способ дозирования реагента и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ дозирования реагента при помощи дозирующего насоса, приводимого в действие возвратно-поступательным движением электропривода, включающий измерение расхода жидкости, генерирование последовательности электрических импульсов, соответствующих измеренному количеству жидкости, подачу последовательности импульсов, соответствующих измеренному количеству жидкости, на вход первого счетчика импульсов, генерирование последовательности электрических импульсов, соответствующих ходам дозирующего насоса, подачу последовательности импульсов, соответствующих ходам дозирующего насоса, на вход второго счетчика импульсов, отличающийся тем, что одновременно с подсчетом импульсов, соответствующих измеренному количеству жидкости, осуществляют последовательную коммутацию выходных цепей первого коммутирующего устройства, одну из которых предварительно соединяют с электроприводом дозирующего насоса, одновременно с подсчетом импульсов, соответствующих ходам дозирующего насоса, осуществляют последовательную коммутацию выходных цепей второго коммутирующего устройства, одну из которых предварительно соединяют с цепью сброса первого счетчика импульсов в исходное состояние, а при сбросе первого счетчика импульсов в исходное состояние замыкают цепь сброса второго счетчика импульсов в исходное состояние.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что порядковый номер выходной цепи первого коммутирующего устройства, которую предварительно соединяют с электроприводом дозирующего насоса, и порядковый номер выходной цепи второго коммутирующего устройства, которую предварительно соединяют с цепью сброса первого счетчика импульсов в исходное состояние, являются взаимно простыми числами.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что порядковый номер выходной цепи первого коммутирующего устройства, которую предварительно соединяют с электроприводом дозирующего насоса, и порядковый номер выходной цепи второго коммутирующего устройства, которую предварительно соединяют с цепью сброса первого счетчика импульсов в исходное состояние, выбирают равными числителю и знаменателю одной из дробей, принадлежащих последовательности Фарея порядка N, где N - число выходных цепей каждого из коммутирующих устройств.

4. Устройство для осуществления способа по п.1, включающее насос, приводимый в действие возвратно-поступательным движением электропривода, измеритель расхода жидкости с импульсным преобразователем, первый счетчик импульсов, вход которого соединен с выходом импульсного преобразователя, второй счетчик импульсов, отличающееся тем, что первый счетчик импульсов соединен с первым коммутирующим устройством, цепь электропривода дозирующего насоса выполнена с возможностью соединения с одной из выходных цепей первого коммутирующего устройства, второй счетчик импульсов соединен со вторым коммутирующим устройством, цепь сброса первого счетчика импульсов выполнена с возможностью соединения с одной из выходных цепей второго коммутирующего устройства, а цепь сброса второго коммутирующего устройства соединена с первой выходной цепью первого коммутирующего устройства.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в качестве первого счетчика импульсов, соединенного с первым коммутирующим устройством, и второго счетчика импульсов, соединенного со вторым коммутирующим устройством, оно содержит электромагнитные шаговые искатели.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в качестве измерителя расхода жидкости оно содержит крыльчатый расходомер.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что крыльчатый расходомер снабжен контактным прерывателем.

8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что крыльчатый расходомер снабжен счетным механизмом с герметизированными магнитоуправляемыми контактами.

9. Устройство по любому из пп.4-8, отличающееся тем, что в качестве насоса, приводимого в действие возвратно-поступательным движением электропривода, оно содержит мембранный насос.

10. Устройство по любому из пп.4-8, отличающееся тем, что в качестве насоса, приводимого в действие возвратно-поступательным движением электропривода, оно содержит поршневой насос.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Изобретение относится к химической технологии, а более конкретно - к способам водоподготовки путем дозированного введения химических реагентов, и к устройствам для дозированного введения жидких реагентов в напорный трубопровод, и может найти применение, например, в теплотехнике, а также в химической и нефтехимической промышленности.

Уровень техники

Известен способ объемного дозирования жидкостей [1], в котором потоком жидкости управляют при помощи импульсов, причем импульсы снимают бесконтактным датчиком с вращающегося зубчатого колеса, расположенного на валу насоса.

