Дискретный терморезисторный уровнемер

 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения уровня, например, криогенных жидкостей. Устройство содержит N терморезисторных датчиков уровня 1, N конденсаторов 2, образующих совместно с датчиками дифференцирующие цепи 3, генератор импульсов 4, N-1 элементов И 5, логическую схему 6, состоящую из N каналов, каждый из которых содержит одновибратор 7 и D-триггер 8. Выходы логической схемы соединены с N-канальным индикатором 9. В установившемся режиме работы горит светодиод, соответствующий уровню жидкости в емкости, при этом все датчики, находящиеся ниже уровня жидкости, кроме верхнего, отключены от генератора. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 F 23/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4261901/24 — 10 (22) 15.06.87 (46) 15.07.90, Бюл. N 26 (71) Опытное конструкторско- технологическое бюро с опытным производством Института металлофизики AH УССР (72) В.С. Ступак, H.Е. Синицкий, Е,А. Москаленко и И.В. Проскурко (53) 681.128(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР . ЛЬ 1281909, кл. G 01 F 23/24, 1985. (54) ДИСКРЕТНЫЙ ТЕРМОРЕЗИСТОРНЫЙ

YP0BHEMEP (57) Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для изме Ы „„1578491 А1 рения уровня, например, криогенных жидкостей. Устройство содержит п терморезисторных датчиков 1 уровня, и конденсаторов 2, образующих совместно с датчиками дифференцирующие цепи 3, генератор 4 импульсов, п — 1 элементов И 5, логическую схему 6, состоящую из и каналов, каждый из которых содержит одновибратор 7 и 0-триггер 8, Выходы логической схемы соединены с п-канальным индикатором 9. В установившемся режиме работы горит светодиод, соответствующий уровню жидкости в емкости, при этом все датчики, находящиеся ниже уровня жидкости, кроме верхнего, отключены от генератора. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1578491

55 зом

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в различных отраслях промышленности для измерения уровня преимущественно криогенных жидкостей.

Цель изобретения — повышение экономичности устройства путем уменьшения мощности, рассеиваемой в контролируемой среде.

На фиг. 1.приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 — эпюры напряжений.

Устройство содержит и датчиков 1 уровня (1 1, 1.2, ..., 1 и), установленных равномерно по высоте контролируемой емкости, п конденсаторов 2 (2.1, 2,2...„2.n), образующих совместно с датчиками 1 уровня дифференцирующие цепи 3 (3,1, 3.2, ..., 3.n), генератор 4 импульсов, п-1 элементов И 5 (5.1, 5.2, ..., 5(n-1)), логическую схему 6, состоящую из п каналов 6,1, 6.2, ..., 6.п, каждый иэ которых содержит одновибратор 7 и

D-триггер 8, инверсный выход которого является выходом канала, вход одновибратора 7 является входом канала, а выход одновибратора подключен к первому входу триггера 8, второй вход которого (счетный) является дополнительным входом логической схемы 6 и общим счетным входом для всех каналов. Выходы дифференцирующих цепей подключены к соответствующим входам логической схемы 6, выходы которой соединены с индикатором 9 уровня, а выход генератора 4 подключен к дополнительному входу логической схемы 6, к входу дифференцирующей цепи З.п верхнего датчика 1.п .уровня и к первым входам элементов И (5.1, 5.2, ..., 5.(n-1)); выходы которых соответственно подключены к входам остальных дифференцируещик цепей 3.1, 3.2, ..., 3.(п-1), а вторые входы элементов И 5,1, 5.2, ...,5. (n — 1) соответственно соединены с выходами каналов логической схемы 6, соответствующих датчику еь|шерасположен ного уровня, т.е. к первому входу элемента И 5.1 подключен выход канала 6.2 и т.д., а к первому входу элемента И 5.(п — 1) — выход канала 6.п.

