УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ УРОВНЯ Российский патент 2008 года по МПК G01F23/26 

Изобретение относится к устройствам контроля уровня жидких и сыпучих сред и может быть использовано в товарных парках нефтепродуктов, цементной промышленности, на элеваторах и т.д.

Известно устройство контроля уровня, содержащее датчик, перестраиваемый генератор, делитель частоты, частотомер [см. авт. св. SU 627342 А с приоритетом от 10.03.1997 г.]. Недостатком данного устройства является низкая точность, связанная с тем, что коэффициент деления является дробной величиной.

Также известен емкостной измеритель уровня, содержащий двухэлектродный емкостной датчик, операционный усилитель, стабилизированный источник питания, ждущий мультивибратор и триггер. Первый электрод двухэлектродного емкостного датчика и звено отрицательной обратной обработки связи операционного усилителя соединены с его инвертирующим входом. Звено положительной обратной связи операционного усилителя соединено с его неинвертирующим входом. Второй электрод двухэлектродного емкостного датчика подключен к корпусу. Выход операционного усилителя соединен с входом ждущего мультивибратора и первым входом триггера, а выход ждущего мультивибратора соединен со вторым входом триггера [см. патент RU 2185605 С1 с приоритетом от 20.07.2002].

Недостатком указанного устройства является низкая точность измерения, связанная с нестабильностью временной характеристики мультивибратора и нелинейностью выходной характеристики измерителя.

Наиболее близким к заявленному и выбранным в качестве прототипа является устройство контроля уровня жидкости, в котором двухэлектродная система датчика подключена ко входу генератора перестраиваемой частоты. Выход данного генератора и генератора опорной частоты посредством счетчиков связаны с соответствующими входами третьего счетчика, на выходе которого устанавливается код, пропорциональный величине уровня жидкости. Код далее посредством цифроаналогового преобразователя преобразуется в токовый сигнал и регистрируется блоком индикации [см.патент RU 2004956 С1, заявл. 1991.14.06].

Недостатком является увеличение погрешности измерения, обусловленное нелинейной зависимостью показаний устройства от наличия отложений измеряемой среды на электродах.

Целью изобретения является создание устройства, обеспечивающего более высокую точность измерения уровня за счет учета влияния диэлектрических свойств отложений измеряемой среды на электродах датчика.

Это достигается тем, что в устройство контроля уровня жидкости, состоящее из емкостного датчика, первого и второго счетчиков, генератора опорной частоты, выход которого связан со счетным входом первого счетчика, генератора перестраиваемой частоты, ко входу которого подключена измерительная секция датчика, а выход которого подключен к счетному входу второго счетчика, и блока обработки сигнала, введена непогружаемая в контролируемую среду опорная секция известной длины, отделенная от погружаемой измерительной секции изолятором, и подключенная ко входу генератора опорной частоты, введены схема формирования запуска и вторая схема формирования запуска, триггер, блок обработки сигналов выполнен в виде микропроцессора, вход которого подключен ко второму инвертирующему выходу триггера, при этом выход первого счетчика через схему формирования запуска подключен к первому установочному входу триггера, второй инвертирующий выход триггера подключен также ко входу генератора опорной частоты и входу "ПУСК" первого счетчика, а выход генератора перестраиваемой частоты подключен к счетному входу второго счетчика, выход которого подключен через вторую схему формирования запуска ко второму установочному входу триггера, первый неинвертирующий выход которого подключен также ко входу генератора перестраиваемой частоты и входу "ПУСК" второго счетчика.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства, на фиг.2 - эпюры напряжений в контрольных точках данной схемы.

Устройство содержит генератор опорной частоты 1, генератор перестраиваемой частоты 2, первый счетчик 3, схему формирования запуска 5, второй счетчик 4, вторую схему формирования запуска 6, RS-триггер 7, микропроцессор 8, индикатор 9.

Емкостной датчик содержит опорную секцию L₀ известной длины, непогружаемую в среду, уровень которой измеряется, и измерительную секцию L₁, отделенную изолятором от опорной секции L₀, подключенной к первому входу генератора опорной частоты 1, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика 3. Выход первого счетчика 3 через схему формирования запуска 5 подключен к первому установочному входу триггера 7. Инвертирующий выход триггера связан со вторым входом генератора опорной частоты 1 и входом "ПУСК" первого счетчика 3, а также со входным портом микропроцессора 8. К выходу микропроцессора 8 подключен индикатор 9.

Измерительная секция L₁ подключена к первому входу генератора перестраиваемой частоты 2, выход которого подключен к счетному входу второго счетчика 4. Выход счетчика 4 через вторую схему формирования запуска 6 подключен ко второму установочному входу триггера 7. Неинвентирующий выход триггера 7 подключен ко второму входу генератора перестраиваемой частоты 2 и входу "ПУСК" второго счетчика 4.

Принцип работы устройства заключается в следующем (см. фиг.1 и 2).

