Дискретно-аналоговый уровнемер

 

ДИСКРЕТНО-АНАЛОГОВЫЙ УРОВНЕМЕР , содержащий первичный преобразователь в виде поплавка с магнитным сердечником и дифференциально-трансформаторких датчиков, распределенных вдоль контролируемого диапазона с перекрытием зон чувствительности и имеющих первичную и по три вторичные обмотки, причем первичные обмотки всех датчиков включены согласно последовательно , две вторичные обмотки - дифференциально, а третьи вторичные обмотки соседних датчиков согласно последовательно, а также содержащий источник возбуждения, измерительные преобразователи, автоматический переключатель из четырех, ключей и показывающий прибор, о т личающийся тем, что, с цельи упрощения конструкции первичного . преобразователя, повьшения точности и линеарности зависимости аналогового преобразования сигнала уровня , в него введены источник N -1 опорных сигналов, N-1 компаратор, N-t ключ, источник двух калиброванных ;сигналов,N -1 дифференциальная цепь, Н-1 инвертор, две схемы ИЛИ, триггер и сумматор, причем первая и вторичные обмотки соседних датчиков включены согласно последовательно, распределена по длине датчиков с переменным шагом и их выводы через автоматический переключатель соединены с входом первого измерительного преобразователя, выводы третьих вторичных обмоток соединены .с входом второго измерительного преобразователя непосредственно, выход второго измерительного преобразователя соединен спервыми входами компараторов, вторые входы которых соединены.с выходами источника N-1 опорных сигналов , выходы компараторов соединены с управляющими входами ключей и с входами дифференцирующих цепей, вхо (Л ды ключей соединены с вторым выходом ис-точникакалиброванных сиг- . налов, а выходы - с сумматора , два других входа которого соединены соответственно с первым выходом источника калиброванных сигналов, и с выходом первого измерительного преобразователя, выходы дифференцирующих цепей, соединенных .с компараторами, имеющими четные номера , соединены с входами первой схемы ИЛИ и с входа: 4И соответствующих инверторов, выхода которых также соединены с входами первой схемы ИЛИ, выходы дифференцирующих цепей, соединенных с компараторами, имеющими нечетные номера, соединены с входами , второй cxet-гы ИЛИ и с входами соответствующих инверторов, выходы которых .также соединены с входами второй схемы ИЛИ, выходы схем ИЛИ соединены с входами триггера, выходы которого подключены к управляющим входам ключей автоматического переключателя, а выход сумматора соединен с показывающим прибором.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (!9) (! 11 (5()4 G 01 1: 23/70

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

fl0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3548348/24-10 (22) 04.02.83 (46) 23.08.85. Бюл. Ф 31 (72) А.П.Лукашев, В.Д.Смирнов, Б.В.Лысиков и И.И.Гайдар (53) 681. 128.82 (088.8) .(56) Авторское свидетельство СССР

1(815510, кл. G 01 F 23/12, 1979.

Авторское свидетельство СССР

11 -916995, кл. G Ol 1. 23/10, 1980 (54) (57) ДИСКРЕТНО-АНАЛОГОВЫЙ УРОВНЕИЕР, содержащий первичный преобразователь в виде поплавка с магнитным сердечником и дифференциально-трансформаторных датчиков, распределенных вдоль контролируемого диапазона с перекрытием эон чувствительности и имеющих первичную и по три вторичные обмотки, причем первичные обмотки всех датчиков включены согласно последовательно, две вторичные обмотки — дифференциально, а третьи вторичные обмотки соседних датчиков— согласно последовательно, а также содержащий источник возбуждения, измерительные преобразователи, автоматический переключатель из четырех ключей и покаэываЮщий прибор, о тл и ч а ю щ и й. с я тем, что, с целью упрощения конструкции первичного. преобразователя, .повышения точ- ности и линеарности зависимости аналогового преобразования сигнала уровня, в него введены источник Н -l опорных сигналов, М-1 компаратор, 1-1 ключ, источник двух калиброванных сигналов, 1(-1 дифференциальная цепь, 1(-1 инвертор, две схемы ИЛИ, триггер и сумматор, причем первая и вторичные обмотки соседних датчиков. включены согласно последовательно, распределена по длине датчиков с переменным шагом и их выводы через автоматический переключатель соединены с входом первого измерительного преобразователя, выводы третьих вторичных обмоток соединены с входом второго измерительного преобразователя непосредственно, выход второго измерительного преобразователя соединен с первыми входами компараторов, вторые входы которых соединены. с выходами источника И -1 опорных сигналов, выходы компараторов соединены с управляющими входами ключей и с входами дифференцирующих цепей, входы ключей соединены с вторым выходом источника калиброванных сигналов, а выходы — с входами суммато- ив ра, два других входа которого . соединены соответственно с первым выходом источника калиброванных сигналов, и с выходом первого измерительного преобразователя, выходы дифференцирующих цепей, соединенных с компараторами, имеющими четные но мера, соединены с входами первой схемы ИЛИ и с входаМи соответствующих инверторов, выходы которых также соединены с входами первой схемы ИЛИ, выходы дифференцирующих цепей, соединенных с компараторами, имеющими нечетные номера, соединены с входами. второй схемы ИЛИ и с входами соответствующих инверторов, выходы которых .также соединены с входами второй схемы ИЛИ, выходы схем ИЛИ соединены с входами триггера, выходы которого подключены к управляющим входам ключей автоматического переключателя, а выход сумматора соединен с показывающим прибором.

