HU187962B - Circuit arrangement with time-multiplex operation, preferably for systems containing level indicator probes operating on principle of measuring capacity, conductivity or pressure - Google Patents

Abstract

A találmány szerinti kapcsolási elrendezés további kiviteli alakjában a vezérlőre (5) tartályjellemzőket tartalmazó fix tár (6) és/vagy digitálisan vezéreit zavarszűréshez szükséges állandókat tartalmazó fix tár (7) van bekötve. Egy további kiviteli alakban pedig a multiplexer (1) és a szintmérő szondák (É-l,...É-n) közé egy bemeneti egység (8) van közbeiktatva. (1. ábra) b-lp-f ~ 7—pk-1 X X X X X X I t 1 c 1 ! 6 : I________I ι ι l_ -------1 b-o0— -1-

Description

A találmány tárgya időmultiplex üzemű kapcsolási elrendezés előnyösen kapacitás, konduktivitás vagy nyomásmérés elvén működő szintmérő szondákat tartalmazó rendszerekhez, mely alkalmas például repülőtereken föld alatt elhelyezett kerozin tartályban vagy vegyiparban alkalmazott nagyméretű metanol tartályokban található anyagmennyiség meghatározására.

A szakirodalomból ismert, hogy a szintmérésre alkalmazott módszerek egyik lehetséges osztályozása szerint beszélhetünk — kapacitív mérésről, — konduktív mérésről, — a szint követéséről úszóval vagy tapintóval, — ultrahangos mérésről és — szintmérésről hidrosztatikus nyomás alapján.

Ismeretes, hogy az ultrahangos mérést elsősorban csak egy meghatározott szint jelzésére használják, a többi módszert pedig úgy szintjelzésre, mint szint és anyagmennyiség meghatározására is alkalmazzák.

A gyakorlatban a szintmérő szondákhoz minden esetben jelfeldolgozó elektronika kapcsolódik. A jelfeldolgozó elektronika a mérési információt hordozó villamos jelet közvetlen emberi kiértékelésre alkalmas formába alakítja át.

A szakirodalomból ismert, hogy a legtöbb alkalmazásnál egy szintmérő szondához egy jelfeldolgozó elektronikát rendelnek hozzá. Ahol azonban több szintmérő szonda egy objektumon belüli egyidejű felhasználása szükséges, ott kézenfekvő a multiplex bemenettel rendelkező közös jelfeldolgozó elektronika alkalmazása.

A szakirodalom közöl olyan gyakorlatban kivitelezett megoldást, amelyben egy jelfeldolgozó elektronika szolgál ki több szintmérő szondát.

E megoldásnál a jelfeldolgozó elektronika olyan ismétlődő áramköri elemekből épül fel, mely ismétlődő elemek mindegyike egy-egy szintmérö szondához van hozzárendelve. Az ismétlődő elemek egyrészt kondicionálják és/vagy leválasztják a mérési információt hordozó villamos jelet, másrészt multiplexelésre alkalmas formába alakítják át.

Amennyiben ui. a tartályban található anyag szintváítozását úszóval vagy tapintóval követik, azaz a mérési információt impulzusszám hordozza, úgy a soros-párhuzamos átalakítást végrehajtó, minden egyes szintmérő szondához egyértelműen hozzárendelt impulzus-számlálók párhuzamos kimenetén multiplexeinek.

Amennyiben a szinttel vagy szintváltozással arányos információt váltóáramú je! frekvenciája, időtartama, fázisa stb. — kapacitív, konduktív, vagy nyomásmérés — hordozza, úgy a szakirodalomból ismert megoldások csak a szintmérő szondához egyértelműen hozzárendelt frekvencia-feszültség, időtartamfeszültség, fázis-feszültség stb. átalakító után alkalmazzák a multiplexert.

Az általunk kidolgozott találmány célja az ismertetett megoldások közös hiányosságának a megszüntetése, azaz a mérési információt váltóáramú jel formájában továbbító kapacitás, konduktivitás vagy nyomásmérési elven működő szintmérö szondákat tartalmazó rendszerekben egy olyan időmultiplex üzemű kapcsolási elrendezés létrehozása, 2 mellyel a multiplexelés még a frekvencia-feszültség, fázis-feszültség, időtartam-feszültség stb. átalakítás előtt biztosítható.

A célkitűzésünket az eddig ismert megoldásoktól alapvetően eltérő módon azáltal oldjuk meg, hogy az ott alkalmazott elemeken kívül, nevezetesen szintmérő szondákon, multiplexereken, számlálón, multiplexer vezérlőn, és vezérlőn kívül, egy teljes impulzusokat átengedő szinkron logikát használunk fel.

A javasolt kapcsolási elrendezésnek több kiviteli alakja van, melyekhez kiegészítő szerkezeti elemek is kapcsolódhatnak.

