Преобразователь перемещения в код

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в различных устройствах для измерения и регистрации перемещений, в том числе в уровнемерах жидкостей. Целью изобретения является повышение надежности и расширение области применения преобразователя перемещения в код. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь перемешения в код, содержащий генератор синусоидальных напряжений, датчик перемещений, первый металлический поплавок, коммутатор, формирователь импульсов, формирователь кода уровня, формирователь кода перемещений и блок управления, дополнительно введены второй металлический поплавок, блок диагностики и блок контроля аварийных ситуаций. Второй металлический поплавок расположен в зоне предельных перемещений. Информация, поступающая с выходом формирователя кода перемещения, является информацией о перемещении или положении первого металлического поплавка. Информация о достижении критического уровня образуется при помощи второго металлического поплавка и снимается с первого выхода блока контроляаварийных ситуаций, с второго выхода которого снимается информация о работоспособности датчика перемещений. Блок диагностики позволяет осуществлять работу преобразователя в двух режимах:"работа" и "контроль". В режиме "работа" преобразователь измеряет перемещения первого металлического поплавка относительно датчика перемещений, а в режиме "контроль" проверяется работоспособность преобразователя без датчика перемещений и металлических поплавков. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (gg 4 Н 03 М 1/24

3Л".053833

AA 1Н7И-П1г4%0Ю0

Б 4 Б ЛИG ТЕ лА

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ

Il0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И (ЛНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4311889/24-24 (22) 30.09.87 (46) 23.07.89. Бюл..II 27 (72) В.Н.Бурахин, В.П.Канунйиков, В.К.Колесниченко, А.П.Константинов, В.H.Покатаев и А.К.Флоров (53) 681.325(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

II 748479, кл. Н 03 М 1/24, 1978.

Авторское свидетельство СССР

В 1243091, кл. Н 03 М 1/24, 1984. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

В КОД (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в различных устройствах для измерения и регистрации перемещений, в том числе в уровнемерах жидкостей. Целью изобретения является повышение надежности и расширение области применения преобразователя перемещения в код. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь перемещения в код, содержащий генератор синусоидальных напряжений, датчик перемещений, первый металлический поплавок, коммутатор, формирователь импульсов, формиИзобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в различных устройствах для измерения и регистрации перемещений, в том числе в уровнемерах жидкостей.

Целью изобретения является повышение надежности, расширение области

„„SU„„1495992 А1

2 рователь кода уровня; формирователь кода перемещений и блок управления, дополнительно введены второй металлический поплавок, блок диагностики и блок контроля аварийных ситуаций.

Второй металлический поплавок расположен в зоне предельных перемещений.

Информация, поступающая с выходов формирователя кода перемещения, является информацией о перемещении или положении первого металлического поплавка. Информация о достижении критического уровня образуется при помощи второго металлического поплавка и снимается с первого выхода блока контроля аварийных ситуаций, с второго O выхода которого снимается информация

Щ о работоспособности датчика перемещений. Блок диагностики позволяет осуществлять работу преобразователя С в двух режимах: "Работа" и "Контроль"..

В режиме 1Работа" преобразователь измеряет перемещения первого металлического поплавка относительно датчика 4-ь перемещений, а в режиме "Контроль" проверяется работоспособность преобразователя без датчика перемещений и металлических поплавков. 3 з.п. ф-лы, 3 HJI °

ЬР применения и расширение функциональных воэможностей за счет обеспечения контроля работоспособности преобразователя.

На фиг. 1 приведена функциональная схема преобразователя; на фиг.2 схема датчика перемещений; на фиг.3

3 149599 временные диаграммы, поясняющие рабо,ту датчика перемещений.

Преобразователь содержит генера.тор 1 синусоидальных напряжений, датчик 2:реремещений, металлический по плавок 3, коммутатор 4, формирователь

;5 импульсов, формирователь 6 кода уровня, формирователь 7 кода перемещений, блок 8 диагностики, блок 9 уп- 10 равления, блок 10 контроля аварийных ситуаций и металлический поплавок 11.

Формирователь 6 кода уровня содержит элемент ИСКЛЮЧЛЮЦЕЕ ИЛИ 12 и блок 13 триггеров.

