SU1008621A1 - Уровнемер - Google Patents

Abstract

УРОВНЕМЕР по авт.св. № 900120, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точноел ШШ Jr HIZJти измерени  в области низких уровней , в. него введены посшедовательно соединенные схема формировани  фиктивной частоты и дополнительный коммутатор, включенные между входом схема формировани  частот и входами двух основных коммутаторов, и схема вьщелено  уровн  корректирующего контура, подключенна  одним входом к входу схемы признака переполнени , другим входом - к схеме выработки управл гащих сигналов, а выходом - к дополнительному коммутатору , соединенному также с выходом датчика. CJ гул Ч ОУЛГ/Г Уроде it ceiu(iHi

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть исполь зовано в криогенной, нафтехимической и других отрасл х промышленности дл  измерени  уровн  диэлектрических сред. По основному авт. св. № 900120 известен уровнемер, содержащий датчик , схему выработки управл ющих сигналов, две схемы коммутации, схе му формировани  частот, две логическиё схемы, блок пам ти коэффи- циентов, два реверсивных счетчика, схему фиксации переполнени , регист уровн , счетчик и регистр секций l Недостатком известного уровнемер  вл етс  больша  погрешность при измерении низких уровней среды. В процессе измерени  уровн  с многосекционного датчика вычислительный преобразователь реализует компенсационный алгоритм 2-loil l. ), .(н.е) текущее значение частоты рабочей секции датчика ; .E) текущее значение частоты корректи рующей секции да чика ; f € начальные значе0-1 02 ни  частот f и f „. Значение частоты f -2 всегда соответствует частоте полностью заполненной секции датчика, что обусловлено компенсационными свойствами алго ритма. При опросе первой секции датчика в уровнемере частота f поступает с первой секции, а f2 - с корректирую щего контура датчика (фиг. 1) . Если уровень контролируемой среды в первой секции окажетс  ниже h ц (фиг. то корректирующий контур окажетс  заполненным частично и частота его в этом случае % креалбУД отличатьс  от частоты г 2кк. полностью заполненного корректирующего контура на величину Af 2 2к«рес1лТ 2кк что приведет к ошибке дН измерени  уровн  в первой секции датчика. Величина ошибки при измерении уровн  в пределах длины корректирующего ко тура может достигать 10-20%. Цель изобретени  - повышени  точ ности измерени  в области низких уровней. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в уровнемер введены последовательно соединенные схема формировани  фиктивной частоты и допол нительный коммутатор, включенные между входом схемы формировани  час тот и входами двух основных коммутаторов , и схема выделени  уровн  корректирующего контура, подключенна  одним входом к входу схемы признака переполнени , другим входом к схеме выработки управл ющих сигналов , а выходом - к дополнительному коммутатору, соединенному также с выходом датчика. На фиг. 1 приведена структурна  схема уровнемера , на фиг. 2 - один из вариантов выполнени  схемы выработки управл ющих сигналов. Уровнемер содержит датчик 1, блок 2 пам ти частот fo-i и fo2 схему 3 формировани  фиктивной частоты 2фк схему 4 выработки управл ющих сигналов, коммутирующие схемы 5 - 7, логические схемы И 8 и 9, блок 10 пам ти коэффициентов, реверсивные счетчики 11 и 12, триггер 13, регистр 14.уровн , схему 15 выделени  уровн  корректирующего контура, схему 16 признака переполнени , счетчик 17 и регистр 18 числа секций . Измерительный f канал многосекционного датчика 1 подключен к схемам 5 и 6 коммутации, а компенсационный канал f2 - к входу схемы 7 коммутации. Выходы схемы б коммутации подключены к счетным входам реверсивного счетчика 12, а схемы 5 ком1 тации - к входам логических схем 8 и 9, соответственно св занных своими выходами с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика 11. К входб1М схем 5 и б подключены входы foiH 2 формировани  частот и шина Q схемы 4 выработки управл ющих сигналов , а к другим входам схемы 7 коммутации - выход f 2ськ схемы 3 формировани  фиктивной частоты и выходна  шина схемы 15 вьвделени  уровн  корректирующего контура. Выходы (До, Qg и Q схемы 4 подключены к блоку 10 пам ти, выходы (. которого соединены с кодовыми входами реверсивного счетчика 11, св занного своими выходами с соответствующими кодовыми входами второго реверсивного счетчика (РС) 12, регистра 14 уровн , схемы 15 выделени  уровн  koppeктиpyющeгo контура и схемы 16 переполнени . PC 12 подключен к.триггеру 13, единичный выход которого соединен с входом схемы 6 коммутации и входами логических схем 8 и 9. Один выход схемы 16 переполнени  подключен К счетчику 17, св занному с регистром 18 секций, а второй - к входам установки кода регистров 14 и 18. Выходы q, - схемы 4 подключены соответственно к реверсивному счетчику 11 и триггеру 13, реверсивному счетчику 12, счетчику 17, схеме 16-переполнени и схеме 15 выделени  уровн  корректирук цего уровн . Выходы qf и схемы 4 подключены к датчику 1 уровн  дл  обеспечени  его синхронной работы с вторичным преобразователем. Выходной результат уровнемера снимаетс  с регистра 18 секций, в котором хранитс  число полностью заполненных секций и регистра 14 дл  хранени  кода уровн  внутри текущей секции. В основе действи  уровнемера лежит циклический опрос во времени секций датчика, начина  с первой,с формированием в течение времени .опроса каждой секции кода уровн  NH Н в ней и формированием сигнала V 1, если уровень в i-и секции Н, . или Чэо.гр. i - , где Hj.,p - уровень полностью заполненной i-и секции.

