Цифровой измеритель параметров жидкости

 

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для цифрового измерения уровня и температуры топлива в бензобаке автомобиля. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения одновременного измерения, обеспечение прямого цифрового отсчета уровня или количества и температуры жидкости в баке сложной конфигурации. Измеритель содержит частотный терморезисторный датчик уровня 1, генератор опорной частоты 2, частотно-цифровой преобразователь на элементах 3-15 и цифровые индикаторы температуры и уровня (количества) 16 и 17 жидкости. Частотные сигналы F р и F т датчика преобразуются в счетчике 5 в адресные коды N A, по которым из программируемого запоминающего устройства (ПЗУ) извлекаются и заносятся в регистры 14 и 15 прямые коды температуры и уровня, а результаты измерения высвечиваются в индикаторах 16 и 17. За счет ПЗУ обеспечивается линеаризация характеристики датчика и преобразование кода N A в прямые коды расхода и температуры. Датчик 1 выполнен в виде фольговых подогреваемого и неподогреваемого терморезисторов, подключенных к автогенераторам, подогрев осуществляется от источника тока. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4338711/24 — 10 (22) 16.10.87 (46) 15.07.90, Бюл, М 26 (72) П.Т. Харитонов, В.П. Буц, Г.А. Франк и

С.В. Голобоков (53) 681.128.62;536.531(088,8) (56) Приборы и техника эксперимента, 1978, % 4, с. 20-21.

Авторское свидетельство СССР

М 767533, кл. G 01 F 23/70, 1978. (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТPOS ЖИДКОСТИ

» Ы„, 1578492 Al (я)5 G 01 F 23/24, 23/00, G 01 К 7/00 (57) Изобретение относится к приборостроению и предназначено для цифрового измерения уровня и температуры топлива в бензобаке автомобиля, Цель изобретения— расширение функциональных возможностей путем обеспечения одновременного измерения, обеспечение прямого цифрового отсчета уровня или количества и температуры жидкости в баке сложной конфигурации.

Измеритель содержит частотный термореэисторный датчик 1 уровня, генератор 2 опорной частоты, частотно-цифровой преобразователь на элементах 3 — 15 и цифро1578492 (2) 40

45 вые индикаторы температуры и уровня (количества) 16 и 17 жидкости. Частотные сигналы fp u fT датчика преобразуются в счетчике 5 в адресные коды NA, по которым из программируемого запоминающего устройства (ПЗУ) извлекаются и заносятся в регистры 14 и 15 прямые коды температуры и уровня, а результаты измерения высвечиваются в индикаторах 16 и 17. За счет ПЗУ

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для цифрового измерения уровня или количества топлива и его температуры в бензобаке автомобиля.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем обеспечения одновременного измерения уровня или количества жидкости и ее температуры в ,емкостях сложной конфигурации, На фиг. 1 изображена структурная схема измерительной части устройства; на фиг.

2 — конструкция датчика; на фиг, 3 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит (фиг. 1) частотный терморезисторный датчик 1 уровня и темпе- ратуры, генератор 2 опорной частоты, логические элементы 3 и 4 типа 2 — 2И вЂ” ИЛИ, основной 5 и дополнительный 6 двоичные счетчики, кодовые коммутаторы 7 и 8, кодовые задатчики 9-12, программируемое запоминающее устройство (ПЗУ) 13, регистры

14 и 15 с дешифраторами на выходе, цифровые индикаторы 16 и 17, одновибраторы 18 и 19, элементы 20 и 21 задержки, счетный триггер 22 и элементы И 23 и 24.

Датчик (фиг. 2) содержит тонкостенную трубку 25 из материала с малой теплопроводностью, на которую по всей длине нанесен двухслойный фольговый терморезисторный элемент 26, а в нижней ее части размещен датчик 27 температуры (предпочтительно фольговый), который проводником

28 подключен к преобразователю 29 сопротивления в частоту (ПСЧ). Нижние выводы элементов 26 и 27 подключены к проводнику

30, соединяющему их с входами ПСЧ 29 и 31 и с общим проводом устройства. К входу ПСЧ 31 подключен один проводящий слой элемента 26, а второй проводящий слой его подключен к источнику 32 тока подогрева In.

Трубка 25 размещена в резервуаре 33, уровень P и температуру Т жидкости в котором необходимо измерять.

