Дискретный емкостной уровнемер Советский патент 1983 года по МПК G01F23/26 

() ДИСКРЕТНЫЙ .ЕМКОСТНОЙ УРОВНЕМЕР

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике, более конкретно - к приборам для измерения уровня жидкостей в резервуарах посредством емкостных датчиков, и может найти применение для измерения и сигнализации уровня при значительной скорости его измерения.

Известны устройства для измерения уровня, содержащие группу емкостных датчиков, связанных через коммутатор с устройствами сравнения, тактовый генератор, подключенный через ключ к счетчику импульсов 1J.

Недостатком этих устройств является низкое быстродействие измерения уровня, вызванное циклическим режимом его работы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является уровнемер, содержащий группу емкостных датчиков, расположенных в пределах измеряемого уровня, верхний

и нижний компенсационные датчики,. .Подключенные к коммутатору, генератор, сравнивающее устройство, на входы которого подключены вычитающее устройство и блок формирования опорного напряжения, соединенные входами с коммутатором и верхним и нижним компенсационными датчиками соответственно, и последовательно соединенные тактовый генератор, ключ, реверсивный счетчик, подключенный к коммутатору, и цифровое отсчетное устройство ГZl.

Недостатком известного уррвнеме,5 ра является низкое быстродействие измерения уровня, обусловленное цик-лическим режимом работы.

Целью изобретения является повышение быстродействия измерения уровня.

