Уровнемер Советский патент 1985 года по МПК G01F23/28 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано в нефтехимической промьшшенности для измерения уровней жидких сред. По основному авт. св. Р 900120 известен уровнемер с многочастотным датчиком. Устройство содержит датчик, подключенный к первой схеме ко мутации, которая через две логические схемы подключена к первому реверсивному счетчику, и второй схеме коммутации, которая подключена к второму реверсивному счетчику, схему вьфаботки управляющих сигналов и блок памяти, соединенные между со бой и со схемами коммутации и ревер сивными счетчиками, схему формирования частот,соединенную со схемами коммутации,регистр уровня и регистр числа секций, соединенный со счетчиком числа секций, триггер, схему переполнения, соединенную выходами с регистрами индикации уровня и сек ций, счетчиком секций, а входами - с выходом первого реверсивного счетчи ка и входом регистра уровня, причем вход триггера соединен с выходом второго реверсивного счетчика, подключенного к первому ревер сивному счетчику, а выход триггера подсоединен к второй схеме коммутации и входам логических схем lj . I Для измерения уровня сред исполь зуются уровнемеры с нногосекционными частотными датчиками, секции кот рых могут быть соединены как встык, так и внахлест. Использование многосекционного датчика с секциями встык позволяет сократить металлоемкость первичного преобразователя, но требует специального алгоритма обработки информа ции, отличного от алгоритма для датчика с секциями внахлест. При соединении секций датчика встык погрешность преобразования уровня в частоту при уровне среды, находящемся на стыке секций, состав ляет i2%, что позволяет по коду уро ня только в одной i-й секции датчик сделать вывод, заполнена она полностью или частично. Такая неоднозначность обусловливает следующий алгоритм обработки . информации, поступающий с датчика с секциями встык: признак степени заполнения секции (пустая, частично 912 заполненная, полная) формируется в результате суммирования уровней в i-й и вьппележащей (i + 1)-й секциях , датчика. Значение кода уровня контролируемой среды в каждой L-Й секции берется смещенным N ц -i- 100. В результате исключается возможность получения отрицательных значений уровня и формируется признак степени заполнения секции, позволяющий отличать уровни в случае частично заполненной и пустой секций датчика 2j . Недостатками уровнемера являются сбои при работе с многосекционным частотным датчиком с секциями встык, в результате чего вычислитель уровнемера может недосчитать нескольких полных секций. Цель изобретения - увеличение точности в определении числа полностью заполненных секций датчика и расширение функциональных возможностей вычислительного преобразователя, т.е. создание уровнемера, способного обрабатывать информацию, поступакщую с многосекционных датчиков, секгщи которых соединены как встык, так и внахлест. Указанная цель достигается тем, что в уровнемер введен регистр хранения промежуточного значения уровня, кодовый вход которого связан с кодовым выходом второго реверсивного счетчика, управляющий вход - со схемой выработки управлякицих сигналов, а выход - с кодовым входом первого реверсивного счетчика. На чертеже изображена блок-схема предлагаемого уровнемера. Устройство содержит схему 1 выработки управляющих сигналов, две схемы 2 и 3 кo wyтaции, схему 4 формирования частот f(y, и (,2 , две логические схемы И 5 и 6, блок 7 памяти коэффициентов, реверсивные счетчики 8 и 9, триггер 10, схему 11 признака переполнения, регистр 12 уровня, счетчик 13 и регистр 14 числа сек1щй, регистр 15 хранения промежуточных значений уровня. Измерительный f,j и компенсационный f 2,- каналы многосекциоиного датчика 16 подключены к схемам 2 и 3 коммутации. Выходы схемы 3 подключены к счетным входам реверсивного счетчика 9, а схемы 2 - к входам логических схем И 5 и 6, соответственно связанных своими выходами с

3

суммирующим и вычитакяцим входами реверсивного счетчика 8. К входам схем 2 и 3 соответственно подключены выходы fo, и foj схемы 4 формирования частот, связанной своим входом с шиной опорной частоты fg, а также шина Qg схемы 1 выработки управляющих сигналов.

