Резонансный уровнемер

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХСПУБЛИК з(59 6 01 Р 23 22А уНи ДЕЛА ИОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН СВИДЕТЕЛЬСТВ К АВТОРСК АРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР М ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(71) Научно-исследовательский и про=ектный институт по комплексной автоматизации нефтяной и химической промьппленности(56) 1. Викторов В.А., Лункин Б.В.,Совлуков А.С. Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин, М., "Наука", 1978, с. 92-93.2. Там же, с, 87-88,3. Авторское свидетельство СССРМф 498497, кл. С 01 Г 23/28, 1974.4. Авторское свидетельство СССРВ 512381, кл. С 01 Р 23/28, 1974.5. Викторов В.А., Лункин Б,В.,Совлуков А.С, Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин. М., "Наука", 1978, с, 93-94(54)(57) РЕЗОНАНСНЫЙ УРОВНЕМЕР,содержащий триггер, последовательносоединенные интегрирующий элемент,частотный модулятор, высокочастотный генератор, первичный преобразователь, выполненный в виде отрезкадлинной линии, детектор, формирователь, а также измеритель частоты,измерительный вход которого соединен с высокочастотным генератором, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и быстро" действия, в него введены три логических элемента И, логический элемент ИЛИ, генератор тактовых импульсов, источник питания и два ключа, причем первый вход первого элемента И соединен с выходом формирователя, второй вход первого элемента И соединен с вторым выходом генератора тактовых импульсов, выход первого элемента И соединен с первым входом элемента ИЛИ и входом триггера, первый выход генератора тактовых импульсов соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соеди.нен с первыми входами второго и третьего элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера, а выходы второго и третьего элементов И соединены с входами управления соответственно первого и второго ключей, аналоговые входы которых подключены к разным полюсам источника питания, а выходы ключейсоединены с входом интегрирующего элемента, а третий выход генератора тактовых импульсов соединен с синхронизирующим входом измерителя частоты.1111031 Изобретение относится к измерениюнеэлектрических величин резонансным методом и может быть использовано в устройствах измерения уровня,Известны резонансные измерители,содержащие резонансный первичныйпреобразователь, высокочастотныйгенератор качающефся частоты, частотный модулятор, колебательныйконтур, два амплитудных детектора, 10два усилителя-формирователя и пре.образователь временного интервала ввыходной сигнал. В них контролируемая величина (уровень) определяетсяпо временному интервалу между резонансными импульсами, поступающими сколебательного контура и первичногопреобразователя 1 3,Недостатком этих устройств является невысокая точность измерения 2 Оиз-за температурной и временной нестабильности начальной частоты высокочастотного генератора качающей"ся частоты и несоблюдения таких параметров выходного напряжения частотного модулятора как линейностьи стабильность,Известны резонансные измерители,содержащие высокочастотный генератор с включенным в его частотозадающую цепь резонансным первичным преобразователем, делитель частоты ипреобразователь частоты в выходнойсигнал 23Данные измерители обладают болеевысокой точностью измерения. Однаков них нестабильность параметров высокочастотного генератора также влияет на точность измерения.Известны резонансные измерители,работающие на принципе экстремального регулирования частоты высокочастотного генератора и содержащиерезонансный первичный преобразователь, высокочастотный генератор качающейся частоты, генератор модулирующего напряжения, модулятор, детектор, формирователь, фильтр низкой частоты 33 и 1 4 1. Эти измерители обладают погреш- О ностью, связанной с температурой и временной нестабильностью параметров модулятора. Определение текущего значе.ния измеряемой величины по частоте высокочастотного генератора, значение которой колеблется около резонансной частоты первичного преобразователя,требует определенного периода вреамени для ее усреднения, что снижает быстродействие и точность измерения,Наиболее близким по технической сущности к изобретению является .