Резонансный уровнемер

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, саид-ву— (22) Заявлено 040581 (21) 3286276/1 8-10 f$$) М. Кд.з

G 01 F 23/28 с присоединением заявки ¹(23) Приоритет

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий

Опубликовано 15.11Я2„Бюллетень ¹ 42

Дата опубликования описания 15.11.82 (N j УДК 681. 128, 82 (088, 8) (72) Авторы изобретения

В.A.Постовалов, Г.A.Còàðöåâ, М.Н.Тарасенко и C> сь., ГМ" РГ. „, l3 (71) Заявитель (54) РЕЗОНАНСНЫЙ УРОВНЕИЕР

Изобретение относится к приборостроению, а именно к устройствам контроля уровня жидких и сыпучих сред ,и может найти применение в химической, нефтяной и других отраслях промышленности.

Известно устройство контроля уровня, содержащее датчик в виде отрезка длинной линии, включенный в колебательный контур, в котором при изменении уровня изменяется индуктивное или емкостное сбпротивление дачика, погруженного в измеряемую среду,и соответственно изменяется резонанс— ная частота контура. Преобразование сигналов с датчика производится посредством фиксации экстремума амплитудно-частотной характеристики датчика с использованием режима вынужденных колебаний (1).

Недостатком данного уровнемера являются ограниченные возможности в повышении точности измерения вследствие нелинейности и нестабильности модулятора и перестаиваемого генера" тора.

Известен резонансный уровнемер, содержащий датчик уровня с амплитудным детектором, подключенный к выходу генератора возбуждения и череэ пиковый детектор, дифференциальный усилитель, триггер и модулятор к входу генератора возбужде«ния..Измерение уровня контролируе мой среды сводится к измерению час тоты высокочастотного генератора !2).

Недостатком этого устройства является необходимость преобразования выходного сигнала частоты в нормализованный выходной сигнал для управления устройствами индикации, что приводит к дополнительной погрешности и снижению точности.

Цель изобретения — повышение точ ности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в резонансном уровнемере генератор возбуждения выполнен в виде цифрового синтезатора частоты, модулятор — в виде первого реверсивного счетчика, генератора опорной частоты и двух схем совпадения, в устройство введены делитель частоты, коммутатор, второй реверсивный счетчик, второй триггер и кипп-реле,причем выходы первого триггера подключены ко вторым входам первой и второй схем совпадения, первые входы которых подключены к выходу сложеЗ0 . ния первого реверсивного счетчика

974135 и через коммутатор к входу сложения второго реверсивного счетчика, выход второй схемы совпадения подключен к входу вычитания первого реверсивного счетчика и через делитель частоты к входу вычитания второго pesepсивного счетчика, выход которого через второй триггер подключен к входу кипп-реле и управляющему входу коммутатора, при этом выход киппреле соединен с управляющим входом первой и второй схем совпадения.

При использовании в качестве ге ератора возбуждения цифрового синтезатора частоты, перестраиваемого

15 счетчиком, выходной сигнал на индика-, цию результата измерения снимается со ступеней счетчика, каждому состоянию которого соответствует определенное фиксированное значение выходной частоты синтезатора. Таким образом, исключается преобразование частота — выходной сигнал и повышается точность.

При дискретной перестройке частоты резонансная частота датчика определяется посредством дополнительного реверсивного счетчика с делителем частоты на два по одному из входов, как середина промежутка между порогами срабатывания сигнум-реле по обе 30 стороны от максимума амплитудно-частотной характеристики датчика. Для этого сначала по входу с делителем определяется отклонение частоты синтезатора от резонансной частоты дат- 33 чика, связанное с порогом срабатывания сигнум-реле, путем подсчета по входу с делителем половины числа шагов перестройки между порогами срабатывания сигнум-реле по обе 40 стороны от максимума, а затем при перестройке частоты от порога срабатывания сигнум-реле в сторону резонансной частоты датчика, с дополнительного счетчика считываются зарегистрированные ранее импульсы до возвращения счетчика в исходное состояние. Этот момент соответствует совпадению частотЫ синтезатора с резонансной частотой датчика., Таким образом, исключается погрешность определения резонансной частоты датчика, связанная с порогом срабатывания сигнум-реле, а также от нестабильности порога срабатывания, так как изменение порога не влияет на среднее значение.

На фиг. 1 приведена структурная схема резонансного уровнемера", на фиг. 2 — графические характеристики, поясняющие его работу.

