Дискретный уровнемер

 

Изобретение относится к технике измерений уровня посредством емкостных датчиков. Уравнемер состоит из нескольких разнесенных по высоте рабочих датчиков 1-7 и компенсационного датчика 8, Первая обкладка рабочих датчиков соединена с выходом ключей 21-27. Вторые обкладки рабочих датчиков соединены общей шиной , которая через обкладки компенсационного датчика 8 соединена с выходом ключа 28. Ключ 28 соединен с выходом генератора 20 импульсов прямо, а ключи 21-27 соединены через распределитель 20 импульсов с инверсным выходом. К общей шине последовательно подсоединены усилитель 9 заряда, инвертирующий усилитель 10, фильтр 1 нижних частот I нуль-орган 12. Детектор 16 состояния смежных датчиков предназначен для выделения пары датчиков, t первый из которых имеет состояние мокрый, а второй в паре - сухой ; Наличие в схеме элементов 14, 15 задержки, элемента И 17 и счетчика 18 обеспечивает запись двоичного кода в регистре 19. Этот код соответствует номеру первого свободного от жидкости датчика. При этом номер ближайшего к границе уровня датчика, заполненного жидкостью, будет на единицу меньше . 5 ил.°

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

046 А1 (191 Я0 (111 (51)5 G 01 F 23/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

rlQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, 1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ,(4Ь) 30.12.92 Бюл. Р 4о (21) 4071473/1О (22) 02,06,86 (72) В.М, Суслов, B.Ñ. Дворников, Г.М, Полякова, Т.А. Спиридонова, В.П. Сумский, В.В. Шпинев, В.В. Демьянов! А.А,Авраменко и В.В. Селиванов (56) Douglas Е. Level measurment

system for criogenic fluid Adv. in

instrumentation, 1975, т. 3, р.3, р.р, 727 /1-727/5.

Авторское свидетельство СССР

11I 1002842, кл. G 01 F 23/26, 1978. (54) ДИСКРЕТНЫЙ УРОВНЕМЕР (57) Изобретение относится к технике измерений уровня посредством емкостных датчиков. Уравнемер состоит из нескольких разнесенных по высоте рабочих датчиков 1-7 и компенсационного датчика 8, Первая обкладка рабочих датчиков соединена с выходом ключей

21-27. Вторые обкладки рабочих дат1Изобретение относится к измери», .тельной технике, конкретнее — к приборам контроля состояния емкостных . сигнализаторов.уровня, особенно сиг9 нализаторов с малыми значения:и рабочих емкостей, Целью изобретения является повышение чувствительности при одновременном повышении надежности работы, На фиг. 1 приведен пример выполнения дискретного емкостного уровнемера с семью рабочими емкостными датчиками; на фиг. 2 — пример выполнения детектора состояния смежных чиков соединены общей шиной, которая через обкладки компенсационного датчика 8 соединена с выходом ключа 28. Ключ 28 соединен с выходом генератора 20 импульсов прямо, а ключи

21-27 соединены через распределитель

20 импульсов с инверсным выходом.

К общей шине последовательно подсоединены усилитель 9 заряда, инвертирующий усилитель 10, фильтр 11 нижних частот r нуль-орган !2. Детектор 16 состояния смежных датчиков предназначен для выделения пары датчиков, первый из которых имеет состояние !! I! I!

"мокрый, а второй в паре — сухой

Наличие в схеме злементов 14, 15 задержки, элемента И 17 и счетчика 1.8 обеспечивает запись двоичного кода в регистре 19, Этот код соответствует номеру первого свободного от жидкости датчика, При зтом номер ближайшего к границе уровня датчика, заполненно- Д го жидкостью, будет на единицу. меньше. 5 ил. «Рь

Ю М датчиков; на фиг. 3 — пример выполнения распределителя импульсов; на ® фиг, 4 — пример выполнения двухпозиционных ключей; на фиг. 5.—

" пример выполнения генератора тактовых импульсов.

Уровнемер содержит группу емкост- а ных рабочих датчиков 1-7, компенсационный датчик 8, усилитель 9 заряда, инвертирующий усилитель !О, фильтр

11 нижни» частот, нуль-орган 12, один вход которого подключен к выходу фильтра 11 нижних частот, другой вход - к источнику 13 опорного наира

1477046

4 жения, дна элемента 14 15 задержки, включенные последовательно, детектор

16 состояния смежных датчиков, логический элемент И 17, счетчик 18 импульсов, выходной регистр 19, подключенный входами к выходам счетчика 18, распределитель 20 импульсов, двухпозиционные ключи 21-27, выходы которых подключены соответственно к входам рабочих датчиков )-7, двухпозиционный ключ 28, выход которого подключен к. входу компенсационного датчика 8, генератор 29 тактовых импульсов и источник 30 эталонного напряжения, Выходы всех датчиков 1-8 объединены и подключены к входу усилителя 9 заряда. Инвертирующий усилитель 10 включен между выходом усиt0

