УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ Советский патент 1972 года по МПК G01F23/16 

Изобретение относится к средствам автоматического контроля и предназначено для измерения уровня жидкости, сыпучего материала и определения положения твердых поверхностей относительно датчика.

Известны датчики уровня, у которых чувствительиые элементы обладают неоднозначной статической характеристикой.

Статическая характеристика струйного излучателя звука, применяемого в качестве чувствительного элемента в пневматическом уровнемере, изображена на фиг. 1. Периодичность характеристики определяется длиной волны излучаемого звука. Измерение уровня осуществляется путем непрерывного поддержания неизменной дистанции между чувствительным элементом и уровнем при помощи следящей системы.

Следящая система производит сравнение сигнала чувствительного элемента с опорным сигналом (значение а на фиг. 1); усиленный сигнал рассогласования перемещает при помощи исполнительного механизма чувствительный элемент. Положение чувствительного элемента относительно ненодвижной базы преобразуется в выходной сигнал соответствующим преобразователем.

(переход из точки ai характеристики в точку а, Оз И т. д.), что приводит к появлению значительной погрещности измерения.

Кроме того, настройка прибора на определенную дистанцию является трудоемкой и сложной.

Для повыщения надежности измерения в предлагаемом устройстве блок сравнения следящей системы соединен через переключатели

с одним из двух источников опорного сигнала различной величины; выход блока сравнения через . переключатели подсоединен к одному из следующих устройств; усилителю следящей системы, цифровому блоку, состоящему

из триггерного счетчика, задатчика, схемы совпадения и усилителя и дополнительному усилителю; вход усилителя следящей системы через переключатели соединен помимо блока сравнения с атмосферой и источником единичного сигнала; контакты переключателей соединены кинематически с исполнительными механизмами, входы которых соединены с управляющими блоками в виде трех блоков запоминания, два из которых соединены с кнопкой

управления, третий соединен с выходом дополнительного усилителя; сбросной канал первого управляющего блока соединен с выходом дополнительного усилителя, а сбросной канал второго и третьего управляющих блоков соепричем первый управляющий блок соединен с исполнительным меха:низ:мом, пе1реключающим входные каналы блока сравнения и соединяющим выход блока сравнения с дополнительным усилителем и вход усилителя следящей системы с атмосферой; второй управляющий блок соединен с нслолиительяьш мехаНИзмом, подключающим усилитель следящей системы к выходному каналу блока сравнения; третий управляющий блок соединен с исполнительным механизмом, подключающим усилитель следящей системы к источнику единичного сигнала и выход блока сравнения - к цифровому блоку.

Кроме того, входы двух управляющих блоков могут быть подсоединены к выходу генератора низкочастотных колебаний прямоугольной формы.

Реал1изация предлагаемого устройства возможна благодаря тому, что амалитуда изменения сигнала выходного чув.ствительного элемента имеет затухающий характер. В режиме измерения з-начение сравниваемых сигналов находится на уровне значения а (фиг. 1). Пр1И настройке прибора на требуемую ди станцию чувствительный элемент перемещается в сторону уровия. При этом сигнал подпора на элемент сравнения имеет значение б.

Перемещение чувствительного элемента прек ращается при появлении на его выходе сигнала, равного б. Далее нач инается перемещение чувстоительного элемента в обратную сторону. Движение вверх прекращается, и прибор переходит в режим измерения .после появления на выходе чувствительного элемента заданного числа восходящих и нисходящих отрезков статической характеристики. Соответствующие операции подсчета сравнения и фор.мирования команды выполняются при помощи цифрового устройства.

Предлагаемый уровнемер состоит из еледующи.х узлов и блоков (фиг. 2): чувствительноло элемента /, блока сравнения 2, усилителя 3 следящей системы, привода 4, дополнительного усилителя 5, усилителя 6 цифровой системы, трех управляющих устройств 7-9, трех исполнительных механизмов 10-12 с группами контактов соответственно А, Б, В, Е, Г, Д, Ж, 5; цифровой схемы, состоящей из счетчика 13, задатчика 14, схемы совпадения /5, кнонки управления 16; системы /7 преобразования положения чувствительного элемента в пневматический сигнал; источники 18, 19 сигнала сравнения равной величины; источники 20, 21 единичного и нулевого сигналов.

Кроме того, вместо кнопки управления 16 может быть установлен генератор прямоугольных импульсов низкой частоты (на фиг. не показан).

ние его основано на способности одновременной генерации звука и реагирования на действие звука, отраженного какой-либо поверхностью.

