Уровнемер

)4 С 06 Р 15/20 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ В 27 техническии инавод "ТеплоприИгн ев,октюхинерехин етельст Р 23/2ельство Г 23/2 1983.СССР 1985. сви С(57) Изо тике. и в жет быть етени носитсяой технно дляируемой к автома ке и мочислени иислител использо да уровня конт среды в ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(56) Авторское свидВ 1008621, кл. С 0Авторское деВ 11.50491, кл 0 криогенной, нефтехимической и другихотраслях промышленности в качествеуровнемера жидких сред, Цель изобретения - расширение функциональныхвозможностей за счет учета изменениядиэлектрической проницаемости измеряемой среды и определения неисправной секции датчика, а также повышение точности измерения. С этой цельюв устройство, содержащее блок управления, два реверсивных счетчика,триггер, реверсивный счетчик числа заполненных секций, регистр числа заполненных секций, регистр кода уровня всекции, три коммутатора, управляемыйформирователь частоты, блок памятикоэффициентов, введены пульт управ. -ления, шифратор, четвертый коммутатор, счетчик числа опрошенных секций,регистр числа опрошенных секций ирегистр коэффициента. 3 ил.. быть использовано для вычисления кодауровня контролируемой среды в криогенной, нефтехимической и других от 5раслях промышленности в качествеуровнемера жидких сред.Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей за счетучета изменения диэлектрической про, ницаемости измеряемой среды, опреде. ления неисправной секции датчика иповышение точности измерения.На фиг. 1 приведен многосекционный частотный датчик; на фиг. 2 -зависимость выходной характеристикисекции датчика от уровня среды и еедиэлектрической проницаемости; нафиг. 3 - блок-схема уровнемера.Уровнемер содержит два реверсив,ных счетчика 1 и 2, каждый из кото-.рых разбит .на три части 1.1-1.3,2,1-2,3, блок управления, содержа,щий счетчик 3, блок 4 памяти, коммутатор 5 и генератор 6, .блок 7 памятикоэффициентов, коммутаторы 8-13, триггер 14, управляемый формирователь 15частоты, регистр 16 диапазона, шиф;ратор 17, счетчик 18 опрошенных секций, регистр 19 числа опрошенных секций или номера неисправной секции,счетчик 20 числа заполненных секций,регистр 21 числа заполненных секций,;регистр 22 уровня в секции, пульт 23управления, 35Измерительный Г, и компенсационный Й;" входы уровнемера соединяютсяс измерительным и компенсационным выходами многосекционного датчика.(фиг. 1) . Сигнал с выхода с 1сопровож-одает первичную информацию,Код уровня контролируемой средывычисляется уровнемером в результате математической переработки частотИзмерительного Е 1 и компенсационного45К канала секции датчика по компенсационному.алгоритму:(1)фо- Е 1где Я=у(Н,Е) - значение частоты сек 50ции датчика, относительно которой измеряется уровень среды;= (оН=сопя Д)- значение частоты кор 2ректирующей секции 55датчика;Я- значение резонансныха 1 Ойчастот незаполненных измерительной и корректирующей секций датчикаОдновременно производится моделирование функцииН= (2)=На 2 +На,2+Ма (2)обратной кривой 2= Ч (Н). Полученные таким образом значения кода уровня в секциях датчика используются для формирования кода уровня среды . в резервуаре в целом.В зависимости от состояния выходов пульта 23 управления уровнемер может работать в следующих режимах:четвертый выход (" Автомат/шаг" ) задает работу уровнемера либо в режиме Автомат", когда вычисляется код уровня контролируемой среды в резервуаре, либо в режиме "Шаг", когда в зависимости от состояния пятого выхода ("Код/частота") пульта 23 управления вычисляется либо код уровня в секции, выбранной оператором, либо значение частоты Р в этой секции;третий выход (" Работа/контроль") задает работу уровнемера в режиме "Автомат" либо в режиме "Работа", когда на вход уровнемера коммутируются частоты, снимаемые с секций датчика, либо в режиме "Контроль", когда в качестве частот Е,; и й;используются частоты, формируемые генератором 6;шестой выход (" Продолжение" ) управляет переходом уровнемера к опросу очередной секции датчика (в режиме "Шаг").