Дискретный уровнемер Советский патент 1992 года по МПК G01F23/26 

1

Изобретение относится к измери- , тельной технике, конкретнее - к приборам контроля состояния емкостных сигнализаторов.уровня, особенно сигнализаторов с малыми значениями рабо-. чих емкостей.

Целью изобретения является повышение чувствительности при одновремен- ном повышении надежности работы

На фиг. 1 приведен пример выполнения дискретного емкостного уровнемера с семью рабочими емкостными датчиками; на фиг. 2 - пример выполнения детектора состояния смежных

1

датчиков; на фиг. 3 - пример выполне - ния распределителя импульсов; на фиг. 4 - пример выполнения двух- позиционных ключей; на фиг. 5 - - пример выполнения генератора тактовых импульсов.

, Уровнемер содержит группу емкостных рабочих датчиков 1-7, компенсационный датчик 8, усилитель 9 заряда, инвертирующий усилитель 10, фильтр II нижних частот, нуль-орган 12, один вход которого подключен к выходу фильтра И нижних частот, другой вход - к источнику 13 опорного навдо4ь

О

жения, два элемента 14 и 15 задержки, включенные последовательно, детектор 16 состояния смежных датчиков, логический элемент И 17, счетчик 18 импульсов, выходной регистр 19, подключенный входами к выходам счетчика 18, распределитель 20 импульсов, двухпозиционные ключи 21-27, выходы которых подключены соответственно к входам рабочих датчиков 1-7, двух- позиционный ключ 28, выход которого подключен к входу компенсационного датчика 8, генератор 29 тактовых им10

дах. Распределитель 20 (фиг. 3) может быть выполнен на основе трехразрядного счетчика, содержащего последовательно соединенные триггеры со счетными входами 36, 37,38, и дешифратора из восьми логических элементов И-НЕ 39-46.

Двухпозиционные ключи 21-28 фиг.4) выполняются идентично и могут быть реализованы на двух К-МОП транзисторах 47, 48, из которых транзистор 47 открывается при низком уровне напряжения на входе и передает напряпульсов и источник 30 эталонного на- 15 жение источника 30 эталонного напря- пряжения. Выходы всех датчиков 1-8 жения на выход ключа, а транзистор 46 объединены и подключены к входу усилителя 9 заряда. Инвертирующий усилитель 10 включен между выходом усилителя 9 заряда и фильтром 11 нижних частот. Выход нуль-органа 12 подключен к информационному входу детектора 16 состояния смежных датчиков, выход которого соединен с одним из входов элемента И 17 и управляющим входом регистра 19. Второй вход элемента И 17 подключен к выходу элемента 15 задержки, а выход элемента И 7 подключен к входу счетчика 18. Элементы 14 и 15 задержки служат для. за- 30 ра триггеров D-типа, аналогично эле- держки во времени тактовых импульсов ментам 564 ИЕ, 564РЕ. генератора 29, чтобы исключить возможное совпадение по фронтам нескольких управляющих сигналов приводящее к сбоям в работе прибора Выход элемента 14 задержки подключен к тактовому входу детектора 16 состояния смежных датчиков, выход элемента 15 задержки - к одному из входов логического элемента И 17. Один вход клю- до временно импульсы генератора 29 в чей 21-28 соединен с общей шиной, прямом виде поступают на вход ключа другой вход - с источником 30 эталонного напряжения. Дополнительный выход распределителя 20 соединен с вхооткрывается при высоком уровне напряжения на входе и подключает выход ключа к общей шине с нулевым потен20 циалом.

Генератор 29 тактовых импульсов должен обеспечивать формирование прямоугольных импульсов. Вариант кон-; кретноТо выполнения генератора 29,

25 приведенный на фиг.5, выполнен на основе трех логических элементов И-НЕ 49,50,51. Двоичный счетчик 18 и регистр 19 могут быть выполнены различным образом, например на основе набоУровнемер работает следующим образом.

Импульсы тактового генератора 29 25 поступают на вход распределителя 20 импульсов, где они в инверсном виде поочередно появляются на выходах распределителя 20, и поступают на Р.ХОДЫ двухпозиционных ключей 21-27, Одно28. При этом каждому импульсу на выходе ключа 28 соответствует импульс на одном из выходов ключей 21-27,

дами установки в исходное состояние 45 образующихся подключением к выходу детектора 16 состояния смежных датчи- ключей 21-28 общей шины при высоком ков и счетчика 18. Детектор 16 состояния смежных датчиков предназначен для выделения двух первых датчиков,

имеющих состояние сухой после датчиков, имеющих состояние мокрый. Детектор 16 (фиг.2) выполнен на основе двух D-триргеров 31 и 32, включенных последовательно и образующих регистр сдвига на два разряда, RS- триггера 33, логических элементов И 34 и инвертора 35, Распределитель 20 импупьсов служит для поочередного формирования импульсов на его выхо50

55

потенциале на управляющем входе ключей 21-28, или напряжение от источника 30 при низком уровне напряжения на их входах. Так как распределитель 20 инвертирует импульсы генератора 29, то импульсы на выходе ключа 28 и выходах ключей 21-27 имеют прямо противоположные фазы.

