Устройство для измерения уровня жидкости в баке с осевой мешалкой
Изобретение относится к автоматическим средствам измерения и может быть использовано в системах контроля и управления технологическими процессами. Цель изобретения - упрощение совместимости чувствительного элемента с объектом контроля и расширение области применения по контролируемым средам. С выхода генератора 1 прямоугольных импульсов импульсы поступают на вход формирователя 2 треугольных импульсов, который преобразует прямоугольные импульсы в треугольные. Линейно изменяющийся сигнал через элемент 3 выборки-хранения поступает на вход высокочастотного перестраиваемого генератора 4. Сигнал с выхода генератора 4 смешивается в смесителе с высокочастотными колебаниями генератора 6 фиксированной частоты, усиливается, фильтруется и на элемент 10 возбуждения подается сигнал с частотой, равной разности частот генераторов 4 и 6. На элементе 13 съема колебаний формируется сигнал, напряжение которого изменяется в соответствии с АЧХ отрезка длинной линии, погруженного в контролируемую среду. После детектирования и усиления сигнала с выхода элемента 13 сигнал поступает на вход первого детектора, второго элемента выборки - хранения, на первый вход первого компаратора и на прямой вход разностного усилителя 21. В блоке цифровой индикации фиксируется резонансная частота отрезка длинной линии. 2 ил.
сг<><э< с««! тских
ГОЦИАЛИС<И Ре сттуьлик <с« G О1 F 23/28 ГОСУДАРСТВЕ><>!Ый КОМИ(1 < >10 ИЗОБРЕ ТЕ><ИЯМ И ОТКРЫ1И>!М Т1РИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 (21) 4728596/1О (22) 09.08.89 (46) 30.08.91. Бюл. N" 32 (71) Институт проблем управления (72) Б.В.Лункин, В.И.Мишенин, 3.А.Азмайпарашвили и И.М.Эфендиев (53) 681.128,064 (088.8) (56) Викторов В.А., Лункин Б,В., Совлуков А,С. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. М.: Энергоатомиэдат, 1989, с. 86-99. Викторов В.А. Резонансный метод измерения уровня. М.: Энергия, 1969, с. 1061 10. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ .УРОВНЯ ЖИДКОСТИ В БАКЕ С ОСЕВОЙ МЕШАЛКОЙ (57) Изобретение относится к автоматическим Средствам измерения и может быть использовано в системах контроля и управления технологическими процессами. Цель изобретения — упрощение совместимости чувствительного элемента с объектом контроля и расширение области применения по контролируемым средам. С выхода генера„., .>Ц ÄÄ 1673862 Al гора 1 прямоугольных импульсов импульсы пос<упают на вход формирователя 2 треуголb><ыx импульсов, ко<орый преобразует прямоугольные импульсы в треугольные. Линейно изменяющийся сигнал через элеме><т 3 выборки-хранения поступает на вход высокочастотного перестраиваемого генератора 4. Сигнал с выхода генератора 4 смешивается в смесителе с высокочастотными колебаниями генератора 6 фиксированной часTоTû, усилиBàåTñÿ, фильтруется и на элемент 10 возбуждения подается сигнал с частотой, равнои разности частот >енераторов 4 и 6. На элементе 13 сьема колебаний формируется сигнал, напряжение которого изменяется в соответствии с АЧХ отрезка длинной линии, погруженного в контролируемую среду, После детектирования и усиления сигнала с выхода элемента 13 сигнал пас гупает на вход первого детектора, второго элемента выборки-хранения, на первый вход первого компаратора и на прямой вход раэностного усилителя 21. В блоке цифровой индикации фиксируется резонансная частота отрезка длинной линии. 2 ил. 1673862 Изобретение относится к автоматическим средствам измерения и может быть использовано в системах контроля и управi1åíия технологическими процессами. Цель изобретения -- упрощение совместимости чувствительно о элемента с объектом контроля и расширение области применения по контролируемь.