Цифровой оптический уровнемер Советский патент 1988 года по МПК G01F23/22 

00

CD

11

Изобретение относится к цифровым устройствам измерения уровня жидких сред и может найти применение в гидротехнике, теплоэнергетике, приборе- строении, в химической и пищевой промышленности.

Цель изобретения - повьппение точности измерения уровня при сохранении заданного быстродействия.

На чертеже приведена функциональная схема уровнемера.

Уровнемер содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, выполненный например, на логических элементах, двоичный счетчик 2, демультиплексор 3 импульсов, например, на п выходов, п излучателей А, снабженных усилителями тока возбуждения, п х m датчиков 5 уровня, выполненных, например, в виде крутого изгиба световода и работающих на эффекте полного внутреннего отражения, m фотоприемников 6 с нормирующими усилителями сигнала, мультиплексор 7cm входами, две схемы 8 и 9 задержки, выполненные, например, на основе сдвигающего регистра, двоичный реверсивный счетчик 10 и регистр 11 памяти, выполненный, например, на базе универсального ре- гистра.

Выход генератора 1 подключен к информационному входу демультиплексора 3, стробирующему входу мультиплексора 7 и входу счетчика 2, двоичные выходы которого соединены с адресными входами демультиплексора 3 и информационными входами регистра I1, например, младших разрядов, а выход переполнения соединен с входом прямо го счета реверсивного счетчика 10, двоичные выходы которого соединены с информационными входами регистра 1I, например, старших разрядов и адресными входами мультиплексора 7, выход которого соединен с входами установки режима регистра 11 непосредствен- но, с входом записи регистра II через схему 8 задержки и с входом обратного счета реверсивного счетчика 10 через последовательно соединенные схемы 8 и 9 задержки, причем каждый из излучателей 4 оптически связан с каждым из фотоприемников 6 посредством только одного из датчиков 5.

Датчики 5 расположены с заданным шагом по вертикали в пределах изменения измеряемого уровня. Все датчики условно можно разбить на m групп по

892

п датчиков в каждой. Первые (нижние) датчики каждой группы с помощью передающих световодов связаны с излучателем, подключенным к первому выходу демультиплексора 3, все вторые датчики - соответственно с излучателем, подключенным к второму выходу демультиплексора 3, и так включательно до п-х (верхних) датчиков групп. Все датчики первой (нижней) группы с помощью приемных световодов связаны с фотоприемником, подключенным к первому входу мультиплексора 7, все датчики второй группы - с фотоприемником, подключенным к второму входу мультиплексора 7, и так включительно до т-й (верхней) г руппы датчиков.

Уровнемер работает следующим образом.

Электрические импульсы, сформированные генератором I, с периодом сле,дования Тр поступают на вход счетчика 2, информационный- вход демультиплексора 3 и стробирующиЛ вход мультиплексора 7. На выходах счетчика 2 формируется двоичный код, значение которого изменяется с периодом Т в пределах от О до п - I. Демультиплексор 3 распределяет импульсы, поступающие на его информационный вход, поочередно на п выходов согласно двоичному коду, поступающему на его адресный вход. В излучателях 4 электрические импульсы преобразуются в оптические импульсы, которые через датчики 5 могут проходить на фотоприемники 6. Датчики 5 пропускают оптические импульсы, если находятся в опорной среде, например воздухе, и не пропускают, если находятся в жидкости, уровень которой измеряется. В фотоприемнике 6 оптические импульсы преобразуются в электрические импульсы, которые поступают на m информационных входов мультиплексора 7. На выход мультиплексора 7 проходят импульсы с того информационного входа, номер которого задается двоичным кодом, установленным на адресных входах мультиплексора 7. Эти импульсы стробируются импульсами генератора 1 . С выхода мультиплексора 7 импульсы поступают на вход установки режима регистра 11 непосредственно, на вход записи регистра I1 через схему 8 задержки и на вход обратного счета реверсивного счетчика 10 через соединительные схемы 8 и 9 задержки. Импульсы переполнения со счетчика 2 поступают на вход прямого счета реверсивного счетчика 11, с выходов которого двоичный код поступает на адресные входы мультиплексора 7 и на старшие разряды информационных входов регистра 11, на младшие разряды информационных входов которого поступает двоичный код с выходов счетчика 2.

