Устройство для измерения уровня жидкости в баке с осевой мешалкой

с Окэ 1 с 111 тских г:011 иллис 1 и 11 ски РЕСПУБЛИК 1 Е 2328 ЕНИЯ змай 4 ГОСУДАРСТВЕ 111 ЫИ КОМИ 11 1ПО ИЗОБРЕТЕ 11 ИЯМ И ОГКРЫ 1 И11 РИ ГКН Г СССР ОПИСАНИЕ ИЗО К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(71) Институт проблем управления(56) Викторов В.АЛункин Б,ВСовлуков А,С. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов, М Энергоатомиэдат, 1989, с. 86-99.Викторов В,А. Резонансный метод измерения уровня. М, Энергия, 1969, с 106- 1 10,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ .УРОВНЯ ЖИДКОСТИ В БАКЕ С ОСЕВОЙ МЕШАЛКОЙ(57) Изобретение относится к автоматическим Средствам измерения и может быгь использовано в системах контроля и управления технологическими процессами, Цель изобретения - упрощение совместимости чувствительного элемента с объектом контроля и расширение области применения по контролируемым средам. С выхода генератора 1 прямоугольных импульсов импульсы посупают на вход формирователя 2 треугольных импульсов, который преобразует прямоугольные имгульсы в треугольные, Линейно изменяющийся сигнал через элемет 3 выборки-хранения пос 1 упает на вход высокочастотного перестраиваемого генератора 4. Сигнал с выхода генератора 4 смешивается в смесителе с высокочастотными колебаниями генератора 6 фиксированной частоты, усиливается, фильтруется и на элемент 10 возбуждения подается сигнал с частотой, равнои разности частотенераторов 4 и 6 На элементе 13 сьема колебаний формируется сигнал, напряжение которого изменяется в соответствии с АЧХ отрезка длинной линии, погруженного в контролируемую среду, После детектирования и усиления сигнала с выхода элемента 13 сигнал пас гупает на вход первого детектора, второго элемента выборки-хранения, на первый вход первого компараторэ и на прямой вход раэностного усилителя 21. В блоке цифровой индикации фиксируется реэонан-сная частота отрезка длинной линии. 2 ил, СьИзобретение относится к автоматическим средствам измерения и может быть использовано в системах контроля и управления технологическими процессами,Цель изобретения - упрощение совместимости чувствительно о элемента с объектом контроля и расширение области применения по контролируемь м средам,На фиг,1 показана блок-схема устройства для измерения уровня жидкости в емкостях с осевои мешалкой, на фиг,2 временная диаграмма его работы.Устройство содержит последовательно соединенные генератор прямоугольных импульсов 1, формирователь 2 треугольных импульсов, элемент 3 выборки-хранения, перестраиваемый генератор 4 высокой частот ы, смеситель 5, ко второму входу коТорого подключен высокочастотный генератор 6 фиксированной частоты, усилитель 7, поло- совой фильтр 8, линия 9 связи, элемент 10 возбуждения, отрезок длинной линии образуемый осевой мешалкой 11 и стенкой емкости 12, элемент 13 съема сигнала, линии 14 связи, амплитудный детектор 15, усилитепь 16, пиковый детектор 17, компаратор 18, О-триггер 19, элемент 20 выборки-хранения, разностный усилитель 21, пиковый детектор 22, компаратор 23, схему И-НЕ 24, О-триггер 25, блок цифровой индикации 26, при этом выходы генератора 1 прямоугольных импульсов, полосового фильтра 8 и О- триггера 25 соединены с тремя входами блока 26 цифровой индикации, выход усилигеля 16 соединен со вторым входами компаратора 18, элемента выборки-хранения 20 и разностного усилителя 21, выход которого соединен со вторым входом компаратора 23, ко второму входу схемы И - НЕ 24 подключен выход компаратора 18, элемент 20 выборки-хранения, управляющий выход цифрового блока 26 индикации подключен ко входам сброса пиковых детекторов 17 и 22 и О-триггеров 19 и 25.Устройство работает следующим образом.С выхода генератора 1 прямоугольных импульсов импульсы (фиг.2 а) поступают на вход формирователя 2 треугольных импульсов, который преобразует прямоугольные импульсы в симметричные треугольные импульсы (фиг, 2 б), Линейно изменяющийся сигнал через элемент 3 выборки-хранения поступает на вход высокочастотного перестраиваемого генератора 4 (фиг, 2 в), На выходе генератора 4 возникают электромагнитные колебания с частотой, являющейся функцией управляющего напряжения, которые смешиваются в смеси- геле 5 с высокочастотными колебаниямигенератора 6 фиксированной частоты, усиливаются в усилителе 7 фильтруются в полосовом фильтре 8 так, что по линии 9 связи на элемент 10 возбуждения подается сигналчастотой, равной разности частот генераоров 4 и 6, Такая схема включения при оответствующем выборе частот генератоов обеспечивает