Устройство для измерения уровня жидкости в баке с осевой мешалкой Советский патент 1991 года по МПК G01F23/284 

Изобретение относится к автоматическим средствам измерения и может быть использовано в системах контроля и управления технологическими процессами.

Цель изобретения - упрощение совместимости чувствительною элемента с объектом контроля и расширение области применения по контролируемам средам.

На фиг 1 показана блок-схема устройства для измерения уровня жидкости в емкостях с осевой мешалкой, на фиг.2 - временная диаграмма его работы

Устройство содержит последовательно соединенные генератор прямоугольных импульсов 1, формирователь 2 треугольных импульсов, элемент 3 выборки-хранения, перестраиваемый генератор 4 высокой частоты, смеситель 5, ко второму входу KOfopo- го подключен высокочастотный генератор б Фиксированной частоты, усилитель 7, полосовой фильтр 8, линия 9 связи, элемент 10 возбуждения, отрезок длинной линии образуемый осевой мешалкой 11 и стенкой емкости 12, элемент 13 сьема сигнала, линии 14 связи, амплитудный детектор 15, усилитель 16, пиковый детектор 17, компаратор 18, D-триггер 19, элемент20 выборки-хранения, разностный усилитель 21, пиковый детектор 22, компаратор 23, схему И-НЕ 24. О-триггер 25, блок цифровой индикации 26, при этом выходы генератора 1 прямоугольных импульсов, полосового фильтра 8 и D- триггера 25 соединены с тремя входами блока 26 цифровой индикации, выход усилителя 16 соединен со вторым входами компаратора 18, элемента выборки-хранения 20 и разностного усилителя 21, выход которого соединен со вторым входом компаратора 23, ко второму входу схемы И-НЕ 24 подключен выход компаратора 18, элемент 20 выборки-хранения, управляющий выход цифрового блока 26 индикации подключен ко входам сброса пиковых детекторов 17 и 22 и D-триггеров 19 и 25.

Устройство работает следующим образом.

С выхода генератора 1 прямоугольных импульсов импульсы (фиг.2а) поступают на вход формирователя 2 треугольных импульсов, который преобразует прямоугольные импульсы в симметричные треугольные импульсы (фиг. 26). Линейно изменяющийся сигнал через элемент 3 выборки-хранения поступает на вход высокочастотного перестраиваемого генератора 4 (фиг. 2в). На выходе генератора 4 возникают электромагнитные колебания с частотой, являющейся функцией управляющего напряжения, которые смешиваются в смеси- геле 5 с высокочастотными колебаниями

генератора 6 фиксированной частоты, усиливаются в усилителе 7 фильтруются в полосовом фильтре 8 так, что по линии 9 связи на элемент 10 возбуждения подается сигнал

с частотой, равной разности частот генераторов 4 и 6. Такая схема включения при соответствующем выборе частот генерато- . ров обеспечивает практически неограниченную перестройку по частоте сигнала,

подаваемого на возбуждение чувствительного элемента. Чувствительным элементом служит осевая мешалка 11, образующая с металлической стенкой 12 бака отрезок длинной линии. При перестройке частоты

высокочастотного перестраиваемого генератора 4, на элементе 13 съема формируется высокочастотный сигнал напряжения, амплитуда которого изменяется в соответствии с резонансной амплитудно-частотной характеристикой отрезка длинной линии, погруженного в контролируемую среду. При приближении разностной частоты с собственной частотой этого отрезка, которая является функцией уровня, увеличивается

напряжение на элементе 13 съема, в соответствии с резонансной кривой.

После детектирования на выходе амплитудного детектора 15 выделяется огибающая - видеоимпульс, далее видеоимпульс

поступает на усилитель 16, с выхода которого он одновременно поступает на входы пи- кового детектора 17, элемента выборки-хранения 20, на первый вход компаратора 18 и на прямой + вход разностного усилителя 21 (фиг. 2г) D-триггер 19 находится в нулевом состоянии, с его выхода напряжение низкого уровня подается на управляющий вход элемента 20 выборки- хранения, что обусловливает режим выборки и поступающее на его вход напряжение без изменения пропускается через него и подается на инверсный вход разностного усилителя 21. Разностный усилитель вычитает значения однополярных напряжений

U2, Ui, поступающих соответственно на его прямой и инверсный входы, таким образом на его выходе возникает разностное напряжение AU k(L)2 - Ui), где k - коэффициент усиления разностного усилителя 21.

