SU781588A1 - Индуктивно-емкостной уровнемер - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к электронным устройствам автоматики и быть использовано дл  измерени  уровней электропроводных жидкостей, когда роль поплавка выполн ет измер емый 5 уровень..

Известно устройство дл  измерени  уровн  электропроводных жидкостей, которое содери ит . общий, измерительный и компенсационный электроды и индика- торное устройство, стабилизатор тока, включенный между общим и компенсационным электродами и управл емым сопротивлением , например эмиттерным повторителем , соединенным с нагрузкой . 15 стабилизатора тока и через индикаторное устройство - с измерительным электродом l.

Однако такое устройство вы вл ет относительно невысокую точность изме- 20 рени  вследствие значительного повышени  нагрузки стабилизатора при нарастании уровн .

Наиболее близ1 им по технической сущности  вл етс  устройство, содер- 5 жащее общий электрод, измерительный и компенсационный емкостные датчики, генератор импульсов и триггер 2.

Недостатком этого устройства  вл етс  пониженна  точность измерений, 30

обусловленна  аналоговыми элементами и Двум  источниками питани ,неста бильность которых приводит к погрешности .

Цель изобретени  - повышение точности измерений.

- Поставленна  цель достигаетс  тем, что в уровнемер введены индуктивный датчик, соединенный с генератором импульсов, сумматор, три канала преобразовани , выполненные в виде последовательно соединенных компаратора , триггера, логического элемента и счетчика импульсов, при этом первый канал преобразовани  соединен входом через дополнительный инверторный повторитель с индуктивным датчиком , а выходом - с сумматором, второй канал преобразовани  включен между емкостньм датчиком и сумматором и снабжен -дополнительными последовательно соединенными логическим элементом и преобразова телем, включенными между триггером и логическим элементом канала преобразовани , и двум  каналами настройки, выполненными в виде последовательно соединенных генератора тактовых импульсов, цифроаналогового- преобразовател , реверсивного счетчика и блока пам ти

