Цифровой уровнемер

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения .- .повышение достоверности контроля уровня путем подачи на приемник фиксированного количества кодовых импульсов . Приемник 17 вторичного прибора 14 преобразует принятый двоичный код в значение уровня, на котором установлен датчик 9 кода, вошедший в поле магнита 2 поплавка 1 до ближайшего лидирующего геркона датчика 9 кода, и отображает результат из (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (5D 4 G 01 F 23/60

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЧ!

l 4 р, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ / ", К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3785176/24 — 10 (22) 30.08.84 (46) 07.06.87. Бюл. ¹ 21 (71) Грозненское научно-производственное объединение "Промавтоматика" (72) Г,M. Кузнецов, А.И. Кашуба, Я.А. Ханукаев, К.Г ° Стефаниди и А.В. Поповкин (53) 681. 128.6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 504934, кл, G 01 F 23/12, 1976.

Авторское свидетельство СССР № 787902, кл. G 01 F 23/12, 1980.

„„SU„„1315817 А 1 (54) ЦИФРОВОЙ УРОВНЕМЕР (») Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения .— ,повышение достоверности контроля уровня путем подачи на приемник фиксированного количества кодовых импульсов. Приемник 17 вторичного прибора 14 преобразует принятый двоичный код в значение уровня, на котором установлен датчик 9 кода, вошедший в поле магнита 2 поплавка 1 до ближайшего лидирующего геркона датчика 9 кода, и отображает результат из1315817.

35 мерения в мм, В приемнике 17 подсчитывается также число импульсов, поступивших после прихода лидирующего импульса. Если приемник 17 воспринял большее или меньшее число импульсов, то его логической схемой вырабатывается сигнал ошибки, который запрещаL

В

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах дистанционного измерения уровня жидкостей в резерву арных парках нефтехимических производств, предприятий микробиологического и органического синтеза и.других емкостях.

Целью изобретения является повышение достоверности контроля уровня путем, подачи на приемник фиксированного количества кодовых импульсов.

На фиг. 1 приведена схема. цифровога уровнемера; на фиг. 2 - схема электронного преобразователя импуль-, сов.

Цифровой уровнемер состоит из поплавка 1 с магнитной системой 2, направляющей немагнитной трубы 3, установленной вертикально в емкости 4, цилиндра 5, поршня 6, жестко соединенного с зубчатой рейкой 7 и линейкой 8, на которой установлены датчии 9 кода дискретов, датчика 10 милиметров, электропневмоклапана 11, электронного преобразователя 12 импульсов, трехпроводной линии 13 связи, вторичного прибора 14„ который состоит из блока 15 питания, ограничивающих резисторов 16, приемника 17 импульсов с устройством отображения и блока 18 управления, Преобразователь 12 импульсов имеет вход 19 лидирующих импульсов (Л), вход 20 импульсов нулей (О), вход 21 импульсов единиц (1), вход 22 импульсов миллиметров, выход 23 для подключения электропневмоклапана 11, выход

24, через который общий провод датчиков 9 кода подключается к плюсу источника питания, клеммй 25 — 27 для подключения к линии 13 связи, соединяющей преобразователь с втдричным ет индикацию уровня и включает соот,ветствующий сигнализатор. на устройстве отображения приемника 17. Тем са мым предотвращается отображение ошибочного значения уровня, возникающего в случае неисправности уровнемера или воздействия на него помех. 2 ил.

2 прибором 140 содержит ключи 28 и 29, .усилитель-формирователь 30 импульсов миллиметров, стабилизатор 31 напряжения, клемму 32 (V„„ ), формирователь

5 33 импульсов при появлении питающего напряжения, формирователь 34 нормированной длительности импульсов, комму- татор 35, имеющий группу 36 входов, группу 37 входов и управляющие входы

38 и 39, распределитель 40 импульсов, удвоитель 41 импульсов, который состоит из конденсаторов 42, резисторов

43, инверторов 44 и логического эле,мента 2ИЛИ 45. Преобразователь 42 импульсов содержит также диоды 46, логический элемент 2ИЛИ 47, логические элементы 2ИЛИ-НЕ 48 и 49, логический элемент 4ИЛИ 50,RS-триггер на элемен, тах 2ИЛИ-НЕ 51 и 52 и инвертор 53.

