Уровнемер Советский патент 1983 года по МПК G01F23/284 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано в криогенной, нафтехимической и других отраслях промышленности для измерения уровня диэлектрических сред. По основному авт. св. № 900120 известен уровнемер, содержащий датчик, схему выработки управляющих сигналов, две схемы коммутации, схе му формирования частот, две логическиё схемы, блок памяти коэффи- циентов, два реверсивных счетчика, схему фиксации переполнения, регист уровня, счетчик и регистр секций l Недостатком известного уровнемер является большая погрешность при измерении низких уровней среды. В процессе измерения уровня с многосекционного датчика вычислительный преобразователь реализует компенсационный алгоритм 2-loil l. ), .(н.е) текущее значение частоты рабочей секции датчика ; .E) текущее значение частоты корректи рующей секции да чика ; f € начальные значе0-1 02 ния частот f и f „. Значение частоты f -2 всегда соответствует частоте полностью заполненной секции датчика, что обусловлено компенсационными свойствами алго ритма. При опросе первой секции датчика в уровнемере частота f поступает с первой секции, а f2 - с корректирую щего контура датчика (фиг. 1) . Если уровень контролируемой среды в первой секции окажется ниже h ц (фиг. то корректирующий контур окажется заполненным частично и частота его в этом случае % креалбУД отличаться от частоты г 2кк. полностью заполненного корректирующего контура на величину Af 2 2к«рес1лТ 2кк что приведет к ошибке дН измерения уровня в первой секции датчика. Величина ошибки при измерении уровня в пределах длины корректирующего ко тура может достигать 10-20%. Цель изобретения - повышения точ ности измерения в области низких уровней. Поставленная цель достигается тем, что в уровнемер введены последовательно соединенные схема формирования фиктивной частоты и допол нительный коммутатор, включенные между входом схемы формирования час тот и входами двух основных коммутаторов, и схема выделения уровня корректирующего контура, подключенная одним входом к входу схемы признака переполнения, другим входом к схеме выработки управляющих сигналов, а выходом - к дополнительному коммутатору, соединенному также с выходом датчика. На фиг. 1 приведена структурная схема уровнемера , на фиг. 2 - один из вариантов выполнения схемы выработки управляющих сигналов. Уровнемер содержит датчик 1, блок 2 памяти частот fo-i и fo2 схему 3 формирования фиктивной частоты 2фк схему 4 выработки управляющих сигналов, коммутирующие схемы 5 - 7, логические схемы И 8 и 9, блок 10 памяти коэффициентов, реверсивные счетчики 11 и 12, триггер 13, регистр 14.уровня, схему 15 выделения уровня корректирующего контура, схему 16 признака переполнения, счетчик 17 и регистр 18 числа секций. Измерительный f канал многосекционного датчика 1 подключен к схемам 5 и 6 коммутации, а компенсационный канал f2 - к входу схемы 7 коммутации. Выходы схемы б коммутации подключены к счетным входам реверсивного счетчика 12, а схемы 5 ком1 тации - к входам логических схем 8 и 9, соответственно связанных своими выходами с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика 11. К входб1М схем 5 и б подключены входы foiH 2 формирования частот и шина Q схемы 4 выработки управляющих сигналов, а к другим входам схемы 7 коммутации - выход f 2ськ схемы 3 формирования фиктивной частоты и выходная шина схемы 15 вьвделения уровня корректирующего контура. Выходы (До, Qg и Q схемы 4 подключены к блоку 10 памяти, выходы (. которого соединены с кодовыми входами реверсивного счетчика 11, связанного своими выходами с соответствующими кодовыми входами второго реверсивного счетчика (РС) 12, регистра 14 уровня, схемы 15 выделения уровня koppeктиpyющeгo контура и схемы 16 переполнения. PC 12 подключен к.триггеру 13, единичный выход которого соединен с входом схемы 6 коммутации и входами логических схем 8 и 9. Один выход схемы 16 переполнения подключен К счетчику 17, связанному с регистром 18 секций, а второй - к входам установки кода регистров 14 и 18. Выходы q, - схемы 4 подключены соответственно к реверсивному счетчику 11 и триггеру 13, реверсивному счетчику 12, счетчику 17, схеме 16-переполненияи схеме 15 выделения уровня корректирукяцего уровня. Выходы qf и схемы 4 подключены к датчику 1 уровня для обеспечения его синхронной работы с вторичным преобразователем. Выходной результат уровнемера снимается с регистра 18 секций, в котором хранится число полностью заполненных секций и регистра 14 для хранения кода уровня внутри текущей секции. В основе действия уровнемера лежит циклический опрос во времени секций датчика, начиная с первой,с формированием в течение времени .опроса каждой секции кода уровня NH Н в ней и формированием сигнала V 1, если уровень в i-и секции Н, . или Чэо.гр. i - , где Hj.,p - уровень полностью заполненной i-и секции.

