Электроемкостный уровнемер

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз Советски кСоцналмстичеснннРеслублнн.3 ЪвударстввнныВ камнтвт СССР ав двлам йзюбрвтвний н еткрыткй(54) ЭЛЕКТРОЕМКОСТНЫИ УРОВНЕМЕР 1Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для определения уровня воды в скважинах.По основному авт; св, У 756212 из" вестно устройство, содержащее общий . электрод, измерительный и компенсаци" онный емкостные датчики, подключенные через постоянные резиторы к генератору импульсов, реверсиьный счетчик, первый триггер, второй триггер, два логи 1 о ческих элемента И, два счетчика импульсов, .последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и цифро. аналоговый преобразователь, и подклю" ченный к ним через реверсивныйсчетчик 5 блок памяти, при этом каждые компаратор, триггер, логический элемент И и . счетчик соединены между собой после" довательно и подключены соответствен" но к измерительному и компенсационно- о му емкостным датчикам, генератор им" пульсов подключен к входам триггеров, генератор тактовых импульсов " к вхо" дам логических элементов И, а ревер 2сивный счетчик соединен со счетчиком из цепочки, подключенной к компенса" ционному емкостному датчику 1.Однако устройство имеет недостаточную точность измерения.Целью изобретения является повышение точности измерения;Это достигается тем, что в электро" емкостный уровнемер введены подключенные к генератору тактовых импульсов дополнительные последовательно соединенные резистор, компенсационный дат" чик, компаратор, триггер, третий ло" гический элемент И, третий счетчик, четвертый логический элемент И, четвертый счетчик, блок сравнения, цифра" аналоговый преобразователь, управляе" мый генератор тактовых импульсов, а в канал измерительного датчика введе" ны подключенные к счетчику дополни" тельные последовательнб соединенные первый преобразователь, пятый логический элемент И, пятый счетчик, блок вычитания, шестой счетчик, шестой ло0 4 3 96447гический элемент И, второй преобразоватеЛь и блок памяти, при этом допол"нительный генератор тактовых импульсов подключен к пятому и шестому логическим элементам И, блок сравненияподключен к шестому счетчику, а допол"нительно введенный делитель соединенс третьим счетчиком, третьим и четвертым логическими элементами И, логичес.кими элементами И в каналах основных 1 Оизмерительного и компенсационного датчиков и основным управляемым генератором тактовых импульсов.На чертеже дана структурная схемаустройства, 1Электроемкостный уровнемер содержит общий электрод 1, относительно ко.торого образуется емкости измеритель"ного емкостного датчика 2 и компенсационных емкостных датчиков 3 и .4, три 20резистора 5-7, три компаратора 8-10,генератор 11. импульсов, три триггера12-14, делитель 15, логические элементы И 16-21, управляемые генераторы .тактовых импульсов 22 и 23, счетчики 2 ь24-29, цифро-аналоговые преобразователи 30 и 31, реверсивный счетчик 32,блоки 33 и 34 памяти, преобразователи35 и 36, блок 37 вычитания и блок 38,сравнения, 30Уровнемер работает следующим образом.Генератор 11 импульсов генерируетв непрерывном режиме прямоугольные им"пульсы, длительность которых выбирается большей по сравнению с.временемнарастания переходного процесса в из"мерительной реэисторно-емкостной цепи.образованной резистором 6 и измерительным емкостным электродом при наибОльшем уровне. жидкости, Интервал между импульсами выбирается достаточнымдля полного затухания переходных про"цессов,Каждый новый Фронт импульса опрокидывает триггеры 12- 14 таким образом,что на входы логических схем И 16"18поступает разрешение на пропуск тактовых импульсов с выходагенератора22 тактовых импульсов на входы счетчиков 24-26.Одновременно Фронт импульса генератора 11 импульсов поступает черезрезисторы 5-7 на измерительную и ком"пенсационную емкости датчиков 2-4. Начинается нарастание напряжений на этих"емкостях, причем время нарастания наизмерительном конденсаторе датчика 2пропорционально уровню жидкости, а на конденсаторах компенсационных датчи" ков 3 и 4 - относительно неизменно.При достижении переходными процессами определенных уровней компараторы 8-.10 вырабатывают импульсы, приводящие к обратному опрокидыванию триггеров 12- 14, На выходах триггеров 12"14 образуются сигналы, запрещающиепоступление импульсов через логические схемы И 16- 18 с выхода генератора 22 тактовых импульсов на входысчетчиков 24-26 импульсов.