Уровнемер Советский патент 1988 года по МПК G05B15/02 

Изобретение относится к автоматике ивычислительной технике и может быть использовано для вычисления код уровня контролируемой среды н криогенной, нефтехимической и других отраслях промышленности в качестве уровнемера жидких сред,

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет учета изменения диэлектрической проницаемости измеряемой среды, определения неисправной секции датчика и повышение точности измерения.

На фиг. 1 приведен многосекцион- ный частотный датчик; на фиг. 2 - зависимость выходной характеристики секции датчика от уровня среды и ее диэлектрической проницаемости; на 1ФИГ. 3 - блок-схема уровнемера,

j Уровнемер содержит два реверсив- | ных счетчика 1 и 2, каждый из кото- Iрых разбит на три части 1.1-КЗ, {2.1-2,3, блок управления, содержа- 1щий счетчик 3, блок 4 памяти, комму- (татор 5 и генератор 6, .блок 7 памяти {коэффициентов. Коммутаторы 8-13, триг jrep 14, управляемый формирователь 15 (частоты, регистр 16 диапазона, шиф- |ратор 17, счетчик 18 опрошенных сек1ций, регистр 19 числа опрошенных сек |ций или номера неисправной секции, |счетчик 20 числа заполненных секций, {регистр 21 числа заполненных секций, {регистр 22 уровня в секции, пульт 23 |управления..

I Измерительньш f , и компенсацион- {ный . i входы уровнемера соединяютс {с измерительным и компенсационньш вы {ходами многосекционного датчика |(фиг.1). Сигнал с выхода d сопровож дает первичную информацию.

Код уровня контролируемой среды Вычисляется уровнемером в результа- {те математической переработки частот измерительного f и -компенсационного f .канала секции датчика по компенсационному .алгоритму:

-VJ. f 1 f 1

где f vC) значение частоты сек- ции датчика, относительно которой измеря : ется уровень среды; f- l/(H const,H)-значение частоты корректирующей секции датчика;

- значение резонансных частот незаполненных

Z IlLlllJl ,

ai 01

измерительной и корректирующей секций датчика.

Одновременно производится моделирование функции

(2)Na,,Z+Na,

(2)

Q

0

5 5

f

5

5

обратной кривой Z if (Н). Полученные таким образом значения кода уровня . в секциях датчика используются для формирования кода уровня среды в резервуаре в целом.

В зависимости от состояния выходов пульта 23 управления уровнемер может работать в следующих режимах:

четвертый выход (Автомат/шаг ) задает работу уровнемера либо в режиме Автомат, когда вычисляется код уровня контролируемой среды в резервуаре, либо в режиме Шаг, когда в зависимости от состояния пятого выхода (Код/частота) пульта 23 управления вычисляется либо код уровня в секции, выбранной оператором, либо значение частоты F. в этой секции;. . третий выход (Работа/контроль) задает работу уровнемера в режиме Автомат либо в режиме Работа, когда на вход уровнемера коммутируются частоты, снимаемые с секций датчика, либо в режиме Контроль, когда в качестве частот f и fjf- используются частоты, формируемые генератором 6;

Шестой выход (Продолжение) управляет переходом уровнемера к опросу очередной секции датчика (в режиме Шаг),

Для повьшения быстродействия уровнемера режим Автомат разделен на два режима - быстрый автоматический и медленный автоматический, В быстром автоматическом режиме на вход счетчика 3 с генератора 6 поступает товая частота f на порядок превышающая частоту fra поступающую на счетчик 3 в медленном автоматическом режиме и с помощью коммутаторов 11 и 12 отключаются первые части 1,1 и 2.1 реверсивных счетчиков 1 и 2,

В быстром автоматическом режиме на порядок повьшается скорость вычисления кода уровня в секции, что позволяет быстрее определить число полностью заполненных секций датчи ка, но с меньшей точностью. После этого уровнемер автоматически пере3t4

ходит в следующий автоматический режим для уточнения числа полностью заполненных секций и вычисления кода уровня в частично заполненной секции. В этом режиме длительность тактовых операций и разрядность реверсивных счетчиков увеличивается на порядок за счет подключения на вход счетчика 3 вместо частоты f, в 10 раз меньшей частоты f « что позволяет более точно вычислять значение кода уровня.