1174762

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для точных измерений уровня в аппаратах с высокими температурой и давлением и с высокой физико-хими- 5 ческой активностью среды.

Цель изобретения - упрощение констр кции первичного преобразователя, повышение точности и линеарности зависимости аналогового преобразова- 10 ния сигнала уровня.

На фиг.! изображена функциональная схема. уровнемера на фиг,2 зависимости выходных сигналов элементов функциональной схемы уровнеме- 15 ра от измеряемого уровня.

Формирование выходного сигнала, пропорционального измеряемому уровню, обеспечивается с помощью источника двух калиброванных сигйалов, 20 ф".! ключа и сумматора.

Уровнемер содержит первичный преобразователь 1, который состоит из четырех дифференциально-трансформаторных датчиков с первичными обмот- 25 ками 2, первыми 3, вторыми 4, третьи ми 5 вторичными обмотками и общим поплавком 6 с сердечником из магнитного материала, источник 7 возбуждения перничных обмоток датчиков, вто- З0 рой измерительный преобразователь 8, автоматический переключатель 9, состоящий из первой пары ключей 10 и ll, второй пары ключей 12 и 13, источник 14 опорных сигналов, компараторы 15-17, первый измерительный преобразователь 18, дифференцирующие цепи !9-21, инверторы 22-24, схемы ИЛИ 25 и 26, триггер 27, источник 28 калиброванных сигналов, аналоговые ключи 29-31, сумматор 32.

Дифференциально-трансформаторные . датчики первичного преобразователя i расположены по высоте измеряемого уровня в полости между двумя коаксиальными, герметично сваренными трубами иэ немагнитной нержавеющей стали.

Уровнемер работает следующим образом. 50

Изменение уровня контролируемой среды вызывает перемещение поплавка 6, в зависимости от положения которого во вторичных обмотках датчика, в рабочей области которого на- 55 ходится поплавок наводится ЭДС, вызываемая электромагнитным потоком, создаваемым током обмотки 2 от источника 7, замыкаемым сердечником поплавка б. Величина наводимых ЭДС пропорциональна числу витков вторичных обмоток датчиков, которые пересекает электромагнитный поток..При положении поплавка, указанном на фиг.1, на дифференциально включенных обмотках 3 и 4 наводится ЭДС, близкая по величине к максимальной, на обмотке 5 наводится ЭДС, пропорциональная числу витков обмотки 5 второго снизу датчика. Так как дифференциально включенные и одноименные обмотки всех датчиков соединены последовательно, а ЭДС наводятся только в обмотках датчика, в рабочей области которого находится поплавок, то на выходах первичного преобразова- теля 1 присутствуют сигналы, равные ЭДС, которые наводятся во втором снизу датчике. Выходной сигнал с обмоток 5 поступает на второй измерительный преобразователь 8 и преобразуется им н сигнал напряжения постоянного тока, величина которого .пропорциональна выходному сигналу обмоток 5. Выход сигнал преобразователя 8 поступает на первые входы компараторон 15-!7, на вторые входы которых поступают выходные сигналы источника 14 опорных сигналов.

Выходные сигналы компараторов 1517 управляют состоянием ключей 293l и с помощью дифференцирующих цепей 19-21, инверторов 22-24, схем ИЛИ 25 и 26 и триггера 27 состоянием ключей 10-13 автоматического переключателя 9. При положении -поплавка, указанном на фиг.!, выходной сигнал преобразователя 8 меньше по величине выходного сигнала, поступающего с источника 14 опорных сигналов на входы компараторов 16 и 17, и больше по величине сигналов, поступающих на вход компаратора 15.

