онной технике и может быть использо- вано дл  получени  и переработки различных веществ с помощью режима ре- , зонансного виброперемешивани  (вибро- турбулизации) в химической, микробиологической , нефт ной, пишевой и других отрасл х промьшшенности.

Целью ивобретеии   вл етс  улуч- fg шение качества продукции за счет по- вьшени  устойчивости режима резонансного виброперемешивани .

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства дл  получени  дисперсных 15 систем в жидкой среде; на фиг. 2. - блок-схема электронного блока настройки; на фиг. 3 - амплитудно-частотна  характеристика изменени  давлени  (Р) в колеблющейс  газожидкост-20 ной среде; на фиг. 4 - фазочастотна  характеристика изменени  давлени  в колеблющейс  газожидкостной фазе; на фиг. 5 - блок-схема электронного блока настройки с згправлением по фазо- 25 частотной характеристике; на фиг,6 - схема блока задержки.

Устройство содержит (фиг. 1) сосуд 1 с входным и выходным патрубками, установленный на подвижной платформе 39 вибратора 2, электрические цепи которого св заны с усилителем 3 мощности. 1 Б полости сосуда 1 на его стенке установлен датчик 4 давлени , выход которого соединен с входом электронного блока 5 настройки, подключенного 35 к входу усилител  3 мощности вибрато- В 2.

Электронный блок 5 настройки (фиг. 2) содержит генератор 6 такто- .р вых импульсов, который через вентиль 7 соединен с входом реверсивного счетчика 8 импульсов. Выходы счетчика 8 импульсов подключены к соответствующим входам цифроаналогового пре--дс образовател  9. Датчик 4 давлени  подключен к согласующему преобразова- телю 10,вь1ход которого одновремен- но подключен к входам компаратора 11 и инвертирукнцему входу дифференци- - ального усилител  12. Неинвертирующий вход дифференциального усилител  12 соединен с выходом блока 9, а выход подключен к входу преобразовател  13 напр жени  в частоту. Между компарато-i ром 11 и вентилем 7 включена схема И-НЕ 14, а выходы преобразовател  10 и генератора 6 соединены с входами блока 15 задержки. Выход блока 15 задержки подключен к входу схемы И- НЕ 14.

При использовании настройки по фа- зочастотной характеристике в схему электронного блока 5 настройки включаетс  фазовый детектор 16 (фиг. 5), вход опорного сигнала которого подключен к выходу преобразовател  13 напр жени  в частоту. Блок 15 задержки (фиг. 6) содержит компаратор 17, триггер 1§, вентиль 19, а также счетчики 20-22. По цепи 23 подаетс  сигнал , соответствующий заданному значению давлени  (Р) в сосуде 1; цепь 24 соедин ет выход преобразовател  1 3 с усилителем 3 мощности (т.е.  вл етс  выходом блока 5 настройки;.цепь 25  вл етс  входом согласующего преобразовател  10 ( вл етс  первым входом блока 10 настройки); цепь 26 - входом фазового детектора 16; цепь 27 - выходом генератора 6; цепь 28 - первым входом блока 15 задержки; цепь 29 - выходом блока задержки.

Устройство работает следующим образом ..

При включении питани  электронный блок 5 настройки выдает на своем выходе гармонический сигнал с переменной частотой, измен ющейс  в диапазоне от f,

маис

ДО f,

Этот сигнал

nocTjmaeT в усилитель 3 мощности, которьш своим выходным сигналом вынуждает подвижную платформу вибратора 2 с размещенным на ней сосудом 1 колебатьс  с частотой сигнала. При приближении частоты колебаний к области частот, соответствующей режиму резонансного виброперемешивани  (fp, фиг.З), в жидкости, колеблющейс  в сосуде 1, наблюдаетс  повьшение динамического и статического давлений (фиг.З). Это ведет к увеличению выходного сигнала датчика 4 давлени . По достижению выходным сигналом датчика 4 заданного значени  напр жени  Ug, соответствующего давлению PQ, в блоке 5 настройки вырабатываетс  команда на фиксацию частоты f,, , после чего блок 5 настройки переходит в режим непрерывного слежени  за процессом виброперемешивани .

Блок 5 настройки работает следующим образом.

