Цифровой оптический измеритель уровня

 

Изобретение относится к измерив гельной технике и может быть использовано при создании средств и. сметам автоматики и контроля уровня нефте-- продуктов. Целью изобретения является упрощение устройства и повышение его быстродействия При проведении измерений проводится автоматический опрос групп оптических датчиков по схеме, позволяющий опросить 4096 уровней дискретности за 33-34 такта. 1 ил,, 1 табл.

СОЮЗ СОВ ТС ИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 ".л 01 F 23/22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСК0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4705730/10 (22) 15,06.89 (46) 07.05.91. Бюл, М 17 (71) Казахский политехнический институт им. В.И. Ленина (72) А,Д. Джангозин, C.-Д.Джангозин, С.Б, Ермагамбетов и А,А. Фогель (53) 681.128.65(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 587338, кл, 6 01 F 23/22, 1975.

Авторское свидетельство СССР

N. 1075084,,кл. G 01 F23/22,,1982, Авторское свидетельство СССР

М 1372189, кл. G 01 F 23/22, .1986.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании средств и систем автоматики и контроля для оперативного и коммерческого учета нефтепродуктов, а также в химической, металлургической и других отраслях промышленности.

Цель изобретения — упрощение измерителя уровня и повышение его быстродействия. . На чертеже приведена схема цифрового оптического измерителя уровня.

Цифровой оптический измеритель уров. ня включает генератор 1 импульсов, первый

2, второй 3 и третий 4 демультиплексоры, первый 5, второй 6 и третий 7 счетчики импульсов, мультиплексор 8, регистр 9 памяти, первый 10 и второй 11 элементы задержки, логические элементы И 12, ИЛИ 13, ЗАПРЕТ

14, триггер 15 с установочными входами, аналого-цифровой преобразователь 16, аналоговый коммутатор 17, одновибраторы 18

„„. Ж„„164727О Al (54) ЦИФРОВОЙ ОПТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ УРОВНЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании средств д систем автоматики и контроля уровня нефтепродуктов. Целью изобретения является упрощение устройства и повышение его быстродействия. При проведении измерений проводится автоматический опрос групп оптических датчиков пс схеме, позволяющий опросить 4096 уровней дискретности эа 33-34 такта.

1 ил,, 1 табл. и 19, источники 20 света, датчики 21 уровня, приемники 22 света, логические элементы И

23, ИЛИ 24, третий элемент 25 задержки.

Второй выход генератора 1 подключен к единичному входу триггера 15 и через последовательно соединенные первый элемент 10 задержки, логический элемент

ЗАПРЕТ 14 и логический элемент ИЛИ 13 соединен со счетным входом третьего счетчика 7 импульсов. При этом инверсный вход логического элемента ЗАПРЕТ 14 подключен к выходу мультиплексора 8, а другие два входа логического элемента ИЛ И 13 — через одновибраторы 18 и 19 к выходам заема первого 5 и второго 6 счетчиков.

Первый выход генератора 1 соединен через логический элемент И 12, один из входов которого подключен к выходу триггера

15, с информационным входом второго демультиплексора 3, выходы которого подключены к входам вычитания второго 6 и первого 5 счетчиков. входы сложения кото1647270

30

55 рых соединены с первым и вторым выходами третьего демультиплексора.4 соответственно, а установочные входы второго 6 и первого 5 счетчиков объединены с входами сброса триггера 15 и третьего счетчика 7 и через второй элемент 11 задержки подключены к выходу готовности аналого-цифрового преобразователя 16 и входу разрешения записи регистра 9 памяти. Информационный вход третьего демультиплексора 4 подключен к выходу элемента ЗАПРЕТ 14.

Информационный вход аналого-цифрового преобразователя 16 связан с выходом аналогового коммутатора 17.

Информационные выходы аналого-цифрового преобразователя 16 связаны поразрядно с соответствующими информационными входами регистра 9.

Выход и вход третьего элемента 25 задержки подключены к входу запуска аналого-цифрового преобразователя 16 и к объединенным между собой первому входу второго элемента ИЛИ 24 и выходу второго элемента И 23, входы которого связаны с соответствующими выходами третьего счетчика 7. Выход и второй вход второго элемента ИЛИ 24 связаны с информационным входом первого демультиплексора 2 и вторым выходом генератора 1, Выходы второго счетчика 6 объединены поразрядно с соответствующими информационными входами регистра 9 памяти и под,ключены к адресным входам первого демультиплексора 2, выходы которого связаны с источниками 20 светя. Адресные входы мультиплексора 8 и аналогового коммутатора 17 обьединены между собой поразрядно и связаны с соответствующими информационными входами регистра 9, а также с соответствующими выходами перaoro счетчика 5, Информационные входы мультиплексора 8 и аналогового коммутатора 17 объединены между собой поразрядно .и подключены к соответствующим приемникам 22 света.

Входы и выходы датчиков 21 связаны с источниками 20 и приемниками 22 света в соответствии со следующей таблицей.