Формирователь 7 кода перемещения содержит преобразователь 14 кодов, регистры 15 и 16, сумматор 17, выходы 18 формирователя 7 кода перемещений являются информационными выхода- 20 ми преобразователя.

Датчик 2 перемещений (фиг. 2) может быть выполнен в виде немагнитной трубы (не показана), на которой расположены катушки 19-30 индуктивности. 25

Блок 8 диагностики содержит кон денсатор 31, резистор 32, переключа тель 33 режима и элемент ИЛИ-HE 34.

Блок 9 управления содержит счетчики 35 и 36, блок 37 элементов ИСКПОЧАЮЦЕЕ ИЛИ, блок 38 элементов НЕ,, элементы ИЛИ-.НЕ 39 и 40, элемент НЕ, 41, пороговый элемент 42 и элемент

: ИЛЦ-НЕ 43.

Блок 10 контроля аварийных ситуаций содержит пороговое устройство 44, триггер 45 и элемент ИЛИ-НЕ 46.

Катушки 19 — 30 индуктивности (фиг. 2) датчика 2 перемещений расположены на трубе на одинаковом расстоя-4 нии и соединены попарно-последовательно, а пары — параллельно. Для контроля предельного уровня в датчике 2 перемещений используется пара катушек

29 и 30 индуктивности, расположенных в предельной части резервуара.

Преобразователь перемещения в код работает следующим образом.

В режиме "Работа" переключатель 33 режима установлен в положение "Работа", Выходной сигнал катушек 19-28 индуктивности формируется за счет взаимодействия с перемещающимся металлическим поплавком 3, отслеживающим уровень жидкости. При отсутствии металлического поплавка 3 в зоне действия электромагнитного поля пары катушек 19-28 индуктивности амплитуда выходного сигнала равна нулю, 2 1 а при взаимодействии будут колебания. Причем в зависимости от того, поле какой катушки 19-28 индуктивности пересекает металлический поплавок

3, фаза сигнала на выходах датчика 2 перемещений принимает значение 0 или

180 относительно опорной (фиг. 3a). ! Поскольку металлический поплавок 3 может перекрыть по длине одну или частично две катушки 19-28 индуктивности, то в определенный момент времени сигнал выделяется только на одном либо на двух выходах датчика 2 перемещений одновременно. Комбинация сигналов различной амплитуды и фаза на выходах датчика 2 перемещений определяет положение металлического поплавка 3 относительно катушек 19-28 индуктивности. При достижении металлическим.поплавком 3 девятнадцатого уровня дальнейшее перемещение его вверх ограничено фиксатором, т.е. он достиг максимального измеряемого уровня и находится в зоне действия электромагнитного поля катушки 28 индуктивности датчика 2 перемещений (фиг.Зб).

Катушки 29 и 30 индуктивности датчика 2 перемещений расположены выше катушек 19-28 индуктивности, т.е. в зоне предельного уровня, Выходной сигнал катушек 29 и 30 индуктивности формируется за счет взаимодействия перемещающегося поплавка 11, отслеживающего предельный уровень жидкости.

Металлический поплавок 11 зафиксирован в зоне действия электромагнитного поля катушки 29 индуктивносъи датчика 2 перемещений и может перекрыть по длине только катушку 29 индуктивности или только катушку 30 индуктивности.

В исходном состоянии на первом и шестом выходах датчика 2 перемещений сигнал имеет фазу 0 относительно опорной (соответственно фиг. Зб, ж) — первый уровень отсчета. При появлении на втором выходе датчика 2 перемещений сигнала с фазой 180 (фиг. Зв) относительно опорной имеем второй уровень отсчета, т.е. когда одновременно присутствуют сигналы на первом выходе датчика 2 перемещений с фазой 0 (фиг. Зб), втором выходе с фазой 180 (фиг. Зв) и на шестом выходе с фазой о

0 (фиг ° Зж). Третьему уровню отсчета соответствует сигнал на втором выходе о с фазой 180 и шестом выходе с фазой

0, четвертому уровню — сигнал на вто0 ром выходе с фазой 180 (фиг. Зв), 1495992 сигнал на третьем выходе с фазо" 0» (фиг, 3r) и сигнал на шестом выходе с фазой О (фиг. Зж) и т.д.