Генератор 6 тактовых импульсов вьщает непрерывную последовательност импульсов с частотой f , которые, проход  через первоначально открытьв

вентиль 7, измен ют состо ние очетчи- ка 8 от некоторого занесенного в него кода N до нул . Число N соответствует максимальной частоте колебаний сосуда и может измен тьс  благодар  смене кода, предварительно заносимого в с етчик 8, Цифроаналого- вый преобразователь 9, подключенный к выходам счетчика 8, преобразует код в счетчике в напр жение пилообразной формы, изменгпощеес  от .до О, где , Кц - коэффициент преобразовани  блока 9. Период напр же- .ни  пилообразной формы составл ет и выбираетс  исход  из особен- ностбй процесса виброперемешивани  конкретной жидкости в сосуде известных размеров.

Напр жение с выхода цифроаналого- вого преобразовател  9 поступает на неинвертирующий вход дифференциального усилител  12, С выхода усилител 

12пилообразное напр жение следует

на вход преобразовател  13 напр жени  в частоту. Напр жение с формой, близкой к синусоидальной, с выхода блока

13поступает на вход усилител  3 мощности . Частота колебаний сосуда 1 с жидкостью измен етс  при этом от «акс мо« Кп (К„ - коэффициент преобразовани  блока 13) до О соответственно изменению пилообразного напр жени . Амплитуда сигнала, подаваемого на усилитель 3 мощности, при этом неизменна. При изменении частоты от

лакс частоте/„ fp наблюдаютс  кратковременные пульсации давлени , по амплитуде превосход щие амплитуду установившихс  колебаний на резонансной частоте f«, Природа этих пульсаций объ сн етс  неустаног вившимс  движением образующихс  газовых пузырей, с верхней части ко дну сосуда. После некоторой выдержки на частоте f, весь объем сосуда равномерно насыщаетс  газовыми пузыр ми и давление снижаетс  (фиг, 3).

Эти пульсации давлени  могут привести к ложному срабатыванию блока настройки и его неустойчивой работе. Дл  исключени  ложных срабатываний в б.поке 5 настройки предусмотрен блок 15 задержки.

Компаратор 17 (фиг, 6), вход щий в блок 15 задержки, имеет дорог срабатывани , больший чем Up, но меньший чем амплитуда дульсаций. При первом скачке давлени  на частоте f компаратор 17 срабатывает и устанавливает триггер 18 в единичное состо ние, блА годар  чему открываетс  вентиль 19 и в счетчик 21 начинают поступать импульсы от генератора 6. Число импульсов , подсчитьшаемых счетчиком 21, больше, чем число возможных пульсаций давлени , которое заранее известно. Потенциал на выходе счетчика 21 открывает вентиль 20 и начинаетс  счет импульсов в счетчике 22. Потенциал на выходе счетчика 22 по вл етс  через отрезок времени, который выбираетс  большим, чем посто нна  времени фильтра низкой частоты, вход щего в состав согласующего преобразовател  10. Отсутствие потенциала на выходе счетчика 22 блокирует прохождение сигнала срабатывани  компаратора 11 к вентилю 7 до момента достижени  частоты , близкой к fр.

Таким образом, блок задержки исключает вли ние пульсаций давлени  на частоте f.

По мере изменени  частоты колебаний сосуда I с жидкостыо измен етс  динамическое и статическое давление в объеме жидкости, достига  своего максимума при некоторой частоте fp. Соответственно изменению давлени  измен етс  выходной сигнал датчика 4. Как только напр жение сигнала датчика 4 достигнет значени  Ug, что соответствует давлению Р , при частоте fg 5 достаточно близкой f« (), срабатывает компаратор , подключенный к выходу согласующего преобразовател  10. Функцией блока 10  вл етс  преобразование выходного сигнала датчика 4 давлени  в посто нное напр жение, пропорциональное давлению Р. Поэтому если датчик 4  вл етс  датчиком статического давлени , то в состав блока 0 входит усилитель посто нного тока и сглаживаощий фильтр, а если датчик 4  вл етс  датчиком динамического да лени , то в блок 10 должны входить усилитель переменного тока, выпр ми- тель и сглаживающий фильтр.

После срабатывани  компаратора I1 его выходной сигнал измен етс  от Зфовн  логического нул  до уровн  логической единицы и на выходе схема №-НЕ 14 оказываетс  низкий потенциал (при высоком уровне на выходе счетчика 21). Этим низким потенциало закрываетс  вентиль 7, и счет импульсов в счетчике 8 прекращаетс , в счетчике остаетс  коДд. соответствующий частоте f , Блок 5 настройки переходит в режим слежени .

