Уровнемер

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для вычисления кода уровня контролируемой среды в криогенной, нефтехимической и других отраслях промышленности в качестве уровнемера жидких сред. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет учета изменения диэлектрической проницаемости измеряемой среды и определения неисправной секции датчика, а также повышение точности измерения. С этой целью в устройство, содержащее блок управления , два реверсивных счетчика,триггер , реверсивный счетчик числа заполненных секций, регистр числа заполненных секций, регистр кода уровня в секции, три коммутатора, управляемый формирователь частоты, блок памяти коэффициентов, введены пульт управления , шифратор, четвертый коммутатор , счетчик числа опрошенных секций, регистр числа опрошенных секций и регистр коэффициента. 3 ил. ъ

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„,Я0„„1411772 (51)4 G 06 F 15/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) УРОВНЕМЕР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4207742/24-24 ! (22) 15.01.87 (46) 23.07.88е .Бюл. Ì 27 (71) Рязанский радиотехнический институт и Рязанский завод "Теплоприбор" (72) Н.И. Иопа, Г.А. Игнатьев, А.И. Кияшев,. В.Н, Локтюхин, П.Н. Попов и А.Н. Терехин (53) 681. 325(088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1008621, кл. С 01 Р 23/28, 1983.

Авторское свидетельство СССР

11й 11.50491, кл. G 01 F 23/28, 1985. (57) Изобретение относится к автоматике. и вычислительной технике и может быть использовано для вычисления кода уровня контролируемой среды в криогенной, нефтехимической и других отраслях промышленности в качестве уровнемера жидких сред. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет учета изменения диэлектрической проницаемости измеряемой среды и определения неисправной секции датчика, а также повышение точности измерения. С этой целью в устройство, содержащее блок управления, два реверсивных счетчика,триггер, реверсивный счетчик числа заполненных секций, регистр числа заполненных секций, регистр кода уровня в секции, три коммутатора, управляемый формирователь частоты, блок памяти коэффициентов, введены пульт управлеиии, иифратор, четвертый коыыутатор, счетчик числа опрошенных секций, регистр числа опроиеиаык секпий и ( регистр коэффициента. 3 ил.

14» 772

И зобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может . быть использовано для вычисления кода уровня контролируемой среды в криогенной, нефтехимической и других от5 раслях промышленности в качестве уровнемера жидких сред.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет учета изменения диэлектрической про, ницаемости измеряемой среды, опреде. ления неисправной секции датчика и повышение точности измерения.

На фиг. 1 приведен многосекционный частотный датчик; на фиг. 2— зависимость. выходной характеристики секции датчика от уровня среды и ее диэлектрической проницаемости; на фиг. 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, комму- 25 татор 5 и генератор 6, .блок 7 памяти коэффициентов, коммутаторы 8-13, триг гер 14, управляемый формирователь 15 частоты, регистр 16 диапазона, шиф;ратор 17, счетчик 18 опрошенных сек-: ций, регистр 19 числа опрошенных сек ций или номера неисправной секции, счетчик 20 числа заполненных секций, регистр 21 числа заполненных секций, :,регистр 22 уровня в секции, пульт 23

;;управления. 35 Измерительный f, и компенсацион ный f ; g входы уровнемера соединяются

Ic измерительным и компенсационным вы ходами многосекционного датчика . (фиг.1) . Сигнал с выхода d сопровож- о дает первичную информацию.

Код уровня контролируемой среды вычисляется уровнемером в результате математической переработки частот

Измерительного 1 и компенсационного

f канала секции датчика по компен l сационному.алгоритму: (1)

f()g-fg f, где f=y(H,E) — значение частоты сек50 ции датчика, относительно которой. измеряется уровень среды;

= QH=cons t Д) - значение частоты кор1 ректирующей секции 55 датчика;

f — значение резонансных а1 Ой частот незаполненных измерительной и корректирующеи секции датчика °

Одновременно производится моделирование функции

Н=q (2)=Na<2 +Na Z+Na„ (2) обратной кривой Z= y (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 уровнемрра 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 F в этой

1 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 f,; и f, g 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- 1 товая частота fT„ íà порядок превышающая частоту f <, 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 пере5

45

55 з 1 1 ходит 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 f в 10 раз меньшей частоты Ес, что позволяет более точно вычислять значение кода уровня.

При этом необходимо отметить следующие особенности алгоритма обработки .информации, поступающей с секций датчика: секции датчика соединены внахлест (фиг.1) и длина секции

Hc=H(L)+h„.