п средам, На фиг.1 показана блок-схема устройства для измерения уровня жидкости в емкостях с осевои мешалкой, на фиг.2 временная диаграмма его работы. Устройство содержит последовательно соединенные генератор прямоугольных импульсов 1, формирователь 2 треугольных импульсов, элемент 3 выборки-хранения, перестраиваемый генератор 4 высокой частот ы, смеситель 5, ко второму входу коТорого подключен высокочастотный генератор 6 фиксированной частоты, усилитель 7, полосовой фильтр 8, линия 9 связи, элемент 10 возбуждения, отрезок длинной линии образуемый осевой мешалкой 11 и стенкой емкости 12, элемент 13 съема сигнала, линии 14 связи, амплитудный детектор 15, усилитепь 16, пиковый детектор 17, компаратор 18, 0-триггер 19, элемент 20 выборки-хранения, разностный усилитель 21, пиковый детектор 22, компаратор 23, схему И-НЕ 24, D-триггер 25, блок цифровой индикации 26, при этом выходы генератора 1 прямоугольных импульсов, полосового фильтра 8 и Dтриггера 25 соединены с тремя входами блока 26 цифровой индикации, выход усилигеля 16 соединен со вторым входами компаратора 18, элемента выборки-хранения 20 и разностного усилителя 21, выход которого соединен со вторым входом компаратора 23, ко второму входу схемы И вЂ” НЕ 24 подключен выход компаратора 18, элемент 20 выборки-хранения, управляющий выход цифрового блока 26 индикации подключен ко входам сброса пиковых детекторов 17 и 22 и D-триггеров 19 и 25. Устройство работает следующим образом. С выхода генератора 1 прямоугольных импульсов импульсы (фиг.2а) поступают на вход формирователя 2 треугольных импульсов, который преобразует прямоугольные импульсы в симметричные треугольные импульсы (фиг. 2б), Линейно изменяющийся сигнал через элемент 3 выборки-хранения поступает на вход высокочастотного перестраиваемого генератора 4 (фиг, 2в). На выходе генератора 4 возникают электромагнитные колебания с частотой, являющейся функцией управляющего напряжения, которые смешиваются в смесигеле 5 с высокочастотными колебаниями 5 с т с. P ч 10 и н с м д 15 в р B л с 20 р г и в л 25 н л 30 и г к в и 35 н У х 40 к б и Y т 45 U и н ж 50 х г к х 55 0 с А б в генератора 6 фиксированной частоты, усиливаются в усилителе 7 фильтруются B полосовом фильтре 8 так, что по линии 9 связи на элемент 10 возбуждения подается сигнал частотой, равной разности частот генераоров 4 и 6. Такая схема включения при оответствующем выборе частот генератоов обеспечивает практически неограниенную перестройку по частоте сигнала, одаваемого на возбуждение чувствителього элемента. Чувствительным элементом лужит осевая мешалка 11, образующая с еталлической стенкой 12 бака отрезок линной линии. При перестройке частоты ысокочастотного перестраиваемого генеатора 4, на элементе 13 съема формируется ысокочастотный сигнал напряжения, ампитуда которого изменяется в соответствии резонансной амплитудно-частотной хаактеристикой отрезка длинной линии, поруженного в контролируемую среду. При риближении разностной частоты с собстенной частотой этого отрезка, которая явяется функцией уровня, увеличивается апря>кение на элементе 13 съема, в соотетствии с резонансной кривой. После детектирования на выходе ампитудного детектора 15 выделяется огибаюая — видеоимпульс, далее видеоимпульс оступает на усилитель 16, с выхода котороо он одновременно поступает на входы пиового детектора 17, элемента ыборки-хранения 20, на первый вход комаратора 18 и на прямой "+" вход разностого усилителя 21 (фиг. 2г). 