Многоточечный сигнализатор уровня

 

Изобретение относится к измерительной технике, точнее к устройствам для сигнализации о достижении неэлектропроводной жидкостью заданных уровней, и может найти применение для контроля уровней этих жидкостей. Изобретение позволяет повысить точность фиксации заданных уровней и обеспечивает увеличение точности измерения уровня. При протекании тока от генератора 4 через верхний 1, нижний 3 компенсационные и измерительные емкостные 2 датчики на них формируются сигналы, пропорциональные емкостям соответствующих датчиков, которые зависят от степени их заполнения контролируемой жидкостью и других факторов. По данным сигналам первым 10 и вторым 11 сравнивающими устройствами при помощи первого 6, второго 7 вычитающих устройств, формирователя опорного напряжения 9 и ключа 16 формируются сигналы, управляющие счетом импульсов тактового генератора 15 на реверсивном счетчике 17. Код счетчика 17 управляет положением ламелей коммутатора 5. При этом осуществляется автоматическое переключение ламелей коммутатора 5 до тех пор, пока к вычитающим устройствам 6 и 7 не будут подключены два датчика 2, в пределах которых находится измеряемый уровень. В этом случае код реверсивного счетчика 17 всегда на единицу меньше номера нижнего из двух подключенных датчиков 2. Однако при изменении уровня изменение кода счетчика 17 и переключения ламелей коммутатора 5 осуществляются с запаздыванием, после прохождения жидкостью середины соответствующего датчика 2, что необходимо для устойчивой работы устройства. Благодаря введению в устройство масштабного преобразователя 14, третьего 12 и четвертого 13 сравнивающих устройств, третьего вычитающего устройства 8 и цифрового сумматора 18 показания индикатора 19 меняются без запаздывания относительно момента перехода жидкостью середин датчиков 2 и поэтому показания индикатора 19 соответствуют числу заполненных не менее чем на половину датчиков 2, что обеспечивает повышение точности фиксации заданных уровней. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5G 01 Е 23/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4388082/24-10 (22) 09,03.88 (46) 30.11.90. Бюл. ¹ 44 (71) Институт электродинамики АН УССР (72) 3,Я.Монастырский и Г.Е.Кондратьева (53) 681.128.63 (088.8) (56) Заявка Великобритании M 1295573, кл. G 01 F 23/26, 1975, Титре И.; Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. М.: Мир, 1982, с. 246, . Авторское свидетельство СССР

¹ 1002842, кл. G 01 F 23/26, 1978. (54) МНОГОТОЧЕЧНЫЙ СИГНАЛИЗАТОР

УРОВНЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике. точнее к устройствам для сиг Ы „1610301 А1 нализации о достижении неэлектропроводной жидкостью заданных уровней, и может найти применение для контроля уровней этих жидкостей. Изобретение позволяет повысить точность фиксации заданных уровней и обеспечивает увеличение точности измерения уровня. При протекании тока от генератора 4 через верхний 1, нижний 3 компенсационные и измерительные емкостные 2 датчики на них формируются сигналы, пропорциональные емкостям соответствующих датчиков, которые зависят от степени их заполнения контролируемой жидкостью и других факторов. По данным сигналам первым 10 и вторым 11 сравнивающими устройствами при помощи первого 6, второго

1610301

25

40

7 вычитающих устройств, формирователя 9 опорного напряжения и ключа 16 формируются сигналы, управляющие счетом импульсов тактового генератора 15 на реверсивном счетчике 17, Код счетчика 17 управляет положением ламелей коммутатора 5. При этом осуществляется автоматическое переключение ламелей коммутатора 5 до тех пор, пока к вычитающим устройствам

6 и 7 не будут подключены два датчика 2, в пределах которых находится измеряемый уровень. В этом случае код реверсивного счетчика 17 всегда на единицу меньше номера нижнего из двух подключенных датчиков 2. Однако при изменении уровня изменение кода счетчика 17 и переключе. Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к приборам для сигнализации достижения уровнем неэлектропроводной жидкости заданных значений, Цель изобретения — повышение точности.