Недостатком данного способа является ограниченная возможность регулирования пропорции дозирования, которая определяется числом импульсов, снимаемых за один оборот насоса, и трудность ее регулирования, обусловленная необходимостью замены зубчатого колеса.

Известен дозирующий насос с электрическим двигателем [2], с преобразователем вращательного движения ротора в возвратно-поступательное движение, с насосом, приводимым в действие этим возвратно-поступательным движением, с электронным управлением, включающим двигатель в зависимости от внешнего генератора импульсов, в котором каждому импульсу соответствует определенное количество среды. Устройство управления включает двигатель, выполнивший определенную часть цикла работы насоса, только тогда, когда количество импульсов, полученных от внешнего генератора, соответствует количеству среды, равному или большему, чем доза, которую насос подает за цикл работы. Устройство управления определяет требуемую дозу реагента согласно количеству полученных импульсов, вычитая из этого количества количество поданного реагента, чтобы определить необходимую дозу реагента, и включает двигатель дозирующего насоса.

К недостаткам описанной конструкции относится сложность устройства управления и алгоритма его работы, включающего выполнение математических операций для расчета требуемой дозы реагента путем вычитания поданного количества реагента из количества полученных импульсов. Осуществление такого алгоритма требует сложной логической структуры устройства управления и влечет за собой низкую надежность и помехоустойчивость данного устройства.

Наиболее близкими по своей сущности и достигаемому техническому результату к заявляемому изобретению являются способ управления дозирующим насосом с электродвигателем, а также дозирующий насос с электродвигателем [3]. Способ управления дозирующим насосом с электродвигателем и электронным управлением для него включает измерение расхода жидкости внешним импульсным датчиком, каждому импульсу которого соответствует определенный расход жидкости, причем требуемая подача дозируемого реагента достигается посредством последовательности внешних импульсов и регулирования объема впрыска насоса путем управления электродвигателем. Последовательность внешних импульсов подают на вход первого счетчика импульсов. Дозирующий насос при работе генерирует последовательность импульсов, которые подают на вход второго счетчика импульсов. Сигналы с выхода первого и второго счетчиков подают на входы устройства сравнения, а насос включают в соответствии с выходным сигналом устройства сравнения.

Дозирующий насос с электродвигателем включает насос, приводимый в возвратно-поступательное движение электродвигателем, и электронное устройство управления электродвигателем. Электронное устройство управления содержит блок сравнения для сравнения последовательности импульсов внешнего импульсного датчика с последовательностью импульсов, генерируемых дозирующим устройством при рабочем и возвратном ходе насоса.

Недостатком описанного способа является его сложность, вызванная необходимостью выполнения математических и логических операций для управления электродвигателем и регулирования объема впрыска насоса. К недостаткам устройства относятся техническая сложность устройства управления, которое включает блок сравнения. Для реализации описанного устройства требуются сложные и дефицитные электронные элементы, а само устройство сложно в изготовлении, наладке и эксплуатации.

Раскрытие изобретения

Целью заявляемого изобретения является упрощение, удешевление и повышение надежности способа дозирования реагента и устройства для его осуществления. Техническим результатом, который достигается посредством заявляемого изобретения, является упрощение способа дозирования реагента, повышение надежности, снижение трудоемкости и повышение удобства эксплуатации устройства для дозирования реагентов, а также возможность изготовления указанного устройства на простой и доступной элементной базе.