В предлагаемом устройстве введен двойной опрос первой секции датчика . При первом из них в качестве частоты f2 корректирующей секции датчика используетс  частота f2 jiKНа основании полученного значени  уровн  делаетс  вывод, заполнен корректирующий контур полностью или .частично. Если уровень оказываетс  менее h УРОЕНЯ.:. полностью заполненного корректирующего контура, то коорректирующий контур заполнен . частично, и, следовательно, его частота ® может быть использована дл  измерени  уровн  первой секции датчика, поэтому во врем  второго опроса необходимо использовать частоту 2фкЕсли же при первом опросе получаем значение уровн  в первой секции больше h, то при втором опросе первой секции датчика в качестве частоты f2 используетс  2. Заметим при этом, что результат первого опроса нигде не индицируетс  и используетс  вычислительным преобразователем только дл  коммутации частот f дл  первой секции.

Если уровень при опросе первой секции Г° происходит переключение вторичного преобразовател  на опрос второй секций, датчика В этом случае частоты коммутируютс  по следующему закону: f снимаетс  со второй секции, f2 первой секции . Далее при опросе следукнцих секций частота f снимаетс  с i-и секции, f2 - с Vi - 1)й секции.

В течение всего цикла опроса датчика определ етс  число полность заполненных секций NceKu,. и уровень N( внутри текущей секции. Значени уровн  Кц. в каждой секции фо гаруес  последовательно на выходе реверсивного счетчика 12.

При вычислении кода уровн 

реализуетс  зависимость 2

J01 1

(1)

2:

с одновременной ее линеаризацией, осуществл емой путем аппроксимации функции

(2;

0

полиномом второй степени

P2t2)o(2-2+a)Z+olo. (3)

5 Рассмотрим работу устройства в

течение оцного цикла опроса многосекционного датчика Т :

Т f-Tj; . ( 4) где Т - врем  опроса одной секции

К - число секций.

0 Дл  синхронной работы устройства в начале цикла Т.jv. производитс  обнуление счетчика 17 и счетчика секции в многосекционном датчике 1 посредг ством сигналов с, и с, к к входу вторичного преобразовател  подключаютс  частоты f и ±2 соответствующие первой секции.

В течение времени Т(,осуществл етс  формирование соответствующего

кода уровн  NH Н за шесть тактов Т. За это врем  реализуетс  совместно зависимость (1 ) и полином (3 ). Управление последовательностью вычислений по тактам производитс 

5 схемой 4, имеющей классическую структуру устройства управлени  синхронного типа.

Один из вариантов построени  схемы выработки управл ющих сигналов

0 приведен на фиг. 2.

Устройство включает генератор 19. тактовой частоты, счетчик 20 импульсов тактовой частоты F с коэффициентом пересчета, равным шести, де5 шифратор 21 сигналов Q, необходимый дл  выборки кодов коэффициентов аппроксимирующего полинома из блока 10 (фиг. 1) пам ти коэффициентов и управлени  коммутацией частот в

П схемах 5 и б , вычитающий счетчик 22 числа установленных секций и дешифратор 23 управл ющих сигналов q.

Тактова  частота Р. с выхода генератора 19 тактовой частоты поступает на вход счетчика 20, кодовый выход которого соединен с входом дешифратора 21. В дешифраторе 21 формируетс  последовательность сигналов Q{ , поступающа  в схему высокочастотного уровнемера, а также на входы вычитающего счетчика числа установленных секций 22 и дешифратора 23.

Вычитающий счетчик 22 по окончании цикла опроса многосекционного 5 датчика Т (4 ) загружаетс  кодом числа секций датчика и высокочас5 отный уровнемер переходит к следующему циклу опроса другого секционного датчик

С выхода вычитающего счетчика 22 снимаютс  сигналы, несущие информаци о номере опрашиваемой секции. На основе этих данных, а также сигналов выхода дешифратора 23 снимаетс  последовательность управл ющих сигналов Q..

Выбор кодов NQ,, пропорциональных коэффициентам аппроксимирующего полинома (3), осуществл етс  сигналами Запись кодов в реверсивные счетчики 11 и 12 производитс  в моменты поступлени  cj,. и соответственно . В моменты Зс1писи кодов в счетчики подача импульсных последовательностей на их счетные входы запрещаетс .

