Емкостной уровнемер

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 3(59 6 О 1 Р 23/26 0 ПИСАНИЕ ИЗ 0 БРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУД ТВЕНН 1 Й КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Институт электродинамики АН УССР(56) 1. Карандеев К,Б., Гриневич Ф.Б.Новик А.И. Емкостные самокомпенсированные уровнемеры. М.-Л. "Энергия",.1966, с. 136.2. Рощ 1 аз Е, ЯГцагГ. 1.ече 1веазцгещепг зузСеп Гог сгуояеп 1 сГ 1 ц 1 с 1. Айч. 1 п пзйгцшепа 1 оп, 1975,ч. 3, р. 3,рр. 727/1-727/5 (прототип).(54) (57) ЕМКОСТНОЙ УРОВНЕМЕР, содержащий многосекционный рабочий емкосъ .ной датчик, секции которого подключены общим потенциальным электродомк генератору переменного напряжения,а токовыми электродами через преобра.зователи тока в напряжение - к входам коммутатора, аналого-цифровойпреобразователь (АЦП), опорный входкоторого через преобразователь токав напряжение подключен к токовомуэлектроду компенсационного емкостно.801118867 А го датчика, потенциальный электродкоторого подключен к генератору,счетчик секций, подключенный выходами к управляющему входу коммутатораи через умножитель - к первому входуцифрового сумматора, второй входкоторого соединен с выходом АЦП, авыход соединен с цифровым индикатором, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повыщения быстродействия, в него дополнительно введенывторой коммутатор, входы которогоподключены со смещением на единицук входам первого коммутатора, аналоговый сумматор, два входа которогосоединены с выходами коммутаторов,а выход - с входом АЦП, тактовый генератор, запоминающее устройство,цифровой компаратор и логические схе"мы И, ИЛИ-НЕ, выходы которых соединены с суммирующим и вычитающим входами счетчика секций соответственно,а входы - с выходом тактового генера.тора и цифрового компаратора, подключенного входами к выходу АЦП и за.поминающего устройства, вход управления которого связан с выходом тактового генератора, при этом управляющие входы обоих коммутаторов соединены между собой.1 1 1188Изобретение относится к измерительной технике, а точнее к устройствам для автоматического измеренияуровня сред в резервуарах, и можетнайти применение для измерений уровня в широком диапазоне, в том числеи при большой скорости его изменения.Известны емкостные уровнемеры, содержащие рабочий и компенсационныедатчики, включенные в схему мостовойизмерительной цени, устройство уравновешивания и цифровой индикатор ЦНедостатком этих устройств являются технологические трудности изготовления высокоточного рабочего датчика для измерений уровня в широкихпределах. Кроме того, абсолютнаяпогрешность измерения уровня такихустройств возрастает при увеличенииуровня (накопление погрешности) иможет быть весьма существенной дажепри небольшой относительной погрешности,Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности являетсяемкостной уровнемер, содержащий генератор переменного напряжения, подключенный к общему электроду рабочего многосекционного датчика и одно 30му из электродов компенсационногодатчика, преобразователи измененийтока в напряжение, соединенные выходами с входами коммутатора, выходкоторого связан с входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП), копорному входу которого подключенвыход преобразователя компенсационного датчика, счетчик секций, подключенный к управляющему входу коммутатора и через умножитель - к входу40цифрового сумматора, и цифровой индикатор, Частично погруженная в жидкость секция рабочего датчика черезкоммутатор, управляемый счетчикомсекций, подключается к АЦП, которыйопределяет степень ее погружения всоответствующих (относительных илиабсолютных) единицах. Умножитель кодов переводит в эти же единицы показание счетчика секций, определяющее 50число полностью погруженных секций.Цифровой сумматор определяет результат измерения как сумму выходных кодов умножителя и АЦП 21.В известном устройстве возможен 55только циклический режим измерения,при котором определение номера полностью погруженной секции и степени 67заполнения частично погруженной осуществляется периодически через определенные промежутки времени. Такой режим работы существенно снижает быстродействие устройства и не позволяет измерять уровень с высокой точностью при большой скорости его изменения. Обеспечить следящий режим измерений в известном уровнемере принципиально невозможно, так как к входу АЦП подключается припомощи коммутатора лишь одна, секциярабочего датчика. В этом случае для обеспечения следящего режима рабо-ты необходимо, чтобы счетчик секцийменял свои показания на единицу вверх при полностью погруженной секции и на единицу вниз при пустой секции. При достижении уровнем границы раздела двух секций условия изменения показаний выполняются одновременно для двух соседних секций. В этих точках уровня показания счетчика будут неустойчивыми, а отсчет результата становится невозможным. Если же уровнемеру присуще погрешность измерения, то точки неустойчивого отсчета преобразуются в зоны неустойчивости, в пределах которых следящий режим измерения невозможен,Низкое быстродействие является недостатком известного устройства.