Электроемкостный уровнемер

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советски к

Социалмстичесиик

Республик ()964470

К ASTOPCNOMY СВИДатВЛЬСтВЬ

I (Sl ) Дополнительное к авт. свид-ву У 756212 . (51)M. Кл. (22)Заявлено 03.01.80 (21) 2862554/18-10 с присоединением заявки М6 01 Г 23/26,3Ъеудерстеенны6 камнтет

СССР ае делам йзюбретений и открытий

{23) Приоритет (53) УДК 681,128..63 (088. 8) Опубликовано 07.10.82. Бюллетень М 37

Дата опубликования описания 0 Р, 10. 82

А. P. Решетилов, Н. И. Сорока и С. В. Лукьянец

{72) Авторы изобретения (71) Заявител4

Минский радиотехнический институт (54) ЭЛЕКТРОЕМКОСТН6!И УРОВНЕМЕР

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для определения уровня воды в скважинах.

По основному авт . cs. N 756212 из" вестно устройство, содержащее общий . электрод, измерительный и компенсаци" онный емкостные датчики, подключенные через постоянные резисторы к генератору импульсов, реверсиьный счетчик, первый триггер, второй триггер, два логи.10 ческих элемента И, два счетчика импульсов, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и цифроаналоговый преобразователь, и подклю" ченный к ним через реверсивныйсчетчик s блок памяти, при этом каждые компаратор, триггер, логический элемент И и счетчик соединены между собой после" довательно и подключены соответственно к измерительному и компенсационно- 20 му емкостным датчикам, генератор им" пульсов подключен к входам триггеров, генератор тактовых импульсов - к вхо" дам логических элементов И, а ревер2 сивный счетчик соединен со счетчиком из цепочки, подключенной к компенса" ционному емкостному датчику (1).

Однако устройство имеет недостаточную точность измерения.

Целью изобретения является повышение точности измерения;

Это достигается тем, что в электро" емкостный уровнемер введены подключенные к генератору тактовых импульсов дополнительные последовательно соединенные резистор, компенсационный дат" чик, компаратор, триггер, третий ло" гический элемент И, третий счетчик, четвертый логический элемент И, четвертый счетчик, блок сравнения, цифроаналоговый преобразователь, управляе" мый генератор тактовых импульсов, а в канал измерительного датчика введены подключенные к счетчику дополнительные последовательно соединенные первый преобразователь, пятый логический элемент И, пятый счетчик, блок вычитания, шестой счетчик, шестой ло0 ф

3 96447 гический элемент И, второй преобразоватеЛь и блок памяти, при этом дополнительный генератор тактовых импульсов подключен к пятому и шестому логическим элементам И, блок сравнения подключен к шестому счетчику, а допол" нительно введенный делитель соединен с третьим счетчиком, третьим и четвертым логическими элементами И, логическими элементами И в каналах основных 1о измерительного и компенсационного датчиков и основным управляемым генератором тактовых импульсов.

На чертеже дана структурная схема устройства. 13

Электроемкостный уровнемер содержит общий электрод 1, относительно которого образуются емкости измеритель" ного емкостного датчика 2 и компенсационных емкостных датчиков 3 и -4, три gg резистора 5-7, три компаратора 8-.10, генератор 11. импульсов, три триггера

12-14, делитель 15, логические элемен. ты И 16-21, управляемые генераторы . тактовых импульсов 22 и 23, счетчики д

24-29, цифро-аналоговые преобразователи 30 и 31, реверсивный счетчик 32, блоки 33 и 34 памяти, преобразователи

35 и 36, блок 37 вычитания и блок 38, .сравнения. 30

Уровнемер работает следующим образом.

Генератор 11 импульсов генерирует в непрерывном режиме прямоугольные им" пульсы, длительность которых выбирается .большей по сравнению с.временем нарастания переходного процесса в из" мерительной реэисторно-емкостной цепи. образованной резистором 6 и измерительным емкостным электродом при наибольшем уровне. жидкости. Интервал между импульсами выбирается достаточным для полного затухания переходных процессов.

Каждый новый фронт импульса опрокидывает триггеры 12- 14 таким образом, что на входы логических схем И 16-18 поступает разрешение на пропуск тактовых импульсов с выхода ° генератора

22 тактовых импульсов на входы счетчиков 24-26.

Одновременно фронт импульса генератора 11 импульсов поступает через резисторы р-7 на измерительную и компенсационную емкости датчиков 2-4. Начинается нарастание напряжений на этих емкостях, причем время нарастания на измерительном конденсаторе датчика 2 пропорционально уровню жидкости, а на конденсаторах компенсационных датчиков 3 и 4 - относительно неизменно.

