Емкостный уровнемер

(504 0 01 Р 23/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ.1 рэ АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ Ц 3 ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ Бюл. 9электродвич, З.Я инамики АН УССР стырскии 63 (088.8) Б.П., Воскресенс измерении уровня методом. - Извес остроение, 1975,ий В.В жидкос су- ек- ты(21) 4141407/(56) Быстров0 дискретномти емкостнымВУЗов. Приборс. 11-15,АвторскоеУ 1118867, кл свидетельство СССР(57) Изобретение относится к измериельной технике, Цель изобретения овышение точности измерения. Для определения уровня жидкости при помощи многосекционного датчика необходимо просуммировать общую длину целиком заполненных секций рабочего датчика с длиной погруженной в жидкость части секции, заполненной частично. Такое определение уровйя о ществляется независимо от числа с ций рабочего датчика в течение че рех тактов, задаваемых генератором 12. 1 ил.Изобретение относится к измерительной технике, точнее к устройствам, предназначенным для автоматического измерения уровня сред в резервуарах, и может найти применениедля измерения уровня в широком диапазоне, в том числе и при большойскорости его изменения,Цель изобретения - повьппение точ Оности измерения.На чертеже изображена схема емкостного уровнемера.Емкостный уровнемер содержит рабочий 1 и компенсационный 2 датчики. 15Общий электрод рабочего датчика 1 иодин из электродов компенсационногодатчика 2 подключен к выходу генератора 3 переменного напряжения. Секции токового электрода рабочего датчика 1 соединены со входами преобразователей 4 тока в напряжение, авторой электрод компенсационного датчика 2 - со входами преобразователя5 тока в напряжение, Выходы преобразователей 4 соединены со входами коммутатора 6, выход которого связан совходом аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 7, Опорный вход АЦП 7подключен к выходу преобразователя 5 30тока в напряжение. Один из входовмультиплексора 8 соединен с выходомАЦП 7, а второй - с выходом умножителя 9 кода. Выход мультиплексора 8подключен к информационному входукомбинационного накапливающего сумматора 10, выход которого соединенсо входом цифрового индикатора 11.Выход тактового генератора 12 соединен со счетным входом кольцевого 40счетчика 13 и тактовым входом комбинационного накапливающего сумматора10. Запоминающее устройство 14 подлючено выходом к одному иэ входовциФрового компаратора 15, второй вход 45которого связан с выходов АЦП 7. Кроме того, емкостный уровнемер содержитинвертор 16, первую логическую схему И 17, логическую схему ИЛИ-НЕ 18,первый 19 и второй 20 триггеры, вторую 21 и третью 22 логические схе"мы И, первую 23 и вторую 24 логические схемы ИЛИ и счетчик 25 секций.Первый выход кольцевого счетчика13 соединен с управляющим входоммультиплексора 8 и К-входами триггеров 19 и 20. Второй выход кольцевогосчетчика 13 подключен к входу запоминающего устройства 14, второму входу первой логической схемы И 17 и первому входу первой логической схемы ИЛИ 23. Третий выход кольцевого счетчика 13 соединен с входом записи цифрового индикатора 11, входом инвертора 16 и первым входом второй логической схемы ИЛИ 24, а четвертый выход этого счетчика - с входом сброса комбинационного накапливающего сумматора 10 и первыми входами второй 21 и третьей 22 логических схем И. Выход цифрового компаратора 15 подключен к первым входам логических схем И 17 и ИЛИ-НЕ 18, причем второй вход логической схемы ИЛИ-НЕ 18 соединен с выходом инвертора 16, Выходы логических схем И 17 и ИЛИ-НЕ 18 подключены к входам триггеров 19 и 20, выходы которых связаны с вторыми вхо" дами второй 21 и третьей 22 логических схем И соответственно. Выходы схем И 21 и И 22 соединены со вторыми входами логических схем ИЛИ 23 и 24, выходы которых подключены соот-ветственно к суммирующему и вычитающему входам счетчика 25 секций. Выход счетчика секций 25 соединен с управляющим входом коммутатора 6 и входом умножителя 9 кода.Емкостный уровнемер работает следующим образом.