Радиоизотопный уровнемер
Изобретение относится к приборостроению. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет снижения составляющей погрешности измерений от нелинейности характеристики преобразования сигналов детекторами излучения. Уровнемер содержит источник 1 излучения с коллиматором, N протяженных детекторов 2 излучения, расположенных по высоте сосуда параллельно оси перемещения источника излучения и смещенных один относительно другого на одинаковое расстояние. Уровнемер содержит также N формирователей 3, (N-1) блоков 6 обработки, (N-1) блоков 7 счетчиков, (N-1) блоков 14 задания коэффициентов, коммутатор 8 каналов, блок 9 управления каналами, блок 10 уставок, коммутатор 11 уставок, блок 12 вычитания кодов, сумматор 13, а также преобразователь 4 и выходной каскад 5. В предлагаемом уровнемере для каждых двух рядом рассположенных детекторов определяется наибольшая сумма частот сигналов, преобразованных детекторами 2 в виде импульсной последовательности. Эта сумма определяет область по высоте сосуда, где расположен измеряемый уровень вещества. Этот уровень определяется по отношению разности сигналов к их сумме с двух соседних детекторов. Введение (N-1) блоков 14 задания коэффициентов пересчета позволяет в процессе работы изменять коэффициенты пересчета блоков 7 счетчиков таким образом, чтобы обеспечить наименьшую погрешность от нелинейности характеристики преобразования сигналов детекторами излучения. 5 ил.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК
А2 (51) 5 G 01 F 23/18
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
° М
° °
° а
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (61) 1384957 (21) 4298723/24-10 (22) 28.09.87 (46) 23.10.90. Бюл. N 39 . (71) Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики Ленинградского политехнического института им, М.И.Калинина (72) M.fl.Çèêååa и A.Jl.Mèíêîâ (53) 681.128.8(088,.8) (56) Авторское свидетельство СССР
< 1384957, кл. С 01 F 23/18, 18.08.86.
„,SU 1601524
2 (54) РАДИОИЗОТОПНЫЙ УРОВНЕМЕР (57),Изобретение относится к приборостроению. Цель изобретения — повышение точности измерений за счет снижения составляющей погрешности измерений от нелинейности характеристики преобразования сигналов детекторами излучения. Уровнемер содержит источник 1 излучения с коллиматором, и протяженных детекторов 2 излучения, расположенных по высоте сосуда параллельно оси перемещения источника излучения и смещенных один относительно другого на одинаковое расстоя1601524 ние. Уровнемер содержит также и формирователей 3, (п — 1) блоков 6 обработки, (n — 1) блоков 7 счетчиков, (и — I) блоков 14 задания коэффициентов, коммутатор 8 каналов, блок 9 управления каналами, блок 10 уставок, коммутатор ll уставок, блок 12 вычитания кодов, сумматор 13, а так,же преобразователь 4 и выходной каскад 5„ В предлагаемом уровнемере для каждых двух рядом расположенных деi.åêToð08 определяется наибольшая
: сумма частот сигналов, преобразован ных детекторами 2 s виде импульсной
Изобретение относится к приборо:.строению и является усовершенствова::;нием изобретения по авт.св. Р 138"957, Цель изобретения - повышение точности измерений за счет снижения сос- >5 тавляющей погрешности измерений от нелинейности характеристики преобразования сигналов детекторами излучения.
На фиг. 1 приведена структурная 30 схема радиоиэотопного уровнемера; на фиг. 2 - 4 - схемы блока счетчиков и блока задания коэффициентов пересчета; на фиг. 5 - рабочая характеристика уровнемера рля олного из участков З измерения.
Уровнемер (фиг. 1) содержит источник 1 излучения с коллиматором, и протяженных детекторов 2, п формирователей 3, преобразователь 4, выход- щ0 ной каскад 5„ (и — 1) блоков 6 обработки, (n - 1) блоков 7 счетчиков, коммутатор 8 каналов, блок 9 управления каналами, блок 10 уставок, коммутатор ll уставок, блок 12 вычитания кодов, сумматор 13 и (n — 1) блоков
14 задания коэффициентов пересчета.