Выходы Q, 0, Qj 1 подключены к блоку 7 памяти коэффициентов, а выход QI - к регистру 15 хранения промежуточных значений уровня. Выходы Ng блока 7 памяти коэффИ1шентов соединены с кодовыми входами счетчика 8, связанного своими вьосодами с соответствующими кодовыми входами второго реверсивного счетчика 9, регистра 12 уровня в секции и схемы 11 признака переполнения. Шина Заем реверсивного счетчика 9 подключена к триггеру 10, а кодовый выход счетчика 9 связан с кодовыми входами регистра 15 хранения промежуточных значений уровня, связанного своими кодовыми выходами с кодовым входом реверсивного счетчика 8. Единичный выход триггера 10 соединен с входами схем 2 и 3 коммутации и логических схем 5 и 6. Один выход (Vj) схемы 11 признака переполнения подключен к счетчику 13 числа секций, связанному с регистром 14 числа секций, второй (Пзагр регистра секции) - к входу регистра 14 числа секций, а третий и четвертый ( регистра уровня и установки нуля уровня) - к входам регистра 12 уровня.

Выход qj схемы 1 подключен к реверсивному счетчику В, qg - к реверсивному счетчику 9 и триггеру 10, q« - к счетчику 13 числа секций, схеме 11 признака переполнения, q, - к регистру 15 хранения промежуточных значений уровня. Выходы и q, схемы 1 подключены к датчику 16 уровня для обеспечения его син- хронной работы с вычислительным преобразователем уровнемера.

Выходной результат снимается с регистра 1 числа сек1;ий, в котором хранится код числа полностью заполненных секций, и регистра 12 зфовня внутри текущей секции. Управление последовательностью вычислений осущест вляется схемой 1 выработки управляющих сигналов, имеющей классическую структуру устройства управления синхронного типа.

504914

В основе действия предлагаемого уровнемера лежит циклический опрос .во времени секций датшка, начиная с первой, с формированием в течение J времени опроса (i + 1)-й секции промежуточного кода уровня NH-, в ней и кода уровня -й секции NM. ре1«Аьт „J ,+ NH. „р„, с формированием сигнала V- 1, если уровень Н 100%,или 10 сигналов q дгр регистра секций; qsorp регистра уровня, если О i Н « tOO%, или сигналов q,q™ регистра секции и установки нуля регистра уровня, если Н 0%.

f5 В течение всего цикла опроса датчика определяется число полностью заполненных секций N и уровень Нц, внутри пустой или частично заполнён ной ( рС + 1)-й секции. Значение 20 уровня в каждой секции форвдаруется последовательно на выходе реверсивного счетчика 8.

При вычислении промежуточного кода уровня N,,., в i-й секции уровнемер реализует зависимость

fo,;-f«; f

(H;) (1)

02; fj; f

где f , foj.- значения частот, соот ветствуюцих нулевому

уровню в секции;

f. if() - текзпцее значение частоты рабочей секции датчика;

f . (f (Щ;Е) - текущее значение частоты корректирующей секции датчика,

с одновременной линеаризацией, осуществляемой путем аппроксимации функции

Н- 4Z;)

(2)

полином второй степени

PjCZ.) - (ajZ- + а) Z,- + а (3)

Рассмотрим работу устройства в течение одного цикла Tf- опроса датчика.

Для синхронной работы устройства посредством сигналов q и q, соответственно в начале цикла обнуляется счетчик 13 и счетчик секций в многосекционном датчике и к входу вычислительного преобразователя уровнемера подключаются частоты f, и fj;, соответствующие первой секции. В течение цикла Тх опроса перво секции датчика формируется промежуточный код уровня NHJ проме первой секции за шесть тактов Q.J- Q g работ уровнемера. За это время реализуютс совместно зависимость (1) и полином (3). Во время такта Q; код N,,f,pon, переносится в регистр 15 хранения промежуточного кода уровня. В течение цикла Тх- опроса второ секции датчика формируется промежуточньй код уровня Nn npowe также з шесть тактов, а в такте Q цикла Т вычисляется результирующий N( -g, код уровня в первой секции Ny pg NH, проме Нг вроме Управлякщие сигналы q, 0 вырабатываются схемой 1 выработки управляющих сигналов. Выбор кодов пропорциональных коэффициентам а, аппроксимирующего полинома (3), осуществляется сигналами Q, Q, 0 кода Nyj проме п°сле формирования кода Кц.рроме сигналом Qr. Запись кодов в счетчики 8 и 9 производится в моменты поступления сигналов q , и q соответственно. В моменты записи кодов в счетчики подача импульсных последовательностей на их счзтные входы запрещается Рассмотрим работу зфовнемера при вычислении кода уровня в i-й секции, В начале первого такта из блока памяти коэффициентов через реверсивный счетчик 8 и реверсивный счет чик 9 записывается код Ng , а триггер 10 с приходом Импульса q устанавливается в единичное состояние. В течение первого такта код NO, описьшается из счетчика 9 импульсами частот fo2- и fj- , поступающими на его вычитакяций и суммирунлций входы через схему 3 коммутации со схемы 4.формирования частот и первичного датчика соответственно до момента обнуления счетчика 9. Здесь f. f 2; . На выходе триггера 10 при этом формируется временной интервал 2, длительностью

