Устройство для градуировки датчика уровня

 

Использование: для снятия градуировочной характеристики дискретного датчика объемного расхода жидкости, установленного в емкости. Сущность нзобретения: устройство содержит элементы для взвешивания каждого из единичных объемов расходной емкости на нескольких весах, блок управления градуировкой, первый и второй блоки памяти, в которые считываются результаты взвешивания единичных объемов и температура жидкости, измеряемая датчиком, преобразователь дискретных сигналов в код с формирователем кода адреса, подключенные на выход градуируемого датчика, и схему обработки результатов градуировки, включающую третий-пятый блоки памяти, задатчик микропрограмм, вычислитель единичных объемов, вычислитель полного объема, информационное табло, блок усреднения единичных объемов, вычитатель чисел, вычислитель предельного отклонения единичных объемов, блок сравнения кодов, счетчик импульсов и регистратор. Результатом обработки данных, полученных в процессе градуировок, являются оценка их кондиционности и определение усредненных значений единичных объемов V с учетом отбраковки грубых промахов, которые используют для построения градуировочной характеристики V f(КОDV) датчика уровня, устанавливающей зависимость внутреннего объема емкости от кодового измерительного сигнала KODV, формируемого на выходе преобразователя дискретных сигналов в код. 3 з. п. ф-лы, 9 ил., 1 табл.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для снятия градуировочных характеристик дискретных датчиков объемного расхода жидкости, установленных в емкости.

Известно устройство для определения объемного расхода жидкости по А.С. N 1723440, 1992, МКИ G 01 F 1/00, содержащее датчик объемного расхода жидкости, два счетчика импульсов, два триггера, два блока памяти, два ключа, блок сравнения, блок элементов совпадения, преобразователь дискретных сигналов в двоичный код, четыре регистра, одновибратор, таймер, элементы И, ИЛИ, элемент задержки, два блока вычитания, блок деления, блок умножения и блок управления. Это устройство позволяет измерять с достаточно высокой точностью объемный расхож жидкости, подаваемой в потребители из расходной емкости, по известной градуировочной характеристике датчика, устанавливающей зависимость внутреннего объема емкости от кодового измерительного сигнала, формируемого на выходе преобразователя дискретных сигналов в код, однако оно не раскрывает возможности получения самой характеристики, что ограничивает область использования данного устройства, являясь его существенным недостатком.

Наиболее близким устройством по технической сущности и составу функциональных элементов к предлагаемому в МКИ G 01 F 25/00 является устройство для градуировки резервуаров по А.С. N 1352230, 1987 г. которое может быть взято за прототип, содержащее датчик уровня с приводом его перемещения, размещенный в резервуаре, на. подводящем трубопроводе которого установлен счетчик жидкости, блок регистрации, преобразователь перемещения контактного датчика уровня, блок сравнения, блок коммутации и блок памяти, при этом выход контактного датчика уровня подключен к первым входам блоков регистрации и коммутации и входу блока памяти, выход блока коммутации подключен к приводу перемещения контактного датчика уровня, а выход преобразователя перемещения к второму входу блока регистрации и первому входу блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу блока памяти, а выход блока сравнения соединен с вторым входом блока коммутации и выход счетчика жидкости к третьему входу блока регистрации.

Настоящее изобретение направлено на повышение точности градуировки.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее первый блок памяти, регистратор, первый блок сравнения, коммутатор и датчик уровня, установленный в расходной емкости, введен счетчик импульсов, преобразователь дискретных сигналов в код, входом соединенный с выходом датчика уровня, а выходом с информационным входом формирователя кода адреса, второй блок сравнения, группа мерных емкостей, установленных на весах и имеющая каждая сливной клапан, раздаточный трубопровод расходной емкости, выходы которого через наполняющие клапаны сообщены с внутренними объемами мерных емкостей соответственно, датчик температуры, установленный в раздаточном трубопроводе я выходом соединенный с информационным входом блока измерения температуры, элемент И, входом соединенный с выходом выбора кристалла 1 и 2 блоков памяти, блок управления градуировкой, первые выходы которого через блок электропневмоклапанов подключены к управляющим входам наполняющих и сливных клапанов соответственно, задатчик микропрограмм обработки результатов градуировки, первый и второй блоки сравнения, блок элементов ИЛИ, третий пятый блоки памяти, вычислитель единичных объемов, вычислитель полного объема, на выходы которого подключено информационное табло, блок усреднения единичных объемов, вычитатель чисел и вычислитель предельного отклонения единичных объемов, а весы снабжены преобразователями масса-код, выходы которых соединены с информационными входами коммутатора, при этом информационный и управляющий выходы формирователя кода адреса соединены с соответствующими входами блока управления градуировкой, второй выход которого подключен к первому входу элемента И и входу разрешения записи формирователя кода адреса, третьи выходы этого блока соединены с управляющими входами коммутатора, выход управления записью с входами разрешения записи первого и второго блоков памяти, а выход адресных разрядов с первым входом блока элементов ИЛИ, выход блока измерения температуры соединен с информационным входом-выходом первого блока памяти и первой группой информационных входов вычислителя единичных объемов, выход коммутатора соединен с первым входом первого блока сравнения, с информационным входом-выходом второго блока памяти и второй группой информационных входов вычислителя единичных объемов, выход которого подключен к первому входу вычитателя чисел, информационному входу-выходу третьего блока памяти, к первому информационному входу регистратора и к входам ввода данных вычислителя полнота объема и блока усреднения единичных объемов соответственно, первая труппа выходов задатчика микропрограмм обработки результатов градуировки соединена с адресными входами третьего-пятого блоков памяти, вычислителя полного объема, с вторым информационным входом регистратора и через второй вход блока элементов ИЛИ с адресными входами первого и второго блоков памяти, вторая группа выходов этого задатчика соединена соответственно с входами выбора кристаллов третьего, четвертого и пятого блоков памяти, с входами разрешения записи этих блоков памяти, с вторым входом элемента И, с первыми и вторыми управляющими входами вычислителей полного объема и предельного отклонения единичных объемов, с управляющими входами регистратора и вычислителя единичных объемов, и с первым-третьим управляющими входами блока усреднения единичных объемов, четвертый управляющий вход которого объединен с третьим управляющим входом вычислителя предельного отклонения единичных объемов, с третьим информационным входом регистратора, со счетным входом счетчика и подключен к выходу пятого блока памяти, выход блока усреднения единичных объемов соединен с информационным входом-выходом четвертого блока памяти, вторым входом вычитателя чисел и четвертым информационным входом регистратора, причем выход вычитателя чисел соединен с первым входом второго блока сравнения и входом ввода данных вычислителя предельного отклонения единичных объемов, выходом соединенного с вторым входом второго блока сравнения, а второй вход первого блока сравнения соединен с нулевой уставкой и его выход подключен к второму управляющему входу блока управления градуировкой, вход выбора кристалла второго блока памяти соединен с выходом элемента И, управляющий выход вычислителя полного объема соединен с входом останова задатчика микропрограмм обработки результатов градуировки, третий выход которого подключен к входу обнуления счетчика импульсов, а выход второго блока сравнения соединен с информационным входом пятого блока памяти и выходы счетчика импульсов подключены к вторым входам информационного табло.

