Преобразователь перемещения в код

ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ДЕТЕЛЬСТВ У,8)видетельство СССР03 М 1/24, 1978.детельство СССР03 М 1/24, 1984. иональпечения еобразо сширение фун й за счет об применения и обретение от сится к контрольхнике и может быт ичных устройствах истрации перемев уровнемерах жид ных воэможностконтроля работвателя. но-измерительной теиспользовано в раэлдля измерения и регщений, в том числекостей.Целью изобретениние надежности, рас способност На Фиг. 1 пр ная схема преоб схема датчика. иведена Фунразователя;еремещений; яется повыш ие области я я ш ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ О ИЗОБРЕТЕНИЯМ И (ЛНРЫТИЯМ РИ ГКНТ СССР(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯВ КОД(57) Изобретение относится к к онтрольно-измерительной технике и может быть использовано в различных устройствах для измерения и регистрации перемещений, в том числе в уровнемерах жидкостей, Целью изобретенияявляется повышение надежности и расширение области применения преобразователя перемещения в код. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь перемещения в код, содержащий генератор синусоидальныхнапряжений, датчик перемещений, первый металлический поплавок, коммутатор, формирователь импульсов, Форми 801495992 А 1 рователь кода уровня; формирователькодаперемещений и блок управления,дополнительно введены второй металлический поплавок, блок диагностикии блок контроля аварийных ситуаций.Второй металлический поплавок расположен в зоне предельных перемещений.Информация, поступающая с выходовформирователя кода перемещения, явля"ется информацией о перемещении илиположении первого металлического поплавка. Информация о достижении критического уровня образуется при помощивторого металлического поплавка и снимается с первого выхода блока контроля аварийных ситуаций, с второговыхода которого снимается информацияо работоспособности датчика перемещений. Блок диагностики позволяетосуществлять работу преобразователяв двух режимах: "Работа" и "Контроль"В режиме 1 Работа" преобразователь измеряет перемещения первого металличес"кого поплавка относительно датчикаперемещений, а в режиме "Контроль"проверяется работоспособность преобразователя без датчика перемещений иметаллических поплавков, 3 з.п. Ф-лы, 3 149599временные диаграммы, поясняющие рабо,ту датчика перемещений.Преобразователь содержит генератор 1 синусоидальных напряжений, датчик 2:реремещений, металлический поплавок 3, коммутатор 4, Формирователь;5 импульсов, формирователь 6 кодауровня, формирователь 7 кода перемеф щений, блок 8 диагностики, блок 9 управления, блок 10 контроля аварийныхситуаций и металлический поплавок 11.Формирователь 6 кода уровня содержит элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12 иблок 13 триггеров.15Формирователь 7 кода перемещениясодержит преобразователь 14 кодов,регистры 15 и 16, сумматор 17, выходы 18 формирователя 7 кода перемещений являются информационными выходами преобразователя.Датчик 2 перемещений (фиг. 2) может быть выполнен в виде немагнитнойтрубы (не показана), на которой расположены катушки 19-30 индуктивности. 25Блок 8 диагностики содержит кон денсатор 31, резистор 32, переключа тель 33 режима и элемент ИЛИ-НЕ 34.Блок 9 управления содержит счетчики 35 и 36, блок 37 элементов ИСКПОЧАЮЦЕЕ ИЛИ, блок 38 элементов НЕ,, 41, пороговый элемент 42 и элементИЛЦ-НЕ 43,35Блок 10 контроля аварийных ситуаций содержит пороговое устройство 44,триггер 45 и элемент ИЛИ-НЕ 46.Катушки 19 - 30 индуктивности(фиг. 2) датчика 2 перемещений расположены на трубе на одинаковом расстоя нии и соединены попарно-последовательно, а пары - параллельно. Для контроля предельного уровня в датчике 2 перемещений используется пара катушек29 и 30 индуктивности, расположенныхв предельной части резервуара,45Преобразователь перемещения в кодработает следующим образом.В режиме Работа переключатель 33режима установлен в положение "Рабо-,та", Выходной сигнал катушек 19-28индуктивности формируется за счетвзаимодействия с перемещающимсяметаллическим поплавком 3, отслеживающим уровень жидкости. При отсутствии металлического поплавка 3 взоне действия электромагнитного поляпары катушек 19-28 индуктивности амплитуда выходного сигнала равна нулю,2а при взаимодействии будут колебания. Причем в зависимости от того, поле какой катушки 19-28 индуктивности пересекает металлический поплавок 3, Фаза сигнала на выходах датчика 2 перемещений принимает значение 0 или 180 относительно опорной (фиг, За). Поскольку металлический поплавок. 