Непрерывное протекание жидкости через колеблющийс  сосуд 1 ведет к

изменению резонансной частоты- газожидкостной системы. Это сопровождаетс  падением давлени  в жидкости и ухудшением качества получаемых продуктов е.. Отклонение давлени  от заданного

уровн  Р- ведет к отклоненшо.сигнала

(фиг. 4) колеблющейс  газожидкостной среды не имеет экстремальных точек, в св зи с чем удаетс  осуществить на- 5 стройку точно на частоту f по фазовому сдвигу , соответствующему , этой ча стоте. При отклонении частоты в обе стороны от f производна  Зср

10

х- сохран ет знак, благодар  чему в

СГГ

след щем режиме осуществл етс  поддержание давлени  в точке f. . Дл  амплитудно-частотной характеристики в

9Р

на выходе дифференциального усилите- точке fp производна  g- измен ет.знак.

л  12 от у{эовн , зафиксированного первоначально при частоте f. Это отклонение с помощью блока 13 вызывает изменение частоты колебаний сосуда таким образом, чтобы JQ давление в сосуде стало равным заданному Р при новой частоте f., также соответствующей режиму резонансного виброперемешивани . Уровень давлени 

и точна  настройка в след щем режиме на частоту fp невозможна, так как след ща  обратна  св зь в блоке настройки при переходе через f. становитс  из отрицательной положительной.Вследствие этого.дл  первого варианта бло- ка настройки рабочую точку приходитс  выбирать на скате амплитудно-частотной характеристики, где производРд определ етс  заранее и в виде соответствующего уровн  напр жени  и подаетс  по цепи 23 на свободный вход компйратора 11,

Частота несколько отличаетс  от частоты fрJ соответствующей максиму- му давлени  Это отличие-вызвано не- обходимостью работы блока настройки иа скате амплитудно-частотной характеристики давлени , оно не сказывает- с  на качестве получаемых продуктов, поскольку частота принадлежит к области , в которой наблюдаетс  режим резонансного виброперемешивани .

Возможно построение схемы блока настройки с использованием характерных точек фазочастотной характеристики колеблющейс  газожидкостной среды (фиг, 5). При в разрыв цепи меж- ду инвертирующим входом дифференциального усилител  12 и выходом датчи-. ка 4 давлени  включаетс  фазовглй детектор 16.5 имеющий сглаживающий фильтр. Вход опорного сигнала детек тора 16 подключаетс  к выходу блока 13,

В качестве датчика 4 давлени  здесь может быть датчик динамического давлени . Вход компаратора I1 подключаетс  к выходу, фазового детектора 16, Согласующий преобразователь 10 при этом исключаетс .

Работа блока настройки с фазовым детектором на первом этапе отличает- с  тем, что фазова  х;арактеристика

(фиг. 4) колеблющейс  газожидкостной среды не имеет экстремальных точек, в св зи с чем удаетс  осуществить на- стройку точно на частоту f по фазовому сдвигу , соответствующему , этой ча стоте. При отклонении частоты в обе стороны от f производна  Зср

х- сохран ет знак, благодар  чему в

СГГ

след щем режиме осуществл етс  поддержание давлени  в точке f. . Дл  амплитудно-частотной характеристики в

9Р

точке fp производна  g- измен ет.знак.

и точна  настройка в след щем режиме на частоту fp невозможна, так как след ща  обратна  св зь в блоке настройки при переходе через f. становитс  из отрицательной положительной.Вследствие этого.дл  первого варианта бло- . ка настройки рабочую точку приходитс  выбирать на скате амплитудно-частотной характеристики, где производор нал х- в некоторой окрестности f сох ран ет знак.

В блоке настройки с фазовым детектором первоначально осуществл етс  режим поиска и определени  точки fp с максимальным давлением Р-. При изменении частоты от до Гд,, фаза колебаний жидкости измен етс  от - н до О, а фаза сигнала датчика давлени  от - iT+tfg до 0+Cpg, где cpg - фазовый сдвиг, вносимый непосредственно вибратором 2 с усилителем 3 мощности.

