Дискретный уровнемер Советский патент 1987 года по МПК G01F23/74 

1

Изобретение относится к дискретным уровнемерам жидкости, использующих блок датчиков, расположенных в пределах измеряемого уровня, и может быть применено, в системах заполнения резервуаров жидкостью при наличии колебаний ее поверхности.

Целью изобретения является повышение точности дискретного измерения уровня.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства; на фиг.2 - схемы блока авто- динных датчиков (а) и блока электронных ключей (б).

Устройство (фиг.1) содержит генератор 1 импульсов, счетчик 2 цикла опроса, дешифратор 3, блок Л электронных ключей, блок 5 датчиков, сумматор 6, счетчик 7 цикла усреднения, блок 8 управления, усилитель 9, ана- логовый компаратор 10, цифровой компаратор II, задатчик 12 цикла усреднения, источник 13 опорного напряжения, индикатор 14 уровня, второй

сдвиговый регистр 15.

Выход генератора 1 импульсов соединен с информационным входом счетчика 2 и с вторым входом элемента И 16 Управляющий вход счетчика 2 соединен с первьм управляющим входом накапливающего сумматора 6, информационным входом счетчика 7 и выходом элемента И 17. I

Выход счетчика 2 соединен с входом дешифратора 3 и информационным входом сумматора 6. Выход дешифратора 3 соединен с входом блока 4 электронных ключей, выход которого соединен с входом блока 5 датчиков. Выход блока 5 датчиков соединен с входом усилителя 9. Информационный выход сумматора 6 соединен с информационным входом сдвигового регистра 15. Второй управляющий вход накапливающего сумматора 6 соединен с информационным выходом сдвигового регистра 18, S-входом RS-триггера 19 и управляющим входом-индикатора 14 уровня. Информационный выход счетчика 7 соединен с первым входом цифрового компаратора 11, R-вход RS-триггера 1 соединен с выходом цифрового компаратора 11, первыми управляющими входами сдвиговых регистров 15 и 18 и пер- 55 вносящие существенную погрешвым входом элемента И 20. Прямой выход RS-триггера соединен с первым входом элемента И 17, второй вход которого соединен с выходом аналогово

321502

го компаратора 10. Инверсный выход RS-триггера 19 подключен к первому входу второго элемента И 16 и установочному входу сдвигового регистра 18. Выход элемента 16 соединен с вторым управляющим входами сдвиговых ре- гистров 15 и 18 и вторым входом элемента И 20, выход которого соединен

1Q с управляющим входом счетчика 7. Выход усилителя 9 соединен с первым входом аналогового компаратора 10, второй вход которого соединен с источником 13 опорного напряжения. Вто15 рой вход цифрового компаратора 11 подключен к выходу задатчика 12 цикла усреднения и к информационному входу сдвигового регистра 18. Выход сдвигового регистра 15 подключен к информа2Q ционному входу индикатора 14 уровня.

Датчик дискретного уровнемера (фиг.2а) выполнен на диоде Ганна и представляет собой измеритель коэффициента отражения по схеме СВЧ гене25 ратора.

Блок автодинных датчиков (фиг.2а) Содержит отрезок 21 металлического волновода с геометрическими размерами, допускающими распространение только основного типа колебаний, диод Ганна 22, держатель 23 датчиков, согласующее диэлектрическое окошко 24 в держателе датчиков, резервуар 25 с контролируемой жидкостью.

Измерение коэффициента отражения основано на изменении тока через диод Ганна, которьй зависит от напряжения питания, коэффициента стоячей волны (КСБ) и коэффициента отражения от контролируемой ж щкости через, окно в резервуаре 5. Конструктивные размеры датчика зависят от рабочей частоты. Зона взаимодействия датчика с контролируемой жидкостью опреде- ляется размером диэлектрического

окошка. I

Устройство работает следующим образом.