На фиг. 1 приведена пневмогидравлическая схема заявляемого устройства, на фиг. 2 и 3 ero функциональная электрическая схема, на фиг. 4 схемы задатчика микропрограмм обработки результатов градуировки и вычислителя полного объема, на фиг. 5 схемы блока усреднения единичных объемов и вычислителя их лредельного отклонения соответственно и на фиг. 6, 7, 8, 9 - диаграммы управляющих команд, формируемые задатчиком микропрограмм при обработке результатов градуировки.

Устройство содержит /фиг.1/ расходную емкость 1 с градуируемым датчиком 2 уровня, основу которого составляют n индикаторов 3, равномерно расположенных по высоте датчика, раздаточный трубопровод 4 с датчиком 5 температуры и наполняющими клапанами 6-1.6-4, мерные емкости 7-1.7-4, установленные на весах 8-1. 8-4, снабженных преобразователями 9 масса-код, сливные клапаны 10-1.10-4 мерных емкостей 7, сливной коллектор 11, накопительную емкость 12, насос 13, запорный орган, например, клапан 14, преобразователь 15 дискретных сигналов в код /фиг. 2/, формирователь 16 кода адреса, включающий регистр 17, блок 18 сравнения кодов и одновибратор 19, блок 20 управления градуировкой, в состав которого входят RS-триггеры 21, 22, ключи 23, 24, переключатель 25, шифратор 26, элементы задержки 27.29, элементы ИЛИ 30, 31, коммутирующие элементы 32, 33, элементы 34 сравнения кодов, элемент И-НЕ 35, сумматор 36 и формирователь 37 одиночных импульсов, блок 38 электропневмоклапанов /ЭПК/, включающий баллон 39 с сжатым газом и ЭПК 40-1.40-4, 41-1. 41-4 управления клапанами 6, 10, коммутатор 42 и блок 43 сравнения кодов.

Схема устройства, касающаяся обработки данных, полученных в процессе градуировки датчика уровня 2, приведена на фиг. 3 и содержит блоки 44.48 памяти, элемент И 49, блок 50 элементов ИЛИ, блок 51 измерения температуры, задатчик 52 микропрограмм обработки результатов градуировка, вычислитель 53 единичных объемов, вычислитель 54 полного объема, информационное табло 55, блок 56 усреднения единичных объемов, вычитатель 57 чисел, вычислитель 58 предельного отклонения единичных объемов, второй блок 59 сравнения кодов, счетчик 60 импульсов и регистратор 61.

В состав вычислителя 53 входят блок 62 деления чисел, блок памяти 63 и ключи 64.

Задатчик 52 в предлагаемом варианте содержит /фиг. 4/ генератор 65 тактовой частоты fт, ключ 66, счетчики 67, 68 и 69 импульсов, преобразователи 70, 71 кодов, элемент ИЛИ 72, RS-триггер 73, коммутирующие элементы 74, 75 и инвертор 76.

Вычислитель 54 полного объема имеет следующие функциональные элементы: дешифратор 77 адреса, регистры 78.82, первый сумматор 83 чисел, вычитатели 84.87 чисел, второй сумматор 88 чисел, блоки 89.92 сравнения, блоки 93 деления и умножения 94 чисел, элемент ИЛИ 95, элемент И 96 и элементы задержки 97.100.

Блок 56 усреднения единичных объемов в простейшем варианте включает /фиг. 5/ сумматор чисел 101, накапливающий регистр 102, ключ 103, счетчик 104 импульсов: субблок 105 деления чисел и ключи 106.

В состав вычислителя 58 входят первый 107 блок умножения чисел, первый 108 и второй 109 сумматоры, накапливающие регистры 110, 111, ключ 112, счетчик 113 импульсов, вычитатель 114 единиц, элементы 115, 116 задержки, блоки 117 и 118 деления чисел, второй-четвертый блоки 119.121 умножения чисел, третий сумматор 122, два блока памяти 123, 124, блок 125 элементов задержки регистр 126.

Для определения массы градуировочной жидкости, составляющей единичные объемы расходной емкости 1, т.е. ее объемы между соседними индикаторами 3 уровня, используются весы класса 0,1. Их количество выбрано равным 4-м, исходя из общего минимально допустимого числа градуировок датчика 2, обеспечивающего требуемую достоверность получаемых при этом результатов. При использовании, например, трех весов, общее число градуировок увеличивается до 6-ти, а двух весов до 8-ми. В качестве градуировочной жидкости, как правило, применяется техническая вода.

