SU964470A2

SU964470A2 - Capacitive level meter

Info

Publication number: SU964470A2
Application number: SU802862554A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Родионович Решетилов; Николай Ильич Сорока; Степан Валерьянович Лукьянец
Original assignee: Минский радиотехнический институт
Priority date: 1980-01-03
Filing date: 1980-01-03
Publication date: 1982-10-07

Description

(5) ЭЛЕКТРОЕМКОСТНЫЙ УРОВНЕМЕР(5) ELECTRIC CAPACITY LEVEL

. 1 .. .. one .. .

Изобретение относитс к электронной технике и может быть использовано дл определени уровн воды в скважинах.The invention relates to electronic engineering and can be used to determine the level of water in wells.

По основному а ВТ , св. № 756212 известно устройство, содержащее общий электрод, измерительный и компенсационный емкостные датчики, подключенные через посто нные резисторы к генератору импульсов, реверсиьный счетчик, первый триггер, второй триггер, два логичо ческих элемента И, два счетчика импульсов , последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и цифроаналоговый преобразователь, и подключенный к ним через реверсивный счетчик s блок пам ти, при этом каждые компаратор , триггер, логический элемент И и счетчик соединены между собой последовательно и подключены соответственно к измерительному и компенсационно- 20 му емкостным, датчикам, генератор импульсов подключен к входам триггеров, генератор тактовых импульсов - к входам логических элементов И, а реверсивный счетчик соединен со счетчиком из цепочки,.подключенной к компенсационному емкостному датчику l.On the main and BT, of sv. No. 756212, a device comprising a common electrode, a measuring and compensating capacitive sensors connected via fixed resistors to a pulse generator, a reverse counter, a first trigger, a second trigger, two logical elements And, two pulse counters, series-connected clock pulses, and a digital-analogue. the converter, and the memory block connected to them through the reversible counter s, with each comparator, trigger, logic element And and the counter are interconnected sequentially o and are connected respectively to the measuring and compensatory capacitive sensors, the pulse generator is connected to the trigger inputs, the clock pulse generator is connected to the inputs of logic gates And, and the reversible counter is connected to a counter from the chain connected to the compensation capacitance sensor l.

Однако устройство имеет недостаточную точность измерени .However, the device has insufficient measurement accuracy.

Целью изобретени вл етс повышение точности измерени .The aim of the invention is to improve the measurement accuracy.

Это достигаетс тем, что в электроемкостный уровнемер введены подключённые к генератору тактовых импульсов дополнительные последовательно соединенные резистор, компенсационный дат;чик , компаратор, триггер, третий логический элемент И, третий счетчик, четвертый логический элемент И, четвертый счетчик, блок сравнени , цифроаналоговый преобразователь, управл емый генератор тактовых импульсов, а в канал измерительного датчика введены подключённые к счетчику дополнительные последовательно соединенные первый преобразователь, п тый логический элемент И, п тый счетчик, блокThis is achieved by the fact that an additional series-connected resistor, compensation date; chick, comparator, trigger, third AND gate, third counter, fourth AND gate, fourth counter, comparison unit, digital-analogue converter, a controlled clock pulse generator, and an additional series-connected first converter connected to the meter are inserted into the measuring sensor channel; th logical element And, fifth counter, block