Преобразователь 12 импульсов устанавливается вместе с механической частью уровнемера непосредственно на емкости 4, в которой измеряется уро25

Направляющая трубка 3 запаяна в своей нижней части, что предотвращаЕт проникновение в ее внутреннее пространство жидкости из емкости 4. Дат" чики 9 кода дискретов представляют собой группу герметизированных контактогерконов, укрепленных на линейке 8. Верхний геркон каждой группы (т.е. каждого датчика 9) является лидирующим. Остальные герконы являются кодовыми, они устанавливаются ниже лидирующего геркона юдоль вертикальной оси линейки. Расстояние между герконами выбрано таким, что исключается одновременное срабатывание двух

40 соседних герконов от воздействия поля магнитной системы 2 поплавка 1. Ðàñ" стояние между лидирующими герконами

L нормируется, оно определяет число

1315817 дискретных участков, на которые разбито максимальное значение измеряемого уровня, а также число кодовых герконов в одном датчике 9 кода дискрета.

Так, если диапазон измерения уровня 0-8 м и расстояние между лидирующими герконами L = 1 м, то на линейке 8 устанавливают восемь датчиков 9 дискретов, каждый из которых содержит один лидирующий и три кодовых . геркона. Кодовые герконы распаиваются к шинам "0" и "1" в соответствии с двоичным кодом числа, равного расстоянию от нулевого уровня до высоты установки лидирующего геркона данного датчика 9 дискрета.

Цилиндр 5, поршень 6 электропневмоклапан 11 представляют собой привод возвратно-поступательного дви-2 1 жения уровнемера.

Преобразователь его перемещения состоит из зубчатой рейки 7 и датчика 10 миллиметров, который содержит излучающий инфракрасный светодиод и 25 приемный инфракрасный фотодиод. Зубцы рейки 7 при ее перемещении модулируют световой поток, поступающий от излучающего светодиода на фотодиод.

Зубчатая рейка 7 имеет прорези шириной 1 мм, толщина зубца 1 мм.

Поэтому оптический датчик 10 выдает один импульс при перемещении рейки 7 на 2 мм.

Уровнемер работает следующим образом.

При нажатии кнопки "измерение" вторичного прибора 14 блок 18 управления устанавливает в исходное сос- 10 тояние приемник 17 и включает блок 15 питания. В линию 13 связи подается через резисторы 16 постоянное напряжение, которое по проводам "мм 1" и

"JI0н линии 13 связи поступает на ди-4 оды 46 преобразователя 12 импульсов.

Пройдя через диоды 46 и выходную клемму 23, это напряжение подается на электропневмоклапан 11, который срабатывает и открывает подачу сжа- у того воздуха в подпоршневое пространство цилиндра 5. В результате жестко связанные между собой поршень 6, зубчатая рейка 7 и линейка 8 с датчиками

9 кода начинают перемещаться вверх.

Одновременно напряжение с выхода диодов 46 поступает через фильтр на стабилизатор 31 напряжения и с его выхода подается на формирователь 33 импульсов, через клемму 24 на общий провод герконов датчиков 9 кода. Через клемму 32 осуществляется питание логических элементов преобразователя

12 импульсов. Формирователь 33 импульсов при подаче на него питающего напряжения выдает одиночный импульс,длительность которого выбирают меньше, чем задержка начала движения линейки

8 с датчиками 9 кода. Этот импульс подается на R-âõîäû установки в "0" распределителя 40 и через элемент

4 ИЛИ 50 на триггер на элементах 51 и 52. В результате распределитель 40 станавливается в нулевое состояние и а его первом выходе появляется уровень логической "1", а на остальных выходах — "0". При этом на С-вход рас—

1 пределителя 40 с выхода элемента

52 подается логический "0". Логическая "1" с первого выхода распределителя 40 подается на управляющий вход

38 коммутатора 35, поэтому он подключает к своим выходам группу 36 входов, а группа 37 входов оказывается отключенной от выхода коммутатора

35. С начала движения поршня 6 с зубчатой рейкой 7 импульсы с датчика 10 миллиметров через входную клемму 22 подаются на усилитель-формирователь

30, а с его выхода на второй вход группы 36 коммутатора 35 и вход инвертора 53, с выхода которого инвертированный сигнал подается на первый вход группы 36 коммутатора 35. На первом выходе коммутатора 35 появляется неинвертированный, а на его втором выходе инвертированный сигнал с выхода датчика 10 миллиметров. Кон денсаторы 42, резисторы 43 и инверторы 44 формируют импульсы по заднему фронту поступающих на них импульсов с выхода коммутатора 35, а так как они поступают в противофазе, то и на входы элемента 2ИЛИ 45 сформированные импульсы поступают поочередно, а на его выходе создается удвоенное число импульсов, каждый из которых вырабатывается по фронту или срезу сигнала от датчика 10. Поэтому несмотря на то, что датчик 10 выдает один импульс при перемещении зубчатой рейки 7 на 2 мм, на выходе элемента 2ИЛИ 45 удвоителя 41 создается один импульс при перемещении зубчатой рейки 7 на 1 мм. Эти импульсы поступают на первый вход элемента

ИЛИ-HE 48, на второй вход которого подается логический "0", с третьего 1315817 выхода коммутатора 35. На второй вход элемента 2ИЛИ-НЕ 49 также подается логический tfPlt с третьего выхода распределителя 40. Поэтому импульсы миллиметров с выхода удвоителя 41 беспрепятственно проходят через элементы 2ИЛИ-НЕ 48 и 49 на вход ключа 28.