Резонансный уровнемер содержит цифровой сигнезатор частоты 1, сигнал с которого подается на резонансный датчик уровня 2 с амплитудным детектором, пиковый детектор З,под- 65 ключенный ко входу сигнум-реле 4, состоящего из дифференциального уси- лителя 5 и триггера б, узел перестройки 7, содержащий тактовый генератор 8 и две схемы И 9 и 10, включенный между выходами сигнум-реле

4 и входами реверсивного счетчика 11 выходы ступеней которого подключены к входам ступеней управления частотой цифрового синтезатора частоты 1 дополнительный реверсивный счетчик

12, подключенный через коммутатор

13 по одному входу и делитель частоты на два 14 по другому входу к выходам узла перестройки 7, триггер

15 кипп-реле 16, соединенные последовательно между выходами дополнительного реверсивного счетчика 12 и

J управляющими входами узла перестройки 7, причем выход триггера 15 подключен также к управляющему входу коммутатора 13.

Резонансный уровнемер работает следующим образом.

В начале цикла измерения дополнительный реверсивный счетчик 12 находится в исходном, нулевом состоянии.

Выходным сигналом с триггера 15 блокируется коммутатор 13, а импульсы с узла перестройки 7 поступают на вход "+" сложения реверсивного счетчика 11. С каждым входным импульсом, поступающим на вход сложения реверсивного счетчика 11, частота на выходе цифрового синтезатора частоты

1 увеличивается на некоторое значение F (фиг. 2в), соответствующее шагу перестройки. На фиг. 2 а изображены импульсы перестройки, поступающие на вход сложения реверсивного, счетчика 11, а на фиг. 2в показано . изменение частоты на выходе цифрового синтезатора при переключении реверсивного счетчика 11. Резонансный датчик уровня 2 возбуждается напряжением с цифрового синтезатора частоты 1. При приближении частоты цифрового синтезатора 1 к полосе частот резонансного датчика уровня 2 выходное напряжение датчика увеличивается. На фиг. 2 г представляется огибающая напряжения датчика уровня, выделяемая амплитудным детектором, а на фиг. 2д напряжение на входе пикового детектора 3. До момента времени t< напряжение на выходе пикового детектора 3 повторяет форму напряжения на выходе амплитудного детектора. В момент времени t амплитуда напряжения на выходе амплитудного детектора датчика уровня достигает максимума, что соответствует совпадению выходной частоты цифрового синтезатора с резонансной частотой датчика уровня. При дальнейшем увеличении выходной частоты цифрового синтезатора 1 напряжение на выходе амплитудного детектора дат974135 чика уровня уменьшается, а на вы- счетчика 11 (фиг. 2а) и через отходе пикового детектора 3 сохраня- крытый коммутатор 13 на вход д е ся м т аксимальное значение, эафикси- нительного реверсивного счетчика а вход дополрованное в момент t„ . При увеличении 12, считывая зарегистрированные раотклонения частоты цифрового синтезатора 1 от резонансной частоты дат- 5 жаются импульсы досчета, поступаючика уровня 2 разбаланс напряжений щие на вход сложения дополнительного на выходах амплитудного и пикового реверсивного счетчика 12. Так как детекторов увеличивается и при дос- частота импульсов досчета вдвое вытижении некоторой пороговой величи- ше, то к середине диапазона между ны д 0 в момент времени с вызывает 30 порогами срабатывания сигнум-реле 4 срабатывание сигнум-реле 4, состоя- с дополнительного реверсивного счетщего из дифференциального усилителя чика 12 считываются импульсы, заре5 и триггера 6. Триггер 6 сигнум- гистрированные ранее по входу с дереле опрокидывается и выходным сиг- лителем частоты на два. При возвраналом с него на схемы И 9 и 10 уз- 15 щении дополнительного реверсивного ла перестройки 7 производится реверс счетчика 12 в исходное состояние направления перестройки. Кроме того (момент Ф )опрокидывается триггер 15 в момент срабатывания сигнум-реле перепадом напряжения с которого напряжение .в пиковом детекторе сбрасывается до уровня в амплитуд- 2О изображается эпюра выходного напряном детекторе резонансного датчика жения с ключа. Сигналом кипп-реле уровня. После реверса импульсы пе-,16 блокируется узел перестройки 7, рестройки поступают на шину вычита- на этом цикл измерения заканчиваетния реверсивного счетчика 11 и через |ся. делитель частоты на два 14 на шину На реверсивном счетчике 11 региствычит ни а ия дополнительного реверсив25 рируется к этому моменту число шагов ного счетчика 12. На фиг. 2б изобра- перестройки частоты цифрового сннтежаются входные импульсы, поступающие затора от значения резонансной час на шину вычитания реверсивного счет- тоты датчика нулевом уровчика 11, а на фиг. 2е импульсы, пос- не до значения резонансной частупающие через делитель частоты на тоты датчика, определяемого измеряедва на вход дополнительного реверсив- вам уровнем. ного счетчика 12. С первым импульсом, Результат измерения считывается в поступившим на шину вычитания допол- цифровой форме в процентах измеряенительного реверсивного счетчика 12, мого уровня непосредственно с выхосрабатывает триггер 15, подключенный 35 дов ступеней реверсивного счетчика к выходу этого счетчика, после чего 11. Разрешающая способность резонанс. снимается блокировка с коммутатора 13. ного уровнемера определяется колиНа фиг. 2з изображается эпюра выход- чеством фиксированных частот в дианого напряжения триггера 15. При пос- паэоне перестройки частоты цифровотуплении импульсов перестройки на 40 го синтезатора, соответствующего шину вычитания счетчика 11 частота диапазону резонансной частоты датчика выходе цифрового синтезатора пони- ка уровня, причем при отсутствии иэжается и снова приближается к резонан- меряемой среды показания реверсивного сной частоте резонансного датчика счетчика равны нулю, а при заполнеуровня. После прохождения резонанс- 45 нии датчика на нем регистрируется ной частоты датчика уровня 2 вновь максимальное количество фиксированвозникает разбаланс напряжений на ных частот диапазона перестройки.Новыходах амплитудного и пикового де- вый цикл измерения начинается по текторов и при достижении раэбаланса заднему фронту сигнала с кипп-реле. напряжения порогового значения в 5О При этом снимается блокировка с узла момент 1 снова срабатывает сигнум- перестройки и импульсы вновь постуреле, производящее реверс направле- пают на вход сложения счетчика 11. ния перестройки. К моменту 1 на до- Процесс измерения является циклиполнительном реверсивном счетчике ческим и каждый цикл измерения закан