:вычитани , шестой сметчик, шестой логический элемент И, второй преобразоватёль .,и блок пам ти, при этом дополнительный генератор тактовых импульсов подключен к п тому и шестому логическим элементам И, блокхравнени подключен к шестому сметчику, а допол нительно введенный делитель соединен с третьим счетчиком, третьим и четвер тым логическими элементами И, логичес кими элементами И в каналах основных измерительного и компенсационного дат чиков и основным управл емым генератором .тактовых импульсов. - На чертеже дана структурна схема устрЪйства. Электроемкостный уровнемер содержит общий электрод 1, относительно ко торого образуютс емкости измеритель- ного емкостного датчика 2 и компенсационных емкостных датчиков 3 и 4, три резистора 5-7г три компаратора 8г10, генератор 11 импульсов, три триггера , делитель 15, логические элемен ты И 16-21, управл емые генераторы тактовых импульсов 22 и 23, счетчики , цифро-аналоговые преобразователи 30 и 31, реверсивный счетчик 32, блоки 33 и 3 пам ти, преобразователи 35 и 36, блок 37 вычитани и блок 38 , -сравнени . Уровнемер работает следующим образом . Генератор 11 импульсов генерирует внепрерывном режиме пр моугольные им пульсы, длительность которых выбираетс -большей по сравнению с.временем нарастани переходного процесса в измерительной резисторно-емкостной цепи образованной резистором 6 и измерительным емкостным электродом при наибольшем уровне жидкости. Интервал меж ду импульсами выбираетс достаточным дл полного затухани переходных процессов . Каждый новый.фронт импульса опрокидывает триггеры 12-1А таким образом что на входы логических схем И 16-18 поступает разрешение на пропуск тактовых импульсов с выходагенератора 22 тактовых импульсов на входы счетчиков , Одновременно фронт импульса генератора 11 импульсов поступает через резисторы на измерительную и компенсационную емкости датчиков 2-k. На чинaeтc p нарастание напр жений на эти емкост х, причем врем нарастани на измерительном конденсаторе датчика 2 пропорционально уровню жидкости, а на конденсаторах компенсационных датчиков 3 и - относительно неизменно. При достижении переходными процессами определенных уровней компараторы 8-10 вырабатывают импульсы, привод щие к обратному опрокидыванию триггеров 12-1. На выходах триггеров 12 образуютс сигналы, запрещающие поступление импульсов через логические схемы И 16-18 с выхода генератора 22 тактовых импульсов на входы счетчиков импульсов. Таким Образом, в счетчиках 2t-26 импульсов оказываютс записанными числа импульсов, пропорциональные величинам емкостей измерительных и компенсационных датчиков. В св зи с тем, что конструкци датчиков устанавливает определение соответстви между величинами емкостей и их длиной, число импульсов на выходе счетчика 25 эквивалентно измер емому уровню жидкости. Компенсационный емкостный датчик j совместно с подключенной к нему цепочкой , состо щей из последовательно соединенных компаратора 10, триггера 1;, логического элемента И 18, счетчика 26, реверсивного счетчика 32, цифроаналогового преобразовател 30, управл емого генератора 22 тактовых импульсов и св занного с реверсивным счет- чиком 32 блока 3 пам ти, уменьшает погрешность измерени уровн при условии , что возмущающее воздействие сказываетс в раьной мере как на емкости измерительного датчика.2, так и на емкости компенсационного датчика k (давление, температура, диэлектрическа проницаемость и т, д.). Дл этого в блоке З пам ти записываетс посто нное число импульсов, привод щеес в соответствии эталонному рассто нию компенсационного датчика . При настройке уровнемера порог срабатывани компаратора 10 устанавливаетс таким образом, что число импульсов, записанное в счетчике 26 импульсов, равно посто нному числу импульсов блока 3 пам ти . В случае отклонени по какой-либо причине емкости компенсационного датчика от первоначальной, в счетчике 26 импульсов записываетс иное число импульсов, большее или меньшее по сравнению с хран щимс в блоке 3 пам ти . В результате этого в реверсивном счетчике 32 формируетс код Больше или Меньше, преобразуемый цифро-аналоговым преобразователем 30 в аналоговое напр жение, подстраивающее генератор 22 тактовых импульсов до тех пор, пока число импульсов, записываемых в .счетчике 2(5 импульсов, не станет практически равным числу импульсов блока З пам ти (с учетом пределов технической точности системы подстройки ) ., Таким образом, в счетчике 26 импульсов автоматически поддерживаетс неизменное число импульсов, которое приводитс в соответствие длине компенсационного датчика, т. е. высоте столба жидкости, вдоль которого расположен компенсационный датчик, так как высота.