Во врем  первого такта из блока 10 пам ти (фиг. 1) через реверсивный счетчик 11 и PC 12 записываетс  код а триггер 13 с приходом импульса cj, устанавливаетс  в единичное состо ние. ;

В течение первого такта код Nqсписываетс  из PC 12 импульсами частот fgn и fQ, поступающими на его вычитающий и суммирующий входы через схему б коммутации с блока 2 пам ти частот и первичного датчика 1 до момента обнулени  PC 12. Здесь f jjn f 2. На выходе триггера 13 формируетс  временной интервал Т, длительностью Мс(„

о2-12

который заполн етс  импульсами час:тот fp-jn f, ПоступающимJ через . схему 5 коммутации с выхода блока 2 пам ти частот и первичного датчика на входы логич:еских схем 8 и 9. При этом на их выходах формируютс  число-импульсные коды . и п 1г, которые поступают на суммирующий и вычитающий входы PC 11 соответственно . В PC 11 образуетс  сумма

( (

учетом (5)

f -f

о.Ь..

(Г

В начале второго такта код переписываетс  из PC 11 в PC.12, из которого он списываетс  импульсами частоты f до обнулени  PC 12. На 60 рыхрде триггера 13 формируетс  интервал который заполн етс  на схеме 5 импульсами частоты f2. ria выходе схемы 5 формируетс  число импульсов которое 65

записываетс  в PC 11, образу  в нем

код .

f

% 2 - 1РС1- С8) .

В начале третьего такта N2PC-I переписываетс  в PC 12, авРСИ устанавливаетс  код NOI ot и аналогично предыдущему такту в PC 11 формируетс  код

f..Cl,A.N

-t-N . (9)

N

ЗРС1 -2Vf 2РС1 а

в четвертом, п том и шестом тактах, аналогично первым трем тактам, в PC 11 формируютс  коды соответственно

-1

0-t

(10)

f,

07

,-(

С учетом последовательных подстановок (7) в (.8), (.8) в (9), (9) в СЮК (10) „в U1) и U1) в (12) выражение (12) принимает вид

« vKfe - v

f

I

ot-fi f;

+ N«

«

,2

Результирующий код уровн  Мц (ci2Z- -c() xZ+:c(Q,образуемый в PC 11 в конце шестого такта, соответствует значению уровн  в опрашиваемой секции.

Опрос первой секции производитс  дважды за один цикл опроса датчика. Во врем  первого опроса на выходе схемы 15 формируетс  сигнал fllti) , на основании которого осуществл етс  коммутаци  частоты 2 дл  первой секции на вход вычислительного преобразовател .

В конце второго опроса первой секции сформированный код уровн  поступает на схему16 признака пере-, полнени . Еслц NH. 7/ , то в момент прихода синхроимпульса q, рабатываётс  сигнал V-, 1 (при этом ЗСЛГР. который увеличивает состо ние счетчика 17 заполненных секций на единицу.

Если 0 Nf,,, о схема 16, признака переполнени  вырабатывает сигнал заг зузки Я-загр. 1 и в регистры 18 и 14 будут загружены сое- . то ни  счетчика 17 заполнзнных секций и код уровн  текущей секции Кц ( 13) соответственно. Цикл опроса вт рой секции аналогичен предыдущему и т.д. Если; например, число заполненных секций равно четырем, то в счет чике 17 заполненных секций запишетс число 4, а при опросе п той секции сформируетс  код уровн  Nf и в регистр 14 уровн  и регистр 18 секций перепишетс  результат N из PC 1 и счетчика 17 число заполненных сек ций N-o.,,. и уровень внутри .текущей секции NI . При дальнейшем опросе уже пустых секций сигналы V3arp. и состо ни  регистров 14 и 18 измен ютс  только в следующем цикле опроса датчика. Процесс образовани  результата в каждом цикле аналогичен рассмотренному выше. Сформированный ре-, зультат N Н может быть передан в устройство индикации. Разработанный высокочастотный уровнемер обладает более высокой точностью измерени  низкий уровней. Так у прототипа погрешность 1змерени  уровней, близких к нулю, дл  конкретного датчика с учетом погрешности алгоритма компенсации составл ет около 10%. Предлагаемый высокочастотный уровнемер имеет погрешность измерени  уровней (при аналогичных услови х ), близких к нулю, равную 2%.

l

//

ffotf i/ue/та

Cffffftftf

/j

Claims (1)

1. УРОВНЕМЕР по авт.св.

   № 900120, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения в области низких уровней, в. него введены последовательно соединенные схема формирования фиктивной частоты и дополнительный коммутатор, включенные между входом схемы формирования частот и входами двух основных коммутаторов, и схема ввделенюя уровня корректирующего контура, подключенная одним входом к входу схемы признака переполнения, другим входом - к схеме выработки управляющих сигналов, а выходом - к дополнительному коммутатору, соединенному также с выходом датчика.

   „.SU .„1008621