Емкостный уровнемер

 

Союз Соввтскмн

Соцналнстмческмн

Ресяубннк

Н АВТОРСКОМУ СВИ ТЙЛЬСТВУ (6! ) Донолммтельное к авт. санд-ву(22) Заявлено 20. 06. 80 (21) 2942594/18-10 с нрмсоеаннеммем за»вкн Я (23) Прмормтет

Ояублмковано 28. 02. 82 Бкмлетень,1тт 8 (53)M. Кл.

G 01 F 23/26

9кударстюнеб кеннтет

CCCP не явлен нтейратнннй н еткрытн» (53) УД.К 681.128.63(088.8) Дата ояублнкованм» о»»сам»я 28. 02 . 82 (72) Авторы нзобретеммя

Г. 3. Солганик и S.À. И гошин м °

Государственный научно-исследовательский институт-,... теплоэнергетического приборостроения "НИИТеплоприбор" (71) Заявнтель (54) ЕИКОСТНЫЙ УРОВНЕИЕР. пульсов (1 1 .

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения уровня различных жидкостей.

Известен емкостный уровнемер, содержащий измерительный и компенсационный емкостнйе датчики, операционный усилитель, преобразователь емкости в напряжение и генератор тактовых имНаиболее близкой по технической сущности к предлагаемому емкостный уровнемер, содержащий генератор, измерительный и компенсационный емкостные датчики, подсоединенные каждйй к своему каналу преобразования, состоящему из последовательно соединен ных преобразователя емкост ь- время, схемы НЕ-И и детектора среднего значения, и устройст во задержки, включенйое между управляющим входом преобразователя емкость-время и схемой

НЕ-И измерительного канала (21.

Недостатком известного устройства является сильная зависимость точности измерения от линейности характе- . ристики преобразователя емкость.напl ряжение-время, включенного в контур обратной связи измерительной схемы, так как. обеспечить требуемую характеристику в преобразователе, в котором электрод чувствительного элемен1Ф та должен быть связан с корпусом, при малых значениях уровня, а следовательно, при малых значениях выходного напряжения крайне затруднительно. Кроме того, он не может исполь3$ эоваться для систем телеиэмерения, так как имеет аналоговый выходной сигнал.

Цель изобретения - повышение точности измерений малых уровней и создание возможности телеизмерений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены два управляемых аналоговых ключа, дифференциальный интегратор, компаратор, две схе3 909580 мы И, .два Д-триггера, два инвертора, счетчик, универсальный регистр и блок управления, причем вторые входы схем HE-И измерительного и компенсационного каналов соединены между собой, выход измерительного детектора среднего значения через первый управляемый аналоговый ключ подключен к одно@у входу дифференциального интегратора, а выход компенсационно- 10 . ro детектора среднего значения подключен через второй управляемый аналоговый ключ к второму входу диффе-, ренциального интегратора, выход ко торого через компаратор подклочен к входам Д и С первого Д-триггера, выход которого связан с входом Д второго Д-триггера, связанного выходом с входом установки нуля первого Дтриггера и одним входом первой схемы И, другой вход которой связан со входом С второго Д-триггера, выходом генератора и входом второй схемы И, выход первой схемы И связан с входом разрешения записи универсального ре- 25 гистра и через первый инвертор с вторым входом второй схемы И, выход которой связан с входом счетчика, а выход старшего разряда счетчика подключен к управляющим входам преобразователей емкость-время, устройства задержки, измерительного аналогОвого ключа и через инвертор к управляющему входу компенсационного. аналогового ключа, выходы остальных разрядов счетчика подключенны к разрядным входам универсального регистра.

На чертеже представлена функциональная схема емкостного уровнемера. . Устройство включает в себя изме40 рительную 1а и компенсационную lб части чувствительного элемента, включенные соответственно в преобразова-. тели емкость-время 2 и 3, устройство 4 задержки, две схемы HE-И 5 и 6, 45 два детектора 7 и 8 среднего значения, два управляемых аналоговых ключа 9 и 10, генератор 11, дифференциальный интегратор 12, компаратор 13, два Д-триггера 14 и 15, две схемы И

16 и 17, два инвертора 18 и 19, счетчик,20, универсальный регистр 21 и блок 22 управления.