Клапаны 6, 10 и их выходные трубопроводы закреплены таким образом, что они не соприкасаются с какими-либо элементами мерных емкостей 7 и соответственно сливного коллектора 11. ЭПК 41-141-4 соединены с управляющими кодами клапанов 10-1.10-4 посредством гибких шлангов, не оказывая влияния на точность измерения единичных объемов.

Блоки 44 и 45 имеют по 4-ре раздела памяти /по числу выполняемых градуировок/, начальные адресы которых устанавливаются шифратором 26 блока 20. Их значения соответственно равны 1, k + 1, 2k + 1 и 3k + 1, где k количество единичных объемов /k n 1/.

Блок 47 имеет k ячеек памяти и поэтому на его адресный вход подключены лишь те младшие разряды шины АDR, которые относятся к этому адресному пространству Ао.Ар 2.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии клапаны 6-1.6-4, 10-1.10-4 и 14 закрыты, расходная емкость 1 заполнена водой до уровня, несколько превышающего плоскость верхнего индикатора 3-1 датчика 2. Весы сбалансированы таким сбродом, что в "сухом" виде компенсирована масса мерных емкостей 7 с клапанами 10 соответственно и на выходах их преобразователей 9-1.9-4 установлены нулевые коды. На выходе преобразователя 15 также сформирован нулевой код. При опорожнении емкости 1 он будет соответствовать порядковым номерам индикаторов уровня, чувствительные элементы которых будут находиться непосредственно над зеркалом жидкости. Сигнал на выходе блока 18 отсутствует. Он появляется только лишь в том случае, когда код KODVi, считываемый с выхода преобразователя 15 превысит no величине кодовое значение измерительного сигнала КОDVi-1, хранящиеся в регистре 17. В блоке 20 RS-триггеры 21, 22 обнулены, ключи 23, 24 и коммутирующие элементы 32, 33 разомкнуты. Сигнал на выходе элементов сравнения 34 отсутствует. Он появится после того, как информационный код станет равен единице. На выходах элементов 29 и 35 установлены сигналы высокого уровня /логические "1"/. Баллон 39 блока ЭПК 38 наполнен сжатым газом до заданного давления. Блоки 44,48 памяти обнулены, а в блок памяти 63 вычислителя 53 записаны значения плотности ρ_i воды в зависимости от ее температуры Тi. В задатчике 52 счетчике 67.69 и RS-триггер 73 обнулены, коммутирующий элемент 74 закрыт, а элемент 75 открыт. Преобразователи кодов 70 и 71 запрограммированы таким образом, что в исходном состояний сигналы высокого уровня установлены на их выходах Q1, Q3, Q4, Q8, Q9, Q12, QI3, и Qр + 1, а остальные выходы имеют логические "О". Преобразователь 71 содержит две подпрограммы формирования адресных команд: входные коды в диапазоне от 1 до 4k он воспроизводит без изменении, а в диапазоне от 4k+ 1 до 8k пересчитывает их с шагом, равным К, относительно прежнего начального адреса, т.е. /Ао. Ар/ kj + 1, затем kj + 2, kj + 3 и т.д. до kj + k включительно, где j 0, 1, 2, 3. Сигналы на его выходах QО и Qp + 1 формируются соответственно при входных кодах 4k + 1 и 8k + 1.

В вычислителях 54, 58 и блоке 56 все регистры 78.82, 102, 110, 111, 126 и счетчики импульсов 104, 113 обнулены. Ключи 103 и 112 замкнуты, а 106 разомкнуты, элемент И 96 закрыт. В блок 123 памяти записана зависимость значений квантиля κ² распределения от числа степеней свободы сообщенной оценки дисперсии при доверительной вероятности g, равной 0,95 /зависимость взята из справочника Л.Н. Большев и Н.В. Смирнов "Таблицы математической статистики". М. Наука, 1983, cтр. 166.171, таблицы 2.а, 2.б/.

Для выполнения градуировки на первых весах переключатель 25 блока 20 устанавливают в положение I. При этом выходы ключей 23 и 24 оказываются соединенными с управляющими входами ЭПК 40-1 и 41-1, а выход коммутатора 42 - с преобразователем масса-код 9-1. На выходе шифратора 26 формируется нулевой код. Градуировка датчика 2 заключается в определении массы единичных объемов, заключенных между соседними индикаторами 3 уровня, и начинается после кратковременного замыкания коммутирующего элемента 32. При этом RS-триггер 21 переводится в единичное состояние, замыкается ключ 23 и открывается ВПК 40-1 с клапаном 6-1. Вода из расходной емкости 1 начинает поступать в мерную емкость 7-1. Когда ее уровень опустится до плоскости, в которой расположены чувствительные элементы верхнего индикатора 3-1, на выходе преобразователя 15 появляется код 000001, следующим образом видоизменяющий состояние схемы устройств: на выходе одновибратора 19 формируется импульсные сигнал, по которому триггер 21 возвращается в исходное состояние, размыкая ключ 23 и закрывая ЭПК 40-1 с клапаном 6-1; через интервал времени, равный настройке элемента задержки 27 и достаточный для стабилизации выходного кода КОDP_i преобразователя 9-1, на выходе этого элемента возбуждается импульс напряжения, адресуемый на установочный вход RS-триггера 22 и входы элементов 29, 35; поскольку на верхний по схеме информационный вход блока 34 сравнения с выхода регистра 17 поступает нулевой код, то элемент И-НЕ 35 остается в закрытом состоянии и запись информационных кодов в блоки 44 и 45 при первом взвешивании не производится; по заднему фронту сигнала код 000001 записывается в регистр 17 и на выходе блока 34 появляется потенциальный сигнал высокого уровня, подготавливая к работе элемент И-НЕ 35; одновременно с этим RS-триггер 22 переводится в единичное состояние, замыкая ключ 24 и открывая ЭПК 41-1 с клапаном 10-1; вода из мерной емкости 7-1 через коллектор 11 сливается в накопительную емкость 12; после ее опорожнения на выходе преобразователя 9-1 вновь устанавливается нулевой код, а блок 43 сравнения формирует единичный сигнал, который через элементы 37 и 30 запускает элемент задержки 28 и обнуляет RS-триггер 22; ЭПК 41-1 с клапаном 10-1 закрываются, после чего элемент задержки 28 выдает команду на повторное включение RS- триггера 21 и соответственно ЭПK 40-1 с клапаном 6-1.

