Устройство для измерения уровня жидкости

. (22) 11,06.90 (46) 15.04. 93. Б (71) Научно-иссл мерительной тех (72) В,М. Суслов (56) Авторское св М 1477046, кл, О (54) УСТРОЙСТВ НЯ ЖИДКОСТИ юл. % 14 едователь никиА,Г, Годне идетельст 01 Р 23/2 О ДЛЯ ИЗ;л Гте втдь ллп итут из в и А.А, Свицьо СССР, 1986.МЕРЕНИЯ УР ж 1 г ровня диэл уэрах, Сущ и ов ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕЗЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) зование: устроиства измерения ектрических жидкостей в резерность изобретения; при невклюоде возвратно-поступательного Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах и устройствах измерения уровня диэлектрических жидкостей в резервуарах, особенно в резервуарах большой емкости для хранения нефтепродуктов на нефтебазах и хранилищах,Целью изобретения является повышение точности измерения.На фиг,1 приведена электромеханическая схема устройства; на фиг,2 - схема подключения сигнализаторов уровня к формирователю выходного кода; на фиг,З - схема подключения блока синхронизации к преобразователю. перемещение-код; на фиг,4 - блок-схема блока синхронизации,Устройство для измерения уровня жидкости содержит дискретный уровнемер, состоящий из несущей штанги 1, на которой равномерно с шагом дискретизации Л Ь расположены сигнализаторы уровня 2, чувствительные элементы которых расположе 5 Ц 1809318 А движения, уровн ностью положен зервуаре, При крайнее верхнее гистре формиров двоичного кода н затора из всех с ных в жидкость преобразователя ного кода рассто ния последн сигнализатора д сти и воздуха, 4 ил емер отражает с дис ие уровня жидктсти перемецении ьтэт положение В в ь хгтдььт ателя фортлируется в омер последя го г иь игнэлиэаторол. тогра в вьходотет фиксируется л тдь,:, янив от исхпдьь,ьт, т его освобот:т вь о границы раздь ьтл ь ны внутри резервуара 3. Вверху и внизу резервуара 3 предусмотрены направляю. щие 4, в которых устан ленэ штаьга 1 уро немерэ. Направляющие 4 обеспечивают свободное перемещение штанги 1 в верти кальном направлении, устройство содер жит также формирователь 5 выходного кода уровнемера и электронный преобрэзовэ. тель перемещение-код 6, преобразующии информацию с датчика перемещения 7 в цифровой код. Датчик перемещения 7 содержит два чувствительных элемента 8 и 9 один из которых - 8 установлен на подвиж ной штанге 1, а второй 9 установлен нэ неподвижном основании, В верхей части уровнемера имеется привод возвратно-по ступательного движения, состоящий из хо. дового винта 10 с гаикой 11, редуктор 12, реверсивного двигателя 13 и коьеь ьх тты. ключателей 14. Между выходом млада о разряда формирователя выходного кода 5 и входом синхронизации преобразогэ тляперемещение-код 6 включен блок синхронизации 15.Формирователь выходного кода 5 (фиг,2) содержит усилитель заряда 16, ко входу которого подключены рабочие емкостные сигнализаторы уровня 2, второй усилитель заряда 17, ко входу которого подключен компенсационный сигнализатор уровня 18, дифференциальный усилитель 19, к разным входам которого подключены выходы усилителей заряда 16 и 17, фильтр нижних частот 20, пороговое устройство 21, к выходу которого подключен О-триггер 22, логический элемент "И" 23, счетчик 24, к разрядным выходам которого подключены соответствующие входы выходного регистра 25, стробированный распределитель импульсов 26, к выходам которого подключены входы рабочих сигнализаторов уровня 2, а дополнительный выход 27 распределителя 25 подключен к тактовому входу регистра 25 и через элемент задержки 28 ко входу В-установки счетчика 24 в исходное состояние, Генератор импульсов 29 подключен ко входу распределителя импульсов 26 и ко входукомпенсационного сигнализатора 18, а его дополнительный выход, формирующий импульсы с задержкой во времени относительно импульсов с основного выхода, соединен с тактовым входом О-триггера 22.Пороговое устройство 21 представляет собой компаратор, на один из входов которого подается напряжение порога срабатывания, а на второй - сигнал с фильтра 20.