Устройство работает следующим образом.

35 обесп=чивается линеаризация характеристики датчика и преобразование кода

NA в прямые коды расхода и температуры, Датчик 1 выполнен в виде фольговых подогреваемого и неподогреваемого терморезисторов, подключенных к автогенераторам, подогрев осуществляется от источника тока. 3 ил.

8 зависимости от уровня жидкости при постоянном токе 1П подогрева элемента 26 его собственное сопротивление и температура изменяются. Если уровень мал, то имеет место максимальная разность температур элементов 26 и 27, а при максимальном уровне Р зта разность температур минимальна за счет большой теплоотдачи в жидкость. Выполнение элементов 26 и 27 фольгового типа обеспечивает технологичность конструкции датчика, поскольку эти элементы могут быть легко наклеены на трубку 25 и изолированы от жидкости слоем защитного покрытия.

Измерительная схема работает в циклическом режиме поочередного цифрового измерения уровня и температуры с обеспечением непрерывной цифровой индикации уровня на индикаторе 17 и температуры на индикаторе 16 (фиг. 1 и 3), При U1 = 0 и Uz = 1 на выходе элемента

3 действует зависящая от измеряемого датчиком 1 уровня частота 1р, а на выходе элемента 4 действует зависящая от температуры частота fT. По сигналу Ут в счетчик 6 заносится код Йз, проходящий через коммутатор 8 по сигналу U2 = 1, и с момента записи этого кода счетчик 6 начинает формирование интервала счета t1 (сигнала Оз - 1):

t1 = АЗ/fT (1)

По переднему фронту 04 сигнала 0з в счетчик 5 заносится код Nz, задаваемый элементом 10 и проходящий через коммутатор

7 по сигналу 02 = 1.

Значение кода М2 выбрано по условию

, >,2п 3

1 мин где fp u fx — значения частот fp u ft npu

1 1 минимальном (нулевом) уровне (для прямой зависимости частоты fp от измеряемого уровня);

1578492

К вЂ” число переполнений счетчика 5 за интервал счета (К = 1,2,3...).

По заднему фронту Us. выделяемому одновибратором 19 иэ сигнала 0з, и по коду

NA, сформированному на выходах счетчика

5, из ПЗУ 13 извлекается код Np уровня, хранящийся в ячейке с адресом NA. Код

Мр заносится в регистр 15 по сигналу Ug =

02 h Us, дешифрируется в код индикатора

17 и высвечивается в нем до следующей записи информации в регистр 15.

Иэ сигнала Us с задержкой, задаваемой элементом 20, формируется сигнал Ug, который переключает триггер 22 в состояние

U> = 1, 02 = О, а сигнал 0т, полученный в результате задержки в элементе 22 сигнала

Us, обеспечивает предустановку счетчика 6 в состояние N4 (за счет прохождения через коммутатор 8 кода N4 по сигналу 0; = 1).

На выходе счетчика 6 формируется передний фронт сигнала 0з, который выделяется одновибратором 18 (сигнал U4) и разрешает предустановку счетчика 5 в состояние 0> (за счет коммутации кода 0> с выходов элемента 9 на выходы коммутатора

7 по сигналу 0> = 1).

Значение кода N> выбрано по условию

N) > К 2" — + Ма1,(3) о где hMva — минимальное значение термозависимой частоты 1т.

N q — число ячеек ПЗУ 13, занятое информацией об уровне.

Интервал счета tz импульсов частоты fT в счетчике 5 равен

t2 = N4/fo (4) где N4 — значение кода, задаваемое элементом 12.

Значения интервалов t> и tz выбирают по условиям:

11 (Sp мин A Р); (5)

t2 (Ят мин AT) (6) где Зрмин, Я мин — минимальные значения коэффициентов преобразования соответственно уровня и температуры в частоты 1р и тт, A Р, Л Т вЂ” требуемая дискретность отсчета уровня и температуры соответственно.

