Уровнемер

 

УРОВНЕМЕР по авт.св. № 900120, отличающийся тем, что, с целью повышения точноел ШШ Jr HIZJти измерения в области низких уровней , в. него введены посшедовательно соединенные схема формирования фиктивной частоты и дополнительный коммутатор, включенные между входом схема формирования частот и входами двух основных коммутаторов, и схема вьщеленоя уровня корректирующего контура, подключенная одним входом к входу схемы признака переполнения , другим входом - к схеме выработки управлягащих сигналов, а выходом - к дополнительному коммутатору , соединенному также с выходом датчика. CJ гул Ч ОУЛГ/Г Уроде it ceiu(iHi

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН,.SU„,1008621 . А

3цр и 01 F 23/28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPb)TMA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ/ :, ::", /

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

900120 (21) 3317698/18-10 (22) 15.07.81 (46) 30.03.83. Бюл. Р 12 (72) Н.И.Иопа, Ю.П.Касицин, В.Н.Локтюхнн, A.Ã. Мясников, П.Н.Попов и A. .Терехин (53 ) 681. 128. 082. 3 (088. 8)

56 Авторское свидетельство по заявке Р 2926374/18-10, кл. Q 01 F 23/28, 22 ° 04-.80 (прототип). (54)(57) УРОВНЕМЕР по авт.св.

Р 900120, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения в области низких уровней, в него введены последовательно соединенные схема формирования фиктивной частоты и дополнительный коммутатор, включенные между входом схемы формирования частот и входами двух основных коммутаторов, и схема выделениях уровня корректирующего контура, подключенная одним входом к входу схемы признака переполнения, другим входом — к схеме выработки управляющих сигналов, а выходом — к дополнительному коммутатору, соединенному также с выходом датчика.

1008621

f 01-Е

2= 2 =«(Н),, -Х а1

Е„= Y(Н,E) — текущ

25 где ее значение частоты рабочей секции датчика;

f2 Ч (Н,Е) — текущее значение частоты корректи- 30 рующей секции датчика; о„= оа — начальные значения частот f и f2 °

Значение частоты f всегда соответствует частоте полйостью заполненной секции датчика, что обусловлено компенсационными свойствами алгоI ритма. 40

При опросе первой секции датчика в уровнемере частота f поступает с первой секции, а f2 — с корректирующего контура датчика (фиг. 1) . Если уРовень контРолиРуемой сРеды в пер- 45 вой секции окажется ниже h „ (фиг.1), то корректирующий контур окажется заполненным частично и частота его в этом случае Е „„ е „будет отличаться от частотй 0 „ полностью заполненного корректирующего контуРа на величинУ Ь f z = 2ккреол, f2yr. что приведет к ошибке Н измерения уровня в первой секции датчика. Величина ошибки при измерении уровня в пределах длины корректирующего кон-55 тура может достигать 10-203.

Цель изобретения — повышения точности измерения в области низких уровней.

Поставленная цель достигается 60 тем, что в уровнемер введены последовательно соединенные схема формирования фиктивной частоты и дополнительный коммутатор, включенные между входом схемы формирования час35

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в криогенной, нефтехимической и других отраслях промышленности для измерения уровня диэлектрических сред. 5

По основному авт. св. Р 900120 известен уровнемер, содержащий датчик, схему выработки управляющих сигналов, две схемы коммутации, схему формирования частот, две логи- 10 ческие схемы, блок памяти коэффициентов, два ревврсивных счетчика, схему фиксации переполнения, регистр уровня, счетчик и регистр секций f1 ).

Недостатком известного уровнемера является большая погрешность при измерении низких уровней среды. В процессе измерения уровня с многосекционного датчика вычислительный преобразователь реализует компенсационный алгоритм тот и входами двух основных коммутаторов, и схема выделения уровня корректирующего контура, подключенная одним входом к входу схемы признака переполнения, другим входом к схеме выработки управляющих сигналов, а выходом — к дополнительному коммутатору, соединенному также с выходом датчика.