В предлагаемом устройстве введен двойной опрос первой секции датчика. При первом из них в качестве частоты f2 корректирующей секции датчика используется частота f2 jiKНа основании полученного значения уровня делается вывод, заполнен корректирующий контур полностью или .частично. Если уровень оказывается менее h УРОЕНЯ.:. полностью заполненного корректирующего контура, то коорректирующий контур заполнен . частично, и, следовательно, его частота ® может быть использована для измерения уровня первой секции датчика, поэтому во время второго опроса необходимо использовать частоту 2фкЕсли же при первом опросе получаем значение уровня в первой секции больше h, то при втором опросе первой секции датчика в качестве частоты f2 используется 2. Заметим при этом, что результат первого опроса нигде не индицируется и используется вычислительным преобразователем только для коммутации частот f для первой секции.

Если уровень при опросе первой секции Г° происходит переключение вторичного преобразователя на опрос второй секций, датчика В этом случае частоты коммутируются по следующему закону: f снимается со второй секции, f2 первой секции. Далее при опросе следукнцих секций частота f снимается с i-и секции, f2 - с Vi - 1)й секции.

В течение всего цикла опроса датчика определяется число полность заполненных секций NceKu,. и уровень N( внутри текущей секции. Значени уровня Кц. в каждой секции фо гаруеся последовательно на выходе реверсивного счетчика 12.

При вычислении кода уровня

реализуется зависимость 2

J01 1

(1)

2:

с одновременной ее линеаризацией, осуществляемой путем аппроксимации функции

(2;

0

полиномом второй степени

P2t2)o(2-2+a)Z+olo. (3)

5 Рассмотрим работу устройства в

течение оцного цикла опроса многосекционного датчика Т :

Т f-Tj; . ( 4) где Т - время опроса одной секции

К - число секций.

0 Для синхронной работы устройства в начале цикла Т.jv. производится обнуление счетчика 17 и счетчика секции в многосекционном датчике 1 посредг ством сигналов с, и с, к к входу вторичного преобразователя подключаются частоты f и ±2 соответствующие первой секции.

В течение времени Т(,осуществляется формирование соответствующего

кода уровня NH Н за шесть тактов Т. За это время реализуется совместно зависимость (1 ) и полином (3 ). Управление последовательностью вычислений по тактам производится

5 схемой 4, имеющей классическую структуру устройства управления синхронного типа.

Один из вариантов построения схемы выработки управляющих сигналов

0 приведен на фиг. 2.

Устройство включает генератор 19. тактовой частоты, счетчик 20 импульсов тактовой частоты F с коэффициентом пересчета, равным шести, де5 шифратор 21 сигналов Q, необходимый для выборки кодов коэффициентов аппроксимирующего полинома из блока 10 (фиг. 1) памяти коэффициентов и управления коммутацией частот в

П схемах 5 и б , вычитающий счетчик 22 числа установленных секций и дешифратор 23 управляющих сигналов q.

Тактовая частота Р. с выхода генератора 19 тактовой частоты поступает на вход счетчика 20, кодовый выход которого соединен с входом дешифратора 21. В дешифраторе 21 формируется последовательность сигналов Q{ , поступающая в схему высокочастотного уровнемера, а также на входы вычитающего счетчика числа установленных секций 22 и дешифратора 23.

Вычитающий счетчик 22 по окончании цикла опроса многосекционного 5 датчика Т (4 ) загружается кодом числа секций датчика и высокочас5 отный уровнемер переходит к следующему циклу опроса другого секционного датчик

С выхода вычитающего счетчика 22 снимаются сигналы, несущие информаци о номере опрашиваемой секции. На основе этих данных, а также сигналов выхода дешифратора 23 снимается последовательность управляющих сигналов Q..

Выбор кодов NQ,, пропорциональных коэффициентам аппроксимирующего полинома (3), осуществляется сигналами Запись кодов в реверсивные счетчики 11 и 12 производится в моменты поступления cj,. и соответственно. В моменты Зс1писи кодов в счетчики подача импульсных последовательностей на их счетные входы запрещается.

