Емкостный компенсационный уровнемер

 

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для измерения уровня различных жидкостей. Цель изобретения - повышение надежности работы устройства , На неинвертирующие входы операционных усилителей преобразователей 2 и 3 емкости в напряжение от генератора 6 через регуляторы 7 и 8 масштаба и делители 9 и 10 напряжения поступает напряжение, а на инвертирующие входы сигнал поступает с чувствительного элемента, тогда на выходе преобразователей 2 и 3 появится напряжение , амплитуда которого определяется линейной функцией измеряемой емкости. В схемах вычитания сигналы с преобразователей емкости в напряжение и генератора импульсов вычитаются и поступают в преобразователи напряжение-частота где они преобразуется в частотные сигналы которые поступают на входы арифметического делителя частот и далее на индикатор. 2 ил mL (Л

СОКЗЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я) 6 01 F 23/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

flPN ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4738477/10 (22) 14,08.89 (46) 30,11,91. Бюл, ЬЬ 44 (71) Научно-производственное объединение

"Роса втоматстром" (72) С,И,Алексеев (53) 681.128.63(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N- 798491, кл, G 01 F 23/26, 1976.

Авторское свидетельство СССР

М 1108334, кл. G 01 F 23/26, 1983. (54) Е СТН и йГ1ЕНСАЦ 4 НН и

УРОВНЕМЕР (57) Изобретение относится к приборостроению и предназначено для измерения уровня различных жидкостей. Цель изобретения — повышение надежности работы устройст„„SU „„1695139 Al ва, На неинвертирующие входы операционных усилителей преобразователей 2 и 3 емкости в напряжение от генератора 6 через регуляторы 7 и 8 масштаба и делители 9 и 10 напряжения поступает напряжение, а на инвертирующие входы сигнал поступает с чувствительного элемента, тогда на выходе преобразователей 2 и 3 появится напряжение, амплитуда которого определяется линейной функцией измеряемой емкости, В схемах вычитания сигналы с преобразователей емкости в напряжение и генератора импульсов вычитаются и поступают в преобразователи напряжение — частота. где они преобразу.отся в частотные сигналы. которые поступают на входы арифметического делителя частот и далее на индикатор. 2 ил, Изобретение относится к приборостроению и предназнаЧено для измерения уровня различных жидкостей.

Цель изобретения — повышение надежности устройства путем упрощения его измерительной схемы.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства; на фиг.2 — временная диаграмма работы емкостного компенсационного уровнемера.

Уровнемер (фиг,1) содержит измерительный датчик 1а, соответствующий по длине диапазону измерения, и компенсационный датчик 1б, находящийся в погруженном состоянии в исследуемой среде ниже диапазона измерения, два преобразователя 2 и 3 емкости в напряжение с опорными конденсаторами 4 и 5, генератор 6 импульсов, два регулятора 7 и 8 масштаба, два потенциометрических делителя 9 и 10 напряжения, две схемы 11 и 12 вычитания, два преобразователя 13 и 14 напряжение-частота, делитель 15 частот и индикатор. 16.

Измерительный 1а и компенсационный

1б датчики подключены к инверсным входам соответствующих преобразователей 2 и

3 емкости в напряжение, к неинверсным входам которых подсоединены через регуляторы 7 и 8 масштаба и потенциометрические делители 9 и 10 напряжения, выход генератора 6 импульсов, а выходы преобразователей 2 и 3 подключены к одним из входов схем 11 и 12 вычитания, к другим входам которых через регуляторы масштаба

7 и 8 присоединен выход генератора 6 импульсов, а выходы схем 11 и 12 вычитания подключены к входам преобразователей напряжение-частота 13 и 14, присоединенных выходами к двум входам делителя 15 частот, к третьему входу которого подключен выход генератора 6 импульсов, а выходы присоединены к входам индикатора 16.

Измерительный 1а и компенсационный

1б датчики подключены к инвертирующим входам соответствующих преобразователей емкости в напряжение 2 и 3, выполненных на операционных усилителях в виде делителя напряжения, вторыми плечами которых являются соответствующие им опорные конденсаторы Со» (4) и С» (5). Делитель образует цепь отрицательной обратной связи операционных усилителей. Благодаря этому при подаче импульсов от генератора

6 через соответсвтующие регуляторы масштаба 7 и 8 и потенциометрические делители

9 и 10 напряжения на неинвертирующий вход операционного усилителя амплитуда выходного напряжения последней оказывается линейной функцией преобразуемой емкости.