На время действия каждого импульса миллиметров ключ 28 открывается и закорачивает провод "мм 1 линии 13 связи на общий провод. Уменьшение напряжения на, этом проводе и является сигналом для приемника 17 вторичного прибора 14. Таким образом передается в миллиметрах величина перемещения линейки 8 от ее начального положения до вхождения лидирующего геркона ближайшего датчика 9 кода в магнитное поле магнита 2 поплавка i, т.е. передается расстояние от положения поплавка 1 до ближайшего лидирующего геркона 1t,h (фиг. 1).

При этом ключ 29 остается закрытым, так как на его вход подается нулевой уровень с четвертого выхода коммутатора 35 благодаря тому, что четвертый вход группы 36 вхоцов заземлен.

При передаче импульсов миллиметров электропневмоклапан 11 удерживается в открытом состоянии за счет

I t 11 энергии, поступающей по проводу ЛО линии 13 связи. Также за счет этого продолжают функционировать все электронные элементы преобразователя 12.

При срабатывании лидирующего геркона по цепи: клемма 24, общий провод "+" герконов датчиков 9 кода, лидирующий геркон (вошедший в магнитное поле поплавка), провод "Л", клемма

19 высокий логический уровень подается на вход формирователя 34, с его выхода сформированный импульс подается на $-вход триггера на элементах

2ИЛИ-НЕ 51 и 52 и на первый вход элеФ мента 2ИЛИ 47, с выхода которого сформированный импульс поступает на четвертый вход группы 37 входов коммутатора 35. Также по переднему фронту этого импульса срабатывает триггер на элементах 51 и 52, и с его выхода на С-вход распределителя 40 поступает импульс высокого уровня.

По переднему фронту этого импульса распределитель 40 переключается, на

его первом выходе поянляется нулевой уровень, а на втором — высокий уро-. вень, который подается на управляю5

1О

50 щий,вход 39 коммутатора,35. Благодаря этому к выходам коммутатора 35 подключается группа 37 входов. Тем самым преобразователь 12 импульсов переключается на передачу импульсов от датчиков 9 кода.

На вход удвоителя 41 с первого и второго вьгходов коммутатора 35 подаются высокие уровни, так как первый и второй входы группы 37 подключены к "+" стабилизатора 31. Это приводит к выключению удвоителя 41 и прекращению передачи импульсов миллиметров, так как при переключении распределителя 40 на четвертом входе группы

37 коммутатора 35 присутствует . импульс высокого уровня, то он передается с его четвертого выхода на вход ключа 29, который закорачивает на землю провод "ЛО" линии 13 связи на время действия импульса, сформированного формирователем 34. При этом ключ 28 закрыт, так как на его входе присутствует логический "0", пос- тупающий с выхода логического элемента 2ИЛИ-НЕ 49, на первом входе которого присутствует у ровень "1", поступающий с элемента 2 ИЛИ-НЕ 48, потому что на его первый вход поступает логический "0" с выхода удвои1теля 41, а на второй вход подается логический "Îtt с третьего выхода коммутатора 35 °

Первое уменьшение напряжения на проводе "ЛО" линии 13 связи воспринимается приемником 17 вторичного прибора 14 как лидирующий импульс, и он переключается на прием импульсов кодовых герконов датчиков 9 кода.

При дальнейшем перемещении вверх поршня 6 и линейки 8 лидирующий геркон выходит из поля магнита 2 поплавка 1. На входе и выходе формирователя 34 появляется логический "0". Логический ноль появляется также на . четвертом выходе коммутатора 35, что приводит к закрыванию ключа 29 и восстановлению напряжения на проводе

"ЛО". Триггер на элементах 51 и 52 остается в единичном состоянии, т.е. на его выходе остается логическая

tt 1 11

При дальнейшем движении линейки

8 в поле магнита 2 входит один из кодовых герконов датчика 9 кода.

