Цифровой измеритель параметров жидкости

СОК)З СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 2 А 1 19) (11) ПИСАНИ ОБРЕТЕНИЯАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ Франк и та, 1978 АРАМ ЕТ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПРОВ ЖИДКОСТИ(57) Изобретение относится к приборостроению и предназначено для цифрового измерения уровня и температуры топлива в бензобаке автомобиля, Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения одновременного измерения, обеспечение прямого цифрового отсчета уровня или количества и температуры жидкости в баке сложной конфигурации. Измеритель содержит частотный термореэисторный датчик 1 уровня, генератор 2 опорной частоты, частотно-цифровой преобразователь на элементах 3 - 15 и цифровые индикаторы температуры и уровня (количества) 16 и 17 жидкости. Частотные сигналы 1 р и 1 т датчика преобразуются в счетчике 5 в адресные коды Йд, по которым из программируемого запоминающего устройства (ПЗУ) извлекаются и заносятся в регистры 14 и 15 прямые коды температуры и уровня, а результаты измерения высвечиваются в индикаторах 16 и 17. За счет ПЗУ Изобретение относится к приборостроению и предназначено для цифрового измерения уровня или количества топлива и его температуры в бензобаке автомобиля.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения одновременного измерения уровня или количества жидкости и ее температуры в ,емкостях сложной конфигурации,На фиг, 1 изображена структурная схема измерительной части устройства; на фиг.2 - конструкция датчика; на фиг, 3 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.Устройство содержит (фиг. 1) частотный терморезисторный датчик 1 уровня и температуры, генератор 2 опорной частоты, логические элементы 3 и 4 типа 2 - 2 И - ИЛИ, основной 5 и дополнительный б двоичные счетчики, кодовые коммутаторы 7 и 8, кодовые задатчики 9-12, программируемое запоминающее устройство (ПЗУ) 13, регистры 14 и 15 с дешифраторами на выходе, цифровые индикаторы 16 и 17, одновибраторы 18 и 19, эйменты 20 и 21 задержки, счетный триггер 22 и элементы И 23 и 24.Датчик (фиг. 2) содержит тонкостенную трубку 25 из материала с малой теплопроводностью, на которую по всей длине нанесен двухслойный фольговый терморезисторный элемент 26, а в нижней ее части размещен датчик 27 температуры (предпочтительно фольговый), который проводником 28 подключен к преобразователю 29 сопротивления в частоту (ПСЧ). Нижние выводы элементов 26 и 27 подключены к проводнику 30, соединяющему их с входами ПСЧ 29 и 31 и с общим проводом устройства. К входу ПСЧ 31 подключен один проводящий слой элемента 26, а второй проводящий слой его подключен к источнику 32 тока подогрева 1 п, Трубка 25 размещена в резервуаре 33, уровень Р и температуру Т жидкости в котором необходимо измерять.Устройство работает следующим образом. 5 10 15 20 25 30 35 обесп чивается линеаризация характеристики датчика и преобразование кода Йд в прямые коды расхода и температуры, Датчик 1 выполнен в виде фольговых подогреваемого и неподогреваемого терморезисторов, подключенных к автогенераторам, подогрев осуществляется от источника тока. 3 ил. В зависимости от уровня жидкости при постоянном токе 1 и подогрева элемента 26 его собственное сопротивление и температура изменяются. Если уровень мал, то имеет место максимальная разность температур элементов 26 и 27, а при максимальном уровне Р зта разность температур минимальна за счет большой теплоотдачи в жидкость. Выполнение элементов 26 и 27 фольгового типа обеспечивает технологичность конструкции датчика, поскольку зти элементы могут быть легко наклеены на трубку 25 и изолированы от жидкости слоем защитного покрытия.