При опорожнении емкости 1 до уровня, соответствующего 2-му индикатору датчика 2, на выходе преобразователя 15 формируется код, равный 000010, а одновибратор 19 обнуляет триггер 21 и запускает элемент задержки 27. При срабатывании последнего на выходах элементов 35 и 29 возбуждаются импульсные сигналы активно низкого уровня, по которым в первые ячейки памяти блоков 45 и 44 записываются информационные коды КОDP1 и КОDТ1, эквивалентные соответственно массе 1-го единичного объема и температуре воды, при которой она была получена. При снятии сигнала код 000010, выделенный преобразователем 15, переписывается в регистр 17, подготавливая к заполнению измерительной информацией вторые ячейки памяти блоков 44 и 45. Затем выключается клапан 10-1 и цикл слива-наполнения мерной емкости 7-1 повторяется.

Второй и последующие единичные объемы определяются аналогично описанному выше, при этом информационные коды КОDP_i и КОDТ_i, выделяемые преобразователем 9-1 а блоком 51, каждый раз считываются в блоке 45 и 44 по адресам, устанавливаемым регистром 17 /сумматором 36/.

После проведения последнего измерения кратковременно замыкают коммутирующий элемент 33 для приведения в исходное состояние RS-триггера 21 и ЭПК 40-1 с клапаном 6-1.

Перед второй градуировкой вода из накопительной емкости 12 перекачивается в расходную емкость 1, например, с помощью насосной установки 13 при открытом клапане 14. Если градуировка производится на вторых весах, то переключатель 25 блока 20 устанавливают в положение "П", в котором выходы ключей 23 и 24 подсоединяются к управляющим входам ЭПК 40-2 и 41-2, а коммутатора 42 выходу преобразователя 9-2. Шифратор 26 формирует начальный код, равный числу k. Градуировку вновь начинают кратковременным замыканием коммутирующего элемента 32, который включает RS-триггер 21 и производит контрольное обнуление регистра 17. При срабатывании верхнего индикатора 3-1 элемент И-НЕ З5 остается закрытым, а все последующие их срабатывания сопровождаются записью информационных кодов. КОDPi и Тi в ячейке памяти блоков 45 и 44 с порядковыми номерами К + 1, K + 2, K + 3 и т.д. по два 2k включительно.

При подготовке 3-й и 4-й градуировок датчика 2 переключатель 25 устанавливают соответственно в положения lll и lV, в которых шифратор 26 формирует начальные коды, равные числам 2k и 3k, что эквивалентно записи измерительной информации, выделяемой преобразователями 9-3, 9-4 и блоком 51, соответственно в третьи и четвертые разделы памяти блоков 45 и 44. В остальном эти градуировки не отличаются от вышерассмотренных.

В режим обработки измерительной информации, полученной в процессе градуировки датчика 2 уровня, устройство включают кратковременным замыканием коммутирующего элемента 74 задатчика микропрограмм 52, который переводит триггер 73 в единичное состояние и замыкает ключ 66. Импульсы тактовой частоты fт, вырабатываемые генератором 65, начинают заполнять счетчик 67, циклически считывая содержимое преобразователя 70 кодов, которое рассчитано на формирование нескольких микропрограмм /таблица /. Первая из них предназначена для вычисления значений единичных и полных объемов с записью получаемых при этом результатов в блок 46 памяти и регистры 79. 82 вычислителя 54. Необходимым признаком ее выполнения является наличие нулевых сигналов на входах старших адресных разрядов Аст и Аd + 1.Аd + 4 преобразователя 70. Она включает 4k циклов, каждый из которых реализуется в следующей последовательности /фиг. 6 /: 1-й импульс напряжения, возбуждаемый на выходе QО преобразователя 70, например, в момент времени τ₁, поступает на суммирующий вход счетчика 69 и увеличивает его содержимое на 1;
на выходах Ао.Ар преобразователя 71 устанавливается код выборки ячеек памяти блоков 44 и 45, эквивалентный содержимому счетчика 69;
2-й импульс напряжения активно низкого уровня, формируемый на выходе Q1 преобразователя 70 в момент времени τ₂, через элемент И 49 транслируется на входы выбора кристаллов блоков 44 и 45, обеспечивая выход на их информационные входы-выходы кодовых значений температуры Тij и массы Pij единичных объемов, полученных в процессе градуировки /индекс i, равный 1, 2, 3. k, означает порядковый номер единичного объема, а j l, ll, lll, lV - весы, на которых была определена его масса/.