Технический результат достигается тем, что способ дозирования реагента при помощи дозирующего насоса, приводимого в действие возвратно-поступательным движением электропривода, включает измерение расхода жидкости, генерирование последовательности электрических импульсов, соответствующих измеренному количеству жидкости, подачу последовательности импульсов, соответствующих измеренному количеству жидкости, на вход первого счетчика импульсов, генерирование последовательности электрических импульсов, соответствующих ходам дозирующего насоса, подачу последовательности импульсов, соответствующих ходам дозирующего насоса, на вход второго счетчика импульсов. При этом одновременно с подсчетом импульсов, соответствующих измеренному количеству жидкости, осуществляют последовательную коммутацию выходных цепей первого коммутирующего устройства, одну из которых предварительно соединяют с электроприводом дозирующего насоса, одновременно с подсчетом импульсов, соответствующих ходам дозирующего насоса, осуществляют последовательную коммутацию выходных цепей второго коммутирующего устройства, одну из которых предварительно соединяют с цепью сброса первого счетчика импульсов в исходное состояние, а при сбросе первого счетчика импульсов в исходное состояние замыкают цепь сброса второго счетчика импульсов в исходное состояние.

По сравнению с прототипом то, что одновременно с подсчетом импульсов, соответствующих измеренному количеству жидкости, осуществляют последовательную коммутацию выходных цепей первого коммутирующего устройства, одну из которых предварительно соединяют с электроприводом дозирующего насоса, одновременно с подсчетом импульсов, соответствующих ходам дозирующего насоса, осуществляют последовательную коммутацию выходных цепей второго коммутирующего устройства, одну из которых предварительно соединяют с цепью сброса первого счетчика импульсов в исходное состояние, а при сбросе первого счетчика импульсов в исходное состояние замыкают цепь сброса второго счетчика импульсов в исходное состояние, является новым.

В результате способ упрощается по сравнению с прототипом за счет исключения математических и логических операций для управления электродвигателем и регулирования объема впрыска насоса, что позволяет также упростить практическую реализацию способа.

В частном случае осуществления заявляемого способа порядковый номер выходной цепи первого коммутирующего устройства, которую предварительно соединяют с электроприводом дозирующего насоса, и порядковый номер выходной цепи второго коммутирующего устройства, которую предварительно соединяют с цепью сброса первого счетчика импульсов в исходное состояние, являются взаимно простыми числами. Кроме того, в частном случае осуществления заявляемого способа порядковые номера этих выходных цепей выбирают равными числителю и знаменателю одной из дробей, принадлежащих последовательности Фарея порядка N, где N - число выходных цепей каждого из коммутирующих устройств. Это упрощает заявляемый способ, повышает его надежность, снижает трудоемкость практической реализации.

Устройство для осуществления способа дозирования реагента включает насос, приводимый в действие возвратно-поступательным движением электропривода, измеритель расхода жидкости с импульсным преобразователем, первый счетчик импульсов, вход которого соединен с выходом импульсного преобразователя, второй счетчик импульсов. При этом первый счетчик импульсов соединен с первым коммутирующим устройством, цепь электропривода дозирующего насоса выполнена с возможностью соединения с одной из выходных цепей первого коммутирующего устройства, второй счетчик импульсов соединен со вторым коммутирующим устройством, цепь сброса первого счетчика импульсов выполнена с возможностью соединения с одной из выходных цепей второго коммутирующего устройства, а цепь сброса второго коммутирующего устройства соединена с первой выходной цепью первого коммутирующего устройства.

Устройство работает следующим образом. При движении жидкости по трубопроводу измеритель расхода жидкости с импульсным преобразователем генерирует последовательность импульсов, соответствующих измеренному количеству жидкости. Эти импульсы поступают на вход первого счетчика импульсов, который приводит в действие соединенное с ним первое коммутирующее устройство. Первое коммутирующее устройство последовательно коммутирует выходные цепи, одну из которых предварительно (в процессе подготовки к эксплуатации) соединяют с электроприводом дозирующего насоса. Когда первое коммутирующее устройство замыкает эту цепь, электропривод дозирующего насоса начинает совершать возвратно-поступательные движения, каждое из которых обеспечивает прямой и обратный ход дозирующего насоса и подачу определенного количества реагента. Одновременно с каждым рабочим ходом насоса генерируется импульс, подаваемый на вход второго счетчика импульсов, который приводит в действие соединенное с ним второе коммутирующее устройство. Второе коммутирующее устройство последовательно коммутирует выходные цепи, одну из которых предварительно (также в процессе подготовки к эксплуатации) соединяют с цепью сброса первого счетчика импульсов. Когда второе коммутирующее устройство замыкает эту цепь, первый счетчик и вместе с ним первое коммутирующее устройство возвращается в исходное состояние. При этом первое коммутирующее устройство размыкает цепь электропривода дозирующего насоса, и подача реагента прекращается. После того как первое коммутирующее устройство вернется в исходное состояние, оно замкнет первую выходную цепь, соединенную с цепью сброса второго счетчика импульсов. Вследствие этого второй счетчик импульсов также возвращается в исходное состояние. После этого процесс автоматически повторяется.

