Дискретный терморезисторный уровнемер Советский патент 1990 года по МПК G01F23/24 

Ј

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения уровня, например, криогенных жидкостей. Устройство содержит N терморезисторных датчиков уровня 1, N конденсаторов 2, образующих совместно с датчиками дифференцирующие цепи 3, генератор импульсов 4, N-1 элементов И 5, логическую схему 6, состоящую из N каналов, каждый из которых содержит одновибратор 7 и D-триггер 8. Выходы логической схемы соединены с N-канальным индикатором 9. В установившемся режиме работы горит светодиод, соответствующий уровню жидкости в емкости, при этом все датчики, находящиеся ниже уровня жидкости, кроме верхнего, отключены от генератора. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

сл VI

00

о

фиг.1

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в различных отраслях промышленности для измерения уровня преимущественно криогенных жидкостей.

Цель изобретения - повышение экономичности устройства путем уменьшения мощности, рассеиваемой в контролируемой среде.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - эпюры напряжений.

Устройство содержит п датчиков 1 уровня (1.1Л 1.2 1.п), установленных равномерно по высоте контролируемой емкости, п конденсаторов 2 (2.1, 2.2, ..,, 2.п), образующих совместно с датчиками 1 уровня дифференцирующие цепи 3 (3.1, 3.2, ..., З.п), генератор 4 импульсов, п-1 элементов И 5 (5.1, 5.2, .... 5.(п-1)), логическую схему 6, состоящую из п каналов 6.1, 6.2б.п, каждый из которых содержит одновибратор 7 и D-триггер 8, инверсный выход которого является выходом канала, вход одновибрато- ра 7 является входом канала, а выход одновибратора подключен к первому входу триггера 8, второй вход которого (счетный) является дополнительным входом логической схемы 6 и общим счетным входом для всех каналов. Выходы дифференцирующих цепей подключены к соответствующим входам логической схемы 6, выходы которой соединены с индикатором 9 уровня, а выход генератора 4 подключен к дополнительному входу логической схемы б, к входу дифференцирующей цепи З.п верхнего датчика 1.п уровня и к первым входам элементов И (5.1, 5.25.(п-1)), выходы которых соответственно подключены к входам остальных дифференцирующих цепей 3.1, 3.23.(n-1), a

вторые входы элементов И 5,1,5.25. (п-1)

соответственно соединены с выходами каналов логической схемы б, соответствующих датчику вышерасположенного уровня, т.е. к первому входу элемента И 5.1 подключен выход канала 6.2 и т.д., а к первому входу элемента И 5.(п-1)- выход канала б.п.

Индикатор 9 уровня может, например, состоять из п идентичных каналов, каждый из которых содержит последовательно включенные буферный формирователь 10, светодиод 11 и резистор 12, подключенный вторым выводом к источнику питания положительной полярности (не показан), причем входы буферных формирователей 10 являются входами индикатора 9 уровня.

Устройство работает следующим образом.

При подаче питания на уровнемер в момент времени ti (фиг. 2) триггеры 8 сбрасываются в нулевое состояние (устройство сброса не показано) и генератор 4 начинает генерировать прямоугольные импульсы длительностью tu (Фиг.2, Ui), поступающие

через первые входы элементов И 5.1, 5.2

непосредственно на дифференцирующую цепь З.п. Очевидно, что проходящий через дифференцирующую цепь импульс меняет свою форму в зависимости от значения постоянной времени цепи

,

где R - сопротивление датчика 1 уровня; С - емкость конденсатора 2. Необходимую форму импульса на выходе дифференцирующей цепи можно

получить, выбирая ее постоянную времени в соответствии с соотношением

Ј

Поскольку в реальных условиях на уро- вень выходного напряжения дифференцирующей цепи влияют паразитные элементы RC-цепи, а также сопротивление источника RU входного сигнала, то для скачка входного напряжения Um на выходе дифференци- рующей цепи напряжение равно

U/Vx -тп вых(1) - тч-T-R- е

C(RU+R). 0) Ru + R D

5 Таким образом, максимальное значение уровня выходного напряжения зависит от соотношения между сопротивлениями R и RU и при значительном уменьшении значения сопротивления R уровень выходного

Q напряжения также уменьшается. Кроме того, вследствие конечной длительности фронта входного напряжения из-за влияния паразитной выходной емкости генератора и паразитных емкостей дифференцирую5 щей цепи и кабеля длительность переднего фронта выходных импульсов увеличивается, что также приводит к уменьшению амплитуды.

Параметры дифференцирующих цепей

Q выбирают таким образом, что при нахождении в хладагенте датчиков уровня, когда значение их сопротивлений максимально, постоянные времени цепей соответственно равны

5ri «r2...«rn«ktu .