Измерительная схема работает в циклическом режиме поочередного цифрового измерения уровня й температуры с обеспечением непрерывной цифровой индикации уровня на индикаторе 17 и температуры на индикаторе 16 (фиг. 1 и 3),При 01= 0 и 02 = 1 на выходе элемента 3 действует зависящая от измеряемого датчиком 1 уровня частота 1 р, а на выходе элемента 4 действует зависящая от температуры частота 1 т. По сигналу 0 т в счетчик б заносится код Йз, проходящий через коммутатор 8 по сигналу 02 = 1, и с момента записи этого кода счетчик б начинает формирование интервала счета 11 (сигнала 0 з):11 = Йз/1 т. (1)По переднему фронту 04 сигнала 0 з в счетчик 5 заносится код Й 2, задаваемый элементом 10 и проходящий через коммутатор 7 по сигналу 02 = 1.Значение кода Й 2 выбрано по условиюК - число переполнений счетчика 5 за интервал счета (К = 1,2,3).По заднему фронту О 5, выделяемому одновибратором 19 иэ сигнала Оз, и по коду йд, сформированному на выходах счетчика 5, из ПЗУ 13 извлекается код Мр уровня, хранящийся в ячейке с адресом йд, Код Мр заносится в регистр 15 по сигналу О 9 = 02 И О 5, дешифрируется в код индикатора 17 и высвечивается в нем до следующей записи информации в регистр 15.Иэ сигнала 05 с задержкой, задаваемой элементом 20, формируется сигнал Об, который переключает триггер 22 в состояние 01 = 1, О 2 = О, а сигнал О 7, полученный в результате задержки в элементе 22 сигнала Ов, обеспечивает предустановку счетчика 6 в состояние Й 4 (за счет прохождения через коммутатор 8 кода М 4 по сигналу О; = 1).На выходе счетчика 6 формируется передний фронт сигнала Оз, который выделяется одновибратором 18 (сигнал О 4) и разрешает предустановку счетчика 5 в состояние О 1 (за счет коммутации кода О 1 с выходов элемента 9 на выходы коммутатора 7 по сигналу 01=1).Значение кода й 1 выбрано по условиюй 1К 2" - + Мя 1,(3)огде тмин - минимальное значение термозависимой частоты 1 т.Мя 1 - число ячеек ПЗУ 13, занятое информацией об уровне.Интервал счета 12 импульсов частоты б в счетчике 5 равент 2 = Й 4/то (4) где Й 4 - значение кода, задаваемое элементом 12.Значения интервалов 11 и с 2 выбирают по условиям:11 (Яр минЛ Р); (5)12(Ят минЛТ)(6) где Зрмин, Зимин - минимальные значения коэффициентов преобразования соответственно уровня и температуры в частоты 1 р и тт,Ь Р, Ь Т - требуемая дискретность отсчета уровня и температуры соответственно.По заднему фронту О 5 интервала Ь из ПЗУ 13 извлекается соответствующее полученному в счетчике 5 коду Мд значение кода температуры й, и заносится в регистр 14 (по сигналу Ов = 01 Л О 5). Код Йт на выходах регистра 14 дешифрируется в код индикатора 16 и индицируется в нем до момента следующей записи информации в регистрОпределяем диапазон изменения частоты;1 тмин =тн 1+Ь (Тн - Тмакс) =301 1+ 0,6 Х. Х (20 - 80)= 192,64 кГц;55ттмакс=ттн 1 +)фт(Тнмин) -30"1+ 0,6 ХХ (20 - (-40 Д = 403,34 к Гц,Определяем диапазон изменения частаты 1 Р.1 рмин = рн 1+ Ут,Тн Тмакс) ) = 290 1+ 0.6 ХХ(20 - 8 О 1= 185,6 кГц. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 14, Затем по сигналу Обтриггер 22 переключается в состояние О 1 = О, О 21, подготавливая устройство к измерению уровня.Таким образом, обеспечивается цифровое измерение уровня и температуры с линеариэацией характеристик датчика 1 с помощью ПЗУ 13,Информация в ПЗУ 13 хранится в виде двух массивов: массив значений уровня в виде двоична-десятичных кодов Мр и массив значений температуры в виде двоично-десятичных кодов Мт.