По сравнению с прототипом то, что первый счетчик импульсов соединен с первым коммутирующим устройством, цепь электропривода дозирующего насоса выполнена с возможностью соединения с одной из выходных цепей первого коммутирующего устройства, второй счетчик импульсов соединен со вторым коммутирующим устройством, цепь сброса первого счетчика импульсов выполнена с возможностью соединения с одной из выходных цепей второго коммутирующего устройства, а цепь сброса второго коммутирующего устройства соединена с первой выходной цепью первого коммутирующего устройства, является новым. Это позволяет упростить конструкцию и повысить надежность устройства дозирования реагента за счет исключения блока сравнения и других арифметических и логических устройств, снизить сложность и трудоемкость наладки устройства, повысить удобство эксплуатации устройства для дозирования реагентов.

В частном случае осуществления заявляемого устройства в качестве первого счетчика импульсов, соединенного с первым коммутирующим устройством, и второго счетчика импульсов, соединенного со вторым коммутирующим устройством, оно содержит электромагнитные шаговые искатели. Также в частных случаях устройство содержит в качестве измерителя расхода жидкости крыльчатый расходомер, который снабжен контактным прерывателем, либо счетным механизмом с герметизированными магнитоуправляемыми контактами. В частном случае устройство содержит в качестве насоса, приводимого в действие возвратно-поступательным движением электропривода, мембранный насос. Это обеспечивает возможность изготовления указанного устройства на простой и доступной элементной базе.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 изображена схема осуществления заявляемого изобретения.

На фиг.2 изображена схема измерителя расхода жидкости с импульсным преобразователем в частном случае, который, по мнению заявителя, является предпочтительным для осуществления заявляемого устройства.

На чертежах применены следующие обозначения:

1 - трубопровод;

2 - измеритель расхода жидкости;

3 - импульсный преобразователь;

4 - резервуар для реагента;

5 - корпус дозирующего насоса;

6 - мембрана дозирующего насоса;

7 - клапаны дозирующего насоса;

8 - электропривод дозирующего насоса, обеспечивающий возвратно-поступательное движение;

9 - генератор импульсов, соответствующих ходам дозирующего насоса;

10 - катушка электромагнита первого счетчика импульсов;

11 - первый счетчик импульсов;

12 - контактное поле первого коммутирующего устройства (расположение контактов показано условно; в действительности контакты расположены таким образом, что щетка коммутирующего устройства с последнего контакта переключается далее на первый, то есть коммутация происходит непрерывно);

13 - непрерывная ламель, используемая для возврата первого счетчика импульсов в исходное положение;

14 - прерыватель, используемый для возврата первого счетчика импульсов в исходное положение;

15 - устройство, позволяющее соединить цепь электропривода 8 с одной из выходных цепей первого коммутирующего устройства (например, переключатель);

16 - катушка электромагнита второго счетчика импульсов;

17 - второй счетчик импульсов;

18 - контактное поле первого коммутирующего устройства (расположение контактов показано условно, см. примечание к позиции 12);

19 - непрерывная ламель, используемая для возврата второго счетчика импульсов в исходное положение;

20 - прерыватель, используемый для возврата второго счетчика импульсов в исходное положение;

21 - устройство, позволяющее соединить цепь сброса первого счетчика импульсов с одной из выходных цепей второго коммутирующего устройства;

22 - гальваническая батарея;

23 - приводная шестерня счетного механизма, которым снабжен крыльчатый расходомер;

24 - шестерня счета десятков оборотов крыльчатого расходомера;

25 - шестерни переноса десятков;

26 - шестерня счета сотен оборотов крыльчатого расходомера;

27 - шестерня счета тысяч оборотов крыльчатого расходомера;

28 - один из постоянных магнитов, закрепленных на шестернях счетного механизма;

29 - один из герметизированных магнитоуправляемых контактов;

30 - устройство, позволяющее соединить цепь катушки 10 с одним из герметизированных магнитоуправляемых контактов 29.