На выходе блока 63 памяти вычислителя 53 устанавливается значение плотности ρ_ij воды, соответствующее измеренной температуре Tij и при поступлении в этот вычислитель импульсного сигнала с выхода Q2 преобразователя 70 блок 62 определяет значение ij-гo единичного объема:
(1)
две следующие команды Q3 и Q4, формируемые в моменты времени τ₃ и τ₄, предназначены для считывания полученного результата в блок 46 памяти по адресу, установленному на выходах Ао.Ар преобразователя кодов 71;
одновременно команда Q4 адресуется в вычислитель 54 для записи в его накапливающий регистр 78 суммы V_jΣ единичных объемов Vij, информация о величине которых поступает на его вход через открытые в данный момент времени ключи 64 и сумматор 83:
(2)
импульсный сигнал, возбуждаемый на выходе Q15 преобразователя 70 в момент времени τ₅, производит обнуление счетчика 67 для приведения к нулевому адресу циклограммы формируемых команд.

На k-том цикле в регистре 78 накапливается сумма всех единичных объемов, зафиксированных на 1-й градуировке, являющаяся полным объемом V_1Σ расходной емкости 1 в рабочем диапазоне датчика уровня. В момент времени t₆ она переписывается в регистр 79, после чего производится обнуление накапливающего регистра 78. Эти операции выполняются по сочетанию адресного кода, равного числу к, и импульсного сигнала, возбуждаемого на выходе Q5 преобразователя 70, которые инициируют командные импульсы напряжения на первом и последнем выходах дешифратора 77.

Аналогичным образом в регистры 80, 81 и 82 записываются полные объемы V_2Σ, V_200Σ и V_4Σ емкости 1, полученные по результата трех других градуировок. После этого вычислитель 54 выполняет следующие операций:
сумматор 88 и блок 93 деления чисел определяют усредненное значение полных объемов V_jΣ:
(3)
вычитатели 84.87 определяют абсолютные разности ΔV_jΣ полных объемов V_jΣ и их усредненного значения V_Σср:
(4)
через интервал времени равный настройке элемента задержки 99 и достаточный для выполнения вычислений схемными элементами 93, 84.87, включается в работу блок 94 умножения, который определяет предельно допустимое отклонение ΔV_{Σ макс} полных объемов от их среднего значения, равное
ΔV_{Σ макс}=λV_{Σ ср} (5)
где λ коэффициент, определяемый по экспериментальным данным;
блоки 89.92 сравнения оценивают кондиционность выполненных градуировок: если фактические значения полных объемов V_jΣ, записанные в регистры 79.82, отличаются от на величину, превышающую предельно допустимое отклонение ΔV_{Σ макс}, то на выходах соответствующих блоков 89. 92 /либо на одном из них/ появляются единичные сигналы, которые через элементы ИЛИ 95 и И 96 формируют команду на обнуление RS-триггера 73, входящего в состав задатчика 52, и останов реализуемой микропрограммы. Индексы сработавших блоков 89. 92 указываются на табло 55. В этом случае некондиционные градуировки выполняются заново с записью в соответствующие разделы блоков памяти 45 и 44 уточненных значении массы единичных объемов Рij и температуры воды Тij. После этого производится обнуление счетчика 69 и регистров 79.82 и повторный запуск микропрограммы N 1 кратковременным замыканием коммутирующего элемента 74. Все вычислительные и логические операции выполняются вновь в той же последовательности, в которой они изложены выше, и заканчиваются сравнением полных объемов V_jΣ с их уточненным средним значением . Если ΔV_jΣ вновь превысят DV_{Σ макс}, то микропрограмма будет остановлена повторно. В этом случае данные градуировок подвергают сопоставительному анализу, выявляют причину их некондиционности и после ее устранения решают вопрос о необходимости повторных градуировок. Но, как правило, случаи несоответствия при полностью исправной схеме устройства редки и по завершению микропрограммы N 1 команда на ее останов не формируется. Счетчик 69 продолжает заполняться импульсами напряжения, возбуждаемыми на выходе Q0 преобразователя 70. При этом после записи в него импульса 4k 1 /момент времени τ₇ на диаграмме фиг. 7/. На выходе Q0 преобразователя 71 устанавливается потенциальный сигнал высокого уровня, который поступает на вход старшего адресного разряда Аст блока 70 и перестраивает его микропрограмму на вычисление усредненных значений Viср единичных объемов Vij /микропрограмма N 2/. Она отличается от предыдущей тем, что производится опрос блока памяти 46 в последовательности, указанной в таблице, задействуется в работу вычислительный блок 56, а получаемые результаты фиксируются в ячейках памяти блока 47. Это микропрограмма содержит К циклов, каждый из которых предусматривает /фиг. 7/:
формирование на выходе Q4 преобразователя 70 4-х команд обращения к блоку памяти 46 для вывода из его одноименных значений единичных объемов V_iI, V_iII, V_iIII, V_iIV, относящихся к разным градуировкам;
формирование аналогичного цикла команд на выходе Q6 этого преобразователя адресуемых в блок 56 для записи в его накапливающий регистр 102 выделяемых кодов Vi(l.lV) и их последовательного суммирования с помощью схемного элемента 101:
(6)
увеличение содержимого счетчика 104 на единицу после каждого обращения к блоку 56 командой Q6;
включение субблока 105 в момент времени τ₈ /команда Q7/ для вычисления усредненных значений единичных объемов:
(7)
замыкание ключей 106 и последующую выдачу команд Q8 и Q9 активно низкого уровня для записи получаемых результатов в блок 47 памяти по А0.Аp-2 преобразователя кодов 71;
обнуление регистра 102 и счетчиков 67, 104.