Таким образом, на каждый импульс опроса датчиков 1-7, формируемых ключами 21-27, на компенсационный датчик 8 поступает инверсный импульс опроса, формируемый ключом 28.

жение источника 30 эталонного напря- жения на выход ключа, а транзистор 46 ра триггеров D-типа, аналогично эле- ментам 564 ИЕ, 564РЕ. временно импульсы генератора 29 в прямом виде поступают на вход ключа

открывается при высоком уровне напряжения на входе и подключает выход ключа к общей шине с нулевым потенциалом.

Генератор 29 тактовых импульсов должен обеспечивать формирование прямоугольных импульсов. Вариант кон-; кретноТо выполнения генератора 29,

приведенный на фиг.5, выполнен на основе трех логических элементов И-НЕ 49,50,51. Двоичный счетчик 18 и регистр 19 могут быть выполнены различным образом, например на основе набожение источника 30 эталонного напря- жения на выход ключа, а транзистор 46 ра триггеров D-типа, аналогично эле- ментам 564 ИЕ, 564РЕ. временно импульсы генератора 29 в прямом виде поступают на вход ключа

Уровнемер работает следующим образом.

Импульсы тактового генератора 29 поступают на вход распределителя 20 импульсов, где они в инверсном виде поочередно появляются на выходах распределителя 20, и поступают на Р.ХОДЫ двухпозиционных ключей 21-27, Одножение источника 30 эталонного напря- жения на выход ключа, а транзистор 46 ра триггеров D-типа, аналогично эле- ментам 564 ИЕ, 564РЕ. временно импульсы генератора 29 в прямом виде поступают на вход ключа

28. При этом каждому импульсу на выходе ключа 28 соответствует импульс на одном из выходов ключей 21-27,

образующихся подключением к выходу ключей 21-28 общей шины при высоком

потенциале на управляющем входе ключей 21-28, или напряжение от источника 30 при низком уровне напряжения на их входах. Так как распределитель 20 инвертирует импульсы генератора 29, то импульсы на выходе ключа 28 и выходах ключей 21-27 имеют прямо противоположные фазы.

Таким образом, на каждый импульс опроса датчиков 1-7, формируемых ключами 21-27, на компенсационный датчик 8 поступает инверсный импульс опроса, формируемый ключом 28.

При каждом импульсе опроса на входе усилителя 9 заряда происходит сложение зарядов, поступающих через емкость опрашиваемого датчика, например датчика 1, и через емкость компенсационного датчика 8.

Если емкости рабочих датчиков 1-7 равны емкости компенсационного датчика 8, что соответствует состоянию сухой датчиков, то суммарный заряд на входе усилителя 9 заряда не изменяется и потенциал на выходе усилителя 9 заряда практически не меняется. Если же емкость рабочего датчика, например датчика 1, в момент его опг роса -имеет большую величину, чем емкость компенсационного датчика 8, что соответствует состоянию мокрый дат770466

ционный вход детектора 16 состояния смежных датчиков, устанавливаемый перед каждым циклом опроса датчиков 1-7 в исходное состояние импульсным сигналом с дополнительного восьмого выхода распределителя 20 одновременно с установкой в исходное состояние счетчика 18 импульсов. В каждом цикЮ ле опроса детектор состояния смежны- датчиков при установке его в исхоч е состояние формирует на своем в1 ,ч высокий уровень напряжения. -код с высокого уровня напряже . на низ15 кий происходит лишь в том случае, если на его информационный вход при поступлении двух смежных во времени тактовых импульсов, поступающих на детектор 16 через элемент 14 задерж

Изобретение относится к технике измерений уровня посредством емкостных датчиков. Уравнемер состоит из нескольких разнесенных по высоте рабочих датчиков 1-7 и компенсационного датчика 8, Первая обкладка рабочих датчиков соединена с выходом ключей 21-27. Вторые обкладки рабочих датчиков соединены общей шиной , которая через обкладки компенсационного датчика 8 соединена с выходом ключа 28. Ключ 28 соединен с выходом генератора 20 импульсов прямо, а ключи 21-27 соединены через распределитель 20 импульсов с инверсным выходом. К общей шине последовательно подсоединены усилитель 9 заряда, инвертирующий усилитель 10, фильтр 1 нижних частот I нуль-орган 12. Детектор 16 состояния смежных датчиков предназначен для выделения пары датчиков, t первый из которых имеет состояние мокрый, а второй в паре - сухой ; Наличие в схеме элементов 14, 15 задержки, элемента И 17 и счетчика 18 обеспечивает запись двоичного кода в регистре 19. Этот код соответствует номеру первого свободного от жидкости датчика. При этом номер ближайшего к границе уровня датчика, заполненного жидкостью, будет на единицу меньше. 5 ил.°