N

Ог

г, t, - ,

foz;

5i

(10) , который заполняется импульсами частот f. и , поступающими через схему 2 коммутации с выходов схемы 4 и первичного датчика на входы логических схем И 5 и 6. При этом на их выходах формируются число-импульсные коды п, f 01, t и п f ,р , , поступающие на суммирующий и вычитающий входы счетчика 9, в котором образуется сумма рс, -- - fo4 - f ),(5) с учетом (4) fob - в начале второго такта код переписывается из счетчика 8 в счетчик 9, из которого списывается импульсами частоты до обнуления счетчика 9. На выходе триггера 10 формируется интервал (- Ipci I который заполняется на схеме И 5 импульсами частоты fj . На ее выходе формируется число импульсов П2 2i 2г .которое записывается в счетчик 8, образуя в нем код РС, РС1 2i В начале третьего такта , переписывается в счетчик 9, а в счетчике 8 устанавливается код Nq 01, и аналогично предыдущему такту в счетчике 8 формируется код , -4 -- N,p,, N,,(8) li В четвертом, пятом и шестом тактах аналогично первым трем тактам в счетчике 8 соответственно формируются коды fo.; - f«; tfci Рс ) OZi 2. , аГрГв П8)ТТ9Т (9) в (10), (10) в (11), выражение (11) примет вид «.„..Ми. ,( в седьмом такте код N. переписывается в регистр 15 хранени промежуточных значений уровня. В течение следующих шести тактов работы аналогично описанному выше вычисляется код N, проме переписывается в реверсивный счетчик 9, код NHJ проме сигналу q , загружается из регистра 15 в реверсивный счетчик 8, а по сигналу q код N«Ui«poMe из счетчика 9 записывается в регистр 15 хранения промежуточных значений уровня, С помощью триггера 10 формируется временной интервал Н проме которьй заполняется импульсами часто ты fg. , поступающими на вход логической схемы И 6. В счетчике 8 образуется код , Hi,.4(. N7PC, «И{ рвэ В конце седьмого такта сформированный код уровня в первой секции поступает на схему 11 признака переполнения. Если NU, пр,100%, Фор™руе.с с„.„ал V;- ,. .в „™ вющий содержимое счетчика 13 числа секций на 1. Если Nf,. f 0%, то с приходом синхросигнала q формируются сигналы q . регистра секций и jQIp установка нуля регистра уровня, в результате чего содержимое регистра 12уровня обнуляется, а в регистр 1. числа секций переносится из счетчика 13числа секций код числа полностью заполненных секций. Если О н; ре- 100%, формируются .сигналы регистра уровня и q . регистра секций, в результате чего в регистр 12 уровня переносится значение уровня в секции, а в регистр 14 числа секций - код числа полностью заполненных секций. Процесс формирования кода уровня в каждом цикле аналогичен рассмотренному выше. После первого появления результирукицего кода О i N. 100% содержимое счетчика 13 и регистров 12 и 14 до начала нового цикла опроса секций датчика не меняется. Предлагаемый уровнемер по сравнению с известным обладает более широкими функ1да ональшлми возможностями, поскольку в качестве первичного преобразователя у него может выступать как многосекциониый датчик с секциями встык, так и многосекционный датчик с секциями внахлест, и более высокой точностью в случае использования многосекционного датчика, секции которого соединены встык.

УРОВНЕМЕР по авт. св. ff 900120, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности измерения, в него введен регистр хранения промежуточного.значения уровня, причем его кодовый вкод связан с кодовым выходом второго реверсивного счетчика, управляняциЙ вход со схемой вьфаботки управляющих сигналов, а выход - с кодовым входом первого реверсивного счетчика.