практически неограниенную перестройку по частоте сигнала, одаваемого на возбуждение чувствителього элемента. Чувствительным элементом лужит осевая мешалка 11, образующая с еталлической стенкой 12 бака отрезок линной линии. При перестройке частоты ысокочастотного перестраиваемого генеатора 4, на элементе 13 съема формируется ысокочастотный сигнал напряжения, ампитуда которого изменяется в соответствиирезонансной амплитудно-частотной хаактеристикой отрезка длинной линии, поруженного в контролируемую среду. При риближении разностной частоты с собстенной частотой этого отрезка, которая явяется функцией уровня, увеличивается апрякение на элементе 13 съема, в соотетствии с резонансной кривой,После детектирования на выходе ампитудного детектора 15 выделяется огибаюая - видеоимпульс, далее видеоимпульс оступает на усилитель 16, с выхода котороо он одновременно поступает на входы пиового детектора 17, элемента ыборки-хранения 20, на первый вход комаратора 18 и на прямой "+" вход разностого усилителя 21 (фиг. 2 г) О-триггер 19 аходится в нулевом состоянии, с его выхоа напряжение низкого уровня подается на правляющий вход элемента 20 выборки- ранения, что обусловливает режим выбор- и и поступающее на его вход напряжение ез изменения пропускается через него и одается на инверсный вход разностного силителя 21, Разностный усилитель вычиает значения однополярных напряжений г, О, поступающих соответственно на его рямой и инверсный входы, таким образом а его выходе возникает разностное напряение ЛО = ЦО 2 - О). где к - коэффициент силения разностного усилителя 21.Далее разностное напряжение ЛО с выода усилителя 21 подается на вход пиковоо детектора 22 и на первый вход омпаратора 23, Когда элемент 20 выборки- ранения находится в режиме выборки О 1- 2 и разностное напряжение ЬО = О, то остояние компаратора 23 не меняется. Кога напряжение с выхода усилителя 16 прилизится к амплитудному значению идеоимпульса, вблизи экстремальногозначения (в окрестности резонансной частоты отрезка длинной линии) диод пикового детектора 17 находится в полузакрытом со стоянии, благодаря чему напряжение нл первом входе компаратора 18 будет больше, чем на втором входе, и компаратор 18 изменит свое состояние. На его выходе Формируется напряжение высокого уровня, которое подается на один из входов элемента И-НЕ 24 и на тактовый С вход О-триггера 19. Под действием переднего фронта сигнала, поступающего с выхода колпаратора 18, меняется состояние О-триггера 19 и триггер перебрасывается в единичное состояние Высокий уровень с выхода О-триггера 19 воздействует на управляющий вход элемента 20 выборки-хранения, переводит его в режим хранения и элемент 20 выборки-хранения запоминает мгновенное значение напряжЕния О 1, поступающего с выхода усилителя 16.На вход пикового детектора 22 поступает напряжение ЛО в промежутке времени, когда и напряжение с выхода усилителя 16 находится вблизи экстремального значения, т,е, когда О 2О 1, При прохождении экстремального значения напряжения ЛО компаратор 23 меняет свое состояние и на его выходе формируегся сигнал высокого уровня, который подается на один иэ входов элемента И - НЕ 24. С этого момента на элементе И - НЕ 24 происходит совпадение сигналов высокого уровня, т.е. совпадение логических единиц, и на выходе элемента 24 формируется низкий уровень (лог, О), но О- триггер 25 находится в нулевом состоянии и состояние его не изменяется до того момента, пока с выхода элемента И-НЕ 24 не придет передний фронт сигнала. Это произойдет тогда когда экстремальное значение напряжения, зафиксированное пиковым детектором 22 станет больше, чем напряжение, снимаемое с выхода разностного усилителя 21. Когда это произойдет, компаратор 23 возвращается в исходное состояние и низкий уровень с его выхода вызывает формирование высокого уровня (лог, 1) на выходе элемента И-НЕ 24, вследствие чего на выходе О-триггера 25 появляется уровень лог. 1, который воздействует на управляющий вход элемента 3 выборки-хранения и переводит его из режима выборки в режим хранения. С этого момента запоминается мгновенное значение напряжения, поступающего от Формирователя треугольных импульсов 2. На выходе элемента 3 выборки-хранения фиксируется это напряжение, которое вызывает фиксацию частоты высокочастотного перестраиваемо 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 го генератора 4, л значи. и частоту сигнллл с выхода нолосово(о Фильтра Ь, плвную разностной члс 1 оте Переднии фронт импульса с О-триггера 25 Формируег в цифровом блоке 26 индикации