При этом необходимо.отметить следующие особенности алгоритма обработки .информации, поступающей с секций датчика: секции датчика соединены внахлест (фиг.1) и длина секции (Ъ)+Ъ„.

Переключение ВП с i-й секции на вычисление кода уровня в (1+1)-й происходит в том случае, если уровень среды в i-й находится в зоне нахле- ста, т.е.

H(L) H.HC .

Наличие зоны нахлеста позволяет в быстром автоматическом режиме определить число полностью заполненных секций как

К j t 1,

где j - реальное число полностью заполненных секций датчика.

Возможная ошибка в определении степени заполнения j-й секции обуславливается погрешностью t и , при вычислении кода уровня в быстром автоматическом режиме. Поэтому при реальном значении уровня в j-й секции L уровнемер может определить его, например, как (L-4), либо при уровне (L-cT), где f Л как (L-Ad)7L, в результате чего уровнемер может либо не досчитать одну полную секцию, либо выполнить лишнюю операцию инкремента содержимого счетчика 20.

Для исключения подобных опшбок ВП реализует следующую совокупность одераций: после определения в быстром автоматическом режиме числа К выполняется декремент содержимого счетчика 20 и счетчика 18 и только затем уровнемер начинает просмотр секций начиная с К-1 в медленном автоматическом режиме, что позволяет ему точно вычислить число j полностью заполненных секций и код уровня в-частично заполненной (з+1)-й секции.

1772

Уровнемер в автоматическом режиме опрашивает не все секции датчика, а только с нулевой по ()ю, При работе в медленном автоматическом режиме, после того как вычислен код уровня в частично заполненной или пустой (j+1)-й секции датчика,или- определено, что все секции датчика

1Q заполнены полностью, уровнемер переходит к очередному циклу опроса секций датчика, начиная с, первой.

Опрос первой секции датчика производится два раза подряд за один 15 цикл опроса датчика. Во время первого опроса секции, при вычислении ..; кода уровня в ней, в качестве частоты ,5 при вычислении выражения (1), используется частота f2Фк снимается

0 с выхода управляемого формирователя 15 частоты. На основании полученного значения кода уровня в первой секции при вторичном ее опросе в качестве частоты f используется частота

25 f jKk (частота корректирующего контура датчика) при уровне в первой секции больше 4L, что означает, что корректирутаций контур залит средой полностью; частота 2фк если уро30 вень в первой секции менее лL.

Частота f .используемая при первом опросе первой секции, формируется в управляемом формирователе 15 частоты. Поскольку частота fi значительно меняется в зависимости от электрофизических свойств контролируемой среды, в уровнемер заложена ВОЗМОЖНОСТЬ оперативной перестройки ее значения. Под управлением сигна40 ла Среда 1/2, поступакщего с пункта 23 управления в управляемьй формирователь 15 частоты, при первом измерении уровня в первой секции загружается код частоты fjtj,, теоре

45 тически соответствующий диапазону контролируемых сред, что позволяет сократить величину погрешности измерения уровней.

I

Q Перед вьгаислением кода уровня в i-й секции датчика., на основании соответствующего ей значения частоты определяется какой диапазон D (фиг.2) диэлектрической проницаемо- сти соответствует контролируемой среде. На основании .этого из блока 7 выбираются соответствукяцие D; коэффициенты N ( . , N д ., N 01 j зависимости (2). - °

35

j1

Разбиение на диапазоны, каждому |из которых поставлены в соответствие (коэффициенты NC, NO« , N, позволя- ет уменьшить величину погрешности измерения контролируемой среды, особенно при измерении уровня криогенных сред, которые обладают значи- Iтельным градиентом по высоте резер |вуара. . I При измерении уровня в i-й секции частота f, для вычисления зависимости (1), снимается с (i-2)-и секции датчика .