Емкость измерительного датчика Сх определяется выражением

Сх =С х(1+(e-1) — ), !

L где Си- начальная емкость измерительного датчика чувствительного элемента на рабочей длине;

10 1- текущий уровень; — диэлектрическая проницаемость среды, Емкость компенсационного датчика С» определяется выражением

С»= ЕС1». где С1» — начальная емкость компенсационного датчика.

20 Устройство работает следующим образом, На неинвертирующие входы операционных усилителей преобразователей 2 и 3 емкости в напряжение от генератора 6 че25 рез регулятор 7,8 масштаба и потенциометрические делители 9 и 10 напряжения, например, с коэффициентом деления равным 2 поступают напряжения Ug и U10, on ределяемые выражением

09 =2»7 Ос, 1

010 =2 »8 06, 1

35 где k7, ke — коэффициенты передачи регуляторов 7 и 8 масштаба соответственно;

U6 — напряжение импульсов генератора

40 6, Тогда на выходе преобразвоателей 2 и

3 появятся напряжения Uz и 0з, амплитуда которых определяется линейной функцией измеряемой емкости:

Сх к7

02 = kx 09 = (» — + 1 ) -р- 06 ох

0Э = k» О 10 = (— + 1 ) - U6

С ke

Со» где Uz, Оз — выходное напряжение соответственно измерительного и компенсационного преобразователя емкость-напряже55 ние;

И», k» — коэффициенты передачи соответственно измерительного и компенсационного преобразователя емкость-напряжение.

1695139

D-триггера 01,2 по тракту вход С2 — выход

Q2, больше чем время выдержки Il0 02 входу следует, что 0-триггер 01.2 будет переключаться каждый раэ по фронту импульсов f14, 5 инвертируя свое собственное состояние, Следовательно, триггер D1.2 формирует на выходах 02 и Q2 прямоугольные симметричные импульсы вдвое меньшей частоты импульсов f14, поступающих на вход С2, 1О Триггер 01.1, имеющий инвертирую-щую связь на вход 01 с выхода Q триггера

01.2, повторяет логическое состояние выхода триггера 01,2 с задержкой на длительность прямоугольных симметри IHblx

15 импульсов Т14 с частотой следования f14, U3 = — (Е + 1 ) U6. аз

Т14 =у—

20 Тогда через каждый один импульс входного частотного сигнала 14, когда на выходах Q1 триггера D1.1 и 02 триггера 01.2 присутствует уровень лог. "1" с длительностью Т14, логический элемент 02,1 при на25 личии положительного импульса синхронизации f6 генератора 6, входные импульсы частотного сигнала f13 инвертирует в последовательность импульсов со сложным алгоритмом, представляющим собой не не30 прерывную последовательность, а последовательность "пачек" импульсов с частотой

f13, следующих с длительностью Т14 и.с перИОдОМ 2T14 TORbKO В TeeleHItII4 BblCOKOI O ROгического уровня сигнала синхронизации f6

35 с периодичностью Т6» 2Т14.

1-)11 = к» (2 "7 О6) — =1 — (я — 1) г0в

k7 к» 1

f13 = k13 U» =

k7 к» к13 (2 L

Т6 =—

f14 = k14 012 =

4О где f13, f14 — выходные частоты преобразователей напряжение-частота соответсвтен- 45 но 13и 14; к13, k14 соответствующие коэффициенTbl пропоруЦиональности преобразователей 13 и 14 напряжение-частота.

Частотные сигналы 11з и f14, а также.5О синхронизирующие импульсы f6 от генератора 6 поступают на входы делителя частот

15 (фиг.2).

В арифметическом делителе 15 частот логический элемент И-НЕ 02.1 вместе с 55 двумя триггерами 01.1 и 01.2 и инвертором

02.3 образуют селектор импульсов.