Так, когда срабатывает геркон, соединенный с шиной "1", высокий логический уровень подается через клем1315817 му 21 на третий вход группы 37 коммутатора 35. Этот высокий уровень проходит с третьего выхода коммутатора

35 через элементы 48 и 49 на вход ключа 28, который открывается и передает импульс по проводу "мм 1" линии

13 связи.

Этот импульс воспринимается приемником 17 вторичного прибора 14 как единица в первом разряде двоичного кода.

Затем этот геркон выходит из поля магнита 2„ и туда входит следующий геркон датчика 9 кода. При этом, если следующий геркон также соединен с шиной "1, то процесс повторяется, и ключом 28 по проводу "мм 1" передается еще один импульс.

Если геркон соединен с шиной "0", то высокий логический уровень через клемму 20, элемент 2ИЛИ 47, четвертый вход группы 37 коммутатора 35 и четвертый выход коммутатора 35 подается на вход ключа 29, который передает импульс по проводу "ЛО" линии

13 связи. Этот импульс воспринимается приемником 17 вторичного прибора

14 как ноль в соответствующем разряде двоичного кода датчика 9 кода.

При срабатывании любого кодового геркона датчика 9 кода высокий уровень подается через клемму 20 или

21 на входы элемента 4ИЛИ 50, а с

его выхода — Hà R-вход триггера, который возвращается в исходное состояние, и на выходе логического элемента 52 устанавливается логический "0".

При этом состояние распределителя 40 не изменяется.

Таким образом передается в двоичном коде число, закодированное датчиком 9 кода, прошедшим через поле магнита 2 поплавка 1.

Если в поле магнита 2 при этом входит лидирующий геркон следующего датчика 9 кода, то высокий логический уровень через клемму 19 и формирователь 34 поступил на S-âõîä триггера и на выходе элемента 2ИЛИ-НЕ 52 появляется логическая "1". В результате опять переключается распределитель 40, и на его втором выходе появляется логический "С", а на третьем — логическая "1". Логические "0" на первом и втором выходах распределителя выключают коммутатор 35, т.е. на его выходах устанавливаются логические "0" независимо от сигналов на группах 36 и 37 входов. Логическая

"1" на третьем выходе распределителя

40 запрещает прохождение импульса, возникающего на выходе удвоителя 41 при установлении на его входах нулевых уровней. Логическая "1", проходя с третьего выхода распределителя 40 через элемент 4ИЛИ 50 íà R-вход элемента 52 триггера, блокирует его

10 в нулевом состоянии.

Таким образом, при поступлении на вход преобразователя 12 импульсов второго лидирующего импульса он блокируется и перестает воспринимать и передавать в линию 13 связи какие-либо сигналы, в том числе и второй лидирующий импульс.

Если бы в линию 13 связи был передан второй лидирующийимпульс, то он воспринялся бы приемником 17 вторичного прибора 14 как логический "0" в одном из разрядов датчика 9 кода, так как лидирующий импульс передается по тому же проводу, что и логи25 ческие "0". Это привело бы к возникновению ошибки при дешифрации кода и отображении величины уровня.

Приемник 17 вторичного прибора

14 содержит амплитудные и временные

30 селекторы принимаемых импульсов. Логическая часть приемника может быть выполнена как структурно, так и программно на базе микропроцессорной техники.

Приемник 17 осуществляется прием только тех импульсов, амплитуда и длительность которых превышают установленные пороги. Он подсчитывает и

4Q запоминает число импульсов миллиметров, переданных преобразователем t2 импульсов по проводу "мм 1", поступивших от датчика 10 миллиметров.

Приемник 17 по приходу первого (ли45 дирующего) импульса по проводу "ЛО" переключается на прием передаваемого последовательно по проводам "мм 1" и "ЛО" двоичного кода от датчиков 9.

Аналогично известному приемнику при50 емник 17 преобразует принятый двоичный код в значение уровня, на котором установлен датчик 9 кода, вошедший в поле магнита 2 поплавка 1 до ближайшего лидирующего геркона дат55 чика 9 кода, и отображает результат измерения уровня в миллиметрах.

