Емкостный уровнемер

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения уровня неэлектропроводных жидкостей, содержащихся в резервуарах. Цель изобретения - повышение точности измерения. Емкостный уровнемер содержит источник 1 постоянного напряжения, цифроаналоговые преобразователя 2-7, рабочий 8 и компенсационный 9 емкостные датчики, первый 10 и второй 11 конденсаторы, усилитель 13, синхронный детектор 14, компараторы 15 и 16, логические элементы И 17 и 18, реверсивный счетчик 19, цифровой индикатор 20, тактовый генератор 21, счетчик-делитель 22 и постоянное запоминающее устройство 23. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4321583/24-10 (22) 02.11.87 (46) 23.12.90, Бюл. М 47 (72) А.И. Максимов и 3.Я. Монастырский (53) 681.128 (088.8) (56) Патент США f+ 4350039, кл. 6 01 F 23/26, 1982.

Заявка Великобритании М 2056683, кл. G 01 F 23/26, 1981. (54) ЕМКОСТНЫЙ УРОВНЕМЕР (57) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения уровня неэлектропроводных

„„5U 1615558 А1 жидкостей. содержащихся в резервуарах.

Цель изобретения — повышение точности измерения. Емкостный уровнемер содержит источник 1 постоянного напряжения, цифроаналоговые преобразователи 2 — 7, ра-. бочий 8 и компенсационный 9 емкостные датчики, первый 10 и второй 11 конденсаторы, усилитель 13, синхронный детектор 14, компараторы 15 и 16, логические элементы

И 17 и 18, реверсивный счетчик 19, цифровой индикатор 20, тактовый генератор 21. счетчик-делитель 22 и постоянное запоминающее устройство 23. 1 ил.

II O

40

50 зом

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения уровня неэлектропроводных жидкостей, Цель изобретения — повышение точности измерения уровня жидких сред.

На чертеже показана принципиальная схема емкостного уровнемера на уровне блок-схемы.

Уровнемер содержит источник 1 постоянного напряжения, цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) 2-7, тои иэ которых, первый 2, третий 4 и четвертый 5, подключены опорными входами к источнику 1, Выход четвертого ЦАП 5 соединен с потенциальным электродом рабочего емкостного датчика 8. Первый 2, второй 3 и пятый

6 ЦАП включены последовательно, причем выход последнего из них соединен с потенциальными электродами компенсационного датчика 9 и первого конденсатора 10, Выход третьего ЦАП 4 через ЦАП 7 подключен к потенциальному электроду второго конденсатора 11. Токовые электроды датчиков 8 и 9 и конденсаторов 10 и 11 подключены к суммирующей точке 12 на входе усилителя 13 неравновесия, выход которого через синхронный детектор 14 связан с первыми входами компараторов 15 и 16 напряжения, Вторые входы компараторов 15 и 16 подключены к источнику раэнополярных опорных напряжений «+00 (не показан), а их выходы — к первым входам логических элементов И 17 и 18 соответственно. Выходы этих элементов связаны с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика 19, выход которого подключен к входу цифрового индикатора 20 и второго ЦАП 3.

Тактовый генератор 21 подключен выходом к счетному входу счетчика-делителя 22, разрядные входы которого соединены с адресными входами постоянного запоминающего, устройства 23, причем выход старшего разряда связан также с опорным входом детектора 14. Выход переноса счетчика-делителя 22 соединен с вторыми входами элементов И 17 и 18, а выход ПЗУ

23 — с цифровыми входами ЦАП 5, 6 и 7, Уровнемер работает следующим обраПостоянное напряжение источника 1 поступает на опорные входы ЦАП 2 и 4 и передается на их выходы с коэффициентами, пропорциональными значениям кодов на цифровых входах этих ЦАП. Коды устанавливаются внешними устройствами и определяются параметрами емкостных датчиков (начальная емкость) и диапазоном измерения (конфигурацией резервуара, в котором измеряется уровень. жидкости). На опорных входах всех других ЦАП 3, 5, 6 и 7 также действуют постоянные напряжения, При этом коэффициент передачи ЦАП 3 определяется показанием реверсивного счетчика 19, которое индицируются индикатором 19.

Счетчик-делитель 22 подсчитывает импульсы тактового генератора 21. При этом на его разрядных выходах значение кода периодически изменяется от 0 до N0- 1, где

No — обьем счетчика. Этот код поступает на адресные входы ПЗУ 23, в ячейках которого, соответствующих адресному коду N, записано значение функции:

Ngy = з!п { 2 л — + — ) . и л (1)

Если частота следования импульсов генератора 21 — f, а длительность очередного цикла счета счетчика 22 равна т, то, приняв во внимание зависимость N =- fat, получают

to 74 Л

N zy = s In { 2 г — t + — ) = sin { в т + - ) .