По заднему фронту 05 интервала tz из

ПЗУ 13 извлекается соответствующее полученному в счетчике 5 коду Мд значение кода температуры N> и заносится в регистр

14 (по сигналу.0в = 0< A Us). Код NT на выходах регистра 14 дешифрируется в код индикатора 16 и индицируется в нем до момента следующей записи информации в регистр

Определяем диапазон изменения частоты:

1тмин =он(1 + т. (Тн Тмакс) г=301 (1 + 0,6 Х

Х (20 — 80) ) = 192,64 кГц;

55 ттмакс=ттн (1 + jtps мк4 -30 " (1+ 0,6 X

Х (20 — (-40)) ) = 403,34 к Гц, Определяем диапазон изменения частаты fp.

fpM H = fp (1 + ) т;Тн Тмакс) j = 290 (1 + О.б

X(20 — 8C" j= 185,6 кГц.

14, Затем по сигналу 06триггер 22 переключается в состояние U> = О, Uz =- 1, подготавливая устройство к измерению уровня.

Таким образом, обеспечивается цифровое измерение уровня и температуры с линеариэацией характеристик датчика 1 с помощью ПЗУ 13, Информация в ПЗУ 13 хранится в виде двух массивов: массив значений уровня в виде двоична-десятичных кодов Np и массив значений температуры в виде двоично-десятичных кодов NT.

Термозависимый интервал t t обеспечивает компенсацию температурной погрешности при измерении уровня. Изменение частот fp u fT от температуры жидкости не отражается на отношении частот fp/fT, которое используется для формирования кода NA.

Формирование интервала счета t иэ термозависимой частоты f-, позволяет обеспечить высокую точность контроля уровня в широком температурном диапазоне. Использование датчика 1 с частотными выходами повышает помехоустойчивость дистанционной передачи сигналов с датчика на измерительную схему.

Пример расчета устройства.

Исходные данные: диапазон измеряемых температур от -40 до 80 С; дискретность цифрового отсчета температуры

0,1 С; диапазон измеряемого количества топлива от 0,1 до 40 л с дискретностью

0,1 л; температурный коэффициент сопротивления элементов 26 и 27 > =0,62 / С (никель); максимальная разность температур элементов 26 и 27 Л Т = 15 С (при пустом бензобаке); значение частоты опорного генератора f< = 256 кГц.

В качестве преобразователей 29 и 31 (фиг. 3) используют известный генератор импульсов по схеме (1). Этот генератор обеспечивает преобразование сопротивлений от 1 до 500 Ом в частотный сигнал с коэффициентом преобразования около 600

Гц/ С (с учетом у, = 0,62 g,/ С) при номинальном значении частот (при Тн = 20 С, Ь

Т = 15 С) fpÄ= 290 кГц и 1тн =-301 кГц.

1578492 рмакс = рн (i+ ) (Тн — AT — Тмин)) = 290 (1 +

+ 0.6 (20-(15+ 80)) ) = 420,5 кГц.

Определяем диапазон изменения частоты f> от измеряемого уровня

A р = ) т Aтмакс =0,6 15 = 9 кГц, а также дискретность отсчета частоты fp no условию где A P = 0,1 л; P макс = 40 л: Кн = 1 6 (поскольку зависимость разности температур элементов 26 и 27 от уровня топлива в предлагаемой конструкции датчика близка к линейной, но конструкция бензобака не прямоугольная), Af+1 — 40 „2 — — 14,06 Гц

9 10 0,1

Выберем Жд1 = 14 Гц, Определяем требуемое время счета частоты 1р по формуле

t> (Л1д1) = — =744 10 с, 18

Из формулы (1) определяем требуемое значение кода:

N3 1тн t)= 301 10 0,0714 C = 21941, Выберем N3 = 21948.

Требуемое значение интервала счета t2 определяем по условию (6): сг 600 0,1 1,666 10 с

1 . — г

Определяем требуемое значение кода N4 из формулы (4);

N4> t2 f0=-1,666 102 256.10 = 4267, Пусть N4 =- 4268.

Определяем требуемое число двоичных разрядов счетчика 5;, п log — = log =10,2

Тмакс Тмин 80 — — 40

AT - > 01

Выбираем n = 12.

По формуле (2) определяем требуемое значение кода N2 предустановки счетчика 5 в режиме измерения уровня (количества топлива):

Йг = К 2 — 21145 = 3431.

