Дискретно-аналоговый уровнемер Советский патент 1985 года по МПК G01F23/70 

Изобретение отноеится к прибо- pocTpoeHjno и может быть использооано для точных измерений уровня в ап паратах с высокими температурой и давлением и с высокой физ ико-химической активностью среды. Цель изобретения - упрощение кон струкции первичного преобразователя повьпиение точности и линеарности зависимости аналогового преобразова ния сигнала уровня. На фиг.1 изображена функциональная схема, уровнемера , на фиг.2 зависимости выходных сигналов элеме тов функциональной схемы уровнемера от измеряемого уровня. Формирование выходного сигнала, пропорционального измеряемому уровню, обеспечивается с помощью источника двух калиброванных сигйалов, |( ключа и сумматора. Уровнемер содержит первичный пре образователь 1, который состоит из четырех дифференциально-трансформаторных датчиков с первичными обмотками 2, первыми 3, вторыми 4, треть ми 5 вторичными обмотками и общим поплавком 6 с сердечником из магнит ного материала, источник 7 возбужде ния первичных обмоток датчиков, вто рой измерительный преобразователь 8 автоматический переключатель 9, состоящий из первой пары ключей 10 и 11, второй пары ключей 12 и 13, источник 14 опорных сигналов, компа раторы 15-17, первый измерительный преобразователь 18, дифференцирующие цепи 19-21, инверторы 22-24, схемы ИЛИ .25 и 26, триггер 27, источник 28 калиброванных сигналов, аналоговые ключи 29-31, сумматор 32 Дифференциально-трансформаторные датчики первичного преобразователя расположены по высоте измеряемого уровня в полости между двумя коаксиальными, герметично сваренными трубами из немагнитной нержавеющей стали. Уровнемер работает следующим образом. Изменение уровня контролируемой среды вызывает перемещение поплавка 6, в зависимости от положения ко торого во вторичных обмотках датчика, в рабочей области которого находится поплавок, наводится ЭДС, вы зьгааемая электромагнитным потоком, создаваемым током обмотки 2 от ис2 , .2 точ}шка 7, замыкаемым сердечником поплавка 6. Величина наводимых ЭДС пропорциональна числу тзитков вторичных обмоток датчиков, которые пересекает электромагнитный поток..При положении поплавка, указанном на фиг.1, на дифференциально включенных обмотках 3 и 4 наводится ЭДС, близкая по величине к максимальной, на обмотке 5 наводится ЭДС, пропорциональная числу витков обмотки 5 второго снизу датчика. Так как дифференциально включенные и одноименные обмотки всех датчиков соединены последовательно, а ЭДС наводятся только в обмотках датчика, в рабочей области которого находится поплавок, то на выходах первичного преобразователя 1 присутствуют сигналы, равные ЭДС, которые наводятся во втором снизу датчике. Выходной сигнал с обмоток 5 поступает на второй измерительный преобразователь 8 и преобразуется им в сигнал напряжения постоянного тока, величина которого .пропорциональна выходному сигналу обмоток 5. Выход сигнал преобразователя 8 поступает на первые входы компараторов 15-17, на вторые входы-которых поступают выходные сигналы источника I4 опорных сигналов. Выходные сигналы компараторов 1517 уп-равляют состоянием ключей 2931 и с помощью дифференцирующих цепей 19-21, инверторов 22-24, схем ИЛИ 25 и 26 и триггера 27 состоянием ключей 10-13 автоматического переключателя 9. При положении -поплавка, указанном на фиг.1, выходной сигнал преобразователя 8 меньше по в.еличине выходного сигнала, по-. ступающего с источника 14 опорных сигналов на входы компараторов 16 и 17, и больше по величине сигналов, поступающих на вход компаратора 15. . Компараторы 16 и 17 формируют си1 налы, запирающие ключи 30 и S1, а компаратор 15 формирует сигнал, отпирающий ключ 29. На выходе триггера 27 при этом формируются сигналы, отпирающие ключ 10 и 11 и запирающие ключи 12 и 13. При гтом на третий -вход сумматора 32 через открытый ключ 29 поступает сигнал с выхода источника 28 калиброванных сигналов, величина которого соответствует верхнему пределу измерения уровня одного датчика, а на второй вход ключа 31 поступает сигнал,величина которого соответствует половине номинального значения измеряемого уровня одного датчика. На первый вход сумматора 32 поступает сигнал напряжения постоянного тока, преобра- зованный с помощью первого измерительного -преобразователя 18, соотве ствующий разности ЭДС на обмотках 3 и 4; которая поступает на его вход через открытые ключи 10 и 11, Таким образом, на выходе уровнем ра в данном случае формируется сигнал, равный алгебраической сумме трех сигналов, оди-н из которых пропорционален выходному сигналу второго датчика, а сумма двух других равна сигналу, соответствующему уро 1ПО в средней точке второго датчик Полярность выходного сигнала пре .образователя 18 изменяется в зависи мости от.положения поплавка относи тельно середины диапазона измерения датчика,в области которого он находится. При нахождении поплавка в нижней части диапазона полярность выходного сигнала преобразователя отрицательна, а при нахождении в верхней части диапазона - положительна. Автоматический переключатель слу жи.