На фиг. 1 приведена структурная схема уровнемера; на фиг. 2 — один из вариантов выполнения схемы выработки управляющих сигналов.

Уровнемер содержит датчик 1, блок 2 памяти частот fg и 202, схему 3 формирования фиктивной частоты f2ф, схему 4 выработки управляющих сигналов, коммутирующие схемы 5 — 7, логические схемы И 8 и 9, блок 10 памяти коэффициентов, реверсивные счетчики 11 и 12, триггер 13, регистр 14 уровня, схему 15 выделения уровня корректирующего контура, схему 16 признака переполнения, счетчик 17 и регистр 18 числа секций.

Измерительный f канал многосекционного датчика 1 подключен к схемам 5 и б коммутации, а компенсационный канал f2 — к входу схемы 7 коммутации. Выходы схемы 6 коммутации подключены к счетным входам реверсивного счетчика 12, а схемы 5 коммутации — к входам логических схем 8 и 9, соответственно связанных своими выходами с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика 11. К входам схем 5 и 6 подключены входы foam йо2схемы 2 формирования частот и шйна Я„ схемы 4 выработки управляющих сигналов, а к другим входам схемы 7 ком,мутации — выход Е2Ф схемы 3 фор мирования фиктивной частоты и выходная шина схемы 15 выделения уровня корректирующего контура. Выходы

Цо, Q> и G< схемы 4 подключены к блоку 10 памяти, выходы N<. кото I рого соединены с кодовыми входами реверсивного счетчика 11, связанного своими выходами с соответствующими кодовыми входами второго реверсивного счетчика (РС ) 12, регистра

14 уровня.; схемы 15 выделения уровня корректирующего контура и схемы 16 переполнения. РС 12 подключен к триггеру 13, единичный выход которого соединен с входом схемы б коммутации и входами логических схем

8 и 9. Один выход схемы 16 переполнения подключен к счетчику 17, связанному с регистром 18 секций, а второй — к входам установки кода регистров 14 и 18.

Выходы Ч,„- Я, схемы 4 подключены соответственно к реверсивному счетчику 11 и триггеру 13, ренер1008621 сивному счетчику 12, счетчику 17, схеме 16 переполнения и схеме 15 выделения уровня корректирукицего уровня. Выходы q,< и с схемы 4 подключены к датчику 1 уровня для обеспечения его синхронной работы с вторичным преобразователем. Выходной результат уровнемера снимается с регистра 18 секций, в котором хранится число полностью заполненных секций и регистра 14 для хранения кода уровня внутри текущей секции. В основе действия уровнемера лежит циклический опрос во . времени секций датчика, начиная с первой, с формированием в течение времени .опроса каждой секции кода уровня ИН = Н-„ в ней и формированием сигнала V; = 1, если уровень в 1 -й секЦии iH; = Н„о„н „или сиггде Нп „„,. — уровень полйостью заполненйой 4 -й секции.

В предлагаемом устройстве введен двойной опрос первой секции датчика. При первом иэ них в качестве частоты й2 корректирующей секции датчика используется частота Й2,1„.

На основании полученного значения уровня делается вывод, заполнен корректирующий контур полностью или частично. Если уровень оказывается менее h к„ вЂ” уровня: полностью за.полненного корректирующего контура, то коорректирующий контур заполнен частично, и, следовательно, его частота f2 не может быть использована для измерения уровня первой секции датчика, поэтому во время второго опроса необходимо использовать частоту f 4, °

Если же при первом опросе получаем значение уровня в первой секции больше Ькк, то при втором опросе первой секции датчика в качестве частоты f< используется f . Заме2кк тим при этом, что результат первого опроса нигде не индицируется и используется вычислительным преобразователем только для коммутации частот f> для первой секции.

Если уровень при опросе первой секции ), Н„о и„, то происходит переключение вторичного преобразователя на опрос второй секции датчика.