В случае нахождения датчиков уровня вне криогенной жидкости, например при выходе их из хладагента, или его отсутствии в резервуаре, где установлены датчики, их сопротивления минимальны, что приаодит к значительному уменьшению постоянных времени дифференцирующих цепей 3. Если выбрать значение

k 0,1-0,3

tu

для датчиков 1 уровня, находящихся в хладагенте, когда их сопротивление максимально, то очевидно, что при выходе датчиков уровня из криогенной жидкости согласно формулы (1) амплитуда выходного напряжения уменьшается практически до нуля, так как постоянные времени дифференцирующих цепей 3 при этом уменьшаются на несколько порядков.

Таким образом, если хладагент в резер- вуаре, где установлены датчики уровня, в период времени ti-ta (фиг. 2) отсутствует, то на выходах дифференцирующих цепей 3 напряжение практически равно нулю, а на выходах одновибраторов 7 логической схемы б сохраняются низкие уровни напряжений (в дальнейшем - уровень лог. О), при этом

триггеры 6.1, 6.2б.п, стробируемые по

заднему фронту импульсов, с выхода генератора 4 сохраняют на инверсных выходах логической схемы 6 уровни лог. 1, в результате чего свечение светодиодов 11.1, 11.211.п индикатора 9 уровня отсутствует.

При заливе хладагента в резервуар и погружении в момент времени датчика 1.1 уровня его сопротивление скачком увеличивается, постоянная времени дифференцирующей цепи 3.1 также увеличивается и становится равной п, в результате чего при поступлении на ее вход прямоугольных импульсов на выходе формируются разнопо- лярные импульсы, причем одновибратор 7.1 на каждый импульс положительной полярности (фиг. 2. Ui, U2, Us; ) формирует импульс длительностью tu to Т, в результате чего на инверсном выходе триггера

на втором входе элемента И 5.1 уровня О, препятствующего дальнейшему прохождению импульсов через дифференцирующую ,цепь 3.1 (фиг. 2, t3-t4). При поступлении очередного импульса по его заднему фронту опрокидывается триггер 8.1 и свето- диод 11.1 гаснет. В дальнейшем описанные процессы повторяются для всех остальных

погруженных в хладагент датчиков уровня, причем одновременное свечение светодиодов, например 11.1 и 11.2. в период времени ts-t4 T позволяет определять направление движения жидкости в закрытом резервуаре. Остальное время горит только один светодиод, соответствующий верхнему затопленному датчику уровня, т.е. уровню измеряемой жидкости.

При понижении уровня жидкости устройство работает аналогично. Допустим, что затоплены датчики 1.1 и 1.2. При этом согласно фиг. 2 на инверсном выходе триггера 8.2 присутствует уровень лог. О ( ts), запрещающий поступление импульсов с выхода генератора 4 на дифференцирующую цепь 3.1, а на втором входе элемента И 5.2 присутствует уровень лог. 1, разрешающий поступление импульсов на дифференцирующую цепь 3.2. При понижении уровня жидкости датчик 1.2 в некоторый момент времени оказывается в ее парах и его сопротивление резко падает, уменьшая тем самым постоянную времени дифференцирующей цепи 3.2. В результате выходное напряжение цепи 3.2 уменьшается практически до нуля и по заднему фронту выходного импульса генератора 4 триггер 8.2 устанавливается в состояние лог. О, при этом на его инверсном выходе устанавливается уровень лог. 1, разрешающий поступление импульсов с выхода генератора 4 через элемент И 5.1 на дифференцирующую цепь 3.1, а светодиод 11.2 гаснет. Поскольку датчик 1.1 в это время находится в жидкости, его сопротивление велико, на выходе дифференцирующей цепи 3.1 при поступлении очередного импульса с выхода генератора 4 присутствует знакопеременное напряжение и на инверсном выходе триггера 8.1 устанавливается уровень лог. О, зажигающий светодиод 11.1 При выходе из жидкости нижнего датчика 1.1 его сопротивление резко уменьшается, на инверсном выходе триггера 8.1 устанавливается уровень лог. 1 и светодиод 11.1 гаснет.

Введение в тепловой дискретный уровнемер п-1 элементов И, подключение их соответствующим образом к остальным элементам уровнемера и предлагаемое выполнение логической схемы позволяет отключать от генератора все датчики уровней, находящиеся ниже контролируемого уровня жидкости, кроме одного верхнего.

Формула изобретения

о

Ъ

N-1 конденсаторов, первые входы - к генератору импульсов, а второй вход каждого - к выходу канала логической схемы, соответствующего вышерасположенному датчику, при этом дополнительный вход каждого канала логической схемы подключен к генератору импульсов.

t