Далее разностное напряжение Ди с выхода усилителя 21 подается на вход пикового детектора 22 и на первый вход компаратора 23. Когда элемент 20 выборки- хранения находится в режиме выборки lhU2 и разностное напряжение Ди 0, то состояние компаратора 23 не меняется. Когда напряжение с выхода усилителя 16 приблизится к амплитудному значению видеоимпульса, вблизи экстремального

значения (в окрестности резонансной частоты отрезка длинной линии) диод пикового детектора 17 находится в полузакрытом со стоянии, благодаря чему напряжение на первом входе компаратора 18 будет боль- ше, чем на втором входе, и компаратор 18 изменит свое состояние. На его выходе формируется напряжение высокого уровня, которое подается на один из входов элемента И--НЕ 24 и на тактовый С вход D-триггера 19. Под действием переднего фронта сигнала, поступающего с выхода компаратора 18, меняется состояние D-триггера 19 и триггер перебрасывается в единичное состояние. Высокий уровень с выхода D-триггера 19 воздействует на управляющий вход элемента 20 выборки-хранения, переводит его в режим хранения и элемент 20 выборки-хранения запоминает мгновенное значение напряжения Ui, поступающего с выхода усилителя 16.

На вход пикового детектора 22 поступает напряжение Ди в промежутке времени, когда и напряжение с выхода усилителя 16 находится вблизи экстремального значе- ния, т.е. когда U2 Ui При прохождении экстремального значения напряжения All компаратор 23 меняет свое состояние и на его выходе формируется сигнал высокого уровня, который подается на один из входов элемента И-НЕ 24. С этого момента на элементе И-НЕ 24 происходит совпадение сигналов высокого уровня, т.е. совпадение логических единиц, и на выходе элемента 24 формируется низкий уровень (лог. 0), но D- триггер 25 находится в нулевом состоянии и состояние его не изменяется до того момента, пока с выхода элемента И-НЕ 24 не придет передний фронт сигнала Это произойдет тогда когда экстремальное значе- ние напряжения, зафиксированное пиковым детектором 22 станет больше, чем напряжение, снимаемое с выхода разностного усилителя 21. Когда это произойдет, компаратор 23 возвращается в исходное со- стояние и низкий уровень с его выхода вызывает формирование высокого уровня (лог. 1) на выходе элемента И-НЕ 24, вследствие чего на выходе D-триггера 25 появляется уровень лог. 1, который воздействует на уп- равляющий вход элемента 3 выборки-хранения и переводит его из режима выборки в режим хранения. С этого момента запоминается мгновенное значение напряжения, поступающего от формирователя треуголь- ных импульсов 2. На выходе элемента 3 выборки-хранения фиксируется это напряжение, которое вызывает фиксацию частоты высокочастотного перестраиваемоiо генератора 4, а значит. и часiотуси runля с выхода полосовою фильтра 8 ранную разностной частоте Передний фронт им пульса с D-тршгрра 25 формирует в цифровом бпоке 26 индикации время измерения разностной частоты fi, в котором записывается код Ni - fi/2 По окончании времени измерения на выходе цифрового блока 26 индикации формируется импульс, который сбрасывает пиковые детекторы 17 и 22, а также D-триггеры 19 и 25. На выходе триггеров низкие уровни воздействуют на элементы 20 и 3 выборки-хранения и переводят их в режим выборки Этим первая половина цикла заканчивается и начинается вторая половина цикла измерения

Во второй половине цикля изменяется частота f2 на том уровне резонансного импульса, что и f 1, разница заключается в том что напряжение на выходе формирователя треугольных импульсов 2 линейно изменяется в обратную сторону (линейно уменьшается). После завершения измерения частоты 2 в блоке 26 цифровой индикации к предыдущему значению добавляется еще N2 - , n результате в счетчике блока 26 будет зафиксирован код N Ni+ N2

fi -f f2

. соответствующий резонансной

частоте отрезка длинной линии

Таким образом, в предлагаемом устройстве определение экстремального значения напряжения амплитудно-частотной характеристики и измерение ее резонансной частоты происходит последующему принципу: пиковый детектор 17 грубо определяет Экстремальное значение, грубо определенное напряжение фиксируется вторым Элементом 20 выборки-хранения, разность между зафиксированным и экстремальным значением напряжения определяется и усиливается с помощью разностного усилителя в k раз Пиковым детектором 22 фиксируется точное экстремальное значение. В точках, определенных пиковым детектором 23. на одном и том же уровне АЧХ отрезка длинной линии измеряются частоты fi и f2, в счетчике фиксируется полусумма этих частот, определяющая резонансную частоту отрезка длинной линии.