Термозависимый интервал 1 обеспечивает компенсацию температурной погрешности при измерении уровня. Изменение частот 5 р и т от температуры жидкости не отражается на отношении частот 1 г,Лт, которое используется для формирования кода МА.Формирование интервала счета 11 иэ термозависимой частоты 1 т позволяет обеспечить высокую точность контроля уровня в широком температурном диапазоне, Использование датчика 1 с частотными выходами повышает помехоустойчивость дистанционной передачи сигналов с датчика на измерительную схему,Пример расчета устройства,Исходные данные: диапазон измеряемых температур от -40 до 80 С; дискретность цифрового отсчета температуры 0,1 С; диапазон измеряемого количества топлива от 0,1 до 40 л с дискретностью 0,1 л; температурный коэффициент сопротивления элементов 26 и 27 дт =0,62/С (никель); максимальная разность температур элементов 26 и 27 Ь Т = 15 С (при пустом бензобаке); значение частоты опорного генератора о = 256 кГц,В качестве преобразователей 29 и 31 (фиг. 3) используют известный генератор импульсов по схеме (1). Этот генератор обеспечивает преобразование сопротивлений от 1 до 500 Ом в частотный сигнал с коэффициентом преобразования около 600 Гц/С (с учетом у, =0,62;/С) при номинальном значении частот(при Тн = 20 С, Ь Т = 15 С) Фри= 290 кГц и Кн .= 301 кГц, 1578492рмакс = трн (1+ )ф 1(Тн - ЛТ - Тмин = 2901 + + 0.6 (20-(15+ 80 ) = 420,5 кГц,Определяем диапазон изменения частоты 1 р от измеряемого уровняЛ р = 7 т Ь тмакс =0,6 15 = 9 кГц, а также дискретность отсчета частоты 1 р по условию где АР=0,1 л; Р макс=40 л; Кн= 1,6 (поскольку зависимость разности температур элементов 26 и 27 от уровня топлива в предлагаемой конструкции датчика близка к линейной, но конструкция бензобака не прямоугольная), Тогда Ыд 140 12 1406 Гц910 0,1Выберем Жд 1 =14 Гц,Определяем требуемое время счета частоты 1 р по формуле с 1(Ыд 1) = - = 7,44 10 с,18Из формулы (1) определяем требуемое значение кода: йз1 тн С 1= 30110 0,0714 с = 21941,Выберем йз = 21948. Требуемое значение интервала счета тг определяем по условию (6): сг6000,1 1,666 10 с1, - г Определяем требуемое значение кода М 4 из формулы (4);Й 4 Сг 1 о =. 1,66610 2 256" 10 = 4267, Пусть й 4 =- 4268. Определяем требуемое число двоичных разрядов счетчика 5; и 109 = 109 =10,2 Тмакс Тмин 80 -- 40ЬТд .0,1 Выбираем и = 12. По формуле (2) определяем требуемое значение кода Йг предустановки счетчика 5 в режиме измерения уровня (количества топлива):Йг = К 2 - 21145 = 3431.В данном случае счетчик 5 за один цикл измерения переполняется шестикратно,Определяем число ячеек ПЗУ 13, которое занято информацией о количестве (уровне) топлива в бензобаке 33:КзКн Рмакс 1,1 1,6 40 704 ЛР 01 Определяем требуемое значение кода М 1 предустановки счетчика 5 в режиме из 5 мерения температуры:К,2 П 192,64 10 4268М 1Кг 2256 10 10В данном режиме счетчик 5 переполняется однократно (К 2 = 1),Определяем цикл однократного измерения количества топлива и уровня:1 ц = 11+ т 2+1 пар = 7,14 10 с+ 1,666102 с+10 с=88 10 с.Определяем число ячеек ПЗУ 13, необходимое для хранения информации о темпе ратуре::ИЯЯЯ-)ЗоЛТ 01 Йяг Общее число ячеек ПЗУ 13 должно быть Йя = Йя 1+ Йяг = 704+ 1320 = 2024. Число разрядов ПЗУ 13 выбирают поусловию в 4 д - =4 1 д - =11,20,1 Выберем щ =12.