Преобразователь перемещения в код Советский патент 1989 года по МПК H03M1/24 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в различных устройствах дпя Измерения и регистрации перемещений, в том числе в уровнемерах жидкостей.

Целью изобретения является повьше- ние надежности, расширение области

применения и расширение функциональных возможностей за счет обеспечения контроля работоспособности преобразо- вателя.

На фиг. 1 приведена функциональная схема преобразователя; на фиг.2 - схема датчика перемещений; на фиг.З

временные диаграммы, поясняющие работу датчика перемещений.

Преобразователь содержит генератор 1 синусоидальных напряжений, датчик 2 :реремещений, металлический поплавок 3, коммутатор 4, формирователь 5 импульсов, формирователь 6 кода j уровня, формирователь 7 кода перемещений, блок 8 диагностики, блок 9 управнения, блок 10 контроля аварийных ситуаций и металлический поплавок 11.

Формирователь 6 кода уровня содержит элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ШШ 12 и блок 13 триггеров.

Формирователь 7 кода перемещения содержит преобразователь 14 кодов, регистры 15 и 16, сумматор 17, выходы 18 формирователя 7 кода перемещений являются информа ционными выходами преобразователя.

Датчик 2 перемещений (фиг. 2) может быть выполнен в виде немагнитной трубы (не показана), на которой расположены катушки 19-30 индуктивности

Блок 8 диагностики содержит кон- I денсатор 31, резистор 32, переключа- Iтель 33 режима и элемент ИПИ-НЕ 34.

Блок 9 управления содержит счетчики 35 и 36, блок 37 элементов ИСКЛЮ- ЧАЮЩЕЕ ИЛИ, блок 38 элементов НЕ, элементы ШШ-НЕ 39 и 40, элемент НЕ 41, пороговый элемент 42 и элемент ИПЧ-НЕ 43.

Блок 10 контроля аварийных ситуа- ; ций содержит пороговое устройство 44 триггер 45 и элемент ИЛИ-НЕ 46.

Катушки 19-30 индуктивности (фиг. 2) датчика 2 перемещений расположены на трубе на одинаковом расстоя I НИИ и соединены попарно-последовательно, а пары - параллельно. Для контроля предельного уровня в датчике 2 пе- ремещений используется пара катушек 29 и 30 индуктивности, расположенных в предельной части резервуара.

Преобразователь перемещения в код работает следующим образом.

В режиме Работа переключатель 33 режима установлен в положение Рабо- та. Выходной сигнал катушек 19-28 индуктивности формируется за счет взаимодействия с перемещающимся металлическим поплавком 3, отслеживающим уровень жидкости. При отсутствии металлического попл-авка 3 в зоне действия электромагнитного поля пары кат Ушек 19-28 индуктивности амплитуда выходного сигнала равна нулю

5

0

5

0

зо

.

5

45

50

55

а при взаимодействии будут колебания. Причем в зависимости от того, поле какой катушки 19-28 индуктивности пересекает металлический поплавок 3, фаза сигнала на выходах датчика 2 перемещений принимает значение О или 180° относительно опорной (фиг. За). Поскольку металлический поплавок. 3 может перекрыть по длине одну или частично две катушки 19-28 индуктивности, то в определенный момент времени сигнал выделяется только на одном либо на двух выходах датчика 2 перемещений одновременно. Комбинация сигналов различной амплитуды и фаза на выходах датчика 2 перемещений определяет положение металлического поплавка 3 относительно катушек 19-28 индуктивности. При достижении металлическим поплавком 3 девятнадцатого уровня дальнейшее перемещение его вверх ограничено фиксатором, т.е. он достиг максимального измеряемого уровня и находится в зоне действия электромагнитного поля катушки 28 индуктивности датчика 2 перемещений (фиг.36). Катушки 29 и 30 индуктивности датчика 2 перемещений расположены вьшге катушек 19-28 индуктивности, т.е. в зоне предельного уровня. Выходной сигнал катушек 29 и 30 индуктивности формируется за счет взаимодействия перемещающегося поплавка 11, отслеживающего предельный уровень жидкости. Металлический поплавок 11 зафиксирован в зоне действия электромагнитного поля катушки 29 индуктивности датчика 2 перемещений и может перекрыть по длине только катушку 29 индуктивности или только катушку 30 индуктивности. В исходном состоянии на первом, и шестом выходах датчика 2 перемещений сигнал имеет фазу 0 относительно опорной (соответственно фиг. Зб, ж) - первый уровень отсчета. При появлении на втором выходе датчика 2 перемещений сигнала с фазой 180° (фиг. Зв) относительно опорной имеем второй уровень отсчета, т.е. когда одновременно присутствуют сигналы на первом выходе датчика 2 перемещений с фазой О (фиг. Зб), втором выходе с фазой 180° (фиг. Зв) и на шестом выходе с фазой о (фиг. Зж). Третьему уровню отсчета соответствует сигнал на втором выходе с фазой 180° и шестом выходе с фазой О, четвертому уровню - сигнал на втором выходе с фазой 180 (фиг. Зв) ,