Следовательно, к первому источнику

20.1 света подключены входы датчиков 21 с индексами 1. 1. 1,..., 1, 1. ц, 2, 1.

1,...,2. 1,q,.„, m. 1.1....., m. 1,q, т. е. нахрдящиеся в первом столбце. К второму источ нику 20.2 подключены входы датчиков 21, находящиеся во втором столбце, и т.д.

Выходы датчиков 21 образуют группы в соответствии со строками исходной матрицы, Следовательно, к первому приемнику

22,1 подключены выходы датчиков 21, индексы которых приведены в первой строке, к второму приемнику 22.2 света — выходыдатчиков 21, имеющих индексы, приведенные во второй строке, и т.д.

Группы датчиков 21, подключенные к одноименным приемникам и источникам света, образуют подгруппы, в которые входят датчики 21, имеющие два одинаковых старших индекса. Например, одну подгруппу образуют датчики 21 с индексами 1 1.1, 1.1,2„.„1.1.q

Датчики размещаются вертикально с шагом, равным шагу дискретности, причем вначале размещаются датчики, имеющие индекс, соответствующий первому столбцу, затем — второму, и т.д, вплоть до последнего столбца, Цифровой оптический измеритель уровня работает следующим образом, В исходном положении на выходе триггера 15 имеется низкий потенциал и поэтому логический элемент И .12 закрыт, а в счетчиках 5 и 6 записано число, соответствующее максимально возможному уровню

1 жидкости в контролируемом резервуаре, счетчик 7 находится в нулевом состоянии.

Нулевая комбинация с выхода счетчика

7 поступает на адресные входы второго и третьего демультиплексоров 3 и 4, подключая к их информационным входам счетчик 6, Выходные комбинации, соответствующие числам, записанным в счетчики 5 и 6, поступают на адресные входы демультиплексора

2, мультиплексора 8 и аналогового коммутатора 17. При этом создается канал передачи информации от генератора 1 через демультиплексор 2, источник 20.1 света, датчики 21 уровня, имеющие индексы 1.1.1 ... 1.1.q, приемник 22.1 света, соответствующий вход мультиплексора 8, который управляет работой логического элемента ЗАПРЕТ 14, Первый импульс с второго выхода генератора 1 поступает на единичный входтриггера 15, переводя его в единичное состояние и открывая этим логический элемент И 12. Одновременно этот же импульс проходит по рассмотренному каналу передачи на инверсный вход элемента ЗАПРЕТ

14 и на его прямой вход через первый элемент 10 задержки, который осуществляет компенсацию временной задержки, вносимой оптической частью устройства и элементами электронного блока.

Если хотя-бы один из подгруппы датчиков 21 с индексами 1.1.1, ..., 1.1.q находится над жидкостью, уровень которой контролируется, то потенциал на выходе элемента

ЗАПРЕТ 14 равен нулю, так как он закрыт импульсом с выхода мультиплексора 8. Поэтому импульс от генератора 1на третий счетчик

7 не проходит и его состояние не изменяется, 1647270

1.0

Первый импульс с первого выхода гейератора 1 через открытый элемент И 12 и второй демультиплексор 3 поступв т на вход вычитания второго счетчика 6, уменьшая его содержимое на единицу. При этом происходит подключение источника 20.2 света. Так как состояние первого счетчика 5 не изменяется, то к выходам мультиплексора 8 и аналогового коммутатора 17 подключается тот же приемник 22. i света, Таким образом, в следующем такте осуществляется опрос подгруппы датчиков 21, имеющих индексы 1.2.1, ..., 1.2.q.

Далее процесс уменьшения содержимого счетчика 6 продолжается до тех пор, пока не будЕт опрошена подгруппа, в которой все датчики 21 находятся ниже уровня жидкости. Тогда импульс от датчиков 21 на инверсный вход элемента ЗАПРЕТ 14 н:-". поступает и он оказывается в открытом состоянии. Поэтому импульс с первого выхода генератора 1 через первый элемент 10 задержки, открытый элемент ЗАПРЕТ 14, элемент ИЛИ 13 проходит на информационный вход третьего демультиплексора 4 и далее на вход суммирования второго счетчика 6, увеличивая его содержимое на единицу. Отрицательным фронтом этого же импуг!ьса увеличивается на единицу содержимое третьего счетчика 7. При этом к информационным входам второго и третьего демультиплексоров 3 и 4 подключается первый счетчик 5 (его входы вычитания и суммирования, соответственно).

Р> ДаЛЬНЕйШЕМ ПРОИСХОДмлт ПРОЦЕСС

УМЕНЬШЕНИЯ СОДЕРЖИМОГО ПBPBOI O СЧЕтЧИКа

5, т.е. к мультиплексору подключаются поочередно датчики 21, в которых изменяется уже средняя индексная часть (— 1) 1 1...."". .(i — >) 1 а, (i — 1),2. 1, ..., (i — 1), 1.q.

Процесс счета в первом счетчике 5 продолжается также до тех гор, пока не будет опрошена подгруппа датчиков 21 с индексами (i — 1). j.1, ..., (i — 1),j.q, в которой все датчики находятся ниже уровня жидкости.