В данном случае счетчик 5 за один цикл измерения переполняется шестикратно, Определяем число ячеек ПЗУ 13, которое занято информацией о количестве (уровне) топлива в бензобаке 33:

К3 Кн Рмакс 1,1 1,6 40 7О,1

ЛР 01

Определяем требуемое значение кода

Ni предустановки счетчика 5 в режиме из5 мерения температуры:

М К 2п 192,64 10 4268 886

М1 Кг 2п

256 10

В данном режиме счетчик 5 переполняется однократно (К2 = 1), Определяем цикл однократного измерения количества топлива и уровня:

tq 11+ t2+ t ïàð = 7,14 10 c+ 1,666

10 с+10 с =88 10 с.

Определяем число ячеек ПЗУ 13, необходимое для хранения информации о темпе2р ратуре:

=иа я3-,320

ЛTll О 1 ляг

Общее число ячеек ПЗУ 13 должно быть

N = Йя1+ ляг = 704 + 1320 = 2024.

Число разрядов ПЗУ 13 выбирают по условию

m 4 Ig — "а"с =41g — = 11,2

0,1

Выберем m = 12.

На этом расчет закончен.

35 В качестве ПЗУ 13 можно использовать микросхему емкостью 4096 — 16 разрядных слое (например К 573РФЗ). Более перспективно изготовление измерительной схемы (фиг. 1) в виде цифровой интегральной схе40 мы, что позволяет обеспечить низкую стоимость и трудоемкость изготовления устройства.

Формула изобретения

Цифровой измеритель параметров жидкости, содержащий протяженный чувствительный элемент и измерительную схему, включающую генератор опорной частоты, 50 счетчик, счетный триггер, два элемента И и элемент 2-2И вЂ” ИЛИ, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения одновременного измерения уровня и

55 температуры жидкости в емкостях сложной конфигурации, чувствительный элемент выполнен в виде терморезистора с косвенным подогревом, дополнительно введены термореэистор, размещенный вблизи нижнего конца протяженного чувствительного эле1578492 мента, .источник тока подогрева, подключенный к нагревателю чувствительного элемента, два преобразователя сопротивления в частоту, второй счетчик, выполненный вычитающим, второй элемент 2 — 2И вЂ” ИЛИ, че- 5 тыре кодовых задатчика, два кодовых коммутатора, два регистра с дешифраторами, два цифровых индикатора, программируемое запоминающее устройство, два одновибратора и два элемента задержки, 10 причем чувствительный элемент подключен к входу первого преобразователя сопротивления в частоту, а терморезистор — к входу второго, выход первого преобразователя подключен к первому входу первого элемен- 15 та 2-2И-ИЛИ, а выход второго преобразователя — к третьему входу первого элемента

2 — 2И-ИЛИ и к первому входу второго элемента, выход генератора опорной частоты подключен к третьему входу второго эле- 20 мента 2 — 2И-ИЛИ, первый выход счетного триггера — к четвертым входам элементов

2-2И вЂ” ИЛИ, к первому входу управления первого кодового коммутатора и к второму входу второго, а также к второму входу пер- 25 вого элемента И, второй выход счетного триггера соединен с вторыми входами элементов 2-2И-ИЛИ, с вторым входом управления первого кодового коммутатора, вторым входом второго элемента И и пер- 30 вым входом управления второго кодового коммутатора, выходы первого и второго кодовых задатчиков подключены к цифровым входам первого кодового коммутатора, а выходы третьего и четвертого кодовых задатчиков — к цифровым входам второго кодового коммутатора, выход первого элемента 2 — 2И вЂ” ИЛИ подключен к счетному входу первого счетчика а выход второго элемента — к счетному входу второго, выходы первого и второго кодовых коммутаторов подключены к входам предустановки первого и второго счетчиков соответственно, выходы первого счетчика — к адресным входам программируемого запоминающего устройства, выходы которого подключены параллельно к цифровым входам первого и второго регистров с дешифраторами, выходы которых соединены с соответствующими индикаторами, и ри этом выход второго счетчика соединен с входами первых двух одновибраторов и входом разрешения счета первого счетчика, выход первого одновибратора соединен с входом разрешения предустановки первого счетчика, выход второго одновибратора — с первыми входами первого и второго элементов И, входом разрешения считывания информации из программируемого запоминающего устройства и входом первого элемента задержки, выход которого подключен к входу счетного триггера и входу второго элемента задержки, выход которого подключен к входу разрешения предустановки второго счетчика.

1578492

Составитель А.Курочкин

Редактор М.Петрова Техред М.Моргентал Корректор Л.Патай

Заказ 1906 Тираж 549 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