времч излеренич разностной частоты 11, в котором записьвается код М 1 - 11/2. По окончании времени измерения на выходе цифрового блока 26 индикации Формируется импульс, который сбрасывает пиковые детекторы 17 и 22, а также О-триггеры 19 и 25, На выходе триггеров низкие уровни воздеиствую нл элементы 20 и 3 выборки-хранения и перееодчт их в режим выборки Этим первач половина цикла заканчивается и г 1 лчинлесч вторая половина цикла измеренияВо второй половине циклл изменяется частоа 12 на том уровне резонлнсного импульса, что и 11, разница заключается в том что напряжение нл выходе формирователя треугольных импульсов 2 линейно изменяется в обратную сторону (линеино уменьшается). После завершения измерения частоты 12 в блоке 26 цифровой индикации к предыдущему значению добавляется еще Гч 212/2, в результате в счетчике блока 26 будет зафиксирован код М : гч 1 + й 2 =1+12--- , соответствующий резонансной2 частоте отрезка длинной линииТаким образом, в предлагаемом устройстве определение экстремального значения напряжения амплитудно-частотной характеристики и измерение ее резонансной частоты происходит по следующему принципу: пиковый детектор 17 "грубо определяет экстремальное значение, "грубо" определенное напряжение фиксируетгя вторым элементом 20 выборки-хранения, разность между зафиксированным и экстремальным значением напряжения определяется и усиливается с помощью разностного усилителя враз. Пиковым детектором 22 фиксируется точное экстремальное значение. В точках, определенных пиковым детектором 23, на однол 1 и том же уровне АЧХ отрезка длинной линии измеряются частоты т 1 и т 2, в счетчике фиксируется полусумма этих частот, определяющая резонансную частотуотрезка длинной линии.Формула изобретения Устройство для измерения уровня жидкости в баке с осевой мешаллой, содержащее чувствительный элемент в виде отрезка длинной линии, элементы возбуждения и съема электромагнитных колебаний, последовательно соединенные генератор прямоугольных импульсов и Формирователь треугольных импульсов, высолочэгтотныйА,Долин ич каз 2910 Тираж 405 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 роизводстненно издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 перестраиваемый генератор электромагнитных колебаний, амплитудный детектор, вход которого соединен с элементом сьема электромагнитных колебаний, и блок цифровой индикации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения совместимости чувствительного элемента с объектом контроля и расширения области применения по контролируемым средам, чувствительным элементом служит осевая мешалка, образующая с металлической стенкой бака отрезок длинной линии, в устройство дополнительно введены первый и второй элементы выборки-хранения, последовательно соединенные смеситель, первый усилитель и фильтр, высокочастотный генератор фиксированной частоты, второй усилитель, разностный усилитель, первый и второй пиковые детекторы, первый и второй компараторы; первый и второй О-триггеры, элемент ИН Е, при этом первый вход первого элемента выборки-хранения соединен с выходом формирователя треугольных импульсов, второй вход - с выходом второго О-триггера, а выход - с высокочастотным перестраиваемым генератором, выход которого соединен с первым входом смесителя, второй вход которого подключен к выходу высокочастотного генератора фиксированнойф т частоты, выход фильтра соединен с элементом возбуждения и первым входом блока цифровой информации, второй вход которого подключен к выходу генератора прямо угольных импульсов, третий вход - к выходувторого О-триггера, а выход - к первым входам первого и второго пиковых детекторов,, первого и второго О-триггеров, выход амплитудного детектора подключен к входу вто рого усилителя, выход которого соединен свторым входом первого пикового детектора, первым входом первого компаратора, первым входом второго элемента выборки-хранения, и первым входом разностного 15 усилителя, второй вход которого подсоединен к выходу второго элемента выборки- хранения, а выход - к второму входу второго пикового детектора и первому входу второго компаратора, второй вход которого под ключен к выходу второго пикового детектора,а выход - к первому входу элемента И-НЕ, выход которого подключен к второму входу второго О-триггера,. выход первого пикового детектора соединен с вторым входом первого 25 компаратора, выход которого подключен квторому входу элемента И - НЕ и второму входу первого О-триггера, выход которого соединен с вторым входом второго элемента выборки-хранения,