На чертеже изображен предлагаемый сигнализатор.

Сигнализатор содержит верхний компенсационный датчик 1, расположенный вне пределов контролируемой жидкости, группу рабочих емкостных датчиков 2 и нижний компенсационный датчик 3, погруженный в контролируемую жидкость, подключенные общим электродом к выходу генератора 4 напряжения. . „Вторые выводы датчиков подключены к входам коммутатора 5, который выполнен в виде двух спаренных переключателей, Выход коммутатора 5, связанный с нижним из двух подключенных датчиков (нижняя ламель), соединен с вторыми входами первого

6 и второго 7 вычитающих устройств. Верхняя ламель коммутатора 5 подключена к первым входам второго 7 и третьего 8 вычитающих устройств. Первый вход вычитающего устройства 6 и второй вход вычитающего устройства 8 связаны с верхним компенсационным датчиком 1. Нижний компенсационный датчик 3 подсоединен.к входу формирователя 9 опорного напряжения, выход которого подключен к вторым входам первого 10, второго 11, третьего 12 и четвертого 13 сравнивающих устройств.

Первые входы второго 11 и третьего 12 сравнивающих устройств соединены с выходами второго 7 и третьего 8 вычитающих устройств соответственно. Выход первого вычитающего устройства 6 подключен к о ния ламелей коммутатора 5 осуществляются с запаздыванием, после прохождения жидкостью середины соответствующего датчика 2, что необходимо для устойчивой работы устройства. Благодаря введению в устройство масштабного преобразователя 14, третьего 12 и четвертого 13 сравнивающих устройств, третьего вычитающего устройства 8 и цифрового сумматора 18 показания индикатора 19 меняются без запаздывания относительно момента перехода жидкостью середин датчиков 2 и поэтому показания индикатора 19 соответствуют, числу заполненных не менее чем на половину датчиков

2, что обеспечивает повышение точности . фиксации заданных уровней. 1 ил. первому входу сравнивающего устройства

10, а через масштабный преобразователь 14 — к первому входу четвертого сравнивающего устройства 13.

В состав сигнализатора входит также тактовый генератор 15, выход которого через ключ 16 соединен со счетным входом реверсивного счетчика 17 импульсов, Управляющий вход ключа 16 соединен с выходом сравнивающего устройства 11, а управляющий вход реверсивного счетчика

17 подключен к выходу первого сравнивающего устройства 10. Выходы счетчика 17 связаны с управляющим входом коммутато15 ра 5 и с входами второго слагаемого цифрового сумматора 18. Вход переноса и вход младшего двоичного разряда первого слагаемого цифрового сумматора 18 подсоединены к выходу третьего 12. и четвертого 13

20 сравнивающих устройств соответственно, .Выход сумматора 18 соединен с входом цифрового индикатора 19.

Сигнализатор работает следующим образом.

При протекании электрического тока от генератора 4 через емкостные датчики 2, сигналы на входах первого 6,,второго 7 и третьего 8 вычитающих устройств пропорциональны емкостям соответствующих датчиков, подключенных в этим входам.

Емкости погруженных в жидкость датчиков можно представить в виде суммы начальной емкости. равной емкости непогруженного в жидкость ("сухого") датчика, и приращения емкости за счет огружения датчика в измеряемую жидкость, которое пропорционально изменению диэлектрической пропорциональности среды и степени.погружения датчика, равной отношению дли1610301 ны погруженной части датчика ко всей его длине.

Выходные напряжения вычитающих устройств можно представить выражениями

06 = К6(С! Cp) = K6(Clo(1+ Pi Й) Со) (1)

Ут = К (С - СН-1) = K7 (Clo(1 + pl he) - С +1), Х (р„ляф (г)

08 = К8(С(+1 - Со) = K8(C(i+1)o(1 + Pi> t. Ж )=CoJ> (3) где UG, 07 и 08 — напряжения на выходах устройств 6,7 и 8 соответственно;

К6, К7 и К8-- постоянные коэффициенты;

Р иф <1 — степени погружения i-го и(1+

+ 1)-го дискретных датчиков, подключенных к нижней и верхней ламелям коммутатора;

he — разность диэлектрических проницаемостей контролируемой среды и парогазовой смеси над ней;

Со, Ci и Ci+> — емкости, соответственно, верхнего компенсационного, i-го и (i+1)-ro датчиков;

Со и С(н. )о — начальные емкости датчиков.

