Дискретный емкостной уровнемер

(51)М. Кл. 501 Р 23/26 ГввуаЕствваа вютвт СССР пв алаи звбрвтвий и втрытий(72) Авторы изобретен Ынскои 7) Заявитель ститут электродинамики АН Ук ДИСКРЕТНЫЙ .ЕМКОСТНОЙ УРОВНЕМ аос ез кл авленная цель достигается т ровнемер введены последовасоединенные дополнительныее и сравнивающее устройст о чт ельн вычитающе Изобретение относится к электроизмерительной технике, более конкретно - к приборам для измерения уровняжидкостей в резервуарах посредствомемкостных датчиков, и может найтиприменение для измерения и сигнализации уровня при значительной скорти его измерения.Известны устройства для измерения уровня, содержащие группу емкостных датчиков, связанных через коммутатор с устройствами сравнения,тактовый генератор, подключенный чер юч к счетчику импульсов1.Недостатком этих устройств является низкое быстродействие измерения уровня, вызванное циклическимрежимом его работы,Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяуровнемер, содержащий группу емкостных датчиков, расположенных в пределах измеряемого уровня, верхний И нижнии компенсационные датчики, подключенные к коммутатору, генертор, сравнивающее устройство, навходы которого подключены вычитающее устройство и блок формирования 5опорного напряжения, соединенныевходами с коммутатором и верхним инижним компенсационными датчикамисоответственно, и последовательносоединенные тактовый генератор, клю реверсивныи счетчик, подключенныи к коммутатору, и цифровое отсчетное устройство21.Недостатком известного уровнемера является низкое быстродействие измерения уровня, обусловленное цик лическим режимом работы.Целью изобретения являетсяние быстродействия измерения уровня 2 о П ст е3 10028включенные между двумя соседними контактами коммутатора и ключом, и инвертор, включенный между сравнивающим устройством и реверсивным счетчиком, причем дополнительноеьсравнивающее устройство соединено с формирователем опорного напряжения, а выход сравнивающего устройства - с входом реверсивного счетчика.На чертеже представлена схема 1 Одискретного емкостного уровнемера.Верхний компенсационный датчик 1,находящийся вне пределов измеряемогоуровня, группа 2 емкостных датчикови нижний компесационный датчик 3, на. 15ходящийся в измеряемой жидкости, подключены одними выводами к выходу генератора 4 напряжения. Вторые выводыдатчиков подключены к входам коммутатора 5, который выполнен в видедвух спаренных переключателей, Выходкоммутатора, связанный с нижним издвух подключенных датчиков, соединен с первыми входами основного 6и дополнительного 7 вычитающих устройств..Второй вход устройства 6 связанс верхним компенсационным датчиком 1,а второй вход устройства 7 соединенчерез коммутатор с тем из двух подключенных датчиков, который расположен выше. Нижний компенсационныйдатчик 3 связан с входом блока 8 формирования опорного напряжения, выход; которого соединен с одним из вхо 35дов сравнивающего устройства 9, второй вход которого подключен к выходу вычитающего устройства 6,Выход сравнивающего устройства 9связан с входом инвертора 10, В сос 40тав уровнемера входят также тактовыйгенератор 11, дополнительное сравнивающее устройство 12, входы которого подключены к выходам вычитающегоустройства 7 и блока 8 формирования45опорного напряжения, а выход - к управляющему входу ключа 13, Счетныйвход реверсивного счетчика 14 черезключ связан с тактовым генератором11, управляющие его входы соединеныс выходами сравнивающего устройстваи инвертора 10, Выходы реверсивного счетчика подключены к цифровомуотсчетяому устройству 15 и управляющему входу коммутатора 5.Уровнемер работает следующим образом,При протекании электрического тока от генератора 4 через емкостные датчики, сигналы на входах вычитающих устройств 6 и 7 пропорциональныемкостям соответствующих датчиков,подключенных к этим входам. емкостиже погруженных в жидкость датчиковможно представить в виде суммы начальной емкости, равной емкостиверхного компенсационного датчика,и приращения емкости за счет погружения датчика в измеряемую среду,которое очевидно пропорциональноизменению диэлектрической проницаемости среды и степени Р погружениядатчика, равной отношению длины погруженной части датчика к всей егодлине,Напряжения на выходе вычитающихустройств можно представить выражениями:О =В (1)От = М(Р 1 й) (2)где О 1 и О 2 - напряжени соответственно на выходах устройств 6 и 7;Ех - постоянные коэффициенты;( и ),- степени погружения соответственно нижнего и верхнего датчиков,подключенных через коммутатор к входам вычитающих устройств;Е - разность диэлектрических проницаемостейизмеряемой среды и воздуха. Блок формирования опорного