При достижении переходными процессами определенных уровней компараторы 8-.10 вырабатывают импульсы, приводящие к обратному опрокидыванию триггеров 12- 14. На выходах триггеров 1214 образуются сигналы, запрещающие поступление импульсов через логические схемы И 16- 18 с выхода генератора 22 тактовых импульсов на входы счетчиков 24-26 импульсов.

Таким 46разом, в счетчиках 24-26 импульсов оказываются записанными числа импульсов, пропорциональные величинам емкостей измерительных и компенсационных датчиков. В связи с тем, что конструкция датчиков устанавливает определение соответствия между величинами емкостей и их длиной, число импульсов на выходе счетчика 25 экви валентно измеряемому уровню жидкости.

Компенсационный емкостный датчик 4 совместно с подключенной к нему цепочкой, состоящей из последовательно соединенных компаратора 10, триггера логического элемента И 18, счетчика

26, реверсивного счетчика 32, цифроаналогового преобразователя 30, управляемого генератора 22 тактовых импуль" сов и связанного с реверсивным счетчиком 32 блока 34 памяти, уменьшает погрешность измерения уровня при условии, что возмущающее воздействие сказывается в раьной мере как на емкости измерительного датчика,2, так и на емкости компенсационного датчика 4 (давление, температура, диэлектрическая проницаемость и т. д.). Для этого в блоке 34 памяти записывается посто" янное число импульсов, приводящееся в соответствии эталонному расстоянию компенсационного датчика 4. При настройке уровнемера порог срабатывания компаратора 10 устанавливается таким образом, что число импульсов, записанное в счетчике 26 импульсов, равно постоянному числу импульсов блока 34 памяти.

В случае отклонения по какой-либо причине емкости компенсационного датчика 4 от первоначальной, в счетчике

26 импульсов записывается иное число: импульсов, большее или меньшее по сравнению с хранящимся в блоке 34 памяти. В результате этого в реверсивном счетчике 32 формируется код "Больше" или "Меньше", преобразуемый цифро-аналоговым преобразователем 30 в анало9644 говое напряжение, подстраивающее генератор 22 тактовых импульсов до тех . пор, пока число импульсов, записывае" мых в счетчике 26 импульсов, не станет практически равным числу импульсов блока 34 памяти (с учетом пределов технической точности системы подстройки).

Таким образом, в счетчике 26 им" пульсов автоматически поддерживается 10 неизменное число импульсов, которое приводится в соответствие длине компенсационного, датчика, т. е. высоте столба жидкости, вдоль которого рас" положен компенсационный датчик, так 1g . как высота. этого столба и число импульсов в счетчике компенсационного датчика, происходящие в результате изменения окружающих воздействий, снижаются на величину, характеризующуюсяр0

- степенью точности замкнутой системы подстройки частоты генератора 22 тактовых импульсов.

Компенсационный емкостный датчик 3 не замачивается жидкостью и предназ 25 начен для компенсации начальной емкос. ти,измерительного датчика при наличии ее возможных отклонений, проявляющих" ,- ся под воздействием окружающих факторов. Э0

Счетчик 24 выполнен реверсивным для того, чтобы можно было составить из него число импульсов, которое пропорционально емкости компенсационного датчика 3. Считывание производится че33, рез делитель 15, коэффициент деления которо го .равен отношению начал ьной емкости незамоченного измерительного датчика 2 к емкости компенсационного датчика .3. Благодаря этому считывание 0 импульсов из реверсивного счетчика 24 производится во столько раз медленнее, во сколько начальная емкость незамо I ченного измерительного электрода больше по сравнению с емкостью компенса45 ционного датчика 3. При считывании

;управляющая шина реверсивного счетчи.. ка 24 дает разрешение на один из вхо. ! дов логического элемента И 19, через который, проходят импульсы от генератора 22 тактовых импульсов на счет-, 50 чик 27 . Зайись в счетчике 27 происхо" дит до тех пор, пока из реверсивного счетчика 24 происходит считывание, при обнулении его на логический элемент И 19 поступает запрет, прекраща" . ющий прохождение импульсов в счетчик

27. Записанное в счетчике 27 число импульсов пропорционально начальной

5 70 4 емкости неэамоченного измерительного датчика. Таким образом, при нулевом уровне жидкости показания выходного счетчика 25 и счетчика 27 должны быть равны друг другу.