При этом содержимое счетчика 5 увел!лчивается на единицу, Одновременно при этом увеличивается на единицу содержимое счетчика 7 и происходит формирование положительного потенциала на выходе логического элемента И 23, который переводит источник 20,(i — 1) в режим непрерывной работы и через логический элемент 25 Bàдержки запускает аналого-цифровой преобразователь 16. Аналого-цифровой преобразователь 16 формирует код, сооТветствующий количеству засвеченных датчиков 21, имеющих старшие лндексы (i — 1), (j — 1), находящиеся Выше уровня жидкости.

После окончания цикла преобразования знало!-о-цифровой преобразователь 16 фсрмирует импульс готоьности, по которому

Осуцес!Вля тся за"!ись и!-!фо!смации в регистр 9 нз счетчиков 5 и 6 и преобразователя

16 и с 3:.Держкой, вносимой элементом 11 задержки, производится установка В исходное положение счетчиков 5 — 7, !!Осле чего

ызмерител.; начинает новь!й цикл работы.

Принудительное изменение состояния счетчика 7 импульсами с выходов заема BTOрого 6 и паpBO>" 5 счетчиков через соответствующие одновибраторы 18 и 19

Осуществляется . „Всл1 $, poBBH ь жидкости ны же уров !я, HG котором установлены !атчики

21 с индексами m.1.1. „„m.1.q или m,n,1, ...,m, I>.g, Формула изобретения

Циф" свой оптический измеритель уровня, содержащий генератор импульсов, первый демультиплексор, выходами соединенный с источниками света, N датчиvQB >ровня, Bb! Ooë ненных в виде последовательно соединеннь.х передающего световода, чувствлтельного элемента и приемно."о световода, при:ем передающие световодь . Объединены в гг>:ппы и подкл!очены к источникам света в соответствии с их номерами согласно столбцам исходной мат pugb!, а приемчые световсды объединены в группы vi подключены к приемникам света В соответствии с их номерами в соответствии со cTpot:BI,è и=ходной матрицы, муг!ьтиПЛЕКСОР, И !фОРМВЦИОННЫЕ ВХОДЫ КотОРОГО подклю;ены, выходам приемников света, адреснь!е входы мультиплексора объединеHbl поразрядно c cool Ветству!Ощими информационными входами регистра памяти и подключены к соответствующим выходам первого счетчика импульсов, а адресные входы первого демультиплексора Объединены поразрядно с соответствующими информационными входами регистра памяти и подключены к соответствующим выходам второго счетчика импульсов, первый и ВТорой элементы задержки. о - л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения устройства л повышения быстродействия, дополнительчо введены второй и третий демультиплеY. Орbl, Bûõoäb! KOToрых подключены

cooTBåTcTBBHHo к входам вычитания и входам сложения BToporo л первого счетчиков импульсов, информационный Вход BTopolo демультыплексора связан чеоез первый логическлй эле!лен- И с первым ьыходом генератора импульсов и с выходом триггера с установочными входами, единичный вход которого подключен к Второму выходу генера, Ора ИМПуЛВСОВ И ЧЕрсэ ПЕрВЫй ЭЛЕМЕНТ

1647270 задержки к прямому входу логического элемента ЗАПРЕТ, инверсный вход которого связан с выходами мультиплексора, третий, счетчик импульсов, выходы которого соедииены с соответствующими адресными входами второго и третьего демультйплексоров„ первый и второй одновибраторы, входы которых подключены к выходам заема первого и второго счетчиков импульсов, а выходы — к первому и второму входам первого логического элемента ИЛИ, третий вход которого соединен с выходом логического элемента ЗАПРЕТ и информационным входом третьего демультиплексора, а выход первого логического элемента ИЛИ связан со счетным входом третьего счетчика, аналоговый коммутатор, адресные и информационные входы которого объединены с соответствующими адресными и информационными входами мультиплексора, аналого-цифровой преобраэователь,информационный вход которого подключен к выходу аналогового коммутатора, информационные выходы — к соответствующим информационным входам регистра памяти, выход готовности — к входу разрешения записи регистра памяти и через второй эле5 мент задержки — к объединенным между собой входам сброса триггера с установочными входами и третьего счетчика импульсов, а также с входами установки в исходное состояние первого и второго счетчиков им10 пульсов, вход запуска аналого-цифрового преобразователя через третий элемент задержки связан с первым входом второго логического элемента ИЛИ и выходом второго логического элемента И, входы которо15 ro подключены к выходам третьего счетчика импульсов, второй вход и выход второго логического элемента ИЛИ связаны с вторым выходом генератора импульсов и информационным входом первогодемультиплексора

20 соответственно, причем группы датчиков . разделены на подгруппы, количество датчиков в которых равно числу уровней дискретности аналого-цифрового преобразователя.

1647270

Составитель П. Солдатов

Техред М Моргентал Корректор В. Гирняк

Редактор В. Данко

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

Заказ 1389 Тираж 432 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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