Кроме того, в приемнике 17 подсчитвыается число импульсов, посту. пивших после прихода лидирующего им1315817

10 пульса (включая и его) . Так, если устройство работает исправно, то на приемник 17 могут поступить только четыре импульса (один лидирующий и три кодовых), так как в одном датчике 9 кода установлено четыре геркона. Если приемник 17 воспринял большее число импульсов, что может возникнуть только в случае ложного срабатывания герконов или воздейст- 10 вия помех, то его логической схемой вырабатывается сигнал ошибки, который запрещает индикацию уровня и включает соответствующий сигнализатор на устройстве отображения приемника 17. 15

Аналогично вырабатывается сигнал ошибки, если приемник 17 воспринял меньшее число импульсов, что-возможно при неисправности герконов или в случае одновременного замыкания двух 20 соседних герконов, соединеных с одним разрядным проводом, в поле магнита 2 s результате их повышенной чувствительности.

t 25

Тем самым предотвращается отображение ошибочного значения уровня, возникающего в случае неисправности уровнемера или воздействия на него помех. 30

После окончания обработки принятых сигналов приемник 17 выдает сигнал на блок 18 управления, который, воздействуя на блок 15 питания, обесточивает линию 13 связи, а следовательно, электропневмоклапан 11 и преобразователь 12 импульсов. Подача воздуха в уровнемер прекращается, и под цействием своего веса подвижная его часть опускается в исходное положе- 0 ние. После этого уровнемер готов к повторному измерению.

Если перед началом измерения магнит 2 поплавка 1 находится напротив лидирующего геркона датчика 9 кода, который при этом замкнут, то привключении уровнемера на измерение одновременно формируют импульсы формирователя 33 и 34. Длительность выходного импульса формирователя 34 устанав- 50 ливается меньшей, чем формирователя

33. Поэтому триггер на элементах 51 и 52 и распределитель 40 остаются в нулевом состоянии. Логическая "1" с первого выхода распределителя 40 подается на управлящий вход 38 коммутатора 35 и преобразователь 12 импульсов передает в линию 13 связи импульсы миллиметров от датчика 10 до вхождения в поле магнита 2 лидирующего геркона следующего датчика 9 када, а процесс измерения уровня происходит, как описано.

Формула и з о б р е т е н и я

Цифровой уровнемер, содержащий немагнитную трубу, смонтированную в емкости, кольцевой подвижно охватывающий трубу магнит, связанный с поплавком, привод возвратно -поступательногО движения, связанную с ним и расположенную внутри трубы линейку, по высоте которой установлены группы магнитоуправляемых датчиков, соединенных одним выводом с общим проводом, а другими выводами — с проводами лидирующих единичных и нулевых импульсов, триггер, формирователь .импульсов, преобразователь перемещения привода возвратно-поступательного движения, цепь питания, линию связи, соединенную с приемником и устройством отображения, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения достоверности контроля уровня, в него ,введены коммутатор с двумя группами входов по четыре входа каждая, элементы 4 ИЛИ, 2 ИЛИ, два элемента

2 .ИЛИ-НЕ с цепью питания логических элементов, распределитель, инвертор, формирователь импульсов нормированной длительности, удвоитель импульсов, два ключа, два диода, стабилизатор напряжения, при этом анод каждого диода соединен с приводом линии связи и выходом ключа, катоды диодов соединены друг с другом, а также с приводом возвратно-поступательного движения и с входом стабилизатора напряжения, выход стабилизатора соединен с цепью питания логических элементов, с общим проводом магнитоуправляемых датчиков, а также с входом формирователя импульса, выход которого соединен с входом установки в "0" распределителя и третьим входом элемента 4 ИЛИ, первый и второй входы элемента 4 ИЛИ соединены соответственно с проводами нулевых и единичных импульсов, при этом провод нулевых импульсов соединен с вторь|м входом элемента 2 ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом формирователя импульсов нормированной длительности и входом RS-òðèããåðà, а выход элемента 2 ИЛИ соединен с четвертым входом второй группы входов ком1315817

Ref

Я0 й4.

Составитель И. Некрасов

Редактор О. Юрковецкая Техред, M. опанич Корректор М. Шароши

Заказ 2346/43 Тираж 693 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

11 мутатора, провод единичйых импульсов соединен также с третьим входом второй группы входов коммутатора, первый и второй входы этой группы соединены с цепью питания, первый вход первой группы коммутатора соединен с выходом инвертора, вход которого соединей с вторым входом первой группы коммутатора и с выходом преобразователя перемещения привода, третий и 10 четвертый входы первой группы коммутатора подключенык общему проводу, первый и второй выход коммутатора соединеныс входами удвоителя импуль. сов, выход которого соединен с пер- 15 вым входом первого элемента 2 ИЛИНЕ, его второй. вход подключен к третретьму выходу коммутатора, а выход — к первому входу второго элемента 2 ИЛИ-НЕ, выход которого соединен со счетным входом распределителя, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами коммутатора, третий выход распределителя подключен к второму входу второго элемента

2 ИЛИ-НЕ и четвертому входу элемен- та 4 ИЛИ, выход которого соединен с входом R-триггера, вход формирователя импульсов нормированной длительностй подключен к.проводу лидирующих импульсов.