N0 2 2 где в = 2z —. c о

Следовательно, выходной код ПЗУ воспроизводит синусоидальную функцию с кру2к1, гавай частот-й в — и начальной

Nо фазой Ы2 Этот код поступает на цифровые входы ЦАП 5 — 7. Выходные напряжения этих ЦАП представляют собой ступенчатоаппроксимированные синусоиды с частотой а), амплитуда и фаза которых определяются полярностью и значением напряжений на опорных входах, При этом погрешность передачи опорного напряжения ЦАП-ми 5-7 может быть легко откорректирована, например, регулировкой обратной связи выходного усилителя, а дифференциальная нелинейность этих ЦАП сказывается только на форме выходной синусоиды и практически не влияет на точность всего устройства.

Поэтому требования к точности ЦАП 5 — 7 ниже тех требований, которые предъявляются к ЦАП 2 — 4, Синусоидальные напряжения с выходов

ЦАП 5 — 7 поступают на потенциальные электроды датчиков 8 и 9 и конденсаторов 10 и

11 и вызывают протекание в их цепях синусоидальных токов. Емкости конденсаторов

10 и 11, а также коэффициент передачи ЦАП

4 выбраны такими, чтобы компенсировать начальные значения емкостей датчиков 8 и

9. Поэтому при пустом резервуаре ("сухие" датчики) сигнал неравновесия на выходе усилителя 13 отсутствует. В рабочем режиме (заполнение резервуара) компенсацион,ный датчик 9 полностью погружен в контролируемую жидкость, а рабочий дат1615558

Формула изобретения

Емкостный уровнемер, содержащий рабочий и компенсационный емкостные датчики и два конденсатора, потенциальный электрод первого из которых соединен с потенциальным электродом компенсационного датчика, причем токовые электроды

Составитель M. Жуков

Техред M.Moðãåíòàë Корректор А. Обручар

Редактор Е. Папп

Заказ 3980 Тираж 537 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 чик 8 погружен частично. При этом изменение тока в цепи рабочего датчика, вызванное изменением уровня, компенсируется изменением тока в цепи компенсационного датчика. Это происходит следующим образом.

Сигнал некомпенсации усиливается усилителем 13 и подается на вход синхронного детектора 14. На опорный вход этого детектора поступают прямоугольные импульсы со старшего разряда счетчика 22, Эти импульсы имеют частоту синусоидальных напряжений на потенциальных электродах датчиков, однако сдвинуты по фазе, как видно из выражения (1), относительно них на угол a/2 Емкостные токи датчиков опережают приложенные напряжения на угол л/2 поэтому они синфазны, либо противофазны опорным импульсам детектора 14. Благодаря этому постоянное выходное напряжение детектора 14 не зависит оттоков утечек и однозначно определяют соотношение емкостных токов рабочего и компенсационного датчиков, Если это выходное напряжение выходит эа пределы, заданные источником опорных напряжений на вторых входах компараторов 15 и 16, то один из компараторов срабатывает, При этом открывае-.ся соответствующий элемент И 17 или 18 для прохождения импульсов переноса счетчика-делителя 22 на суммирующий или вычитающий входы реверсивного счетчика 19. Изменение кода этого счетчика приводит к изменению коэффициента передачи ЦАП 3, амплитуды синусоидального напряжения на выходе ЦАП 6 и восстановлению равновесия. При равновесии код реверсивного счетчика 19 однозначно соответствует уровню погружения рабочего датчика, Масштабный коэффициент отсчета устанавливается заданием от внешних устройств кода на цифровых входах ЦАП 2. Значение уровня в соответствующих единицах выводится на индикатор 20.

50 датчиков и конденсаторов подключены к суммирующей входной точке усилителя неравновесия, первый, второй и третий цифроаналоговые преобразователи, опорный вход второго из которых подключен к выходу первого, а опорные входы первого и третьего цифроаналоговых преобразователей соединены между собой, синхронный детектор, подключенный входом к выходу усилителя неравновесия, а выходом — к первым входам двух компараторов, вторые входы которых соединены с источником разнополярных опорных напряжений, а выходы — с первыми входами двух логических элементов И, подключенных выходами к вычитающему и суммирующему входам реверсивного счетчика импульсов, выход которого связан с цифровыми входами второго цифроаналогового преобразователя и входами цифрового индикатора, о т л и ч аю шийся тем. что, с целью повышения точности измерения, в него введены источ-. ник постоянного напряжения, четвертый, пятый и шестой цифроаналоговые преобразователи, тактовый генератор, счетчик-делитель и постоянное запоминающее устройство, выходы которого соединены с цифровыми входами цифроаналоговых преобразователей с четвертого по шестой, а адресные входы — с выходами счетчика-делителя, выход старшего разряда которого подключен к опорному входу синхронного детектора, выход переноса— к вторым входам логических элементов И, а счетный вход — к выходу тактового генератора, при этом выход источника постоянного напряжения соединен с опорными входами первого, третьего и четвертого цифроаналоговых преобразователей, опорные входы пятого и шестого цифроаналоговых преобразователей связаны с выходами второго и третьего цифроаналоговых преобразователей, а выходы четвертого, пятого и шестого цифроаналоговых преобразователей подключены соответственно к потенциальному электроду рабочего датчика, точке соединения потенциальных электродов компенсационного датчика и первого конденсатора и к потенциальному электроду второго конденсатораа.