Таким Образом, в счетчиках 24"26 импульсов оказываются записанными числа импульсов, пропорциональные величинам емкостей измерительных и компенсационных датчиков. В связи с тем, чтоконструкция датчиков устанавливаетопределение соответствия между величинами емкостей и их длиной, число импульсов на выходе счетчика 25 эквивалентно измеряемому уровню жидкости.Компенсационный емкостный датчик 4 совместно с подключенной к нему цепочкой, состоящей из последовательно соединенных компаратора 10, триггера логического элемента И 18, счетчика 26, реверсивного счетчика 32, цифроаналогового преобразователя 30, управляемого генератора 22 тактовых импуль" сов и связанного с реверсивным счет" чиком 32 блока 34 памяти, уменьшает погрешность измерения уровня при ус" ловии, что возмущающее воздействие сказывается в раьной мере как на емкости измерительного датчика,2, так и на емкости компенсационного датчика 4 (давление, температура, диэлектрическая проницаемость и т. д.). Для этого в блоке 34 памяти записывается посто" янное число импульсов, приводящееся в соответствии эталонному расстоянию компенсационного датчика 4. При настройке уровнемера порог срабатывания компаратора 10 устанавливается таким образом, что число импульсов, записанное в счетчике 26 импульсов, равно постоянному числу импульсов блока 34 памяти.В случае отклонения по какой-либо причине емкости компенсационного датчика 4 от первоначальной, в счетчике 26 импульсов записывается иное число: импульсов, большее или меньшее по сравнению с хранящимся в блоке 34 памяти. В результате этого в реверсивном счетчике 32 формируется код "Больше" или "Меньше", преобразуемый цифро-аналоговым преобразователем 30 в анало9644говое напряжение, подстраивающее ге"нератор 22 тактовых импульсов до техпор, пока число импульсов, записывае"мых в счетчике 26 импульсов, не станет практически равным числу импуль"сов блока 34 памяти (с учетом пределов технической точности системы подстройки),Таким образом, в счетчике 26 им"пульсов автоматически поддерживается енеизменное число импульсов, котороеприводится в соответствие длине компенсационного. датчика, т. е. высотестолба жидкости, вдоль которого рас"положенкомпенсационный датчик, так ц. как высота. этого столба и число импульсов в счетчике компенсационногодатчика, происходящие в результатеизмененияокружающих воздействий, снижаются на величину, характеризующуюся 2 встепенью точности замкнутой системыподстройки частоты генератора 22 .тактовых импульсов,Компенсационный емкостный датчик 3не замачивается жидкостью и предназ.Иначен для компенсации начальной емкос.ти,измерительного датчика при наличииее возможных отклонений, проявляющих", ся под воздействием окружающих факторов. МСчетчик 24 выполнен реверсивнымдля того, чтобы можно было составитьиз него число импульсов, которое пропорционально емкости компенсационногодатчика 3, Считывание производится чеЗЗ,рез делитель 15, коэффициент делениякоторого, равен отношению начальнойемкости незамоченного измерительногодатчика 2 к емкости компенсационногодатчика .3. Благодаря этому считываниеимпульсов из реверсивного счетчика 24производится во столько раз медленнее,во сколько начальная емкость незамоценного измерительного электрода больше по сравнению с емкостью компенса"45ционного датчика 3. При считывании1,управляющая шина реверсивного счетчи.ка 24 дает разрешение на один из вхо.дов логического элемента И 19, черезкоторый, проходят импульсы от генератора 22 тактовых импульсов на счет-,Ячик 27. Зайись в счетчике 27 происхо"дит до тех пор, пока из реверсивногосчетчика 24 происходит считывание,при обнулении его на логический элемент И 19 поступает запрет, прекраща",ющий прохождение импульсов в счетчик27. Записанное в счетчике 27 числоимпульсов пропорционально начальной 5 70 4емкости неэамоченного измерительногодатчика. Таким образом, при нулевомуровне жидкости показания выходногосчетчика 25 и счетчика 27 должны бытьравны друг другу.Если компенсационный датчик 3 конструктивно выполнен таким образом, чтоего емкость равна начальной емкостиизмерительного датчика 2, то иэ схемыуровнемера следует исключить делитель15, счетчик 24, логический элемент И19, соединив выход логического элемента И 16 с входом счетчика 27.