Стробируемый распределитель импульсов 26, счетчик 24, регистр 25, генератор 29 является типовыми элементами в приборах вычислиТельной техники, а пример выпол. нения остальных элементов приведен нафиг.2.Датчик перемещения 7 выполняет функции датчика взаимного положения и может быть выполнен на основе светооптических преобразователей перемещения в код, Он содержит (фиг,З) чувствительный элемент 8 в виде оптической решетки из непрозрачного материала, на котором сформированы прозрачные полосы и чувствительный элемент 9 в виде оптических пар иэ излучателей 30 и двух фотоприемников 31 и 32, Нижний фотоприемник 31 служит для формирования маркера, а верхний фотоприемний 32 - для формирования рабочего сигнала для преобразователя 6. Оптическая решетка 8 жестко связана со штангой 1 уровнемера через гай: ку 11 и перемещается вместе с ней относительно неподвижных излучателей 30 и фотоприемников 31 и 32, образующих чувствительный элемент 9 датчика перемещения 7.зом. В формирователе выходного кода 6 ди 30 скретного уровнемера циклически. осуществляется опрос состояния всех сигнализаторов уровня 2, расположенных на штанге уровнемера, Опрос осуществляется путем подачи опросных импульсов с выхода распределителя 26 на емкостные сигнализаторы уровня 2 в заранее определенной последовательности, например, последовательно от крайнего нижнего до крайне верхнего сигнализатора 2, Импульсы, коммутируемые распределителем 26, формируются генератором импульсов 29, причем каждый импульс опроса также поступает на вход компенсационного сигнализатора 18. Все импульсы от рабочих сигнализаторов 2 усиливаются усилителем заряда 16, а все импульсы от компенсацион 40 45 ного сигнализатора 18 усилителем заряда 17 и поступают на разные входы дифференциального усилителя 19, Разностный сигнал 50 для каждого сигнализатора 2, пропорциональный девиации емкости сигнализатора относительно емкости компенсационного сигнализатора 18, проходит через фильтр 55 нижних частот 20, преобразуется в пороговом устройстве 21 в импульсы одной полярности для сигнализаторов, помещенных в жидкость и в импульсы противоположной полярности для сухих сигнализаторов, заносится в триггер 22. На выходе триггера 22 Преобразователь перемещения в код 6содержит усилители фототока 33 и 34, компараторы 35 и 36 для формирования импульсных сигналов, счетчик импульсов 37,5 выходной регистр 38, связанный через соответствующие О-входы с выходами счетчикаи 37, ВБ-триггер 39,Я-вход которого соединен с В-входом счетчика и выходом компаратора 35, а В-вход является входом10 синхронизации, причем выход компаратора36 соединен со счетным входом счетчика 37через логический элемент "И" 40, а выходтриггера 39 соединен со вторым входом элемента "И" 40 непосредственно и с тактовым15 входом регистра 38 через элемент задержки41.Блок синхронизации 15 содержит(фиг.4) ин вертор 42, два одновибратора 43 и44, выходы которых объединены на один20 выход через логический элемент "ИЛИ" 45.Входы инвертора 42 и одновибратора 44подключены к выходу младшего разрядаформирователя кода 5 уровнемера, Выходэлемента "ИЛИ" 45 является выходом блокасинхронизации 15 и соединен с тактовымвходом (входом синхронизации) формирователя 6,Устройство работает следующим обра10 35 нулевое состояние триггер 39 и счетчик 37,При дальнейшем движении штанги 1 усилителем 34 улавливается каждая щель на ре 45 50 формируется импульс, длительность которого пропорциональна числу сигнализаторов, помещенных в жидкость. На время этой длительности импульса через элемент "И" 23 на вход счетчика 24 поступает пачка импульсов, число которых точно соответствует числу сигнализаторов 2, погруженных в жидкость; В конце каждого цикла работы импульс с дополнительного выхода 27 распределителя 26 поступает на тактовый вход регистра 25 и по его поступлении в регистр 25 переписывается код со счетчика 24. Тем же импульсом, задержанным во времени элементом 28, счетчик 24 сбрасывается в исходное состояние. Цикл работы формирователя 5 на этом завершается. Если уровень жидкости не