На выходах реверсивного счетчика 10 автоматически устанавливается такой двоичный код, при котором на выход мультиплексора 7 поступают сигналы от той группы датчиков, в пределах которой находится уровень жидкости. Происходит это следующим образом. Если на выход мультиплексора вначале окажется подключена через фотоприемник и один из входов мультиплексора та группа датчиков, которая находится выше уровня жидкости, то на вход обратного счета реверсивного счетчика Ю поступают импульсы с периодом следования Т, до тех пор, пока на выход мультиплексора не будет подключена группа датчиков, в пределах которой находится уровень жидкости. Если на выход мультиплексора вначале окажется подключена группа датчиков, которая находится ниже уров ня жидкости, то на вход прямого счета реверсивного счетчика 10 поступают импульсы с периодом следования пТд до тех пор, пока на выход мульти плексора не будет подключена группа датчиков, в пределах которой находится уровень жидкости. В установившемся режиме на выход мультиплексора поочередно подключаются группа датчиков, в пределах которой находится уровень жидкости, и группа датчиков, находящаяся непосредственно ниже уровня, при этом импульс на вход обратного счета реверсивного счетчика 10 поступает после опроса датчика, находящегося непосредственно над уровнем жидкости. На выход мультиплексора 7 подключается группа датчиков, находящаяся ниже уровня, и в ней опрос начинается с датчика, номер которого в пределах группы следует за номером ранее опрошенного датчика, находящегося непосредственно над уровнем жидкости. Таким образом, система непрерывно периодически опрашивает только п датчиков, находящихся ниже уровня жидкости.

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Для того, чтобы при быстром изменении уровня жидкости не ухудшалась разрешающая способность уровнемера, период опроса п Т не должен быть больше, чем время, за которое уровень жидкости изменится на величину й между соседними датчиками,

п Тс Jh/V,

где V - скорость изменения уровня жидкости.

Информация об уровне жидкости в виде двоичного кода записывается с двоичных выходов счетчика 2 и реверсивного счетчика 10 в регистр II по импульсу, поступающему на вход записи регистра 11 в тот момент, когда система опрашивает датчик, находя- ш;ийся непосредственно над уровнем жидкости. В этот момент на двоичных выходах реверсивного счетчика 10 содержится информация о номере группы датчиков, в пределах которой находится уровень жидкости, а на двоичных выходах счетчика 2 содержится информация о номере датчика из зтой группы, находящегося непосредственно над уровнем.

Например, количество датчиков в группе п 10, выходы двоично-десятичного счетчика 2 использованы в качестве младших разрядов, а выходы двоичного реверсивного счетчика 10 - в качестве старших разрядов.При этом информация об уровне жидкости на вы-- ходах регистра 11 представляется в двоично-десятичном коде.

Формула изобретения

Цифровой оптический уровнемер, содержащий генератор импульсов, соединенный со счетчиком, мультиплексор, схему задержки, регистр памяти, излучатель, m фотоприемников и m датчиков уровня, вьтолненных в виде последовательно соединенных передающего световода, чувствительного элемента и приемного световода, причем m передающих световодов соединены с одним излучателем, а каждый приемный световод соединен с одним из фотоприемников, подключенных к информационным входам мультиплексора, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения уровня, в него дополнительно введены (п -1) из лучателей и (п -1)т датчиков уровня, вторая схема задержки, реверсивный счетчик и демультиплексор, выходы которого соединены с излучателями, генератор импульсов подключен к информационному входу демультиплексора и стробирующему входу мультиплексора, двоичные выходы счетчика соединены с адресными входами демультиплексора и информационными входами регистра памяти, а выход переполнения соединен с входом прямого счета реверсивного сче тчика, двоичные выходы которого

соединены с информационными входами регистра и адресными входами мультиплексора, выход которого соединен с входом установки режима регистра непосредственно, с входом записи регистра через первую схему задержки и входом обратного счета реверсивного счетчика через последовательно соединенные первую и вторую схемы задержки, причем каждый излучатель оптически связан с каждым фотоприемником посредством одного датчика.

Изобретение относится к цифровым устройствам измерения уровня жидких сред и может найти применение в гидротехнике, теплоэнергетике, приборостроении, в химической и пищевой промьшшенности. Цель изобретения - повышение точности измерения уровня при сохранении заданного быстродействия. Информация об уровне жидкости в виде двоичного кода записывается с двоичных выходов счетчика 2 и реверсивного счетчика 10 в регистр И по импульсу, поступающему на вход записи регистра 1I в тот момент, когда система опрашивает датчик, находящийся непосредственно над уровнем жидкости. В это время на выходах реверсивного счетчика 10 содержится информация о номере группы датчиков, в пределах которого находится уровень жидкости, а на двоичных выходах счетчика 2 содержится информация о номере датчика из этой группы, находящегося непосредственно над уровнем. I ил. СЛ