Выходом уровнемера в целом является число импульсов в реверсивном счетчике 25, пропорциональное измеритель"ному уровню. Блок, 33 памяти хранит постоянное число импульсов, пропорциональное наибольшему измеряемому уровню. Преобразователь 35 (преобразователь 36) преобразует соответствующиечисла импульсов в электрические сигна. лы, -разрешающие логическим элементамИ 20 и 21 пропуск импульсов с выходагенератора 23 тактовых импульсов навходы счетчиков 28 и 29, Длительноститаких разрешений на логических элементах И 20 и 21 пропорциональны числамимпульсов в счетчике 25 и блоке 33 памяти.блок 38 сравнения выполняет рольэлемента сравнения в замкнутых системах с отрицательной обратной связью.1 В нем производится вычитание чиселимпульсов счетчика 27 и счетчика 29.Реэультат вычитания, эквивалентныйсигналу рассогласования в системах сотрицательной обратной связью, преобразуется цифро-аналоговым преобразователем 31,в аналоговую форму и управляет частотой второго управляемого генератора 23 .таким образом, что числоимпульсов с его выхода, прошедшее через логический элемент И 2 1 и записанное в счетчике 29, практически равночислу импульсов счетчика 27, которыйв данном случае выполняет значениезадатчика для замкнутой системы. Таккак число импульсов счетчика 27 изменяется при воздействии возмущений наемкость компенсационного датчика 27,то соответственно изменяется и числоимпульсов счетчика 29. Аналогично из-.меняется И число импульсов в счетчике 28: пропорционально той величиненачальной емкости измерительного датчика 2, которая в данный момент эамочена жидкостью. Такие пропорциональность и изменения объясняются тем, что/7 964470 . 8 импульсы в счетчике 28 записываются. Формула изобретения от управляемого генератора 23 такто".Электроемкостный уровнемер по авт. . вых импульсов через пятый логи- . св. И 756212, о т л и ч а ю щ и й с я ческий элемент И 20 подобно счет" тем, что, с целью повышения точности чику 29. измерений, в уровнемер введены подклюбсли в счетчике 29 записано число . чеиные к генератору тактовых импульр)вимпульсов, пропорциональное начальной дополнительные последовательно соеди" емкости измерительного датчика 2, а :ненные резистор, ночпенсационный дат в счетчике 28 - пропорциональное егочик, компаратор, триггер; третий логи" замоченной части, то после вычитания 1 в ческий элемент И, третий счетчик, чет" в блоке 37 вычитания содержимых этих вертый логический элемент И; четвертый счетчиков получаем число импульсов,.счетчик, блок сравнения, цифро"аналопропорциональное начальной емкости говый преобразователь, управляемый ге" размоченной части измерительного дат- . нератор тактовых импульсов, а в канал чика 2, 1 з измерительного датчика введены подключенные к счетчику дополнительные поВ результате вычитания чисел импуль" следовательно соединенные первый пресов реверсивного счетчика 25 и выхода образователь, пятый логический элемент блока 37 вычитания получаем компенса- И, пятый счетчик, блок вычитания, шес" цию нежелательного влияния начальной 26 той счетчик, шестой логический элемент емкости измерительного датчика, а так. И, второй преобразователь и блок памяже возможных изменений.ее под влияни- ти, при этом дополнительный генератор ем окружающих воздействий. тактовых импульсов подключен к пятомуи шестому логическим элементам И, блокВ связи с тем, что компенсационные О сравнения подключен к шестому счетчии измерительный датчики находятся вку, а дополнительно введенный делитель одинаковых условиях, можно предполо- соединен с третьим счетчикбм, третьим жить, что отклонение емкостей измери- и четвертым логическими элементами И, тельного датчика в равной мере устра" логическими элементами И в каналах ос" няется системами компенсации. Большая ЗО новных измерительного и компенсацион" часть, приращений емкостей происходит ного датчиков и основным управляемым практически идентично, поэтому с до- генератором тактовых импульсов, статочно высокой степенью верности при- Источники информации, нимается утверждение о компенсации по- принятые во внимание при экспертизе грешности также и по измерительной ем, Авторское свидетельство СССР кости, Р 756212, кл. О 01 Г 23/26, 1978.НИИ Заказ 7615/21 Тира филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Пппп,патентф зак. Щф бФ Подписноеая,