Цифровой уровнемер

(50 4 С 01 Р 23/60 СССРНРЫТИ 11 АРСТВЕННЫЙ НОМИТ ЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ У(5 (5 тельн повыш уровн ика сиро пуль ныи к СР 6. ши бл О. К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛ(56) Авторское свидетельство С504934, кл, С 01 Р 23/12, 19Авторское свидетельство ССС787902, кл. С 01 Р 23/12, 19 ЦИФРОВОЙ УРОВНЕМЕРИзобретение относится к измериой технике, Цель изобретения . - ение достоверности контроля я путем подачи на приемник фиканного количества кодовых имов, Приемник 17 вторичного при преобразует принятый двоичод в значение уровня, на котостановлен датчик 9 кода, вошедполе магнита 2 поплавка 1 до йшего лидирующего геркона датчикода, и отображает результат из1 315817. 35 мерения в мм, В приемнике 17 подсчитывается также число импульсов, поступивших после прихода лидирующего импульса. Если приемник 17 воспринял большее или меньшее число импульсов, то его логической схемой вырабатывается сигнал ошибки, который запреща. 1ВИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах дистанционногоизмерения уровня жидкостей в резервуарных парках нефтехимических производств, предприятий микробиологического и органического синтеза и других емкостях.Целью изобретения является повышение достоверности контроля уровняпутем, подачи на приемник фиксирован.ного количества кодовых импульсов.На фиг. 1 приведена схема. цифрового уровнемера; на фиг. 2 - схемаэлектронного преобразователя импуль-,сов.Цифровой уровнемер состоит из поплавка 1 с магнитной системой 2 направляющей немагнитной трубы 3, установленной вертикально в емкости 4,цилиндра 5, поршня 6, жестко соединенного с зубчатой рейкой 7 и линейкой 8, на которой установлены датчии 9 кода дискретов, датчика 10 милиметров, электропневмоклапана 11,электронного преобразователя 12 импульсов, трехпроводной линии 13 связи, вторичного прибора 14 которыйсостоит из блока 15 питания, ограничивающих резисторов 16, приемника 17импульсов с устройством отображенияи блока 18 управления,Преобразователь 12 импульсов имеет вход 19 лидирующих импульсов (Л),вход 20 импульсов нулей (О), вход 21импульсов единиц (1), вход 22 импульсов миллиметров, выход 23 для подключения электропневмоклапана 11, выход24, через который общий провод датчиков 9 кода подключается к плюсу источника питания, клеммй.25 - 27 дляподключения к линии 13 связи, соединяющей преобразователь с вторичным ет индикацию уровня и включает соот,ветствующий сигнализатор. на устройстве отображения приемника 17. Тем самым предотвращается отображение ошибочного значения уровня, возникающего в случае неисправности уровнемера или воздействия на него помех, 2 ил. 2прибором 140 содержит ключи 28 и 29, усилитель"формирователь 30 импульсов миллиметров, стабилизатор 31 напряжения, клемму 32), формирователь 5 33 импульсов при появлении питающегонапряжения, формирователь 34 нормиро" ванной длительности импульсов, комму- татор 35, имеющий группу 36 входов, группу 37 входов и управляющие входы 38 и 39, распределитель 40 импульсов, удвоитель 4 1 импульсов, который состоит из конденсаторов 42, резисторов 43, инверторов 44 и логического эле,мента 2 ИЛИ 45. Преобразователь 42 импульсов содержит также диоды 46, логический элемент 2 ИЛИ 47, логические элементы 2 ИЛИ-НЕ 48 и 49, логический элемент 4 ИЛИ 50,КЯ-триггер на элемен, тах 2 ИЛИ-НЕ 51 и 52 и инвертор 53.Преобразователь 12 импульсов устанавливается вместе с механической частью уровнемера непосредственно на емкости 4, в которой измеряется уро вень.Направляющая трубка 3 запаяна всвоей нижней части, что предотвращаЕт проникновение в ее внутреннее пространство жидкости из емкости 4. Дат" чики 9 кода дискретов представляют собой группу герметизированных контактогерконов, укрепленных на линейке 8, Верхний геркон каждой группы (т.