С выхода генератора 1 синусоидальо 5 . ных напряжений сигналы с фазой О (опорное) и 180 поступают на входы датчика 2 перемещений (фиг. 2), а опорный (фиг. За) — на вход формирователя 5 импульсов. Использование фазы сигналов повышает точность отсчета и уменьшает количество выходов датчика 2 перемещений, необходимых для отсчета дискретных уровней. Выходы датчика 2 перемещений соединены с входами коммутатора 4 так, что для уровней 1...9 (фиг. 3) сигналы, синфазные с опорным напряжением, имеются только на нечетных входах коммутатора 4, а для уровней 10...19 — на чет- 20 ных. С прямого выхода формирователя 5 опорные импульсы поступают на D-вход одного из триггеров блока 13 и D-вход триггера 45. С инверсного выхода формирователя 5 импульсы поступают на 25 вход элемента ИЛИ-НЕ 34 и на счетный вход счетчика 36, с выхода которого информация в двоичном коде (причем младший разряд прямо, а остальные через блок 37 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ и блок 38 элементов HE) поступает на управляющие входы коммутатора 4 и соответствующий вход коммутируется на выход. Каждым восьмым импульсом счетчика 36 через один из элементов блока 37 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и один из

35 элементов блока 38 элементов НЕ, сбрасывается в исходное состояние, завершая цикл опроса входов коммутатора 4. С выхода коммутатора 4 40 сигнал поступает на вход порогового элемента 42, где сравнивается с заданным уровнем. На его выходе появляется импульс, который через элемент

ИЛИ-НЕ 39 поступает на С-входы D-триг45 геров блока 13 и на информационный вход счетчика 35, который считает по модулю два и производит запись кода в регистры 15 или 16. При появлении кода 000 на выходе счетчика 36 и уровня логического "О" на первом выходе счетчика 35 на выходе элемента ИЛИ-НЕ 43 появляется сигнал, который устанавливает счетчик 35 в нулевое состояние. С выхода счетчика 36 двоичный код поступает младший разряд прямо, а остальные через блок 37 эле-. ментов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и блок 38 на

D-входы триггеров блока 13. Функцио6 наль ное н аз н аче ние блока 1 3 тр нг геров — буферная память кода коммутируемого входа коммутатора 4 и кода фазы сигнала. Сигнал с фазой 0 (опорная) кодируется уровнем логической "1", а с фазой 180 — уровнем логического "О".

Элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ HJIH 12 формирует бит признака положения металлического поплавка 3, который принимает значение логического "О" в пределах

1...9 уровней, а логической "1" — в остальных. Так6е кодирование достигается за счет того, что ири нахождении металлического поплавка 3 в пределах

1...9 уровней сигнал с фазой Оо появляется только на нечетных входах коммутатора и на выходе элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12 в это время имеется уровень логического "0". В пределах остальных уровней сигнал с фазой

О имеется только на четных входах коммутатора 4, на выходе элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12 — уровень логической "1". Бит признака положения ме-. таллического поплавка 3 позволяет увеличить количество измеренных дискретных отсчетов. В течение одного цикла опроса на выходе порогового элемента 42 могут появиться три либо два импульса (сигналы на трех или двух выходах датчика 2 перемещений) .

При появлении кода 000 .на выходе счетчика 36 (коммутируегся шестой вы ход датчика 2 переггещений) на выходе элемента ИЛИ-НЕ 40 присутствует уровень логической "1", который блокирует прохождение через элемент ИЛИ-НЕ

39 иггпульса с выхода порогового элемента 42, а через элементы HK 41 и элемент ИЛИ-HE 46 разрешает его прохождение на С-вход триггера 45. Таким образом, на выходе элемента ИЛИНЕ 39 присутствуют два или один импульс. В первом случае соответствую-щий код с выхода формирователя 6 кода уровня записывается в регистры 15 и 16, во втором случае — в регистр 15, а в следующем цикле — в регистр 16.

