SU1673862A1 - Устройство дл измерени уровн жидкости в баке с осевой мешалкой - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к автоматическим средствам измерени  и может быть использовано в системах контрол  и управлени  технологическими процессами. Цель изобретени  - упрощение совместимости чувствительного элемента с объектом контрол  и расширение области применени  по контролируемым средам. С выхода генератора 1 пр моугольных импульсов импульсы поступают на вход формировател  2 треугольных импульсов, который преобразует пр моугольные импульсы в треугольные. Линейно измен ющийс  сигнал через элемент 3 выборки-хранени  поступает на вход высокочастотного перестраиваемого генератора 4. Сигнал с выхода генератора 4 смешиваетс  в смесителе с высокочастотными колебани ми генератора 6 фиксированной частоты, усиливаетс , фильтруетс  и на элемент 10 возбуждени  подаетс  сигнал с частотой, равной разности частот генераторов 4 и 6. На элементе 13 съема колебаний формируетс  сигнал, напр жение которого измен етс  в соответствии с АЧХ отрезка длинной линии, погруженного в контролируемую среду. После детектировани  и усилени  сигнала с выхода элемента 13 сигнал поступает на вход первого детектора, второго элемента выборки - хранени , на первый вход первого компаратора и на пр мой вход разностного усилител  21. В блоке цифровой индикации фиксируетс  резонансна  частота отрезка длинной линии. 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к автоматическим средствам измерени  и может быть использовано в системах контрол  и управлени  технологическими процессами.

Цель изобретени  - упрощение совместимости чувствительною элемента с объектом контрол  и расширение области применени  по контролируемам средам.

На фиг 1 показана блок-схема устройства дл  измерени  уровн  жидкости в емкост х с осевой мешалкой, на фиг.2 - временна  диаграмма его работы

Устройство содержит последовательно соединенные генератор пр моугольных импульсов 1, формирователь 2 треугольных импульсов, элемент 3 выборки-хранени , перестраиваемый генератор 4 высокой частоты , смеситель 5, ко второму входу KOfopo- го подключен высокочастотный генератор б Фиксированной частоты, усилитель 7, полосовой фильтр 8, лини  9 св зи, элемент 10 возбуждени , отрезок длинной линии образуемый осевой мешалкой 11 и стенкой емкости 12, элемент 13 сьема сигнала, линии 14 св зи, амплитудный детектор 15, усилитель 16, пиковый детектор 17, компаратор 18, D-триггер 19, элемент20 выборки-хранени , разностный усилитель 21, пиковый детектор 22, компаратор 23, схему И-НЕ 24. О-триггер 25, блок цифровой индикации 26, при этом выходы генератора 1 пр моугольных импульсов, полосового фильтра 8 и D- триггера 25 соединены с трем  входами блока 26 цифровой индикации, выход усилител  16 соединен со вторым входами компаратора 18, элемента выборки-хранени  20 и разностного усилител  21, выход которого соединен со вторым входом компаратора 23, ко второму входу схемы И-НЕ 24 подключен выход компаратора 18, элемент 20 выборки-хранени , управл ющий выход цифрового блока 26 индикации подключен ко входам сброса пиковых детекторов 17 и 22 и D-триггеров 19 и 25.

Устройство работает следующим образом .

С выхода генератора 1 пр моугольных импульсов импульсы (фиг.2а) поступают на вход формировател  2 треугольных импульсов , который преобразует пр моугольные импульсы в симметричные треугольные импульсы (фиг. 26). Линейно измен ющийс  сигнал через элемент 3 выборки-хранени  поступает на вход высокочастотного перестраиваемого генератора 4 (фиг. 2в). На выходе генератора 4 возникают электромагнитные колебани  с частотой,  вл ющейс  функцией управл ющего напр жени , которые смешиваютс  в смеси- геле 5 с высокочастотными колебани ми

генератора 6 фиксированной частоты, усиливаютс  в усилителе 7 фильтруютс  в полосовом фильтре 8 так, что по линии 9 св зи на элемент 10 возбуждени  подаетс  сигнал

с частотой, равной разности частот генераторов 4 и 6. Така  схема включени  при соответствующем выборе частот генерато- . ров обеспечивает практически неограниченную перестройку по частоте сигнала,

подаваемого на возбуждение чувствительного элемента. Чувствительным элементом служит осева  мешалка 11, образующа  с металлической стенкой 12 бака отрезок длинной линии. При перестройке частоты

высокочастотного перестраиваемого генератора 4, на элементе 13 съема формируетс  высокочастотный сигнал напр жени , амплитуда которого измен етс  в соответствии с резонансной амплитудно-частотной характеристикой отрезка длинной линии, погруженного в контролируемую среду. При приближении разностной частоты с собственной частотой этого отрезка, котора   вл етс  функцией уровн , увеличиваетс 

напр жение на элементе 13 съема, в соответствии с резонансной кривой.