По достижении частоты f фаза сигнала на входе Аазового Детектора

,,1г

16 составл ет - - +4g, а на выходе

5

0

5

фазового детектора .1

16 напр жение составл ет Ид. При этом срабатывает кокг- паратор II, отключа  через вентиль 7 счет импульсов в счетчике 8 и изменение частоты возбуждени  колебаний ,, и блок 5 настройки переходит в след щий режим работы. При отклонении , фазы колебаний от заданного зна1Г

2

на выходе фазового детектора 16 по вл етс  сигнал рассогласовани  в виде уровн  посто нного напр жени  &Up U(C|i)-U, который, воздейству  на вход блока 13, измен ет частоту сигнала возбуждени  так, чтобы свести с игнал рассогласовани  к нулю.

чени  - - +1рц в ту или иную сторону

Таким образом, в колеблющейс  га- эожидкостной среде поддерживаютс  колебани  на частоте fp, соответствующей максимуму динамического давлени  и оптимальным параметрам режима виброперемешивани  .

Claims (3)

1. Устройство дл  получени  дисперсных систем в жидкой среде, содержащее сосуд, установленный на .платформе вибропривода, входной и выходной патрубки, вибропривод и элемент стабилизации режима резонансного виброперемешивани  , отличающеес  тем, что, с целью улучшени  качества продукции за счет повышени  устойчивости режима резонансного виб- роперемешивани , оно дополнительно содержит датчик давлени , установленный в полости сосуда, усилитель мощности, причем элемент. Стабилизации режима резонансного вибропереме- шивани  выполнен в виде электронного блока настройки, содержащего генератор тактовых импульсов, вентиль, схему И-НЕ, реверсивный счетчик импульпервый вход которой соединен с выходом компаратора, а второй - с выходом блока задержки, выход цифроанало- гового преобразовател  соединен с неинвертиругощим входом диффере циаль- ного усилител , вход преобразовател  напр жени  в частоту соединен с выходом дифференциального усилител , а его выход - с усилителем мощности виб ропр ив ода.

- 2, Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что согласующий преобразователь вьшолнен в виде фазового детектора, один вход которого соединен с датчиком давлени , а другой - с выходом преобразовател  напр жени  в частоту.

3. Устройство по п, 1, отличающеес  тем, что блок задержки содержит компаратору триггер; два вентил  и два счетч жа, при этом первым входом блока задержки  вл етс  вход компаратора, выход которого . соединен с единичным входом триггера, а единичный выход последнего св зан с первым входом блока задержки, причем выход первого вентил  св зан с

сов, цифроаналоговый хфеобразователь, -- входом первого счетчкка, выход кото

блок задержки, компаратор, дифференциальный усилитель, согласзпощий преобразователь и преобразователь напр жени  в частоту, при этом датчик давлени  соединен с входом согласующего преобразовател , выход которого соединен с входом компаратора, инвер- тируищим входом дифференциального усилител  и первым входом блока задержки , выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом вентил  и вторым входом блока задержки, выход вентил  соединен с входом счетчика импульсов, выходы которого соединены с входами цифроаналогового преобразовател , второй вход вентил  соединен с выходом схемы И-НЕ,

35

40

45

рого соединен с вторым входом второго вентил , а первьй вход первого вентил  соединен с выходом триггераs. а его выход - с входом первого счетчика , выход которого соединен с вторым входом второго вентил S выход второго вентил  соединен с входом второго счетчика, выход компаратора соединен с единичным входом триггера , а его вход  вл етс  первым входом блока задержки, вторые входы вентилей соединены между собой и  вл ютс  вторым входом блока задержки, вход второго счетчика соединен с к.1ходом второго вентил , а его выход - с нулевым входом триггера и  вл етс  выходом блока задержки.

5

0

5

рого соединен с вторым входом второго вентил , а первьй вход первого вентил  соединен с выходом триггераs. а его выход - с входом первого счетчика , выход которого соединен с вторым входом второго вентил S выход второго вентил  соединен с входом второго счетчика, выход компаратора соединен с единичным входом триггера , а его вход  вл етс  первым входом блока задержки, вторые входы вентилей соединены между собой и  вл ютс  вторым входом блока задержки, вход второго счетчика соединен с к.1ходом второго вентил , а его выход - с нулевым входом триггера и  вл етс  выходом блока задержки.

г

Фигг

jf

гз

26

16

/г

12

п

28

I

23

п

74

rj

2U

-

Фиг. 5

Т:

го

21

zt

19

Фиг. 6