УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ МАЛЫХ РАСХОДОВ ЖИДКОСТИ

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в химической, биохимической промышленности и медицине для регулирования расхода жидкостей при малых абсолютных значениях расходов.
Известно устройство для регулирования малых расходов газа и жидкости [Патент РФ на полезную модель №114776, МПК G01F 1/00, 2011 г.], содержащее источник напряжения, токоподводы которого установлены на концах тонкостенной капиллярной трубки для подвода и отвода газа или жидкости, концы которой оснащены штуцерами и подключены к источнику напряжения.
Газ или жидкость, проходя через дроссельный канал, нагретый электрическим током, нагревается, при этом изменяется ее вязкость, что приводит к изменению расхода жидкости.
Однако недостатком устройства является узкий диапазон регулирования расхода жидкости. Кроме того, данное устройство подходит не для всех типов жидкостей, а использование источника напряжения и подвод электрического тока к капиллярной трубке делает невозможным применение данного устройства для регулирования расхода взрыво- и пожароопасных, химически активных и горючих жидкостей.
Известен датчик расхода жидкости [Патент РФ №2035720, МПК G01N 21/85, G01F 1/06, 1992 г.], содержащий источник излучения и фотоприемник, установленные соосно с диаметрально противоположных сторон вала микротурбинки в отверстия, выполненные в корпусе. Светопрозрачное кольцо установлено в паз, ширина и глубина которого соответственно равны высоте и толщине светопрозрачного кольца, микротурбинка содержит четное число лопаток, равномерно установленных по образующей вала. В валу между лопатками радиально выполнены сквозные отверстия, с помощью которых оптически связаны источник излучения и фотоприемник. Частота вращения микротурбинки пропорциональна скорости протекания через датчик жидкости, что позволяет определить ее расход.
Однако чувствительность датчика сравнительно невысокая и при небольших расходах погрешность измерения значительно возрастает. Это не позволяет использовать датчик, например, в качестве датчика малых расходов жидкости, где необходима высокая чувствительность, небольшая масса, высокая надежность и малые габариты.
Сложность изготовления некоторых элементов датчика повышает его стоимость, а конструкция узла съема информации не позволяет определять расход темной и непрозрачной жидкости. Контактный метод измерения не позволяет использовать датчик в агрессивных и ядовитых средах.
Все эти недостатки снижают точность измерения малых расходов жидкости, ограничивают область применения датчика и усложняют его конструкцию.
Известно устройство для вливания кровезаменителей и инфузионных растворов (ГОСТ 25047-87 «Устройства комплектные эксфузионные, инфузионные и трансфузионные однократного применения. Технические условия»), состоящее из иглы для емкости, колпачка, трубки, капельницы, фильтрующего узла, зажима, инъекционного узла, головки с конусом и инъекционной иглы.
Однако недостатком устройства является отсутствие возможности автоматического регулирования расхода жидкости (количество капель в минуту). Регулирование расхода выполняется с помощью зажима человеком вручную. Что не позволяет обеспечить высокую точность и надежность при регулировании расхода жидкости.
Наиболее близким техническим решением является датчик малых расходов жидкости [Патент РФ на полезную модель №136564 РФ, МПК G01F 3/00, 2014 г.], содержащий корпус с соосными входным и выходным патрубками и узел съема информации, включающий оптически связанные между собой источник излучения, фотоприемник и светопрозрачный элемент. Датчик малых расходов жидкости снабжен оптической системой, состоящей из рассеивающей (стеклянного цилиндра) и собирающей линз и двух пластин с щелевидной горизонтальной прорезью, формирующих направленный световой поток в виде светопрозрачной измерительной плоскости, проходящей через светопрозрачный элемент. При прохождении капли жидкости через измерительную плоскость луч искажается, и интенсивность светового потока снижается. Фотоприемник передает сигнал на аналого-цифровой преобразователь (АЦП).
Это позволяет точно определять малые расходы жидкости в каплях. При этом обеспечивается бесконтактный метод измерения расхода жидкости, что позволяет измерять расход практически любой (в том числе агрессивной и ядовитой) жидкости, которая может образовывать капли.
Однако к недостаткам можно отнести отсутствие возможности контроля расхода измеряемой жидкости.
Задачей технического решения является разработка универсального устройства автоматического регулирования малых расходов жидкости.
Технический результат полезной модели заключается в повышении надежности и точности регулирования малых расходов жидкости.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для автоматического регулирования малых расходов жидкости, содержащее датчик малых расходов жидкости, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, при этом дополнительно содержит микроконтроллер, снабженный устройством ввода и регулятор расхода жидкости, причем входы микроконтроллера соединены с выходами аналого-цифрового преобразователя и устройства ввода, а выход микроконтроллера соединен со входом упомянутого регулятора, установленного на датчике малых расходов жидкости.
Отличиями заявляемого устройства является его конструктивное исполнение, при котором оно снабжено микроконтроллером, получающим и обрабатывающим сигналы от аналого-цифрового преобразователя о текущем расходе жидкости и от устройства ввода о его требуемом расходе.
В результате обработки информации о требуемом расходе и о текущем реальном расходе жидкости, микроконтроллер вырабатывает управляющее воздействие для регулятора расхода жидкости. Регулятор расхода в свою очередь воздействует на датчик малых расходов жидкости, приводя в соответствие расход жидкости с требуемым. Замкнутость цикла обеспечивает постоянный контроль над расходом жидкости, его регулировку и поддержание на требуемом уровне.
