Дискретный уровнемер Советский патент 1992 года по МПК G01F23/62 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах для автоматического контроля уровня жидкости.

Известный дискретный уровнемер, содержащий постоянный магнит, расположенный на поплавке, линейку чувствительных элементов, импульсный распределитель, генератор опорной частоты, регистрирующий счетчик и схему анализа, входы которой соединены соответственно с выходами генератора опорной частоты, линейки чувствительных элементов и установочным входом Пуск устройства, а выходы - с входами регистрирующего счетчика и импульсного распределителя,

В устройстве схема анализа выполнена в виде делителя частоты, вход которого подключен к первому входу схемы и первым входам первого и второго вентилей, а выход - к второму выходу схемы и первому входу

третьего вентиля, второй вход которого подключен к второму входу схемы, а выход - к первому входу четвертого вентиля, выход которого соединен с нулевым входом первого триггера, единичный вход которого объединен с нулевым входом второго триггера и подключен к третьему входу схемы, а единичный выход подключен к второму входу первого вентиля и к единичному входу второго триггера, нулевой выход которого соединен с вторым входом четвертого вентиля, а единичный выход - с одним из входов пятого вентиля, другой вход которого подключен к выходу третьего вентиля, а выход - к второму входу второго вентиля, выход которого соединен с первым входом элемента сборки, второй вход которого подключен к выходу первого вентиля, а выход - к первому выходу схемы.

Недостатком устройства является невысокая точность, обусловленная наличием погрешности Е , возникающей из-за произвольного временного положения импульса

(Л

С

vj

VJ

00 (Л

Ј

Пуск (задающего начало интервала измерения путем установки соответствующего триггера в положение 1 и разрешения подсчета счетных импульсов генератора регистрирующим счетчиком) относительно заднего фронта ближайшего выходного импульса делителя частоты (в то время как конец указанного интервала фиксируется без погрешности - в момент времени, соответствующий заднему фронту выходного импульсаделителя частоты, появляющегося на выходе четвертого вентиля и возвращающего триггер в исходное положение О). Другим недостатком устройства является неудобство в эксплуатации, обусловленное тем, что выход делителя частоты непосредственно связан с вторым выходом схемы анализа (откуда импульсы поступают на вход распределителя) и потому опрос линейки чувствительных элементов происходит непрерывно (по кругу); это не позволяет привязать его начало к началу цикла измерения, а искомый результат снять в конце этого цикла, т.е. организовать циклический режим работы.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному устройству (прототипом) является дискретный уровнемер, содержащий постоянный магнит, расположенный на поплавке, линейку чувствительныхэлементов,импульсный распределитель, генератор опорной частоты, регистрирующий счетчик и схему анализа, входы которой соединены соответственно с выходами генератора опорной частоты, линейки чувствительных элементов и установочным входом Пуск устройства, а выходы - с входами регистрирующего счетчика и импульсного распределителя, В устройстве схема анализа выполнена в виде делителя частоты, сход которого подключен к первому входу схемы и первым входам двух первых вентилей, а выход - к второму выходу схемы и одному из входов третьего вентиля, другой вход которого соединен со вторым входом схемы, а выход - с одним из входов четвертого вентиля и нулевым входом триггера, единичный вход которого подключен к третьему входу схемы, единичный выход непосредственно, а нулевой выход через четвертый вентиль соответственно - к вторым входам первых двух вентилей, выходы которых через элемент сборки подключены к первому выходу схемы.

Недостатком устройства является невысокая точность, обусловленная наличием погрешности f , возникающей из-за произвольного временного положения импульса Пуск (фиг. 1, а-3; фиг. 1, б-З), задающего

начало интервала измерения путем установки триггера в положение 1 (фиг. 1; а-4. фиг. 1, 6-4) и разрешения подсчета счетных импульсов генератора регистрирующим счетчиком (фиг. 1, а-5; фиг. 1, 6-5) относительно заднего фронта ближайшего выходного импульса делителя частоты (фиг. 1, а-2; фиг. 1, 6-2), в то время как конец указанного интервала фиксируется без погрешности, в мо0 мент времени, соответствующий заднему фронту первого из выходных импульсов делителя частоты, появляющегося на выходе третьего вентиля и возвращающего триггер в исходное положение О. Другим недо5 статком устройства является неудобство в эксплуатации, обусловленное тем, что выход делителя частоты непосредственно связан с вторым выходом схемы анализа (откуда импульсы поступают на вход рас0 пределителя) и потому опрос линейки чувст- вительных элементов происходит непрерывно (по кругу), это не позволяет привязать его начало к началу цикла измерения, а искомый результат снять в конце

5 этого цикла, т.е. организовать циклический режим работы.

Целью изобретения является повышение точности устройства и обеспечение удобства его эксплуатации.