A találmány lényegét a közölt 1-3. ábrákon keresztü! mutatjuk be.

Az 1. ábrában vázoljuk az időmultiplex üzemű kapcsolási elrendezést előnyösen kapacitás, konduktivitás vagy nyomásmérési elven működő szondákat tartalmazó rendszerekhez. Az ábrában folytonos vonallal ábrázoltuk az alapkiépítést, szaggatott vonalakkal pedig azon kiegészítő elemeket, amelyek az alapkiépítéssel együtt további kiviteli példákként szintén a találmány tárgyát képezik.

A 2. ábrában látható kapcsolási elrendezésben található a szinkron logika háromállapotú szekvenciális hálózatként megvalósított kiviteli példája.

A 3. ábra lényegében egy magyarázat, mely a 2. ábrában közölt, háromállapotú szekvenciális hálózatként megvalósított szinkron logika kapcsolási elrendezésének áílapotgráfját tartalmazza.

Az i. ábrában vázolt idömultiplex üzemű kapcsolási elrendezés előnyösen a kapacitás, konduktivitás vagy nyomásmérési elven működő szintmérő szondákat tartalmazó rendszerek alapkiépítése. A kapcsolási elrendezésben az 1 multiplexer Βει,...be-n be-kimeneteire prhuzamosan tetszés számú É-l,...É-n szintmérő szonda van bekötve. Az í multiplexer a 2 szinkron logikán keresztüli 3 számlálóba csatlakozik. A 2 szinkron logika és a 3 számláló egy-egy kimenetével, illetve egy-egy bemenetével az 5 vezérlőbe van csatlakoztatva, az ugyanazon 5 vezérlő és az 1 multiplexer közé a 4 multiplexer vezérlő van bekötve.

Az í. ábráról egyértelműen megállapítható, hogy az alapkapcsóiási elrendezéshez kiegészítő elemek is csatlakoztathatók, nevezetesen az 5 vezérlőre a ő tartály jellemzőket tartalmazó fix tár és/vagy a 7 digitálisan vezérelt zavarszűréshez szükséges állandókat tartalmazó fix tár köthető be.

Az 1. ábrában vázolt kapcsolási elrendezésből kitűnik az a kiviteli példa is, melyben a szaggatott vonallal körülhatárolt 8 bemeneti egységet mint kiegészítő egységet csatlakoztatjuk az alapkapcsoláshoz.

Ebben az esetben az É-l,...É-n szintmérő szondák és az 1 multiplexer közé a 8 bemeneti egység van beiktatva oly módon, hogy sorrendben az első É-l szintmérö szonda ki-1 ki-bemenete a 8 bemeneti egység első b-1 be-kimenetére, a 8 bemeneti egység első k-1 ki-bemenete az 1 multiplexer első be-1 be-kimenetére, az n-edik É-n szintmérő szonda ki-n ki-bemenete a 8 bemeneti egység n-edik b-n bekimenetére, az ugyanazon 8 bemeneti egység n-edik k-n ki-bemenete pedig az 1 multiplexer n-edik be-n be-kimenetére van csatlakoztatva. A kiviteli példák

-2(87 962 jelentősen növelik a találmány felhasználási területét, ugyanis ezek alkalmazásával robbanásveszélyes környezetben vagy erős hálózati zavaroknál is megbízhatóan üzemeltethető.

Az í. ábrában bemutatott kapcsolási elrendezés működése a következő:

Az 5 vezérlő alaphelyzeíbe hozza — például nullázza a 3 számlálót, majd a 4 multiplexer vezérlő valamint az 1 multiplexer segítségével kiválasztja a soronkövetkező É-i szintmérő szondát, 1 £= i 5= n pozitív egész szám. Ezután az 5 vezérlő indítja a 2 szinkron logikát. A 2 szinkron logika feladata, hogy figyelje a kiválasztott É-ί szintmérő szondáról a megfelelő állapotba vezérelt 1 multiplexeren keresztül a bemenetére kerülő imlpulzusok állapotváltozásait. Amikor a 2 szinkron logika kivitelétől függő módon kijelölt, első állapotváltozás bekövetkezik, indul a 3 számláló, melyet az 5 vezérlőben elhelyezett óragenerátor léptet.

Az utolsó kijelölt állapotváltozáskor pedig a 3 számláló leáll, és ezzel egyidejűleg az 5 vezérlő tudomásul veszi a mérés befejeződését.

Végül az 5 vezérlő átveszi a 3 számláló tartalmát, amely mindenkor arányos a kijelölt állapotváltozások között eltelt idővel, azaz alkalmas a váltóáram olyan jellemzőinek, mint az időintervallum, frekvencia, fázis vagy a kitöltési tényező megállapítására.

