Многоточечный сигнализатор уровня жидкости

(57)ростшеки 10юл. У 14ектродинами ибозобретение относится к пизобретениямерения. Приости от т ению.точнос повь тклофикырский,ич, З.Я.Мон А.В.Рыцарь нении уровня жи показания очек 1 от ежиетчик то изменение течение одногоизатора. Счетгда, когда урода работы сигнал 1 срабатывает то выходит за указадаря "модуляции оров б и 7 (при сумматора 32 код ССР978Р982 свидетельство С 01 Г 23/26, идетельство С С 01 Г 23/26,вень Благ ые пределы.остояния ком мут25 помощи триггераов) постоянно рживается чувств изменениям уровн вниз, без необх кого опроса всех 4 ил. тел ьност ь как вверхдимости пердатчиков 1,так ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ13038Изобретение относится к приборостроению, а именно к устройствам дляконтроля уровня жидкости,Целью изобретения является повышение точности измерения за счет повышения чувствительности и помехоустойчивости.На фиг. 1 представлена функциональная схема многоточечного сигнализатора уровня, на фиг. 2 - схемарасположения электродов измерительного емкостного датчика,на фиг. 3 -временные диаграммы выходных сигналов;на фиг. 4 - зависимости токов в обмотках перВого компаратора и выходного напряжения преобразователя ток -напряжение от уровня (Ь) контролируемой жидкости в пределах двух соседних по высоте измерительных датчиков .(кривые 1-1, 1-2, 2-1 и 2-2 соответствуют четырем тактам работысигнализатора).Многоточечный сигнализатор уровняжидкости содержит верхний компенсационный датчик 1, расположенный вне25пределов контролируемого уровня,:группу измерительных датчиков 2, состоящую из конденсаторов 2-1 с большей площадью электродов и конденсатаров 2-2 с меньшей площадью электро 30дов, и нижний компенсационный датчик3, погруженный в контролируемую жидкость, подключенные одними выводамик источнику 4 переменного напряжения,Второй вывод верхнего компенсационного датчика 1 подключен к входу управляемого ключа 5, вторые выводыконденсаторов 2-2 и 2-1 измерительных датчиков 2 подключены к входамкоммутаторов 6 и 7 соответственно, а. 10второй вывод нижнего компенсационногодатчика 3 - к входу управляемогоключа 8. Первичные обмотки 9 и 10компаратора 11 соединены одними выводами с выходами коммутаторов 6 и 7, 45Первичная обмотка 12 компаратора 11,подключена к выходам управляемогоключа 13, а вторичная обмотка 14 - квходу преобразователя 15 ток - напряжение, Первичная обмотка 16 компаратора 12 токов соединена одним выводом с вторыми выводами обмоток 9 и10, вторым выводом - с общей шинойустройства, а первичные обмотки 18и 19 подключены к выходам управляемь 1 х 55ключей 5 и 8 соответственно,Вторичная обмотка 20 компаратора17 подключена к входу управляемого 34 2ключа 13. Благодаря низкому входномусопротивлению преобразователя 15комларатор 11 работает в режиме короткого замыкания, при котором токвторичной обмотки линейно зависит отизменения токов в первичных обмотках,а входные сопротивления первичныхобмоток незначительны и определяютсяактивным сопротивлением проводников(при малых потоках рассеяния, которые имеют место в случае тесной индуктивной связи между обмотками), Обмотка 20 компаратора 17 в зависимости от состояния ключа 13 либо замкнута накоротко, либо нагружена низкимвходным сопротивлением обмотки 12компаратора 11. Поэтому компаратор17 также работает в режиме короткогозамыкания,Дифференциатор 21 подключен входом к выходу преобразователя 15 ток - напряжение, а выходом - к входу триггера 22.Выход тактового генератора 23 соединен через инвертор 24 с входом триггера 22, со счетным входом триггера 25, с управляющим входом ключа 13, с одним из входов схемы 26 совпадения, через элемент 27 задержки с входом схем 28 и 29 совпадения, а также с одним входом схемь 1 30 совпадения. Прямой выход триггера 25 подключен к входам схем 29 и 30 совпадения. Прямой выход триггера 25 подключен к входам схем 29 и 30 совпадения, а инверсный выход - к другим входам схем 26 и 28 совпадения. Выходы схем 26 и 30 совпадения соединены с управляющими входами ключей 5 и 8 соответственно. Другие входы схем 28 и 29 совпадения связаны с выходом триггера 22, а их выходы соединены соответственно с вычитающим и суммирующим входами реверсивного счетчика 31 импульсов, выход которого подключен к одному из входов сумматора 32 кодов и к индикатору 33. К другому входу сумматора 32 кодов (младшему, разряду) подключен . прямой выход триггера 21, Выход сумматора 32 кодов связан с управляющими входами коммутаторов 6 и 7. Управляемые ключи 5, 8 и 13 выполнены двухпозиционными, причем заданные выходы их соединены с общей шиной источника 4 переменного напряжения, Числа витков каждой из обмоток 18 и 19 в два3 130383 раза больше числа витков первичной обмотки 16 компаратора 17.