Дискретный емкостный уровнемер

(51) 4 С 01 Р 23/26 ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 54) 57) ТНЫЙ ЕМКОСТНЫЙ УЮВНЕМЕРтение может найти применеерении уровня жидкостей.тения - повышение точнос -тальные пластины 4 за счет ДИСКР Изобр ри из изобр оризо Р 47дарственный униве Пел ти,кого пряжения на овления ог ус 088.8 атчик ерги оо в цифровых1981,почк един казываются п арно подклюия емкости об ченными к схеме изме тельство СССР 1 Р 23/26, 19 о конденсатоости содержит овавшегося планарно Схема измерения ем ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТ(56) Вульвет Дж. Дсистемах. - М.: Эс. 176-178 .Авторское свид9 1352229, кл, С 01530925 д 1 тствукицих инверсных выходах це 0-триггеров 10 типа бегущей.153092 зонанной дополнительными диодами 13и параллельной КС-цепочкой 14. Погруженным пластинам соответствует низкоенапряжение на конденсаторе и высокое. напряжение на выходе компаратора 15.При подключении непогруженной парылластин напряжение на выходе компара:;ора падает. Образованный РИР-сигнал 1 О формируется формирователем 8 и передается по проводам источника питания 9. 3 ил. Изобретение относится к устройствам для измерения уровня жидкостей.Бель изобретения - повышение точности. 20На фиг, показан уровнемер, общий .вид; на фиг,2 - принципиальная схема уроннемера; на фиг.3 - эпюры напряжений в контрольных точках.Уровнемер размещается в резервуаре 1, содержащем измеряемую среду 2. В стенку резервуара 1 вмонтирован . датчик 3 н виде вертикального ряда чунстнительных элементов 4, выполнен" ных н виде горизонтальных пластин. 30 Измерительная схема уровнемера содержит высокочастотный генератор 5 однополярных прямоугольных импульсов, генератор 6 тактовых импульсов, формирователь запускающего импульса бе - гущей единицы, формирователь 8 синфазных широтно-импульсных сйгналов измеряемого уровня, стабилизатор 9 питания, пепочку 0-триггеров 10, реэис - торы 11, диоды 12, дополнительные 40 диоды 13, КС-цепочку 14 и компаратор 15.Неиннертирующий вход каждого предыдущего 0-триггера 10 соединен с 0-входом последующего, а С-нходы всех 45 триггеров подключены к ныходу генератора Ь тактовых импульсов . Инвертирующие выходы 0-триггеров 1 О соединены через резисторы 11 с чувстнительными элементами 4 и катодами диодов 12. Аноды диодов 12, соединенные с четными чувствительными элементами, соединены через резистор с прямым выходом высокочастотного генератора 5, а через один из дополнительных диодов 13 - с НС-цепочкой 14 . Аноды диодов 12, соединенные с нечетными чувствительными элементами, соединены через резистор с инверсным выходом высокочастотный гене ратор одно полярных импульсов 5. Прямой выход генератора 6 через диоды 12 подключен кчетным, а инверсный - к нечетным чувствительным элементам. Через диоды 12и потенциально заземленные резисторы11 происходит перезарядка образовавшегося планарного конденсатора. Напряжение на конденсаторе, эанисящееот его емкости, измеряется с помощьюсхемы типа пикового детектора, обравысокочастотного генератора 7 и через другой дополнительный диод 13 также с 1:1 С-цепочкой 14.КС-цепочка 14 соединена с компара:.ором пороговым устройством 15, вы:;од которого соединен с дормировате.зем 8 выходных ЮИМ-сигналов .Уроннемер работает следующим образом.Пусть в начальный момент времени на 0-входы первых триггеров 1 О цепоек подан запускающий импульс "1" ,диаграмма э ) . В устройстве использованы интегральные микросхемы типа К 561 ТМЗ, имеющие дополнительный Ч- вход выбора фронта. В левой (нечетной) цепочке 00 , 00 з на Ч-вход подана " (напряжение питания), а установка триггеров 10 происходит по переднему фронту тактовых импульсов. В правой (четной) цепочке 00, 00 на ,-вход подан "0 (общий провод), а установка триггеров происходит по заднему фронту. Таким образом, по переднему фронту тактового импульса триггера 10 00 переходит в состояние "1" на неиннертирующем выходе (диаграммы 6 и в). На его инвертирующем выходе соответственно устанавливается "0, Диод И), открывается, на первый нижний чувствительный элемент 4 поступают однополярные прямо 1 тольные импульсы с частотой 1 МГц от генератора 5, имеюшего прямой и ин-, версный выходы. По заднему фронту " актового импульса открывается один иэ диодов 12 Ж(диаграмма ) а на, второй чувствительный элемент 4 по ступают противофазные импульсы с частотой 1 МГц с инверсного выхода генератора 5, В этот момент первый и вто- :ой чувствительные элементы 4 образук 1 т планарный конденсатор, измерениеемкости которого производится эа счетнепрерывной перезарядки через диоды12 ЧР, и ЧР, Интегратор (КС-цепочка 14) и компаратор 15 (К С Т,)устроены таким образом, что при погружении опрашиваемых чувствительныхэлементов 4 в измеряемую среду увеличение емкости планарного конденсатораприводит к закрыванию транзистора Т1 Очто соответствует 1 на выходе интегратора-компаратора 14 - 15. Для не -погруженных элементов имеет место обратная картина, поскольку емкость образуемых или планарных конденсаторовнедостаточна и Т, остается в открытомсостоянии, что соответствует "0" навьмоде компаратора,Поскольку задний фронт запускающего импульса несколько задержан по отношению к заднему фронту тактовогоимпульса, появление О на Р-входахтриггеров 10 РР РР.