сигнал на третьем выходе с фазой 0° (фиг, Зг) и сигнал на шестом выходе с фазой 0° (фиг. Зж) и т.д.

С выхода генератора 1 синусоидаль- .ных напряжений сигналы с фазой 0° (опорное) и 180 поступают на входы датчика 2 перемещений (фиг. 2), а опорный (фиг. За) - на вход формирователя 5 импульсов. Использование фазы Q сигналов повьшает точность отсчета и уменьшает количество выходов датчика 2 перемещений, необходимых для отсчета дискретных уровней. Выходы датчика 2 перемещений соединены с вхо- t5 дами коммутатора 4 так, что для уровней 1...9 (фиг. 3) сигналы, синфазные с опорным напряжением, имеются только на нечетных входах коммутатора 4, а для уровней 10...19 - на чет- 20 ных. С прямого выхода формирователя 5 опорные импульсы поступают на D-вход одного из триггеров блока 13 и D-вход триггера 45. С инверсного выхода формирователя 5 импульсы поступают на вход элемента 1ШИ-НЕ 34 и на счетный вход счетчика 36, с выхода которого информация в двоичном коде (причем младший разряд прямо, а остальные через блок 37 элементов ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ и блок 38 элементов НЕ) поступает на управляющие входы коммутатора 4 и соответствующий вход коммутируется на выход. Каждым восьмым импульсом счетчика 36 через один из элементов блока 37 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и один из элементов блока 38 элементов НЕ сбрасывается в исходное состояние, завершая цикл опроса входов коммутатора 4. С выхода коммутатора 4 сигнал поступает на вход порогового элемента 42, где сравнивается с заданным уровнем. На его выходе появляется импульс, который через элемент

нальное назначение блока 13 триггеров - буферная память кода коммутируемого входа коммутатора 4 и кода фазы сигнала. Сигнал с фазой О (опорная) кодируется уровнем логической 1, а с фазой уровнем логического О.

Элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12 формирует бит признака положения металлического поплавка 3, который принимает значение логического О в пределах 1...9 уровней, а логической 1 - в остальных. Такое кодирование достигается за счет того, что при нахождении метсшлического поплавка 3 в пределах 1...9 уровней сигнал с фазой 0° появляется только на нечетных входах коммутатора и на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12 в это время имеется уровень логического О. В пределах остальных уровней сигнал с фазой О имеется только на четных входах коммутатора 4, на выходе элемента 25 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12 - уровень логической 1. Бит признака положения мег- таллического поплавка 3 позволяет ; увеличить количество измеренных дискретных отсчетов. В течение одного цикла опроса на выходе порогового элемента 42 могут появиться три либо два импульса (сигналы на трех или двух выходах датчика 2 перемещений). При появлении кода 000 на выходе счетчика 36 (коммутируется шестой выход датчика 2 перемещений) на выходе элемента 1ШИ-НЕ 40 присутствует уровень логической 1, который блокирует прохождение через элемент 1ШИ-НЕ 39 и1-тульса с выхода порогового элемента 42, а через элементы НЕ 41 и элемент ИЛИ-НЕ 46 разрешает его прохождение на С-вход триггера 45. Таким образом, на выходе элемента ИЛИ30