I Уровнемер выявляет и индицирует номер неисправной секции датчика. Наиболее распространенным дефектом датчика является обрыв провода, через которьщ с секции датчика снимается резонансная частота. Если секция, пежащая ниже неисправной, заполнена полностью, то уровнемер считает неисправную i-ю секцию также полностью заполненной и продолжает вычисление (Кода уровня в вышележащих -секциях. flpH этом в качестве частоты fi для 1(1+1 )-й и (1+2)-й секций используется частота ц, со(/гветствующая частоте ()-й секции. I Уровнемер может использовать .в )сачестве последней секции датчика секцию с полуметровым измерительным гчастком. С этой целью введен управляющий сигнал 0,5/1, снимаемый с зторого выхода пульта 23 управления )1 управляющий выбором ,5 ипи ip 1 соответственно из блока 7 па- 1)4яти коэффициентов.

I . При вычислении кода уровня в секции датчика уровнемер ра бо ет следу (опщм образом.

Во время такта QO по сигналу q t выхода блока 4 памяти код NT, дли- т| ельности временного интервала Т1 0,01 с, выбираемый из ПЗУ, загру- л :ается в реверсивный счетчик 1, а по Сигналу q переписывается в реверсив- 1Ь1й счетчик 2.

В начале такта Q1 код Ng соот- г етствующий максимально возможному :-|начению частоты fj (при мак) Загружается по сигналу q в реверсив- Иый счетчик 1.Триггер 14 по заднему фронту сигнала q устанавливается 1, разрешая тем самым списывание N из реверсивного счетчика 2 Йьшульсами частоты f, поступающими fja вычитающий вход реверсивного счет- tикa 2 через коммутатор 10,

17726

На выходе триггера 14 сформирован временной интервал С , который на коммутаторе 9 заполняется импульсами частоты f. В реверсивном счетчике 1 формируется разностный код Np,. В конце такта Q1 содержимое части 1.3 . счетчика 1 по сигналу q переписывается в регистр 16 и управляет выбоQ ром соответствующего диапазона зоны блока памяти коэффициентов.

В такте Q2 код N частоты фиктив-. ного контура из блока памяти коэффициентов загружается в управляемый

5 формирователь 15 частоты.

Во время такта Q3 в реверсивный счетчик 2 через реверсивный счетчик 1 переписьшается код N,. длительности

временного интервала Т

г

0

В такте Q4, если уровнемер работает в режимах Шаг и Частота, то в начале этого такта в реверсивный счетчик 1 загружается код 0. Код N-j- опи- сьюается в реверсивньй счетчик 2 им- 5 пульсами частоты f, . Формируется временной интервал С . .

Выход переноса части 1.2 счетчика 1 подключается через коммутатор 13 к суммирующему входу счетчика 20. 0 В результате в частях 1.1 и 1.2 счетчика 1, счетчика 20 сформирован код Np частоты F опрашиваемой секции датчика, который по сигналу q выдается в регистр 21 и регистр 22 на индикацию.

Во время такта Q5 в реверсивньй счетчик 1 по сигналу загружается код Npj, переписьшаемый в реверсивный счетчик 1 по сигналу q,.

В начале такта Q6 в реверсивный счетчик 1 из блока 7 загружается код 0. В реверсивном счетчике 2 списы-. веется импульсами частот и f, поступающими через коммутатор 10. либо на входы части 2.1 счетчика 2 (работа в медленном автоматическом режиме), либо на входы части 2.2 счетчика 2 (в быстром автоматическом ре;киме). На выходе триггера 14 сформирован временной интервал длительностью D,который заполняется в коммутаторе 9 импульсами частот f , f , поступающими на суммирующий и вычитакядий входы части 1.1 счетчика 1 (медленный автоматический режим). или части 1.2 счетчика 1 (быстрый автоматический режим) соответственно. В реверсивном счетчике 1 образуется код .