С выходов регистров 15 и 16 код поступает на входы сумматора 17. На его выходах формируется код уровня, отличающийся от двоичного, поэтому он преобразуется в двоичный. Преобразова« тель 14 кодов представляет собой постоянное запоминающее устройство.

С выхода сумматора 17 код уровня по-; ступает на адресные входы преобразова1495992 теля 14, в ячейках которого записан двоичный или двоично-десятичный код ровня. Второй металлический поплавок

1 зафиксирован в зоне действия электомагнитного поля катушки 29 индук 5 ивности датчика 2 перемещений и на

ro шестом выходе сигнал имеет фазу о (фиг, Зж) ° Поэтоиу с приходом ии» ульса на С-вход триггера 45 на его 10

-входе имеется уровень логической

1 tt а на инверсном выходе — уровень огического 0 . При достижении меИ И аллическим поплавком 11 зоны дейстин электромагнитного поля катушки 30 15 ндуктивности датчика 2 перемещений а его шестом выходе фаза будет 180 тносительно опорной и с приходом им- . льса на С-вход триггера 45 на его входе имеется уровень логического 20

1 tt

О, а на инверсном выходе - уровень огической "1", жидкость достигла преельного уровня, т.е. предельного коа (фиг. Зи, "перелив" ) .

При нормальной работе преобразова- 25 еля в каждом цикле опроса датчика 2 еремещений на выходе коммутатора 4 меются два или-три информационных игнала в зависимости от того, поле

1 аких катушек 19 - 30 пересекает ме- 30 фаллический поплавок 3. Каждый из

Ьтих сигналов по длительности приблиительно равен одному периоду колебаий.генератора 1. Амплитуда этих сигалов примерно на порядок меньше опор-35 ого напряжения (U „) компаратора порогового устройства 44, т.е. разность фходных сигналов меньше срабатывания компаратора. Поэтому на его выходе ймеется уровень логической 1 . При 40

Эбрыве, например, катушки,19 иидуктив"

Кости происходит разбаланс пары кату:laeK 19, 28 индуктивности и напряжение йа выходе 1 датчика 2 перемещения приблизительно равно выходному напряже45 йию генератора 1. В каждом цикле опроса датчика 2 перемещения один период

Этого напряжения коммутируется на вы i@op коммутатора 4 и поступает на. вход порогового устройства 44. ВыпрямленНое и отфильтрованное напряжение по50 ступает на вход компаратора и оно больше опорного. Компаратор переключается и на его выходе имеется уро- . вень логического "О".

При коротком замыкании, например, Матушки 19 индуктивности происходит также разбаланс пары катушек 19, 28

Нндуктивности и напряжение на первом выхоце датчика 2 приблизительно равно выходному напряжению генератора 1.

Далее работа порогового устройства 44 проходит так же, как и при обрыве катушки 19 индуктивности. Аналогично пороговое устройство 44 работает при обрыве или коротком замыкании любой катушки датчика 2 перемещений.

В режиме "Контроль (диагностика) переключатель 33 установлен в положение "Контроль". При,появлении уровня логического "0" на выходе старшего разряда счетчика 36 на выходе одного иэ инверторов .блока 38 имеется уро. вень логической " 1", который устанавливает счетчик Зб в нулевое состояние. Поэтому на выходах двух других инверторов блока 38 также уровень логической "1", и, следовательно, седьмой вход коммутатора 4 постоянно каммутируется на выход.

Так как на втором входе элемента ИЛИ-НЕ 34 имеется уровень логического "0", то каждый такт íà его выходе, а следовательно, и на седьмом выходе коммутатора 4 имеются импульсы, длительность и амплитуда которых формируются конденсатором 31 и резистором 32.