0-триггер 19 аходится в нулевом состоянии, с его выхоа напряжение низкого уровня подается на правляющий вход элемента 20 выборкиранения, что обусловливает режим выбори и поступающее на его вход напряжение ез изменения пропускается через него и одается на инверсный вход разностного силителя 21, Разностный усилитель вычиает значения однополярных напряжений 2, U1, поступающих соответственно на его рямой и инверсный входы, таким образом а его выходе возникает разностное напряение AU = k(Uz — U>). где k — коэффициент силения разностного усилителя 21. Далее разностное напряжение ЛО с выода усилителя 21 подается на вход пиковоо детектора 22 и на первый вход омпаратора 23. Когда элемент 20 выборкиранения находится в режиме выборки U>z и разностное напряжение hU = О, то остояние компаратора 23 не меняется. Кога напряжение с выхода усилителя 16 прилизится к амплитудному значению идеоимпульса, вблизи экстремального значения (в окрестнос1и резонансной частоты отрезка длинной линии) диод пикового детектора 17 находится в полузакрытом со стоянии, благодаря чему напряжение нл первом входе компаратора 18 будет больше, чем на втором входе, и компаратор 18 изменит свое состояние. На его выходе формируется напряжение высокого уровня, которое подается на один из входов элемента И-НЕ 24 и на тактовый С вход D-триггера 19. Под действием переднего фронта сигнала, поступающего с выхода кол1паратора 18, меняется состояние 0-триггера 19 и триггер перебрасывается в единичное состояние. Высокий уровень с выхода 0-триггера 19 воздействует на управляющий вход элемента 20 выборки-хранения, переводит его н режим хранения и элемент 20 выборки-хранения запоминает мгновенное значение напряжЕния Ul, поступающего с выхода усилителя 16. На вход пикового детектора 22 поступает напряжение Л0 в промежутке времени, когда и напряжение с выхода усилителя 16 находится вблизи экстремального значения, т.е, когда U2 > UI. При прохождении экстремального значения напряжения Л0 компаратор 23 меняет свое состояние и на его выходе формируе1ся сигнал высокого уровня, который подается на один из входов элемента И вЂ” НЕ 24. С этого момента на элементе И вЂ” НЕ 24 происходит совпадение сигналов высокого уровня, т.е. совпадение логических единиц, и на выходе элемента 24 формируется низкий уровень (лог. О), íî Dтриггер 25 находится в нулевом состоянии и состояние его не изменяется до того момента, пока с выхода элемента И-НЕ 24 не придет передний фронт сигнала. Это произойдет тогда. когда экстремальное значение напряжения. зафиксированное пиковым детектором 22 станет больше, чем напряжение, снимаемое с выхода разностного усилителя 21. Когда это произойдет, компаратор 23 возвращается в исходное состояние и низкий уровень с его выхода вызывает формирование высокого уровня (лог. 1) на выходе элемента И-НЕ 24. вследствие чего на выходе D-триггера 25 появляется уровень лог. 1, который воздействует на управляющий вход элемента 3 выборки-хранения и переводит его из режима выборки в режим хранения. С этого момента запоминается мгновенное значение напряжения, поступающего от формирователя треугольных импульсов 2. На выходе элемента 3 выборки-хранения фиксируется это напряжение, которое вызывает фиксацию частоты высокочастотного перестраиваемо5 lo 1енера1орл 4, л ýIIa IIII. и члсIOTу сигнллл с выхода IOIIocoaof о ф(1л ь1 рл Ь, рл 11н yю разностной члс1оге. Перндвио фронт импульсл с 0-триггера 25 формируег в Ii,èôpoном блоке 26 индикации время изл1ерен11я разностной частоты fl, н котором записывается код М1 — fl/2. По окончании времени измерения на выходе цифрового блока 26 индиклции формируется I. IIIy!Il c, который сбрасывает пиковые детекторы 17 и 22, а также D-триггеры 19 и 25. На выходе триггеров низкие уровни ноздеис1ну1о1 нл элементы 20 и 3 выборки-хранения и пе1зенодчт их н режим выборки. Этим пернля половина цикла заканчивается и IIa««!1ae!cv вторая полîBIIна цикла измерения Во второй половине циклл изменяется «acro>a f2 на том уровне резонлнсного импульса, ITQ и fl, рлзница заключается в том. что напряжение нл выхода формирователя треугольных импульсов 2 линейно изменяется в обратную сторону (линеино уменьшается). После завершения измерения частоты f2 в блоке 26 цифровой индикации к предыдущему значению