Осуществление изобретения

Заявляемый способ дозирования реагента может быть осуществлен, в простейшем случае, при помощи устройства, схема которого изображена на фиг.1.

Устройство для осуществления способа водоподготовки включает трубопровод 1, внутри которого расположен крыльчатый расходомер 2. Вал крыльчатого расходомера 2 при помощи сальникового, магнитного или иного уплотнительного устройства (на схеме условно не показанного) соединен с импульсным преобразователем 3. Простейшим импульсным преобразователем служит контактный прерыватель, приводимый в действие кулачковым механизмом. Кроме того, устройство содержит резервуар для реагента 4, соединенный с насосом. Насос имеет корпус 5 и мембрану 6, которые образуют замкнутую полость переменного объема. Эта полость сообщается с двумя клапанами 7, один из которых сообщается с резервуаром 4, а другой - с трубопроводом 1. Мембрана соединена с электроприводом 8, способным приводить ее в возвратно-поступательное движение. Также электропривод соединен с контактным датчиком 9, контакты которого замыкаются при каждом рабочем ходе и размыкаются при обратном ходе мембраны насоса. Устройство дозирования реагента включает катушку 10, приводящую в действие первый счетчик 11 и первое коммутационное устройство, имеющее контактное поле 12, непрерывную ламель 13 и прерыватель 14, конструктивно выполненные в виде единого устройства - электромагнитного шагового искателя. Выводы контактного поля 12 соединены с контактами переключателя 15. Устройство дозирования реагента включает также катушку 16, приводящую в действие второй счетчик импульсов 17 и второе коммутационное устройство, имеющее контактное поле 18, непрерывную ламель 19 и прерыватель 20, которые также выполнены в виде электромагнитного шагового искателя. Выводы контактного поля 18 соединены с контактами переключателя 21. Для приведения всего устройства в работу оно снабжено гальванической батареей 22, состоящей из 12 кислотных банок и дающей напряжение 24 вольта (в зависимости от условий эксплуатации устройство может быть также снабжено выпрямителем).