не вызываетизменений в их состоянии. Однако сприходом следующего тактового импульса триггер РР перебрасывается всостояние 0 на не инв е ртирующем выходе , причем следующий триггер 1 0 цепочки РР , 1 во время пе ре ключ е ниятриггера 1 О РРуспевает " подхв атить состояние триггера 1 О РРт , е . 1 , и переброситься в это с ос -тоян ие . Рассмотренный динамическийэффект в цепочке триггеров 1 0 и даетей название бегущей единицы . Дл я б олее надежной передачи состояния и редыдуще го триггера цепочки последующему можно подключить к неин в е ртирующим выходам триггеров дополнительныеконденсаторы небольшой емкости 5 О 100 и. Ьл Ь,Т Мгде Ь - измеряемый уровень м;Ь - максимальный уровень, соответствующий погружению в измеряемую среду всех чувствительных элементов;7 - длительность высокого уровнясигнала 1", с;20 Т - период повторения сигналов,т,е, интервал времени междупоследовательными переднимиили задними фронтами, с;И - число чувствительных элемен тов 4.11 а выходе формирователя 8 наблюдаются два синфазных ДИИ-сигнала (диаграммы;к и ). Синфазные сигналы применены для большей помехоустойчивостисистемы передачи информации о измеряемом уровне по проводам питания(телефонной паре) .Оптимальный период повторения сигналов определяется свойствами телефонной пары, ее длиной и составляетнесколько десятков миллисекунд, чтосоответствует частоте сигналов несколько десятков гери, причем этачастота не должна быть кратна часто те электрической сети 50 Гц. Дроссели Е, и Е служат для развязки цепейпитания и передачи информации. Такиеже дроссели должны стоять и на приемном конце (диспетчерский пункт, интерфейс компьютера и т.д.). Стабилизатор 9 обеспечивает питание схемыуровнемера стабильным напряжением независимо от длины телефонной пары ипадения напряжения на ней.50 аксимальное количество дискретньм уровней в предлагаемом устройстве определяется только пропускнойспособностью линии связи, т.е. минимально допустимой длительностью фрон - 55тон сигналов или соответственно полосой пропускаемых частот. Для стандартной телефонной пары полоса пропускаемых частот находится в области3000-5000 Гц, а при частоте повторе -Во время переключения триггеров 10 нечетной цепочки триггер 10 РР остается в состоянии "1", при котором диод 12 ЧР открыт. Закрывание диода 12 ЧР, и открывание диода 12 ЧР при 3 водит к образованию планарного конденсатора между вторым и третьим чувствительными элементами 4. По заднему фронту второго тактового импульса происходит процесс передачи "1 в четной цепочке и открывается следующий диод 12 ЧР, Образуется планарный конденсатор между третьим и четвертым чувствительными элементами и так далее по всем элементам 4 диаграммыи При этом погруженным в измеряемую среду элементам соответствует 1 на вы 530925ходе интегратора-компаратора 14-15,а н результате последовательного циклического опроса элементов на выходеинтегратора-компаратора 4-15 наблю 5дается НИ-сигнал с частотой повторения запускающих импульсов (диаграмма), содержащий информацию о изме -ряемом уровнения сигналов 10-20 Гц позволяет передавать информацию о 126 или 254 дискретных измеряемых уровнях, что обеспечивает точность измерений уровня О, 5-17,.формула изобретен ияЛискретньп емкостный уровнемер,содержащий датчик в виде вертикально установленного ряда чувствительныхэлементов, систему регистрации, содержащую генератор тактовых импульсов, соединенный со схемой последова тельной коммутации ключей, схему из - мерения емкости, содержащую высокочастотный генератор, соединенную с компаратором, источник питания, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с це лью повьшения точности, чувствительные элементы выполнены в виде горизонтальных пластин, схема последовательной коммутации ключей выполненав виде цепочки 0-триггеров по числучувствительных элементов, в которойнеинвертирующий выход каждого предыдупего триггера соединен с Р-входомпоследующего, С-входы всех триггеровподключены к выхбду генератора тактовых импульсов, инвертирующие выходычерез резисторы соединены с соответствующими чувствительными элементами,при этом высокочастотный генераторвыполнен в виде высокочастотного генератора однополярных импульсов, прямой выход которого через диоды соединен с четными, а инверсный выход - снечетными чувствительными элементами,анс ды диодов соединены между собой ичерез две дополнительных диода подключены к параллельной С-цепочке икомпаратору,.Черни ть ГКНТ СССР Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород,а, 10 Гаг Заказ 7942/41 Тираж 660ВНИИПИ Государственного комитета по и113035, Москва, Ж,Подписноебретениям и открьггия аушская наб., д, 4/5