добавляется еще N2 - f2/2, н результате н сче1чике блока 26 будет заФиксирован код М = N I + N2 = 1+12 — — —, соответствующий резонансной 2 частоте отрезка длинной линии. Таким образом, в предлагаемом устройстве определение экстремального значения напряжения амплитудно-частотной характеристики и измерение ее резонлнсной частоты происходит по следующему принципу: пиковый детектор 17 "грубо определяет эксTðåë1aëьное значение, "грубо" определенное напряжение фиксируетгя вторым элементом 20 выборки-хранения, разность между зафиксированным и экстремальным значением напряжения определяется и усиливается с помощью разностного усилителя в k раз. Пиковым детектором 22 фиксируется точное экстремальное значение. В точках. определенных пиковым детектором 23. на однол1 и том же уровне АЧХ отрезка длинной линии измеряются частоты fl и f2, в счетчике фиксируется полусумма этих частот, определяющая резонансную частотуотрезка длинной линии. Формула изобретения Устройство для измерения уровня жидкости в баке с осевой мешалкой, содержащее чувствительный элемент н виде отрезка длинной линии, элементы возбуждения и съема электромагнитных колебэний, последовательно соединенные генератор прямоугольных импульсов и формирователь треугольных импульсов, нысолочлгтотный 1673862 цll цю g f3 е и к ц15 yN Составитель В.Васильков Техред М.Моргентал t. ьа1 Корректор С,Черни Редактор А,Долинин Заказ 2910 Тираж 405 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 перестраиваемый генератор электромагнитных колебаний, амплитудный детектор, вход которого соединен с элементом сьема электромагнитных колебаний, и блок цифровой индикации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения совместимости чувствительного элемента с объектом контроля и расширения области применения по контролируемым средам, чувствительным элементом служит осевая мешалка, образующая с металлической стенкой бака отрезок длинной линии, в устройство дополнительно введены первый и второй элементы выборки-хранения, последовательно соединенные смеситель, первый усилитель и фильтр, высокочастотный генератор фиксированной частоты, второй усилитель, разностный усилитель, первый и второй пиковые детекторы, первый и второй компараторы; первый и второй О-триггеры, элемент ИН Е, при этом первый вход первого элемента выборки-хранения соединен с выходом формирователя треугольных импульсов, второй вход — с выходом второго D-триггера, а выход — с высокочастотным перестраиваемым генератором, выход которого соединен с первым входом смесителя, второй вход которого подключен к выходу высокочастотного генератора фиксированной ю т частоты, выход фильтра соединен с элементом возбуждения и первым входом блока цифровой информации, второй вход которого подключен к выходу генератора прямо5 угольных импульсов, третий вход — к выходу второго D-триггера, а выход — к первым входам первого и второго пиковых детекторов, . nepsoro и второго О-триггеров, выход амплитудного детектора подключен к входу вто10 рого усилителя, выход которого соединен с вторым входом первого пикового детектора, первым входом первого компаратора, первым входом второго элемента выборки-хранения, и первым входом разностного 15 усилителя, второй вход которого подсоединен к выходу второго элемента выборкихранения, а выход — к второму входу второго пикового детектора и первому входу второго компаратора, второй вход которого под20 ключен к выходу второго пикового детектора, а выход — к первому входу элемента И-НЕ, выход которого подключен к второму входу второго О-триггера,. выход первого пикового детектора соединен с вторым входом первого 25 компаратора, выход которого подключен к второму входу элемента И вЂ” НЕ и второму входу первого О-триггера, выход которого соединен с вторым входом второго элемента выборки-хранения.
