Цифровой уровнемер Советский патент 1987 года по МПК G01F23/60 

мерения в мм, В приемнике 17 подсчитывается также число импульсов, поступивших после прихода лидирующего импульса. Если приемник 17 воспринял большее или меньшее число импульсов, то его логической схемой вырабатывается сигнал ошибки, который запреща1

... . .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах дистанционного измерения уровня жидкостей в резерву арных парках нефтехимических производств, предприятий микробиологического и органического синтеза и других емкостях.

Целью изобретения является повышение достоверности контроля уровня путем . подачи на приемник фиксированного количества кодовых импульсов.

На фиг, 1 приведена схема цифрового уровнемера} на фиг, 2 - схема электронного преобразователя импуль- сов,.

Цифровой уройнемер состоит из поплавка 1 с магнитной системой Я направляющей немагнитной трубы 3, установленной вертикально в емкости 4, цилиндра 5, поршня 6, жестко соединенного с зубчатой рейкой 7 И линейкой 8, на которой установлены датчи- JKH 9 кода дискретов, датчика 10 миллиметров, электропневмоклапана 11, электронного преобразователя 12 импульсов, трехпроводной линии 13 связи, вторичного прибора 14, который состоит из блока 15 питания, ограничивающих резисторов 16, приемника 17 импульсов с устройством отображения и блока 18 управления.

Преобразователь 12 импульсов имеет вход 19 лидирующих импульсов (Л), вход 20 импульсов нулей (0), вход 21 импульсов единиц (1), вход 22 импульсов миллиметров, выход 23 для подключения электропневмоклапана .11, выход 24, через который общий провод датчиков 9 кода подключается к плюсу источника питания, клеммВ1.25 - 27 для подключения к линии 13 связи, соединяющей преобразователь с вторичным

ет индикацию уровня и включает соот- ,ветствующий сигнализатор на устройстве отображения приемника 17. Тем са- мым предотвращается отображение ошибочного значения уровня, возникающего в случае неисправности уровнемера или воздействия на него помех. 2 ил.

прибором 140 содержит ключи 28 и 29, усилитель-формирователь 30 импульсов миллиметров, стабилизатор 31 напряжения, клемму 32 (и ), формирователь 33 импульсов при появлении питающего нап.ряженйя, формирователь 34 нормированной длительности импульсов, коммутатор 35, имеющий группу 36 входов, группу 37 входов и управляющие входы 38 и 39, распределитель 40 импульсов, удвоитель 41 импульсов, который состоит из конденсаторов 42, резисторов 43, инверторов 44 и логического эле- мента 2ИЛИ 45, Преобразователь 42 импульсов содержит также диоды 46, ло- ( гический элемент 2ИЛИ 47, логические элементы 2ИЛИ-НЕ 48 и 49, логический элемент 4ИЖ 50,К8-триггер на элбмен- тах 2Ш1И-НЕ 51 и 52 и инвертор 53.

Преобразователь 12 импульсов устанавливается вместе с механической частью уровнемера непосредственно на емкости 4, в которой измеряется уровень.

Направляющая трубка 3 запаяна в своей нижней части, что предотвращает проникновение в ее внутреннее пространство жидкости из емкости 4. Датчики 9 кода дискретов представляют собой группу герметизированных кон- тактогерконов, укрепленных на линейке 8. Верхний геркон каждой группы (т,е, каждого датчика 9) является ли- дйруюш;им. Остальные герконы являются кодовыми, они устанавливаются ниже лидирующего геркона вдоль вертикальной оси линейки. Расстояние между герконами выбрано таким, что исключается одновременное срабатывание двух

соседних герконов от воздействия поля магнитной системы 2 поплавка 1. Расстояние между лидирующими герконами L нормируется, оно определяет число

дискретных участков, на которые разбито максимальное значение измеряемого уровня, а также число кодовых гер- конов ё одном датчике 9 кода дискрета.