35

40

ИЛИ-НЕ 39 поступает на С-входы В-триг- НЕ 39 присутствуют два или один им- геров блока 13 и на информационный пульс. В первом случае соответствую- вход счетчика 35, которьй считает щий код с выхода формирователя 6 кода

уровня записывается в регистры 15 и 16, во втором случае - в регистр 15, а в следующем цикле - в регистр 16. С выходов регистров 15 и 16 код поступает на входы сумматора 17. На его выходах формируется код уровня, отличающийся от двоичного, поэтому он преобразуется в двоичный. Преобразователь 14 кодов представляет собой постоянное запоминакядее устройство. С выхода сумматора 17 код уровня ступает на адресные входы преобразовапо модулю два и производит запись кода в регистры 15 или 16. При появлении кода 000 на выходе счетчика 36 и уровня логического О на первом выходе счетчика 35 на выходе элемента ШШ-НЕ 43 появляется сигнал, который устанавливает счетчик 35 в нуле- вор состояние. С выхода счетчика 36 двоичный код поступает младший разряд прямо, а остапьньш через блок 37 элет- ментов ИСКЛЮЧЛКЩЕЕ ИЛИ и блок 38 на D-входы триггеров блока 13. ФункциоQ5 0

нальное назначение блока 13 триггеров - буферная память кода коммутируемого входа коммутатора 4 и кода фазы сигнала. Сигнал с фазой О (опорная) кодируется уровнем логической 1, а с фазой уровнем логического О.

Элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12 формирует бит признака положения металлического поплавка 3, который принимает значение логического О в пределах 1...9 уровней, а логической 1 - в остальных. Такое кодирование достигается за счет того, что при нахождении метсшлического поплавка 3 в пределах 1...9 уровней сигнал с фазой 0° появляется только на нечетных входах коммутатора и на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12 в это время имеется уровень логического О. В пределах остальных уровней сигнал с фазой О имеется только на четных входах коммутатора 4, на выходе элемента 5 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12 - уровень логической 1. Бит признака положения мег- таллического поплавка 3 позволяет ; увеличить количество измеренных дискретных отсчетов. В течение одного цикла опроса на выходе порогового элемента 42 могут появиться три либо два импульса (сигналы на трех или двух выходах датчика 2 перемещений). При появлении кода 000 на выходе счетчика 36 (коммутируется шестой выход датчика 2 перемещений) на выходе элемента 1ШИ-НЕ 40 присутствует уровень логической 1, который блокирует прохождение через элемент 1ШИ-НЕ 39 и1-тульса с выхода порогового элемента 42, а через элементы НЕ 41 и элемент ИЛИ-НЕ 46 разрешает его прохождение на С-вход триггера 45. Таким образом, на выходе элемента ИЛИ0

5

0

НЕ 39 присутствуют два или один им- пульс. В первом случае соответствую- щий код с выхода формирователя 6 кода

уровня записывается в регистры 15 и 16, во втором случае - в регистр 15, а в следующем цикле - в регистр 16. С выходов регистров 15 и 16 код поступает на входы сумматора 17. На его выходах формируется код уровня, отличающийся от двоичного, поэтому он преобразуется в двоичный. Преобразователь 14 кодов представляет собой постоянное запоминакядее устройство. С выхода сумматора 17 код уровня ступает на адресные входы преобразова еля 14, в ячейках которого записак Двоичный или двоично-десятичный код ifpoBHH. Второй металлический поплавок

1 зафиксирован в зоне действия элект гомагнитного поля катушки 29 индуктивности датчика 2 перемещений и на его шестом выходе сигнал имеет фазу

(фиг. Зж), Поэтому с приходом им- хульса на С-вход триггера 45 на его )-входе имеется уровень логической 1, а на инверсном выходе - уровень

югического О . При достижении ме- аллическим поплавком 11 зоны дейст- 5ИЯ электромагнитного поля катушки 30 1НДУКТИВНОСТИ датчика 2 перемещений la его шестом выходе фаза будет 5тносительно опорной и с приходом им- хульса на С-вход триггера 45 на его )-входе имеется уровень логического О, а на инверсном выходе - уровень югической 1, жидкость достигла пре вльнoгo уровня, т.е. предельного ко- la (фиг. Зи, перелив).