е, каждого датчика 9) является лидирующим. Остальные герконы являются кодовыми, они устанавливаются нижелидирующего геркона юдоль вертикальной оси линейки. Расстояние междугерконами выбрано таким, что исключается одновременное срабатывание двух 40 соседних герконов от воздействия полямагнитной системы 2 поплавка 1. Рас"стояние между лидирующими герконаминормируется, оно определяет числодискретных участков, на которые разбито максимальное значение измеряемого уровня, а также число кодовых герконов в одном датчике 9 кода дискрета.5Так, если диапазон измерения уровня 0-8 м и расстояние между лидирующими герконами Ь = 1 м, то на линейке 8 устанавливают восемь датчиков 9дискретов, каждый из которых содержит один лидирующий и три кодовых, геркона. Кодовые герконы распаиваются к шинам нО" и 111" в соответствиис двоичным кодом числа, равного расстоянию от нулевого уровня до высотыустановки лидирующего геркона данного датчика 9 дискрета,Цилиндр 5, поршень 6 электропневмоклапан 11 представляют собойпривод возвратно-поступательного дви жения уровнемера.Преобразователь его перемещениясостоит из зубчатой рейки 7 и датчика 10 миллиметров, который содержитизлучающий инфракрасный светодиод и 25приемный инфракрасный Фотодиод. Зубцы рейки 7 при ее перемещении модулируют световой поток, поступающий отизлучающего светодиода на фотодиод.Зубчатая рейка 7 имеет прорезишириной 1 мм, толщина зубца 1 мм,Поэтому оптический датчик 10 выдаетодин импульс при перемещении рейки7 на 2 мм,Уровнемер работает следующим образом. При нажатии кнопки "измерение" вторичного прибора 14 блок 18 управления устанавливает в исходное сос тояние приемник 17 и включает блок 15 питания. В линию 13 связи подается через резисторы 16 постоянное напряжение, которое по проводам "мм 1" и ЛО линии 13 связи поступает на диоды 46 преобразователя 12 импульсов,Пройдя через диоды 46 и выходную клемму 23, это напряжение подается на электропневмоклапан 11, который срабатывает и открывает подачу сжа того воздуха в подпоршневое пространство цилиндра 5. В результате жестко связанные между собой поршень 6, зубчатая рейка 7 и линейка 8 с датчиками 9 кода начинают перемещаться вверх. 55Одновременно напряжение с выхода диодов 46 поступает через фильтр на стабилизатор 31 напряжения и с его выхода подается на формирователь 33 импульсов, через клемму 24 на общий провод герконов датчиков 9 кода. Через клемму 32 осуществляется питание логических элементов преобразователя 12 импульсов, Формирователь 33 импульсов при подаче на него питающего напряжения выдает одиночный импульс,длительность которого выбирают меньше, чем задержка начала движения линейки 8 с датчиками 9 кода, Этот импульс подается на К в вхо установки в "О" распределителя 40 и через элемент 4 ИЛИ 50 на триггер на элементах 51 и 52, В результате распределитель 40станавливается в нулевое состояние и а его первом выходе появляется уровень логической "1", а на остальных выходах - "0". При этом на С-вход рас - 1пределителя 40 с выхода элемента 52 подается логический "0". Логическая "1" с первого выхода распределителя 40 подается на управляющий вход 38 коммутатора 35, поэтому он подключает к своим выходам группу Зб входов, а группа 37 входов оказывается отключенной от выхода коммутатора 35. С начала движения поршня 6 с зубчатой рейкой 7 импульсы с датчика 10 миллиметров через входную клемму 22 подаются на усилитель-Формирователь 30, а с его выхода на второй вход группы 36 коммутатора 35 и вход инвертора 53, с выхода которого инвертированный сигнал подается на первый вход группы Зб коммутатора 35. На первом выходе коммутатора 35 появляется неинвертированный, а на его втором выходе инвертированный сигнал с выхода датчика 10 миллиметров. Конденсаторы 42, резисторы 43 и инверторы 44 формируютимпульсы по заднему фронту поступающих на них импульсов с выхода коммутатора 35, а так как они поступают в противофазе, то и на входы элемента 2 ИЛИ 45 сформированные импульсы поступают поочередно, а на его выходе создается удвоенное число импульсов, каждый из которых вырабатывается по фронту или срезу сигнала от датчика 10. Поэтому несмотря на то, что датчик 10 выдает один импульс при перемещении зубчатой рейки 7 на 2 мм, на выходе элемента 2 ИЛИ 45 удвоителя 41 создается один импульс при перемещении зубчатой рейки 7 на 1 мм. Эти импульсы поступают на первый вход элемента ИЛИ-НЕ 48, на второй вход которого подается логический "О", с третьеговыхода коммутатора 35. На второй вход элемента 2 ИЛИ-НЕ 49 также подается логический О с третьего выхода распределителя 40. Поэтому импульсы миллиметров с выхода удвоителя 41 беспрепятственно проходят через элементы 2 ИЛИ-НЕ 48 и 49 на вход ключа 28. На время действия каждого импульса миллиметров ключ 28 открывается и закорачивает провод "мм 1 линии 13 связи на общий провод. Уменьшениенапряжения на, этом проводе и является сигналом для приемника 17 вторичного прибора 14. Таким образом передается в миллиметрах величина перемещения линейки 8 от ее начального положения до вхождения лидирующего геркона ближайшего датчика 9 кода в магнитное поле магнита 2 поплавка 1, т.