Емкостной уровнемер

 

ЕМКОСТНОЙ УРОВНЕМЕР, содержащий многосекционньп1 рабочий емкостиной датчик, секции которого подключены общим потенциальным электродом к генератору переменного напряжения, а токовыми электродами через преобразователи тока в напряжение - к входам коммутатора, аналого-цифровой преобразователь (А1Ш), опорный вход которого через преобразователь тока в напряжение подключен к токовому электроду компенсационного емкостного датчика, потенциальный электрод которого подключен к генератору, счетчик секций, подключенньпЧ выходами к управляющему входу коммутатора и через умножитель - к первому входу цифрового сумматора, второй вход которого соединен с выходом АЦП, а выход соединен с цифровым индикатором , -отличающийся тем, что, с целью повьщ1ения быстродействия , в него дополнительно введены второй коммутатор, входы которого подключены со смещением на единицу к входам первого коммутатора, аналоговый сумматор, два входа которого соединены с выходами коммутаторов, а выход - с входом А1Щ, тактовый геш нератор, запоминающее устройство, цифровой компаратор и логические схемы И, ИЛИ-НЕ, выходы которых соединены с суммирующим и вычитающим входами счетчика секций соответственно, а входы - с выходом тактового генератора и цифрового компаратора, подключенного входами к выходу АЦП и запоминающего устройства, вход управ00 ления которого связан с выходом так00 Од тового генератора, при этом управляющие входы обоих коммутаторов сое динены между собой.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(5g G О1 Р 23/26

OllHCAHHE ИЗОБРЕТЕНия

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУД Т ЕНН Й HOM T CCCe

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3605280/24-10 (22) 16.06.83 (46) 15. 10.84. Бюл. Р 38 (72) Ф. Б. Гриневич, А. И. Новик, З.Я.Монастырский, M.Ñ.Eâäoêèìoâ и В.В.Хмелько (71) Институт электродинамики AH УССР (53) 681. 1?8. 63 (088. 8) (56) 1. Карандеев К.Б., Гриневич Ф.Б.

Новик A.È. Емкостные самокомпенсированные уровнемеры. М.-Л. "Энергия",.

1966, с. 136.

2. Donglas F.. Stuart. Level

measurement system for cryogenic

fluid. Adv. in instrumentation, 1975, v. 3, р. 3, рр. 727/1-727/5 (прототип) . (54) (57) ЕМКОСТНОЙ УРОВНЕМЕР, содержащий многосекционный рабочий емкосъ . ной датчик, секции которого подключены общим потенциальным электродом к генератору переменного напряжения, а токовыми электродами через преобразователи тока в напряжение — к входам коммутатора, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), опорный вход которого через преобразователь тока в напряжение подключен к токовому электроду компенсационного емкостно„„SU„„1118867 А го датчика, потенциальный электрод которого подключен к генератору, счетчик секций, подключенный выходами к управляющему входу коммутатора и через умножитель — к первому входу цифрового сумматора, второй вход которого соединен с выходом АЦП, а выход соединен с цифровым индикатором, отличающийся тем, что, с целью повыщения быстродействия, в него дополнительно введены второй коммутатор, входы которого подключены со смещением на единицу к входам первого коммутатора, аналоговый сумматор, два входа которого соединены с выходами коммутаторов, а выход — с входом АЦП, тактовый генератор, запоминающее устройство, цифровой компаратор и логические схе" мы И, ИЛИ-НЕ, выходы которых соединены с суммирующим и вычитающим входами счетчика секций соответственно, а входы — с выходом тактового генератора и цифрового компаратора, подключенного входами к выходу АЦП и запоминающего устройства, вход управления которого связан с выходом тактового генератора, при этом управляющие входы обоих коммутаторов соединены между собой.

1 1 1188

Изобретение относится к измерительной технике, а точнее к устройствам для автоматического измерения уровня сред в резервуарах, и может найти применение для измерений уровня в широком диапазоне, в том числе и при большой скорости его изменения.

Известны емкостные уровнемеры, со. держащие рабочий и компенсационные датчики, включенные в схему мостовой измерительной цени, устройство уравновешивания и цифровой индикатор Ц

Недостатком этих устройств являются технологические трудности изготовления высокоточного рабочего датчика для измерений уровня в широких пределах. Кроме того, абсолютная погрешность измерения уровня таких устройств возрастает при увеличении уровня (накопление погрешности) и может быть весьма существенной даже при небольшой относительной погрешности, Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является емкостной уровнемер, содержащий генератор переменного напряжения, подключенный к общему электроду рабочего многосекционного датчика и одно30 му из электродов компенсационного датчика, преобразователи изменений тока в напряжение, соединенные выходами с входами коммутатора, выход которого связан с входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП), к опорному входу которого подключен выход преобразователя компенсационного датчика, счетчик секций, подключенный к управляющему входу коммутатора и через умножитель — к входу 40 цифрового сумматора, и цифровой индикатор. Частично погруженная в жидкость секция рабочего датчика через коммутатор, управляемый счетчиком секций, подключается к АЦП, который 45 определяет степень ее погружения в соответствующих (относительных или абсолютных) единицах. Умножитель кодов переводит в эти же единицы показание счетчика секций, определяющее число полностью погруженных секций.