12 регистрируется половина числа чивается выдачей конечного резульшагов перестройки. частоты цифрового тата, поэтому предлагаемое иэмерисинтезатора 1 от диапазона 2 f меж- тельное устройство может быть исду порогами срабатывания снгнум-реле пользовано в многоканальных систепо обеим сторонам от .максимума, мах. В этом случае датчики подключто соответствует отклонению час- чаются к измерительному устройству тоты цифрового синтезатора от ре60 поочередно посредством коммутатора зонансной частоты датчика уровня, и этим . же коммутатором под,связанному с порогом срабатывания ключаются входы ячеек памяти,свясигнум-реле. После второго ревер- занных с выходами ступеней реверса импульсы перестройки поступают сивного Счетчика. В ячейках памяти на вход сложения реверсивного запоминается результат измерения по.

974135 каждому каналу на период между замерами.

Резонансный уровнемер по предлагаемой схеме имеет высокую стабильность, так как сетка частот на выходе цифрового синтезатора стабилизирована кварцем, а значение выходной частоты жестко связано с состоянием реверсивного счетчика, с выходом ступеней которого снимается выходной сигнал о значении иэмеряе- I0 мого параметра. Нестабильность по рога срабатывания сигнум-реле не влияет на результат измерения, так как резонансная частота датчика определяется по середине диапазона 15 срабатывания сигнум-реле по .обоим сторонам от максимума, таким образом, изме. .ение порога не влияет на сррднее значение.

Результат измерения выражается 2О в цифровой форме с прямым отсчетом измеряемого параметра в процентах измеряемого уровня.

Устройство выполняется на цифровых интегральных схемах, вследствие, чего имеет высокую надежность.

Предлагаемый резонансный уровнемер позволяет повысить точность измерения.

Формула изобретения

Резонансный уровнемер, содержащий датчик уровня с амплитудным детектором, подключенный к выходу генератора и через пиковый детектор, дифференциальный усилитель, первый триггер и модулятор к входу генератора возбуждения, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерений, генератор выполнен в виде цифрового синтезатора частоты, модулятор в виде

-первого реверсивного счетчика, генератора опорной частоты и двух схем совпадения, в устройство введены делитель частоты, коммутатор, второй реверсивный счетчик, второй триггер кипп-реле причем выходы первого триггера подключены ко вторым входам первой и второй схем совпадения,первые входы которых подключены к выходу сложения первого реверсивного счетчика и через коммутатор и входу сложения второго реверсивного счетчика, выход второй схемы совпадения подключен к входу вычитания первого реверсивного счетчика и через делитель частоты к входу вычитания второго реверсивного счетчика, выход которого через второй, триггер подключен к входу кипп-реле управляющему входу коммутатора, при этом выход киппреле соединен с управляющим входом первой и второй схем совпадения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 ° Викторов В.A. Резонансный метод измерения уровня. М., "Энергия", 1969, с. 150.

2 ° Авторское свидетельство СССР

9 485321, кл. G 01 F 23/28, 1973 (прототип).

974135 е

U дрЯ

Составитель Н.Бурбело

Редактор А.Гулько Техред И.Гайду Корректор И.Ватрункина

Заказ 8677/55 Тирам 673 Подписное

BHHHPH Государственного комитета СССР по делаМ изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4