этого столба и число импульсов в счегАике компенсационного датчика, п роисход щие в результате изменени окружающих воздействий, сни жаютс на величину, характеризующуюс степенью точности замкнутой системы подстройки частоты генератора 22 такTOBbix импульсов. Компенсационный емкостный датчик не замачиваетс жидкостью и преднааначен дл компенсации начальной емкое ти измерительного датчика при наличии ее возможных отклонений, про вл ющихс под воздействием окружающих факторов . Счетчик 2 выполнен реверсивным дл того, чтобы можно было составить из него число импульсов, которое пропорционально емкости компенсационного датчика 3. Считывание производитс че р,ез делитель 15, коэффициент делени которого равен отношейию начальной емкости незамоченного измерительного датчика 2 к емкости компенсационного датчика 3. Благодар этому считывание импульсов из реверсивного счетчика 2k производитс во столько раз медленнее во сколько .начальна емкость незамоченного измерительного электрода боль ше по сравнению с емкостью компенсационного датчика 3. При считывании |управл юща шина реверсивного счетчи; |ка 24 дает разрешение на один из входов логического элемента И 19, через который, проход т импульсы от генератора 22 тактовых импульсов на счетчик 27. Запись в счетчике 27 происходит до тех пор, пока из реверсивного счетчика 2k происходит считывание, при обнулении его на логический элемент И 19 поступает запрет, прекращающий прохождение импульсов в счетчик 27. Записанное в счетчике 27 число импульсов пропорционально начальной емкости незамоченного измерительного датчика. Таким образом, при нулевом уровне жидкости показани выходного счетчика 25 и счетчика 27 должны быть равны друг другу. Если компенсационный датчик 3 конструктивно выполнен таким образом, что его емкость равна начальной емкасти измерительного датчика 2, то из схемы уровнемера следует исключить делитель 15, счетчик 2, логический элемент И 19, соединив выход логического элемента И 16 с входом счетчика 27, Выходом уровнемера в целом вл етс число импульсов в реверсивном счетчике 25, пропорциональное измерительному уровню. лок. 33 пам ти хранит посто нное число импульсов, пропорциональное наибольшему измер емому уровню . Преобразователь 35 (преобразователь Зб) преобразует соответствующие числа импульсов в электрические сигналы , разрешающие логическим элементам И 20 и 21 пропуск импульсов с выхода генератора 23 тактовых импульсов на входы счетчиков 28 и 29. Длительности таких разрешений на логических элементах И 20 и 21 пропорциональны числам импуль. в счетчике 25 и блоке 33 пам ти . : Блок 38 сравнени выполн ет роль элемента сравнени в замкнутых системах с отрицательной обратной св зью. В нем производитс вычитание чисел импульсов счетчика 27 и счетчика 29. Результат вычитани , эквивалентный сигналу paqcoглacoвaни в системах с отрицательной обратной св зью, преобразуетс цифро-аналоговым преобразователем 31 .в аналоговую форму и управл ет частотой второго управл емого генератоК а 23 таким образом, что число импульсов с его выхода, прошедшее через логический элемент И 21 и записан юе в счетчике 29, практически равно числу импульсов счетчика 27, который в данном случае выполн ет значение задатчика дл замкнутой системы. Так как число импульсов счетчика 27 измен етс при воздействии возмущений на емкость компенсационного датчика 27, то соответственно измен етс и число импульсов счетчика 29. Аналогично измен етс ч число импульсов в счетчике 28 пропорционально той величине начальной емкости измерительного датика 2, котора в данный момент замочена жидкостью. Такие пропорциональность и изменени объ сн ютс тем, что 796 импульсы в счетчике 28 записываютс от управл емого генератора 23 тактовых импульсов через п тый логический элемент И 20 подобно счетчику 29. Если в счетчике 29 записано число импульсов, пропорциональное начальной емкости измерительного датчика 2, а в счетчике 28 - пропорциональное его замоченной части,.то после вычитани в блоке 37 вычитани содержимых этих счётчиков получаем число импульсов, пропорциональное начальной емкости размоченной части измерительного дат чика 2. В результате вычитани чисел импуль сов реверсивного счетчика 25 и выхода блока 37 вычитани получаем компенса-цию нежелательного вли ни начальной емкости измерительного датчика, а так же возможных изменений ее под вли нием окружающих воздействий. В св зи с тем, что компенсационные и измерительный датчики наход тс в одинаковых услови х, можно предположить , что отклонение емкостей измериteльнoгo датчика в равной мере устра-н етс системами компенсации. Больша часть. приращений емкостей происходит практически идентично, поэтому с достаточно высокой степенью верности при нимаетс утверждение о компенсации погрешности также и по измерительной емкости , : 70 Формула- изобретени .