е. передается расстояние от положения поплавка 1 до ближайшего лидирующего геркона Ь (фиг. 1).При этом ключ 29 остается закрытым, так как на его вход подается нулевой уровень с четвертого выхода коммутатора 35 Чпагодаря тому, что четвертый вход группы 36 вхоцов заземлен.При передаче импульсов миллиметров электропневмоклапан 11 удерживается в открытом состоянии за счетэнергии , поступающей по проводу ЛО линии 1 3 связи . Также з а счет этого продолжают функционировать все элек тронные элементы преобразователя 1 2 .При срабатывании лидирующего геркона по цепи: клемма 24, общий провод "+" герконов датчиков 9 кода, лидирующий геркон (вошедший в магнитное поле поплавка), провод "Л", клемма 19 высокий логический уровень подается на вход формирователя 34, с его выхода сформированный импульс подается на Я-вход триггера на элементах 2 ИЛИ-НЕ 51 и 52 и на первый входэлемента 2 ИЛИ 47, с выхода которого сформированный импульс поступает на четвертый вход группы 37 входов коммутатора 35. Также по переднему фронту этого импульса срабатывает триггер на элементах 51 и 52, и с его выхода на С-вход распределителя 40 поступает импульс высокого уровня, По переднему фронту этого импульса распределитель 40 переключается, на его первом выходе появляется нулевой уровень, а на втором - высокий уро-. вень, который подается на управляю 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 При дальнейшем движении линейки 8 в поле магнита 2 входит один из кодовых герконов датчика 9 кода.Так, когда срабатывает геркон, соединенный с шиной "1", высокий логический уровень подается через клемщий,вход 39 коммутатора,35. Благодаря этому к выходам коммутатора 35 под"ключается группа 37 входов, Тем самым преобразователь 12 импульсов переключается на передачу импульсов отдатчиков 9 кода,На вход удвоителя 41 с первого ивторого выходов коммутатора 35 подаются высокие уровни, так как первыйи второй входы группы 37 подключенык "+" стабилизатора 31. Это приводитк выключению удвоителя 41 и прекращению передачи импульсов миллиметров,так как при переключении распределителя 40 на четвертом входе группы37 коммутатора 35 присутствует . импульс высокого уровня, то он передается с его четвертого выхода на входключа 29, который закорачивает наземлю провод "ЛО" линии 13 связи навремя действия импульса, сформирован.ного формирователем 34. При этомключ 28 закрыт, так как на его входе присутствует логический "0", пос-тупающий с выхода логического элемента 2 ИЛИ-НЕ 49, на первом входекоторого присутствует у ровень "1",поступающий с элемента 2 ИЛИ-НЕ 48,потому что на его первый вход поступает логический "0" с выхода удвоителя 41, а на второй вход подаетсялогический О с третьего выхода коммутатора 35.Первое уменьшение напряжения на проводе "ЛО" линии 13 связи воспринимается приемником 17 вторичного прибора 14 как лидирующий импульс, и он переключается на прием импульсов кодовых герконов датчиков 9 кода,При дальнейшем перемещении вверх поршня 6 и линейки 8 лидирующий геркон выходит из поля магнита 2 поплавка 1. На входе и выходе формирователя 34 появляется логический "0", Логический ноль появляется также на . четвертом выходе коммутатора 35, что приводит к закрыванию ключа 29 и восстановлению напряжения на проводе "ЛО". Триггер на элементах 51 и 52 остается в единичном состоянии, т,е. на его выходе остается логическаяПриемник 17 осуществляется приемтолько тех импульсов, амплитуда идлительность которых превышают установленные пороги. Он подсчитывает и 40 запоминает число импульсов миллиметров, переданных преобразователем 12импульсов по проводу "мм 1", поступивших от датчика 10 миллиметров.Приемник 17 по приходу первого (ли дирующего) импульса по проводу "ЛО"переключается на прием передаваемого последовательно по проводам "мм 1"и "ЛО" двоичного кода от датчиков 9.Аналогично известному приемнику при емник 17 преобразует принятый двоичный код в значение уровня, на котором установлен датчик 9 кода, вошедший в поле магнита 2 поплавка 1 доближайшего лидирующего геркона дат чика 9 кода, и отображает результатизмерения уровня в миллиметрах.