При нормальной работе преобразователя в каждом цикле опроса датчика 2 херемещений на выходе коммутатора 4 имеются два или три информационных сигнала в зависимости от того, поле |саких катушек 19-30 пересекает ме- аллический поплавок 3. Каждый из сигналов по длительности приблизительно равен одному периоду колеба- :шй-генератора 1. Амплитуда этих сиг- :ianoB примерно на порядок меньше опор юго напряжения (Uon компаратора по- iJoroBoro устройства 44, т.е. разность :зходных сигналов меньше срабатывания сомпаратора. Поэтому на его выходе Имеется уровень логической 1. При Ъбрыве, например, катушки .19 индуктив Вости происходит разбаланс пары кату- Щек 19, 28 индуктивности и напряжение Jja выходе 1 датчика 2 перемещения приблизительно равно выходному напряжению генератора 1. В каждом цикле опро ра датчика 2 перемещения один период 1ЭТОГО напряжения коммутируется на вы- сод коммутатора 4 и поступает на. вход Порогового устройства 44. Выпрямленное и отфильтрованное напряжение поступает на вход компаратора и оно больше опорного. Компаратор переключается и на его выходе имеется уро-.

Эень логического О .

При коротком замыкании, например, сатушки 19 индуктивности происходит (также разбаланс пары катушек 19, 28 индуктивности и напряжение на первом

o

выходе датчика 2 приблизительно равно выходному напряжению генератора 1. Далее работа порогового устройства 44 проходит так же, как и при обрыве катушки 19 индуктивности. Аналогично пороговое устройство 44 работает при обрыве или коротком замыкании любой катушки датчика 2 перемещений.

В режиме Контроль (диагностика) переключатель 33 установлен в положение Контроль. При.появлении уровня логического О на выходе старшего разряда сяетчика 36 на выходе одного из инверторов .блока 38 имеется уро-

-вень логической 1, который устанавли- счетчик 36 в нулевое состояние. По этому на выходах двух других инверторов блока 38 также уровень логичес20 кой Г

, и, следовательно, седьмой

5

0

О

5

5

5

0

вход Koi-tMyTaTopa 4 постоянно коммутируется на выход.

Так как на втором входе элемента ИЛИ-НЕ 34 имеется уровень логического О, то каждый такт на его выхо- де, а следовательно, и на седьмом выходе коммутатора 4 имеются импульсы, длительность и амплитуда которых формируются конденсатором 31 и резистором 32.

Формула 5-1эобретения

1. Преобразователь перемещения в код, содержащий генератор синусоидальных напряжений, первый выход которого соединен с первым входом датчика перемещений, против которого расположен первый металлический поплавок, а второй - с входом формирователя импульсов и с вторым входом датчика 1аеремещенкЙ9 выходь; которого соединены с группой информационных входов коммутатора, выход которого соединен с информационным входом блока управлзния, информационные выходы которого соединены с управляющими входами коммутатора и группой икформаци- онных входов формирователя кода уровня j первый и второй управляющие выходы - с первым и вторым управляющими входами формирователя кода перемещения, тактовЕой выход соединен с тактовым вх.одом формирователя кода уров- нйу выходы которого .соединены с ин- фЬрм.ационными входами формирователя кода перемещения, выходы которого являются информационными выходами пре- . ебразователя, первый выход формирователя импульсов соединен с информационным входом формирователя- кода уровня, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, расширения области применения и расширения функциональных возможностей за счет обеспечения контроля работоспособности преобразователя, в него введены блок диагностики, блок контроля аварийных ситуаций и второй металлический поплавок, расположенный в предельной зоне датчика перемещения, ервый выход формирователя импульсов соединен с первым входом блока контоля аварийных ситуаций, выходы которого являются аварийными выходами реобразователя, выход коммутатора соединен с вторым входом блока контроля аварийных ситуаций, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к третьему и четвертоу управляющим выходам блока управления , второй выход формирователя импульсов соединен с первым управляюим входом блока управления и с входом блока диагностики, первый выход которого соединен с вторым управляю- цим входом блока управления, а второй выход с информационным входом коммутатора.