Цифровой сумматор определяет результат измерения как сумму выходных кодов умножителя и АЦП f2).

В известном устройстве возможен 55 только циклический режим измерения, при котором определение номера полностью погруженной секции и степени

67 э заполнения частично погруженной осуществляется периодически через определенные промежутки времени. Такой режим работы существенно снижает быстродействие устройства и не позволяет измерять уровень с высокой точностью при большой скорости его изменения. Обеспечить следящий режим измерений в известном уровнемере принципиально невозможно, так как к входу АЦП подключается при помощи коммутатора лишь одна,секция рабочего датчика. В этом случае для обеспечения следящего режима рабо-ты необходимо, чтобы счетчик секций менял свои показания на единицу вверх при полностью погруженной секции и на единицу вниз при пустой секции. При достижении уровнем границы раздела двух секций условия изменения показаний выполняются одновременно для двух соседних секций.

В этих точках уровня показания счетчика будут неустойчивыми, а отсчет результата становится невозможным.

Если же уровнемеру присуще погрешность измерения, то точки неустойчивого отсчета преобразуются в зоны неустойчивости, в пределах которых следящий режим измерения невозможен.

Низкое быстродействие является недостатком известного устройства.

Цель изобретения — повышение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в емкостной уровнемер, содержащий многосекционный рабочий датчик, секции которого подключены общим потенциальным электродом к ге.нератору переменного напряжения, а токовыми электродами через преобразователи тока в напряжение — к входам коммутатора, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), опорный вход которого через преобразователь тока в напряжение подключен к токовому электроду компенсационного емкостного датчика, потенциальный электрод которого подключен к генератору, счетчик секций, подключенный выходами к управляющему входу коммутатора и через умножитель — к первому входу цифрового сумматора, второй вход которого соединен с выходом АЦП, а выход соединен с цифровым индикатором, дополнительно введены второй коммутатор, входы которого подключены со смещением на единицу к входам первого коммутатора, аналоговый сум. з 11 188 матор, два входа которого соединены с выходами коммутаторов, а выход— с входом АЦП, тактовый генератор, запоминающее устройство, цифровой компаратор и двухвходовые логические

5 схемы И, ИЛИ-НЕ, выходы которых соединены с суммирующим и вычитающим входами счетчика секций, соответственно,а входы — с выходом тактового генератора и цифрового компаратора, подключенного входами к выходу АЦП и запоминающего устройства, вход управления которого связан с выходом тактового генератора, при этом управляющие входы обоих коммутаторов соединены между собой.

На чертеже представлена схема емкостного уровнемера.

Общий электрод рабочего емкостного датчика 1 и один из электродов компенсационного датчика 2 подключены к выходу генератора 3 переменного напряжения. Секции второго электрода рабочего датчика соединены с входами преобразователей 4 тока в напряжение, а второй электрод компенсационного датчика 2 — с входом преобразователя

5 тока в напряжение. Выходы преобразователей 4 соединены с входами коммутаторов 6 и 7. При этом преобразователь верхней секции рабочего датчи30 ка соединен только с одним (верхним) входом коммутатора 6, а преобразователь нижней секции — только с нижним входом коммутатора 7. Выходы остальных преобразователей подключены параллельно к входам первого и второго коммутаторов. Выходы коммутаторов соединены с входами аналогового сумматора 8,- вьмод которого связан с входом

АЦП 9. Опорный .вход AIQI подключен к 40 выходу преобразователя 5 изменений тока в напряжение. В состав емкостного уровнемера входят также двухячеечное запоминающее устройство 10, тактовый генератор 11, цифровой компа- 45 ратор 12, двухвходовые логические схемы И 13 и ИЛИ-НЕ 14, счетчик 15 секций, умножитель 16, цифровой сумматор 17 и цифровой индикатор 18.

Вьмод тактового генератора 11 подклю- 5О чен к управляющему входу запоминающего устройстга 10 и к одному входу каждой из логических схем 13 и 15.

Выход запоминающего устройства 10 соединен с первым входом цифрового . 55 компаратора 12, подключенного вторым входом к выходу АЦП 9. Вторые входы логических схем 13 и f4 связаны с

67 4 выходом компаратора 12, их вьмоды соединены со счетными входами счетчн ка 15 секций. Выход счетчика 15 подключен к управляющим входам коммутаторов 6 и 7 и через умножитель 16— к входу цифрового сумматора 17, второй вход которого соединен с выходом

АЦП 9. Выход сумматора 17 связан с входом цифрового индикатора 18.

Емкостной уровнемер работает следующим образом.