Поставленная цель достигается тем, что в уровнемер введены последовательно соединенные дополнительные вычитающее и сравнивающее устройства, включенные между двумя соседними кон тактами коммутатора и ключом, и инвертор, включенный между сравнивающим устройством и реверсивным счетчи ком, причем дополнительное«гсравниваю щее устройство соединено с формирователем опорного напряжения, а выход сравнивающего устройства - с вхо дом реверсивного счетчика. На чертеже представлена схема дискретного емкостного уровнемера. Верхний компенсационный датчик 1, находящийся вне пределов измеряемого уровня, группа 2 емкостных датчиков и нижний компесационный датчик 3, на ходящийся в измеряемой жидкости, под ключены одними выводами к выходу генератора k напряжения. Вторые выводы датчиков подключены к входам коммутатора 5, который выполнен в виде двух спаренных переключателей. Выход коммутатора, связанный с нижним из двух подключенных датчиков, соединен с первыми входами основного 6 и дополнительного 7 вычитающих устройств . «Второй вход устройства 6 связан с верхним компенсационным датчиком а второй вход устройства 7 соединен через коммутатор с тем из двух подключенных датчиков, который расположен выше. Нижний компенсационный датчик 3 связан с входом блока 8 фор мирования опорного напряжения, выxoд которого соединен с одним из вхо дов сравнивающего устройства 9, второй вход которого подключен к выходу вычитающего устройства 6. Выход сравнивающего устройства 9 связан с входом инвертора 10. В состав уровнемера входят также тактовый генератор 11, дополнительное сравнивающее устройство 12, входы которого подключены к выходам вычитающего устройства 7 и блока 8 формирования опорного напряжения, а выход - к управляющему входу ключа 13- Счетный вход реверсивного счетчика через ключ связан с тактовым генератором 11 , управляющие его входы соединены с выходами сравнивающего устройства 9 и инвертора 10. Выходы реверсивного счетчика подключены к цифровому отсчетному устройству 15 и управляющему входу коммутатора 5. Уровнемер работает следующим образом. При протекании электрического то ка от генератора А через емкостные датчики, сигналы на входах вычитающих устройств 6 и 7 пропорциональны емкостям соответствующих датчиков, Подключенных к этим входам. Емкости же погруженных в жидкость датчиков можно представить в виде суммы начальной емкости, равной емкости верхного компенсационного датчика, и приращения емкости за счет погружения датчика в измеряемую среду, которое очевидно пропорционально изменению диэлектрической проницаемости среды и степени р погружения датчика, равной отношению длины погруженной части датчика к всей его длине. Напряжения на выходе вычитающих устройств можно представить выражениями:и R /., д€ , (1) и (/,), (2) где и и и - напряжение соответственно на выходах устройств 6 и 7; k, ka - постоянные коэффициенты; л и |.. степени погружения соответственно нижнего и верхнего датчиков, подключенных через коммутатор к входам вычитающих устройств; разность диэлектрических проницаемостей измеряемой среды и воздуха. Блок формирования опорного напряжения преобразует изменение диалектрической проницаемости AS в пропорциональное изменение напряжения, поэтому напряжение U на выходе этого блока Up . (3) Состояния сравнивающих устройств 9 и 12 определяются соотношением напряжений, определяемых выражениями (1-3), поступающих на входы этих устройств. При выполнении условий U ,v U и , .сигналы на выходах сравнивающих устройств соответствуют логической единице. Исходя из выражений (1-3), последние условия можно записать в виде V откуда следует, что сигнал логической единицы на выходе устройства 9 будет при степени погружения нижнего из подключенных датчиков меньшей определенного значения, определяемого выбором коэффициентов k и k. При этом для обнаружения уровня необходим переход ламелей коммутатора вниз. Поэтому сигнал с выхода устройства 9, поступая на управляющий вход реверсивного счетчика ТА, устанавливает последний в направлении обратного счета. Условие (5) соблюдается при разности степеней погруже ния двух подключенных датчиков меньшей значения,определяемого коэффициентами k.-j и к2. Это возможно как при степени погружения l. , и пустом верхнем датчике ift 0; l.,, (7) и заполненном датчике у ) В обоих этих случаях необходимо изменение положения ламелей коммутатора, управляемого реверсивным счетчиком. Это достигается подачей разрешающего сигнала с выхода сравниваю щего устройства 12 на управляющий вход ключа 13, который в этом-случае пропускает импульсы тактового генера тора 11 на счетный вход реверсивного счетчика 1. Сигнал логического нуля на выхо де сравнивающего устройства 9 будет при погружении нижнего из подключенных датчиков выше определенного предела (Р)/kg/k i) . Сигнал с выхода инвертора 10 в этом случае устанавливает реверсивный счетчик k в направ лении прямого счета. Запрещающий сиг нал с выхода сравнивающего устройства 12 поступает на вход ключа 13 при выполнении условий: p,7/kp/k2i (8) ,f1-kc/ka 9) Таким образом,, при включении прибора осуществляется переключение ламелей коммутатора посредством счетчика 1 до тех пор, пока к вычитающим устройствам не будут подключены два датчика, в пределах которых нахо дится измеряемый уровень. При этом допустимые пределы определяются усло виями (8) и (9), а правильное направление счета счетчика I при нарушении этих условий устанавливается посредством устройства 9 и инвертора 10. При понижении уровня (в пределах подключенных датчиков) ниже значения kQ/k ocyщecтвляeтcя переключение коммутатора на одни шаг вниз и уменьшение показаний счетчика 1А на единицу. Для правильного выбора направления счета коэффициенты k/i и k 2. выбраны из условия синхронного выполнения условий (А ) и (6), т.е. При повышении уровня выше предела, определяемого условием С 9), осуществляется переход коммутатора на шаг вверх и увеличение показаний счетчика 1. Для обеспечения устойчивой рабо ты уровнемера необходимо, чтобы переключение коммутатора после попадания уровня в пределы неустойчивости , определяемые одним из условий (fi) или ( ) , обеспечивало выход из этих пределов. Для этого должно соблюдаться условие:LO IОткуда находим соотношение между коэффициентами .5Формула изобретения Дискретный емкостной уровнемер, содержащий группу емкостных датчиков, расположенных в пределах измеряемого уровня, верхний и нижний компенсационные датчики, подключенные к коммутатору, генератор, сравнивающее устройство, на входы которого подключены вычитающее устройство и блок формирования опорного напряже.ния, соединенные входами с коммутатором и верхним и нижним компенсационными датчиками соответственно, и последовательно соединенные тактовый генератор, ключ, реверсивный счетчик, подключенный к коммутатоРУ, и цифровое отсчетное устройство, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия измерений, в уровнемер введены последовательно соединенные дополнительные вычитающее и сравнивающее устройства, включенные между двумя соседними контактами коммутатора и ключом, и инвертор, включенный между сравнивающим устройством и реверсивным счетчиком, причем дополнительное сравнивающее устройство соединено с формирователем опорного

напряжения, а выход сравнивающего устрбйства - с входом реверсивного счетчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

кл. 601F 23/26, опублик. 12.12,75.

N 1395573, кл. G01F 23/26, опублик, 12.05.75 (прототип).