Для повьппения быстродействия уровнемера режим "Автомат" разделен на два режима - быстрый автоматический и медленный автоматический, Б быстром автоматическом режиме на вход счетчика 3 с генератора 6 поступает так товая частота Г на порядок превышающая частоту Г, поступающую на счетчик 3 в медленном автоматическом режиме и с помощью коммутаторов 11 и 12 отключаются первые части 1. 1 и 2. 1 реверсивных счетчиков 1 и 2.В быстром автоматическом режиме на порядок повышается скорость вычисления кода уровня в секции, что позволяет быстрее определить число полностью заполненных секций датчика, но с меньшей точностью, После этого уровнемер автоматически пере510 20 25 30 45 50 55 зходит в следующий автоматический режим для уточнения числа полностью заполненных секций и вычисления кода уровня в частично заполненной секции, В этом режиме длительность тактовых операций и разрядность реверсивных счетчиков увеличивается на порядок за счет подключения на вход счетчика 3 вместо частоты Гт, в 10 раз меньшей частоты Г , что позволяет более точно вычислять значение кода уровня.При этом необходимо отметить следующие особенности алгоритма обработки .информации, поступающей с секцийдатчика: секции датчика соединенывнахлест (фиг.1) и длина секции=Н( )+Ь.Переключение ВП с д-й секции навычисление кода уровня в (д+1)-й происходит в том случае, если уровеньсреды в д-й находится в зоне нахлеста, т.е.Н(Т) сН .сН,Наличие зоны нахлеста позволяетв быстром автоматическом режиме определить число полностью заполненныхсекций какК 3+1,где 1 - реальное число полностью заполненных секций датчика. Возможная ошибка в определении степени заполнения 1-й секции обуславливается погрешностью + д, при вычислении кода уровня в быстром автоматическом режиме. Поэтому при реальном значении уровня в 3-й секции 1, уровнемер может определить его, например, как (Ь-Я), либо при уровне (Ь-д), где ос д как (1,-с+В)1., в результате чего уровнемер может либо не досчитать одну полную секцию, либо выполнить лишнюю операцию инкремента содержимого счетчика 20.Для исключения подобных ошибок ВП реализует следующую совокупность операций: после определения в быстром автоматическом режиме числа К выполняется декремент содержимого счетчика 20 и счетчика 18 и только затем уровнемер начинает просмотр секций начиная с Кв медленном автоматическом режиме, что позволяет ему точно вычислить число 1 полностью заполненных секций и код уровня в частично заполненной Ц+1)-й секции. 1772 4 кода уровня в ней, в качестве часто 15 цикл опроса датчика. Во время первого опроса секции, при вычислении ты Г, при вычислении выражения (1), используется частотаф, снимается с выхода управляемого формирователя 15 частоты. На основании полученного значения кода уровня в первой секции при вторичном ее опросе в качестве частоты Гиспользуется частота К к (частота корректирующего контура датчика) при уровне в первой секции больше Л., что означает, что корректирующий контур залит средой полностью; частота Г 4 к, если уровень в первой секции менееЧастота 1 ,используемая при первом опросе первой секции, Формируется в управляемом формирователе 15частоты, Поскольку частота Г значительно меняется в зависимости отэлектрофизических свойств контролируемой среды, в уровнемер заложенавозможность оперативной перестройки ее значения. Пад управлением сигнала "Среда 1/2", поступающего с пункта 23 управления в управляемый формирователь 15 частоты, при первомизмерении уровня в первой секциизагружается код частоты 1 фк, теоре;тически соответствующий диапазонуконтролируемых сред, что позволяетсократить величину погрешности измерения уровней. Перед вычислением кода уровня в д-й секции датчикана основании соответствующего ей значения частоты определяется какой диапазон Р (фиг,2) диэлектрической проницаемостисоответствует контролируемой среде. На основании .