Емкостный уровнемер Советский патент 1982 года по МПК G01F23/26 

(5) ЕМКОСТНЫЙ УРОВНЕМЕР

Изобретение относится к п0иборостроению и может быть использовано для измерения уровня различных жидкостей.

Известен емкостный уровнемер, содержащий измерительный и компенсаци-. онный eMKOCTHitie датчики, операционный усилитель, преобразователь емкости в напряжение и генератор тактовых импульсов р 1 .

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому емкостный уровнемер, содержащий генератор, измерительный и компенсационный емкостные датчики, подсоединенные каждый к своему каналу преьбразования , состоящему из последовательно соединённых преобразователя емкость-время, схемы НЕ-И и детектора среднего значения, и устройство задержки, включенное между управляющим входом преобразователя емкость-время и схемой НЕ-И измерительного канала | 2.

Недостатком известного устройства является сильная зависимость точности измерения от линейности характе- . ристики преобразователя емкость .напряжение-время, включенного в контур обратной связи измерительной схемы, так как обестгечить требуемую характеристику в преобразователе, в котором электрод чувствительного элемента должен быть.связан с корпусом,

10 при малых значениях уровня, а следовательно, при малых значениях выходного напряжения крайне затруднительно. Кроме того, он не может использоваться для систем телеизмерения,

ts так как имеет аналоговый выходной . сигнал..

Цель изобретения - повышение точности измерений малых уровней и создание возможности телеизмерений.