меняется, то в регистре 25 информация в каждом цикле работы не меняется, а только подтверждается одно и то же значение кода, соответствующее границе раздела сред "газ-жидкость"Таким образом, когда не включен привод возвратно-поступательного движения, уровнемер отражает с дискретностью Ь и положение уровня жидкости в резервуаре 3. При включении привода через набор концевых выключателей 14 электродвигатель 13 через редуктор 12 ходовой винт 10 и гайку 11 начинает перемещать штангу 1 уровне- мера в вертикальном направлении. Одновременно со штангой начинает перемещаться оптическая решетка 8, датчика перемещения 7. Источник света 30, проходя через реперную щель на решетке 8, вызывает срабатывание усилителя 33 и на выходе компаратора 35 формируется маркер, который устанавливает в исходное щетке 8, проходящая через оптическую пару 9. Число прошедших щелей фиксируется в счетчике 37 и однозначно определяет величину перемещения штанги 1. относительно исходного положения. Подсчет импульсов в счетчике 37 происходит до тех пор, пока на триггер 39 не поступит синхроимпульс от блока синхронизации 15. В момент поступления синхроимпульса триггер 39 перебрсывается в противоположное состояние и через элемент задержки 41 осуществляется перенос кода со счетчика 37 в выходной регистр 38, Момент формирования синхроимпульса однозначно связан с моментом отрыва последнего погруженного в жидкость сигнализатора. Когда указанный сигнализатор освобождается от жидкости, происходит срабатывание младшего разряда формирователя выходного кода 5 уровнемера. В за 15 20 25 30 висимости от вида изменения младшего разряда из "нуля" и "единицу" или наоборот срабатывает один из одновибраторов 43 или 44, выходы которых объединяются через элемент "ИЛИ" 45 и поступают на и реобразователь 6.Таким образом, к моменту перемещения штанги 1 в крайнее верхнее положение в выходном регистре 25 формирователя 5 формируется в виде двоичного кода номер последнего сигнализатора из всех сигнализаторов, погруженных в жидкость, а в выходном регистре 38 преобразователя 6 фиксируется в виде двоичного кода расстояние от исходного состояния последнего освободившегося сигнализатора до границы раздела жидкости и воздуха. Через систему концевых выключателей 14 реверсивный двигатель 13 начинает вращать редуктор 12 в противоположном направлении и штанга 1 уровнемера возвращается в исходное состояние. Циклы перемещения штанги 1 уровнемера могут выполняться многократно или однократно.В рассмотренном устройстве устраняется одна из основных составляЮщих погрешности дискретных уровнемеров - погрешность дискретизаци, причем непрерывное измерение уровня в пределах зоны неопределенности дискретного уровнемера (шага дискретизации) практически не зависит от свойств жидкости, а сам этот диапазон достаточно мал. Поэтому непрерывное измерение уровня в пределах малого диапазона измерения путем измерения перемещения штанги уровнемера может быть выполнено с высокой точностью на уровне долей миллиметров. При этом абсолютная погрешность измерения не зависит от общей длины уровнемера, что позволяет обеспечивать прецизионные измерения уровня в резервуарах высотой в несколько десятков метров,Формула изобретения Устройство для измерения уровня жидкости, содержащее несущую штангу с размещенными на ней с равномерным шагом дискретизации сигнализаторами уровня и формирователь выходного кода, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введен привод возвратно-поступательного движения штанги с рабочим ходом в вертикальном направлении, соответствующим шагу дискретизации, датчик перемещения с преобразователем перемещение-код, блок синхронизации, вход которого подключен к выходу младшего разряда формирователя выходного кода, а выход - к тактовому входу преобразователя перемещение-код.1809318 Сосавиель В.Суслов1 екред М Моргентал рректор М.Кул едакт Подписноеретениям и открытиям при ГКНТ ССшская наб, 4/5,саид ко 6 нагоизводг геп) и даг Заказ 1280 Тираж ВНИИПИ Государственноо комитета по из 11 ЗГ)% цо.кна ж-З Р