Компараторы 16 и 17 формируют си1 налы, запирающие ключи 30 и 31, а компаратор 15 формирует сигнал, отпирающий ключ 29. На выходе триггера 27 при этом формируются сигналы, отпирающие ключ 10 и 11 и запирающие ключи !2 и 13. При ."том на третий вход сумматора 32 через открытый ключ 29 поступает сигнал с выхода источйика 28 калиброванных сигналов, величина которого соответствует верхнему пределу измерения уровня одного датчика, а на второй вход ключа 31 поступает сигнал, величина ко1174762 торого соответствует половине номинальногo значения измеряемого уровня одного датчика. На первый вход сумматора 32 поступает сигнал напряжения постоянного тока, преобразованный с помощью первого измерительного преобразователя 18, соответствующий разности ЭДС на обмотках 3 и 4, которая поступает на его вход через открытые ключи 10 и 11. tO

Таким образом, на выходе уровнемера в данном случае форыируется сигнал, равный алгебраической сумме трех сигналов, один из которых пропорционален выходному сигналу второго датчика, а сумма двух других равна сигналу, соответствующему уровню в средней точке второго датчика.

Полярность выходного сигнала преобразователя 18 изменяется в зависи- 2О мости от.положения поплавка относительно середины диапазона измерения датчика,в области которого он находится, При нахождении поплавка в нижней части диапазона полярность выходного сигнала преобразователя отрицательна, а при нахождении в верхней части диапазона — положительна.

Автоматический переключатель служит для переключения полярности вы- ходного сигнала преобразователя IS при переходе поплавка границы между двумя смежными датчиками. Переключение полярности выходного сигнала преобразователя 18 при переходе границы смежных участков обусловлено тем, что дифференциально включенные обмотки 3 и 4 смежных датчиков включены согласно. Такое включение обмоток смежных датчиков .выполнено для уменьшения нелинейности характеристик уровнемера, так как при встреч ном включении обмоток 3 и 4 смежных датчиков выходной сигнал преобразователя 18 был бы равен нулю при рас- 5 положении поплавка на границе смежных датчиков.

4h

Инверторы 22-24 необходимы в схе- . ме уровнемера для обеспечения независимости выходных сигналов схем 25 и 26 от направления изменения вели- чины измеряемого уровня, так как в этом случае происходит изменение знака выхоцных сигналов дифференцирующих цепей 19-21. Связь между источником возбуждения и преобразователем 18 необходима для обеспечения фазо увствительного выпрямления выходного сигнала обмоток 3 и 4.

Так как выходной сигнал уровнемера на сумматоре формируется по выходным сигналам источника 28 калиброванных сигналов и преобразователя 18, а погрешность формирования калиброванных сигналов легко выполнить пренебрежимо малой, погрешность уровнемера определяется в основном погрешностью комплекта дифференциально-трансформаторных датчиков. А так как диапазон измерения уровнемера в и раз больше диапазона измерения одного датчика, то погрешность уровнемера примерно в П раз меньше погрешности уровнемера с одним датчиком и таким же диапазоном измерения как у предлагаемого уровнемера.

По сравнению с известным уровнемером, в состав которого входит псрвичный преобразователь с 10 датчиками, включающий в себя 20 Ш-обратных магнитопроводов 3 с обмотками каждый и 24 вывода, обеспечивающим погрешность измерения не менее 1,07., погрешность предлагаемого уровнемера при использовании 10 дифференциально-трансформаторных датчиков, имеющих погрешность 2,07., не превышает 0,37 от верхнего предела измерения. Количество выводов первичного преобразователя равно шести и не зависит от числа используемых в,первичном преобразователе датчиков.

Предлагаемый уровнемер не содержит в своем первичном преобразователе

Ш-образных магнитопроводов.

Формирование унифицированного выходного сигнала, пропорционального измеряемому уровню, на выходе предлагаемого уровнемера облегчает процесс считывания информации об измеряемом уровне и позволяет испольэовать уровнемер в системах управления и регулирования.

)174762

1174762 и

Оуц

use

Ущ /га /г1 %OK C

Фиг.2

Редактор.H.Òóïèöà

Заказ 5172/42 Тираж -703 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, iK-35, Раушская наб., д. 4/5

tlag

"г3 ь

5 9

Ьв

Цц

27,2

29

Уу

"зв

J8arx

0 25 H amc ОЛНмакс 0,7БНиакс

Составитель А.Курочкин

Техред А.Ач Корректор М.Максимишинец

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4