Электроды 1 и 1 конденсатора 2-1 (фиг, 2) с большей площадью Я расположены горизонтально на удалении - выше и ниже от заданного уровня 2фиксации Ь. Электроды 2 и 2 конденсатора 2-2 с меньшей рабочей площадью Б удалены от уровня Ь на расстоя ния + -2Многоточечный сигнализатор уровня жидкости работает следующим образомПусть при включении прибора в ре версивном счетчике 31 импульсов устанавливается произвольное число М (в частном случае М = 0), которое индуцируется циФровым индикатором 33, При нулевом состоянии триггера 25, 20 подключенного прямым выходом к входу младшего разряда сумматора 32 кодов, код числа М присутствует на выходе сумматора и на входах коммутаторов 6 и 7. При этом коммутаторы подклю чают к обмоткам 9 и 10 электроды конденсаторов измерительного датчика с номером М. Работа сигнализатора осуществляется с периодом Т, состоящим из четырех тактов С, С30 и. Такты работы задает генератор 23 (фиг. 3, диаграмма Б ).В течение времени С, первого такта и времени С, третьего такта работы (на выходах генератора 23 присути и ствует сигнал логического О ) схемы 26 и 30 совпадения закрыты. При этом все три управляемых ключа 5, 8 и 13 находятся в положении "0", а обмотки 12, 18 и 19 компараторов обесточены, 40 Токи, создаваемые источником 4 переменного напряжения; в конденсаторах измерительного датчика протекают через включенные противофазно обмотки 9 и 10 компаратора 11 и обмотку 16 45 компаратора 17, При одинаковых числах витков и и М обмоток 9 и 10 ток 1ч юво вторичной обмотке 14 с числом витков и пропорционален разности емакостей конденсаторов 2-1 и 2-250При частичном погружении измерительного датчика в контролируемую среду каждую из емкостей конденсаторов 2-1 и 2-2 можно представить последовательным соединением двух конденсаторов, один из которых находится в жидкости, другой - в парогазовой смеси. При изменении уровня в пределах измерительного датчика 2 ток сначала увеличивается (до тех пар, пока идет погружение только конденсатора 2-1 с большей площадью электродов), потом уменьшается за счет погружения второго конденсатора, изменяет фазу при переходе через точку фиксации, достигает минимума при полном погружении конденсатора 2-2 и снова принимаетнулевое значение при выходе уровня за пределы М-го измерительного датчика, Кривые 1-1 и 2-1 (фиг. 4 ц) иллюстрируют изменение тока в зависимости от уровня в прецелах двух датчиковс номерами М и М+1 соответствуютпервому и третьему тактам работы сигнализатора.В третьем такте (отрезок времени , ) работы сигнал логической "1" с выхода триггера 25 суммируется с показанием М-го счетчика при помощи сумматора 32 кодов, При этом коммута" торы 6 и 7 управляемые выходным кодом сумматора, подключают к обмоткам 9 и 10 измерительный датчик с номером М+1. Через обмотку 16 компаратора 17 протекает суммарный ток измерительного датчика, пропорциональныйсумме емкостей конденсаторов,Во втором такте 1., работы сигнализатора (сигналы логической "1" навыходах тактового генератора 23 исхемы 26 совпадения) .ключи 5 и 13установлены выходными сигналами Би Б в положение "1". При этом токверхнего компенсационного датчика 1протекает через ключ 5 и обмотку 18,которая включена противофазно с обмоткой 16. Поэтому ток, протекающийв обмотках 20 и 12, пропорционаленразности ампервитков обмоток 16 и 18.Начальные емкости компенсационных датчиков 1 и 3 выбраны равными начальнойемкости конденсаторов измерительногодатчика 2,Ток непрерывно возрастает при погружении измерительного датчика 3 в контролируемую среду от нулевого значения до значения, соответствующего полному погружению (кривая 1-2 на фиг, 4 б), Фазировка обмотки 12 выбрана таким образом, что ее ампервитки вычитаются из ампервитков обмоток 10 и 14. Зависимость тока в выходной .