5

0

5

0

5

7.1

В начале седьмого такта Q7 код N передается в реверсивный счетчик 2. Затем код , списывается импульсами частоты f , поступающими через коммутатор 10 на вычитающий вход реверсивного счетчика 2 до момента его обнуления. При этом на выходе триггера 1А формируется временной интервал. Интервал Ujзаполняется импульсами частоты fj, в результате в реверсивном счетчике 1 образуется

КОД Njpc, .

В начале восьмого такта Q8 код ipci передается в реверсивный счетчик 2, а в счетчик 1 из блока 7 памяти коэффициентов загружается код Njpp, . Формируется временной интервал 2j, который заполняется импульсами частоты f, образуя в реверсивном счетчике 1 код ., .

В начале девятого такта Q9 код N.pj., переписьшается в счетчик 2. Формируется временной интервал , который заполняется импульсами частот f J, и f,. В PCI образуется код N4pc,

В такте Q10 значение кода счетчика 1 переносится в счетчик 2. С помощью триггера 14 формируется временной интервал Cj , а в счетчике

1 формируется код N5 рс|

В начале такта Q11 код Njp., переносится в реверсивный счетчик 2, а в счетчик 1 загружается код Ng. Ан$- логично действиям в предыдущих тактах в РС1 формируется код . По сигналу qj, если , соответствует коду уровня полностью заполненной секции, производится инкремент счетчика 20, под воздействием сигнала с выхода шифратора 17. Если , соответствует коду частично заполненной секции, то при работе уровнемера в медленном автоматическом режиме формируется сигнал загрузки ,j.21 и PrNj22..

и начале такта Q1 2 код ,, перегружается в реверсивный счетчик 2 «, если уровнемер работает в медленном автоматическом режиме и соответствует коду частично заполненной секции датчика в реверсивном счетчике 2, выполняется операция по формированию временного интервала U, пропорцио- нального коду уровня в частично заполненной секции датчика. Вместе с сопроводительным сигналом dC, снимаемым с выхода шифратора 17 поступает на внешние исполнительные устройства/28

Формула изобретения

Уровнемер, содержащий блок управления, два реверсивных счетчика, триггер, реверсивный счетчик числа заполненных секций и регистр числа заполненных секций, регистр кода уровня . в секции, три коммуматора, управляемый формирователь частоты, блока памяти коэффициентов, разряды выхода которого соединены с соответствующими разрядами информационного входа первого реверсивного счетчика, разряДЫ информационного выхода которого соединены с соответствующими разрядами информационного входа второго реверсивного счетчика, выход переполнения которого соединен с входом

сброса триггера, выход которого соединен с первым входом третьего коммутатора, первьй и второй выходы которого соединены с входами суммирования и вычитания второго реверсивного

счетчика соответственно, выход ре- . версивного счетчика числа, заполненных секций соединен с информационным вхо- дом регистра числа заполненных секций, вход записи которого соединен с

входом записи регистра кода уровня в секции, адресный выход блока управления соединен с первым адресным входом блока памяти коэффициентов, первый тактовый выход блока управления соединен с тактовым входом управляемого формирователя частоты, выход которого соединен с первым входом и первого коммутатора, второй вход которого соединен с первым информационным выходом датчика, второй информационный выход которого соединен с первым входом второго и вторым входом третьего коммутаторов, -второй вход второго и третий вход третьего

коммутаторов соединены с выходом первого коммутатора, первый и второй управлякядие выходы блока управления соединены с входами записи первого и второго реверсивного счетчиков соответственно, первый управляющий выход блока управления соединен с входом установки триггера, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет учета изменения диэлектрической проницаемости измеряемой среды, определения неисправной секции дат-. чика и повьш1ения точности измерения, в него введены пульт управления, шиф914