Так, если диапазон измерения уровня 0-8 м и расстояние между лидирующими герконами L 1 м, то на линейке 8 устанавливают восемь датчиков 9 дискретов, каждый из которых содержит один лидирующий и три кодовых геркона. Кодовые герконы распаиваются к шинам О и 1 в соответствии с двоичным кодом числа, равного расстоянию от нулевого уровня до высоты установки лидирующего геркона данного датчика 9 дискрета.

Цилиндр 5, поршень 6 электро- пневмоклапан 11 представляют собой

привод возвратно-поступательного дви-2с 52 подается логический О. Логичес- жения уровнемера.

Преобразователь его перемещения СОСТОИТ из зубчатой рейки 7 и датчика 10 миллиметров, который содержит излучающий инфракрасный светодиод и приемный инфракрасный фотодиод. Зубцы рейки 7 при ее перемещении модулируют световой поток, поступающий от излучающего светодиода на фотодиод.

Зубчатая рейка 7 имеет прорези шириной 1 мм, зубца 1 мм. Поэтому оптический датчик 10 выдает один импульс при перемещении рейки г 7 на 2 мм.

Уровнемер работает следующим образом.

3d

кая 1 с первого выхода распределителя 40 подается на управляющий вход 38 коммутатора 35, поэтому он-подключает к своим выходам группу 36 вхо25 дов, а группа 37 входов оказывается отключенной от выхода коммутатора 35. С начала движения поршня 6 с зубчатой рейкой 7 импульсы с датчика 10 миллиметров через входную клемму 22 подаются на усилитель-формирователь 30, а с его выхода на второй вход группы 36 коммутатора 35 и вход инвертора 53, с выхода которого инвертированный сигнал подается на первый

35 вход группы 36 коммутатора 35. На первом выходе коммутатора 35 появляется неин вертированный, а на его втором выходе инвертированньш сигнал с выхода датчика 10 миллиметров. Кон- денсаторы 42, резисторы 43 и инверторы 44 формируют импульсы по заднему фронту поступающих на них импульсов с выхода коммутатора 35, а так как они поступают в противофазе, то

измерение

При нажатии кнопки

вторичного прибора 14 блок 18 управ- ления устанавливает в исходное сое- 40 тояние приемник 17 и включает блок 15 питания. В линию 13 связи подаётся через резисторы 16 постоянное напряжение, которое по проводам мм 1 и

35

35 вход группы 36 коммутатора 35. На первом выходе коммутатора 35 появля ется неин вертированный, а на его вт ром выходе инвертированньш сигнал с выхода датчика 10 миллиметров. Кон- денсаторы 42, резисторы 43 и инверторы 44 формируют импульсы по задне му фронту поступающих на них импуль сов с выхода коммутатора 35, а так как они поступают в противофазе, то

ЛО линии 13 связи поступает на ди-45 и на входы элемента 2ШШ 45 сформиоды 46 преобразователя 12 импульсов.

Пройдя через диоды 46 и выходную клемму 23, это напряжение подается на электропневмоклапан 11, который срабатывает и открывает подачу сжатого воздуха в подпоршневое пространство цилиндра 5. В результате жестко связанные между собой поршень 6, зубчатая рейка 7 и линейка 8 с датчиками 9 кода начинают перемещаться вверх.

Одновременно напряжение с выхода диодов 46 поступает через фильтр на стабилизатор 31 напряжения и с его выхода подается на формирователь 33

рованные импульсы поступают поочеред но, а на его выходе создается удвоен ное число импульсов, каждый из которых вырабатывается по фронту или сре

50 зу сигнала от датчика 10. Поэтому не смотря на то, что датчик 10 выдает один импульс при перемещении зубчатой рейки 7 на 2 мм, на выходе элемента 2ИЛИ 45 удвоителя 41 создает55 ся один импульс при перемещении зубчатой рейки 7 на 1 мм. Эти импульсы поступают на первый вход элемента ИЛИ-НЕ 48, на второй вход которого подается логический О, с третьего

импульсов, через клемму 24 на общий провод герконов датчиков 9 кода. Через клемму 32 осуществляется питание логических элементов преобразователя

