Дискретный уровнемер Советский патент 1989 года по МПК G01F23/24 

Xfl Х«7 Xgf Xf

А1 t1

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения уровня жидкости. Целью изобретения является расширение динамического диапазона за счет использования двоично-троичной системы кодирования. Дискретный уровнемер содержит чувствительный элемент 1, из

IS9

146

мерительные мосты 4, блоки формирования выходного сигнала. Чувствительный элемент осуществляет троичное кодирование уровня. Он выполнен из - пар распределенных резисторов, покрытых чередующимися участками изоляции, причем изоляционное покрытие i-й пары имеет сгруппированных в триады делений, и в каждой триаде первому делению соответствует неизолированный участок на обоих резисторах, второму делению соответствует неизолированный участок на первом резисторе и изолированный участок на JBTOpoM резисторе, третьему делению соответствует изолированный участок

1

Изобретение относится к измери- ,гельной технике и предназначено для измерения уровня жидкости.

Цель изобретения.- расширение ди- Намического диапазона за счет исполь- зования двоично-троичной системы кодирования,

На фиг. 1 представлена структур- йая схема одного из вариантов выпол- щ Кения дискретного уровнемера для троичных разрядов; на фиг, 2 - диаграмма сигналов, поясняющая его работу; на фиг, 3 и 4 - структурная схема выполнения блока формирования двонч 15 Но-троичного йода в двоичный код. Дискретный уровнемер-содержит контактный чувствительный элемент 1, образованный парами распределенйых резисторов . 2 и 3j., включенных в 20 мерительные мосты 4 в смежные плечи, ругие плечи которых образованы резисторами 5; и 6. Входы измерительных мостов соединены с выходом генератора переменного напряжения 7, а к 25 выходам мостов подключены блоки фор-, ирования выходного сигнала, каждый нз которых содержит два противофазно йключенных фазовых дискриминаторов о ii Другие входы фазовых дис- 30 криминаторов подключены к выходу ге- йератора 7. Пара распределенных резисторов 2.J и 3j , измерительный мост 4 и фазовые дискриминаторы 8; и 8 образуют измерительньй канал, соот- .

на первом резисторе и неизолированньй участок на втором резисторе. Резисторе каждой пары включены в смежные плечи измерительных мостов 4, выходы которых соединены с .блоками формирования выходного сигнала. Каждый блок формирования выходного сигнала состо ит из двух включенных противофазно фазовьпс детекторов 8, на выходах которых формируется двоично-троичный код уровня. Число п пар распределенных резисторов, измерительных мостов и блоков формирования выходного сигнала (пар фазовых дискриминаторов) равно числу разрядов троичного коца максимального уровня, , п. 4 ил.

ветствующий одному разряду троичного кода результата измерения уровня. При этом, один троичный разряд представлен двумя двоичными разрядами, образованными выходами X; и X,- фазовых дискриминаторов 8: и 8; ° Та- I о

КИМ образом в устройстве используется двоично-троичное представление промежуточного результата измерения.

Контактный чувствительньй элемент предназначенный для восприятия уровня контролируемой поверхности жидкости, выполнен из пар 2 и 3- распределенных резисторов, расположенных параллельно. На этих резисторах изоляцией нанесена троичная кодовая маска. Для этого из делений шкалы i-ro разряда образованы триады. .В каждой триаде участок, соответствующий первому делению, на резисто- раз 2; и 3 не изолирован; участок, соответствующий второму делению не изолирован на резисторе 2 и .изолирован на резисторе 3 ; участок соответствующий третьему делению, изоли- рован на резисторе 2; и не изолиро- ван на резисторе 3; , причем 1-

Изоляционное покрытие может быть выполнено полимером, лаком и пленкой окисла, т.е. таким материалом, который обеспечивает устойчивую работоспособность чувствительного элемента

14

в жидкости, уровень которой измеряется.

Измерительные мосты 4 предназначены для сравнения активных сопротивлений резисторов 2; и 3,- на пере менном токе.