Электроемкостный уровнемер по авт. св. If 756212, отличающийс тем, что, с целью повышени точности измерений, в уровнемер введены подключенные к генератору тактовых импульсов дополнительные последовательно соединенные резистор, компенсационный дат- чик, компаратор, триггер, третий логический элемент И, третий счетчик, четвертый логический элемент И, четвертый счетчик, блок сравнени , цифро-аналоговый преобразователь, управл емый генератор тактовых импульсов, а в-канал измерительного датчика введены подключенные к счетчику дополнительные последовательно соединенные первый преобразователь , п тый логический элемент И, п тый счетчик, блок вычитани , шестой счетчик, шестой логический элемент И, второй преобразователь и блок пам ти , при этом дополнительный генератор тактовых импульсов подключен к п тому и шестому логическим элементам И, блок сравнени подключен к шестому счетчику , а дополнительно введенный делитель соединен с третьим счетчикам, третьим и четвертым логическими элементами И, логическими элементами И в каналах основных измерительного и компенсационного датчиков и основным управл емым генератором тактовых импульсов. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 756212, кл. G 01 F 23/26, 1978.: subtraction, sixth estimator, sixth logical element, And the second converter., and a memory block, while an additional clock generator is connected to the fifth and sixth logical elements, And, the block diagram is connected to the sixth estimator, and additionally entered divider is connected to the third the counter, the third and fourth logical elements AND, the logical elements AND in the channels of the main measuring and compensation sensors and the main controlled generator of tact pulses. - The drawing shows the structural scheme of the device. The electrocapacitance level gauge contains a common electrode 1, relative to which capacitances of measuring capacitive sensor 2 and compensating capacitive sensors 3 and 4 are formed, three resistors 5–7 g, three comparators 8g10, generator 11 pulses, three triggers, divider 15, logic elements And 16 -21, controlled clock generators 22 and 23, counters, digital-to-analog converters 30 and 31, reversible counter 32, blocks 33 and 3 of memory, converters 35 and 36, block 37 of subtraction and block 38, -comparison. The gauge works as follows. The pulse generator 11 generates rectangular pulses in continuous mode, the duration of which is chosen to be longer compared to the rise time of the transient process in the measuring resistor-capacitive circuit formed by the resistor 6 and the measuring capacitive electrode at the highest liquid level. The interval between pulses is chosen sufficient to completely damp the transients. Each new pulse front overturns the 12-1A triggers in such a way that the inputs of logic circuits AND 16-18 receive permission to skip clock pulses from the generator generator 22 clock pulses to the counter inputs. Simultaneously, the pulse front of the generator 11 pulses through resistors to the measuring and compensation capacitances sensors 2-k. At the same time, the voltage rise across these capacitors, the rise time on the measuring capacitor of the sensor 2 is proportional to the level of the liquid, and on the capacitors of the compensation sensors 3 and - relatively unchanged. When transients reach certain levels, the comparators 8-10 produce pulses leading to a reverse tipping of the triggers 12-1. The outputs of the flip-flops 12 generate signals that prohibit the arrival of pulses through logic circuits AND 16-18 from the generator output of 22 clock pulses to the inputs of the pulse counters. Thus, in the counters 2t-26 pulses are recorded the number of pulses proportional to the values of the capacitances of the measuring and compensation sensors. Due to the fact that the design of the sensors establishes a definition of the correspondence between the capacitance values and their length, the number of pulses at the output of the counter 25 is equivalent to the measured liquid level. Compensation capacitance sensor j together with a chain connected