Выходы детекторов 2 через формирователи 3 соединены с соответствующими входами блоков 6 обработки, причем выход верхнего по высоте сосуда детектора 2 соединен через первый формирователь 3 с первым входом первого блока 6, выход последнего, нижнего по высоте сосуда, и-го детектора 2 соединен через и-й формирователь 3 с вторым входом последнего (и-1)-го блока 6 обработки, выходы кан<дого
i-го (i = 2, 3. ..., n) формироватепосле,-.. вательности. Эта сумма определяет область по высоте сосуда, где расположен измеряемый уровень ве. щества. Этот уровень определяется по отношению разности сигналов к их сумме с двух соседних детекторов.
Введение (и — 1) блоков 14 задания коэффициентов пересчета позволяет в процессе работы изменять коэффициенты пересчета блоков 7 счетчиков таким образом, чтобы обеспечить наименьшую погрешность от нелинейности характеристики преобразования сигналов детекторами излучения. 5 ил. ля 3 соединены с первым входом i-ro и вторым входом (i-1)-го блоков 6„ выходы которых связаны с входами соответствующих блоков 7 счетчиков °
В каждом блоке 7 счетчиков два информационных k-разрядных выхода соединены с соответствующими k-разрядными входами коммутатора 8 каналов и первым и вторым k-разрядными входами соответствующего блока 14 задания коэффициентов пересчета, первый и второй 1-разрядные выходы управления которых. подключены к первому и второму 1-разрядным входам управления соответствующего блока 7. управляющие выходы и входы установки этих блоков связаны с управляющими входами блока 9 управления и его выходом установки. Выход записи блока 9 и его m-разрядный выход управления подключены соответственно к входу эа" писи и m-разрядному входу управления коммутатора 8 каналов, а также к
m-разрядному входу коммутатора 11 уставок. К первому и второму k-разрядным входам блока 12 вычитания кодов подсоединены соответственно
k-разрядный выход коммутатора 11 yc" тавок и первый k-разрядный выход коммутатора 8, второй k-разрядный выход которого подключен к второму k-разрядному входу сумматора 13. первым
k-разрядным входом связанного с выходом блока 12 вычитания кодов, а
k-разрядным выходом - с k-разрядным входом преобразователя 4, выход которого соединен с выходным каскадом 5.
В блоке 10 уставок (n-1) k-разрядных выхода соединены с соответствующими5 160
k-разрядными входами коммутатора 11 уста вок.
Блок 7 счетчиков (Фиг. 2) содержит пять счетчиков 15-19, соединенные определенным образом, при этом коэффициент пересчета счетчика 15 равен
К, а счетчиков 16 и 17 соответственно !
К д и К, причем два последних коэффициента устанавливаются и изменяются с помощью блока 14 задания коэффициентов пересчета в процессе работы устройства.
Блок 14 задания коэффициентов пе,.есчета (фиг. 3) содержит задатчик 20 коэффициентов, задатчик 21 порогов, два коммутатора 22 и 23 коэффициентов и два элемента 24 и 25 сравнения,. соединенных между собой определенным образом. При выполнении блока 14 по схеме фиг. 4 он состоит из двух постоянных запоминающих устройств (ПЗУ) 2 б и 27, в которых. записаны соответствующие коэффициенты, считываемые по адресу, задаваемому kразрядными числами, поступающими на входы ПЗУ с блоков 7 счетчиков, с выходов ПЗУ эти коэффициенты подаются на управляющие входы блоков 7 счетчиков.
Радиоизотопный уровнемер работает следующим образом.