12 импульсов. Формирователь 33 импульсов при подаче на него питающего напряжения выдает одиночный импульс,длительность которого выбирают меньше, чем задержка начала движения линейки

8 с датчиками 9 кода. Этот импульс подается на R-входы установки в О распределителя 40 и через элемент 4 ИЛИ 50 на триггер на элементах 51 и 52. Б результате распределитель 40

Останавливается в нулевое состояние и на его первом выходе появляется уровень логической 1, а на остальных выходах - О. При этом на С-вход распределителя 40 с выхода элемента

2с 52 подается логический О. Логичес-

3d

0

кая 1 с первого выхода распределителя 40 подается на управляющий вход 38 коммутатора 35, поэтому он-подключает к своим выходам группу 36 вхо25 дов, а группа 37 входов оказывается отключенной от выхода коммутатора 35. С начала движения поршня 6 с зубчатой рейкой 7 импульсы с датчика 10 миллиметров через входную клемму 22 подаются на усилитель-формирователь 30, а с его выхода на второй вход группы 36 коммутатора 35 и вход инвертора 53, с выхода которого инвертированный сигнал подается на первый

35 вход группы 36 коммутатора 35. На первом выходе коммутатора 35 появляется неин вертированный, а на его втором выходе инвертированньш сигнал с выхода датчика 10 миллиметров. Кон- денсаторы 42, резисторы 43 и инверторы 44 формируют импульсы по заднему фронту поступающих на них импульсов с выхода коммутатора 35, а так как они поступают в противофазе, то

5 и на входы элемента 2ШШ 45 сформированные импульсы поступают поочередно, а на его выходе создается удвоенное число импульсов, каждый из которых вырабатывается по фронту или сре50 зу сигнала от датчика 10. Поэтому несмотря на то, что датчик 10 выдает один импульс при перемещении зубчатой рейки 7 на 2 мм, на выходе элемента 2ИЛИ 45 удвоителя 41 создает55 ся один импульс при перемещении зубчатой рейки 7 на 1 мм. Эти импульсы поступают на первый вход элемента ИЛИ-НЕ 48, на второй вход которого подается логический О, с третьего

. 5 13

выхода коммутатора 35. На второй вход элемента 2ИЛИ-НЕ 49 также подается логический О с третьего выхода распределителя 40. Поэтому импульсы миллиметров с выхода удвоителя 41 бес- препятственно проходят через элементы 2ИЛИ-НЕ 48 и 49 на вход ключа 28. На время действия каждого импульса миллиметров ключ 28 открывается и закорачивает провод мм 1 линии 13 связи на общий провод. Уменьшение напряжения на этом проводе и является сигналом для приемника 17 вторичного прибора 14. Таким образом передается в миллиметрах величина переме- щения линейки 8 от ее нач ьного положения до вхождения лидирующего гер- кона ближайшего датчика 9 кода в магнитное поле магнита 2 поплавка 1, т.е. передается расстояние от положения поплавка 1 до ближайшего лидирующего геркона дЬ (фиг. 1).

При этом ключ 29 остается закрытым, так как на его вход подается нулевой уровень с четвертого выхода коммутатора 35 агодаря тому, что четвертый вход группы 36 входов за- землен.

При передаче импульсов миллиметров электропневмоклапан 11 удержива- ется в открытом состоянии за счет энергии, поступающей по проводу ЛО линии 13 связи. Также за счет этого продолжают функционировать все электронные элементы преобразователя 12. I

При срабатывании лидирующего геркона по цепи: клемма 24, общий провод + герконов датчиков 9 кода, лидирующий геркон (вошедший в магнитное поле поплавка), провод Л, клемма 19 высокий логический уровень подается на вход формирователя 34, с его выхода сформированный импульс подается на S-вход триггера на элементах 2Ш1И-НЕ 51 и 52 и на первый вход элемента 2ИЛИ 47, с выхода которого сформированный импульс поступает на четвертый вход группы 37 входов коммутатора 35. Также по переднему фрон- ту этого импульса срабатывает триггер на элементах 51 и 52, и с его выхода на С-вход распределителя 40 поступает импульс высокого уровня. По переднему фронту этого импульса распределитель 40 переключается, на его первом выходе появляется нулевой уровень, а на втором - высокий уровень, который подается на управляю

7-6

щий ход 39 коммутатора.35. Благодаря этому к выходам коммутатора 35 под-- ключается группа 37 входов. Тем самым преобразователь 12 импульсов переключается на передачу импульсов от датчиков 9 кода.