После детектировани  на выходе амплитудного детектора 15 выдел етс  огибающа  - видеоимпульс, далее видеоимпульс

поступает на усилитель 16, с выхода которого он одновременно поступает на входы пи- кового детектора 17, элемента выборки-хранени  20, на первый вход компаратора 18 и на пр мой + вход разностного усилител  21 (фиг. 2г) D-триггер 19 находитс  в нулевом состо нии, с его выхода напр жение низкого уровн  подаетс  на управл ющий вход элемента 20 выборки- хранени , что обусловливает режим выборки и поступающее на его вход напр жение без изменени  пропускаетс  через него и подаетс  на инверсный вход разностного усилител  21. Разностный усилитель вычитает значени  однопол рных напр жений

U2, Ui, поступающих соответственно на его пр мой и инверсный входы, таким образом на его выходе возникает разностное напр жение AU k(L)2 - Ui), где k - коэффициент усилени  разностного усилител  21.

Далее разностное напр жение Ди с выхода усилител  21 подаетс  на вход пикового детектора 22 и на первый вход компаратора 23. Когда элемент 20 выборки- хранени  находитс  в режиме выборки lhU2 и разностное напр жение Ди 0, то состо ние компаратора 23 не мен етс . Когда напр жение с выхода усилител  16 приблизитс  к амплитудному значению видеоимпульса, вблизи экстремального

значени  (в окрестности резонансной частоты отрезка длинной линии) диод пикового детектора 17 находитс  в полузакрытом со сто нии, благодар  чему напр жение на первом входе компаратора 18 будет боль- ше, чем на втором входе, и компаратор 18 изменит свое состо ние. На его выходе формируетс  напр жение высокого уровн , которое подаетс  на один из входов элемента И--НЕ 24 и на тактовый С вход D-триггера 19. Под действием переднего фронта сигнала , поступающего с выхода компаратора 18, мен етс  состо ние D-триггера 19 и триггер перебрасываетс  в единичное состо ние. Высокий уровень с выхода D-триггера 19 воздействует на управл ющий вход элемента 20 выборки-хранени , переводит его в режим хранени  и элемент 20 выборки-хранени  запоминает мгновенное значение напр жени  Ui, поступающего с выхода усилител  16.

На вход пикового детектора 22 поступает напр жение Ди в промежутке времени, когда и напр жение с выхода усилител  16 находитс  вблизи экстремального значе- ни , т.е. когда U2 Ui При прохождении экстремального значени  напр жени  All компаратор 23 мен ет свое состо ние и на его выходе формируетс  сигнал высокого уровн , который подаетс  на один из входов элемента И-НЕ 24. С этого момента на элементе И-НЕ 24 происходит совпадение сигналов высокого уровн , т.е. совпадение логических единиц, и на выходе элемента 24 формируетс  низкий уровень (лог. 0), но D- триггер 25 находитс  в нулевом состо нии и состо ние его не измен етс  до того момента , пока с выхода элемента И-НЕ 24 не придет передний фронт сигнала Это произойдет тогда когда экстремальное значе- ние напр жени , зафиксированное пиковым детектором 22 станет больше, чем напр жение, снимаемое с выхода разностного усилител  21. Когда это произойдет, компаратор 23 возвращаетс  в исходное со- сто ние и низкий уровень с его выхода вызывает формирование высокого уровн  (лог. 1) на выходе элемента И-НЕ 24, вследствие чего на выходе D-триггера 25 по вл етс  уровень лог. 1, который воздействует на уп- равл ющий вход элемента 3 выборки-хранени  и переводит его из режима выборки в режим хранени . С этого момента запоминаетс  мгновенное значение напр жени , поступающего от формировател  треуголь- ных импульсов 2. На выходе элемента 3 выборки-хранени  фиксируетс  это напр жение, которое вызывает фиксацию частоты высокочастотного перестраиваемоiо генератора 4, а значит. и часiотуси runл  с выхода полосовою фильтра 8 ранную разностной частоте Передний фронт им пульса с D-тршгрра 25 формирует в цифровом бпоке 26 индикации врем  измерени  разностной частоты fi, в котором записываетс  код Ni - fi/2 По окончании времени измерени  на выходе цифрового блока 26 индикации формируетс  импульс, который сбрасывает пиковые детекторы 17 и 22, а также D-триггеры 19 и 25. На выходе триггеров низкие уровни воздействуют на элементы 20 и 3 выборки-хранени  и перевод т их в режим выборки Этим перва  половина цикла заканчиваетс  и начинаетс  втора  половина цикла измерени 