Ezután az 5 vezérlő újra alaphelyzetbe hozza a 3 számlálót és kijelöli a soronkövetkező, azaz É(i+1) szintmérő szondát stb, A helyes real-time jellegű működéshez a most leírt funkcionális működés mellett még a következő két feltételnek kell teljesülnie:

1. A szintmérő szondák által mért fizikai folyamatok változása csak viszonylag lassú lehet. Mindenesetre nem lehet olyan gyors, hogy a multiplexelés miatt információvesztés lépjen fel.

2. A szintmérő szondák kimenetén megjelenő mérési információt hordozó jelnek periodikusnak kell lennie, azaz a k = 1 : n kitöltési tényező mellett történő lekérdezés nem vezethet információvesztéshez.

Az első feltételnek a nagyméretű tartályokban, például a repülőtereken elhelyezett kerozin-tartályokban, vagy a vegyiparban alkalmazott metanol tartályokban található folyadék szintváitozása eleget tesz, így elvben bármilyen típusú szintmérő szondát tartalmazó rendszerben alkalmazható lenne a találmányban javasolt kapcsolási elrendezés.

A második feltétel azonban a szondatipusok körét szűkíti, mert a szint követése úszóval vagy tapintóval eleve impulzus számlálós jelfeldolgozási módszert tételez fel, és az impulzusszámlálót igénylő érzékelők kimenetei mint ismert, csak további igen bonyolult áramkörök alkalmazásával multiplexelhetők információ veszteség nélkül. így a találmány tárgyát képező kapcsolási elrendezés elsősorban kapacitás, konduktivilás vagy nyomásmérési elven működő szintmérő szondákat tartalmazó üzemanyagmérő rendszerekhez alkalmazható előnyösen.

A 6 tartályjellemzőket tartalmazó fix tár tartalmazhatja a tartály különböző magassági pontjaihoz tartozó keresztmetszeti jellemzőket, a tartály és az üzemanyag hőfok-együtthatóját és az üzemanyag összenyomási tényezőjét a folyadékmagasság függvényében, azaz lehetővé teszi a mérési pontosság jelentős növelését.

A 7 digitálisan vezérelt zavarszűréshez szükséges állandókat tartalmazó fix tár pedig tartalmazhatja mindazon prediktív információkat - például várha ó impulzushossz, várható fázis, várható frekvencia, várható kitöltési tényező, időegység alatt vá ható szintváltozás, a zavarok várható frekvenciája, várható legnagyobb hőmérsékletingadozás — amelyek a mérési eredmény megbízhatóságának a vizsgálatára szükségesek és lehetővé teszik a mérés hihetőségének a javítását.

A találmány megvalósíthatóságának a feltétele a 2 szinkron logika realizálhatósága. A 2 szinkron logika egy lehetséges igen egyszerű kiviteli példája az olyan háromállapotú szekvenciális hálózat, melynél a 2 szinkron logikának az 1 multiplexerre kapcsolódó IMP impulzus bemenete egyrészt közvetlenül az A első D flip-flop CKA órabemenetére, illetve 10 hárombemenetü ES kapu egyik bemenetére, másrészt a 9 inverteren keresztül a B második D flip-flop CKB órabemenetére csatlakozik. A 2 szinkron logikának 5 vezérlőre csatlakozó START indító bemenete a további 11 inverteren keresztül az A első D flip-flop PRA beíró bemenetére van kötve. Az ugyanezen A első D flip-flop DA D bemenete a földre, a Q_A negált kimenete pedig a 10 h írombemenetü ÉS kapu további bemenetére illetvj a B második D flip-flop PRB beíró bemenetére van bekötve.

Az ugyanezen B második D flip-flop Q_B kimenete a 10 hárombemenetü ÉS kapu további bemenetére, a DB D bemenete pedig a földre van kötve.

A 2 szinkron logikának az 5 vezérlőre kapcsolódó VÉGE mérés végét jelző kimenete a B második D flip-flop Q_B negált kimenetére van csatlakoztat\a, A 10 hárombemenetű ÉS kapu kimenete pedig í MÉRÉS teljes impulzust biztosító kimeneten keresztül a 3 számlálóba van csatlakoztatva.

A 2 szinkron logika ezen lehetséges kiviteli példájának a működése a 3. ábrán látható állapotgráf segítségével követhető.

A 2 szinkron logika alapállapota a Q_A Q_fi = 1 állapot. A START jel hatására a 2 szinkron logika a Q_A Q_B = 1 várakozó állapotba kerül. Amennyiben a START jel megszűnte után bekövetkezik az .MP bemeneíen az első állapotváltozás, ami ennél a kiviteli példánál felfutó él, úgy a 2 szinkron logika a Q_aQb ⁼ 1 állapotba kerül, és kiadja a 3 számlálónak a MÉRÉS jelet. (Amíg a MÉRÉS jel aktív, addig a 3 számláló impulzusokat tud fogadni az 5 vezérlőtől). A START jel megszűnte utáni második állapotváltozásra az IMP bemeneten, ami ennél a kiviteli példánál lefutó él, a 2 szinkron logika 0_Λ Q_b = 1 alapállapotba kerül vissza. A MÉRÉS jel passzívvá válik, és a passzívvá váiás pillanatában a VÉGE kimeneten egy felfutó él ielzi az 5 vezérlőnek a mérési folyamat végét.