781588 причем генератор тактовых импульсов. первого канала. настройки соединен с логическими элементами первого и второго каналов преобразовани , а реверсивный счетчик первого Канала настройки - с сумматором, генератор тактовых импульсов второго канала настройки соединен с дополнительным логическим элементом второго канала преобразовани  и логическим элементом третьего канала преобразовани , реверсивный счетчик второго канала настройки со счетчиком третьего канала преобразовани , а выход генератора импульсов подключен на вход триггеров каждого канала преобразо ,вани . На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства. Ийдуктивно-емкос -ный уровнемер содержит общий емкостный электрод 1, индуктивный датчик 2, измерительнь1й емкостный датчик 3, компенсационный емкостный датчик 4, первый канал пре образовани  К1, состо щий ИЗ последо вательно соединенных первого резистора 5, инвертирукнцего повторител  6 компаратора 7, первого триггера 8, .логического элемента И 9, счетчика 1 импульсов, первый канал настройки H состо щий из блока 11 пам ти, реверсивного счетчика 12, цифрраналоговог преобразовател  13, генератора 14 тактовых импульсов, двухвходовой сум матор 15, второй канал преобразовани  К2, состо щий,из последовательно соединенных второго резистора 16, компаратора 17, второго триггера 18, первого логического элемента И 19, преобразовател  20 , второ;:о логического элемента И 21, счетчика импульсов . 22, третий канал преобразовани  КЗ,состо щий: из последовательно соединенных третьего резистора 23, компаратора 24, третьего триггера 25 логического элемента И 26, счетчика 27 импульсов, генератор 28 импульсов второй канал настройки И 2,состо щий из последовательно соединенных блоко 29 пам ти, реверсивного счетчика 30, цифроаналогового: преобразовател  31 генератора 32 тактовых импульсов. Индуктивный датчик 2 представл ет собой спйраль, витки которой ШгрУжа ютс  в жидкость по мере повышени  ее уровн , а так как жидкость выполн ет роль проводника, индуктивность незамоч:енных витков уменьшаетс . Витки индуктивного датчика намотаны таким образом, что индуктивное сопротивление незамоченной части пропорциональ рассто нию Ч от верхней границы до измер емого уровн . Измерительный ем кобтный датчик 3 предназначав дл  измерени  рассто ни  Х от нижней границы до измер емого уровн . 1 ;6мпё сационный емкостный электрод 4 посто  нно погружен в жидкость и используетс  совместно со схемой компенсации ошибки. Первый подканал преобразовани  К1 устанавливает пропорциональное соответствие индуктивности датчика 2, или что тоже самое, рассто ние Х между верхней границей и измер емым уровнем , числу импульсов в счетчике 10 импульсов. Рассто ние нижней границы до измер емого уровн  линейно преобразуетс  в емкость измерительного емкостного датчика 3 и подканалом преобразовани  К2 - в пропорциональное число импульсов в счетчике 22 импульсов. Емкость компенсационного датчика 4 относительно . посто нна, также неизменно и преобразовываемое подканалом преобразовани  КЗ число импульсов в счетчике 27 импульсов. Первый резистор 5 совместно с индуктивным датчиком 2 образует резистквно-индуктивную цепь, котора  вы вл ет на индуктивности экспоненциально убывающий переходной процесс при подаче на ее вход пр моугольного импульса. Второй и третий резисторы 16 и 23 совместно с емкост ми измерительного и компенсационного датчиков образуют резистивно-емкостные цепи, которые имеют на емкост х переходные процессы экспоненциально-убывающего вида. Индуктивно-емкостный уровнемер работает следующим образом. При поступлении пр моугольных импульсов с выхода генератора 28 на резистивно-индуктивную и резистивноемкостную цепь, в последних возникают переходные процессы, особенностью которых  вл етс  то обсто тельство, что момент достижени  определенного порогового уровн  измен етс  пропорционально индуктивности датчика 2 и емкости датчика 3, завис щих от измер емого уровн . Основными измерительными каналами индуктивно-емкост- . ного уровнемера  вл ютс  каналы преобразовани  К1 и К2, отсчитывающие в импульсах пропорциональные рассто ни  Х и X . Эти подканалы действуют совместно с каналом настройки Н 1 и двухвходовым сумматором 15. Канал преобразовани  КЗ и канал настройки Н 2 выполн ютвспомогательную , компенсирующую роль , уменьша  ошибку измерений в подканале преобразовани  К2.. Каждый новый фронт импульса, поступающий с выхода генератора 28 импульсов, опрокидывает триггеры 8, 18, 25 таким образом, что на их выходах образуютс  логические единицы дл  логических элементов И 9, 19 и 26. Следовательно, в момент поступлени  первого импульса генератора 28, начинаетс  заполнение счетчиков 10 и 27 импульсов с выходов генераторов 14 и 32 тактовых импульсов через логические элементы И 19 и 26. Кроме того., через первый логический элемент И 19 происходит заполнение преобразовател  20 числа импульсов во временной интервал. Заполнение продолжаетс  до тех пор, пока перех ные процессы на рёзистивно-индуктив ной или резистивно-емкостной цеп х датчиков не сравн ют-  с пороговыми значени ми на компараторах 7, 17, 2 При этом на их выходах вырабатывают импульсы, привод щие к обратному оп кидыванию триггеров 8, 18, 25, кото рЫе прекращают прохождение тактовых импульсов через логические элементы И 9, 21, 26. В итоге в счетчике импульсов 9 окажетс  записанным число импульсов пропорциональное рассто нию Х, в преобразователе 20 - пропорциональн рассто нию Л, а в счетчике 27 импульсов - пропорциональное длине ко пенсационного емкостного датчика 4. В интервале между импульсами генератора 28 импульсов производитс  сравнение чисел импульсов счетчика 27 и блока 29 пам ти. Вели В резуль тате сравнени  установлено их равен во, то состо ние цифроаналогового: преобразовател  31 и подстраиваемог генератора 32 тактовых импульсов не мен етс . В тОм случае, когда обнаруживаетс  различие в числах импуль сов, поступающих от счетчика 27 импульсов и блока 29 пам ти на входы реверсивного счетчика 30, в последнем формируетс  код больше или меньше, преобразуемый цифроаналоroBbiM преобразователем 31 в аналоговое напр жение, подстраивающее частоту генератора 32 тактовых импульсов в сторону увеличени  или уменьшени . Этот процесс продолжаетс  до достижени  равенства чисел импульсов счетчика 27 импульсов и блока 29 пам ти. В этом же интервале между импуль сами генератора 28 импульсов производитс  преобразование числа импульсов преобразовател  20 в пропорциональный по длительности элект рический импульс,  вл ющийс  логической единицей на одном.из входов второго логического элемента И 21. Вследствие этого, счетчик импульсов 22 также заполн етс  импульсами с выхода генератора тактовых импульсов 14, проход щих через логический элемент И21. Таким образом, в счетчике 22 оказываетс  записанным число импульсов , пропорциональное рассто нию Х.