Если компенсационный датчик 3 конструктивно выполнен таким образом, что его емкость равна начальной емкости измерительного датчика 2, то иэ схемы уровнемера следует исключить делитель

15, счетчик 24, логический элемент И

19, соединив выход логического элемента И 16 с входом счетчика 27.

Выходом уровнемера в целом является число импульсов в реверсивном счетчике 25, пропорциональное измерительному уровню. Блок, 33 памяти хранит постоянное число импульсов, пропорциональное наибольшему измеряемому уровню. Преобраэователь 35 (преобразователь 36) преобразует соответствующие числа импульсов в электрические сигна. лы,.-разрешающие логическим элементам

И 20 и 21 пропуск импульсов с выхода генератора 23 тактовых импульсов на входы счетчиков 28 и 29. Длительности таких разрешений на логических элементах И 20 и 21 пропорциональны числам импульсов в счетчике 25 и блоке 33 памяти.

Блок 38 сравнения выполняет роль элемента сравнения в замкнутых системах с отрицательной обратной связью. ! В нем производится вычитание чисел импульсов счетчика 27 и счетчика 29.

Результат вычитания, эквивалентный сигналу рассогласования в системах с отрицательной обратной связью, преобразуется цифро-аналоговым преобразователем 31,в аналоговую форму и управляет частотой второго управляемого генератоРа 23 .таким образом, что число импульсов с его выхода, прошедшее через логический элемент И 2 1 и записанное в счетчике 29, практически равно числу импульсов счетчика 27, который в данном случае выполняет значение задатчика для замкнутой системы. Так как число импульсов счетчика 27 изменяется при воздействии возмущений на емкость компенсационного датчика 27, то соответственно изменяется и число импульсов счетчика 29. Аналогично из-. меняется И число импульсов в счетчике 28: пропорционально той величине начальной емкости измерительного 44т чика 2, которая в данный момент эамочена жидкостью. Такие пропорциональность и изменения объясняются тем, что

7 964470 8 импульсы в счетчике 28 записываются формула изобретения от управляемого генератора 23 такто". .Электроемкостный уровнемер по авт. . вых импульсов через пятый логи" св. И 756212, отличающийся ческий элемент И 20 подобно счет- тем, что, с целью повышения точности чику 29. измерений, в уровнемер введены подклюЕсли в счетчике 29 записано число чеиные к генератору тактовых импульсов импульсов, пропорциональное начальной дополнительные последовательно соедиемкости измерительного датчика 2, а:ненные резистор, ночпенсационный дат-.-.. в счетчике 28 - пропорциональное его чик, компаратор, триггер; третий логизамоченной части,.то после вычитания iO ческий элемент И, третий счетчик, четв блоке 37 вычитания содержимых этих вертый логический элемент И; четвертый счетчиков получаем число импульсов . счетчик, блок сравнения, цифро"аналопропорциональное начальной емкости говый преобразователь, управляемый геразмоченной части измерительного дат- нератор тактовых импульсов, а в канал чика 2. измерительного датчика введены подключенные к счетчику дополнительные поВ результате вычитания чисел импуль" следовательно соединенные первый пресов реверсивного счетчика 25 и выхода образователь, пятый логический элемент блока 37 вычитания получаем компенса- И, пятый счетчик, блок вычитания, шесцию нежелательного влияния начальной 26 той счетчик, шестой логический элемент емкости измерительного датчика, а так.. И, второй преобразователь и блок памяже возможных изменений-ее под влияни ти, при этом дополнительный генератор ем окружающих воздействий. тактовых импульсов подключен к пятому и шестому логическим элементам И, блок

В связи с тем, что компенсационные Б сравнения подключен к шестому счетчии измерительный датчики находятся в ку, а дополнительно введенный делитель одинаковых условиях, можно предполо- . соединен с третьим счетчиком, третьим жить, что отклонение емкостей измери" и четвертым логическими элементами И, тельного датчика в равной мере устра- логическими элементами И в каналах ос" няется системами компенсации. Большая 36 новных измерительного и компенсациончасть, приращений емкостей происходит ного датчиков и основным управляемым

- практически идентично, поэтому с до- генератором тактовых импульсов. статочно высокой степенью верности при- Источники информации, нимается утверждение о компенсации по- принятые во внимание при экспертизе грешности также и по измерительной ем- 1, Авторское свидетельство СССР кости, 1 756212, кл. G 01 F 23/26, 1978..

ВНИИПИ Заказ 7615/21 Тираж 673 Подписное

° Ф

, филиал ППП Патент", г. Ужгород ул. Проектная, ппП .патент здк., Я вЂ” ф