этого из блока 7 выбираются соответствующие Э; коэффициенты И., И, , И с,; зависитомости (2).14117Разбиение Я на диапазоны, каждомуиз которых поставлены в соответствие . коэффициенты И , И, Мпо зволяет уменьшить величину погрешности измерения контролируемой среды, осо 5 бенно при измерении уровня криогенных сред, которые обладают значи" ,тельным градиентом с по высоте резервуара.1 ОПри измерении уровня в 1-й секции частота Е, для вычисления зависимости (1), снимается с (1-2)-й секции датчика.уровнемер выявляет и индицирует номер неисправной секции датчика. Наиболее распространенным дефектом датчика является обрыв провода, через который с секции датчика снимаетя резонансная частота. Если секция, ежащая ниже неисправной, заполнена олностью, то уровнемер считает неисправную -ю секцию также полностьюаполненной и продолжает вычисление кода уровня в вышележащих .секциях, 25 1 ри этом в качестве частоты Е для (1+1)-й и (1+2)-й секций используетя частота Е , соответствующая частоте (3.-1)-й секции,Уровнемер может использовать в ЗО ачестве последней секции датчика екцию с полуметровым измерительнымастком. С этой целью введен управяющий сигнал "0,5/1", снимаемый с торого выхода пульта 23 управления управляющий выбором М =0,5 или=1 соответственно из блока 7 па. 4 о взяти коэффициентов, При вычислении кода уровня в секдатчика уровнемер работает следуобразом.Во время такта ЯО по сигналу Чб выхода блока 4 памяти код И,. дли. тельности временного интервала Т 1== 0,01 с, выбираемый из ПЗУ, загру Мается в реверсивный счетчик 1, а по Сигналу с 1 переписывается в реверсивый счетчик 2,В начале такта ц 1 код Исоотя 1 етствующий максимально возможному 1 значению частоты Е (при Е= Ямамагружается по сигналу о, в реверсивЦый счетчик 1.Триггер 14 по заднему чронту сигнала о устанавливается1", разрешая тем самым списывание ягода И иэ реверсивного счетчика 2т 1 Импульсами частоты Е , поступающими На вычитающий вход реверсивного счет 1 ика 2 через коммутатор 10. 72 6На выходе триггера 14 сформированвременной интервал С, который накоммутаторе 9 заполняется импульсамичастоты Е 1. В реверсивном счетчике 1формируется разностный код И, Вконце такта Я 1 содержимое части 1.3счетчика 1 по сигналу о переписы 3вается в регистр 16 и управляет выбором соответствующего диапазона Е эоныблока памяти коэффициентов.В такте Я 2 код Я частоты фиктив-.ного контура из блока памяти коэффициентов загружается в управляемыйформирователь 15 частоты.Во время такта ЦЗ в реверсивныйсчетчик 2 через реверсивный счетчик1 переписывается код И длительностивременного интервала Т.В такте Я 4, если уровнемер работаетв режимах "Шаг" и "Частота", то в начале этого такта в реверсивный счет"чик 1 загружается код О. Код И; описывается.в реверсивный счетчик 2 импульсами частоты Е, . Формируется временной интервал ь,Выход переноса части 1.2 счетчи"ка 1 подключается через коммутатор13 к суммирующему входу счетчика 20.В результате в частях 1.1 и 1.2 счет"чика 1, счетчика 20 сформирован кодИ частоты Р опрашиваемой секциидатчика, который по сигналу о выдается в регистр 21 и регистр 22на индикацию.Во время такта Я 5 в реверсивныйсчетчик 1 по сигналу загружается кодМ переписываемый в реверсивныйсчетчик 1 по сигналу оВ начале такта Яб в реверсивныйсчетчик 1 из блока 7 загружается кодО. В реверсивном счетчике 2 списывается импульсами частот Ео и Е,поступающими через коммутатор 10.либо на входы части 2,1 счетчика 2(работа в медленном автоматическомрежиме), либо на входы части 2.2счетчика 2 (в быстром автоматическомрежиме). На выходе три"гера 14 сфор-мирован временной интервал длительностью 7,который заполняется вкоммутаторе 9 импульсами частот ЕЕ, поступающими на суммирующий ивычитающий входы части 1.1 счетчика1 (медленный автоматический режим).