-з. Двухвходовой сумматор 15 суммкрует содержание счетчиков 10 и 22 импульсов , после производитс  сравнение суммы с эталонным числом импульсов, хран щимс  в блоке 11 пам ти . Если эти величины оказываютс  одинаковыми, то состо ние реверсивного счетчика 12, цифроаналогового преобразовател  13 и генератрра тактовых импульсов 14 сохран етс  неиз .менным. При различии, в реверсивном счетчике 12 вы вл етс  код больше или меньше, который преобразуетс  цифроаналоговым,- преобразователем 13 в соответствующее аналоговое напр жение , увеличивающее или уменьшающее частоту подстраиваемого генератора 14 тактовых импульсов. Подстройка производитс  до тех пор, пока числа импульсов двухвходового сумматора 15 и блока 11 пам ти не станут практически равными. Процессы достижени  установившегос  состо ни , при котором станов тс  практически равными числа импульсов в счетчике 27 импульсов и блоке 29 пам ти, а также двухвходовом сумматоре 15 и блоке 11 пам ти, протекают на прот жении нескольких импульсов генератора 28 импульсов. По окончании переходных процессов в счетчиках 10 и 22 импульсов фиксируютс  числа импульсов, с высокой степенью точности пропорциональные рассто ни м Х и Х. В структуре устройства предусмотрены два способа уменьшени  ошибок измерений. Первый способ относитс  только к подканалу преобразовани  и состоит в том, что ошибка измерений в этом подканале уменьшаетс  исход  из предположени ,, что измерительный емкостный датчик 3 и компенсационный , емкостный датчик 4 наход тс  в одинаковых услови х, и что специально вводима  система компенсации ошибок по подканалу преобразовани  КЗ в равной мере снижает ошибку измерений . по измерительному подканалу К2. Компенсаци  ошибок по подканалу преобразовани  КЗ достигаетс  благодар  неизменности соответстви  чисел импульсов блока 29 пам ти и счетчика 27 импульсов высОте столба жидкости, вдоль которого размещен компенсационный датчик 4. И если, по какой-либо причине, емкость компенсационного датчика отклон етс  от эталонной, система с обратной св зью, включающа  подканал настройки Н 2,измен   частоту генерации генератора 32 тактовых импульсов, удерживает число импульсов неизменным в счетчике 27 импульсов. Этим уменьшаютс  ошибки, возможные вследствие изменени  компенсационной емкости 4, но, в св зи с тем,что измерительна  емкое гь 3 находитс  в тех же услови х, то одновременно уменьшаютс  ошибки и по измерительному подканалу К2,первый логический элемент И 19 которого подключен к тому же генератору тактовых импульсов 32, что и логический элемент И 26 третьего подканала пребразовани  КЗ. Второй способ уменьшени  ошибок редусмотрен путем введени  подканала преобразовани  К1, измер ющего рассто ние х, двухвходового сумматора 15 и первого подканала настройки Н 1. Сущность этого способа состоит в установлении соответстви  неизменного рассто ни  Н .X Ч между верхи нижней границами посто нному ней числу импульсов блока 11 пам ти и двухвходового сумматора 15. При любом уровне жидкости счетчики 10 и 22 импульсов заполн ютс  числами импульсов , пропорциональными рассто ни м Х и X . Их сумма в двухвходовом сумматореД5 сопоставл етс  с числом и ffIyльcoв.блока 11 пам ти. Если в jpeзультате сопоставлени  устанавливаетс  равенство, то состо ние реверсивно го счетчика 12, Цифроаналогового: пре образовател  13 и подстраиваемого генератора 14 тактовых импульсов остаетс  неизменнйм. в случае различи  в реверсивном счетчике 12 образуетс  код больше или меньше, преобразуемый цифроаналоговым . преобразов .ателём 13 в напр жение, увеличивающее или уменьшающее частоту генерации генератора 14 тактовых,импульсов до тех пор, пока число импульсов двухвходового сумматора 15 не Станет практически равным числу импульсов блока 11 пам ти. Этот способ уменьшени  ошибок введен также исход  из предположени  что погрешности преобразовани  рассто  ний Х. и Х дл . индуктивного 2 и емкостного .3 датчиков однонаправленьа, то есть окружающие воздействи  приво д т к таким же одинаковым иэменени м процессов преобразовани , как это , имеет место дл  измерительной 3 и . .компенсационной 4 емкостей. Поэтому соотношение между X и Х-, а, следовательно , и числами импульсов в счетчиках 1-0 и 22 остаетс  неизменным, но т:ак как число импульсов в двухвхо довом сумматоре неизменно, то однонаправленные погрешности преобраэова X и Х, индуктивным 2 . ни  рассто ний и емкостным 3 датчиками не оказывают вли ни  на точность показаний счетчиков 10 и 22 импульсов. Индуктивный датчик 2 может быть заменен линейным проволочным электро дом, сопротивление которого измен етс  по мере;, замачивани  жидкостью, при этом вместо первого резистора 5 устанавливаетс  конденсатор, образующий совместно с линейным проволочным электродом резистивно-емкостную цепь. Однако этот способ пригоде только дл  спокойных жидкостей, медленно мен ющих свой уровень, когда жидкость на незамоченной чао ги полностйю высыхает, так как в противном случае, наход ща с  вне жидкости, но смоченна  жидкостью и поэтому провод ща  часть линейного проволочного электрода в области измер емого уровн  будет вы вл тьс  в качестве ошибки измерений. Дл  индуктивного измерительного электрода 2 смачивание жидкостью части витков в области измер емого уровн  не приводит к погрешности в св зи с тем, что индуктивность смоченных и сухих витков будет практически неизменна . ; . 1 Формула изобретени  Индуктивно-емкостный уровнемер, содержащий общий электрод, измерительный и компенсационный емкостные датчики , генератор импульсов и триггер, о т личающий с   тем, что, с целью повышени  точности измерений, в него введены индуктивный датчик, соединенный с генератором импульсов, сумматор, три канала преобразовани , выполненные в виде последовательно соединенных компаратора, триггера, логического элемента и счетчика импульсов , этом первый канал преобразовани , соединен входом через дополнительный инверторный повтори .тель с индуктивйьм датчиком, а выходом - с сумматором, второй канал преобразовани  включен между емкостным датчиком и сумматором и снабжен дополнительными последовательно соединенными логическим элементом и преобразователем, включенными между триггером и логическим .элементом канала преобразовани , и двум  каналами настройки, выполненными в виде последовательно соединенных генератора тактовых импульсов, цифроаналогового преобразовател , реверсивного счетчика и блока пам ти, причем генератор тактовых импульсов первого канала настройки соединен с логичесними элементами первого и второго ка.налов преобразовани , а реверсивный .счетчик первого канала настройки-с сумматором, генератор тактовых импульсов второго канала настройки соединен с дополнительным логическим элементом BTOporcf канала преобразовани  и логическим элементом третьего, канала преобразовани , реверсивный счетчик второго кангша настройки - со счетчиком третьего канала преобразовани , а выход генератора импульсов подключен на вход триггеров каждого канала преобразовани . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 400811, кл. G 01 F 23/24, 1973. 2.Авторское свидетельство СССР № 573721, кл. G 01 F 23/26, 1977 (прототип).