Напряжение генератора 3, прикладываемое к электродам датчиков 1 и 2, вызывает протекание тока во входных цепях преобразователей 4 и 5 тока в напряжение. Выходные напряжения этих преобразователей равны нулю при "супхих датчиках и изменяются прямо пропорционально изменению емкостей датчиков за счет погрУжения их в контролируемую жидкость. Изменение емкости каждой из секций датчика и вы" ходного напряжения каждого из преобразователей 4 зависит от диэлектрической проницаемости контролируемой жидкости и степени погружения секции в жидкость. Это напряжение через коммутатор 6 подается на вход аналогоцифрового преобразователя 7. Нижний компенсационный датчик 2 при работе. уровнемера полностью погружен в жидкость, поэтому выходное напряжение преобразователя 5 изменяется пропорционально изменению диэлектрической проницаемости и служит в качестве опорного для аналого-цифрового преобразователя 7, Благодаря этому выходной сигнал АЦП 7 не зависит от из 1384956менений диэлектрической проницаемости жидкости и пропорционален только степени погружения соответствующей секции рабочего датчика в контролируе.5 мую жидкость, Для определения уровня жидкости при помощи многосекционного датчика необходимо просуммировать общую длину целиком заполненных секций рабочего датчика с длиной .погружен ной в жидкость части секции, заполненной частично. Такое определение уровня в емкостном уровнемере осуществляется независимо от числа секций рабочего датчика в течение четырех 15 тактов, задаваемых генератором 12.В первом такте (потенциал логической единицы на первом выходе кольцевого счетчика 13) осуществляется установка в ноль триггеров 19 и 20 20 и подключение при помощи мультиплексора 8 к входу сумматора 10 выходного кода умножителя 9. Импульс генератора 12, поступающий в этом такте на тактовый вход сумматора 10 записыва ет в нем код, равныйИ, =Ынск,где . К - показание счетчика 25секций;юс и Нс - коэффициент пропорциональности и длина однойсекции рабочего датчика,Определяющие постоянныи 35множитель умножителя 9.Следует отметить, что показаниясчетчика 25 могут находиться в пределах К = 0,1п, где п - числосекций рабочего датчика. При этом 40подключение преобразователей 4 квходам коммутатора 6 осуществленотаким образом, что коду числа К, поступающему на управляющий вход коммутатора 6, соответствует подключение 45к АЦД (К+1)-й секции рабочего датчика (нумерация секций производитсяснизу вверх по высоте резервуара).Нулевому показанию (К=О) счетчика 25соответствует, например, подключение50нижней (первой) секции датчика,Во втором такте (потенциал логической единицы на втором выходе счетчика 13) передний фронт импульса,возникающего на втором выходе счет 55чика 13, проходит через логическуюсхему ИЛИ 23 на суммирующий входсчетчика 25 секций и устанавливает впоследнем код числа (К+1). К входуАЦП 7 при этом подключается преобразователь секции с номером (К+2), Выходной код М+ АЦП пропорционаленстепени погружения этой секции вконтролируемую жидкость и определяется выражением(2) к+2 ф" ск+т где Р к+ - отношение длины погруженной в жидкость части(К+2)-й секции к общей длине Н секции.Сигнал логического нуля, поступающий с первого выхода счетчика 13 на управляющий вход мультиплексора 8, подключает выход АЦП 7 к входу комбинационного накапливающего сумматора 10, осуществляющего накапливающее суммирование входных кодов.Во втором такте в сумматоре записывается код Я = И,+ И, = осН (К+/Ь). (3) Выходной код АЦП поступает также на один из входов цифрового компаратора 15, который производит сравнение этого кода с выходным кодом запоминающего устройства 14, Потенциал логической единицы, поступающий на вход этого устройства во втором такте возбуждает ячейку памяти, в которой храни".ся код, равный МОКС ф СМОКС В третьем такте работы положительный перепад напряжения с третьего вы- хода кольцевого счетчика 13 поступает через логическую схему ИЛИ 24 на вычитающий вход счетчика 25, возврагде Г 3- определенное, наперед заданное значение степени погружения (К+2)-й секции, превышение которого приводит к увеличению показаний счетчика 25 секций (0,5 мс 1,0), например при 13 макс = 0,6.ЕСЛИ ЗНаЧЕНИЯ КОДОВ И кт И И МаКС УДовлетвоРЯют условию Ик )Имксто потенциал логической единицы с выходаФ цифрового компаратора поступает через открытую схему И 17 на Б-вход триггера 19 и устанавливает его в состояние логической единицы,При НИс,кс триггер 19 остается в нулевом состоянии.щая его прежнее показание К. К входу АЦП при этом подключается преобразователь тока в напряжение (К+1)-й секции, а выходной код код АЦП определя ется выражениемИ= ьНгдек+, - степень погружения10(К+1)-й секции. рабочегодатчика.Выход АДП остается подключенным к входу сумматора 10 и в третьем такте, поэтому выходной код 0 суммато ра 10 определяется выражением13 Нг+ к+ = ос Нс (К+к 1+(к+г) (4)Этот код записывается в цифровом 20 индикаторе 11 сигналом, поступающем на его вход записи с третьего выхода счетчика 13.