Микропрограмма N 2 заканчивается записью в блок 47 данных, относящихся к К-ому единичному объему. Импульс напряжения, формируемый затем на выходе Q0 преобразователя 70 и имеющий порядковый номер 8k + 1, является началом следующей 3-й по счету микропрограммы, касающейся вычисления предельно допустимого отклонения единичных объемов. Необходимым признаком его исполнения является наличие кодового сигнала, равного 1, на выходе счетчика 68, причем эта единица записывается в него импульсом напряжения активно низкого уровня, формируемым на выходе Q_p+1 преобразователя 71 в момент времени τ₉ /фиг. 8/. Этим же сигналом в счетчик 69 записывается начальный код No, равный 4k + 1. Микропрограмма N 3 также содержит К циклов, каждый из которых включает /фиг. 8/:
формирование 4-х команд Q4 обращения к блоку 46 для вывода из его ячеек памяти одноименных значений единичных объемов V_iI, V_iII, V_iIII, V_iIV, относящихся к разным градуировкам;
формирование команды Q9 обращения к блоку 47 памяти для считывания на его информационный вход-выход усредненного значения i-го единичного объема;
определение разности ΔV_ij чисел V_ij и V_iср, поступающих на информационные входы вычитателя 57:
ΔV_ij=V_ij-V_iср (8)
формирование 4-х управляющих команд Q10, транслируемых в вычислитель 58 через его открытый ключ 112, по этим командам блок 107 умножения возводит в квадрат выделяемые ΔV_ij, а элементы 108 и 110 определяют сумму получаемых при этом результатов:
П₁₀₇=ΔV_ijΔV_ij=ΔV²_ij
(9)
поскольку регистр 110 между циклами не обнуляется, то к моменту окончания микропрограммы его содержимое будет равно сумме квадратов всех выделенных разностей ΔV_ij:
(10)
-вычисление схемными элементами 113, 114, 109 и 111 числа fo степеней свободы обобщенной оценки дисперсии, причем сначала определяется число fi степеней свободы для 1-го, 2-го и т.д. единичных объемов
(11)
а затем производится их последовательное суммирование с записью получаемых результатов в накапливающий регистр 111 /командой Q15/:
(12).

Последняя команда Q11 данной микропрограммы, формируемая в момент времени τ₁₀, запускает блок 125 элементов задержки, который организует последовательное выполнение следующих вычислительных операций:
блок 117:
(13)
блок 118:
(14)
блок 119:
П₁₁₉=σ²_в=П₁₁₈·S²_обобщ (15)
блок 120:
(16)
блок 121:
(17)
где S_обобщ обобщенная оценка среднеквадратических отклонений единичных объемов;
значение квантиля κ² -распределения /считывается из блока 123 памяти/;
m показания счетчика 104;
s_в верхняя доверительная граница обобщенной оценки среднеквадратических отклонений единичных объемов;
квантили распределения Стьюдента и нормального распределения /для γ=p=0,95 и
Сумматор 122 определяет сумму произведений (16) и (17), которая является квадратом предельного значения σ_обобщ обобщенных оценок отклонений единичных объемов
(18)
Вычисление квадратного корня из вышеуказанной суммы осуществляется табличным способом. Зависимость записана в блоке памяти 124. Искомый результат фиксируется в регистре 126.

Микропрограмма N 4 предназначена для отбраковки тех единичных объемов V_ij /грубых промахов/, отклонения ΔV_ij которых от их средних значений Viср превышают предельно допустимую величину σ_обобщ. Эта микропрограмма запускается аналогично предыдущей /в счетчик 72 записывается 2-я единица/ и также содержит К циклов /фиг. 9/, предусматривающих вычисление разности ΔV_ij чисел Vij и Viср /блок 57/ и сравнение получаемых результатов с σ_обобщ, осуществляемое блоком 59. Если , то на выходе последнего формируется единичный сигнал, который командами Q12 и Q13 записывается в блок 48 памяти по адресу, устанавливаемому на выходах Q1.Qр преобразователя 71. Если , то в соответствующие ячейки памяти этого блока записываются нулевые сигналы.

Следующая серия микропрограмм является повторением 3-х предыдущих, но из всех расчетов исключаются те значения единичных объемов, которые относятся к грубым промахам, для этого в микропрограмме N 5, предназначенной для повторного вычисления усредненных значений единичных объемов, содержится дополнительная команда Q13 обращения к блоку 48 памяти, формируемая синхронно с командой 4 /фиг. 7/. Если выводимые из блока 46 памяти значения единичных объемов являются грубыми промахами, то на выходе блока 48 появляются единичные сигналы, которые закрывают ключ 103 вычислителя 56, и запись этих информационных кодов в регистр 103 не производится. В этом случае вычисление V_iср по соотношению /7/ осуществляется по сумме 3-х единичных объемов с соответствующей коррекцией числа m, реализуемой счетчиком 104. Информация о величине единичных объемов Vij и их усредненных значений Viср фиксируется регистратором 61 и оформляется, например, в виде контрольного протокола с привязкой к адресному коду, поступающему на его вход D2. На отдельный вход D3 выводятся данные, хранящиеся в блоке 48 памяти, для обозначения грубых промахов. Регистратор 61 включается в работу командами Q14 /фиг. 7/.

Микропрограмма N 6 отличается от микропрограммы N 3 тем, что она также содержит дополнительную команду Q13 обращения к блоку 48, формируемую одновременно с командой Q4. Если выводимые из памяти блока 46 значения единичных объемов относятся к грубым промахам, то в вычислителе 58 закрывается ключ 112, блокируя команду Q10 и получаемые вычитателем 57 разности ΔV_ij чисел Vij и Viср не вводятся в уравнение /10/, а число fo степеней свободы обобщенной оценки дисперсии соответственно уменьшается относительно первоначального значения на величину грубых промахов. Последующие вычисления предельно допустимого отклонения σ_обобщ единичных объемов осуществляются аналогично описанному выше, но уже с учетом скорректированных значений σ²_в и S²_обобщ, составляющих уравнение (18). Вновь полученное значение σ_обобщ фиксируется в регистре 126.