Дискретное измерение уровня жид- 50 кости производится циклически, т.е. поочередным включением всех датчиков снизу вверх в каждом цикле опроса. Во время заполнения резервуара жидкостью возникают колебания ее поверх30

35 40

ность при измерении уровня. Для уменьшения этой погрешности усреднение измереннь1х уровней за некоторый промежуток времени значение которо 13

го устанавливается по числу циклов опроса, равному 2, где i 1,2,...

В исходном состоянии на выходах счетчика 2 циклов опроса, счетчика 7 цикла усреднения накапливающего сум- матора 6, сдвиговых регистров 15 и 18 будут уровни логического О, что соответствует нулевому уровню контролируемой жидкости в резервуаре. На яря мом выходе RS-триггера 19 будет уровень логической 1, на выходах аналогового 10 и цифрового 1 компараторов - уровень логического О.

С-выхода генератора 1 импульсы поступают на вход счетчика 2 цикла опроса и на второй вход элемента И 16 На первом входе которого будет уровень логического О, блокирующего прохождение импульсов до начала one- рации усреднения. Информация 2 с выхода счетчика в двоичном коде поступает на входы дешифратора 3 и инфор- мационные входы накапливающего сумматора 6. Суммирование этого кода на- капливающим сумматором 6 производится до операции усреднения при поступлении разрешающего сигнала с выхода элемента И 17. Дешифратор 3 преобразует параллельный двоичный код на входе в позиционный на его выходах. Поскольку вьгходы дешифратора 3 соединены с входами блока 4 электронных ключей (фиг.26) в каждый момент времени включается только один электрон- ный ключ, код которого соответствует коду уровня на.выходе счетчика 2.

Резистор R (фиг.2а) является общей нагрузкой всех диодов Ганна, работающих в режиме автодинного гене- ратора. Сигнал с этого резистора ; усиливается усилителем 9 иподается на первый вход аналогового компаратора 10, на второй вход которого подается постоянное напряжение от опор- ного напряжения 13. При опросе датчика на поверхности жидкости сигнал от блока 5 датчиков достигает уровня источника 13 опорного напряжения. При этом на вход элемента И 17 блока 8 управления усреднения подается разрешающий сигнал с выхода от аналогового компаратора 10. Перепад сигнала с выхода элемента И 17 подается на информационный вход счетчика 7 цикла усреднения и управляющий вход накапливающего сумматора 6 к содержимому которого прибавится код уровня с выхода счетчика 2, а содержимое счетчи50

ка 7 усреднения увеличивается на единицу, этот же сигнал устанавливает счетчик цикла опроса в исходное состояние. Цикл накопления в сумматоре продолжается до тех пор, пока код на вьлсоде счетчика 7 усреднения не достигает значения кода с выхода задат чика 12 цикла усреднения. На выходе цифрового компаратора 1I появляется сигнал логической 1. Этот сигнал переключает RS-триггер 19 и разрешает запись информации с выходов накапливающего сумматора 6 в сдвиговый регистр 15, а код задатчика 12 цикла усре Днения - в сдвиговый регистр 18, и разрешает прохождение импульсов с выхода элементов И 18 и 20. Прохождение импульсов с выхода элемента И 17 разрешающих накапливание информации в накапливающем сумматоре 6 и увеличение содержимого,счетчика 7 цикла усреднения, блокируется напряжением уровня логического О на прямом выходе RS-триггера. Одновременно разрешается прохождение импульсов с выхода генератора 1 импульсов через элемент И 16 на тактирующий вход управления записью и сдвигом информации в регистры 15 и 18.

По первому импульсу с выхода элемента И 16 информация с выхода накапливающего сумматора 6 и задатчика 12 цикла усреднения записывается в соответствующие регистры 15 и liB. По этому же импульсу на вьгходе элемента И 20 появляется сигнал, который поступает на установочный вход счетчика 7 цикла усреднения. Счетчик 7 устанавливается в исходное состояние, что приводит к установке в исходное состояние цифрового компаратора 1I. Сигнал логического О на выходе компаратора I1 разрешает теперь сдвиг информации в регистрах 15 и 18 по тактирующим импульсам с выхода элемента И 16. Каждьй сдвиг вправо на один разряд соответствует делению на две информации, записанной в регистрах 15 и 18. Эта операция повторяет- ся до тех пор, пока в последнем младшем разряде сдвигового регистра появляется сигнал логической 1. Этот момент соответствует окончанию операции деления накопленной суммы измерений на число повторений, заданное задатчиком 12 цикла усреднения. Таким образом, содержимое регистров 15 и 18 делится на два в степени i .