to it, consisting of series-connected comparator 10, trigger 1 ;, AND 18 gate, counter 26, reversible counter 32, digital-to-analog converter 30, controlled clock 22 and associated with reversible the counter 32 of the memory unit 3 reduces the measurement error of the level, provided that the disturbing effect affects both the capacitance of the measuring sensor 2 and the compensation sensor capacitance k (d pressure, temperature, dielectric constant, etc.). For this purpose, a constant number of pulses is recorded in the memory block of the memory unit, corresponding to the reference distance of the compensation sensor. When adjusting the level gauge, the threshold of operation of the comparator 10 is set in such a way that the number of pulses recorded in the pulse counter 26 is equal to the constant number of pulses of the memory block 3. If the capacitance of the compensation sensor deviates for any reason from the initial one, a different number of pulses is recorded in the pulse counter 26, more or less than the memory stored in block 3. As a result, a code More or Less is generated in the reversing counter 32, converted by the D / A converter 30 to an analog voltage, adjusting the clock generator 22 until the number of pulses recorded in the counter 2 (5 pulses becomes almost equal the number of pulses of the memory block 3 (taking into account the limits of the technical accuracy of the trimming system). Thus, a constant number of pulses is automatically maintained in the pulse counter 26, which corresponds to the length of the computer sensor, i.e., the height of the liquid column, along which the compensation sensor is located, since the height of this column and the number of pulses in the compensation sensor card, resulting from a change in environmental effects, decrease by an amount characterized by the degree of accuracy of the closed system adjusting the frequency of the TOBbix oscillator 22. The compensation capacitive sensor is not soaked with liquid and is designed to compensate for the initial capacitance of the measuring sensor when there are any possible deviations eny exhibiting propelling under the influence of the surrounding factors. Counter 2 is reversible so that the number of pulses can be made from it, which is proportional to the capacitance of the compensation sensor 3. The reading is carried out through a divider 15, the division factor of which is equal to the ratio of the initial capacity of the unclean measuring sensor 2 to the compensation sensor 3. Thanks this reads the pulses from the 2k reversible counter as many times as slowly as the initial capacitance of the unwetted measuring electrode is larger than the capacitance of the compensation sensor 3. When reading | a control bus of a reversible counter; ka 24 gives permission to one of the inputs of the logical element I 19, through which the pulses pass from the generator 22 clock pulses to the counter 27. The writing in the counter 27 occurs until the reading from the reversible counter 2k occurs, when resetting it to the logical element And 19 enters a ban, stopping the passage of pulses into the counter 27. The number of pulses recorded in the counter 27 is proportional to the initial capacity of the non-wetted measuring sensor. Thus, when the liquid level is zero, the readings of the output counter 25 and the counter 27 must be equal to each other. If the compensation sensor 3 is designed in such a way that its capacity is equal to the initial capacitance of the measuring sensor 2, then the divider 15, counter 2, AND 19 logic element should be excluded from the gage circuit, connecting the output of the AND 16 logic element to the counter input 27, Gage output In general, the number of pulses in a reversible counter 25 is proportional to the measurement level. lok. 33 memory stores a constant number of pulses proportional to the highest measured level. Converter 35 (converter Zb) converts the corresponding number of pulses into electrical signals that allow logic gates AND 20 and 21 to skip pulses from the generator output 23 clock pulses to the inputs of counters 28 and 29. The durations of such grants on logic gates And 20 and 21 are proportional to the number of pulses. in counter 25 and memory block 33. : Comparison unit 38 performs the role of a comparison element in closed-loop systems with negative feedback. It subtracts the number of pulses from counter 27 and counter 29. The result of the