Устройство для измерения уровня жидкости Советский патент 1993 года по МПК G01F23/26 

оо

С

Использование: устройства измерения уровня диэлектрических жидкостей в резервуарах. Сущность изобретения: при невключенном приводе возвратно-поступательного движения, уровнемер отражает с дискретностью положение уровня жидкости в ре зервуаре. При перемещении штанги в крайнее верхнее положение р выходном ре гистре формирователя формируемся в индр двоичного кода номер последнего гигнали затора из всех сигнализаторов, погружен ных в жидкость, а в выходном репюрг- преобразователя фиксируется и чидг двоим ного кода расстояние от исходною состояния последнего освободипшп: ос« сигнализатора до границы рялдочл жидко сти и воздуха. 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах и устройствах измерения уровня диэлектрических жидкостей в резервуарах, особенно в резервуарах большой емкости для хранения нефтепродуктов на нефтебазах и хранилищах.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На фиг.1 приведена электромеханическая схема устройства: на фиг.2 - схема под- ключения сигнализаторов уровня к формирователю выходного кода; на фиг.З - схема подключения блока синхронизации к преобразователю, перемещение-код: на фиг.4 - блок-схема блока синхронизации.

Устройство для измерения уровня жидкости содержит дискретный уровнемер, состоящий из несущей штанги 1, на которой равномерно с шагом дискретизации A h расположены сигнализаторы уровня 2. чувствительные элементы которых расположены внутри резервуара 3. Вверху и внизу резервуара 3 предусмотрены направляющие 4, в которых установлена штанга 1 урои немера. Направляющие 4 обеспечивают свободное перемещение штанги 1 в верти кальном направлении. Устройство содер жит также формирователь 5 выходного кода уровнемера и электронный преобразователь перемещение-код 6, преобразующий информацию с датчика перемещения 7 в цифровой код. Датчик перемещения 7 содержит два чувствительных элемента 8 и 9. один из которых -- 8 установлен на подвижной штанге 1, а второй - 9 установлен на неподвижном основании. В верхней части уровнемера имеется привод возврлтно-по ступательного движения, состоящий из ходового винта 10с гайкой 11. редуктора 12, реверсивного двигателя 13 и концепых выключателей 14. Между выходом младшот разряда формирователя выходного кода Ь и входом синхронизации преобразопателя

оо о

;ю И

;оо

;

перемещение-код 6 включен блок синхронизации 15. .

Формирователь выходного кода 5 (фиг.2) содержит усилитель заряда 16, ко входу которого подключены рабочие емкостные сигнализаторы уровня 2, второй усилитель заряда 17, ко входу которого подключен компенсационный сигнализатор уровня 18, дифференциальный усилитель 19, к разным входам которого подключены выходы усилителей заряда 16 и 17, фильтр нижних частот 20, пороговое устройство 21, к выходу которого подключен D-триггер 22, логический элемент И 23, счетчик 24, к разрядным выходам которого подключены соответствующие входы выходного регистра 25, стробированный распределитель импульсов 26. к выходам которого подключены входы рабочих сигнализаторов уровня 2, а дополнительный выход 27 распределителя 25 подключен к тактовому входу регистра 25 и через элемент задержки 28 ко входу R-yc- тановки счетчика 24 в исходное состояние. Генератор импульсов 29 подключен ко входу распределителя импульсов 26 и ко входу компенсационного сигнализатора 18, а его дополнительный выход, формирующий импульсы с задержкой во времени относительно импульсов с основного выхода, соединен с тактовым входом D-триггера 22.

Пороговое устройство 21 представляет собой компаратор, на один из входов которого подается напряжение порога срабатывания, а на второй - сигнал с фильтра 20. Стробируемый распределитель импульсов 26. счетчик 24, регистр 25, генератор 29 является типовыми .элементами в приборах вычислительной техники, а пример выпол- нения остальных элементов приведен на фиг.2.

Датчик перемещения 7 выполняет функции датчика взаимного положения и может быть выполнен на основе светооптических преобразователей перемещения в код. Он содержит (фиг.З) чувствительный элемент 8 в виде оптической решетки из непрозрачного материала, на котором сформированы прозрачные полосы и чувствительный элемент 9 в виде оптических пар из излучателей 30 и двух фотрприемников 31 и 32. Нижний фотоприемник 31 служит для формирования маркера, а верхний фотоприемний 32 - для формирования рабочего сигнала для преобразователя 6. Оптическая решетка 8 жестко

связана со штангой 1 уровнемера через гайку 11 и перемещается вместе с ней относи- тельно неподвижных излучателей 30 и фотоприемников 31 и 32, образующих чувствительный элемент 9 датчика перемещения 7.

Преобразователь перемещения в код.6 содержит усилители фототока 33 и 34, компараторы 35 и 36 для формирования импульсных сигналов, счетчик импульсов 37, 5 выходной регистр 38, связанный через соответствующие D-входы с выходами счетчика и 37, RS-триггер 39, S-вход которого соединен с R-входом счетчика и выходом компаратора 35, а R-вход является входом

синхронизации, причем выход компаратора 36 соединен со счетным входом счетчика 37 через логический элемент И 40, а выход триггера 39 соединен со вторым входом элемента И 40 непосредственно и с тактовым

5 входом регистра 38 через элемент задержки 41.

Блок синхронизации 15 содержит (фиг.4) инвертор 42, два одновибратора 43 и 44, выходы которых объединены на один

0 выход через логический элемент ИЛИ 45. Входы инвертора 42 и одновибратора 44 подключены к выходу младшего разряда формирователя кода 5 уровнемера. Выход элемента ИЛИ 45 является выходом блока

5 синхронизации 15 и соединен с тактовым входом (входом синхронизации) формирователя 6.

Устройство работает следующим образом.