Возможны три срстояния мостов, «соторым соответствуют формы и фазы сигналов на выходах мостов (фиг.2). В состоянии равновесия моста 4- (состояние О, отсутствие сигнала на выходе моста фиг.26) сопротивление распределенных резисторов 2; и 3 равны. В состоянии разбаланса мое- та 4, при котором сопротивление резистора 3; больше сопротивления резистора 2j (состояние 1 фиг. 26), сигнал на выходе моста состоит в про тивофазе с сигналом на входе моста (фиг. 2а). В состоянии разбаланса моста 4; , при котором сопротивление (резистора 2; больше сопротивления резистора 3. (состояние 2 фиг. 26), сигнал на выходе моста синфазен с входным сигналом (фиг.2а).

Фазовый дискриминатор 8,- предназначен для формирования выходного двоичного сигнала Xj , равного единице при состоянии 2 моста 4 , т.е. при наличии на выходе моста сигнала, синфазного с входным сигналом. Фазо- . вый дискриминатор 8; служит для формирования выходного двоичного сигнала Х , равного единице при состоянии 1 .моста 4, т.е. при наличии про- тивофазного сигнала на выходе моста. При равновесном состоянии моста 4- (состояние 0) -оба фазовых дискриминатора обеспечивают нулевые значения

ДВОИЧНЫХ сигналов X: и X. на вы-

О

ходах.

На фиг. 3 представлена структурная схема блока формирования выходного сигнала из двух фазовых дискриминаторов 8; , 8; , каждый из которых содержит по два усилителя 9, и 9 и по два ключа 10 и 10. Выходы из- мерительных мостов 4- соединены со входами усилителей 9, а выход генератора 7 подан на входы усилителей 9j, , которые включены разнополярно за счет заземления разных входов с целью противофазного включения фазовых дискриминаторов 8; и 8,- . Выходы усили-. телей 9 поданы на управляющие входы ключей 10. Ключи 10 нормально разомкнуты, кроме ключа 10, -в дискриминаторе 8,, который нормально замкнут.

Q 5

14

Ключи 10 срабатывают при поступлении на их управляющие входы положительного сигнала с выходов усилителей 9, которые содержат четное число каскадов усиления, и обеспечивают совпадение полярности входного и выходного сигналов. Ключи 10 соединены последовательно для передачи напряжения U соответствующего сигналу 1 на выходах Х; . При отсутствии сигнало на входах усилителей 9 сигналы Х- и Х, равны нулю. При наличии сигншта с выхода моста 4 на входе усилите- лей 9, и совпадении его фазы с фазой оигиапа от. генератора 7 на входе усилителя 9 замыкаются ключи 10, и 10 в дискриминаторе 8; , и сигнал на выходе Х- принимает значение 1 в каждом периоде питающего напряжения. Если сигналы с выхода мьста 4- и от - генератора 7 находятся в противофазе, то замкнутая цепочка из ключей 10, и 10J образуется в дискриминаторе 8, и сигнал на выходе Xj принимает значение 1 в каждом периоде питаю-

щего напряжения.

Таким образом, троичное состояние каждого из измерительных мостов кодируется двоично на выходах фазовых дискриминаторов. Двоично-троичный код результата измерения может быть использован для регистрации и для последующей обработки.

При необходимости двоичного представления результата .измерения в устройстве может быть использован, блок 10 преобразования двоично-троичного кода в двоичный. Этот блок может быть реализован любым известньм способом, поскольку его реализация не влияет на исполнение измерительных преобразователей.

ч. . ч

На фиг. 4 представлена структурная схема блока 10 в составе двоичного последовательного счетчика 11, двоично-троичного счетчика 12 с двоично-троичными разрядами 13 и триг- терами 14 и 15 в двоичных разрядах, блока 16 преобразования двухразрядного двоичного кода X; jX; в дополнительный код. Кроме тогчэ, блок 10 содержит вентили совпадения 17, вентили 1есовпадения 18, элементы сборки 19, генератор импульсов 20, триггер управления 21.