Цель изобретения - повышение быстродействия.Поставленная цель достигается тем, что в емкостной уровнемер, содержащий многосекционный рабочий датчик, секции которого подключены общим потенциальным электродом к ге нератору переменного напряжения, а токовыми электродами через преобразователи тока в напряжение - к входам коммутатора, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), опорный вход которого через преобразователь тока в напряжение подключен к токовому электроду компенсационного емкостного датчика, потенциальный электрод которого подключен к генератору, счетчик секций, подключенный выходами к управляющему входу коммутатора и через умножитель - к первому входу цифрового сумматора, второй вход которого соединен с выходом АЦП, а выход соединен с цифровым индикатором, дополнительно введены второй коммутатор, входы которого подключены со смещением на единицу к входам первого коммутатора, аналоговый сум3 11188матор, два входа которого соединеныс выходами коммутаторов, а выход -с входом АЦП, тактовый генератор, запоминающее устройство, цифровой компаратор и двухвходовые логические5схемы И, ИЛИ-НЕ, выходы которых соединены с суммирующим и вычитающимвходами счетчика секций, соответственно,а входы - с выходом тактовогогенератора и цифрового компаратора,подключенного входами к выходу АЦПи запоминающего устройства, входуправления которого связан с выходомтактового генератора, при этом управляющие входы обоих коммутаторов соединены между собой,На чертеже представлена схема емкостного уровнемера.Общий электрод рабочего емкостногодатчика 1 и один из электродов компенсационного датчика 2 подключены квыходу генератора 3 переменного напряжения. Секции второго электродарабочего датчика соединены с входамипреобразователей 4 тока в напряжение,а второй электрод компенсационногодатчика 2 - с входом преобразователя5 тока в напряжение. Вь 1 ходы преобразователей 4 соединены с входами коммутаторов 6 и 7. При этом преобразователь верхней секции рабочего датчи 30ка соединен только с одним (верхним)входом коммутатора 6, а преобразователь нижней секции - только с нижнимвходом коммутатора 7, Выходы остальных преобразователей подключены па- З 5раллельно к входам первого и второгокоммутаторовВыходы коммутаторов соединены с входами аналогового сумматора 8, выход которого связан с входомАЦП 9. Опорный .вход АЦП подключен к 40выходу преобразователя 5 измененийтока в напряжение. В состав емкостного уровнемера входят также двухячеечное запоминающее устройство 10, тактовый генератор 11, цифровой компаратор 12, двухвходовые логическиесхемы И 13 и ИЛИ-НЕ 14, счетчик 15секций, умножитель 16, цифровой сумматор 17 и цифровой индикатор 18.Выход тактового генератора 11 подключен к управляющему входу запоминающего устройстга 10 и к одному входукаждой из логических схем 13 и 15.Выход запоминающего устройства 10соединен с первым входом цифрового , 55компаратора 12, подключенного вторымвходом к выходу АЦП 9. Вторые входылогических схем 13 и 14 связаны с выходом компаратора 12, их выходы соединены со счетными входами счетчн ка 15 секций. Выход счетчика 15 подключен к управляющим входам коммутаторов 6 и 7 и через умножитель 16 - к входу цифрового сумматора 17, второй вход которого соединен с выходом АЦП 9. Выход сумматора 17 связан с входом цифрового индикатора 18.Емкостной уровнемер работает следующим образом.Напряжение генератора 3, прикладываемое к электродам емкостных датчиков 1 и 2, вызывает протекание тока во входных цепях преобразователей 4 и 5. Выходные напряжения этих преобразователей равны нулю при сухих датчиках и изменяются прямо пропорционально изменению тока в цепи датчика, а следовательно, и пропорционально изменению емкостей датчиков за счет погружения их в контролируемую жидкость. Изменение емкости каждой из секций датчика и выходное напряжение каждого из преобразователей 4 зависит от диэлектрической проницаемости контролируемой жидкости и степени погружения секции в эту жидкость. Поскольку к входам сумматора 8 через коммутаторы 6 и 7 приложены.напряжения, пропорциональные изменениям емкостей двух соседних по высоте секций рабочего датчика, то выходное напряжение сумматора изменяется пропорционально диэлектрической проницаемости жидкости и суммарной степени погружения двух секций датчика. Это напряжение приложено.к входу АЦП 9. Нижний компенсационный датчик 2 при работе уровнемера полностью погружен в жидкость, поэтому выходное напряжение преобразователя 5 изменяется пропорционально диэлектрической проницаемости жидкости и служит в качестве опорного для АЦП 9, Благодаря этому выКодной код АЯП не зависит от диэлектрической проницаемости жидкости и пропорционален только степени погружения двух соседних секций рабочего датчика в контролируемую жидкость.Пусть ( К - 1) - состояние счтчика 15. При этом к входам сумматора 8 коммутаторы 6 и 7, управляемые выходным кодом счетчика, подключают секции датчика с номером Й и ( К + 1) (нумерация секций осуществляется снизу вверх по высоте резервуара) . Пусть также все секции рабочего датчикаТираж 609 сударственного ам изобретений ва, Ж, РаушПодписноекомитета СССРи открытийкаянаб д. 4/5