или части 1,2 счетчика 1 (быстрыйавтоматический режим) соответственно. В реверсивном счетчике 1 образуется код Ч7 1411В начале седьмого такта Я 7 код М передается в реверсивный счет 1 рс 1чик 2. Затем код Мр, списывается импульсами частоты Г поступающими че 1 ф 5 рез коммутатор 10 на вычитающий вход реверсивного счетчика 2 до момента его обнуления. При этом на выходе триггера 14 формируется временной интервал. Интервал 2 заполняется импульсами частоты 2, в результате в реверсивном счетчике 1 образуется код Мр, .В начале восьмого такта Я 8 код М , передается в реверсивный счетчик 2, а в счетчик 1 из блока 7 памяти коэффициентов загружается код Мрс, . Формируется временной интервал ", который заполняется импуль. - сами частоты Г, образуя в реверсивном счетчике 1 код Мзрд,В начале девятого такта Я 9 код Н , переписывается в счетчик 2, Формйруется временной интервал, который заполняется импульсами частот 25 й, и 1,. В РС 1 образуется код МВ такте Я 10 значение кода М , из счетчика 1 переносится в счетчик 2. С помощью триггера 14 формируется временной интервал с , а в счетчикеЗ 01 формируется код Мп ,.В начале такта (11 код Мрс, пере. носится в реверсивный счетчйк 2, а в счетчик 1 загружается код. М . Аналогично действиям в предыдущих так 35 тах в РС 1 формируется код Мр По сигналу ц, если М , соответствует коду уровйя полностью заполненной секции, производится инкремент счетчика 20, под воздействием сигнала с выхода шифратора 17. Если Мр соответствует коду частично заполненной секции, то при работе уровнемера в медленном автоматическом режиме формируется сигнал загрузки Р Ми 21 и РМ 22.3 началетакта Я 12 код Мрс,перегружается в реверсивный счетчик 2 и, если уровнемер работает в медленном автоматическом режиме и соответству 50 ет коду частично заполненной секции датчика в реверсивном счетчике 2, выполняется операция по формированию временного интервала , пропорционального коду уровня в частично заполненной секции датчика. Вместе с сопроводительным сигналом Й, снимаемым с выхода шифратора 17 поступает , на внешние исполнительные устройства.,/2 8Формула изобретения Уровнемер, содержащий блок управления, два реверсивных счетчика, триггер, реверсивный счетчик числа заполненных секций и регистр числа заполненных секций, регистр кода уровня, в секции, три коммуматора, управляемый формирователь частоты, блока памяти коэффициентов, разряды выхода которого соединены с соответствующими разрядами информационного входа первого реверсивного счетчика, разряды информационного выхода которого соединены с соответствующими разрядами информационного входа второго реверсивного счетчика, выход переполнения которого соединен с входом сброса триггера, выход которого соединен с первым входом третьего коммутатора, первый и второй выходы которого соединены с входами суммирования и вычитания второго реверсивного счетчика соответственно, выход ре- . версивного счетчика числа, заполненных секций соединен с информационным входом регистра числа заполненных секций, вход записи которого соединен с входом записи регистра кода уровня в секции, адресный выход блока управления соединен с первым адресным входом блока памяти коэффициентов, первый тактовый выход блока управления соединен с тактовым входом управляемого формирователя частоты, выход которого соединен с первым входом первого коммутатора, второй вход которого соединен с первым информационным выходом датчика, второй инФормационный выход которого соединен с первым входом второго и вторым входом третьего коммутаторов, второй вход второго и третий вход третьего коммутаторов соединены с выходом первого коммутатора, первый и второй управляющие выходы блока управления соединены с входами записи первого и второго реверсивного счетчиков соответственно, первый управляющий выход блока управления соединен с входом установки триггера, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью расши.