Работает устройство следующим образом.

514

Допустим, что уровень жидкости находится между 5 и 6.делением шкалы (. 1). При этом, в младшем 0-о разряде на границе раздела находится йзолированньй участок резистора 2 , в старшем первом разряде - изолированный участок резистора 3,. Резисторы, имеющие изолированные участки на граниде раздела, имеют большее со противление, дают разбаланс измери- Ггельных мостов, соответствующий сигналам троичного кода 12 TaKj как это (показано на фиг, 26. Эти сигналы поступают на фазовые дискриминаторы 8| |и 9;, преобразующие заданный фазами (сигналов троичный код в заданный уровнями сигналов двухразрядный дно- рчньш код Х;,Х; . Получим Х„.Х„Хд,Х рО 1 1 0. При наличии сигнала с триг Irepa управления 21 на вентили 17 и 18j блоков 16 двухразрядныё двоич- 1кые коды Х Х , преобразуются в дополнительные и переносятся в двоично гроичный счетчик 12. В счетчике.Т2 устанавливается состояние 1110.

При опросе устройства извне уста- 1НОВКОЙ в 1 триггера 21 сигналом от триггера управления 21 открываются вентили 17,, и импульсы от генера тора 20 поступают на входы счетчиков 11 и 12, Младший двоично-троичный разряд 13 счетчика 12 находится в Состоянии 10, формирует импульс переноса в следующий старший разряд после поступления двух импульсов и за счет обратной.связи устанавливается в состояние 01. Далее этот раз ряд формирует импульсы переноса через каждые три импульса. Старший первый -разряд счетчика 12 находится в состоянии 11 и формирует, импульс переноса-при поступлении первого импульса на его вход, т.е. с начала после пятого импульса. Этот импульс является сигналом переполнения счетчика 12, поступает на вход установки триггера управления 21 в О, сигналом от которого открываются вентили 1 7. и закрываются вентили 1 7х,.

прекращая подачу импульсОзз на вход

счетчиков 11 и 12. При этом, на входы обоих счетчиков поступило 5 импульсов, и в двоичном счетчике 11

Q 5 о 5

о

0

5

0

5

16

установится двоичный эквивалент числа PI дв, равный результату измерения уровня жидкости. Двоичный код результата подается на регистратор, индикатор или канал связи. Для получения .следующего отсчета при поступлении сигнала опроса извн.е на вход установки 1 триггера 21 вьща- ется сигнал на обнуление счетчика 11 и затем на заполнение счетчика 11 и 12.

Для нормального функционирования устройства необходимо, чтобы частота импульсов генератора 20 бьша в N раз выше частоты измерения,-где N - число делений шкалы.

Формула изобретения

Дискретный уровнемер, содержащий чувствительный элемент из пар распо- ложенных параллельно друг другу распределенных резисторов 5 покрытьгх чередующимися участками изоляции и вклю- ченных в смежные.плечи измерительных . мостов, входы которых соединены с выходом генератора переменного напряжения, выходы соединены с блоками формирования выходного сигнала, о т- личающийся тем, что с целью расширения динамического диапазона за счет использования двоично-тро-. ичной системы кодирования, изоляционное покрытие распределенных резисторов i-й пары имеет сгруппированных в триады делений, причем в каж- дои триаде первому делению соответствует неизолированный участок на обоих резисторйх, второму делению соответствует неизолированный участок на первом резисторе и изолированный участок на втором резисторе, третьему делению соответствует изолированный участок на первом резисторе и неизолированный участок на втором резисторе, каждый блок формирования выходного сигнала состоит из двух про- тивофазно включенных фазовых дискриминаторов, причем число пар распределенных резисторов, измерительных мостов и блоков формирования выходного сигнала равно числу разрядов троичного кода максимального уровня.

Фие.З

х;

if

С;:: Ж

-4.,L

ш

фи«. К