чика 1, то на вход усилителя 9 заряда 20 ки, сигнал нуль-органом 12 не форми- поступает заряд большей величины, руется. Это обеспечивает выделение чем в случае равенства емкостей опра- границы раздела сред ( уровня жидкости) по первым двум смежным датчикам, не заполненным жидкостью. Одновременшиваемого и компенсационного датчиков. Этот дополнительный заряд преобразуется в импульс напряжения усилителем 9 заряда, инвертируется усилителем 10 и через фильтр 11 нижних частот поступает на вход нуль-органа 12. В случае опроса мокрого датчика импульс на входе нуль-органа 12 превышает уровень отсечки, задаваемый источником I2 опорного на-. пряжения, и нуль-орган 12 срабатывает. В случае опроса сухого датчика

ти) по первым двум смежным датчикам, не заполненным жидкостью. Одновремен25 но обеспечивается повышение надежности выделения уровня раздела сред при возможных на практике случаях выхода из строя датчиков, расположенных внутри резервуара и не поддающихся

30 ремонту, или дефектах в кабельной линии от одного из датчиков, трудно устранимых во время проведения экспериментов, и т.д.

При высоком уровне напряжения на

срабатывания нуль-органа J2 не проис- 35 выходе детектора 16 тактовые импульсы, поступающие через элементы 14 и 15 задержки, проходят через элемент И 17 на вход счетчика 18. Когда низкий уровень напряжения с выхода де- 40 тектора 16 запретит прохождение тактовых импульсов через элемент И 17

ходит. Когда все рабочие датчики 1-7 находятся в состоянии сухой, то на выходе нуль-органа I2 сигналы отсутствуют.При заполненном жидкостью датчике I в момент его опроса на выходе нуль-органа 12 формируется импульсный сигнал. В каждом цикле опрос а, состоящем из опроса датчиков от первого до последнего, в момент опроса

на вход счетчика 18, то в счетчике 18 зафиксируется двоичный код, который переписывается в выходной регистр 19.

первого датчика на выходе нуль-орга- 45 Код, хранящийся в любой момент в рена. 12 формируется импульсный сигнал, а в моменты опроса остальных датчиков сигнал отсутствует. При заполнении датчиков I и 2 жидкостью в каждом цикле опроса сигнал на выходе нуль-органа 12 формируется два раза в момент опроса первого и второго датчиков 1,2. При заполнении жидкостью датчиков 1,2,3 в каждом цикле опроса импульсы на выходе нуль-органа 12 появляются соответственно в моменты опроса датчиков 1,2,3 и т.д. Указанные последовательности импульсных сигналов поступают на информагистре 19, соответствует номеру пер- вого свободного от жидкости датчика. Номер последнего датчика, заполненного жидкостью, в данном случае будет 50 на единицу меньше.

Формула изобретения

Дискретный уровнемер, содержащий 55 емкостные рабочие чувствительные элементы, обкладки которых размещены . в пределах контролируемого уровня жидкости в сосуде, последовательно соединенные инвертирующий усилитель

ки, сигнал нуль-органом 12 не форми- руется. Это обеспечивает выделение границы раздела сред ( уровня жидкости) по первым двум смежным датчикам, не заполненным жидкостью. Одновременно обеспечивается повышение надежности выделения уровня раздела сред при возможных на практике случаях выхода из строя датчиков, расположенных внутри резервуара и не поддающихся

ремонту, или дефектах в кабельной линии от одного из датчиков, трудно устранимых во время проведения экспериментов, и т.д.

на вход счетчика 18, то в счетчике 18 зафиксируется двоичный код, который переписывается в выходной регистр 19.

гистре 19, соответствует номеру пер- вого свободного от жидкости датчика. Номер последнего датчика, заполненного жидкостью, в данном случае будет на единицу меньше.

Формула изобретения

Дискретный уровнемер, содержащий емкостные рабочие чувствительные элементы, обкладки которых размещены . в пределах контролируемого уровня жидкости в сосуде, последовательно соединенные инвертирующий усилитель

LfiEPaJ5 ii..., Т±4Г

нН«

Q&t/e. V

30V|