Кроме того, в приемнике 17 подсчитвыается число импульсов, посту. пивших после прихода лидирующего имму 21 на третий вход группы 37 коммутатора 35, Этот высокий уровень проходит с третьего выхода коммутатора35 через элементы 48 и 49 на входключа 28, который открывается и передает импульс по проводу "мм 1" линии13 сВязи.Этот импульс воспринимается приемником 17 вторичного прибора 14 какединица в первом разряде двоичногокода.Затем этот геркон выходит из полямагнита 2 и туда входит следующийгеркон датчика 9 кода. При этом, если следующий геркон также соединен сшиной "1, то процесс повторяется,и ключом 28 по проводу "мм 1" передается еще один импульс,Если геркон соединен с шиной "0",то высокий логический уровень черезклемму 20, элемент 2 ИЛИ 47, четвертый вход группы 37 коммутатора 35 ичетвертый выход коммутатора 35 подается на вход ключа 29, который передает импульс по проводу "ЛО" линии13 связи. Этот импульс воспринимается приемником 17 вторичного прибора14 как ноль в соответствующем разряде двоичного кода датчика 9 кода,При срабатывании любого кодовогогеркона датчика 9 кода высокий уровень подается через клемму 20 или21 на входы элемента 4 ИЛИ.50, а сего выхода - на К-вход триггера, который возвращается в исходное состояние, и на выходе логического элемента 52 устанавливается логический "О".При этом состояние распределителя 40не изменяется.Таким образом передается в двоичном коде число, закодированное датчиком 9 кода, прошедшим через поле магнита 2 поплавка 1.1 Если в поле магнита 2 при этом входит лидирующий геркон следующего датчика 9 кода, то высокий логический уровень через клемму 19 и формирователь 34 поступил на Я-вход триггера и на выходе элемента 2 ИЛИ-НЕ 52 появляется логическая "1". В результате опять переключается распределитель 40, и на его втором выходе появляется логический "С", а на третьем - логическая "1". Логические "0" на первом и втором выходах распределителя выключают коммутатор 35, т.е. на его выходах устанавливаются логические "0" независимо от сигналов на группах 36 и 37 входов. Логическая"1" на третьем выходе распределителя40 запрещает прохождение импульса,возникающего на выходе удвоителя 41при установлении на его входах нулевых уровней. Логическая "1", проходя с третьего выхода распределителя 40 через элемент 4 ИЛИ 50 на К-входэлемента 52 триггера, блокирует его10 в нулевом состоянии.Таким образом, при поступлениинавход преобразователя 12 импульсоввторого лидирующего импульса он блокируЕтся и перестает воспринимать и15 передавать в линию 13 связи какие-либо сигналы, в том числе и второй лидирующий импульс,Если бы в линию 13 связи был передан второй лидирующийимпульс, то он20 воспринялся бы приемником 17 вторичного прибора 14 как логический "0"в одном из разрядов датчика 9 кода,так как лидирующий импульс передается по тому же проводу, что и логи 25 ческие "0". Это привело бы к возникновению ошибки при дешифрации кодаи отображении величины уровня.Приемник 17 вторичного прибора14 содержит амплитудные и временные30 селекторы принимаемых импульсов. Логическая часть приемника может бытьвыполнена как структурно, так и программно на базе микропроцессорнойтехники.35пульса (включая и его). Так, если устройство работает исправно, то на приемник 17 могУт поступить только четыре импульса (один лидирующий и три кодовых), так как в одном датчике 9 кода установлено четыре геркона, Если приемник 17 воспринял большее число импульсов, что может возникнуть только в случае ложного срабатывания герконов или воздейст вия помех, то его логической схемой вырабатывается сигнал ошибки, который запрещает индикацию уровня и включает соответствующий сигнализатор на устройстве отображения приемника 17, 15 Аналогично вырабатывается сигнал ошибки, если приемник 17 воспринял меньшее число импульсов, что возможно при неисправности герконов или в случае одновременного замыкания двух 20 соседних герконов, соединеных с одним разрядным проводом, в поле магнита 2 в результате их повышенной чувствительности,25Тем самым предотвращается отображение ошибочного значения уровня, возникающего в случае неисправности уровнемера или воздействия на него помех. ЗОПосле окончания обработки принятых сигналов приемник 17 выдает сигнал на блок 18 управления, который, воздействуя на блок 15 питания, обесточивает линию 13 связи, а следовательно, электропневмоклапан 11 и преобразователь 12 импульсов. Подача воздуха в уровнемер прекращается, и под цействием своего веса подвижная его часть опускается в исходное положе ние. После этого уровнемер готов к повторному измерению.