0 На фиг. 1, а, б показаны временные диаграммы, поясняющие принцип появления погрешности в прототипе (авт.св. СССР № 1052875); на фиг. 2 - структурная схема устройства; на фиг. 3 - два варианта располо5 жения магнита относительно линейки чувствительных элементов; на фиг. 4 и 5 - схема анализа и временные диаграммы ее работы.

Дискретный уровнемер содержит (фиг.

0 2) постоянный магнит 1, расположенный на поплавке 2, через центральное отверстие которого проходит немагнитная труба 3, в которой размещены линейки 4 чувствительных элементов и импульсный распредели5 тель 5, генератор 6 опорной частоты, выход которого подключен к первому входу 7 схемы 8 анализа, второй 9 и третий 10 входы которой соединены соответственно с выходом линейки чувствительных элементов и

0 установочным входом Пуск устройства, а первый. 11 и второй 12 выходы - со входами регистрирующего счетчика 13 и импульсного распределителя соответственно. В состав схемы анализа входят (фиг. 4) делитель

5 14 частоты, вход которого подключен к первому входу схемы и первым входам первого 15 и второго 16 вентилей, а выход- к одному из входов третьего вентиля 17. другой вход которого соединен со вторым входом схемы, а выход - с одним из входов четвертого

вентиля 18 и нулевым входом (R) триггера 19, единичный выход (Q) которого непосредственно, а нулевой выход (Q) через четвертый вентиль подключены соответственно ко вторым входам двух первых вентилей, выходы которых через элемент 20 сборки подключены к первому выходу схемы, пятый вентиль 21. входы которого соединены с третьим входом схемы и выходом делителя частоты, а выход - с единичным входом (S) триггера, и шестой вентиль 22, входы которого соединены с выходом делителя частоты и единичным выходом триггера, а выход - со вторым выходом схемы.

Устройство работает следующим образом.

Постоянный магнит 1, высота которого равна примерно (1,2-1,3) Ah (где Ah - расстояние между чувствительными элементами линейки 4), перемещаясь с поплавком 2, отслеживающим уровень жидкости вдоль трубы 3, создает управляющий магнитный поток, который в зависимости от положения магнита относительно линейки 4 воздействует на один или два ее чувствительных элемента (фиг. 3). Рассмотрим случай, когда магнитный поток воздействует на два чувствительных элемента линейки 4 одновременно (фиг. 3, а).

Генератор 6 (фиг, 2) формирует импульсы опорной частоты F0, которые поступают на вход 7 схемы 8 анализа и далее - на вход делителя 14 частоты, входящего в состав этой схемы (фиг. 4; фиг. 5,а) С выхода делителя 14 снимаются импульсы с частотой FI Fo/k (где k - коэффициент деления делителя, соответствующий в выбранном масштабе расстоянию между чувствительными элементами линейки 4), которые далее через закрытые вентили 17, 21 и 22 не проходят (фиг. 4; фиг. 5, б). Триггер 19 (фиг. 4) находится в исходном положении О, при котором на его нулевом выходе - потенциал высокого уровня, соответствующего уровню логической 1 (далее - потенциал фиг. 5,е), а на единичном выходе - потенциал низкого уровня, соответствующего уровню логического О (далее - потенциал фиг. 5,д). Потенциалом О с единичного выхода триггера и потенциалом того же уровня с выхода вентиля 18 (фиг. 5,д,л) блокированы (закрыты) вентили 15 и 16 соответственно, поэтому импульсы с частотой F0 также не могут пройти на выход 11 схемы анализа.

Импульс Пуск (фиг. 5,в) с длительностью, выбираемой из условия и Ti (где Ti - период выходных импульсов делителя 14), подается на установочный ЕХОД Пуск устройства (фиг. 2) и с него на вход 10 схемы

8 анализа и далее на управляющий вход вентиля 21 (фиг. 4), открывая его, при этом первый же выходной импульс делителя 14, пройдя через указанный вентиль (фиг. 5,г) на 5 единичный вход триггера 19, установит его в положение 1, при котором на единичном выходе триггера - разрешающий потенциал 1(фиг. 5, д), открывающий вентили 15 и 22, а на нулевом - запрещающий потенциал О

0 (фиг, 5е), блокирующий вентиль 18. Импульсы опорной частоты Fo через открытый вентиль 15 (фиг. 5,а) и элемент 20 сборки проходят на выход 11 схемы анализа (фиг. 5,н) и далее - на вход регистрирующего

5 счетчика 13 (фиг. 2), который начинает их подсчет. Выходные же импульсы делителя 14 с частотой FI через открытый вентиль 22 (фиг. 5,ж) проходят на выход 12 схемы анализа и далее - на вход распределителя 5