чем в регистре 15 формируется среднее значение уровня. Перепад сигнала из уровня логического О в 1 из младшего разряда регистра 18 поступает на установочные входы накапливающего сумматора 6 и триггера 19. Эти элементы устанавливаются в исходное состояние. Одновременно разрешается передача информации с выходов сдвигового регистра 15 на входы индикатора 14, Информация из сдвигового регистра 15 заносится для индикации в индикатор уровня. Перепад сигнала инверсного выхода RS-триггера 19 устанавливает регистр 18 в исходное состояние. Процесс измерения и усреднения продолжается дальше. В качестве счетчиков, дешифраторов, сдвиговых регистров, логических элементов могут быть использованы элементы 155 и других серий.

Формула изобретения I

Дискретньй уровнемер, содержащий генератор импульсов, соединенный с информационным выходом первого счетчика, выход которого соединен с входом дешифратора, а выход дешифратора соединен через блок электронных клю- чей с блоком датчиков, соединенным через усилитель с одним входом аналогового компаратора, другой вход которого соединен с источником опорного напряжения и индикатор уровня, о т - личающийся тем, что, с целью повьшения точности измерения, он дополнительно снабжен сумматором, вторым счетчиком, цифровым компаратором, задатчиком цикла усреднения и блоком управления, вклгочаюгцим в себя RS-триггер, три элемента И и пто506

рой сдвиговый регистр, причем выход генератора импульсов соединен с первым входом второго элемента И, информационный вход сумматора соединен с выходом второго счетчика, первый управляющий вход сумматора соединен с управляющим входом первого счетчика, информационным входом второго счетчика и выходом первого элемента И, второй управляющий вход сумматора соединен с выходом второго сдвигового регистра, с S-BXOдом RS-триггера и управляющ1-1м входом индикатора уровня, выход сумматора, соединен с информационным входом первого сдвигового регистра, информационньш выход второго счетчика соединен с первым входом цифрового компаратора,, выход. которого соединен с первыми управляющими входами сдвиговых регистров, с К-вхо- дом RS-триггера и первым, входом третьего элемента И, прямой выход RS- триггера соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом аналогового компаратора, инверсный выход RS-триггера соединен с вторым входом второго элемента И и третьим управляющим, входом второго сдвигового регистра, выход второго элемента И соединен с вторыми управляющими входами сдвиго- вых регистров и вторым входом третьего элемента Н, выход которого подключен к управляющему входу второго счетчика, второй вход цифрового компаратора соединен с выходом задатчи- ка цикла усреднения и информационным входом второго сдвигового регистра, выход первого сдвигового регистра соединен с информационным входом индикатора уровня.

Изобретение может быть применено в системах заполнения резервуаров жидкостью при наличии колебаний ее поверхности. Цель изобретения - повышение точности устройства. По первому импульсу с выхода элемента И 16 информация с вьтода сумматора 6 и за- датчика 12 записывается в соответствующие регистры 15 и 18. По зтому же Импульсу на выходе элемента И 20 появляется сигнал, постуг ющий на вход счетчика 7 цикла усреднения. Сигнал на выходе компаратора 11 разрешает Сдвиг информации в регистрах 15 и 18 по тактирующим импульсам с выхода элемента И 16. В регистре 15 формируется среднее значение уровня. Информация из регистра 15 заносится в индикатор 14 уровня. Перепад сигнала инверсного входа RS-триггера 19 устанавливает регистр 18 в исходное положение. 2 ил. i (Л с: Фиг.1

Редактор Г.Волкова

Составитель Т.Иноземцева

Техред М.Днцык Корректор С.Шекмар

Заказ 3822/36 . Тираж 693Подписное

ВНИШИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4