На вход удвоителя 41 с первого и второго выходов коммутатора 35 подаются высокие уровни, так как-первый и второй входы группы 37 подключены к + стабилизатора 31. Это приводит к выключению удвоителя 41 и прекращению передачи импульсов миллиметров, так как при переключении распределителя 40 на четвертом входе группы 37 коммутатора 35 присутствует импульс высокого уровня, то он передается с его четвертого выхода на вход ключа 29, который закорачивает на землю провод ЛО линии 13 связи на время действия импульса, сформированного формирователем 34. При этом ключ 28 закрыт, так как на его вхо

5

,. ,

,,-i I n

5

де присутствует логический О , поступающий с выхода логического элемента 2ИЛИ-НЕ 49, на первом входе которого присутствует уровень 1, поступающий с элемента 2 ШШ-НЕ 48, Потому что на его первый вход поступает логический О с выхода удвои- |теля 41, а на второй вход подается логический О с третьего выхода коммутатора 35.

Первое уменьшение напряжения на проводе ЛО линии 13 связи воспринимается приемником 17 вторичного прибора 14 как лидирующий импульс, и он переключается на прием импульсов кодовых герконов датчиков 9 :кода.

При дальнейшем перемещении вверх поршня 6 и линейки 8 лидирующий геркон выходит из поля магнита 2 поплавка 1 . На входе и выходе формирователя 34 появляется логический О. Логический ноль появляется также на четвертом выходе коммутатора 35, что приводит к закрыванию ключа 29 и восстановлению напряжения на проводе ЛО. Триггер на элементах 51 и 52 остается в единичном состоянии, т.е. на его выходе остается логическая 1.

При дальнейшем двийсении линейки 8 в поле магнита 2 входит один из кодовых герконов датчика 9 кода.

Так, когда срабатывает геркон, соединенный с шиной 1, высокий логический уровень подается через клем71

му 21 на третий вход группы 37 коммутатора 35. Этот высокий уровень проходит с третьего выхода коммутатора 35 через элементы 48 и 49 на вход ключа 28, который открывается и передает импульс по проводу мм 1 линии 13 связи.

Этот Импульс воспринимается приемником 17 вторичного прибора 14 как единица в первом разряде двоичного кода.

Затем этот геркон выходит из поля магнита 2 и туда входит следующий геркон датчика 9 кода. При этом, если следующий геркон также соединен с шиной 1, то процесс повторяется, и ключом 28 по проводу мм 1 передается еще один импульс.

Если геркон соединен с шиной О, то высокий логический уровень через клемму 20, элемент 2ИЛИ 47, четвертый вход группы 37 коммутатора 35 и четвертый выход коммутатора 35 подается на вход ключа 29, который передает импульс по проводу ЛО линии

13связи. Этот импульс воспринимается приемником 17 вторичного прибора

14как ноль в соответствующем разряде двоичного кода датчика 9 кода.

При срабатываний любого кодового геркона датчика 9 кода высокий уровень подается иерез клемму 20 или 21 на входы элемента 4ИЛИ.50, а с его выхода - на R-вход триггера, который возвращается в исходное состояние, и на выходе логического элемента 52 устанавливается логический О При этом состояние распределителя 40 не изменяется.