Если перед началом измерения магнит 2 поплавка 1 находится напротив лидирующего геркона датчика 9 кода, который при этом замкнут, то привключении уровнемера на измерение одновременно формируют импульсы формирователя 33 и 34, Длительность выходного импульса формирователя 34 устанав ливается меньшей, чем формирователя 33. Поэтому триггер на элементах 51 и 52 и распределитель 40 остаются в нулевом состоянии. Логическая "1" с первого выхода распределителя 40 по дается на управлящий вход 38 коммутатора 35 и преобразователь 12 импульсов передает в линию 13 связи импульсы миллиметров от Датчика 10 до вхождения в поле магнита 2 лидирующегогеркона следующего датчика 9 када, апроцесс измерения уровня происходит,как описано.Формула изобретенияЦифровой уровнемер, содержащий не- маГнитную трубу, смонтированную в емкости, кольцевой подвижно охватывающий трубу магнит, связанный с поплавком, привод возвратно-поступательного движения, связанную с ним и расположенную внутри трубы линейку, по высоте которой установлены группы магнитоуправляемых датчиков, соединенных одним выводом с общим проводом, а другими выводами - с проводами лидирующих единичных и нулевых импульсов, триггер, формирователь .импульсов, преобразователь перемещения привода возвратно-поступательного движения, цепь питания, линию связи,соединенную с приемником и устройством отображения, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения достоверности контроля уровня, в него ,введены коммутатор с двумя группами входов по четыре входа каждая, элементы 4 ИЛИ, 2 ИЛИ, два элемента 2 ИЛИ-НЕ с цепью питания логических элементов, распределитель, инвертор, формирователь импульсов нормированной длительности, удвоитель импульсов, два ключа, два диода, стабилизатор напряжения, при этом анод каждого диода соединен с приводом линии связи и выходом ключа, катоды диодов соединены друг с другом, а также с приводом возвратно-поступательного движения и с входом стабилизатора напряжения, выход стабилизатора соединен с цепью питания логических элементов, с общим проводом магнитоуправляемых датчиков, а также с входом формирователя импульса, выход которого соединен с входом установки в 0" распределителя и третьим входом элемента 4 ИЛИ, первый и второй входы элемента 4 ИЛИ соединены соответственно с проводами нулевых и единичных импульсов, при этом провод нулевых импульсов соединен с вторьм входом элемента 2 ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом формирователя импульсов нормированной длительности и входом ЙБ-триггера, а выход элемента 2 ИЛИ соединен с четвертым входом второй группы входов ком1315817 12 НЕ, его второй вход подключен к третретьму выходу коммутатора, а выход - к первому входу второго элемента 2 ИЛИ-НЕ, выход которого соединенсо счетным входом распределителя,первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами коммутатора,третий выход распределителя подключенк второму входу второго элемента2 ИЛИ-НЕ и четвертому входу элемен-та 4 ИЛИ, выход которого соединен свходом К-триггера, вход формирователя импульсов нормированной длительностй подключен к.проводу лидирующихимпульсов. йи 1ЛОой. Составитель И. Некрас Техред, М. ХоданичРеда О. Ю Корректор М. Шаро ецкая каз 2346/ ПодписноеССР тет открытий кая наб. е 11мутатора, провод единичйых импульсов соединен также с третьим входом второй группы входов коммутатора, первый и второй входы этой группы соединены с цепью питания, первый вход первой группы коммутатора соединен с выходом инвертора, вход которого соединей с вторым входом первой группы коммутатора и с выходом преобразователя перемещения привода, третий и 1 О четвертый входы первой группы коммутатора подключенык общему проводу, первый и второй выход коммутатора ,соединеныс входами удвоителя импуль. сов, выход которого соединен с пер вым входом первого элемента 2 ИЛИ 43 Тираж 693ВНИИПИ Государственногопо делам изобретений и 113035, Москва, Ж, Рауш Производственно-полиграфическое предп жгород, ул, Проектная