Формула изобретения Устройство для измерения уровня жидкости в баке с осевой мешалкой, содержащее чувствительный элемент в виде отрезка длинной линии, элементы возбуждения и съема электромагнитных колебаний, последовательно соединенные генератор прямоугольных импульсов и формирователь треугольных импульсов, высокочастотный

перестраиваемый генератор электромагнитных колебаний, амплитудный детектор, вход которого соединен с элементом сьема электромагнитных колебаний, и блок цифровой индикации, отличающееся тем, что, с целью упрощения совместимости чувствительного элемента с объектом контроля и расширения области применения по контролируемым средам, чувствительным элементом служит осевая мешалка, образующая с металлической стенкой бака отрезок длинной линии, в устройство дополнительно введены первый и второй элементы выборки-хранения, последовательно соединенные смеситель, первый усилитель и фильтр, высокочастотный генератор фиксированной частоты, второй усилитель, разностный усилитель, первый и второй пиковые детекторы, первый и второй компараторы,- первый и второй D-триггеры, элемент И- НЕ, при этом первый вход первого элемента выборки-хранения соединен с выходом формирователя треугольных импульсов, второй вход - с выходом второго D-тригге- ра, а выход - с высокочастотным перестра- иваемым генератором, выход которого соединен с первым входом смесителя, второй вход которого подключен к выходу высокочастотного генератора фиксированной

и1

частоты, выход фильтра соединен с элементом возбуждения и первым входом блока цифровой информации, второй вход которого подключен к выходу генератора прямоугольных импульсов, третий вход - к выходу второго D-триггера, а выход - к первым входам первого и второго пиковых детекторов, первого и второго D-триггеров, выход амплитудного детектора подключен к входу второго усилителя, выход которого соединен с вторым входом первого пикового детектора, первым входом первого компа ратора, первым входом второго элемента выборки-хранения, и первым входом разностного усилителя, второй вход которого подсоединен к выходу второго элемента выборки- хранения, а выход - к второму входу второго пикового детектора и первому входу второго компаратора, второй вход которого подключен к выходу второго пикового детектора, а выход - к первому входу элемента И-НЕ, выход которого подключен к второму входу второго D-триггера, выход первого пикового детектора соединен с вторым входом первого компаратора, выход которого подключен к второму входу элемента И-НЕ и второму входу первого D-триггера, выход которого соединен с вторым входом второго элемента выборки-хранения.

Изобретение относится к автоматическим средствам измерения и может быть использовано в системах контроля и управления технологическими процессами. Цель изобретения - упрощение совместимости чувствительного элемента с объектом контроля и расширение области применения по контролируемым средам. С выхода генератора 1 прямоугольных импульсов импульсы поступают на вход формирователя 2 треугольных импульсов, который преобразует прямоугольные импульсы в треугольные. Линейно изменяющийся сигнал через элемент 3 выборки-хранения поступает на вход высокочастотного перестраиваемого генератора 4. Сигнал с выхода генератора 4 смешивается в смесителе с высокочастотными колебаниями генератора 6 фиксированной частоты, усиливается, фильтруется и на элемент 10 возбуждения подается сигнал с частотой, равной разности частот генераторов 4 и 6. На элементе 13 съема колебаний формируется сигнал, напряжение которого изменяется в соответствии с АЧХ отрезка длинной линии, погруженного в контролируемую среду. После детектирования и усиления сигнала с выхода элемента 13 сигнал поступает на вход первого детектора, второго элемента выборки - хранения, на первый вход первого компаратора и на прямой вход разностного усилителя 21. В блоке цифровой индикации фиксируется резонансная частота отрезка длинной линии. 2 ил.

и

tfl П П П

1

Г.