Многоточечный сигнализатор уровня

(19) ( 1) 056 01 Е 232 БРЕТЕНИЯ ОПИСАН АУ СБДЕТЕЛСТУ АВТО УССРтьев 573 никова АТОР рите ля с носится к изк устройствам СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ И ГКНТ СССР(71) Институт электродинамики АН. Авторское свидетельство СССМ 1002842, кл, 6 01 Е 2326, 1978(57) Изобретение отной технике, точнее нализации о достижении неэлектропроводной жидкостью заданных уровней, и может найти применение для контроля уровней этих жидкостей. Изобретение позволяет повысить точность фиксации заданных уровней иобеспечивает увеличение точности измерения уровня. При протекании тока от генератора 4 через верхний 1, нижний 3 компенсационные и измерительные емкостные 2 датчики на них формируются сигналы, пропорциональные емкостям соответствующих датчиков, которь 1 е зависят от степени их заполнения контролируемой жидкостью и других факторов. По данным сигналам первым 10 и вторым 11 сравнивающими устройствами при помощи первого 6, второго1610301 10 25 30 35 40 7 вычитающих устройств, формирователя 9 опорного напряжения и ключа 16 формируются сигналы, управляющие счетом импульсов тактового генератора 15 на реверсивном счетчике 17, Код счетчика 17 управляет положением ламелей коммутатора 5. При этом осуществляется автоматическое переключение ламелей коммутатора 5 до тех пор, пока к вычитающим устройствам 6 и 7 не будут подключены два датчика 2, в пределах которых находится измеряемый уровень. В этом случае код реверсивного счетчика 17 всегда на единицу меньше номера нижнего из двух подключенных датчиков 2. Однако при изменении уровня изменение кода счетчика 17 и переключе. Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к приборам для сигнализациидостижения уровнем неэлектропроводной жидкости заданных значений,Цель изобретения - повышение точности.На чертеже изображен предлагаемый сигнализатор,Сигнализатор содержит верхний компенсационный датчик 1, расположенный вне пределов контролируемой жидкости, группу рабочих емкостных датчиков 2 и нижний компенсационный датчик 3, погруженный в контролируемую жидкость, подключенные общим электродом к выходу генератора 4 напряжения., Вторые выводы датчиков подключены к входам коммутатора 5, который выполнен в виде двух спаренных переключателей, Выход коммутатора 5, связанный с нижним из двух подключенных датчиков нижняя ламель), соединен с вторыми входами первого 6 и второго 7 вычитающих устройств. Верхняя ламель коммутатора 5 подключена к первым входам второго 7 и третьего 8 вычитающих устройств. Первый вход вычитаю- щего устройства 6 и второй вход вычитающего устройства 8 связаны с верхним компенсационным датчиком 1. Нижний компенсационный датчик 3 подсоединен.к входу формирователя 9 опорного напряжения, выход которого подключен к вторым входам первого 10, второго 11, третьего 12 и четвертого 13 сравнивающих устройств. Первые входы второго 11 и третьего 12 сравнивающих устройств соединены с выходами второго 7 и третьего 8 вычитающих устройств соответственно. Выход первого вычитающего устройства 6 подключен ко ния ламелей коммутатора 5 осуществляются с запаздыванием, после прохождения жидкостью середины соответствующего датчика 2, что необходимо для устойчивой работы устройства. Благодаря введению в устройство масштабного преобразователя 14. третьего 12 и четвертого 13 сравнивающих устройств, третьего вычитающего устройства 8 и цифрового сумматора 18 показания индикатора 19 меняются без запаздывания относительно момента перехода жидкостью середин датчиков 2 и поэтому показания индикатора 19 соответствуют, числу заполненных не менее чем на половину датчиков 2,что обеспечивает повышение точности фиксации заданных уровней. 1 ил. первому входу сравнивающего устройства 10, а через масштабный преобразователь 14 - к первому входу четвертого сравнивающего устройства 13.В состав сигнализатора входит также тактовый генератор 15, выход которого через ключ 16 соединен со счетным входом реверсивного счетчика 17 импульсов, Управляющий вход ключа 16 соединен с выходом сравнивающего устройства 11, а управляющий вход реверсивного счетчика 17 подключен к выходу первого сравнивающего устройства 10. Выходы счетчика 17 связаны с управляющим входом коммутато 15 ра 5 и с входами второго слагаемого цифрового сумматора 18. Вход переносаи вход младшего двоичного разряда первого слагаемого цифрового сумматора 18 подсоединены к выходу третьего 12 и четвертого 13 20 сравнивающих устройств соответственно,.