Источник 1 излуч-"..ния с коллиматором испускает поток / -квантов в определенный телесный угол, выбранный таким образом, чтобы пучок излучения перекрывал полностью чувствительную часть детектора 2. Эти детекторы выполнены протяженными и расположены по высоте сосуда параллельно оси перемещения источника 1 излучения со смещением вдоль этой оси один относительно другого на одинаковую величи" ну Ь, близкую к длине чувствительной части детектора.
Каждый детектор 2 преобразует попавший на него поток g-квантов в последовательность электрических импульсов, средняя частота f которых пропорциональна интенсивности излучения, попадающего на данный детектор, и которая зависит от положения источника 1 излучения относительно линей" ки детекторов 2 и, следовательно, от уровня вещества в сосуде.
Сигналы с выходов детектора 2 нормируются по амплитуде в формирователях 3 и поступают на входы блоков
6 обработки. На первый вход этого
1524
К! (f — 2) х 2
45 блока поступают сигналы с частотой
Г, (с вышерасположенного детектора), на второй вход — с частотой f (с нижерасположенного детектора). В блоке б на первом выходе Формируется последовательность импульсов с частотой
F, = f, — 1 при f ) f< (при Е! f F<,= О), на втором выходе - с частотой F = fz f< при Еа) Г (при f « f F = О), на третьем выходе - с частотой Fg = f + fg
Сигналы с трех выходов каждого блока б обработки поступают на соответствующий блок 7 счетчиков, а именно на счетчики 16. 17 и 15 импульсов.
8 первых двух счетчиках подсчитываются импульсы с частотами F < и F< за время, определяемое частотой Рз и коэффициентом К пересчета счетчика 15. Коэффициенты пересчета счетчиков 16 и 17 в начале измерительного интервала равны соответственно (К )! и (К ), .
На, вход четвертого счетчика 18 поступают импульсы со средней частотой Г !/(К )!, на вход пятого счетчика 19 - с частотой Г2/(К )! . Когда число импульсов в одном из этих счетчиков превысит пороговое значение
N !!,, блок 14 задания коэффициентов пересчета изменяет коэффициенты пересчета счетчика 16 или 17 импульсов, в зависимости от того, в каком из счетчиков 18 или 19 число импупьсов превысило пороговое значение. Предположим, что f <> f<, тогда импульсы накапливаются только в счетчике 18, так как F< = О. Тогда блок 14 установит новый коэффициент пересчета счетчика 16, равный (К ), который не изменяется до тех пор, пока число импульсов в счетчике 18 не превысит значения И pop z. и т.д.
По окончании измерительного интервала Т число в счетчике 18 равно где i - число пороговых значений
1 !хор, Аналогично, если f Г!, то импульсы накапливаются в счетчике
19, число которых составит 1601524
Пороговые значения N q для чисел в счетчиках 18 и 19 могут быть различными и независимыми одно от другого, при этом, изменяя их, а также коэффициенты деления (К ), и (К ) счетчиков 16 и 17 при регулировке уровнемера, можно уменьшить погрешность от нелинейности.
Таким образом, после окончания измерительного интервала Т в счетчиках
18 и 19 записаны k-разрядные числа
N л и N<, определяемые выражениями (1) и (2). Эти числа с информационных выходов блоков 7 поступают на соответствующие входы коммутатора
8,каналов, а сигналы с выходов счетчиков 15 блоков 7 - на соответствующие входы блока 9 управления каналами, где Мо первому из поступивших сигналов формируется импульс записи, . идущий на вход записи коммутатора 8, где по нему производится запись чисел N<. и N< в соответствующие регистры памяти этого коммутатора, после чего формируется импульс сбро" са, поступающий на входы установки всех блоков 7 счетчиков, по которому входящие,в их состав счетчики 15-19 импульсов устанавливаются в "0". Затем укаэанный процесс повторяется.