рения функциональных возможностей за счет учета изменения диэлектрической проницаемости измеряемой среды, определения неисправной секции дат-, чика и повьппения точности измерения, в него введены пульт управления, шиф772 1 Орежима блока управления, выход частот которого соединен с шестым входом второго коммутатора и седьмым входом третьего коммутатора, первый вход которого соединен с седьмым входом второго коммутатора, восьмой вход которого соединен с восьмым входом третьего коммутатора и десятым управляющим выходом шифратора, одиннадцатый управляющий выход которого соединен с входами сброса счетчиков числа опрошенных и заполненных секций, разряды информационного выхода первого реверсивного счетчика соеди"иены с первым и вторым управляющими входами шифратора и информационными входами регистра коэффициента, входзаписи которого соединен с третьим управляющим выходом блока управления, с первого по четвертый управляющие выходы которого соединены с третьего по шестой управляющими входами шифратора, одиннадцатый выход которого соединен с выходом сопровождения уровнемера, информационный выход блока памяти коэффициентов соединен с информационным входом управляемого формирователя частоты, управляющий вход . которого соединен с пятым управляющим выходом блока управления, шестой управляющий выход которого соединен с девятыми входами второго и третьего коммутаторов, десятые входы которых соединены с тактовым выходом блока управления, шестой выход пульта управления соединен с седьмым управляющим входом шифратора, выход разрядов средней секции первого реверсивного счетчика соединен с информационным входом регистра кода уровня в секции, вМход переполнения средней . секции первого реверсивного счетчика соединен с третьим входом четвертого коммутатора. 9 1411 ратор схемы, четвертый коммутатор, счетчик и регистр числа опрошенных секций, регистр коэффициента, информационный выход которого соединен с вторым адресным входом блока памяти5 коэффициентов, третий и четвертый адресные входы которого соединены с первым и вторым выходами пульта управления соответственно, четвертый и пятый выходы которого соединены соответственно с третьим и четвертым входами второго коммутатора, четвертым и пятым входами третьего коммутатора и первым и вторым входами шиф ратора, первый управляющий выход которого соединен с входом записи регистра числа заполненных секций, третий выход пульта управления соединен с шестым входом третьего коммутатора .и пятым входом второго коммутатора, первый и второй выходы которого соединены с суммирующим и вычитающим входами первого реверсивного счетчика соответственно, вход записи кото рого соединен с входом управления второго реверсивного счетчика, с вторым управляющим выходом шифратора, третий и четвертый управляющие выходы которого соединены с первым и . вторым управляющими входами четвертого коммутатора соответственно, выход которого соединен с входом суммирования счетчика заполненных секций, вход вычитания которого соединен с . пятым управляющим выходом шифратора,35 : шестой и седьмой управляющие выходы которого соединены с суммирующим и вычитающим входами счетчика опрошенных секций соответственно, информа 40 ционный выход которого соединен с информационным входом регистра числа опрошенных секций, вход записи которого соединен с восьмым управляющим выходом шифратора, девятый управляю 45 щий выход которой соединен с входом1411772 Редактор Н, Бобкова ираж 704 Заказ 4338 одписно ВПИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д,жгород, у оек Составитель А.Техред А,Кравчук оизводственно-полиграфическое предприятие гословскихКорректор Н. Ко