Триггер 01.2 имеет инвертирующую обратную связь с выхода 02 на вход 02, поэтому при условии, что время задержки

Т13 =—

Т14 f13 п15 = к15 — = k15—

Т13 114 (т13 > 14 ), Если обеспечить равенство емкости

ЭтаЛОННОГО КОНДЕНСатОРа Со:, С(1к И НаЧаЛЬной емкости соответственно измерительноrO и компенсационного датчика С1х и С11(, получим:

02 = - (2 + (6 — 1 ) 1- ) 06

Подавая на одни входы схем 11 и 12 вычитания, имеющих коэффициенты передачи соответственно k» и k12,соответствующие входные напряжения 02 и 03, а на другие входы — напряжение U6 через соответсвтующие регуляторы 7 и 8 масштаба, получим

012 = к12 (1-)3 к8 6 ) = — — т — (я — 1) Ue

На выходах преобразователей 13 и 14 напряжение-частота можно получить (Л4) где Т6- период импульсов синхронизации с

ЧаСтОтОй f6, Следовательно, данное устройство измеряет сколько периодов Т13 укладывается в период Т14 в течении высокого логического уровня периода Т6 импульса синхронизации где 015 — число, показывающее сколько импульсов частотного сигнала f13 укладывается в интервал времени Т14:

1695139

Т1з — период импульсов частотного сигНала 11З:

Т14 — период импульсов частотного сигнала f14, В рассматриваемом случае, для измере- 5 ния уровня исследуемой среды необходимо подсчитать число импульсов частотного сигнала 11з, следующих "пачками" с длительностью Т14 и с периодом 2Т14 в течении высокого логического уровня периода им- 10 пульса синхронизации с периодичностью Т6 в интервале эталонного времени считывания импульсов Т15. Количество импульсов, поступающих на индикатор 16 за один период Т6 импульса синхронизации, выража- 15 ется как п16 = k16 п15 t6

f p8 f116 — 4f4clfo импульсов частотного Gf4f H8- 20 ла 11з, поступающих за один период Т6, на индикатор 16;

k16 — коэффициент передачи индикатора

16;

t6 — длительность высокого логического 25 уровня периода Т6, в течение которого частотный сигнал 11з "пачками" поступает на индикатор 16.

Тогда общее числоммпульсов за эталонный интервал времени Т15 поступающих на ЗО индикатор 16

Й16= п16 Ц15= к16 П15 q16 т6, где й16 — число, считываемое с индикатора 35

16;

q15 — число, показывающее сколько периодов Т6 синхроимпульса укладывается в интервал времени Т15.

Количество синхроимпульсов q15 с пе-,40 риодом Т6 в интервале времени считывания импульсов Т15 определяется как

Т15

Ц15 =—

Т6

Таким образом, учитывая выражения для п15 и q15, имеем следующее показание индикатора 16 50

"7 k11 к13 к15 к16, Т15

k8 k12 . k-14 Т6 6

Если принять, что — 7 k11 13 15 16 15 „ Б %

N16 = Co —

Из предпоследнего выражения видно, что правая часть его является величиной, не зависящей от свойств исследуемой среды, значение Со постоянно и определяется только техническими параметрами блоков, составляющих емкостный компенсационный уровнемер.

Следовательно, согласно последнему выражению, выходной сигнал заявляемого уровнемера не зависит от свойств исследуемой среды и полностью определяется линейной зависимостью от величины уровня, Формула изобретения

Емкостный компенсационный уровнемер, содержащий измерительный и компенсационный датчики, генератор, два преобразователя емкости в напряжение, каждый из которых включает в себя операционный усилитель и конденсатор, две схемы вычитания, два регулятора масштаба и индикатор,отл ича ю щи йся тем,что, с целью повышения надежности, в него введены два делителя напряжения, два преобразователя напряжения в частоту и делитель частот, при этом выход генератора через регуляторы масштаба подсоединяются к первым входам схем вычитания и входам делителей напряжения, выходы которых подключены к неинверсным входам операционных усилителей преобразователей емкости в напряжение, выходы последних подсоединены к вторым входам схем вычитания, выходы которых через преобразователи напряжения в частоту подключены к двум входам делителя частот, третий вход которого подсоединен к выходу генератора, а выход — к входу индикатора.

1695139

Составитель Л.Васильков

Редактор А.Долинич Техред М.Моргентал Корректор М.Максимишинец

Заказ 4155 Тираж 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