Таким образом, осуществляется точное автоматическое регулирование малого расхода жидкости. При этом обеспечивается бесконтактный метод измерения и регулирования расхода жидкости, что позволяет использовать устройство для регулирования расхода практически любой (в том числе ядовитой и опасной) жидкости, которая может образовывать капли. Для удобства, информация о требуемом и текущем расходе может отображаться на дисплее.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами ее конструкции. На фиг. 1 представлена функциональная схема взаимодействия основных элементов устройства, на фиг. 2 - схема конструкции датчика малых расходов жидкости и регулятора.
Устройство для автоматического регулирования малых расходов жидкости содержит датчик малых расходов жидкости 1, связанный с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) 2, микроконтроллер 3, устройство ввода 4, дисплей 5 и регулятор расхода жидкости 6, установленный на датчике малых расходов жидкости 1. Входы микроконтроллера 3 связаны с выходами АЦП 2 и устройства ввода 4, а выходы микроконтроллера 3 связаны с входами дисплея 5 и регулятора расхода жидкости 6.
Датчик малых расходов жидкости 1 содержит корпус 7, внутри которого установлены крепежные кольца с источником излучения 8 и фотоприемником 9, оправы линз с рассеивающей линзой 10, выполненной в виде стеклянного цилиндра, и собирающей линзой 11, пластины со щелевидной горизонтальной прорезью 12 и 13. В отверстии корпуса 7 перпендикулярно его оси расположен светопрозрачный элемент 14 с входным и выходным патрубками для жидкости и каплеобразователем 15. Две линзы 10 и 11 и две пластины со щелевидной горизонтальной прорезью 12 и 13 образуют оптическую систему 16, преобразующую световой поток от источника излучения 8 и формирующую измерительную плоскость 17 внутри светопрозрачного элемента 14.
На выходном патрубке датчика малых расходов жидкости 1 установлен регулятор расхода жидкости 6.
Регулятор 6 содержит сервопривод 18, смонтированный на кронштейне 19, закрепленном на выходном патрубке датчика малых расходов жидкости 1 и рычаг 20.
Устройство для автоматического контроля малых расходов жидкости работает следующим образом.
С помощью устройства ввода 4 в память микроконтроллера 3 вводится требуемое значение расхода жидкости, не превышающее максимально допустимое. Эта информация отображается на дисплее 5, вход которого связан с выходом микроконтроллера 3.
К входному и выходному патрубкам светопрозрачного элемента 14, выполненного в виде светопрозрачного цилиндра, подводятся трубки. Жидкость из входного патрубка в виде капель, образованных каплеобразователем 15, проходит через измерительную плоскость 17 светопрозрачного элемента 14 и отводится через выходной патрубок.
Световые лучи от источника излучения 8, проходя через рассеивающую линзу 10 датчика малых расходов жидкости 1, изменяют свое направление на близкое к параллельному и преобразуются в световой поток. После этого, пройдя через щелевидную горизонтальную прорезь пластины 12, световой поток формируется в виде измерительной плоскости 17, проходящей через светопрозрачный элемент 14, при этом частично преломляясь и частично рассеиваясь его стенками. При попадании капли, образованной каплеобразователем 15, в измерительную плоскость 17 световой поток искажается, а его интенсивность снижается. После светопрозрачного элемента 14 световой поток проходит через щелевидную горизонтальную прорезь пластины 13 и собирающую линзу 11. Это позволяет сфокусировать световой поток в виде луча, что обеспечивает надежное его попадание на фоточувствительный элемент фотоприемника 9.
При этом сигнал от источника излучения 8, пройдя через оптическую систему 16, в виде искаженного светового луча попадает на фотоприемник 9 и передается на АЦП 2. На АЦП 2 информация обрабатывается и передается на вход микроконтроллера 3. В зависимости от частоты поступающих сигналов микроконтроллер 3 определяет текущий расход жидкости и сравнивает это значение с заданным расходом. Эта информация отображается на дисплее 5, вход которого связан с выходом микроконтроллера 3.
Если текущий расход жидкости больше заданного, то с выхода микроконтроллера 3 подается сигнал на регулятор 6, сервопривод которого воздействует через рычаг 20 на выходной патрубок датчика малых расходов жидкости 1, частично перекрывая его (уменьшает зазор патрубка). При этом, расход жидкости уменьшается. Если текущий расход жидкости меньше заданного, то с выхода микроконтроллера 3 подается сигнал на регулятор 6, сервопривод которого воздействует через рычаг 20 на выходной патрубок датчика малых расходов жидкости 1, открывая его (увеличивает зазор патрубка). При этом расход жидкости увеличивается.
Использование предлагаемого устройства, по сравнению с имеющимися, обеспечивает автоматический контроль малых расходов жидкости, при этом повышается точность регулирования, которая достигается увеличением количества дискретных преобразований, а также величины самой дискретизации сигнала при измерении расхода за счет использования оптического метода измерения, а также полной автоматизацией замкнутого процесса регулирования расхода.
Таким образом, использование устройства для автоматического регулирования малых расходов жидкости, содержащего датчик малых расходов жидкости, с аналого-цифровым преобразователем, микроконтроллер, с устройством ввода, и регулятор расхода жидкости обеспечивает высокую точность и надежность бесконтактного метода автоматического измерения, регулирования и контроля малых расходов практически любых жидкостей, в том числе в агрессивных, ядовитых и опасных средах.