PL63673B1 - - Google Patents

Description

Opublikowano: 15.XI.1971 63673 KI. 42 e, 34 MKP GOI £,23/10 UKD Twórca wynalazku: Erazm Spiewak Wlasciciel patentu: Polska Akademia Nauk (Instytut Budownictwa Wod¬ nego), Gdansk—Oliwa (Polska) Sonda cyfrowa do pomiaru poziomu cieczy elektroprzewodzacych Przedmiotem wynalazku jest sonda cyfrowa do pomiaru poziomu cieczy elektroprzewodzacych, przetwarzajaca poziom cieczy na kombinacje cy¬ frowa sygnalów elektrycznych w dowolnym ko¬ dzie refleksyjnym, na przyklad w kodzie Gray'a, stosowana do pomiaru wielkosci, których wartosc okresla poziom cieczy. Sonda przeznaczona jest zwlaszcza do pomiaru poziomu wody w czasie fa¬ lowania.Dla cieczy wykazujacych przewodnosc elektrycz¬ na (np. woda morska, wody rzek, jezior i zbiorni¬ ków wodnych, roztwory soli, kwasów i zasad) istnieje mozliwosc bezposredniego przetworzenia wartosci poziomu wody na sygnaly elektryczne w kodzie cyfrowym z pominieciem elementów ana¬ logowych. Dokonuje sie tego przy pomocy sond cyfrowych.W konstrukcji sondy cyfrowej wyróznia sie dwie zasadnicze czesci. Jedna czescia jest konstrukcja stykowa, a druga uklad elektroniczny. Konstrukcja stykowa jest najczesciej odpowiedniej dlugosci wspornik z materialu nieprzewodzacego, wzdluz którego umieszczone sa w zadanych odstepach sty¬ ki metalowe. Ukladem elektronicznym jest uklad kodujacy, który wyraza liczbe zanurzonych sty¬ ków przy wykorzystaniu jednego ze znanych ko¬ dów stosowanych do zapisu danych dla maszyn cyfrowych.Znane sondy cyfrowe do pomiaru poziomu cie¬ czy maja zlozone uklady kodujace, skladajace sie 2 z duzej ilosci stosunkowo drogich elementów.W jednym ze znanych rozwiazan kazdy styk po¬ laczony jest z cewka wzbudzajaca przekaznika, który wlacza sie z chwila zanurzenia styku w 5 cieczy. Liczba przekazników równa sie liczbie sty¬ ków, to znaczy proporcjonalna jest do wysokosci mierzonego slupa cieczy. Zestyki przekazników steruja matryca diodowa z której otrzymuje sie sygnaly w kodzie cyfrowym. Wada tego rozwiaza- 10 nia jest obecnosc przekazników które pracuja nie¬ pewnie ze wzgledu na ruchome styki.Inne znane cyfrowe rozwiazanie ma inaczej zbu¬ dowany uklad kodujacy. Zawiera on tranzystory i diody. Rozwiazanie to polega na tym, ze kazdej 15 parze styków przyporzadkowane sa jeden tranzy¬ stor, jeden opornik i jedna dioda Zenera. Z ele¬ mentów tych sklada sie podstawowy uklad logicz¬ ny powtarzany dalej w ukladzie sondy. Wszystkie uklady logiczne realizujace jedna pozycje kodu 20 laczone sa poprzez diody do wspólnego obciaze¬ nia. Baza i emiter tranzystora podlaczone sa do odpowiednich styków sondy. Na wyjsciu podsta¬ wowego ukladu logicznego otrzymuje sie sygnal wtedy, gdy zanurzony jest tylko styk emiterowy. 25 Przedstawione powyzej rozwiazania wymagaja zasilania wylacznie napieciem stalym. Jest to nie¬ dogodne, a to ze wzgledu na obserwowana pola¬ ryzacje styków, która znacznie skraca ich trwa¬ losc, a przy zmianach stezenia cieczy elektrolitycz- 30 nej moze powodowac powstawanie bledów pomia- 636733 63673 4 rowych. Ponadto, powyzsze rozwiazania narzucaja koniecznosc wyprowadzania przewodów od kazde¬ go styku do glowicy sondy, w której montuje sie uklad kodujacy.Celem wynalazku jest skonstruowanie sondy cy¬ frowej do pomiaru poziomu cieczy wykazujacych przewodnictwo elektryczne, która bylaby pozba¬ wiona wad znanych rozwiazan.Sonda cyfrowa do pomiaru poziomu cieczy elek- troprzewodzacych, przetwarzajaca poziom cieczy na kombinacje cyfrowa sygnalów elektrycznych w dowolnym kodzie refleksyjnym, na przyklad w kodzie Gray'a, zawierajaca styki umocowane na wsporniku i uklad elektroniczny realizujacy obra¬ ny kod przetwarzania informacji przy czym jako istotna ceche posiada mostkowe uklady kompen¬ sacyjne polaczone w uklad realizujacy