0 в формирователе выходного кода 6 дискретного уровнемера циклически-осущест- вляется опрос состояния всех сигнализаторов уровня 2, расположенных на штанге уровнемера. Опрос осуществля5 ется путем подачи опросных импульсов с выхода распределителя 26 на емкостные сигнализаторы уровня 2 в заранее определенной последовательности, например, последовательно от крайнего нижнего до

0 крайне верхнего сигнализатора 2. Импульсы, коммутируемые распределителем 26, формируются генератором импульсов 29. причем каждый импульс опроса также поступает на вход компенсационного сигнали5 затора 18. Все импульсы от рабочих сигнализаторов 2 усиливаются усилителем заряда 16. а все импульсы от компенсационного сигнализатора 18 усилителем заряда 17 и поступают на разные входы дифферен0 циального усилителя 19. Разностный сигнал для каждого сигнализатора 2, пропорциональный девиации емкости сигнализатора относительно емкости компенсационного сигнализатора 18, проходит через фильтр

5 нижних частот 20, преобразуется в пороговом устройстве 21 в импульсы одной полярности для сигнализаторов, помещенных в жидкость и в импульсы противоположной полярности для сухих сигнализаторов, зано сится в триггер 22. На выходе триггера 22

формируется импульс, длительность которого пропорциональна числу сигнализаторов, помещенных в жидкость. На время этой длительности импульса через элемент И 23 на вход счетчика 24 поступает пачка импульсов, число которых точно соответствует числу сигнализаторов 2, погруженных в жидкость. В конце каждого цикла работы импульс с дополнительного выхода 27 распределителя 26 поступает на тактовый вход регистра 25 и по его поступлении в регистр 25 переписывается код со счетчика 24. Тем же импульсом, задержанным во времени элементом 28, счетчик 24 сбрасывается в исходное состояние. Цикл работы формирователя 5 на этом завершается. Если уровень жидкости не меняется, то в регистре 25 информация в каждом цикле работы не меняется, а только подтверждается одно и то же значение кода, соответствующее границе раздела сред газ-жидкость

Таким образом, когда не включен привод возвратно-поступательного движения, уровнемер отражает с дискретностью A h положение уровня жидкости в резервуаре 3. При включении привода через набор концевых выключателей 14 электродвигатель 13 через редуктор 12 ходовой винт 10 и гайку 11 начинает, перемещать штангу 1 уровнемера в вертикальном направлении. Одновременно со штангой начинает перемещаться оптическая решетка 8, датчика перемещения 7. Источник света 30, проходя через реперную щель на решетке 8, вызывает срабатывание усилителя 33 и на выходе компаратора 35 .формируется маркер, который устанавливает в исходное нулевое состояние триггер 39 и счетчик 37. При дальнейшем движении штанги 1 усилителем 34 улавливается каждая щель на решетке 8, проходящая через оптическую пару 9. Число прошедших щелей фиксируется в счетчике 37 и однозначно определяет величину перемещения штанги 1. относительно исходного положения. Подсчет импульсов в счетчике 37 происходит до тех пор, пока на триггер 39 не поступит синхроимпульс от блока синхронизации 15. В момент поступления синхроимпульса триггер 39 перебрсывается в противоположное состояние и через элемент задержки 41 осуществляется перенос кода со счетчика 37 в выходной регистр 38.

Момент формирования синхроимпульса однозначно связан с моментом отрыва последнего погруженного в жидкость сигнализатора. Когда указанный сигнализатор освобождается от жидкости, происходит срабатывание младшего разряда формирователя выходного кода 5 уровнемера. В зависимости от вида изменения младшего разряда из нуля и единицу или наоборот срабатывает один из одновибраторов 43 или44, выходы которых объединяются через 5 элемент ИЛИ 45 и поступают на преобразователь 6.

Таким образом, к моменту перемещения штанги 1 в крайнее верхнее положение в выходном регистре 25 формирователя. 5

0 формируется в виде двоичного кода номер последнего сигнализатора из всех сигнализаторов, погруженных в жидкость, а в выходном регистре 38 преобразователя 6 фиксируется в виде двоичного кода рассто5 яние от исходного состояния последнего освободившегося сигнализатора до границы раздела жидкости и воздуха. Через систему концевых выключателей 14 реверсивный двигатель 13 начинает вращать редуктор 12

0 в противоположном направлении и штанга 1 уровнемера возвращается в исходное состояние. Циклы перемещения штанги 1 уровнемера могут выполняться многократно или однократно.

5 В рассмотренном устройстве устраняется одна из -основных составляющих погрешности дискретных уровнемеров - погрешность дискретизаци, причем непрерывное измерение уровня в пределах зоны

0 неопределенности дискретного уровнемера (шага дискретизации) практически не зависит от свойств жидкости, а сам этот диапазон достаточно мал. Поэтому непрерывное измерение уровня в пределах мало5 го диапазона измерения путем измерения перемещения штанги уровнемера может быть выполнено с высокой точностью на уровне долей миллиметров. При этом абсолютная погрешность измерения не зависит

0 от общей длины уровнемера, что позволяет обеспечивать прецизионные измерения уровня в резервуарах высотой в несколько десятков метров.

Формула изобретения

5 Устройство для измерения уровня жидкости, содержащее несущую штангу с размещенными на ней с равномерным шагом дискретизации сигнализаторами уровня и формирователь выходного кода, отличаю0 щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введен привод возвратно-поступательного движения штанги с рабочим ходом в вертикальном направлении, соответствующим шагу дискретизации,

5 Датчик перемещения с преобразователем перемещение-код, блок синхронизации, вход которого подключен к выходу младшего разряда формирователя выходного кода, а выход - к тактовому входу преобразователя перемещение-код.

8LC6081

ФиьЪ

Я°ие.4