2. Пр еобразователь по п. 1, о т - личающийся тем, что блок управления содержит пороговый элемент, первый, второй и третий элементы ШШ-НЕ, элемент НЕ, первый и второй дчетчики, блок элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, блок элементов НЕ, вход порогового элемента является информационным входом блока управления, а выход является третьим управляющим выходом блока управления и соединен .с первым входом первого элемента ШШ-НЕ, выход которого является тактовым выходом блока управления и соединен со счетным входом первого счет чйка, первый выход которого является первым управлякяцим выходом блока управления и соединен с первым входом второго элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с входом обнуления первого счетчика, второй выход которого является вторым управляющим выходом блока управления, счетный вход второго счетчика является первым управляю

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

щим В Ходом блока управления, а выходы, кроме ВЕлхода хадшего разряда, соединены с первой группой входов блока элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ Ш1И, вторая .группа входов которого объединена и является вторым управляющим входом блока управления, а выходы соединены с соответствующими входами блока элементов НЕ, выход старшего разряда которого соединен с входом обнуления второго счетчика, выход младшего разряда которого и выходы остальных разрядов блока элементов НЕ являются информационными выходами блока управления и соединены с остальными входами второго элемента ИЛИ-НЕ и с входами третьего элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с вторым входом первого элементаИЛИ-НЕ и с входом элемента НЕ, выход которого является четвертым управляющим выходом блока управления.

3.Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что блок диагностики содержит переключатель, конденсатор,- резистор и элемент ИЛИ-НЕ, первый вход которого является входом блока диагностики , а выход соединен

с первым выводом конденсатора, второй вывод которого соединен с первым выводом резисторз и является вторым выходом блока, первый вход переключателя соединен с шиной логической единицы, второй вход подключен к второму выводу резистора и к шине общего потенциала, а выход соединен с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ и является первым выходом блока диагностики.

4.Преобразователь по п. 1, о т - личающийся тем, что блок контроля аварийных ситуаций содержит пороговое устройство, триггер и элемент Ш1И-НЕ, первый и второй входы которого являются третьим и четвертым входами блока контроля аварийных ситуаций, а выход соединен с первым входом триггера, второй вход которого является первым входом блока контроля аварийных ситуаций, вход порогового устройства является вторьм входом блока контроля аварийных ситуаций, выход порогового устройства и выход триггера являются выходами блока -:-- контроля аварийных ситуаций.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в различных устройствах для измерения и регистрации перемещений, в том числе в уровнемерах жидкостей. Целью изобретения является повышение надежности и расширение области применения преобразователя перемещения в код. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь перемешения в код, содержащий генератор синусоидальных напряжений, датчик перемещений, первый металлический поплавок, коммутатор, формирователь импульсов, формирователь кода уровня, формирователь кода перемещений и блок управления, дополнительно введены второй металлический поплавок, блок диагностики и блок контроля аварийных ситуаций. Второй металлический поплавок расположен в зоне предельных перемещений. Информация, поступающая с выходом формирователя кода перемещения, является информацией о перемещении или положении первого металлического поплавка. Информация о достижении критического уровня образуется при помощи второго металлического поплавка и снимается с первого выхода блока контроляаварийных ситуаций, с второго выхода которого снимается информация о работоспособности датчика перемещений. Блок диагностики позволяет осуществлять работу преобразователя в двух режимах:"работа" и "контроль". В режиме "работа" преобразователь измеряет перемещения первого металлического поплавка относительно датчика перемещений, а в режиме "контроль" проверяется работоспособность преобразователя без датчика перемещений и металлических поплавков. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Выход ВыходZ Выход3 Выход )(od5 Выход6

Фце.2

.5 б

г

1 г 3 5 6 7 в 3 Ш 77 72/5 / 75 JS Л 18 J9 Пере/(ц8

фиг. J