На этом расчет закончен,35 В качестве ПЗУ 13 можно использоватьмикросхему емкостью 4096 - 16 разрядных слое (например К 573 РФЗ). Более перспективно изготовление измерительной схемы (фиг, 1) в виде цифровой интегральной схе мы, что позволяет обеспечить низкую стоимость и трудоемкость изготовления устройства. Формула изобретения 45 Цифровой измеритель параметров жидкости, содержащий протяженный чувствительный элемент и измерительную схему, включающую генератор опорной частоты, 50 счетчик, счетный триггер, два элемента И иэлемент 2-2 И - ИЛИ, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения одновременного измерения уровня и 55 температуры жидкости в емкостях сложнойконфигурации, чувствительный элемент выполнен в виде терморезистора с косвенным подогревом, дополнительно введены термореэистор, размещенный вблизи нижнего конца протяженного чувствительного эле 1578492мента, источник тока подогрева, подключенный к нагревателю чувствительного элемента, два преобразователя сопротивления в частоту, второй счетчик, выполненный вычитающим, второй элемент 2 - 2 И - ИЛИ, че тыре кодовых задатчика, два кодовых коммутатора, два регистра с дешифраторами, два цифровых индикатора, программируемое запоминающее устройство, два одновибратора и два элемента задержки, 10 причем чувствительный элемент подключен к входу первого преобразователя сопротивления в частоту, а терморезистор - к входу второго, выход первого преобразователя подключен к первому входу первого элемен та 2-2 И-ИЛИ, а выход второго преобразователя - к третьему входу первого элемента 2 - 2 И-ИЛИ и к первому входу второго элемента, выход генератора опорной частоты подключен к третьему входу второго эле мента 2 - 2 И-ИЛИ, первый выход счетного триггера - к четвертым входам элементов 2-2 И - ИЛИ, к первому входу управления первого кодового коммутатора и к второму входу второго, а также к второму входу пер вого элемента И, второй выход счетного триггера соединен с вторыми входами элементов 2-2 И-ИЛИ, с вторым входом управления первого кодового коммутатора, вторым входом второго элемента И и пер вым входом управления второго кодового коммутатора, выходы первого и второго кодовых задатчиков подключены к цифровым входам первого кодового коммутатора, а выходы третьего и четвертого кодовых задатчиков - к цифровым входам второго кодового коммутатора, выход первого элемента 2 - 2 И - ИЛИ подключен к счетному входу первого счетчика а выход второго элемента - к счетному входу второго, выходы первого и второго кодовых коммутаторов подключены к входам предустановки первого и второго счетчиков соответственно, выходы первого счетчика - к адресным входам программируемого запоминающего устройства, выходы которого подключены параллельно к цифровым входам первого и второго регистров с дешифраторами, выходы которых соединены с соответствующими индикаторами, и ри этом выход второго счетчика соединен с входами первых двух одновибраторов и входом разрешения счета первого счетчика, выход первого одновибратора соединен с входом разрешения предустановки первого счетчика, выход второго одновибратора - с первыми входами первого и второго элементов И, входом разрешения считывания информации из программируемого запоминающего устройства и входом первого элемента задержки, выход которого подключен к входу счетного триггера и входу второго элемента задержки, выход которого подключен к входу разрешения предустановки второго счетчика,1578492Составитель А.Курочкинедактор М.Петрова Техред М.Моргентал Корректор В.Пат Заказ 1906 Тираж 549 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент" г, Ужгород, ул.Гагарина, 10