Микропрограмма N 7 является заключительной в данной серии и предназначена для повторной отбраковки тех единичных объемов, которые могут быть отнесены к грубым промахам при сравнении их отклонений ΔV_ij с уточненным значением σ_обобщ. Она функционирует аналогично микропрограмме N 4, причем содержимое блока 48 дополняются информацией о вновь выявленных грубых промахах путем записи логических единиц в соответствующие ячейки его памяти. По завершению этой микропрограммы на выходе переполнения счетчика 60: возбуждается импульс напряжения активно низкого уровня, предназначенный для записи в его память кода предуставки No 3 и обнуления RS-триггера 73 с доследующим остановом счетчика импульсов 67.

Если количество грубых промахов не превышает, например, 1% от числа К /определяется по показаниям счетчика 60, инициируемым на табло 55/, то обработку результатов градуировки считают законченной и приступают к построению градуировочной характеристики датчика 2 уровня, являющейся зависимостью внутреннего объема Vi расходной емкости 1 от кодового измерительного сигнала КОDVi формируемого преобразователем 15. Для этого используют усредненные значения Viср единичных объемов, зафиксированные в контрольном протоколе регистратора 61. Как правило, за базовый /нулевой/ принимают уровень жидкости, приходящийся на нижний индикатор 3, имеющий порядковый номер n(Vn 0). Тогда кодовый измерительный сигнал КОDVn-1, формируемый при срабатывании индикатора n-1, будет соответствовать объему жидкости, равному Vкср, сигнал КОDV_n-2 сумме единичных объемов Vкср и V_(к-1)ср, КОDVn-3 соответственно сумме единичных объемов Vкср, V(к 1)ср, V(к 2)ср и т.д. а код верхнего индикатора 3-1 уровня сумме всех единичных объемов Viср. Полученную подобным образом характеристику Vi=f(КОDVi) датчика 2 используют в дальнейшем для измерения жидкости, потребляемой из емкости 1.

Если количество грубых промахов меньше 1% и необходимо получить градуировочную характеристику с возможно большей достоверностью преобразования измерительных сигналов в единичные объемы Vi, то отбраковка последних может быть продолжена повторным замыканием коммутирующего элемента 74 задатчика 52. При этом счетчик 60 и регистры 79.82 вычислителя 54 возвращаются в исходное состояние, а задатчик 52 вновь задействуется в работу, начиная с микропрограммы N 5. Полученный контрольный протокол будет содержать усредненные значения единичных объемов Viср с учетом повторного отсеивания грубых промахов, количество которых будет определено показаниями счетчика 60. Микропрограммы N 6 и N 7 реализуются аналогично описанному выше.

Если количество грубых промахов в первом контрольном протоколе превышает 1% от числа К, то результаты градуировки считают неудовлетворительными и проводят анализ работоспособности всех элементов устройства, в том числе достоверности /взвешивания/ единичных объемов. Возможно проведение дополнительных градуировок с последующей обработкой их результатов в той же последовательности, в которой она изложена выше.

Таким образом, предлагаемое устройство обладает большими возможностями в части его практического использования, т.к. оно обеспечивает снятие градуировочной характеристики датчика уровня с высокой степенью достоверности получаемых результатов и минимальными затратами на саму градуировку. ТТТ1 2 4