обмотке 14 от контролируемого уровня имеет вид, показанный на фиг,4 а, кривая 1-2. Нулевое значение ток1303834 1, принимает не в точке фиксации Ь, а на некотором удалении х = ь, от нее.В четвертом тактеработы сигнализатора ключ 5 переводится в положение "0" сгналм П, а ключ 8 в положение "1" выходным сигналом П схемы 30 совпадения. При этом ток, пропорциональный емкости нижнего компенсационного датчика 3, протекает через обмотку 19, а обмотка 18 обесточена, Ток в обмотке 12 пропорционален разности ампервитков обмоток 16 и 19 Амплитуда этого тока уменьшается от значения, соответствующего пол ному погружению двух конденсаторов, до нуля (кривая 2-2 на фиг, 4 о) . Фаза тока противоположна фазе тока во втором такте работы.Изменение тока 1, иллюстрируется кривой 2-2 на фиг. 4 а. Постоянное напряжение П на выходе преобразова теля 15 ток - напряжение пропорционально модулю тока 1 , Зависимость этого напряжения от контролируемого уровня в пределах двух соседних датчиков иллюстрируется кривыми 1-1, 1-2, 2-1 и 2-2 (фиг. 45), соответствующими четырем тактам работы сигнализатора. Дифференциатор 21 формируе импульсы положительной полярности при увеличении напряжения П, в каждом такте по сравнению с предыдущим Такие импульсы поступают на вход триггера 22 во втором и четвертом тактах работы в том случае, когда контролируемый .уровень находится в пределах между двумя соседними точками Фиксации. Выход уровня за эти пределы приводит к исчезновению по.ложительных импульсов. Причем, если уровень находится ниже, то положительные импульсы не появляются во втором такте, а если выше, то - в четвертом. В первом и третьем тактах выходные импульсы инвертора 24, пос,тупающие на вход триггера 22, устанавливают последний в состояние логической "1". Если это состояние не будет снято во втором или четвертом тактах импульсом дифференциатора 2 1, то одна из схем 28 или 29 совпадения будет открыта для прохождения вы - ходных импульсов элемента 27 задержки 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 6на входы реверсивного счетчика 31 импульсов. Задержка импульсов тактового генератора 23 необходима для устранения влияния переходных процес. с.ов в преобразователе 15 ток - напряжение надежного срабатывания дифференциатора 21. Входы схем 28 и 29 совпадения связаны с выходами триггера 25 таким образом, что разрешение на вход схемы 28 совпадения поступает в течение первых двух тактов, а на вход схемы 29 совпадения - в течение последних двух, Следовательно, при отсутст" вии положительного приращения напряжения во втором такте задержанные импульсы через схемы 28 совпадения поступают на вычитающий вход счетчика 31, уменьшая его показания, При отсутствии таких приращений в четвертом такте импульсы поступают через схему 29 совпадения на суммирующий вход счетчика 31, увеличивая его показания. Показания счетчика 31, а следовательно, и попожения коммутаторов 6 и 7 изменяются до тех пор, пока коммутаторы 6 и 7 не станут подключать к обмоткам 9 и 10 два соседних по высоте измерительных датчика 2 К-й и (И+1)-й, в пределах между средними линиями .которых находится контролируемый уровень. Число М при этом высвечивается цифровым индикатором 33. При отклонении уровня от точек фиксации показания счетчика 31 отслеживают это изменение в течение одного периода работы сигнализатора, Счетчик 31 срабатывает только тогда,когда уровень выходит за указанные пределы. Все остальное время реверсивный счетчик 31 и связанный с ним отсчет остаются в покое. Благодаря 11 11модуляции состояния коммутаторов 6 и 7 (при помощи триггера 25 и сумматора 32 кодов) постоянно поддерживается чувствительность схемы к изменениям уровня как вверх, так и вниз, причем без необходимости перно. дического опроса всех датчиков 1, 2 и 3. Благодаря горизонтальному расположению электродов измерительных датчиков 2 на точность фиксации неоказывают влияния такие факторы,как вязкость жидкости, каппилярныеявления., поверхностное натяжение,имеющие место в датчиках с вертикально расположенными электродами, Поскольку плоскости электродов параллельны плоскости уровня в баке, адоступ жидкости в рабочий объем дат.