В этом случае частоты коммутируются по следующЕму закону: f< снимается со второй секции, f — c первой секции. Далее при опросе следукицих секций частота f. снимается с 3 -й секции, f2 — с (1 — 1)-й секции.

В течение всего цикла опроса датчика определяется число полностью заполненных секций N, и уровень

NH, внутри текущей секции. Значение уровня NH. в каждой секции формируется последовательно на выходе реверсивного счетчика 12.

При вычислении кода уровня N реализуется зависимость

Н °

2

2= . (

f аа-Еа а2 с одновременной ее линеаризацией, осуществляемой путем аппроксимации функции 0 полиномом второй степени

Р2(2) (од 2+»и„) 2+»ио (3) Рассмотрим работу устройства в течение одного цикла опроса многосекционного датчика Т

Т =ЙТ (4) где Т вЂ” время опроса одной секции;

К вЂ” число секций.

Для синхронной работы устройства в начале цикла Т.» производится обнуление счетчика 17 и счетчика секции в многосекционном датчике 1 посредством сигналов q3 и q и к входу вторичного преобразователя подклю6 чаются частоты f и f>, соответствующие первой секцйи.

В течение времени Т осуществля30 ется формирование соответствующего кода уровня Np< = Н эа шесть так1 .тов Т„. За это время реализуется совместно зависимость (1 ) и полином (3 ). Управление последовательностью вычислений по тактам производится

35 схемой 4, имеющей классическую структуру устройства управления синхронного типа.

Один из вариантов построения схемы выработки управляющих сигналов

40 приведен на фиг. 2.

Устройство включает генератор 19 тактовой частоты, счетчик 20 импульсов тактовой частоты F с коэффит циентом пересчета, равным шести, дешифратор .21 сигналов 91, необходимый для выборки кодов коэффициентов аппроксимирующего полинома иэ блока

10 (фиг. 1) памяти коэффициентов и управления коммутацией частот в схемах 5 и 6, вычитающий счетчик 22 .числа установленных секций и дешифратор 23 управляющих сигналов q, . !

Тактовая частота F с выхода

55 генератора 19 тактовой частоты поступает на вход счетчика 20, кодовый выход которого соединен с входом дешифратора 21. В дешифраторе 21 формируется последовательность сигналов

8;, поступающая в схему высокочас60 тотного уровнемера, а также на входы вычитающего счетчика числа установленных секций 22 и дешифратора 23.

Вычитающий счетчик 22 по окончании цикла опроса многосекционного

65 датчика Т (4 ) загружается кодом чис1008621

2 (5)

1 1 О.

45

55

65 ла секций датчика и высокочастотный уровнемер переходит к следующему циклу опроса другого секционного датчика.

С выхода вычитающего счетчика 22 снимаются сигналы, несущие информацию о номере опрашиваемой секции. На ос- 5 нове этих данных, а также сигналов

Ц с выхода дешифратора 23 снимается последовательность управляющих сигналов <ъ„..

М!

Выбор кодов N,, пропорциональных 10 коэффициентам апйроксимирующего полинома (3), осуществляется сигналами Ц, Q3, 06. Запись кодов в реверсивнйе счетчики 11 и 12 производится B моменты поступления +1 H я 2 co ) 5 ответственно. В моменты "эайиси кодов в счетчики подача импульсных последовательностей на их счетные входы запрещается.

Во время первого такта из блока

10 памяти (фиг. 1) через реверсивный счетчик 11 и PC 12 записывается код И, а триггер 13 с приходом импульса с „ устанавливается в единичное состояние.