В случае идентичности всех дискретных датчиков их начальные емкости одинаковы и равны емкости верхнего компенсационного датчика; т.е.:

Clo = С(Н-1)о = Со.

С учетом этого условия выражения (1)— (3) примут вид

06 = СоКо Pi ЛГ; (4)

U7 = СоК7 (i8; — P+e )he; (5)

U8 = CoK8 Pi 1 Л8. (6)

Формирователь 9 опорного напряжения преобразует разность диэлектрических проницаемостей Лг в пропорциональное напряжение в соответствии с зависимостью

Uo = СоКо ЬЕ, (7) где Uo — выходное напряжение формирователя 9;

Ко — постоянный коэффициент.

Если коэффициент передачи масштабного преобразователя 14 равен К14, то его выходное напряжение 014 равно

014 = К14 06.= СоК6К14 Pi ЬЕ . (8)

Постоянные коэффициенты. определяе- мые параметрами соответствующих блоков, выбираются из следующих соотношений

Ko/KG = 1 — А; (9)

Ко/Кт = 0,5 — Л; (10)

Ko/KGK14 = Ko/Ê8 = 0,5, (11) где Л вЂ” погрешность запаздывания (0<5, < 0,5), выбираемая из условия обеспечения устойчивой работы сигнализатора при наличии различных дестабилизирующих факторов (неидентичность секций, погрешность вычитающих устройств, влияние коммутационных помех при переключении коммутатора и др.)

Выходные напряжения 06, От и 08 вычитающих устройств 6 — 8, а также выходное

5 напряжение 014 масштабного преобразователя 14 подаются на входы первого 10, второго 11, третьего 12 и четвертого 13 сравнивающих устройств; которые осуществляют их сравнение с выходным напряже10 нием Uo формирователя 9.

Сигнал логической единицы на выходе каждого из сравнивающих устройств возникает в том случае, когда выходное напряжение превышает опорное. Если же выходное

15 напряжение ниже опорного, то на выходе сравнивающего. устройства присутствует сигнал логического нуля. Условия появления сигнала логической единицы на выходах

УстРойств 10, 11, 12 и 13 (06 Vo, 07 « Uo, 20 014 Оо, U8 0о) нетрудно получить на основании выражений (4) — (11) соответст- венно в виде ,% 1 — Л; (12) ф; — pi + 1 > 0,5 — Л; (13)

25-. P >0,5; (14) ф+g 05. (15)

Выходной сигнал первого сравнивающего устройства 10 управляет направлением счета реверсивного счетчика 17 импульсов, При этом,как следует из (12), сигнал логической единицы, устанавливающий направление прямого счета, появляется при близком к полному погружении i-го датчика.

Сигнал с выхода второго сравнивающего устройства 11 управляет ключом 16, причем сигнал логического нуля открывает. этот ключ для прохождения импульсов тактового генератора 15 на счетный вход счетчика 17.

Как видно из выражения (13), импульсы по40 ступают на вход счетчика при

jt — P +1 < 0,5 — Л. Последнее соотношение справедливо в двух случаях.

Во-первых, при "сухом" (i+1)-ом датчике ф - p (О) и малом погружении i-го датчика (Pi (0,5 — Л), а во-вторых, при полном погружении i-ro датчика (P= 1) и значительном погружении (i+1)-ro ф + 1 > 0,5 + Л) .