- резонансный измеритель, работающий на принципе экстремального регулирования частоты высокочастотного генератора и содержащий резонансный первичный преобразователь, высокочастотный генератор качающейся частоты, детектор, частотный модулятор, формирователь, триггер, интегрирующий элемент и измеритель частоты 5 1,Известный измеритель обладает теми же недостатками, что и указанные резонансные измерители с экстремальным регулированием частоты высокочастотного генератора.Цель изобретения - повышение точности и быстродействия.Указанная цель достигается тем, что известный резонансный измерительный преобразователь дополнительно снабжен тремя.,логическими элементами И, логическим элементом ИЛИ, генератором тактовых импульсов, источником питания и двумя ключами, причем первый вход первого элемента И соединен с выходом формирователя, второй вход первого элемента И сое-динен с вторым выходом генератора тактовых импульсов, выход первого элемента И соединен с первым входом элемента ИЛИ и входом триггера, первый выход генератора тактовых импульсов соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера, а .выходы соответственно соединены с входами управления первого и второго ключей, аналоговые входы которых подключены к разным полюсам источника питания, а выходы ключей соединены с входом интегрирующего элемента, а третий выход генератора тактовых импульсов соединен с синхронизирующим входом измерителя частоты. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства 1 на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие его работу,Резонансный уровнемер (фиг. 1) содержит первичный преобразователь 1, выполненный в виде отрезка длинной линии, высокочастотный генератор 2, частотный модулятор 3, интегрирующий элемент 4, детектор 5, формирователь .6, генератор тактовых импульсов .7, ключи 8 и 9, логические элементы И 10, 11 и 13, логический элемент ИЛИ 12, триггер 14 и измеритель частоты 15.Работа устройства основана на принципе экстремального регулирования с поиском экстремума по направлению изменения огибающей выходной резонансной характеристики первичного преобразователя 1.Частота колебаний высокочастотного генератора 2 определяется выходным напряжением 04 интегрирующего элемента 4, поступающим на вход модулятора 3. Выходное напряжение Ц интегрирующего элемента 4 может меняться в любом направлении в зависимости от состояния триггера 14 по мере подачи с первого и второго выходов генератора 7 тактовых импуль. сов на ключи 8 и 9, Генератор 7 в течение одного такта вырабатывает на трех своих выходах по одному тактовому импульсу, которые сдвинуты относительно друг друга во времени (фиг. 2). Тактовые импульсы, поступающие на ключи 8 и 9, имеют малую длительность и кратковременно подключают интегрирующий элемент 4 соответственно к отрицательному или положительному полюсу источника питания. При этом выходное напряжение О- интегрирующего элемента получает приращение соответствующей полярности. Величина этого приращения пропорциональна длительности тактовых импульсов и значению напряжения источника питания. С третьего выхода генератора 7 на вход измерителя 15 поступают тактовые импульсы, разрешающие измерение частоты колебаний высокочастотного генератора 2. По измеренной частоте определяют текущее значение измеряемой величины (уровня).Если в момент включения напряжения питания величина выходного напряжения интегрирующего элемента 4 такова; что частота колебаний. высокочастотного генератора 2 отличается от частоты резонанса первичного преобразователя и соответствует точке 6 (фиг, 2), а триггер 14 находится, например, в единичном состоянии, тогда с первоговыхода генератора 7.через элементИЛИ 12 и открытый элемент И 10 навход ключа 9 поступит тактовый . импульс, в результате чего выходноенапряжение 04 интегрирующего элемента 4 получит положительное приращение. Это вызовет уменьшение частотыколебаний высокочастотного генератора 2 до значения, соответствующеготочке б, и спад амплитуды О резонансной характеристики первичного.