Устройство работает следующим образом. 55

При полном заполнении счетчика 20 счетными импульсами генератора 11 появляется высокий потенциал в старшем разряде счетчика, от которого запускаются преобразователи емкостьвремя 2 и 3, а также устройство 4 постоянной задержки. Этим же сигналом осуществляется замыкание ключа 9 и размыкание ключа 10. При отсутствии среды в измерительной части 1а чувствительного элемента длительности импульсов устройств 2 и 4 равны между собой. Когда уровень повышается, длительность импульса преобразователя емкость-время 2 становится больше длительности импульса с устройством 4. Длительность импульса с преобразователя емкость-время 3 всегда больше длительности импульса с устройства 4, так как компенсационная часть чувствительного элемента постоянно полностью погружена в измеряемую жидкость. В схеме НЕ-И 5 осуществляется вычитание длительности импульса устройства 4 из длительности импульса преобразователя 2. С помощью детектора 7 осуществляется преобразование разностного сигнала в пропорциональное значение напряжения постоянного тока. В схеме НЕ-И 6 формируется .импульс, длительность которого определяется разностью длительнос- тей импульсов преобразователя 3 и устройства 4. Детектором 8 этот импульс реобраэуется в напряжение nocl тоянного тока. Так как в момент появления высокого потенциала в старшем разряде счетчика 20 ключ 9 замкнут, а ключ 10 разомкнут, сигнал подается лишь на инверсный вход интегратора 12 „ который осуществляет интегрирование сигнала с детектора 7 в течение времени поддержания высокого потенциала в старшем разряде счетчика 20. Опорное напряжение на компараторе 13 выставляется таким, чтобы .с началом интегрирования происходило срабатывание компаратора. После того, как счетчик заполняется и напряжение в его старшем разряде станет равным нулю, происходит размыкание ключа 9 и замыкание ключа 10. В интеграторе начинается интегрирование с противоположным знаком напряжения с детекто.ра 8. Этот процесс продолжается до тех пор, пока напряжение на выходе интегратора не сравнится с опорным напряжением компаратора. На выходе компаратора появляется высокий потенциал. Сигнал компаратора подается на входы Д и С триггера 14. При этом на выходе триггера появляется высо90958 формула изобретения

SS

5 кий потенциал. При поступлении на вход С триггера 15 импульса с генератора 11 триггер приобретает на выходе высокий потенциал, который пос" тупает на вход R триггера 14 и переводит его в нулевое состояние. Следующий счетный импульс переводит триггер 15 в нулевое состояние. Таким образом, на выходе схемы И 16 возникает одиночный положительный импульс, N по времени совпадающий с перебрасыванием компаратора 13 от.низкого потенциала к высокому. Этот импульс инвертируется и подается на второй вход схемы И 17, запирая ее на время дли" 15 тельности импульса. Таким образом, очередной импульс от счетного генератора 11 не попадает на вход запуска счетчика 20. Этот же импульс от схе ,мы И 16 поступает на вход разрешения zo

iэаписи регистра 2 1. При этом состояние каждого разряда счетчика 20 в этот момент времени переписывается в регистр. По окончании импульса со схемы И 16 вход разрешения записи д регистра снова закрывается, в регистре сохраняется записанное значение, а счетчик продолжает подсчет импульсов до перехода напряжения в старшем разряде счетчика от низкого к высокому. Затем цикл работы уровнемера повторяется.

Записанное в регистре число линейно зависит от величины уровня и не зависит от электрических характерис" . тик среды. При необходимости передать выходной сигнал на значительное расстояние по сигналу запроса от блока 22 управления поступают сигналы счетного генератора, число которых соответствует количеству разрядов регистра. Этими импульсами осуществляется сдвиг регистра и записанное в нем значение уровня в параллельном коде поступает на линию передачи в виде последовательного кода.

Емкостный уровнемер, содержащий генератор, измерительный и компенсационный емкостные датчики, подсоединенные каждый к своему каналу преобразования, состоящему из последовательно соединенных преобразовате0 6 ля емкость- время, схемы НЕ-И и детектора среднего значения, и устройство задержки, включенное между управляющим входом преобразователя емкость-время и схемой HE-И измерительного канала, о т л и ч а ю щ и йс R тем, что, с целью повышения точности измерений малых уровней и создания возможности телеиэмерений, в устройство введены два управляе/ мых аналоговых ключа, дифференциальный интегратор,. компаратор, две схемы И, два О-триггера, два инвертора, счетчик, универсальный регистр и блок управления, причем вторые входы схем НЕ-И измерительного и компенсационного каналов соединены между собой, выход измерительного детек тора среднего значения через первый ,управляемый аналоговый ключ подклю" чен к одному входу дифференциального интегратора, а выход компенсационного детектора. среднего значения под ключен через второй управляемый аналоговый ключ к второму входу дифференциального интегратора, выход которого через компаратор подключен к входам О и С первого О-триггера, выход которого связан с входом О второго О-триггера, связанного выходом с входом установки нуля первого О-триггера и одним входом первой схемы И, другой вход которой связан с входом

С второго О-триггера, выходом генератора и входом второй схемы И, выход первой схемы И связан с входом разрешения записи универсального ре1-истра и через первый инвертор с вторым. входом второй схемы И, выход которой связан с входом счетчика, а выход старшего разряда счетчика подключен к управляющим входам преобразователей емкость-время, устройства задержки, измерительного аналогового ключа и через инвертор к управляющему ,входу компенсационного аналогового ключа, выходы остальных разрядов счетчика подключены к разрядным входам универсального регистра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N 435459,, G 01 F 23/26, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

М 662815, КЛ..G 01 F 23/26, 1977 (прототип),