Формула изобретения

1. Устройство для градуировки датчика уровня, содержащее первый блок памяти, регистратор, первый блок сравнения, коммутатор и датчик уровня, установленный в расходной емкости, отличающееся тем, что в него введены группа мерных емкостей, установленных на весах и имеющих каждая сливной клапан, раздаточный трубопровод расходной емкости, выходы которого через наполняющие клапаны сообщены с внутренними объемами мерных емкостей соответственно, датчик температуры, установленный в раздаточном трубопроводе и выходом соединенный с информационным входом блока измерения температуры, блок управления градуировкой, первые выходы которого через блок электропневмоклапанов подключены к управляющим входам наполняющих и сливных клапанов соответственно, задатчик микропрограмм обработки результатов градуировки, счетчик импульсов, преобразователь дискретных сигналов в код, входом соединенный с выходом датчика уровня, а выходом с информационным входом формирователя кода адреса, второй блок сравнения, блок элементов ИЛИ, второй третий, четвертый и пятый блоки памяти, элемент И, выходом соединенный с входами выбора кристалла первого и второго блоков памяти, вычислитель единичных объемов, вычислитель полного объема, на первые выходы которого подключено информационное табло, блок усреднения единичных объемов, вычитатель чисел и вычислитель предельного отклонения единичных объемов, а весы снабжены преобразователями масса код, выходы которых соединены с информационными входами коммутатора, при этом информационный и управляющий выходы формирователя кода адреса соединены с соответствующими входами блока управления градуировкой, второй выход которого подключен к первому входу элемента И, входу разрешения записи формирователя кода адреса и синхронизирующему входу блока измерения температуры, третьи выходы блока управления градуировкой соединены с управляющими входами коммутатора, его четвертый выход с входом обнуления формирователя кода адреса, выход управления записью с входами разрешения записи первого и второго блоков памяти, а выход адресных разрядов подключен к первому входу блока элементов ИЛИ, выход блока измерения температуры соединен с информационным входом-выходом первого блока памяти и первым входом ввода данных вычислителя единичных объемов, выход коммутатора соединен с первым входом первого блока сравнения, с информационным входом-выходом второго блока памяти и вторым входом ввода данных вычислителя единичных объемов, выход которого подключен к первому входу вычитателя чисел, информационному входу-выходу третьего блока памяти, первому информационному входу регистратора и к входам ввода данных вычислителя полного объема и блока усреднения единичных объемов соответственно, первая группа выходов задатчика микропрограмм обработки результатов градуировки соединена с адресными входами третьего, четвертого и пятого блоков памяти, вычислителя полного объема, с вторым информационным входом регистратора и через второй вход блока элементов ИЛИ с адресными входами первого и второго блоков памяти, вторая группа выходов этого задатчика соединена соответственно с входами выбора кристаллов третьего, четвертого и пятого блоков памяти, с входами разрешения записи этих блоков памяти, с вторым входом элемента И, с первыми и вторыми управляющими входами вычислителя полного объема, с управляющими входами регистратора и вычислителя единичных объемов и с первыми третьими управляющими входами блока усреднения единичных объемов и вычислителя предельного отклонения единичных объемов, четвертые управляющие входы которых объединены с третьим информационным входом регистратора, со счетным входом счетчика импульсов и подключены к выходу пятого блока памяти, выход блока усреднения единичных объемов соединен с информационным входом-выходом четвертого блока памяти, вторым входом вычитателя чисел и четвертым информационным входом регистратора, причем выход вычитателя чисел соединен с первым входом второго блока сравнения, а второй вход первого блока сравнения соединен с нулевой уставкой и его выход подключен к второму управляющему входу блока управления градуировкой, управляющий выход вычислителя полного объема соединен с входом останова задатчика микропрограмм обработки результатов градуировки, третий выход которого подключен к входам обнуления счетчика импульсов и вычислителя полного объема, а выход второго блока сравнения соединен с информационным входом пятого блока памяти и выход счетчика импульсов подключен к второму входу информационного табло.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вычислитель единичных объемов содержит блок постоянной памяти, блок деления чисел и ключи, выходы которых являются информационными выходами вычислителя, при этом первый вход ввода данных вычислителя соединен с первым информационным входом блока деления чисел, его второй вход ввода данных подключен к второму информационному входу этого блока через блок постоянной памяти, а выход блока деления чисел соединен с информационными входами ключей и управляющий вход вычислителя соединен с управляющими входами ключей и блока деления чисел.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вычислитель полного объема содержит дешифратор адреса, пять регистров, два сумматора чисел, четыре вычитателя чисел, четыре блока сравнения, блоки деления и умножения чисел, элемент ИЛИ, элемент И, выход которого является выходом вычислителя, и четыре элемента задержки, при этом адресный и второй управляющий входы вычислителя соединены с входами дешифратора адреса, первые три выхода которого соединены с входами разрешения записи второго четвертого регистров, четвертый выход с входом разрешения записи пятого регистра и через второй элемент задержки с управляющим входом блока деления чисел и входом третьего элемента задержки, а пятый выход дешифратора адреса через первый элемент задержки подключен к входу установки в "0" первого регистра, вход разрешения записи которого соединен с первым управляющим входом вычислителя, вход ввода данных которого соединен с первым входом первого сумматора чисел, а вход обнуления с входами установки в "0" второго пятого регистров, выход первого сумматора чисел соединен с информационными входами этих регистров и со своим вторым входом, выходы второго пятого регистров соединены с информационными входами второго сумматора чисел и первыми входами вычитателей чисел соответственно, выходы которых подключены к первым входам блоков сравнения, выход второго сумматора чисел через блок деления соединен с вторыми входами вычитателей чисел и первым информационным входом блока умножения чисел, выходом соединенного с вторыми информационными входами блоков сравнения, выходы которых соединены с информационными выходами вычислителя и через элемент ИЛИ с первым входом элемента И, выход третьего элемента задержки соединен с управляющим входом блока умножения чисел и через четвертый элемент задержки с вторым входом элемента И, а вторые информационные входы блоков деления и умножения чисел соединен с уставками, равными соответственно количеству выполняемых градуировок и коэффициенту, характеризующему их кондиционность.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вычислитель предельного отклонения единичных объемов содержит четыре блока умножения чисел, три сумматора, три регистра, ключ, входами соединенный с первым и вторым управляющими входами этого вычислителя, счетчик импульсов, вычитатель единицы, два блока деления чисел, два элемента задержки, два блока постоянной памяти и блок элемента задержки, вход которого является четвертым управляющим входом вычислителя, при этом первый и второй информационные входы первого блока умножения чисел объединены на входе ввода данных вычислителя, его выход через последовательно соединенные первый сумматор и первый регистр подключен к первому информационному входу первого блока деления чисел и второму входу первого сумматора, выход ключа соединен с суммирующим входом счетчика импульсов, управляющим входом первого блока умножения чисел и через первый элемент задержки с входом разрешения записи первого регистра, выход импульсов через последовательно соединенные вычитатель единицы, второй сумматор и второй регистр подключен к вторым информационным входам блоков деления чисел, к второму входу второго сумматора и через первый блок постоянной памяти к первому информационному входу второго блока деления чисел, выходом соединенного с вторым информационным входом второго блока умножения чисел, третий управляющий вход вычислителя соединен с входом разрешения записи второго регистра и через второй элемент задержки с входом обнуления счетчика импульсов, выход первого блока деления чисел соединен с первыми информационными входами второго и третьего блоков умножения чисел, выходы которых подключены соответственно к первым входам третьего и четвертого блоков умножения чисел, выходы блока элементов задержки соединены соответственно с входом обнуления третьего регистра и управляющим входом первого блока деления чисел, с входом обнуления второго, третьего регистров и управляющим входом второго блока деления чисел, с управляющим входом второго блока умножения чисел, с управляющими входами третьего и четвертого блоков умножения чисел и с входом разрешения записи третьего регистра, а выходы третьего и четвертого блоков умножения чисел через последовательно соединенные третий сумматор чисел, второй блок постоянной памяти и третий регистр соединены с выходом вычислителя и вторые информационные входы третьего и четвертого блоков умножения чисел соединены с уставками, характеризующими соответственно величины квантилей распределения Стьюдента и нормального распределения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10