Индикатор 9 уровня может, например, состоять из и идентичных каналов, каждый из которых содержит последовательно включенные буферный формирователь 10, светодиод 11 и резистор 12, подключенный вторым выводом к источнику питания положительной полярности (не показан), причем входы буферных формирователей 10 являются входами индикатора 9 уровня, Устройство работает следующим обраПри подаче питания на уровнемер в момент времени tl (фиг, 2) триггеры 8 сбрасываются в; состояние (устройство сброса не показано) и генератор 4 начинает генерировать прямоугольные импульсы длительностью тц (фиг2 U)), поступающие через первые входы элементов И 5.1, 5.2, ..., 5,(n — 1), благодаря присутствующим на их— вторых входах высоким уровням.напряжения (уровень лог. "1"), на входы дифференцирующих цепей 3.1, 3.2, ..., 3.(n — 1) и непосредственно на дифференцирующую цепь З.п. Очевидно, что проходящий через дифференцирующую цепь импульс меняет свою форму в зависимости от значения постоянной времени цепи т= RC, где R — сопротивление датчика 1 уровня;

С вЂ” емкость конденсатора 2, Необходимую форму импульса на выходе дифференцирующей цепи можно получить, выбирая ее постоянную времени в соответствии с соотношением г

k= —.

Поскольку в реальных условиях на уровень выходного напряжения дифференцирующей цепи влияют паразитные элементы

RC-цепи, а также сопротивление источника

R входного сигнала, то для скачка входного напряжения U на выходе дифференцирующей цепи напряжение равно

„,.„(,), cC C+R). ()

Таким образом, максимальное значение уровня выходного напряжения зависит от соотношения между сопротивлениями R и R> и при значительном уменьшении значения сопротивления R уровень выходного напряжения также уменьшается. Кроме того, вследствие конечной длительности фронта входного напряжения из-за влияния паразитной выходной емкости генератора и паразитных емкостей дифференцирующей цепи и кабеля длительность переднего фронта выходных импульсов увеличивается, что также приводит к уменьшению амплитуды.

Параметры дифференцирующих цепей выбирают таким образом, что при нахождении в хладагенте датчиков уровня, когда значение их сопротивлений максимально, постоянные времени цепей соответственно равны

W1 = 2 =... =In ktu

В случае нахождения датчиков уровня вне криогенной жидкости, например при выходе их из хладагента, или его отсутствии в резервуаре, где установлены датчики, их сопротивления минимальны, что приво1578491

10

20

30

Ъ

55 дит к значительному уменьшению постоянных времени дифференцирующих цепей 3.

Если выбрать значение

k = — = 0,1-0,3

tu для датчиков 1 уровня, находящихся в хладагенте, когда их сопротивление максимально, то очевидно, что при выходе датчиков уровня из криогенной жидкости согласно формулы (1) амплитуда выходного напряжения уменьшается практически до нуля, так как-постоянные времени дифференцирующих цепей 3 при этом уменьшаются на несколько порядков.

Таким образом, если хладагент в резервуаре, где установлены датчики уровня, в период времени t>-tz (фиг. 2) отсутствует, то на выходах дифференцирующих цепей 3 напряжение практически равно нулю, а на выходах одновибраторов 7 логической схемы

6 сохраняются низкие уровни напряжений (в дальнейшем — уровень лог, "0"), при этом триггеры 6.1, 6.2, ..., 6,п, стробируемые по заднему фронту импульсов., с выхода генератора 4 сохраняют на инверсных выходах логической схемы 6 уровни лог. "1", в результате чего свечение светодиодов 11,1, 11;2, ..., 11.п индикатора 9 уровня отсутствует.

При заливе хладагента в резервуар и погружении в момент времени датчика 1.1 уровня его сопротивление скачком увеличивается, постоянная времени дифференцирующей цепи 3.1 также увеличивается и становится равной т, в результате чего при поступлении на ее вход прямоугольных импульсов на выходе формируются разнополярные импульсы, причем одновибратор 7.1 на каждый импульс положительной полярности (фиг, 2. Uq, 02, 0з; t4 — тз) формирует импульс длительностью tu < to < Т, в результате чего на инверсном выходе триггера

8.1 устанавливается и поддерживается уровень лог. "0", приводящий к свечению светодиода 11.1 (фиг, 2, U4; tz — тз). При затоплении в момент времени тз датчика 1.2 уровня описанные процессы повторяются для дифференцирующей цепи 3.2 и канала