kod. Kazdy mostkowy uklad kompensacyjny zawiera syme¬ tryczne zródlo zasilania, którego srodek stanowi wyjscie analizowanych sygnalów cyfrowych. Do konców zródla dolaczone sa po obu stronach od¬ powiednio zgrupowane zespoly rezystorów pola¬ czonych ze stykami sondy.Poprzez dolaczenie rezystorów do obydwu kon¬ cówek symetrycznego zródla zasilania uzyskano to, ze poprzez jeden zespól rezystorów otrzymuje sie sygnal odpowiadajacy stanowi „1", a poprzez dru¬ gi zespól, dolaczony do drugiej koncówki zródla — sygnal odpowiadajacy stanowi „0". Stan „1" uzy¬ skuje sie w chwili, gdy uklad jest w stanie nie- zrównowazenia, a stan „0" — gdy uklad jest zrów¬ nowazony Uklad kodujacy sondy wedlug wynalazku zawie¬ ra tyle rezystorów ile jest styków.W sondzie wedlug wynalazku, wystepuja w mo¬ stkowym ukladzie kompensacyjnym poza zródlem zasilania, tylko elementy rezystancyjne. Brak jest np. tranzystorów. Dzieki temu, uklad kodujacy mo¬ ze byc zasilany napieciem stalym, przemiennym lub impulsowym. Nie ma koniecznosci wyprowa¬ dzania przewodu od kazdego styku, gdyz rezystory moga byc lutowane bezposrednio do styków, a dru¬ gie ich konce — grupowo do wspólnych przewodów zasilania.Wyniki pomiaru poziomu cieczy i falowania otrzymywane przy pomocy sondy wedlug wyna¬ lazku, maja duza dokladnosc. Dzieki mozliwosci zastosowania do zasilania napiecia zmiennego lub impulsowego, mozna wyeliminowac polaryzacje sty¬ ków i wplyw zmian stezenia elektrolitu na doklad¬ nosc pomiaru. Sa to zalety szczególnie istotne i rzutujace na ekonomike pomiarów w trudnych warunkach i dla punktów odleglych od stanowiska pomiarowego (falowanie morskie, wody zbiorników wodnych i jezior itp.).Sonda wedlug wynalazku zostanie blizej objas¬ niona w oparciu o wykonany przyklad, przedsta¬ wiony na rysunku, którego fig. 1 przedstawia mo¬ stkowy uklad kompensacyjny dla jednej pozycji kodu z wykorzystaniem czterech styków, fig. 2 — schemat ideowy ukladu kodujacego sondy.. Jak widac na fig. 1 — styki umieszczone wzdluz wspornika oznaczono ai, bi, as i b2. Fragment A — W — B obwodu przedstawia symetryczne zródlo zasilania ukladu mostkowego. W przypadku zasilania napiecieni przemisnnym lub impulsowym moze to byc uzwojenie transformatora z odczepem srodkowym, a w przypadku napiecia stalego — ogniwo lub zródlo prostownikowe. Zródlo zasilania jest umieszczone w sondzie lub w aparaturze na 5 stanowisku pomiarowym. Rezystory Rai, Rbi, Ra2, Rb2 wlaczone sa poprzez styki w galezie kompen¬ sacyjnego ukladu mostkowego, przy czym Rai = = Rbi, Ra2 = Rb2. Wartosc ich dobiera sie odpo¬ wiednio do warunków pracy ukladu. Ro jest rezy- stywnoscia obciazenia wyjscia sondy, z której zbie¬ ra sie sygnaly zero — jedynkowe dla danej po¬ zycji kodu. Przyjmujac, ze styki rozmieszczone sa w kolejnosci ai, bi, aa, b2 liczac od dolu sondy i ze ciecz w której mierzy sie poziom, ma pola¬ czenie z punktem uziemienia rezystora Ro, dziala¬ nie omawianego ukladu jest nastepujace: Jezeli styk ai zostanie zanurzony w cieczy zas styki bi, a2, b2 nie beda zanurzone, to w obwodzie Rai — A-W-Ro poplynie prad iai dajac na wyj¬ sciu ukladu (rezystor Ro) spadek napiecia U co w przyjetej symbolice logicznej oznacza pojawienie sie cyfry „1". Jezeli poziom cieczy sie podniesie i zostanie zanurzony styk bi to w obwodzie Rbi — B-W-Ro poplynie prad ibi równy co do war¬ tosci pradowi iai lecz o przeciwnym kierunku.Spadek napiecia U zostanie skompensowany do ze¬ ra co oznaczac bedzie pojawienie sie cyfry „0".Przy kolejnym zanurzeniu dalszych styków opisa¬ na sytuacja bedzie sie powtarzac. Przy zanurzeniu styku a2 poplynie w obwodzie Ra2 — A-W-Ro prad ia2 dajac sygnal „1", który zmieni sie na „0" przy podwyzszeniu sie poziomu cieczy i zanurze¬ nie styków b2. Jezeli dla danej pozycji kodu wy¬ korzystanych musi byc wiecej styków, to w ukla¬ dzie przedstawionym na fig. 1 wystapilyby dalsze rezystory Ra3, Ra4 ... Rb3, Rb4 ... Dla otrzymania jednakowych co do amplitudy sygnalów odpowia¬ dajacych „1", wartosci rezystorów Rai równe Rbi, gdzie indeks „i" dotyczy i — tej pary styków, musza byc odpowiednio dobrane. Dobór ten umo¬ zliwia podany nizej wzór Rai • Ra], a2 ak—1 k 2Ro -+- Rai. a2 • • . • a^—i gdzie Ro — rezystywnosc obciazenia, Rai — rezystywnosc dla pierwszego styku, Rak — rezystywnosc dla k-tego styku zala¬ czona do tego samego punktu zasi¬ lania, Rai, a2 ... ak-j — wypadkowa rezystywnosc równoleglego polaczenia k-i rezysto¬ rów Rai do Rak-i.Okreslone przez warunki pracy ukladu wartosci rezystorów Ro i Rai narzucaja wartosci wszyst¬ kich nastepnych rezystywnosci okreslanych przy pomocy powyzszego wzoru.Na fig. 2 rysunku przedstawiono przykladowo zespól mostków kompensacyjnych zasilanych trans- formatorowo, stanowiacych uklad kodujacy dla sondy o 17-tu stykach i realizujacy kod Gray'a.Schemat pokazany na fig. 2 wyjasnia sposób bu¬ dowy ukladu kodujacego w oparciu o zasade la¬ czenia omówionych wyzej mostkowych ukladów kompensacyjnych. Stwierdzic tu mozna, ze fig. 1 jest czescia II ukladu przedstawionego na fig. 2 w przypadku stosowania zasilania transformatorom 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6063673 wego. Zachodzi tu nastepujaca odpowiedniosc oznaczen styków: ai -? 2, bi - 6, a2 - 10, b2 -»- 14 oraz odpowiedniosc rezystywnosci Rai -+ Rj, Rbx -+ Ri, Ra2 -? R2, Rb2 -? R2.Cyframi rzymskimi od I do V oznaczone sa mostkowe uklady kompensacyjne realizujace po¬ szczególne pozycje kodu. Liczbami od 1 do 17 ozna¬ czone sa styki, które rozmieszczone sa w kolej¬ nosci rosnacej wzdluz sondy poczawszy od dolu.Jednakowe indeksy przy oznaczeniach rezystorów mówia o równych wartosciach tych rezystorów.Znaki Wi, W2, W3, W4, W5 oznaczaja wyjscia poszczególnych pozycji kodu, których stan przyj¬ muje wartosci „0" (uklad zrównowazony) lub „1" (uklad niezrównowazony) w zaleznosci od liczby styków zanurzonych w cieczy. Wedlug polaczen przedstawionych na fig. 2 widac, ze przy zanu¬ rzeniu okreslonej liczby styków na wyjsciach ukla¬ du kodujacego otrzymuje sie stany odpowiadajace tej liczbie zapisanej w kodzie Gray'a. Przyklado¬ wo, przy zanurzeniu pierwszych szesciu styków uklady I i III nie beda zrównowazone, zatem Wi daje symbol „1" i W3 daje „1", uklady II, IV, V beda zrównowazone, zatem W3 daje symbol „0", W4 daje „0" i W5 daje „0". Odpowiada to liczbie 6 przedstawionej w kodzie Gray'a. 10 20 25 W przypadku ukladu kodujacego, realizujacego inny kod refleksyjny anizeli kod Gray'a, mostko¬ we uklady kompensacyjne I, II itd. róznic sie mo¬ ga od przedstawionych na fig. 2 liczba dolaczo¬ nych rezystorów i numerami przyporzadkowywa¬ nych im styków. PL PL

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe 2. Sonda cyfrowa do pomiaru poziomu cieczy elek- troprzewodzacych, przetwarzajaca poziom cieczy na kombinacje cyfrowa sygnalów elektrycznych, w dowolnym kodzie refleksyjnym, najkorzystniej w kodzie Gray'a, zawierajaca styki umocowane na wsporniku i uklad elektroniczny realizujacy obra¬ ny kod przetwarzania informacji, znamienna tym, ze ma mostkowe uklady kompensacyjne polaczone w uklad realizujacy kod, z których to mostkowych ukladów kompensacyjnych kazdy zawiera syme¬ tryczne zródlo zasilania, a srodek tego zródla jest wyjsciem analizowanych sygnalów cyfrowych, zas do konców zródla zasilania dolaczone sa po obu stronach odpowiednio zgrupowane zespoly rezysto¬ rów polaczonych ze stykami sondy. ' i b2Jfe_Rfe 3. Roi tu 4. Fig. IKI. 42 e, 34 63673 MKP G 01 f, 23/10 5. HSH 16 8—& 6. I IV 12» 1T 2^4 17-c^ 15 13« 11 < 9« 7. - 3«

1. w w, m w, Fig. 2 W.D. Kart. C/671/71, A4, 240 PL PL