Переключение ВП с i-й секции на вычисление кода уровня в (i+1)-й происходит в том случае, если уровень среды в i-й находится в зоне нахлеста, т.е.

Н(т.) Н,. аН

Наличие зоны нахлеста позволяет в быстром автоматическом режиме определить число полностью заполненных секций как

К -)+1, где j — реальное число полностью заполненных секций датчика. !

Возможная ошибка в определении степени заполнения j-й секции обуславливается погрешностью + d при вычислении кода уровня в быстром автоматическом режиме. Поэтому при реальном значении уровня в j-й секции

L уровнемер может определить его, например, как (L-d), либо при уровне (L-с ), где Р с d как (L-с +d)7L, 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 К-1 в медленном автоматическом режиме, что позволяет ему точно вычислить число j полностью заполненных секций и код уровня в частично заполненной (j+1)-й секции.

1772

4 кода уровня в ней, в качестве часто15 цикл опроса датчика.. Во время первого опроса секции, при вычислении ты Г, при вычислении выражения (1), используется частота 7,ь „, снимается с выхода упр авля емого формир ователя

15 частоты. На основании полученного значения кода уровня в первой секции при вторичном ее опросе в качестве частоты f используется частота

f< < (частота корректирующего контура датчика) при уровне в первой секции больше dL, что означает, что корректирующий контур залит средой полностью; частота f< 4,z, если урсвень в первой секции менее

Частота f<,используемая при первом опросе первой секции, формируется в управляемом формирователе 1. частоты. Поскольку частота f q значительно меняется в зависимости от электрофизических свойств контролируемой среды, в уровнемер заложена возможность оперативной перестройки ее значения. Пад управлением сигнала "Среда 1/2", поступающего с пункта 23 управления в управляемый формирователь 15 частоты, при первом измерении уровня в первой секции загружается код частоты Е,, теоре.— тически соответствующий диапазону контролируемых сред, что позволяет сократить величину погрешности измерения уровней.

Перед вычислением кода уровня в

i-й секции датчика...на основании соответствующего ей значения частоты определяется какой диапазон D

1 (фиг.2) диэлектрической проницаемости соответствует контролируемой среде. На основании .этого из блока 7 выбираются соответствующие Э; коэффициенты N < ., N N с ; зависиz1 i 011 o мости (2).

Э 14117

Разбиение Я на диапазоны, каждому из которых поставлены в соответствие

: коэффициеHTbl N y Ng, N g ет уменьшить величину погрешности измерения контролируемой среды, осо5 бенно при измерении уровня криогенных сред, которые обладают значи,тельным градиентом Е по высоте резер,Iayapa.

При измерении уровня в i-й секции частота f для вычисления зависимости (1), снимается с (i-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 не исправную i-ю секцию также полностью аполненной и продолжает вычисление кода уровня в вышележащих .секциях, 25 1ри этом в качестве частоты fg для (i+1)-й и (i+2)-й секций использует1 я частота fq jI„ сосФгветствующая частоте (1-1)-й секции, Уровнемер может использовать в 30

1 ачестве последней секции датчика екцию с полуметровым измерительным астком. С этой целью введен управяющий сигнал "0,5/1", снимаемый с торого выхода пульта 23 управления управляющий выбором N< =0,5 или

=i соответственно из блока 7 па. о

«взяти коэффициентов.

При вычислении кода уровня в сек1 датчика уров не мер раб о ца ет сл еду- 4 образом.

Во время такта ЯО по сигналу q „ б выхода блока 4 памяти код N«, дли. ч, ельности временного интервала Т1=

= 0,01 с, выбираемый из ПЗУ, загру- 4> . жается в реверсивный счетчик I, а по с1игналу q переписывается в реверсивйый счетчик 2.

В начале такта Q1 код Ng „ „„ соответствующий максимально возможному

1= .значению частоты f < (при Е= Е„„J, - агружается по сигналу q, в реверсивЦый счетчик 1.Триггер 14 по заднему ронту сигнала q устанавливается

1 1", разрешая тем самым списывание

stoma N из реверсивного счетчика 2

Т1 импульсами частоты f, поступающими йа вычитающий вход реверсивного счет 1ика 2 через коммутатор 10.

72 6

На выходе триггера 14 сформирован временной интервал С, который на коммутаторе 9 заполняется импульсами частоты f . В реверсивном счетчике 1 формируется разностный код N . В конце такта Q1 содержимое части 1.3 счетчика 1 по сигналу q переписы3 вается в регистр 16 и управляет выбором соответствующего диапазона Е эоны блока памяти коэффициентов.

В такте Q2 код N частоты фиктив-. ного контура из блока памяти коэффициентов загружается в управляемый формирователь 15 частоты.