3 может перекрыть по длине одну или частично две катушки 19-28 индуктивности, то в определенный момент времени сигнал выделяется только на одном либо на двух выходах датчика 2 перемещений одновременно, Комбинация сигналов различной амплитуды и фаза на выходах датчика 2 перемещений определяет положение металлического поплавка 3 относительно катушек 19-28 индуктивности. При достижении металлическим поплавком 3 девятнадцатого уровня дальнейшее перемещение его вверх ограничено Фиксатором, т.е. он достиг максимального измеряемого уровня и находится в зоне действия электромагнитного поля катушки 28 индуктивности датчика 2 перемещений (фиг.Зб).Катушки 29 и 30 индуктивности датчика 2 перемещений расположены выше катушек 19-28 индуктивности, т.е. в зоне предельного уровня, Выходной сигнал катушек 29 и ЗО индуктивности формируется за счет взаимодействия перемещающегося поплавка 11, отслеживающего предельный уровень жидкости. Металлический поплавок 11 зафиксирован в зоне действия электромагнитного поля катушки 29 индуктивносъи датчика 2 перемещений и может перекрыть по длине только катушку 29 индуктивности или только катушку 30 индуктивности. В исходном состоянии на первом и шестом выходах датчика 2 перемещений сигнал имеет фазу 0 относительно опорной (соответственно фиг. Зб, ж) - первый уровень отсчета, При появлении на втором выходе датчика 2 перемещений сигнала с фазой 180 (Фиг. Зв) относительно опорной имеем второй уровень отсчета, т.е. когда одновременно присутствуют сигналы на первом выходе датчика 2 перемещений с фазой 0 (Фиг. Зб), втором выходе с фазой 180 (фиг. Зв) и на шестом выходе с фазойо0 (фигЗж), Третьему уровню отсчета соответствует сигнал на втором выходеос фазой 180 и шестом выходе с фазой0 , четвертому уровню - сигнал на втором выходе с фазой 180 (фиг, Зв),1495992 сигнал на третьем выходе с фазой 0 (фиг, Зг) и сигнал на шестом выходе с фазой О (фиг. Зж) и т.д.С выхода генератора 1 синусоидальо 5 . ных напряжений сигналы с фазой 0 (опорное) и 180 поступают на входы датчика 2 перемещений (фиг. 2), а опорный (фиг. За) - на вход формирователя 5 импульсов. Использование фазы сигналов повышает точность отсчета и уменьшает количество выходов датчика 2 перемещений, необходимых для отсчета дискретных уровней. Выходы датчика 2 перемещений соединены с входами коммутатора 4 так, что для уровней 19 (фиг. 3) сигналы, синфазные с опорным напряжением, имеются только на нечетных входах коммутатора 4, а для уровней 1019 - на чет ных. С прямого выхода формирователя 5 опорные импульсы поступают на П-вход одного из триггеров блока 13 и 0-вход триггера 45, С инверсного выхода формирователя 5 импульсы поступают на 25 вход элемента ИЛИ-НЕ 34 и на счетный вход счетчика 36, с выхода которого информация в двоичном коде (причем младший разряд прямо, а остальные через блок 37 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и блок 38 элементов НЕ) поступает на управляющие входы коммутатора 4 и соответствующий вход коммутируется на выход. Каждым восьмым импульсом счетчика 36 через один из элементов блока 37 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и один из35 элементов блока 38 элементов НЕ , сбрасывается в исходное состояние, завершая цикл опроса входов коммутатора 4. С выхода коммутатора 4 40 сигнал поступает на вход порогового элемента 42, где сравнивается с заданным уровнем. На его выходе появляется импульс, который через элемент ИЛИ-НЕ 39 поступает.на С-входы Э-триг 45 геров блока 13 и на информационный вход счетчика 35, который считает по модулю два и производит запись кода в регистры 15 или 16. При появлении кода 000 на выходе счетчика 36 и уровня логического "0" на первом выходе счетчика 35 на выходе элемента ИЛИ-НЕ 43 появляется сигнал, который устанавливает счетчик 35 в нулевое состояние. С выхода счетчика 36 двоичный код поступает младший разряд прямо, а остальные через блок 37 эле-. ментов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и блок 38 на П-входы триггеров блока 13. Функцио 6нальное назначение блока 13 триггеров - буферная память кода коммутируемого входа коммутатора 4 и кода фазы сигнала. Сигнал с фазой 0 (опорная) кодируется уровнем логической "1", а с фазой 180 - уровнем логического "0".Элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИПИ 12 формирует бит признака положения металлического поплавка 3, который принимает значение логического 0" в пределах 19 уровней, а логической "1" - в остальных. Такье кодирование достигается за счет того, что ири нахождении металлического поплавка 3 в пределах 19 уровней сигнал с фазой Оо появляется только на нечетных входах коммутатора и на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12 в это время имеется уровень логического 0, В пределах остальных уровней сигнал с фазой 0 имеется только на четных входах коммутатора 4, на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12 - уровень логической "1". Бит признака положения ме-. таллического поплавка 3 позволяет увеличить количество измеренных дискретных отсчетов. В течение одного цикла опроса на выходе порогового элемента 42 могут появиться три либо два импульса (сигналы на трех или двух выходах датчика 2 перемещений) .