Az új mérési folyamatot az 5 vezérlő fogja ismét kezdeményezni a START bemeneten.

A találmány szerinti kapcsolási elrendezés előnye, hogy nehéz ipari körülmények között teszi

-3i 87 962 lehetővé több szintmérő szonda időmultiplex rendszerű lekérdezését.

Egy igen egyszerű segédáramkör, a 2 szinkron logika olyan kapcsolási elrendezés kialakítását teszi lehetővé, amelynek segítségével egy kivételével az ^! összes számláló és e számlálókat kiszolgáló elemek megtakaríthatók.

Az egyszerűsítés egyúttal az energia és a helyigényt is csökkenti, a rendszer megbízhatóságát pedig növeli. ¹

Claims (4)

Szabadalmi igénypontok

1. Időmultiplex üzemű kapcsolási elrendezés elő- ¹ nyösen kapacitás-, konduktivitás- vagy nyomásmérési elven működő szintmérő szondákat tartalmazó rendszerekhez, mely rendszerek szintmérő szondákra (É-l,...É-n), multiplexerre (1), számlálóra (3), multiplexer vezérlőre (4) és vezérlőre (5) van ² felépítve azzal jellemezve, hogy multiplexer (1) bekimeneteire (be-1,...be-n) párhuzamosan tetszés számú szintmérő szonda (E-l,...É-n) van/vannak bekötve, a multiplexer (1) a szinkron logikán (2) keresztül a számlálóba (3) csatlakozik, a szinkron ² logika (2) és a számláló (3) egy-egy kimenetével, illetve egy-egy bemenetével a vezérlőbe (5) van csatlakoztatva és az ugyanazon vezérlő (5) és a multiplexer (1) közé a multiplexer vezérlő (4) van közbeiktatva. ³

2. Az 1. igénypont szerinti kapcsolási elrendezés azzaljellemezve, hogy a vezérlőre (5) tartály jellemzőket tartalmazó fix tár (6) és/vagy digitálisan vezérelt zavarszűréshez szükséges állandókat tartalmazó fix tár (7) van bekötve. ³

3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti kapcsolási elrendezés azzal jellemezve, hogy a szintmérő szondák (É-i,...E-n)és a multiplexer (1) közé egy bemeneti egység (8) van beiktatva oly módon, hogy sorrendben az első szintmérő szonda (É-l) kibemenete (ki-1) a bemeneti egység (8) első be-kimenetére (b-1), a bemeneti egység (8) első ki-bemeneíe (k-1) a multiplexer (1) első be-kimenetére (be-1), az n-edik szintmérő szonda (É-n) ki-bemenete (ki-n) a bemeneti egység (8) n-edik be-kimenetére (b-n), az ugyanazon bemeneti egység (8) n-edik ki-bemenete (k-n) pedig a multiplexer (1) n-edik be-kimenetére (be-n) van csatlakoztatva.

4. Az 1 — 3. igénypont bármelyike szerinti kapcsolási elrendezés azzal jellemezve, hogy a szinkron logikának (2) a multiplexerre (1) kapcsolódó impulzus bemenete (IMP) egyrészt közvetlenül az első D flip-flop (A) órabemenetére (CKA) illetve egy hárombemenetű ÉS kapu (10) egyik bemenetére, másrészt egy inverteren (9) keresztül a második D flip-flop (B) órabemenetére (CKB) csatlakozik, a szinkron logikának (2) vezérlőre (5) csatlakozó indító bemenete (START) egy további inverteren (11) keresztül az első D flip-flop (A) beíró bemenetére (PRA) van kötve, az ugyanezen D flip-flop (A) D bemenete (DA) a földre, a negált kimenete (Q_A) ³ pedig a hárombemenetű ÉS kapu (10) további bemenetére illetve a második D flip-flop (B) beíró bemenetére (PRB) van bekötve, az ugyanazon második D flip-flop (B) kimenete (Q_B) a hárombemenetü ÉS kapu (10) további bemenetére, a D beme³ nete (DB) pedig a földre van kötve, a szinkron logikának (2) a vezérlőre (5) kapcsolódó mérés végét jelző kimenete (VÉGE) a második D flip-flop (B) negált kimenetére (Q„) van csatlakoztatva, a hárombemenetü ÉS kapu (10) kimenete pedig a teljes impulzust biztosító kimenetén (MÉRÉS) keresztül a számlálóba (3) van csatlakoztatva.