Выход сумматора 18 соединен с входом цифрового индикатора 19. Сигнализатор работает следующим образом,При протекании электрического тока от генератора 4 через емкостные датчики 2, сигналы на входах первого 6,.второго 7 и третьего 8 вычитающих устройств пропорциональны емкостям соответствующих датчиков, подключенных в этим входам. Емкости погруженных в жидкость датчиков можно представить в виде суммы начальной емкости. равной емкости непогруженного в жидкость (" сухого" ) датчика, и приращения емкости за счет погружения датчика в измеряемую жидкость, которое пропорционально изменению диэлектрической пропорциональности среды и степени погружения датчика, равной отношению дли 1610301ны погруженной части датчика ко всейегодлине.Выходные напряжения вычитающих устройств можно представить выражениями06 = К 6(С - Со) = К 6(Со(1+ )% ЬЕ) - Со,(1)Ут = К(С - СН.1) = Кт Со(1 + ф ЬЕ ) - С+1), ХфРЬяф (г)Ов = Кв(С+1 - Со) = КЖС(н)о(1 + )%Ье)-Со (3)где 06, От и Ов - напряжения на выходахустройств 6,7 и 8 соответственно;К 6, К 7 и Кв - . постоянные коэффициенты;+ 1)-го дискретных датчиков, подключенныхк нижней и верхней ламелям коммутатора;Ье - разность диэлектрических проницаемостей контролируемой среды и парогазовой смеси над ней;Со, С и Сн.1 - емкости, соответственно,верхнего компенсационного, -го и (г+1)-годатчиков;Со И С(Н 1)о - НаЧаЛЬНЫЕ ЕМКОСТИ датЧИков.В случае идентичности всех дискретныхдатчиков их начальные емкости одинаковыи равны емкости верхнего компенсационного датчика; т,е.:Со = СО+1)о = Со.С учетом этого условия выражения (1) -(3) примут вид06 = СоКоФ(4)07= СоК 7 % - %и )ЬЕ; (5)Ов = СоКв /3 1 Ьв. (6)Формирователь 9 опорного напряжения преобразует разность диэлектрическихпроницаемостей Ьг в пропорциональноенапряжение в соответствии с зависимостьюОо = СоКо ЬЕ, (7)где Оо - выходное напряжение формирователя 9;Ко - постоянный коэффициент,Если коэффициент передачи масштабного преобразователя 14 равен К 14, то еговыходное напряжение 014 равно014 = К 1406.= СоК 6 К 14 %ЬЕ. (8)Постоянные коэффициенты. определяе-мые параметрами соответствующих блоков,выбираются из следующих соотношенийКо/К 6 = 1 - А; (9)Ко/К 7 = 0,5 - Ь; (10)Ко/К 6 К 14 = Ко/Кв = 0,5, (11)где Ь - погрешность запаздывания(0 Ь0,5), выбираемая из условия обеспечения устойчивой работы сигнализатора приналичии различных дестабилизирующихфакторов (неидентичность секций,. погрешность еычитающих устройств, влияние коммутационных помех при переключении коммутатора и др.)Выходные напряжения 06, От и Ов вычитающих устройств 6 - 8, а также выходное5 напряжение 014 масштабного преобразователя 14 подаются на входы первого 10, второго 11, третьего 12 и четвертого 13 сравнивающих устройств; которые осуществляют их сравнение с выходным напряже нием Оо формирователя 9.Сигнал логической единицы на выходекаждого из сравнивающих устройств возникает в том случае, когда выходное напряжение превышает опорное. Если же выходное 15 напряжение ниже опорного, то на выходесравнивающего. устройства присутствует сигнал логического нуля, Условия появления сигнала логической единицы на выходах УстРойств 10, 11, 12 и 13 (06Оо, 07Оо, 20 014Оо, Ов Оо) нетрудно получить наосновании выражений (4) - (11) соответст- венно в видеР 1 - Ь; (12) ф - 3 -)-10,5 - Ь; (13) 25. )% 05; (14)%+1 05. (15) Выходной сигнал первого сравнивающего устройства 10 управляет направлением счета реверсивного счетчика 17 импульсов, При этом,как следует из (12), сигнал логической единицы, устанавливающий направление прямого счета, появляется при близком к полному погружении 1-го датчика.Сигнал с выхода второго сравнивающего устройства 11 управляет ключом 16, причем сигнал логического нуля открывает. этот ключ для прохождения импульсов тактового генератора 15 на счетный вход счетчика 17.Как видно из выражения (13), импульсы по ступают на вход счетчика при)% - ф+1(0,5 - Ь. Последнее соотношение справедливо е двух случаях.Во-первых, при "сухом" (+1)-ом датчике 45 ф 1 С О) и малом погруженииГо датчикаф (0,5 - Ь), а во-вторых, при полном погружении 1-го датчика (Р= 1) и значительном погружении (+1)-го ф +1 0,5 + Ь) .