напряжения преобразует изменение диэлект- рической проницаемости Ьв пропорциональное изменение напряжения, поэтому напряжение О на выходе этого блока Оо 0 (3)Состояния сравнивающих устройств 9 и 12 определяются соотношением напряжений, определяемых выражениями (1-3), поступающих на входы этих устройств,Ъи выполнении условий О т О и О сО сигналы на выходах сравнивающих устройств соответствуют логической единице, Исходя из выражений (1-3), последние условия можно записать в виде,с о/ (ЦРт о 1 (5) откуда следует, что сигнал логической единицы на выходе устройства 9 будет при степени погружения нижнего из подключенных датчиков меньшей определенного значения, определяемого выбором коэффициентов 1, и с. При этом для обнаружения уровня необходим переход ламелей коммутатора( 6), т,е,ко "ос5 10 ь 71- /1 с, (7) и заполненном нижнем датчике =1).В обоих этих случаях необходимо изменение положения ламелей коммутатора, управляемого реверсивным счетчиком. Это достигается подачей разрешающего сигнала с выхода сравниваю. 20 щего устройства 12 на управляющий вход ключа 13, который в этом случае пропуСкает импульсы тактового генератора 11 на счетный вход реверсивного счетчика 14, 25Сигнал логического "нуля" на выходе сравнивающего устройства 9 будет при погружении нижнего из подключенных датчиков выше определенного предела (Ъ 1 / ) . Сигнал с выхода ин вертора 1 О в этом случае устанавливает реверсивный счетчик 14 в направлении прямого счета, Запрещающий сигнал с выхода сравнивающего устройства 12 поступает на вход ключа 13 при выполнении условий:7 1 т (8)Р 1-1 о/о(9)1 аким образом, при включении прибора осуществляется переключение ламелей коммутатора посредством счетчика 14 до тех пор, пока к вычитающим устройствам не будут подключены два датчика в пределах которых нахо 45 дится измеряемый уровень, При этом допустимые пределы определяются условиями (8) и (9), а правильное направление счета счетчика 14 при нарушении этих условий устанавливает 50 ся посредством устройства 9 и инвертора 10. При понижении уровня (в пределах подключенных датчиков) ниже значения к / осуществляется переключение коммутатора на одни шаг55 "вниз" и уменьшение показаний счетчика 14 на единицу. Для правильного выбора направления счета коэффициенты 1,1 ивыбраны из условия синхФормула изобретения"вниз". Поэтому сигнал с выхода устройства 9, поступая на управляющий вход реверсивного счетчика 14, устанавливает последний в направлении обратного счета. Условие (5) соблюдается при разности степеней погружения двух подключенных датчиков меньшей значения,определяемого коэффициентами 1 О и 2, Это возможно как при степени погруженияЬ ко/и пустом верхнем датчике (р =0) так и при При повышении уровня выше предела, определяемого условием ( 9 ),осуществляется переход коммутаторана шаг вверх" и увеличение показа"ний счетчика 14,Для обеспечения устойчивой работы уровнемера необходимо, чтобы переключение коммутатора после попадания уровня в пределы неустойчи"вости, определяемые одним из условий ( 6) или ( 7), обеспечивало выходиз этих пределов. Для этого должно соблюдаться условие:ко Откуда находим соотношение между коэффициентами(0с,2 Дискретный емкостной уровнемер, содержащий группу емкостных датчиков, расположенных в пределах измеряемого уровня, верхний и нижний компенсационные датчики, подключенные к коммутатору, генератор, сравнивающее устройство, на входы которого подключены вычитающее устройство и блок формирования опорного напряже.ния, соединенные входами с коммутатором и верхним и нижним компенсационными датчиками соответственно, и последовательно соединенные тактовый генератор, ключ, реверсивный счетчик, подключенный к коммутатору, и цифровое отсчетное устройство, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия измерений, в уровнемер введены последовательно соединенные дополнительные вычитающее и сравнивающее устройства, включенные между двумя соседними контактами коммутатора и ключом, и инвертор, включенный между сравнивающим устройством и реверсивным счетчиком, причем дополнительное сравнивающее устройство соединено с формирователем опорногонапряжения, а выход сравнивающегоустрбйства - с входом реверсивноосчетчика.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 100284281, Заявка Франции М 2267541,кл, 6 01 Р 23/26, опублик, 12.12.75.2. Заявка ВеликобританииЮ 1395573, кл . 0 0 1 % 23/26, опублик.12.05.75 (протоТип).Шандор да НИИП илиал ППП Проектная 1531/20 И Государственн по делам изобрете 120 Я, Москва, Ж-Д Ф ПСоставитель Т.Техред А.АчТираж 641го комитета СССРий и открытийРашская наб., 81е д нт", г. Ужгоро ноземцева Корректор И. Шулл Подписное