15 лителя 9 заряда и фильтром 11 нижних

20 частот, Выход нуль-органа 12 подключен к информационному входу детектора 16 состояния смежных датчиков, выход которого соединен с одним иэ входов элемента И 17 и управляющим входом регистра 19. Второй вход эле25 мента И 17 подключен к выходу элеменких управляющих сигналов приводящее к сбоям в работе прибора Выход элемента 14 задержки подключен к тактовому входу детек-.îðà 16 состояния смежных датчиков., выход элемента 15 задержки — к одному из входов логического элемента И 17. Один вход клю" 40 чей 21-28 соединен с общей шиной„ другой вход — с источником 30 эталонного напряжения. Дополнительный вы" ход распределителя 20 соединен с входами установки в исходное состояние детектора )6 состояния смежных датчиков и счетчика 18. Детектор 16 состояния смежных датчиков предназначен для выделения двух первых датчиков, имеющих состояйие "сухой" после датчиков, имеющих состояние "мокрый".

Детектор )6 (фиг.2) выполнен на ос50 нове двух D-триггеров 3! и 32, включенных последовательно и образующих регистр сдвига на два разряда, RSтриггера 33, логических элементов -

И 34 и инвертора 35, Распределитель

20 импульсов служит для поочередного формирования импульсов на его выхо55 та 15 задержки, а выход элемента И 17 подключен к входу счетчика 18. Элементы 14 и 15 задержки служат для. за- 30 держки во времени тактовых импульсов генератора 29, чтобы исключить возможное совпадение по фронтам несколь" дах. Распрецелитель 20 (фиг.. 3) может быть выполнен на основе трехразрядного счетчика, содержащего последовательно соединенные триггеры со счетными входами 36, 37,38, и дешифратора из восьми логических элементов И-НЕ 39-46.

Двухпозиционные ключи 21-28 (фиг.4) выполняются идентично и могут быть реализованы на двух К-MOII транзисторах 47, 48, из которых транзистор 47 открывается при низком уровне напряжения на входе и передает напряжение источника 30 эталонного напряжения на выход ключа, а транзистор 4ô открывается при высоком уровне напряжения на входе и подключает выход ключа к общей шине с нулевым потенциалом.

Генератор 29 тактовых импульсов должен обеспечивать формирование прямоугольных импульсов. Вариант кон-; кретно о выполнения. генератора 29, приведенный на фиг.5, выполнен на основе трех логических элементов И-НЕ

49,50,51, Двоичный счетчик 18 и регистр 19 могут быть выполнены различным образом, например на основе набора триггеров D-типа, аналогично элементам 564 ИЕ, 564РЕ.

Уровнемер работает следующим обра" зом.

Импульсы тактового генератора 29 поступают на вход распределителя 20 импульсов, где они в инверсном виде поочередно появляются на выходах распределителя 20, и поступают на входы двухпозиционных ключей 21-27, Одновременно импульсы генератора 29 в прямом виде поступают на вход ключа

28, Нри этом каждому импульсу на вы-. ходе ключа 28 соответствует импульс на одном из выходов ключей 21-27, образующихся подключением.к выходу ,ключей 21-28 общей шины при высоком потенциале на управляющем входе ключей 21-28, или напряжение от источника 30 при низком уровне напряжения на их входах, Так как распределитель

20 инвертирует импульсы генератора

29, то импульсы на выходе ключа 28 и выходах ключей 21-27 имеют прямо противоположные фазы.

Таким ббразом, на каждый импульс опроса датчиков 1-7, формируемых ключами 21-27, на компенсационный датчик 8 поступает инверсный импульс опроса, формируемый ключом 28 °

1477046

При каждом импульсе опроса на входе усилителя 9 заряда происходит сложение зарядов, поступаюших через емкость опрашиваемого датчика; например датчика 1, и через емкость icoMпенсационного датчика 8 °

Если емкости рабочих датчиков 1-7 равны емкости компенсационного датчика 8, что соответствует состоянию сухой датчиков, то суммарный заряд на входе усилителя 9 заряда не изменяется и потенциал на выходе усилителя 9 заряда практически не меняется, Если же емкость рабочего датчика, например датчика 1, в момент его оп» роса имеет большую величину,. чем емкость компенсационного датчика 8, что соответствует состоянию "мокрый" датчика 1, то на вход усилителя 9 заряда поступает заряд большей величины, чем в случае равенства емкостей опрашиваемого и компенсационного датчиков, Этот дополнительный заряд преобразуется в импульс напряжения усилителем 9 заряда, инвертируется усилителем 10 и через фильтр ll нижних частот поступает на вход нуль-органа 12. В случае опроса "мокрого" датчика импульс на входе нуль-органа