Устройство работает следующим образом. При движении потока жидкости по трубопроводу 1 на крыльчатку расходомера 2, выполненную в несимметричной форме, действует неуравновешенный вращающий момент, в результате расходомер приходит во вращение с частотой, пропорциональной скорости потока жидкости. При каждом обороте расходомера замыкаются контакты кулачкового прерывателя 3. Каждому обороту расходомера и каждому импульсу прерывателя 3 соответствует определенное количество жидкости, прошедшей по трубопроводу; обозначим это количество V_ИМП. В этот момент по цепи: положительный полюс батареи 22 - катушка 10 - контакты прерывателя 3 - отрицательный полюс батареи 22 проходит импульс тока, под действием которого показания счетчика 11 увеличиваются на единицу и срабатывает шаговый искатель, щетка которого переключается на очередной контакт контактного поля 12. Процесс повторяется до тех пор, пока щетка шагового искателя на попадет на тот контакт контактного поля 12, который предварительно соединен посредством переключателя 15 с электроприводом 8. В этот момент ток начинает проходить по цепи: положительный полюс батареи 22 - контакт 12 - переключатель 15 - электропривод 8 - отрицательный полюс батареи 22, вследствие чего электропривод начинает приводить мембрану насоса 6 в возвратно-поступательное движение. При каждом рабочем ходе мембраны 6 реагент из полости между мембраной 6 и корпусом 5 насоса через клапан 7 поступает в трубопровод. Кроме того, при каждом рабочем ходе замыкаются контакты датчика 9, генерируя импульс электрического тока, который протекает по цепи: положительный полюс батареи 22 - датчик 9 - катушка 16 - отрицательный полюс батареи 22. В результате показания счетчика 17 увеличиваются на единицу и срабатывает шаговый искатель, щетка которого переключается на очередной контакт контактного поля 18. Подача реагента за один рабочий ход мембраны, соответствующая одному импульсу датчика 9, будет определяться конструкцией насоса; обозначим это количество реагента V_P.Х.. При обратном ходе мембраны реагент будет поступать из резервуара 4 через клапан 7 в полость между мембраной 6 и корпусом 5 насоса под действием атмосферного давления на поверхность реагента в резервуаре 4. Процесс повторяется до тех пор, пока щетка шагового искателя на попадет на тот контакт контактного поля 18, который предварительно соединен посредством переключателя 21 с минусом батареи 22. В этот момент замыкается цепь: положительный полюс батареи 22 - катушка 10 - непрерывная ламель 13 - прерыватель 14 - контакт 18 - переключатель 21 - отрицательный полюс батареи 22, вследствие чего первый счетчик импульсов увеличивает показания на единицу, а первое коммутирующее устройство переключается на следующий контакт контактного поля 12. При этом цепь питания электропривода 8 размыкается и подача реагента прекращается. Одновременно прерыватель 14 размыкает цепь питания катушки 10, и электромагнит отпускает; при этом замыкается прерыватель 14, вновь подается ток в катушку 10 и этот процесс повторяется до тех пор, пока щетка шагового искателя не сойдет с непрерывной ламели 13, а это положение соответствует нулевому показанию счетчика 11 и переключению шагового искателя на первый контакт контактного поля 12. Этот контакт, в свою очередь, соединен с прерывателем 20. Замыкается цепь: положительный полюс батареи 22 - первый контакт контактного поля 12 - прерыватель 20 - непрерывная ламель 19 - катушка 16 - отрицательный полюс батареи 22. Вследствие этого второй счетчик импульсов и второе коммутирующее устройство приходят в действие, периодичность которого обеспечивается действием прерывателя 20, до тех пор, пока щетка шагового искателя не сойдет с непрерывной ламели 19, что соответствует сбросу второго счетчика импульсов в исходное положение и переключению шагового искателя на первый контакт контактного поля 18. Таким образом, вся схема автоматически приходит в исходное состояние. По мере дальнейшего вращения крыльчатого расходомера 2 процесс дозирования продолжается согласно с вышеизложенным описанием.

Очевидно, работа описанного устройства такова, что если порядковый номер контакта контактного поля 12, соединенного с переключателем 15, есть n, а порядковый номер контакта контактного поля 18, соединенного с переключателем 21, есть m, то после каждых n импульсов прерывателя 3 (чему соответствует объем жидкости, прошедшей по трубопроводу 1, nV_ИМП) насос сделает m рабочих ходов (чему соответствует подача реагента mV_P.X. ), после чего процесс повторится. В этом случае пропорция дозирования реагента К составит

где величины V_ИМП и V_P.X. определяются конструкцией устройства и являются постоянными. Таким образом, пропорция дозирования реагента К определяется значением дроби m/n. Поскольку величины m и n не могут превосходить числа выходных цепей каждого шагового искателя N, то наибольшее количество возможных значений дроби m/n будет в том случае, если выбирать числа m и n взаимно простыми, то есть не имеющими общих делителей, кроме единицы. В этом случае дробь m/n будет несократимой, в противном же случае можно уменьшить значения m и n, разделив их на общий делитель. Способ отыскания дробей, обладающих свойством несократимости, разработан М.Штерном и А.Броко [4, стр.140]. Для этого в качестве отправных значений выбирают условные соотношения 0/1 и 1/0 и строят несократимые дроби, вставляя дробь (m+m')/(n+n') между дробями m/n и m'/n' соответственно. Построение иллюстрируется табл.1, а первые четыре последовательности несократимых дробей имеют вид