ратор схемы, четвертый коммутатор, счетчик и регистр числа опрошенных секций, регистр коэффициента, информационный вькод которого соединен с вторым адресным входом блока памяти , коэффициентов, третий и четвертьй адресные входы которого соединены с первым и BTopbiM выходами пульта управления соответственно, четвертый и пятый выходы которого соединены соответственно с третьим и четвертым входами второго коммутатора, четвертым и пятым входами третьего коммутатора и первым и вторым входами шифратора, первьй управляющий выход которого соединен с входом записи регистра числа заполненных секций, третий выход пульта управления срединен с шестым входом третьего коммутатора и пятым входом второго коммутатора, первый и второй выходы, которого соединены с суммирующим и вычитающим входами первого реверсивного счетчика соответственно, вход записи кото- pojro соединен с входом управления второго реверсивного счетчика, с вто- рым управляющим выходом шифратора, третий и четвертьй управлякщие выходы которого соединены с первым и вторым управляклдими входами четвертого коммутатора соответственно, выход которого соединен с входом суммирования счетчика заполненных секций, вход вычитания которого соединен с . пятым управляющим выходом шифратора, шестой и седьмой управляющие выходы которого соединены с суммирующим и вычитающим входами счетчика опрошенных секций соответственно, информационный выход которого соединен с информационным входом регистра числа опрошенных секций, вход записи которого соединен с восьмым зшравляннцим выходом шифратора, девятый управляющий выход которой соединен с входом

0

5

177210

режима блока управления, выход частот которого соединен с шестым входом второго коммутатора и седьмым входом третьего коммутатора, первьй вход которого соединен с седьмым входом второго коммутатора, восьмой вход которого соединен с восьмым входом третьего коммутатора и десятым управляющим выходом шифратора, одиннадцатый управляющий выход которого соединен с входами сброса счетчиков числа опрошенных и заполненных секций, разряды информационнсэго выхода первого реверсивного счетчика соединены с первым и вторым управлякщими входами шифратора и информационными входами регистра коэффициента, вход записи которого соединен с третьим

0 управляющим выходом блока управления, с первого по четвертьй управляющие выходы которого соединены с третьего по шестой управляюш;ими входами шифратора, одиннадцатьй выход которого со единен с выходом сопровождения уровнемера, информациоиньй выход блока памяти коэффициентов соединен с информационным входом управляемого формирователя частоты, управляющий вход. Kotoporo соединен с пятым управляющим выходом блока управления, шестой управляющий выход которого соединен с девятыми входами второго и третьего коммутаторов, десятые входы которых соединены с тактовым выходом блока управления, шестой выход пульта управления соединен с седьмым управляющим входом шифратора, выход разрядов средней секции первого реверсивного счетчика соединен с информационным входом регистра кода уровня в секции, йЫход переполнения средней . секции первого реверсивного счетчика соединен с третьим входом четвертого коммутатора.

5

0

5

0

i-г

zi-a

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для вычисления кода уровня контролируемой среды в криогенной, нефтехимической и других отраслях промышленности в качестве уровнемера жидких сред. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет учета изменения диэлектрической проницаемости измеряемой среды и определения неисправной секции датчика, а также повышение точности измерения. С этой целью в устройство, содержащее блок управления, два реверсивных счетчика,триггер, реверсивный счетчик числа заполненных секций, регистр числа заполненных секций, регистр кода уровня в секции, три коммутатора, управляемый формирователь частоты, блок памяти коэффициентов, введены пульт управления, шифратор, четвертый коммутатор, счетчик числа опрошенных секций, регистр числа опрошенных секций и регистр коэффициента. 3 ил. ъ

j

J2k

г

H(L)

/w//////w////

Фиг.1

H(L)

fmox -Zt

Фив. г

Заказ-4338

Тираж 704

ВПИИПИ Государственного комитета СССР

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

Подписное