Во второй половине цикл  измен етс  частота f2 на том уровне резонансного импульса , что и f 1, разница заключаетс  в том что напр жение на выходе формировател  треугольных импульсов 2 линейно измен етс  в обратную сторону (линейно уменьшаетс ). После завершени  измерени  частоты 2 в блоке 26 цифровой индикации к предыдущему значению добавл етс  еще N2 - , n результате в счетчике блока 26 будет зафиксирован код N Ni+ N2

fi -f f2

. соответствующий резонансной

частоте отрезка длинной линии

Таким образом, в предлагаемом устройстве определение экстремального значени  напр жени  амплитудно-частотной характеристики и измерение ее резонансной частоты происходит последующему принципу: пиковый детектор 17 грубо определ ет Экстремальное значение, грубо определенное напр жение фиксируетс  вторым Элементом 20 выборки-хранени , разность между зафиксированным и экстремальным значением напр жени  определ етс  и усиливаетс  с помощью разностного усилител  в k раз Пиковым детектором 22 фиксируетс  точное экстремальное значение. В точках , определенных пиковым детектором 23. на одном и том же уровне АЧХ отрезка длинной линии измер ютс  частоты fi и f2, в счетчике фиксируетс  полусумма этих частот , определ юща  резонансную частоту отрезка длинной линии.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  уровн  жидкости в баке с осевой мешалкой, содержащее чувствительный элемент в виде отрезка длинной линии, элементы возбуждени  и съема электромагнитных колебаний, последовательно соединенные генератор пр моугольных импульсов и формирователь треугольных импульсов, высокочастотный

   перестраиваемый генератор электромагнитных колебаний, амплитудный детектор, вход которого соединен с элементом сьема электромагнитных колебаний, и блок цифровой индикации, отличающеес  тем, что, с целью упрощени  совместимости чувствительного элемента с объектом контрол  и расширени  области применени  по контролируемым средам, чувствительным элементом служит осева  мешалка, образующа  с металлической стенкой бака отрезок длинной линии, в устройство дополнительно введены первый и второй элементы выборки-хранени , последовательно соединенные смеситель, первый усилитель и фильтр, высокочастотный генератор фиксированной частоты, второй усилитель, разностный усилитель, первый и второй пиковые детекторы, первый и второй компараторы,- первый и второй D-триггеры, элемент И- НЕ, при этом первый вход первого элемента выборки-хранени  соединен с выходом формировател  треугольных импульсов, второй вход - с выходом второго D-тригге- ра, а выход - с высокочастотным перестра- иваемым генератором, выход которого соединен с первым входом смесител , второй вход которого подключен к выходу высокочастотного генератора фиксированной

   и1

   частоты, выход фильтра соединен с элементом возбуждени  и первым входом блока цифровой информации, второй вход которого подключен к выходу генератора пр моугольных импульсов, третий вход - к выходу второго D-триггера, а выход - к первым входам первого и второго пиковых детекторов, первого и второго D-триггеров, выход амплитудного детектора подключен к входу второго усилител , выход которого соединен с вторым входом первого пикового детектора, первым входом первого компа ратора, первым входом второго элемента выборки-хранени , и первым входом разностного усилител , второй вход которого подсоединен к выходу второго элемента выборки- хранени , а выход - к второму входу второго пикового детектора и первому входу второго компаратора, второй вход которого подключен к выходу второго пикового детектора, а выход - к первому входу элемента И-НЕ, выход которого подключен к второму входу второго D-триггера, выход первого пикового детектора соединен с вторым входом первого компаратора, выход которого подключен к второму входу элемента И-НЕ и второму входу первого D-триггера, выход которого соединен с вторым входом второго элемента выборки-хранени .

   и

   tfl П П П

   1

   Г.