В течение первого такта код N 2 списывается иэ РС 12 импульсами частот f02 и f „, поступающими на его вычитающий и суммирующий входы через схему 6 коммутации с блока 2 памяти частот и первичного датчика 1 до момента обнуления PC 12. Здесь

f > f2. На выходе триггера 13 формйруется временной интервал 1, длительностью который заполняется импульсами час,тот f u f, йоступающим через схему 5 коммутации с выхода блока 2 памяти частот и первичного датчика на входы логических схем 8 и 9. При этом на их выходах формируются число-импульсные коды п1 =У,„ с и и =Х1%i1, которые поступают на суммйрующий и вычитающий входы PC 11 соответственно. В PC 11 образуется сумма

1РС1 1+ 1- (01 1) 1

С учетом (,5) — У

01 1. . (Ч)

1РС1 Е02 — 2 2

В начале второго такта код N1pc1 пе реписывается из РС 11 в РС.12, из которого он списывается импульсами частоты Й 1 до обнуления РС 12. На выходе трйггера 13 формируется интервал = 1p01) 1, тор заполняется на схеме 5 импульсами частоты

Йа выходе схемы 5 формируется число импульсов п2+=Е2 2, которое записывается в РС 11, образуя в нем код

Е2 ")2РС1= 2 "2= 1РС1 (8)

В начале третьего такта NZpc1 пеРеписывается в РС 12, а в PC 11 устанавливается код N =- a и анало1 j гично предыдущему такту в РС 11 формируется код

ЗРС1 .2 3 f 2РС1 С 1

В четвертом, пятом и шестом тактах, аналогично первым трем тактам, в

РС 11 формируются коды соответственно

-У

3 ),) = 01 1, Я; (10) +Рс1 .e -f эРС1

02 2

5РС1 +РС1

2 ()6РС1 f 5РС1

С учетом последовательных подстановок (7) в (8),(8 ) в (9), (9) в (10 Р, (10),в Ц.1) и (11) в (12) выражение (12) принимает вид

Р01=) ) = Й ° +К х

01 1 2 бр 1 Н, МЯЮ02-Р2 У2 411

01 Е1 Е2 х —" — 2+ Й (131

102- 2 У2 Мо

Результирующий код уровня Нн =(а22+а ) х +а0,образуемый в PC 11 в конце шестого такта, соответствует значению уровня в опрашиваемой секции.

Опрос первой секции производится дважды эа один цикл опроса датчика.

Во время первого опроса на выходе схемы 15 формируется сигнал Q(%ÄÄ), на основании которого осуществляется коммутация частоты f2 для первой секции на вход вычислительного преобразователя.

В конце второго опроса первой секции сформированный код уровня поступает на схему. 16 признака пере-.

Нв лН1 момент прихода синхроимйульса а,,1 вырабатывается сигнал Ч1 = 1 (при этом

О. „ = О), который увеличивает состоянйе счетчика 17 заполненных секций на единицу.

Если 0 < ИН <ННп н, то схема 16, признака перейолнейия вырабатывает сигнал загрузки < зс, Р = 1 и в регистры 18 и 14 будут загружены сос- . тояния счетчика 17 заполненных секций и код уровня текущей секции N, 1008621

Составитель Т. Иноземцева

Редактор Н1 Стащишина Техред C.Мигунова Корректор В. Бутяга

Заказ 2327/53 Тираж б41 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 (13) соответственно. Цикл опроса второй секции аналогичен предыдущему и т.д.

Если; например, число заполненных секций равно четырем, то в счетчике 17 заполненных секций запишется число 4, а при опросе пятой секции сформируется код уровня Ин и в регистр 14 уровня и регистр 18 секций перепишется результат N H из РС 11 и счетчика 17 число заполненных секций Б е и уровень внутри, текущей секции NH, т.е.

Н СЕКА, Н

S f5

При дальнейшем опросе уже пустых секций сигналы с 3д = О, Ч; = 0 и состояния регистров 14 и 18 изменяются только в следующем цикле опроса датчика.

Процесс образования результата в каждом цикле аналогичен рассмотренному выше. Сформированный результат N == H может быть передан в устройство индикации.

Разработанный высокочастотный уровнемер обладает более высокой точностью измерения низкий уровней.

Так у прототипа погрешность,измерения уровней, близких к нулю, для конкретного датчика с учетом погрешности алгоритма компенсации составляет около 108. Предлагаемый высокочастотный уровнемер имеет погрешность измерения уровней (при аналогичных условиях ), близких к нулю, равную 28.