При появлении кода 000 .на выходе счетчика 36 (коммутируегся шестой вы" ход датчика 2 перемещений) на выходе элемента ИЛИ-НЕ 40 присутствует уровень логической "1", который блокирует прохождение через элемент ИЛИ-НЕ 39 импульса с выхода порогового элемента 42, а через элементы НБ 41 и элемент ИЛИ-НЕ 46 разрешает его прохождение на С-вход триггера 45. Таким образом, на выходе элемента ИЛИНЕ 39 присутствуют два или один импульс. В первом случае соответствующий код с выхода формирователя 6 кода уровня записывается в регистры 15 и 16, во втором случае - в регистр 15, а в следующем цикле - в регистр 16. С выходов регистров 15 и 16 код поступает на входы сумматора 17. На его выходах формируется код уровня, отличающийся от двоичного, поэтому он преобразуется в двоичный. Преобразователь 14 кодов представляет собой постоянное запоминающееустройство.С выхода сумматора 17 код уровня по-, ступает на адресные входы преобразова 1495992теля 14, в ячейках которого записандвоичный или двоично-десятичный кодровня. Второй металлический поплавок1 зафиксирован в зоне действия электомагнитного поля катушки 29 индук 5ивности датчика 2 перемещений и наго шестом выходе сигнал имеет фазуо(фиг. Зж). Поэтому с приходом имульса на С-вход триггера 45 на его 10-входе имеется уровень логической1 3а на инверсном выходе - уровеньогического 0 . При достижении меИ Иаллическим поплавком 11 зоны дейстин электромагнитного поля катушки 30 15ндуктивности датчика 2 перемещенийа его шестом выходе фаза будет 180тносительно опорной и с приходом им- .льса на С"вход триггера 45 на еговходе имеется уровень логического 201 110 , а на инверсном выходе - уровеньогической "1", жидкость достигла преельного уровня, т.е, предельного коа (фиг. Зи, "перелив") .При нормальной работе преобразоваеля в каждом цикле опроса датчика 2еремещений на выходе коммутатора 4меются два или три информационныхигнала в зависимости от того, полеМаких катушек 19 - 30 пересекает ме- ЗОфаллический поплавок 3. Каждый изЭтих сигналов по длительности приблиительно равен одному периоду колебаий генератора 1. Амплитуда этих сигалов примерно на порядок меньше опор ого напряжения (Пд) компаратора порогового устройства 44, т.е. разностьфходных сигналов меньше срабатываниякомпаратора, Поэтому на его выходеимеется уровень логической 1", При 4 робрыве, например, катушки,19 иидуктив"Кости происходит разбаланс пары кату:шек 19, 28 индуктивности и напряжениеМа выходе 1 датчика 2 перемещения приблизительно равно выходному напряже 45йию генератора 1, В каждом цикле опроса датчика 2 перемещения один периодЭтого напряжения коммутируется на выВод коммутатора 4 и поступает на. входпорогового устройства 44. ВыпрямленНое и отфильтрованное напряжение по 50ступает на вход компаратора и онобольше опорного. Компаратор переключается и на его выходе имеется уро- .вень логического "0",55При коротком замыкании, например,Матушки 19 индуктивности происходиттакже разбаланс пары катушек 19, 28Нндуктивности и напряжение на первом выхоце датчика 2 приблизительно равновыходному напряжению генератора 1.Далее работа порогового устройства 44проходит так же, как и при обрыве катушки 19 индуктивности. Аналогичнопороговое устройство 44 работает приобрыве или коротком замыкании любойкатушки датчика 2 перемещений,В режиме "Контроль (диагностика)переключатель 33 установлен в положение "Контроль". При,появлении уровнялогического "0" на выходе старшегоразряда счетчика 36 на выходе одногоиэ инверторов .блока 38 имеется уровеньлогической " 1", который устанавливает счетчик Зб в нулевое состояние. Поэтому на выходах двух других инверторов блока 38 также уровень логической "1", и, следовательно, седьмойвход коммутатора 4 постоянно каммутируется на выход,Так как на втором входе элемента ИЛИ-НЕ 34 имеется уровень логического "О", то каждый такт на его выходе, а следовательно, и на седьмом выходе коммутатора 4 имеются импульсы,длительность и амплитуда которыхформируются конденсатором 31 и резистором 32,Ф о р и у л а изобретения1. Преобразователь перемещения в код, содержащий генератор синусоидальных напряжений, первый выход которого соединен с первым входом дат-. чика переиещений, против которого расположен первый металлический поплавок, а второй - с входом формирователя импульсов и с вторым входом датчика йеремещениЪ, выходы которого соединены с группой ннформационнык входов коммутатора, выход которого соединен с информационным входом блока управления., инфориационные выходы которого соединены с управляющими входами коммутатора и группой информационных входов фориирователя кода уровня, первый и второй управляющие выходы - с первым и вторым управляющими входаии формирователя кода перемещения, тактовый выход соединен с тактовым входои формирователя кода уровня, выходы которого .