Можно видеть, что на каждом шаге количество получаемых дробей быстро возрастает, они располагаются строго в порядке возрастания, кроме того, все дроби несократимы. В этом ряду встретится любое число, выражаемое отношением взаимно простых целых чисел а/b; как доказано [4, стр.142], оно встретится не позднее, чем после а+b шагов вставки промежуточных дробей. Поскольку любое рациональное число может быть выражено в виде a/b, a множество рациональных чисел всюду плотно на числовой прямой [5, стр.59-60], то предложенные способ дозирования реагента и устройство для его осуществления позволяют при одних и тех же значениях величин V_ИМП и V_P.Х. получить значение пропорции дозирования, сколь угодно близкое к любому желаемому числу, путем только лишь надлежащей установки переключателей 15 и 21. На практике точность приближения к требуемой пропорции дозирования ограничена тем, что величины m и n не могут превосходить числа выходных цепей каждого шагового искателя N. Подмножество несократимых дробей Штерна - Броко, знаменатель которых не превосходит N, заключенных между 0 и 1 и расположенных в возрастающем порядке, называется последовательностью Фарея порядка N [4, стр.142]. Поэтому выбирая порядковый номер выходной цепи первого шагового искателя n и порядковый номер выходной цепи второго шагового искателя m равными числителю и знаменателю одной из дробей, принадлежащих последовательности Фарея порядка N, можно получить наилучшее приближение к требуемой пропорции дозирования при данном значении N, определяемом конструкцией используемых шаговых искателей. Иррациональные числа отсутствуют среди дробей Штерна - Броко, как и в последовательностях Фарея, но зато присутствуют все близкие к ним рациональные числа [4, стр.146]. Представление любого, в том числе иррационального числа в виде дроби Штерна - Броко можно получить путем простой процедуры двоичного поиска [4, стр.147]. Таким образом, задавшись любой желаемой пропорцией дозирования К и зная конструктивные параметры устройства V_ИМП и V_P.X., нетрудно из формулы (1) вычислить соответствующее значение

и после этого, пользуясь алгоритмом двоичного поиска, приведенным в источнике [4, стр.147], выбрать значения m и n такие, что m/n , добиваясь наилучшей возможной степени приближения.

Рассматривая последовательности дробей (2), получаемые способом Штерна - Броко, можно заметить, что значения дробей в середине интервала (вблизи значения 1/1) ближе друг к другу, чем на краях. Следовательно, приближение произвольного числа несократимыми дробями будет при увеличении N сходиться к точному значению лучше в том случае, если - число порядка единицы, то есть заключенное между 0,5=1/2 и 5,0=5/1 [6, стр.476]. Для того чтобы заявляемое устройство могло обеспечивать широкий интервал значений пропорции дозирования К при значениях порядка единицы, целесообразно использовать измеритель расхода жидкости с импульсным преобразователем, позволяющим изменять величину расхода жидкости V_ИМП, соответствующую каждому импульсу, в 10ⁱ раз. Схема такого измерителя расхода изображена на фиг.2.

Крыльчатый расходомер 2 приводит во вращение приводную шестерню 23, выполненную с одним зубом. Шестерня 23 находится в зацеплении с десятизубой шестерней счета десятков оборотов 24, с которой жестко соединена однозубая шестерня переноса десятков 25. Шестерня счета десятков 25 находится в зацеплении с десятизубой шестерней счета сотен оборотов 26. Находящаяся на валу шестерни 26 однозубая шестерня переноса 25 находится в зацеплении с десятизубой шестерней счета тысяч оборотов 27. На каждой из шестерен закреплено по одному постоянному магниту 28. В непосредственной близости от каждой шестерни, избегая, однако, механической интерференции с ней, находятся герметизированные магнитоуправляемые контакты 29. Герметизированный магнитоуправляемый контакт представляет собой небольшую колбу, заполненную инертным газом, в которую посредством ножек впаяны контакты, выполненные из магнитомягкого ферромагнитного сплава. При приближении постоянного магнита 28 к контактам 29 последние намагничиваются и притягиваются друг к другу, замыкая цепь. При удалении постоянного магнита 28 контакты 29 размыкают цепь. Сила магнитов 28 и положение контактов 29 подобраны так, чтобы при одном обороте каждой шестерни контакты, расположенные рядом с ней, замкнулись и разомкнулись ровно один раз. Таким образом, контакты, расположенные рядом с приводной шестерней 23, замыкаются и размыкаются один раз при каждом обороте крыльчатого расходомера 2; контакты, расположенные рядом с шестерней десятков 24 - один раз при каждом десятке оборотов; и так далее. В каждой паре контактов 29 один контакт соединен с минусом батареи 22, а другой контакт - с устройством 30 (например, переключателем), позволяющим соединять любой из контактов с выводом катушки 10. При использовании измерителя расхода, показанного на фиг.2, величина определяется по формуле