чика 2 открыт по всему периметруэлектродов, то отставание или опережение уровня в датчике 2 по сравнению с уровнем в резервуаре отсутствует,Формула изобретенияМноготочечный сигнализатор уровняжидкости, содержащий подключенныек общей вине датчиков верхний и нижний компенсационные емкостные датчики и измерительные емкостные датчики,рассредоточенные в пределах контро-лируемого диапазона и подключенныевыходами к входам первого коммутатора, источник переменного напряжения,подключенный выходом к общей пинедатчиков, первый и второй .компараторы тока трансформаторного типа, пер. 2 Овый, второй и третий управляемьеключи, подключенные управляющимивходами к выходам первой и второйсхем совпадения и выходу тактовогогенератора, подсоединенного выходом 25к счетному входу первого триггера,к входу инвертора и к одним входампервой и второй схем совпадения, реверсивный счетчик импульсов, подключенный выходом к входу индикатораи первому входу сумматора кодов, первым входом - к выходу третьей схемысовпадения, соединенной первым входом с выходом первого триггера и вторым входом сумматора кодов, вторымвходом - с выходом дифференциатора итретьим входом - с выходом тактовогогенератора и первым входом четвертойсхемы совпадения, подключенной выходом к второму входу реверсивногосчетчика импульсов, вторым входом -к инверсному выходу первого триггераи другому входу первой схемы совпадения и третьим входом - к выходу дифференциатора, причем сумматор кодовподсоединен выходом к управляющему входу первого коммутатора, соединенноговыходом через последовательно соединенные первые первичные обмотки первого и второго компараторов токатрансформаторного типа с нулевой шиной,подсоединенной через вторую и третьюпервичные обмотки второго компаратора тока трансформаторного типа с выходами верхнего и нижнего компенсационных емкостных датчиков, подсоединенной через первую вторичную обмотку первого компаратора тока трансформаторного типа к входу преобразователя постоянного тока в постоянное напряжение, подключенного выходом к входу дифференциатора, и подсоединенной через вторичную обмотку второго компаратора тока трансформаторного тича к выходу третьего управляемого ключа, подключенного первым входом к общей шине, соединенной с первыми выходами первого и второго управляемых ключей, а также инвертор, о т л и ч а ю щ и й с я тем. что с целью повышения точности измерения за счет повышения чувствпт ельности и помехоустойчивости, в :.его введены второй коммутатор, элемент задержки и второй триггер, а каждый из измери тельных емкостных датчиков выполнен в виде двух плоскопараллельных комденсаторов с разными эффективными площадями электродов, расположенными параллельно плоскости контролируемой среды, а отношение эффективной площади электродов к расстоянию между электродами обоих .лоскопараллельныхконденсаторов равны, причем элемент задержки включсн между выходом тактового генератора и третьими и первым входами третьей н четвертой схем совпадения соответственно, второй триггер включен между выходом дифференциатора и вторым и третьим входами третьей и четвертой схем совпадения соответственно и подключен одним из входов через инвертор к выходу тактового генератора, а второй коммутатор подключен входами к дополнительным выходам измерительных емкостных датчиков и подключен управляющим входом к выходу сумматоракодов и выходом через последовательно соединенные вторую первичную обмотку первого компаратора токатрансформаторного типа и первуюпервичную обмотку второго компа-ратора тока трансформаторного типа с общей шиной, при этом вторая вторичная обмотка первого компаратора тока трансформаторного типа включена между общей шиной и вторым входом третьего управляемого ключа, а первый и второй управляемые ключи включены между выходами верхнего и нижнего компенсационных емкостных датчиков и второй и третьей первичными обмоткаж второго компаратора 1тока трансформаторного типа и подклю. чены одними иэ входов к общей шине.,ВНИИПИ Государпо делам изо13035; Москва, Ж 694 По твенного комитета С ретений и открытий 5, Раушская наб., д