Таким образом передается в двоичном коде число, закодированное датчиком 9 кода, прошедшим через поле магнита 2 поплавка 1. I

Если в поле магнита 2 при этом входит лидирующий геркон следующего датчика 9 кода, то высокий логический уровень через клемму 19 и формирователь 34 поступил на S-вход триггера и на выходе элемента 2ИЛИ-НЕ 52 появляется логическая 1. В результате опять переключается распределитель 40, и на втором выходе появляется логический О, а на тре- т ьем - логическая 1. Логические О на первом и втором выходах распределителя выключают коммутатор 35, т.е. на его выходах устанавливаются логические О независимо от сигналов на

5817 -8

группах 36 и 37 входов. Логическая 1 на третьем выходе распределителя 40 запрещает прохождение импульса, возникающего на выходе удвоителя 41 5 при установлении на его входах нулевых уровней. Логическая 1, проходя с третьего выхода распределителя 40 через элемент 4ИЛИ 50 на R-вход элемента 52 триггера, блокирует его o в нулевом состоянии.

Таким образом, при поступлении на вход преобразователя 12 импульсов второго лидирующего импульса он блокируется и перестает воспринимать и 5 передавать в линию 13 связи какие-либо сигналы, в том числе и второй лидирующий импульс.

Если бы в линию 13 связи был передан второй лидируюш;ий импульс, то он 0 воспринялся бы приемником 17 вторичного прибора 14 как логический О в одном из разрядов датчика 9 кода, так как лидируюш 1Й импульс передается по тому же проводу, что и логи- ческие О. Это привело бы к возникновению ошибки при дешифрации кода и отображении величины уровня.

Приемник 17 вторичного прибора 14 содержит амплитудные и временные 0 селекторы принимаемых импульсов. Логическая часть приемника может быть выполнена как структурно, так и программно на базе микропроцессорной техники..

5

Приемник 17 осуществляется прием

только тех импульсов, амплитуда и длительность которых превьш1ают установленные пороги. Он подсчитывает и

0 запоминает число импульсов миллиметров, переданных преобразователем 12 импульсов по проводу мм 1, поступивших от датчика 10 миллиметров. Приемник 17 по приходу первого (ли5 дирующего) импульса по проводу ЛО переключается на прием передаваемого последовательно по проводам мм1 и ЛО двоичного кода от датчиков 9., Аналогично известному приемнику при0 емник 17 преобразует принятый двоичный Код в значение уровня, на котором установлен датчик 9 кода, вошедший в поле магнита 2 поплавка 1 до ближайшего лидирующего геркона дат5 чика 9 кода, и отображает результат измерения уровня в миллиметрах.

Кроме того, в приемнике 17 под- рчитвыается число импульсов, посту- .пивших после прихода лидирующего им913

пульса (включая и его). Так, если устройство работает исправно, то на приемник 17 могут поступить только четыре импульса (один лидирующий и три кодовых), так как в одном дат- чике 9 кода установлено четыре гер- кона. Если приемник 17 воспринял большее число импульсов, что может возникнуть только в случае ложного срабатывания герконов или воздействия помех, то его логической схемой вырабатьшается сигнал ошибки, который запрещает индикацию уровня и включает соответствующий сигнализатор на устро}1стве отображения приемника 1 7 , Аналогично вырабатывается сигнал ошибки, если приемник 17 воспринял меньшее число импульсов, что-возможно при неисправности герконов или в случае одновременного замыкания двух соседних герконов, соединеных с одним разрядным проводом, в поле магнита 2 в результате их повышенной чувствительности.

Тем самым предотвращается отображение ошибочного значения уровня, возникающего в случае неисправности уровнемера или воздействия на него помех.

После окончания обработки приняты сигналов приемник 17 выдает сигнал на блок 18 управления, который, воздействуя на блок 15 питания, обесточивает линию 13 связи, а следовательно, электропневмоклапан 11 и преобразователь 12 импульсов. Подача воздуха в уровнемер прекращается, и под действием своего веса подвижная его часть опускается в исходное положение. После этого уровнемер готов к повторному измерению.