5 При этом суммарная интенсивность является функцией разности фаз излучаемого и отраженного звуков. Режим генерации непосредственно связан с величиной динамического нанора звуколроизводящей струи, что делает возможным создание пневматического уровнемера. В качестве блока сравнения могут быть применены аналоговые элементы сравнения системы УСЭППа. Однако требовання к быстродействию прибора делают целе5 сообразней реализацию блока сравнения на

струйных элементах (например, системы

смет). Блок сравнения аналоговых сигналов

и формирователя имлульсов.

Все усилители, входящие в уровнемер, релейного действия и предназначены для усиления пневматического сигнала по давлению и расходу.

Пневмопривод, поршневой или мембранный, выбирается в соответстви с требуемым

5 диапазоном измерения уровия.

Управляющие блоки строятся на базе элементов УСЭППа. Сигнал, поступающий в один из входов, вызывает появление на выходе устройства единичного сигнала, не нс0 чезающего после окончания действия входного сигнала. Переход устройства в первоначальное состояние происходит при подаче сигнала через второй входной канал. Исполнительные механизмы образованы

5 группами мембран элементов УСЭППа, а контакты - соответствующими парами соплозаслонка указанных элементов.

Цифровая схема представляет собой триггерный счетчик, схему совпадения, цифровой

0 задатчик в двоичном коде. Схема формирует единичный сигнал прн совпадени числа импульсов, поступивших на вход, с уставкой задатчика.

Кнопка управления, генератор импульсов

5 выбираются или составляются из элементов системы УСЭППа.

Система преобразования положеиия чувствительного элемента в пневматический сигнал образована щарнирно закрепленными рычагом, пружиной, соединяющей рычаг с кронштейном на штоке пневмопривода, соплом и заслонкой, установленной на рычаге, сильфоиом обратрюй связи и усилителем.

5 Преобразование осуществляется путем непрерывной ко- шенсации усилия пружины усилием сильфона обратной связи.

Устройство измерения уровня представляет собой многотактное устройство, у которого

O возмол ны следующие режимы работы.

В режиме измерения следящая система удерживает чувствительный элемент на определенной дистанции от уровня, кратной целому числу длины полуволны генерируемого

мента колеблется в пределах, допускаемых параметрами следящей системы. Положение чувствительного элемента преобразуется в выходной сигнал соответствующим преобразователем.

В режиме проверки дистанции чувствительный элемент перемещается по направлению к уровню. Величина сравниваемого сигнала составляет значение б (фиг. 1). В положении, при котором сигнал чувствительного элемента станет равным нулю, изменяется направление движения.

По мере удаления чувствительного элемента от уровня в триггерный счетчик цифровой системы будут поступать импульсы. При совпадении числа поступивших импульсов со значением, установленным задатчиком, произойдет переключение прибора в режим «измерение.

Таким образом, процесс настройки датчика на нужную дистанцию сводится к вводу уставки в цифровой задатчик и включению кнопки или подаче импульса от генератора.

В процессе измерения контроль постоянства дистанции между чувствите тьным элементом и уровнем производится при включении кнопки или периодически по сигналам, поступающим с генератора При этом увеличивается надежность показаний, гарантируется их представительность, уменьшается вероятность появления сбоев.

В качестве примера реализации устройства был рассмотрен пневматический вариант. Однако принципиальных изменений в данном решении не будет и для радиоинтерференционного, акустического и резонансного уровнемеров при наличии в них механич еской системы компенсации (перемещение чувствительного элемента за измеряемым уровнем на определенной дистанции).

Предмет изобретения 1. Устройство для измерения уровня, содержащее чувствительный элемент с «еоднозначной статической характеристикой, например, струйный излучатель звука, преобразователь положения чувствительного элемента в пневматичский сигнал, вторичный прибор в следящую систему, состоящую из блока сравнения, усилителя и исполнительного механизма, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности измерения, оно снабжено тремя

двухпозиционными переключателями со своими исполнительными механизмами и управляющими блоками, источниками двух опорных сигналов, дополнительным усилителем и цифровым блоком, состоящим из счетчика,

задатчика, схемы совпадения и усилителя, при этом выход блока сравнения через первый переключатель подсоединен к дополнительному усилителю, через второй - к усилителю следящей системы, через третий - к

цифровому блоку, вход усилителя следящей системы через первый переключатель соединен с атмосферой, через третий переключатель - с дополнительным источником единичного сигнала, входы управляющих блоков

первым и вторым переключателями соединены с кнопкой управления, вход третьего управляющего блока соединен с выходом дополнительного усилителя, сбросный в.ход первого управляющего блока соединен с выходом дополнительного усилителя, сбросные входы второго и третьего управляющих блоков соединены с выходом усилителя цифрового блока, а входы блока сравнения через первый переключатель соединены с одним из

двух источников опорных сигналов сравнения. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности измерения, оно снабжено генератором низкочастотных колебаний, выход которого соединен с

входами первых двух управляющих блоков исполнительных механизмов переключателей.