Верхн   граница

Уровень

Нижн   граница

Claims (1)

1. Формула изобретения . i

   Индуктивно-емкостный уровнемер, содержащий общий электрод, измерительный и компенсационный емкостные датчики, генератор импульсов и триггер, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены индуктивный датчик, соединенный с генератором импульсов, сумматор, три канала преобразования, выполненные в виде последовательно соединенных компаратора, триггера, логического элемента и счетчика импульсов, при этом первый канал преобразования, соединен входом через дополнительный инверторный повторитель с индуктивным датчиком, а выходом — с сумматором, второй канал преобразования включен между емкостным датчиком и сумматором и снабжен дополнительными последовательно соединенными логическим элементом и преобразователем, включенными между триггером и логическим элементом канала преобразованиями двумя каналами настройки, выполненными в виде последовательно соединенных генератора тактовых импульсов, цифроаналогового преобразователя, реверсивного счетчика и блока памяти, причем генератор тактовых импульсов первого канала настройки соединен с логическими элементами первого и второго каналов преобразования, а реверсивный счетчик первого канала настройки — с сумматором, генератор тактовых импульсов второго канала настройки соединен с дополнительным логическим элементом второго’ канала преобразования и логическим элементом третьего, канала преобразования, реверсивный счетчик второго канала настройки — со счетчиком третьего канала преобразования, а выход генератора импульсов подключен на вход триггеров каждого канала преобразования.