Сигнал логического ноля, присутствующий на входе запоминающего уст ройства 14, в третьем такте возбуждает ячейку, хранящую кодН мии О Нс мин30 где р- наперед заданное значение степени погружения (К+1)-й секции, ниже которого происходит уменьшение показаний счетчика 25 (О смиис 05)например при амик = 04 ф.Если Мк с Н , то сигнал логи 35 ческого ноля с выхода компаратора 15 совместно с таким же выходным сигналом инвертора вызывают положительный перепад напряжения на выходе логи ческой схемы ИЛИ-НЕ 18, который устанавливает триггер 20 в состояние логической единицы.При ИкИитриггер 20 не опрокидывается.В четвертом такте сигнал логической единицы с четвертого выхода кольцевого счетчика 13 осуществляет сброс в ноль накапливающего сумматора 10, подготавливая его к следующему периоду работы. Если один из триггеров 19 или 20 находится в состоянии логической единицы, то этот же сигнал кольцевого счетчика проходит через открытые логические схемы И 21.или И 22, а также через схемы ИЛИ 23 или ИЛИ 24 на соответствующий вход счетчика 25 секций, увеличивая, либо уменьшая его показание на единицу,Уменьшение показаний осуществляется при "сухой" (К+2)-й секции и погружении (К+1)-й секции, не более чем на ,и, т.е. при 0-к+ к 24 - . микс РУвеличение же показаний происходит при полностью погруженной (К+1)-й секции (к; = 1) и погружении (К+2)-й секции, более чем на макс т е при ма с к г с 10При выполнении соотношениямин к +кг 1 +цк е (5)триггеры 19 и 20 не устанавливаются в единичное состояние, схемы И 21 и И 22 остаются закрытыми и показание счетчика 25 секций не меняется, Его показание К при этом соответствует числу полностью погруженных в контролируемую жидкость секций рабочего датчика. При этом код И , определя- емый выражением (4) соответствует измеряемому уровню и высвечивается цифровым индикатором. При выходе измеряемого уровня за пределы, определяемые неравенством (5), происходит отслеживание частично погруженных двух соседних секций рабочего датчика, в течение четырех тактов независимо от общего числа секций. Показания прибора остаются устойчивыми и соответствуют измеряемому уровню.Формула изобретенияЕмкостный уровнемер, содержащий многосекционный рабочий емкостный датчик, секции которого подключены общим потенциальным электродом к генератору переменного напряжения, а токовыми электродами через преобразователи тока в напряжение - к входам коммутатора, аналого-цифровбй 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, соединенный выходами с управляющим входом коммутатора и входом умножителя кодов, тактовый генератор, запоминающее устройство, подключенное выходом к одному из входов цифрового компаратора, другой1384956 Составитель Т,Иноземцева Техред И. Ходанич, Корректор А.Обручар Редактор А.Ренин Заказ 1402/37 Тираж 717 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Иосква, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 вход которого связан с выходом АЦП,а выход - с первыми входами первойлогической схемы И и логической схемы ИЛИ-НЕ, и цифровой индикатор,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности измерений,в него дополнительно введены кольцевой счетчик импульсов, вход которогоподключен к выходу тактового генератора, мультиплексор, входы которогосоединены с выходами АЦП и умножителя кодов, а управляющий вход - спервым выходом кольцевого счетчика,комбинационный накапливающий сумма"тор, входы которого подключены один -к входу кольцевого счетчика, другой - к выходу мультиплексора входустановки нуля - к последнему выходу кольцевого счетчика, а выход - кцифровому индикатору, инвертор, соединенный входом с цифровым индикатором и третьим выходом кольцевогосчетчика, а выходом - с вхсщом логической схемы ИЛИ-НЕ, первый и вто рой триггеры, вторая н третья логические схемы ИЛИ, при этом первый выход кольцевого счетчика подключен кпервым входам триггеров, к второмувходу одного из которых подключенвыход первой логической схемы И, ак второму входу другого - выход ло гической схемы ИЛИ-НЕ, выходы триггеров подключены к первым входам дополнительных второй и третьей логических схем И, к вторым входам которых подключен управляющий вход комбинациЬнного накопительного сумматора, а выходы укаэанных логическихсхем И подключены к первым входампервой и второй логических схем ИЛИ,к вторым входам которых подключен ;р второй и третий выходы кольцевогосчетчика соответственно, а выходыуказанных логических схем ИЛИподключены к входам счетчика секцийа