Напряжение генератора 3, прикладываемое к электродам емкостных датчиков 1 и 2, вызывает протекание тока во входных цепях преобразователей

4 и 5. Выходные напряжения этих преобразователей равны нулю при-сухих датчиках и изменяются прямо пропорционально изменению тока в цепи датчика, а следовательно, и пропорционально изменению емкостей датчиков за счет погружения их в контролируемую жидкость. Изменение емкости каждой из секций датчика и выходное напряжение каждого из преобразователей 4 зависит от диэлектрической проницаемости контролируемой жидкос« уи и степени погружения секции в эту жидкость. Поскольку к входам сумматора 8 через коммутаторы 6 и 7 приложены-напряжения, пропорциональные изменениям емкостей двух соседних по высоте секций рабочего датчика, то выходное напряжение сумматора изменяется пропорционально диэлектрической проницаемости жидкости и суммарной степени погружения двух секций датчика. Это напряжение приложено к входу АЦП 9. Нижний компенсационный датчик 2 при работе уровнемера полностью погружен в жидкость, поэтому выходное напряжение преобразователя 5 изменяется пропорционально диэлектрической проницаемости жидкости и служит в качестве опорного для АЦП 9. Благодаря этому вводной код AIQI не зависит от диэлектрической проницаемости жидкости и пропорционален только степени погружения двух соседних секций рабочего датчика в контролируемую жидкость.

Пусть (R - 1) - состояние сч. тчика

t5. При этом к входам сумматора 8 коммутаторы 6 и 7, управляемые выходным кодом счетчика, подключают секции датчика с номером R и (К + 1) (нумерация секций осуществляется снизу вверх по высоте резервуара) . Пусть также все секции рабочего датчика,67

Ь чика 15. Если же выходной код АЦП находится в пределах

N;nk NR -И „ ж, то импульсы на входы счетчика секций не поступают при любых состояниях выхода тактового генератора. При поступлении импульса на вход счетчика происходит изменение его состояния и переключение секций рабочего датчика.

Одновременные изменения показаний

АЦП и счетчика 15 взаимно компенсируются, а выходной код сумматора 17 остается пропорциональным измеряемому уровню. Таким образом, в предлагаемом устройстве при изменении уровня прохождение границы любых двух соседних секций рабочего датчика осу ществляется без изменения состояния счетчика секций и коммутаторов, поэтому неустойчивость в этих случаях не возникает. Переключение секций производится тогда, когда измеряемый уровень далек от границ секции, АЦП далек от границ диапазона преобразования и поэтому погрешности, связанные с переходом от одной секции к другой, легко корректируются с помощью АЦП.

Для выхода устройства из зоны неустойчивости требуется не более одного периода работы тактового генеГ ратора 11. 3а это время уровнемер отслеживает изменение уровня в резервуаре.

Введение второго коммутатора, аналогового сумматора, тактового генератора, запоминающего устройства, цифрового компаратора и двух логических схем позволяет осуществить следящий режим измерения емкостного уровнемера с многосекционным рабочим датчиком и благодаря этому повысить быстродействие устройства.

Экономический эффект от использования предлагаемого уровнемера достигается путем повышения точности контроля уровня жидкости в резервуарах при большой скорости заполнения или опорожнения. При этом уменьшается расход контролируемых жидкостей и повышается надежность работы установок, содержащих резервуары с агрессивными и взрывоопасными жидкостями. где

Nlnin М "C P min i И "m0x = "С P max p где Й и P п„- минимальное и мак18 Я11 П симальное значения величины PZэ например (3;„, = 0,4, Р пп» = удовлетворяющие неравенству

1 с /3 snap - Р m1 п с 2.

Число N m, „ поступает на.выход ЗУ при подаче на управляющий вход сигнала логического нуля от тактового генератора 11, а число N xnan» — при подаче на управляющий вход ЗУ логической единицы. Цифровой компаратор

12 осуществляет сравнение виходных кодов АЦП и ЗУ. При значении кода превышающего код ЗУ, компаратор

12 выдает сигнал логической единицы, в противном случае — сигнал логического нуля.

При NR ъ N „(сигнал логической единицы на выходах генератора 11 и компаратора 12) импульс тактового генератора через логическую схему 13 проходит на суммируюц11й вход счетчи- 50 ка 15 секций. При и Я < К „„;„(логические нули на выходах генератора 11 и компаратора 12) импульс появится на выходе логической схемы ИЛИ-НЕ 14, связанной с вычитающим входом счет- 55

5 1 11188 выполнены идентичными н высота каждой, из них равна и, à Р» и P»,1 — отношения длин погруженных частей секций К и (К + 1) к общей длине Н (степени погружения соответствующих секций) .

Тогда выходной код и Р AIgI можно представить в виде

NR ф» 9 x11) "с * + а с, — коэффициент пропор.циональностити, ( а п 1д — суммарная степень пог » P»11 ружения двух соседних

ПО Высоте секций

При этом очевидно, что значение величины Р может находиться в пределах О 6 P> =?, Для обеспечения следящего режима измерения s уровнемер введены тактовый генератор 11, запоминающее устройство 10, цифровой компаратор

12 и логические схемы 13 и 14. В запоминающем устройстве 10 записаны числа

1118867

Составитель И.Некрасов

Редактор Ю.Ковач Техред Т.Фанта Корректор М.Максимишинец

Заказ .7441/29 Тираж 609 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4