В первом случае, согласно (12), счетчик

5р 17 установлен в направлении обратного счета, а во втором — e направлении прямого счета. Поэтому пересечение плоскостью уровня средних линий датчиков, как вниз, так и вверх по высоте резервуара, приводит к уменьшению, либо увеличению показаний реверсивного счетчика, при этом слежение осуществляется с погрешностью запаздывания, равной d,Выходной код реверсивного счетчика 17 управляет положением ламелей коммутатора 5, При этом подключе1610301 нию двух датчиков с номерами i и (I+1) соответствует выходной код счетчика (I-1). Так, например, нулевому коду счетчика соответствуеттакое положение ламелей:.оммутатора 5, при котором подключены первый и второй датчики (нумерация осуществляется снизу вверх по высоте резервуара). Выходной код счетчика 17 поступает также на вход одного из слагаемых цифрового сумматора

18, представляющего собой обычный двоичный сумматор.

Формула изобретения

Многоточечный сигнализатор уровня, содержащий группу емкостных датчиков, расположенных в пределах измеряемого уровня, верхний и нижний компенсационные датчики, подключенные к коммутатору, генератор, формирователь опорного напряжения, соединенный входом с нижним ком10 пенсационным датчиком, первое и второе вычитающие устройства. входы первого из которых подключены к нижней ламели коммутатора и верхнему компенсационному датчику, входы второго — к обеим ламелям

На вход переноса и на младший двоичный разряд второго слагаемого сумматора

18 поступают сигналы с выходов сравнивающих устройств 12 и 13. Сигналы логической единицы на выходах этих устройств,как видно из соотношений (14) и (15), появляются при пересечении плоскостью уровня средней линии соответствующего датчика.

Благодаря этому выходной код сумматора

18 однозначно соответствует числу погруженных не менее, чем наполовину дискретных датчиков без погрешности запаздывания. коммутатора, а их выходы соединены с первыми входами первого и второго сравнивающих устройств, вторые входы которых. связаны с выходом формирователя. опорного напряжения, и последовательно соединенные тактовый генератор, ключ, связанный управляющим входом с выходом второго сравнивающего устройства, реверсивный счетчик импульсов, подключенный управляющим входом к выходу первого

20 сравнивающего устройства, а выходом — к

25 управляющему входу коммутатора, и цифровой индикатор, о т л и ч.а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, в него

Пусть, например, p » 00,,55, аф+1 <

<0,5, тогда выходной код N сумматора определяется выражением

К =. (I-1) + 1 + 0 = l.

При Pi = 1> 0,5 и Pi +-1 0,5 следует, что

N = (1-1) + 1 + 1.= I + 1.

Выходной код N индицируется цифровым индикатором 19. При этом показания индикатора 19 отслеживают заданные точки уровня, совпадающие со срединами дискретных датчиков, без присущей устройствупрототипу погрешности запаздывания. В предлагаемом сигнализаторе запаздывание присуще только показаниям реверсивного счетчика 17 и переключению ламелей коммутатора 5, благодаря чему сохраняется устойчивая работа сигнализатора; Выходной код N цифрового сумматора 18 и пока-. зания индикатора 19 изменяются при срабатывании сравнивающих устройств 12 и 13 в точках фиксации P = 0 5 и Pi + 1 = 0,5 без погрешности запаздывания. введены сумматор. третье и четвертое сравнивающие устройства, масштабный преобразователь и третье вычитающее устройство, первый вход которого подклю30 чен к верхней ламели коммутатора, второй вход соединен с верхним компенсационным датчиком, а выход соединен с первым входом

35 третьего сравнивающего устройства, второй вход которого подключен к выходу формирователя опорного напряжения, и при этом первый вход четвертого сравнивающего устройства связан через масштабный преобразователь с выходом первого вычитающего устройства, выход формирователя опорного

40 напряжения подключен к второму входу четвертого сравнивающего устройства, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого подключен к выходу третьего сравнивающего устройства, а третий вход к Выходу реверсивного счетчика, при этом вход индикатора подключен к выходу сумматора, Составитель А,Протопопов

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор В.Гирняк

Редактор А.Ревин

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3730 Тираж 537 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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