т для переключения полярности выходного сигнала преобразователя 18 при переходе поплавка границы между двумя смежными датчиками. Переключение полярности выходного сигнала преобразователя 18 при переходе границы смежных участков обусловлено тем. Что дифференциально включен ные обмотки 3 и 4 смежных датчиков включены согласно. Такое включение обмоток смежных датчиков .выполнено для уменьшения нелинейности характе ристик уровнемера, так к-ак при встр ном включении обмоток 3 и 4 смежных датчиков выходной сигнал преобразователя 18 был бы равен нулю при рас положении поплавка на границе смежных датчиков.« Инверторы 22-24 необходимы в схе ме уровнемера для обеспечения независимости выходных сигналов схем 25 и 26 от направления изменения величины измеряемого уровня, так как в этом случае происходит изменение знака выходных сигналов дифференцирующих цепей 19-21. Связь между источником возбуждения и преобразователем 18 необходима для обеспечения фaзo yвcтвитeльнoгo выпрямления выходного сигнала обмоток 3 и 4. Так как выходной сигнал уровнемера на сумматоре формируется по выходным сигналам источника 28 калиброванных сигналов и преобразователя 18, а погрешность формирования калиброванных сигналов легко выполнить пренебрежимо малой, погрешность уровнемера определяется в основном погрешностью комплекта дифференциально-трансформаторных датчиков. А так как диапазон измерения уровнемера в п раз больше диапазона измерения одного датчика, то погрешность уровнемера примерно в оi раз меньше погрешности уровнемера с одним датчиком и таким же диапазоном измерения как у предлагаемого уровнемера. По сравнению с известным уровнемером, в состав которого входит псрвичный преобразователь с 10 датчиками, включающий в себя 20 Ш-обратных магнитопроводов 3 с обмотками каждый и 24 вывода, обеспечивающим погрешность измерения не менее 1,0%, погрешность предлагаемого уровнемера при использовании 10 дифференциально-трансформаторных датчиков, имеющих погрешность 2,0%, не превышает 0,3% от верхнего предела измерения. Количество выводов первичногч) преобразователя равно шести и не зависит от числа используемых в,первичном преобразователе датчиков. Предлагаемый уровнемер не содержит в своем первичном преобразователе Ш-образных магнитопроводов. Формирование унифицированного выходного сигнала, пропорционального измеряемому уровню, на выходе предлагаемого уровнемера облегчает процесс считывания информации об измеряемом уровне и позволяет использовать уровнемер в системах управления и регулирования.

ДИСКРЕТНО-АНАЛОГОВЫЙ УРОВНЕМЕР, содержащий первичный преобразователь в виде поплавка с магнитным сердечником и дифференциально-трансформаторких датчиков, распределенных вдоль контролируемого диапазона с перекрытием зон чувствительности и имеющих первичную и по три вторичные обмотки, причем первичные обмотки всех датчиков включены согласно последовательно, две вторичные обмотки - дифференциально, а третьи вторичные обмотки соседних датчиков согласно последовательно, а также содержащий источник возбуждения, измерительные преобразователи, автоматический переключатель из четырех, ключей и показывающий прибор, о т личающийся тем, что, с цельи упрощения конструкции первичного . преобразователя, повьшения точности и линеарности зависимости аналогового преобразования сигнала уровня , в него введены источник N -1 опорных сигналов, N-1 компаратор, N-t ключ, источник двух калиброванных ;сигналов,N -1 дифференциальная цепь, Н-1 инвертор, две схемы ИЛИ, триггер и сумматор, причем первая и вторичные обмотки соседних датчиков включены согласно последовательно, распределена по длине датчиков с переменным шагом и их выводы через автоматический переключатель соединены с входом первого измерительного преобразователя, выводы третьих вторичных обмоток соединены .с входом второго измерительного преобразователя непосредственно, выход второго измерительного преобразователя соединен спервыми входами компараторов, вторые входы которых соединены.с выходами источника N-1 опорных сигналов, выходы компараторов соединены с управляющими входами ключей и с входами дифференцирующих цепей, вхо(Л ды ключей соединены с вторым выходом ис-точника- калиброванных сиг- . налов, а выходы - с сумматора, два других входа которого соединены соответственно с первым выходом источника калиброванных сигналов, и с выходом первого измерительного преобразователя, выходы дифференцирующих цепей, соединенных .с компараторами, имеющими четные номера, соединены с входами первой схемы ИЛИ и с входа: 4И соответствующих инверторов, выхода которых также соединены с входами первой схемы ИЛИ, выходы дифференцирующих цепей, соединенных с компараторами, имеющими нечетные номера, соединены с входами, второй cxet-гы ИЛИ и с входами соответствующих инверторов, выходы которых .также соединены с входами второй схемы ИЛИ, выходы схем ИЛИ соединены с входами триггера, выходы которого подключены к управляющим входам ключей автоматического переключателя, а выход сумматора соединен с показывающим прибором.