Таким образом, процесс накопления импульсов во всех блоках 7 происходит синхронно, а измерительный интервал
Т формируется тем блоком 7, сумма частот сигналов f < + f < (т.е. частота 1 ) на третьем входе которого больше, чем на третьих входах остальных блоков 7. По окончании измерительного интервала блок 9 управления каналами формирует m-разрядный параллельный код, поступающий на управляющие входы коммутатора 8 каналов и кОммутатора 11 уставок. Этот код подключает на выход коммутатора 8 числа N и N от того блока 7, у которого на третьем входе наибольшая частота f + и, а на выход коммута. тора 11 подключается k-разрядное число И т, соответствующее этому блоку 7 счетчиков. Числа N поступают на входы крммутатора 11 с блока 10 уставок, их количество равно количеству блоков 7 и количеству
t5
50 измерительных участков, для каждого из которых число N go равно средне му значению уровня вещества в сосуде для данного участка, это число задается в блоке 10 при настройке уровнемера, На первый вход блока 12 вычитания кодов поступает число N < с выхода коммутатора 8, на второй входчисло N ст с выхода коммутатора 11 уставок,, на выходе блока 12 число
N ры = N <> N< Это дается на первый вход сумматора 13, а на его второй вход - число N g c второго выхода коммутатора 8. На выходе сумматора 13 число N <=- N < N ) + N . TaK KBK N v Ng oripeделяются по формулам (1) и (2), а частоты f 1 и f зависят от уровня
h вещества в сосуде,,число N > пропорционально уровню вещества в сосуде, k-разрядный сиrнал с выхода сумматора 13 преобразователем 4 преобразуется к виду, необходимому для индикации (например, к двоичному, двоично-десятичному, постоянному напряжению и т.д.), и подается на выходной каскад 5.
В предлагаемом уровнемере по сравнению с известным погрешность от нелинейности характеристики преобразования сигналов детекторами излучения может быть снижена в тем большее число раз, чем больше участков измерения, на которых блок 14 задает коэффициенты пересчета для счетчиков блока 7.
Если действительную характеристику предлагаемого уровнемера (фиг.5) на данном измерительном участке h можно представить параболой ah +
+ bh, то в известном она заменяется прямой kh, которая пересекает параболу в точке Ьк, при этом k = ah + b.
В предлагаемом. устройстве действительная характеристика заменяется отрезками прямых. На участке ht...h уравнение этой прямой k h . Решая систему уравнений, можно ойределить = a(h<+h<) +b d - =-ah ° h Оценим, например, погрешность от Ьл+ ha, нелинейности для точки Ь 1601524 Для известного (h< + Ьг) кек< 2 h< + Ьг — аЬ„ (3) Для предлагаемого + пг) г иекль 2 — а + аЬ h . (4) Отношение Ь beni / Ь ке„ определяет, как уменьшается погрешность от : нелинейности. Например, h q = j jghg,, а Ьг = 3/4h„, тогда с учетом (3) и (4) получают л «„ / Ь н = 4 ° Аналогично можно оценить величину снижения погрешности и для других значений Ь, Таким образом, изобретение позволяет повысить точность измерения уровня вещества э сосуде в несколько раз по сравнению с известным за счет снижения составляющей погрешнос- 5 ти измерений связанной с нелинейУ ностью характеристики преобразования сигналов детекторами излучения. Формула изобретения Радиоизотопный уровнемер по авт. св. У 1384957, о т л и ч a e ul w v" с я тем, что, с целью повышения точности измерений за счет снижения составляющей погрешности измерений от нелинейности характеристики преобразования сигналов детекторами излучения, в него введены (п — 1) блоков задания коэффициентов пересчета, первый и второй k-разрядные вхо" ды которых, а также их первый и второй 1-разрядные выходы соединены соответственно с первым и вторым инФормационными 1 -разрядными выходами и с первым и вторым 1-разрядными 25 входами управления соответствующих (n — 1) блоков счетчиков. 1601524 4 &юлу 7 счетчимоб )К &му 7 счемчикоВ Ю via $ hg hg Фи8. 5 Составитель А.Луканин Техред Корректор З.Лончакова Редактор И.Шулла е ° Заказ 3266 Тираж 537 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул.Гагарина, 101