Если перед началом измерения магнит 2 поплавка 1 находится напротив лидирующего геркона датчика 9 кода, который при этом замкнут, то при включении уровнемера на измерение одновременно формируют импульсы формирователя 33 и 34. Длительность выходного импульса формирователя 34 устанавливается меньшей, чем формирователя 33. Поэтому триггер на элементах 51 и 52 и распределитель 40 остаются в нулевом состоянии. Логическая 1 с первого выхода распределителя 40 подается на управлящий вход 38 коммутатора 35 и преобразователь 12 импульсов передает в линию 13 связи импульсы ми1М1иметрои от Датчика 10 до вхож7 0

дения в поле магнита 2 лидирующего геркона следующего датчика 9 кода, а процесс измерения уровня происходит, как описано.

Формула изобретения

Цифровой уровнемер, содержащий не- маГнитную трубу, смонтированную в емкости, кольцегвой подвижно охватывающий трубу магнит, связанный с поплавком, привод возвратно -поступательного движения, свясзанную с ним и расположенную внутри трубы линейку, по высоте которой установлены группы маг- нитоуправляемых датчиков, соединенных одним выводом с общим проводом, а другими выводами - с проводами лидирующих единичных и нулевых импульсов, триггер, формирователь .импульсов, преобразователь перемещения привода возвратно-поступательного движения, цепь питания, линию связи, соединенную с приемником и устройстном отображения, отличающий- с я .тем, что, с целью повышения достоверности контроля уровня, в него введены коммутатор с двумя группами входов по четыре входа каждая, элементы 4 ИЛИ,. 2 ИЛИ, два элемента 2 -ИЛИ-НЕ с цепью питания логических элементов, распределитель, инвертор, формирователь импульсов нормированной длительности, удвоитель импульсов, два ключа, два диода, стабилизатор напряжения, при этом анод каждого диода соединен с приводом линии связи и выходом ключа, катоды диодов соединены друг с Другом, а также с

приводом возвратно-поступательного движения и с входом стабилизатора напряжения, выход стабилизатора соединен с цепью питания логических элементов, с общим проводом магнитоуправляемых датчиков, а также с входом формирователя импульса,выход которого соединен с входом установки в О распределителя и третьим входом элемента 4 ИЛИ, первый и второй

входы элемента 4 ИЛИ соединены соответственно с проводами нулевых и единичных импульсов, при этом провод нулевых импульсов соединен с вторым входом элемента 2 ИЛИ, первый вход

которого соединен с выходом формирователя импульсов нормированной длительности и входом RS-триггера, а выход элемента 2 ИЛИ соединен с четвертым входом второй группы входов ком n 13

мутатора, провод единичных импульсов соединен также с третьим входом второй группы входов коммутатора, первый и второй входы этой группы соединены с цепью питания, первый вход первой группы коммутатора соединен с выходом инвертора, вход которого сое- диней с вторым входом первой группы коммутатора и с выходом преобразователя перемещения привода, третий и четвертый входы первой группы коммутатора подключены к общему проводу, первый и второй выход коммутатора ;соединеныс входами удвоителя импульсов, Ьыход которого соединен с первым входом первого элемента 2 ШШ17-12

flE, его второй- вход подключен к тре- третьму вьгходу коммутатора, а выход - к первому входу второго элемента 2 ИЛИ-НЕ, выход которого соединен

со счетным входом распределителя, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами коммутатора, третий выход распределителя подключен

к второму входу второго элемента

2 ИЛИ-НЕ и четвертому входу элемен- та 4 ИЛИ, выход которого соединен с входом R-триггера, вход формирователя- им пульсов нормированной длительностй подключен к.проводу лидирующих импульсов.

WAff

Фиг.2

Составитель И. Некрасов Редактор О, Юрковецкая Техред, М Хрданич Корректор М. Шароши

Заказ 2346/43Тираж 693.Подписное

ВНЙИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, А

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения .- .повышение достоверности контроля уровня путем подачи на приемник фиксированного количества кодовых импульсов. Приемник 17 вторичного прибора 14 преобразует принятый двоичный код в значение уровня, на котором установлен датчик 9 кода, вошедший в поле магнита 2 поплавка 1 до ближайшего лидирующего геркона датчика 9 кода, и отображает результат из(Л