0 (фиг. 2). Распределитель5 начинаетопраши- вать каждый чувствительный элемент линейки 4. Опрос продолжается до тех пор, пока не достигается уровень, при котором (в рассматриваемом случае) два чувствитель5 ных элемента линейки 4 находятся под воздействием магнитного потока, создаваемого постоянным магнитом 1, В этот момент времени на выходе линейки 4 появляется импульс, длительность гг кото0 рого выбирается из условия: Г2 2Ti. Этот импульс (фиг. 5, и) поступает на вход 9 схемы анализа (фиг. 2) и далее - на управляющий вход вентиля 17 (фиг. 4), открывая его, при этом через указанный вентиль пройдут два

5 выходных импульса делителя 14 (фиг. 5,к), первый из которых, не имея возможности пройти через закрытый вентиль (блокированный потенциалом О с нулевого выхода триггера 19; фиг. 5,е), сбросит триггер 19 в

0 исходное положение О по нулевому входу R. На единичном выходе триггера вновь устанавливается потенциал О (фиг. 5,д), блокирующий вентили 15 и 22 (поступление импульсов на выходы 11 и 12 схемы анализа

5 и, соответственно, подсчет импульсов опорной частоты счетчиком 13 и опрос линейки 4 распределителем 6 прекращается; фиг. 5, з,ж), а на нулевом выходе - потенциал 1 (фиг. 5,е), подготавливающий вентиль 18 к

0 появлению второго импульса на выходе вентиля 17.

Второй импульс (И2) с выхода вентиля 17 (фиг. 5,к) не может изменить состояние триггера 19 по входу R и проходит через

5 открытый вентиль 18 (фиг. 5,д) на вентиль 16, открывая его, при этом регистрирующий счетчик 13 вновь начинает считать импульсы опорной частоты, поступающие на его вход через указанный вентиль 16 (фиг. 5,м) и элемент 20 сборки (фиг. 5,н), и за время, равное длительности И2, подсчитает число импульсов, соответствующее ДЬ/2.

Таким образом, результирующий код в счетчике 13 будет равен Ah

N ДМ +

Т

где i - номер первого возбужденного магнитным потоком чувствительного элемента линейки 4.

В другом случае (фиг. 3,6) поток, созданный магнитом 1, воздействует только на один чувствительный элемент линейки 4 и потому импульс, появляющийся на ее выходе, имеет длительность тг Ti (фиг. 5,и). Следовательно, через вентиль 17 за время Ti пройдет только один импульс делителя 14, который и закончит цикл измерения уровня, сбросив триггер 19 в исходное положение О. Счетчик 13 при этом зарегистрирует код, равный

N Дл-l Объединив оба случая, получим:

.. . , rri Ah N h-i +-к-

где m - коэффициент, принимающий значения 1 (при воздействии потока на два чувствительных элемента линейки 4 одновременно) или 0(при воздействии потока только на один чувствительный элемент). Формула изобретения Дискретный уровнемер, содержащий постоянный магнит, расположенный на поплавке, линейку чувствительных элементов,

импульсный распределитель, генератор опорной частоты, регистрирующий счетчик и схему анализа, выполненную в виде триггера, четырех вентилей, элемента сборки и

делителя частоты, вход которого подключен к первому входу схемы анализа и первым входам двух первых вентилей, а выход - к одному из входов третьего вентиля, другой вход которого соединен с вторым входом

схемы анализа, а выход - с одним из входов четвертого вентиля и нулевым входом триггера, единичный выход которого непосредственно, а нулевой выход через четвертый вентиль подключены соответственно к вторым входам первых вентилей, выходы которых через элемент сборки подключены к первому выходу схемы анализа, при этом ее входы связаны соответственно с генератором опорной частоты, линейкой чувствительных элементов и установочным входом пуск устройства, а выходы - с входами регистрирующего счетчика и импульсного распределителя, отличающийся тем. что. с целью повышения точности устройства и повышения удобства его в эксплуатации, в состав схемы анализа введены дополнительно пятый и шестой вентили, при этом входы пятого вентиля соединены с третьим входом схемы анализа и выходом

делителя частоты, а выход - с единичным входом триггера, входы шестого вентиля соединены с выходом делителя частоты и единичным выходом триггера, а выход - с вторым выходом анализа схемы.

-J

оо

01 .Ј

л

Использование: изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах для автоматического контроля уровня жидкости. Сущность изобретения: дискретный уровнемер содержит постоянный магнит, расположенный на поплавке, через центральное отверстие которого проходит немагнитная труба, в которой размещены линейки чувствительных элементов и импульсный распределитель, генератор опорной частоты и регистрирующий счетчик. Требуемую последовательность операций в устройстве обеспечивает схема анализа, состоящая из делителя частоты, триггера, элемента сборки и шести вентилей, два из которых используются для выде- ления из выходной импульсной последовательности делителя импульсов, задающих начало и окончание интервала измерения соответственно. 5 ил.