х

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены два управляемых аналоговых ключа, дифференциальный интегратор, компаратор, две схемы И, два Д-триггера, два инвертора, счетчик, универсальйый регистр и блок управления, причем вторые входы схем НЕ-И измерительного и компен сационного каналов соединены между собой, выход измерительного детектора среднего зна«4ения через первый управляемый аналоговый ключ подключен к одно«1Су входу дифференциального интегратора, а выход компенсационного дете стора среднего значения подключен через второй управляемый аналоговый ключ к второму входу дифференциального интегратора, которого через компаратор подключен к входам Д « С первого Д-триггера, выход которого связан с входом Д второго Д-триггера, связанного выходом с входом установки нуля первого Дтриггера и одним входом первой схемы И, другой вход которой Связан со входом С второго Д-триггера, выходом генератора и входом второй схемы И, выход первой схемы И связан с входом разрешения записи универсального регистра и через первый инвертор с вто рым входом второй схемы И, выход которой связан с входом счетчика, а выход старшего разряда счетчика подключен к управляющим входам преобразователей емкость-время, устройства задержки, измерительного аналогового и через инвертор к управляющему входу компенсационного аналогового ключа, выходы остальных разрядов счетчика подключенны к разрядным входам универсального регистра. На чертеже представлена функциональная схема емкостного уровнемера Устройство включает в себя измерительную 1а и компенсационную 16 части чувствительного элемента, вклю ченные соответственно в преобразователи емкость-время 2 и 3 устройство ( задержки, две схемы НЕ-И 3 и 6, два детектора 7 и 8 среднего значения, два управляемых аналоговых ключа 9 и 10, генератор 11, дифференциальный интегратор 12, компаратор 1 два Д-триггёра 1 и 15, две схемы И 16 и 17, два инвертора 18 и 19, счет чик.20, универсальный регистр 21 и блок 22 управления. Устройство работает следующим образом. При полном заполнении счетчика 20 Счетными импульса1«1 генератора 11 появляется высокий потенциал в старшем разряде счетчика, от которого запускаются преобразователи емкостьвремя 2 и 3, а также устройство постоянной задержки. Этим же сигналом осуществляется замыкание ключа 9 и размыкание ключа 10. При отсутствии среды в измерительной части 1а чувствительного элемента длительности импульсов устройств 2 и равны между собой. Когда уровень повышается, длительность импульса преобразователя емкость-время, 2 становится больше длительности импульса с устройством 4. Длительность импульса с преобразователя емкость-время 3 всегда больше длительности импульса с устройства Ц, так как компенсационная часть чувствительного элемента постоянно полностью погружена в измеряё- мую жидкость. В схеме НЕ-И 5 осуществляется вычитание длительности импуль са устройства 4 из длительности импульса преобразователя 2. С помощью детектора 7 осуществляется преобразование разностного сигнала в пропорциональное значение напряжения постоянного тока. В схеме НЕ-И 6 формируется .импульс, длительность которого определяется разностью длительноетей импульсов преобразователя устройства J. Детектором 8 этот импульс преобразуется в напряжение постоянного тока. Так как в момент появ ления высокого потенциала в старшем разряде счетчика 20 ключ 9 замкнут, а ключ 10 разомкнут, сигнал подается лишь на инверсный вход интегратора 12, который осуществляет интегрирование сигнала с детектора 7 в течение вЁ емени поддержания высокого потенциала в старшем разряде счетчика 20. Опорное напряжение на компараторе 13 выставляется таким, чтобы х; началом интегрирования происходило срабатывание компаратора. После того, как счетчик заполняется и напряжение в его старшем разряде станет равным нулю, происходит размыкание ключа 9 и замыкание ключа 10. В интеграторе начинается интегрирование с противоположным знаком напряжения с детекто|ра 8. Этот процесс продолжается до тех пор, пока напряжение на выходе интегратора не сравнится с опорным напряжением компаратора. На выходе компаратора появляется высокий потенциал. Сигнал компаратора подается на входы Д и С триггера И. При этом на выходе триггера появляется высокий потенциал. При поступлении на вход С триггера 15 импульса с генератора 11 триггер приобретает на вы ходе высокий потенциал, который поступает на вход R триггера 1 и пере- водит его в нулевое состояние. Следующий счетный импульс переводит три гер 15 в нулевое состояние. Таким об разом, на выходе схемы И 16 возникает одиночный положительный импульс, по времени совпадающий с перебрасыванием компаратора 13 от низкого потенциала к высокому. Этот импульс ин вертируется и подается на второй вхо схемы И 17, запирая ее на время длительности импульса. Таким образом, очередной импульс от счетного генера тора 11 не попадает на вход запуска счетчика 20. Этот же импульс от схе ,мы И 1б поступает на вход разрешения г записи регистра 21. При этом состояние каждого разряда счетчика 20 в этот момент времени переписывается . в регистр. По окончании импульса 5о схемы И 16 вход разрешения записи регистра снова закрывается, в регистре сохраняется записанное значение, а счетчик продолжает подсчет импульсов до перехода напряжения в х;таршем разряде счетчика от низкого высокому. Затем цикл работы уровнемера повторяется. Записанное в регистре число линей но зависит от величины уровня и не зависит от электрических характеристик среды. При необходимости передат выходной сигнал на значительное расстояние по сигналу запроса от блока 22 управления поступают сигналы счетного генератора, число которых соответствует количеству разрядов регистра. Этими импульсами осуществляется сдвиг регистра и записанное в нем значение уровня в параллельном коде поступает на линию передачи в виде последовательного кода. Формула изобретения Емкостный уровнемер, содержащий генератор, измерительный и компенсационный емкостные датчики, подсоединенные каждый к своему каналу преобразования, состоящему из последовательно соединенных преобразователя емкость- время, схемы НЕ-И и детектора среднего значения, и устройство задержки, включенное между управляющим входом преобразователя емкость-время и схемой НЕ-И измерительного канала, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерений малых уровней и создания возможности телеизмерений, в устройство введены два управляемых аналоговых ключа, дифференциальный интегратор, компаратор, две схемы И, два D-триггера, два инвертора, счетчик, универсальный регистр и блок управления, причем вторые входы схем НЕ-И измерительного и компенсационного каналов соединены между собой, выход измерительного детектора среднего значения через первый yпpaвляe «йй аналоговый ключ подключен к одному входу дифференциального интегратора, а выход компенсационного детектора среднего значения подключен через второй управляемый аналоговый ключ к второму входу дифференциального интегратора, выход которого через компаратор подключен к входам D и С первого О-триггера, выход которого связан с входом О второго О-триггера, связанного выходом с входом установки нуля первого D-триггера и одним входом первой схемы И, другой вход которой связан с входом С второго О-триггера, выходом генератора и входом второй схемы И, выход первой схемы И связан с входом разрешения записи универсального регистра и через первый инвертор с вторым входом второй схемы И, выход которой связан с входом счетчика, а выход старшего разряда счетчика подключен к управляющим входам преобразователей емкость-время, устройства задержки, измерительного аналогового ключа и через инвертор к управляющему входу компенсационного аналогового ключа, выходы остальных разрядов счетчика подключены к разрядным входам универсального |эегистра. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № «35«59, кл. G 01 F 23/26, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР № 662815, кл.,С 01 F 23/26, 1977 (прототип).