Во время первого такта из блока 10 памяти (фиг. 1) через реверсивный счетчик 11 и PC 12 записывается код а триггер 13 с приходом импульса cj, устанавливается в единичное состояние. ;

В течение первого такта код Nqсписывается из PC 12 импульсами частот fgn и fQ, поступающими на его вычитающий и суммирующий входы через схему б коммутации с блока 2 памяти частот и первичного датчика 1 до момента обнуления PC 12. Здесь f jjn f 2. На выходе триггера 13 формируется временной интервал Т, длительностьюМс(„

о2-12

который заполняется импульсами час:тот fp-jn f, ПоступающимJ через . схему 5 коммутации с выхода блока 2 памяти частот и первичного датчика на входы логич:еских схем 8 и 9. При этом на их выходах формируются число-импульсные коды . и п 1г, которые поступают на суммирующий и вычитающий входы PC 11 соответственно. В PC 11 образуется сумма

( (

учетом (5)

f -f

о.Ь..

(Г

В начале второго такта код переписывается из PC 11 в PC.12, из которого он списывается импульсами частоты f до обнуления PC 12. На 60 рыхрде триггера 13 формируется интервал который заполняется на схеме 5 импульсами частоты f2. ria выходе схемы 5 формируется число импульсов которое 65

записывается в PC 11, образуя в нем

код .

f

% 2 - 1РС1- С8) .

В начале третьего такта N2PC-I переписывается в PC 12, авРСИ устанавливается код NOI ot и аналогично предыдущему такту в PC 11 формируется код

f..Cl,A.N

-t-N . (9)

N

ЗРС1 -2Vf 2РС1 а

в четвертом, пятом и шестом тактах, аналогично первым трем тактам, в PC 11 формируются коды соответственно

-1

0-t

(10)

f,

07

,-(

С учетом последовательных подстановок (7) в (.8), (.8) в (9), (9) в СЮК (10) „в U1) и U1) в (12) выражение (12) принимает вид

« vKfe - v

f

I

ot-fi f;

+ N«

«

,2

Результирующий код уровня Мц (ci2Z- -c() xZ+:c(Q,образуемый в PC 11 в конце шестого такта, соответствует значению уровня в опрашиваемой секции.

Опрос первой секции производится дважды за один цикл опроса датчика. Во время первого опроса на выходе схемы 15 формируется сигнал fllti) , на основании которого осуществляется коммутация частоты 2 для первой секции на вход вычислительного преобразователя.

В конце второго опроса первой секции сформированный код уровня поступает на схему16 признака пере-, полнения. Еслц NH. 7/ , то в момент прихода синхроимпульса q, рабатываётся сигнал V-, 1 (при этом ЗСЛГР. который увеличивает состояние счетчика 17 заполненных секций на единицу.

Если 0 Nf,,, о схема 16, признака переполнения вырабатывает сигнал заг зузки Я-загр. 1 и в регистры 18 и 14 будут загружены сое- . тояния счетчика 17 заполнзнных секций и код уровня текущей секции Кц (13) соответственно. Цикл опроса вт рой секции аналогичен предыдущему и т.д. Если; например, число заполненных секций равно четырем, то в счет чике 17 заполненных секций запишетс число 4, а при опросе пятой секции сформируется код уровня Nf и в регистр 14 уровня и регистр 18 секций перепишется результат N из PC 1 и счетчика 17 число заполненных сек ций N-o.,,. и уровень внутри .текущей секции NI . При дальнейшем опросе уже пустых секций сигналы V3arp. и состояния регистров 14 и 18 изменяются только в следующем цикле опроса датчика. Процесс образования результата в каждом цикле аналогичен рассмотренному выше. Сформированный ре-, зультат N Н может быть передан в устройство индикации. Разработанный высокочастотный уровнемер обладает более высокой точностью измерения низкий уровней. Так у прототипа погрешность 1змерения уровней, близких к нулю, для конкретного датчика с учетом погрешности алгоритма компенсации составляет около 10%. Предлагаемый высокочастотный уровнемер имеет погрешность измерения уровней (при аналогичных условиях ), близких к нулю, равную 2%.

УРОВНЕМЕР по авт.св. № 900120, отличающийся тем, что, с целью повышения точноел ШШ Jr HIZJти измерения в области низких уровней, в. него введены посшедовательно соединенные схема формирования фиктивной частоты и дополнительный коммутатор, включенные между входом схема формирования частот и входами двух основных коммутаторов, и схема вьщеленоя уровня корректирующего контура, подключенная одним входом к входу схемы признака переполнения, другим входом - к схеме выработки управлягащих сигналов, а выходом - к дополнительному коммутатору, соединенному также с выходом датчика. CJ гул Ч ОУЛГ/Г Уроде it ceiu(iHi

l

//

ffotf i/ue/та

Cffffftftf

/j