соединены с информационными входами формирователя кода перемещения, выходы которого являются информационными выходами преобразователя, первый выход формирова 1495992теля импульсов соединен с информационным входом формирователя кода уровня, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности, . расширения области применения и расширения функциональных возможностей за счет обеспечения контроля работоспособности преобразователя, в него введены блок диагностики, блок контроля аварийных ситуаций и второй металлический поплавок, расположенный в предельной зоне датчика перемещения, первый выход формирователя импульсов соединен с первым входом блока контроля аварийных ситуаций, выходы которого являются аварийными выходами преобразователя, выход коммутатора соединен с вторым входом блока контроля аварийных ситуаций, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к третьему и четвертому управляющим выходам блока управления, второй выход формирователя импульсов соединен с первым управляющим входом блока управления и с входом блока диагностики, первый выход которого соединен с вторым управляющим входом блока управления, а второй выход С информационным входом Ком3 О мутатора.2, Преобразователь по п, 1, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что блок управления содержит пороговый элемент, первый, второй и третий элементы ИЛИ-НЕ, элемент НЕ, первый и второй счетчики, блок элементов ИСКЛЮ- ЧАЮЦЕЕ ИЛИ, блок элементов НЕ, вход порогового элемента является информационным входом блока управления, а выход является третьим управляю- щим выходом блока управления и соединен с первым входом первого элемента ИПИ-НЕ, выход которого является тактовым выходом блока управления и соединен со счетным входом первого счет 45 чика, первый выход которого является первым управляющим выходом блока управления и соединен с первым входом второго элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с входом обнуления первого счетчика, второй выход которого является вторым управляющим выходом блока управления, счетный вход второго счетчика является первым управляю 55 щим входом блока управления, а выходы, кроме выхода младшего разряда, соединены с первой группой входов блока элементов ИСКЛ 10 ЧЛ 1 ЩЕЕ ИИИ, вторая группа входов которого объединена и является вторым управляющим входом блока управления, а выходы соединены с соответствующими входами блока элементов НЕ, выход старшего разряда которого соединен с входом обнуления второго счетчика, выход младшего разряда которого и выходы остальных разрядов блока элементов НЕ являются информационными выходами блока управления и соединены с остальными входами второго элемента ИЛИ-НЕ и с входами третьего элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ-НЕ и с входом элемента НЕ, выход которого является четвертым управляющим выходом блока управления.3. Преобразователь по п.1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что блок диагностики содержит переключатель, конденсатор, резистор и элемент ИЛИ-НЕ, первый вход которого является входом 1блока диагностики; а выход соединен с первым выводом конденсатора, второй вывод которого соединен с первым выводом резистора и является вторым выходом блока, первый вход переключателя соединен с шиной логической единицы, второй вход подключен к второму выводу резистора и к шине общего потенциала, а выход соединен с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ и является первым выходом блока диагностики.4, Преобразователь по п. 1, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, :.то блок контроля аварийных ситуаций содержит пороговое устройство, триггер и элемент ИЛИ-НЕ, первый и второй входы которого являются третьим и четвертым входами блока контроля аварийных ситуаций, а выход соединен с первым входом триггера, второй вход которого является первым входом блока контроля аварийных ситуаций, вход порогового устройства является вторым входом блока контроля аварийных ситуаций, выход порогового устройства и выход триггера являются выходами блока контроля аварийных ситуаций.