преобразователя 1, а следовательно, 15спад амплитуды напряжения О на вы 5ходе детектора 5. С выхода детекторасигнал поступает на формирователь 6,который служит для формирования единичного выходного сигнала при отсутствии положительного перепада 20напряжения 0 на выходе детектора 5С. выхода формирователя 6 импульс поступает на элемент И 13, открываетего, и с второго выхода генератора7 на вход триггера 14 поступаеттактовый импульс и изменяет его состояние (триггер устанавливается внулевое состояние). При этом элемент,И 10 запирается, а элемент И 11 открывается. С выхода элемента И 13 тотже самый тактовый импульс черезэлемент ИЛИ 12, элемент И 11 поступает на ключ 8, вследствие чего выходное напряжение 04 интегрирующегоэлемента 4 получает отрицательное З 5 приращение и частота колебаний высокочастотного генератора 2 принимает .предыдущее значение, соответствующее точке 5 (фиг. 2).40 В следующем такте импульс О с пергвого выхода генератора 7 через элемент ИЛИ 12, элемент И 11 поступаетна вход ключа 8. Выходное напряжение04 интегрирующего элемента 4 полу чает отрицательное приращение, частота колебаний высокочастотного генератора 2 увеличивается и принимает значение, соответствующее точке 6.Это вызывает положительный перепад 50 амплитуды напряжения 05 на выходедетектора 5,вследствие чего на выходе формирователя не происходитформирование единичного сигнала.Таким образом, последующие тактовые55 импульсы с первого выхода генератора 7 через элементы ИЛИ 12, И 11поступают на вход ключа 8 и сдвигаютчастоту колебаний высокочастотногогенератора 2 к резонансу до значения,соответствующего точке г, которое является самым близким к резонансной частоте первичного преобразователя 1.При удалении частоты колебаний высокочастотного генератора 2 от точки Ъ в любом направлении происходит спад амплитуды резонансной характеристики,. а значит, спад амплитуды напряжения 0 на выходе детектора 5, что вызывает формирование единичного сигнала .на выходе формирователя б, При этом тактовый импульс О с второго выхода генерато 2ра 7 через элемент И 13 поступает на вход триггера 14 и изменяет его состояние. Фот же самый тактовый импульс поступает на вход одного из ключей 8 или 9 и вызывает изменение выходного напряжения 04 интегрирующего элемента 4 в таком направлении, чтобы частота колебаний высокочастотного генератора 2 снова соответствовала точке г.Таким образом, заканчивается режим поиска и устройство переходит в режим слежения. Последующие тактовые импульсы .0 с первого выхода генератора 7 непрерывно будут осуществлять пробные шаги, увеличивая . или уменьшая частоту колебаний высокочастотного генератора 2, а тактовые импульсы О с второго выхода2генератора 7 будут возвращать частоту колебаний к значению, соответствующему точке г, которое является самым близким к частоте резонанса.С третьего выхода генератора 7. на измеритель 1 поступают тактовые импульсы Оэ, разрешающие измерение частоты колебаний высокочастотного генератора 2. Тактовые импульсы О во времени следуют послеэ5 возвратных тактовых импульсов 02(после импульсов с второго выходагенератора 7). Поэтому результат измерения устойчиво соответствует точке г . Измерение частоты про 10исходит в каждом такте генератора 7,поэтому в режиме слежения для выполнения измерения всего один тактстановится достаточным, тем самымобеспечивается высокое быстродейст 15 вне (не требуется дополнительноговремени для усреднения частоты высокочастотного генератора).В определенном устройстве точностьизмерения не зависит от стабильности параметров высокочастотного генератора 2, модулятора 3, интегратора 4, детектора 5, ключей 8 и 9,триггера 14. В случае изменения параметров элементов устройства, что25повлечет изменение частоты колеба.ний ьысокочастотного генератора 2,частота колебаний генератора 2 автоматически перестроится к значению резонансной частоты первичного преобЗ 0 разователя 1. Погрешность измеренияданного устройства определяется всего половиной шага квантования частоты высокочастотного генератора 2и может быть достаточно малой.З 5 Предложенный резонанснЫй уровнемеробеспечивает повышение точности ибыстродействия измерения и снижениетребований к стабильности и линейности отдельных элементов,Ровенскаяорректор А. Обручартавитель ред М.На Заказ 6298/33 Тирюк б 09 Государственного ком евам изобретений и отМосква, Ж, Раушская ое 4 113035 д Уд. Проектная, 4 Редактор М Дылын Патент", г. Узго Йодтета СССрытийнаб., д,