В первом случае, согласно (12), счетчик 50 17 установлен в направлении обратного счета, а во втором - е направлении прямого счета. Поэтому пересечение плоскостью уровня средних линий датчиков, как вниз, так и вверх по высоте резервуара, приводит к уменьшению, либо увеличению показаний реверсивного счетчика, при этом слежение осуществляется с погрешностью запаздывания, равной + в,Выходной код реверсивного счетчика 17 управляет положением ламелей коммутатора 5, При этом подключе1610301 нию двух датчиков с номерами и (1+1) соответствует выходной код счетчика (1-1), Так, например, нулевому коду счетчика соответствует такое положение ламелей оммутатора 5, при котором подключены первый и второй датчики (нумерация осуществляется снизу вверх по высоте резервуара). Выходной код счетчика 17 поступает также на вход одного из слагаемых цифрового сумматора 18, представляющего собой обычный двоичный сумматор. Формула изобретенияМноготочечный сигнализатор уровня,содержащий группу емкостных датчиков,расположенных в пределах измеряемогоуровня, верхний и нижний компенсационные датчики, подключенные к коммутатору, генератор, формирователь опорного напряжения, соединенный входом с нижним ком 10 пенсационным датчиком, первое и второе вычитающие устройства. входы первого из которых подключены к нижней ламели коммутатора и верхнему компенсационному датчику, входы второго - к обеим ламелям На вход переноса и на младший двоичный разряд второго слагаемого сумматора 18 поступают сигналы с выходов сравнивающих устройств 12 и 13. Сигналы логической единицы на выходах этих устройств,как видно из соотношений (14) и 15), появляются при пересечении плоскостью уровня средней линии соответствующего датчика. Благодаря этому выходной код сумматора 18 однозначно соответствует числу погруженных не менее, чем наполовину дискретных датчиков без погрешности запаздывания. коммутатора, а их выходы соединены с первыми входами первого и второго сравнивающих устройств, вторые входы которых. связаны с выходом формирователя. опорного напряжения, и последовательно соединенные тактовый генератор, ключ, связанный управляющим входом с выходом второго сравнивающего устройства, реверсивный счетчик импульсов, подключенный управляющим входом к выходу первого 20 сравнивающего устройства, а выходом - к 25 управляющему входу коммутатора, и цифровойиндикатор,отлича ющийся тем, что, с целью повышения точности, в него Пусть, например, ф 0,5, аф+10,5, тогда выходной код М сумматора определяется выражениемК =. (1-1) + 1 + 0 =Приф=1 0,5 и 8+1 0,5 следует, чтой = (1-1) + 1 + 1 = + 1,Выходной код й индицируется цифровым индикатором 19, При этом показания индикатора 19 отслеживают заданные точки уровня, совпадающие со срединами дискретных датчиков, без присущей устройству- прототипу погрешности запаздывания, В предлагаемом сигнализаторе запаздывание присуще только показаниям реверсивного счетчика 17 и переключению ламелей коммутатора 5, благодаря чему сохраняется устойчивая работа сигнализатора; Выходной код й цифрового сумматора 18 и пока-. зания индикатора 19 изменяются при срабатывании сравнивающих устройств 12 и 13 вточках фиксации %=0,5 и%+1=0,5 без погрешности запаздывания. введены сумматор. третье и четвертое сравнивающие устройства, масштабный преобразователь и третье вычитающее устройство, первый вход которого подклю 30 чен к верхней ламели коммутатора, второй вход соединен с верхним компенсационным датчиком, а выход соединен с первым входом 35 третьего сравнивающего устройства, второй вход которого подключен к выходу формирователя опорного напряжения, и при этом первый вход четвертого сравнивающего устройства связан через масштабный преобразователь с выходом первого вычитающего устройства, выход формирователя опорного 40 напряжения подключен к второму входу четвертого сравнивающего устройства, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого подключен к выходу третьего сравнивающего устройства, а третийвход к Выходу реверсивного счетчика, приэгом вход индикатора подключен к выходусумматора,Составитель А,ПротопоповТехред М,Моргентал Корректор В.Гирняк Редактор А.Ревин Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Заказ 3730 Тираж 537 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5