l2 превышает уровень отсечки, задаваемый источником 12 опорного напряжения, и нуль-орган 12 срабатывает. В случае опроса "сухого" датчика срабатывания нуль-органа 12 не происходит. Когда все рабочие датчики 1-7 находятся в состоянии "сухой", то на выходе нуль-органа !2 сигналы отсутствуют.При заполненном жидкостью датчике 1 в момент его опроса на выходе . нуль-органа 12 формируется импульсный сигнал. В каждом цикле опроса, состоящем иэ опроса датчиков от первого до последнего, в момент опроса первого датчика на выходе нуль-органа, 12 формируется импульсный сигнал, а в моменты опроса остальных датчиков сигнал отсутствует. При заполнении датчиков и 2 жидкостью в каж l дом цикле опроса сигнал на выходе нуль-органа 12 формируется два раза в момент опроса первого и второго датчиков 1,2. При заполнении жидкостью датчиков 1,2,3 в каждом цикле опроса импульсы на выходе нуль-органа 12 появляются соответственно в моменты опроса датчиков 1,2 3 и т.д.

Указанные последовательности импульсных сигналов поступают на информании от одного из датчиков, трудно устранимых во время проведения экспериментов, и т.д. . При высоком уровне напряжения на

З5 выходе детектора 16 тактовые импульсы, поступающие через элементы 14 и

l5 задержки, проходят через элемент

И 17 на вход счетчика 18. Когда низ" кий уровень напряжения с выхода де4Q тектора 16 запретит прохождение тактовых импульсов через элемент И 7 на вход счетчика 18, то в счетчике !8 эафиксируется двоичный код, который переписывается -в выходной регистр 19 °

45 Код, хранящийся в любой момент в регистре 19, соответствует номеру пер» .

soro свободного от жидкости датчика.

Номер последнего датчика, заполненного жидкостью, в данном случае будет

59 на единицу меньше.

Дискретный уровнемер, содержащий

55 емкостные рабочие чувствительные элементы, обкладки которых размещены . в пределах контролируемого уровня жидкости в сосуде, последовательно соединенные инвертирующий усилитель

1О

25 ционный вход детектора 16 состояния смежных датчиков, устанавливаемый перед каждым циклом опроса датчиков

1-7.в исходное состояние импульсным сигналом с дополнительного восьмого выхода распределителя 20 одновременно с установкой в исходное состояние счетчика 18 импульсов, В каждом цикле опроса детектор состояния смежны-. датчиков при установке его в исхо е состояние формирует на своем в высокий уровень напряжения.,=ход с высокого уровня напряже . на низкий происходит лишь в том случае, если на его информационный вход при поступлении двух смежных во времени тактовых импульсов, поступающих на детектор 16 через элемент !4 задерж= ки, сигнал нуль-органом 12 не формируется . Это обеспечивает выделение границы раздела сред (.уровня жидкости) по первым двум смежным датчикам, не заполненным жйдкостью. Одновременно обеспечивается повышение надежности выделения уровня раздела сред при возможных на практике случаях выхода из строя датчиков, расположенных внутри реэервуара и не поддающихся ремонту, или дефектах в кабельной лиФормула изобретения

1477046 и фильтр нижних частот, нуль-орган, первый вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, а второй вход соединен с источником опорного напряжения, счетчик импульсов, к вы5 ходам которого подключен регистр, логический элемент И, выход которого соединен с входом счетчика импульсов, генератор тактовых импульсов, подклю- щ ченный последовательно с первым и вторым элементами задержки к первому входу элемента И, и компенсационный чувствительный элемент, обкладки которого расположены выше или ниже контролируемых отметок изменения уровня жидкости, о т л и ч а ю щ и йс. я тем, что, с целью повышения чувствительности при одновременном повышении надежности работы, в него введены стробированный распределитель импульсов, вход которого, являющийся объединенным входом тактирования и. стробирования., подключен к выходу генератора тактовых импульсов, усили- д тель заряда, включенный между первыми обкладками рабочих.и компенсационноЬо чувствительных,элементов и входом инвертирующего усилителя, детектор состояния смежных рабочих чувстви" тельных элементов, информационный вход которого подключен к выходу нуль-органа и тактовый вход подключен к выходу первого элемента задержки, а выход детектора состояния смежных рабочих чувствительных элементов под" ключен к второму входу элемента И и управляющему входу выходного регистра, двухпозиционные ключи для каждого в отдельности чувствительного элемента, первые входы ключей соединены с источником, эталонного напряжения, а вторые входы подключены к общей ши-. не, управляющие входы двухпозиционных ключей рабочих чувствительных элементов соединены с соответствующими выходами .введенного распределителя импульсов, прн этом управляющий вход двухпозиционного ключа компенсационного чувствительного элемента соединен с выходом генератора тактовых импульсов, один выход распределителя импульсов соединен с входами ус-. тановки в исходное положение счетчика и детектора состояния смежных чув- ствительных элементов, а вторые обкладки рабочих и компенсационного чувствительных элементов соединены с выходами соответствующих двухпозицианных ключей, 1477046

1477046

Фие. 5

Составитель Н. Иараховская

Редактор Т. Лошкарева Техред Л.

Заказ 571 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГЕНТ СССР

113035, Москв», 5-35, Рауаская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101