где i=0, если переключатель 30 соединен с контактом, расположенным у шестерни счета единиц оборотов, i=1 - у шестерни счета десятков, i=2 - у шестерни счета сотен и i=3 - у шестерни счета тысяч оборотов.

Предложенная конструкция измерителя расхода представляется автору наиболее пригодной для использования в заявляемом устройстве, так как позволяет простыми средствами с высокой точностью добиться любой желаемой пропорции дозирования в широком интервале значений.

В качестве насоса в заявляемой конструкции дозирующего устройства может быть использован как мембранный, так и поршневой насос, а также любой другой насос, приводимый в действие возвратно-поступательным движением электропривода. В качестве счетчиков импульсов, соединенных с коммутирующими устройствами, могут быть использованы не только шаговые искатели, но также, например, счетно-коммутирующие устройства на декатронах.

Промышленная применимость

Заявляемый способ дозирования реагента и устройство для его осуществления могут быть применены в промышленности, в частности в теплотехнике для процессов водоподготовки, а также в химической и нефтяной промышленности. Способ прост, надежен и может быть легко осуществлен и внедрен в практику, в процессе наладки не требует сложных расчетов и участия высококвалифицированных специалистов. При этом, благодаря использованию заявляемого способа можно с высокой степенью точности добиться любой желаемой пропорции дозирования. Устройство также отличается простотой и надежностью конструкции, выполняется на доступной и недорогой элементной базе. Описанное устройство просто в наладке и эксплуатации, не требует сложного технического обслуживания.

Источники информации

1. Авт. свид. ЧССР № 210927, МПК G01F 11/00, опубл. 29.01.1982. Zp sob objemového dávkováni tekutin (Способ объемного дозирования жидкостей) / N me ek J.

2. Патент США № 6948914, МПК F04B 49/06, F04B 13/00, US Class 417/44.1, опубл. 12.02.2004. Metering pump with an electric motor (Дозирующий насос с электрическим двигателем) / Kragelund В., Byskov М.С., Jochumsen Н.Н.

3. Патент Германии № 10322404, МПК F04B 49/06, F04B 13/00, опубл. 09.12.2004. Dosierpumpe und Verfahren zu deren Steuerung (Дозирующий насос и способ управления им) / Stillhard О., Vos Н., Scherf H., Mueller К.

4. Graham R., Knuth E., Patashnik O. Concrete Mathematics. A Foundation for Computer Science. 2-nd Edition. Reading: Addison-Wesley, 1998. Русский перевод: Грэхем Р., Кнут Д., Паташник О. Конкретная математика. Основание информатики. Пер. с англ. под ред. Б.Б.Походзея и А.Б.Ходулева. М.: «Мир», 1998. Стр.139-147. § 4.5. Взаимная простота.

5. Колмогоров А.П., Фомин С.В. Элементы теории функций и функционального анализа. 4-е издание. М.: «Наука», 1976. Стр.59-60. § 2. Сходимость. Открытые и замкнутые множества. П.3. Плотные подмножества.

6. Математический энциклопедический словарь. Главный редактор Ю.В.Прохоров. М.: «Советская энциклопедия», 1988. Стр.476. Порядок.