Во время такта Q3 в реверсивный счетчик 2 через реверсивный счетчик

1 переписывается код N длительности временного интервала Т .

В такте Q4 если уров немер работает в режимах "Шаг" и "Частота", то в начале этого такта в реверсивный счетчик 1 загружается код О. Код N; описывается.в реверсивный счетчик 2 импульсами частоты f . Формируется временной интервал

Выход переноса части 1.2 счетчи" ка 1 подключается через коммутатор

13 к суммирующему входу счетчика 20.

В результате в частях 1. 1 и 1.2 счетчика 1, счетчика 20 сформирован код

И „ частоты Г„ опрашиваемой секции датчика, который по сигналу о выдается в регистр 21 и регистр 22 на индикацию.

Во время такта Q5 в реверсивный счетчик 1 по сигналу загружается код

N, переписываемый в реверсивный счетчик 1 по сигналу q

В начале такта Q6 в реверсивный счетчик 1 из блока 7 загружается код

О. В реверсивном счетчике 2 списывается импульсами частот Еo> и f<, поступающими через коммутатор 10. либо на входы части 2.1 счетчика 2 (работа в медленном автоматическом режиме), либо на входы части 2.2 счетчика 2 (в быстром автоматическом режиме). На выходе три.:гера 14 сфор- мирован временной интервал длительностью i,êoòaðûé заполняется в коммутаторе 9 импульсами частот

f поступающими на суммирующий и вычитающий входы части 1,1 счетчика

1 (медленный автоматический режим). или части 1.2 счетчика 1 (быстрый автоматический режим) соответственно. В реверсивном счетчике 1 образуется код Ч„

7 1411

В начале седьмого такта Q7 код

N передается в реверсивный счет1рс1 чик 2. Затем код N„ð, списывается импульсами частоты f поступающими че19 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 f в результате в реверсивном счетчике 1 образуется код 1 р„° В начале восьмого такта Q8 код

И„р„, передается в реверсивный счетчик 2, а в счетчик 1 из блока 7 памяти коэффициентов загружается код

N3pc, . Формируется временной интервал, который заполняется импуль.— сами частоты fg образуя в реверсивном счетчике 1 код N3ðä, .

В начале девятого такта Q9 код

03 „, переписывается в счетчик 2, Формйруется временной интервал, который заполняется импульсами частот 25

f, и f,. F РС1 образуется код N+р

В такте Q10 значение кода Н,р, из счетчика 1 переносится в счетчик 2.

С помощью триггера 14 формируется временной интервал с,, а в счетчике ЗО

1 формируется код N g pp g . В начале такта Q11 код N pz, пере- . . носится в реверсивный счетчйк 2, а в счетчик 1 загружается код Н . Аналогично действиям в предыдущих так35 тах в РС1 формируется код К, . По сигналу q» если М, соответствует коду уровйя полностью заполненной секции, производится инкремент счетчика 20, под воздействием сигнала с выхода шифратора 17. Если N< „ соответствует коду частично заполненной секции, то при работе уровнемера в медленном автоматическом режиме формируется сигнал загрузки P Я 21 и

} Р„Я 22.

В начале такта Q12 код И „с,перегружается в реверсивный счетчик 2 и, если уровнемер работает в медленном автоматическом режиме и соответству50 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 d7, снимаемым с выхода шифратора 17 поступает, на внешние исполнительные устройства., /2 8

Формула 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 управлеьптя соединены с входами записи первого и второго Реверсивного счетчиков соответственно, первьп управляющий выход блока управления соединен с входом установки триггера, о т л и ч аю шийся 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 io режима 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 соединены с первым и вторым управляющими входами шифратора и информационными входами регистра коэффициента, вход записи 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, в иод переполнения средней . секции первого реверсивного счетчика соединен с третьим входом четвертого коммутатора.

9 t4 11 ратор схемы, четвертый коммутатор, счетчик и регистр числа опрошенных секций, регистр коэффицие нта, информационный выход которого соединен с вторым адресным входом блока памяти

5 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- 15 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- 25 рого соединен с входом управления второго реверсивного счетчика, с вто рым 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, информа40 ционный выход которого соединен с информационным входом регистра числа опрошенных секций, вход записи которого соединен с восьмым управляющим выходом шифратора, девятый управляю45 щий выход которой соединен с входом

141 f 772

1411772

Составитель А. Богословских

Техред А.Кравчук - Корректор Н. Король

Редактор Н. Бобкова

Заказ 4338

Тираж 704

Подписное

ВПИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4