subtraction, equivalent to the paq signal in negative feedback systems, is converted by the digital-to-analog converter 31 into analog form and controls the frequency of the second controlled generator 23 in such a way that the number of pulses from its output, which passed through the logical element I 21 and ω in counter 29, is practically equal to the number of pulses of counter 27, which in this case performs the setting value for a closed system. Since the number of pulses of the counter 27 changes under the effect of disturbances on the capacitance of the compensation sensor 27, the number of pulses of the counter 29 changes accordingly. The number of pulses in the counter 28 changes similarly in proportion to the initial capacitance of the measuring sensor 2, which is currently wetted fluid. Such proportions and changes are explained by the fact that 796 pulses in the counter 28 are recorded from the controlled oscillator 23 clock pulses via the fifth logical element AND 20 like a counter 29. If the counter 29 records the number of pulses proportional to the initial capacitance of the measuring sensor 2, and in counter 28, proportional to its soaked part, after subtracting in subtracting unit 37 the contents of these counters, we obtain the number of pulses proportional to the initial capacity of the soaked part of measuring sensor 2. As a result By subtracting the numbers of the pulses of the reversible counter 25 and the output of the subtracting unit 37, we obtain compensation for the undesirable influence of the initial capacitance of the measuring sensor, as well as its possible changes under the influence of surrounding influences. Due to the fact that the compensation and measuring sensors are in the same conditions, it can be assumed that the deviation of the capacitances of the measuring sensor is equally eliminated by the compensation systems. Mostly. increments of capacities occurs almost identically, therefore, with a sufficiently high degree of fidelity, the assertion about the compensation of errors is also taken according to the measuring capacitance,: 70 Formula of the invention. Electrical capacitance level gauge according to the author. St. If 756212, characterized in that, in order to improve the measurement accuracy, an additional series-connected resistor connected to the clock pulse generator, a compensation sensor, a comparator, a trigger, a third AND gate, a third counter, a fourth AND gate, and a fourth a counter, a comparison unit, a digital-analog converter, a controlled clock pulse generator, and an additional serially connected first connected to the meter are inserted into the measuring sensor channel th converter, fifth logical element And, fifth counter, subtraction unit, sixth counter, sixth logical element And, second converter and memory block, while the additional clock generator is connected to the fifth and sixth logical elements And comparison unit is connected to the sixth counter, and the additionally introduced divider is connected to the third counter, the third and fourth logic elements AND, the logical elements AND in the channels of the main measuring and compensation sensors and the main controlled gene Rathore clock. Sources of information taken into account during the examination 1. USSR author's certificate 756212, cl. G 01 F 23/26, 1978.

Claims

Formula · inventions. Electro-capacitive level gauge according to ed. If 756212, characterized in that, in order to increase the accuracy of measurements, an additional resistor, a compensation sensor, a comparator, a trigger connected to a clock pulse generator * are added to the level gauge; the third logical element And, the third counter, the fourth logical element And, the fourth counter, a comparison unit, a digital-to-analog converter, a controlled clock generator, and in the channel of the measuring sensor, additional first series converter connected to the counter, the fifth logical element And , a fifth counter, a subtraction unit, a sixth counter, a sixth logical element AND, a second converter and a memory unit, while an additional clock generator is connected to the fifth and to the logical AND elements, the comparison unit is connected to the sixth counter, and the additionally introduced divider is connected to the third counters, the third and fourth logical elements AND, the logical elements AND in the channels of the main measuring and compensation sensors and the main controlled clock generator.