Например, на втором входе генератора опорной частоты 1, который подключен к инвертирующему выходу триггера 7, стоит высокий потенциал, разрешающий его работу. (эпюра h). Генератор опорной частоты 1 начинает вырабатывать частотный сигнал с периодом t₁, пропорциональным емкости опорной секции (эпюра а). Этот сигнал поступает на двоичный счетчик 3 с коэффициентом деления К₁, на выходе которого вырабатываются импульсы (эпюра с) с длительностью Т_с=Т₂+(t₁·K₁)/2. В процессе счета импульсов t₁ в момент времени (t₁·K₁)/2 счетчик 3 переполняется, и его выходной сигнал меняется с лог."1" на лог."0". Счетчик 3 продолжает подсчет импульсов t₁, и в момент времени (t₁·K₁) его выходной сигнал меняется с лог."0" на лог."1" и схема формирования запуска 5 выдает импульсный сигнал (эпюра е), который поступает на первый установочный вход триггера 7 и меняет состояние триггера 7 (эпюра g). При этом на прямом выходе g триггера 7 получается сигнал лог."1", разрешающий работу генератора перестраиваемой частоты 2, а на инверсном выходе h триггера 7 получается сигнал лог."0", останавливающий работу генератора опорной частоты 1. С выхода генератора перестраиваемой частоты 2 частотный сигнал (эпюра b) с периодом t₂, пропорциональным емкости измерительной секции, поступает на двоичный счетчик 4 с коэффициентом деления К₂. На выходе счетчика 4 вырабатываются импульсы (эпюра d) с длительностью T_d=T₁+(t₂·K₂)/2. При изменении выходного сигнала счетчика 4 с лог."0" на лог."1", вторая схема формирования запуска 6 выдает импульсный сигнал (эпюра f), который поступает на второй установочный вход триггера 7 и возвращает его в исходное состояние.

Таким образом, длительность импульса прямого выхода триггера 7 равна значению T₂=t₂·K₂ (эпюра g), а длительность импульса инверсного выхода триггера 7 равна значению Т₁=t₁·К₁ (эпюра h). Появление отложений контролируемой среды на измерительной и опорной секциях датчика приводит к изменению емкостей этих секций, которое приводит к изменению длительностей импульсов T₁ на величину Δτ₁ и Т₂ на величину Δτ₂ (эпюры а, b, g, h). При этом микропроцессор определяет соотношение длительностей T₁+Δτ₁ и Т₂+Δτ₂ и производит математические операции по снижению погрешности измерения из-за влияния отложений на показания уровня.

Изобретение относится к устройствам для контроля уровня жидких и сыпучих сред и может быть использовано для измерения уровня в товарных парках нефтепродуктов, цементной промышленности, на элеваторах и т.д. Сущность: устройство содержит емкостной датчик, перестраиваемый генератор опорной частоты, первый и второй счетчики, схемы формирования запуска, триггер, блок обработки сигналов, выполненный на микропроцессоре, измерительную опорную секцию известной длины, перестраиваемый генератор «измерительной» секции. Опорная секция датчика соединена со входом генератора опорной частоты, выход которого подключен к счетному входу первого счетчика, выход которого через схему формирования запуска подключен к первому установочному входу триггера. Второй выход триггера подключен также ко входу первого перестраиваемого генератора, входу "ПУСК" первого счетчика и к входу микропроцессора. К входу перестраиваемого генератора «измерительной» секции подключен измерительный электрод датчика, а к выходу - счетный вход второго счетчика, выход которого подключен через схему формирования запуска ко второму установочному входу триггера, первый выход которого подключен ко входу перестраиваемого генератора «измерительной» секции и входу "ПУСК" второго счетчика. Технический результат состоит в повышении точности измерения уровня за счет учета влияния диэлектрических свойств отложений. 2 ил.

Устройство контроля уровня жидкости, состоящее из емкостного датчика, первого и второго счетчиков, генератора опорной частоты, выход которого связан со счетным входом первого счетчика, генератора перестраиваемой частоты, ко входу которого подключена измерительная секция датчика, а выход которого подключен к счетному входу второго счетчика, и блока обработки сигнала, отличающееся тем, что в датчик введены непогружаемая в контролируемую среду опорная секция известной длины, отделенная от погружаемой измерительной секции изолятором и подключенная ко входу генератора опорной частоты, схема формирования запуска и вторая схема формирования запуска, триггер, блок обработки сигналов выполнен в виде микропроцессора, вход которого подключен ко второму инвертирующему выходу триггера, при этом выход первого счетчика через схему формирования запуска подключен к первому установочному входу триггера, второй инвертирующий выход триггера подключен также ко входу генератора опорной частоты и входу "ПУСК" первого счетчика, а выход генератора перестраиваемой частоты подключен к счетному входу второго счетчика, выход которого подключен через вторую схему формирования запуска ко второму установочному входу триггера, первый неинвертирующий выход которого подключен также ко входу генератора перестраиваемой частоты и входу "ПУСК" второго счетчика