6.2 логической схемы 6, в результате чего установившийся на выходе канала 6.2 уровень "0" в момент времени t4 приводит к свечению светодиода 11.2 и установлению на втором входе элемента И 5.1 уровня "0", препятствующего дальнейшему прохождению импульсов через дифференцирующую ,цепь 3.1 (фиг. 2, 0 — Бт; тз — t4). При поступлении очередного импульса по его заднему фронту опрокидывается триггер 8.1 и светодиод 11.1 гаснет. В дальнейшем описанные процессы повторяются для всех остальных погруженных в хладагент датчиков уровня, причем одновременное свечение светодиодов, например 11.1 и 11.2, в период временн и ts — t4=T позволяет определять направление движения жидкости в закрытом резервуаре, Остальное время горит только один светодиод, соответствующий верхнему затопленному датчику уровня. т.е. уровню измеряемой жидкости.

При понижении уровня жидкости устройство работает аналогично. Допустим, что затоплены датчики 1.1 и 1.2. При этом согласно фиг. 2 на инверсном выходе триггера 8.2 присутствует уровень лог.

"0" (0т; ts), запрещающий поступление импульсов с выхода генератора 4 на дифференцирующую цепь 3.1, а на втором входе элемента И 5.2 присутствует уровень лог, "1", разрешающий поступление импульсов на дифференцирующую цепь 3,2. При понижении уровня жидкости датчик 1,2 в некоторый момент времени оказывается в ее парах и его сопротивление резко падает, уменьшая тем самым постоянную времени дифференцирующей цепи 3.2. В результате выходное напряжение цепи 3.2 уменьшается практически до нуля и по заднему фронту выходного импульса генератора 4 триггер

8.2 устанавливается в состояние лог. "0", при этом на его инверсном выходе устанавливается уровень лог. "1", разрешающий поступление импульсов с выхода генератора 4 через элемент И 5.1 на дифференцирующую цепь 3.1, а светодиод 11.2 гаснет. Поскольку датчик 1,1 в это время находится в жидкости, его сопротивление велико, на выходе дифференцирующей цепи 3.1 при поступлении очередного импульса с выхода генератора 4 присутствует знакопеременное напряжение и на инверсном выходе триггера 8.1 устанавливается уровень лог. "0". зажигающий светодиод 11.1 При выходе из жидкости нижнего датчика 1,1 его сопротивление резко уменьшается, на инверсном выходе триггера 8.1 устанавливается уровень лог. "I" и светодиод 11.1 гаснет.

Введение в тепловой дискретный уровнемер и — 1 элементов И, подключение их соответствующим образом к остальным элементам уровнемера и предлагаемое выполнение логической схемы позволяет отключать от генератора все датчики уровней, находящиеся ниже контролируемого уровня жидкости, кроме одного верхнего.

Формула изобретения

1. Дискретный терморезисторный уровнемер, содержащий генератор импульсов, N установленных по высоте контролируемой емкости датчиков уровня, каждый из которых соединен с первым выводом соот1578491

2, Уровнемер по и. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что каждый канал логической схемы содержит последовательно соединенные одновибратор и О-.триггер, счетный вход которого является дополнительным входом, а инверсный выход — выходом канала.,0

Составитель А.Курочкин

Техред М.Моргентал Корректор Л.Патай

Редактор М.Петрова

Заказ 1906 Тираж 540 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ветствующего конденсатора и с соответствующим входом N-канальной логической схемы, выходы которой подключены к индикатору, а второй вывод конденсатора, соединенного с верхним датчиком, подключен 5 к генератору импульсов, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения экономичности путем уменьшения мощности, рассеиваемой в контролируемой среде, в нем датчики выполнены в виде терморезисто- 10 ров, каждый из которых вторым выводом соединен с общим проводом, а также введено N-1 элементов И, выходы которых под° ключены соответственно к вторым выводам

N — 1 конденсаторов, первые входы — к генератору импульсов, а второй вход каждого— к выходу канала логической схемы, соответствующего вышерасположенному датчику, при этом дополнительный вход каждого канала логической схемы подключен к генератору импульсов,