Формула изобретения

1. Преобразователь перемещения в код, содержащий генератор синусоидальных напряжений, первый выход которого соединен с первым входом дат-. чика переиещений, против которого расположен первый металлический поплавок, а второй — с входом формирователя импульсов и с вторым входом датчика йеремещений, выходы которого соединены с группой ннформационнык входов коммутатора, выход которого соединен с информационным входом блока управления., инфориационные выходы которого соединены с управляющими входами коммутатора и группой информационных входов фориирователя кода уровня, первый и второй управляющие выходы — с первым и вторым управляющими входаии формирователя кода перемещения, тактовый выход соединен с тактовым входои формирователя кода уровня, выходы которого .соединены с информационными входами формирователя кода перемещения, выходы которого являются информационными выходами преобразователя, первый выход формирова1495992 теля импульсов соединен с информационным входом формирователя-кода уровня, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, . расширения области применения и расширения функциональных возможностей за счет обеспечения контроля работоспособности преобразователя, в него введены блок диагностики, блок контроля аварийных ситуаций и второй металлический поплавок, расположенный в предельной зоне датчика перемещения, первый выход формирователя импульсов соединен с первым входом блока контроля аварийных ситуаций, выходы которого являются аварийными выходами преобразователя, выход коммутатора соединен с вторым входом блока контроля аварийных ситуаций, третий и 2р четвертый входы которого подключены соответственно к третьему и четвертому управляющим выходам блока управле ния, второй выход формирователя импульсов соединен с первым управляющим входом блока управления и с входом блока диагностики, первый выход которого соединен с вторым управляющим входом блока управления, а второй выход с информационным входом ком 3О мутатора.

2. Преобразователь по п. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что блок управления содержит пороговый элемент, первый, второй и третий элементы ИЛИ-НЕ, элемент НЕ, первый и второй счетчики, блок элементов ИСКЛЮ-

ЧАЮЦЕЕ ИЛИ, блок элементов НЕ, вход порогового элемента является информационным входом блока управления, а выход является третьим управляю- щим выходом блока управления и соединен с первым входом первого элемента

ИПИ-НЕ, выход которого является тактовым выходом блока управления и соединен со счетным входом первого счет45 чика, первый выход которого является первым управляющим выходом блока управления и соединен с первым входом второго элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с входом обнуления первого счетчика, второй выход которого является вторым управляющим выходом блока управления, счетный вход второго счетчика является первым управляю55 щим входом блока управления, а выходы, кроме выхода лшадшего разряда, соединены с первой группой входов блока элементов ИСКЛ10ЧЛЮ цЕЕ ИЛИ, вторая группа входов которого объединена и является вторым управляющим входом блока управления, а выходы соединены с соответствующими входами блока элементов НЕ, выход старшего разряда которого соединен с входом обнуления второго счетчика, выход младшего разряда которогО и выходы остальных разрядов блока элементов НЕ являются информационными выходами блока управления и соединены с остальными входами второго элемента ИЛИ-НЕ и с входами третьего элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ-НЕ и с входом элемента НЕ, выход которого является четвертым управляющим выходом блока управления.

3. Преобразователь по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что блок диагностики содержит переключатель, конденсатор, резистор и элемент ИЛИ-НЕ, первый вход которого является входом

1 блока диагностики, а выход соединен с первым выводом конденсатора, второй вывод которого соединен с первым выводом резистора и является вторым выходом блока, первый вход переключателя соединен с шиной логической единицы, второй вход подключен к второму выводу резистора и к шине общего потенциала, а выход соединен с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ и является первым выходом блока диагностики.

4. Преобразователь по п. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, .-то блок контроля аварийных ситуаций содержит пороговое устройство, триггер и элемент ИЛИ-НЕ, первый и второй входы которого являются третьим и четвертым входами блока контроля аварийных ситуаций, а выход соединен с первым входом триггера, второй вход которого является первым входом блока контроля аварийных ситуаций, вход порогового устройства является вторым входом блока контроля аварийных ситуаций, выход порогового устройства и выход триггера являются выходами блока контроля аварийных ситуаций.

1495992

1495992.6

1 2Я 4 5 6 7 В 910 11 121ЯЖ751677181917zpepw/

А Р

Составитель С.Рыбаков

Техред Л.Олийнык Корректор М.Демчнк

Редактор И.Шмакова

Заказ 4286/56 Тираж 884 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета rro изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

EbI ll ЬlхОО Я В х084 быхов /pup/ 5

Фик 2

4++

Ъ

Ю 4 ф

b Ъ