Многоточечный сигнализатор уровня жидкости

Многоточечный сигнализатор уровня жидкости

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к приборостроениюо Цель изобретения - повышение точности измерения. При отклонении уровня жидкости от точек фиксации показания счетчика 31 отслеживают это изменение в течение одного периода работы сигнализатора. Счетчик 31 срабатывает тогда, когда уровень выходит за указанные пределы. Благодаря модуляции состояния коммутаторов 6 и 7 (при помощи триггера 25 и сумматора 32 кодов) постоянно поддерживается чувствительность схемы к изменениям уровня как вверх, так и вниз, без необходимости периодического опроса всех датчиков 1, 2 и 3. 4 ил. о (Л : о W эо СА: Nt

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (gI) 4 G 01 F 23/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3935339/24-10 (22) 29.07.85 (46) 15.04.87. Бюл. У 14 (71) Институт электродинамики

АН УССР (72) Ф.Б.Гриневич, З.Я.Монастырский, М.С.Евдокимов, А.Б.Рыцарь и А .M.Ñàâîëþê (53) 681. 128(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1002842, кл. G Oi F 23/26, 1978.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1114889, кл. С 01 F 23/26, 1982. (54) МНОГОТОЧЕЧНЫИ СИГНАЛИЗАТОР УРОВ.

НЯ ЖИДКОСТИ (57) Изобретение относится к приборостроению. Цель изобретения — повышение точности измерения. При отклонении уровня жидкости от точек фиксации показания счетчика 31 отслеживают это изменение в течение одного периода работы сигнализатора. Счетчик 31 срабатывает тогда, когда уровень выходит за указанные пределы.

Благодаря "модуляции" состояния коммутаторов 6 и 7 (при помощи триггера

25 и сумматора 32 кодов) постоянно поддерживается чувствительность схемы к изменениям уровня как вверх, так и вниз, без необходимости периодического опроса всех датчиков 1, 2 и 3. 4 ил.

1 .13038

Изобретение относится к приборостроению, а именно к устройствам для контроля уровня жидкости.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет повышения чувствительности и помехоустойчивости.

На фиг. 1 представлена функциональная схема многоточечного сигнализатора уровня, на фиг. 2 — схема расположения электродов измерительного емкостного датчика,на фиг. 3— временные диаграммы выходных сигналов; на фиг. 4 — зависимости токов в обмотках первого компаратора и выходного напряжения преобразователя ток— напряжение от уровня (h) контролируемой жидкости в пределах двух соседних по высоте измерительных датчиков .(кривые 1-1, 1-2, 2-1 и 2-2 со- 20 ответствуют четырем тактам работы сигнализатора).

Многоточечный сигнализатор уровня жидкости содержит верхний компенсационный датчик 1, расположенный вне

25 пределов контролируемого уровня, : группу измерительных датчиков 2, состоящую из конденсаторов 2-1 с большей площадью электродов и конденсата ров 2-2 с меньшей площадью электро30 дов, и нижний компенсационный датчик

3, погруженный в контролируемую жидкость, подключенные одними выводами к источнику 4 переменного напряжения. Второй вывод верхнего компенсацион- 35 ного датчика 1 подключен к входу управляемого ключа 5, вторые выводы конденсаторов 2-2 и 2-1 измерительных датчиков 2 подключены к входам коммутаторов 6 и 7 соответственно, а второй вывод нижнего компенсационного датчика .3 — к входу управляемого ключа 8. Первичные обмотки 9 и 10 компаратора 11 соединены одними выводами с выходами коммутаторов 6 и 7, Первичная обмотка 12 компаратора 11, подключена к выходам управляемого ключа 13, а вторичная обмотка 14 — к входу преобразователя 15 ток — напряжение. Первичная обмотка 16 компаратора 17 токов соединена одним выводом с вторыми выводами обмоток 9 и

10, вторым выводом — с общей шиной устройства, а первичные обмотки 18 и 19 подключены к выходам управляемых 55 ключей 5 и 8 соответственно.

Вторичная обмотка 20 компаратора

17 подключена к входу управляемого

34 2 ключа 13. Благодаря низкому входному сопротивлению преобразователя 15 компаратор 11 работает в режиме короткого замыкания, при котором ток вторичной обмотки линейно зависит от изменения токов в первичных обмотках, а входные сопротивления первичных обмоток незначительны и определяются активным сопротивлением проводников (при малых потоках рассеяния, которые имеют место в случае тесной индуктивной связи между обмотками). Обмотка 20 компаратора 17 в зависимости от состояния ключа 13 либо замкнута накоротко, либо нагружена низким входным сопротивлением обмотки 12 компаратора 11. Поэтому компаратор

17 также работает в режиме короткого замыкания, Дифференциатор 21 подключен входом к выходу преобразователя 15 ток— напряжение, а выходом — к входу триггера 22.

Выход тактового генератора 23 соединен через инвертор 24 с входом триггера 22, со счетным входом триггера 25, с управляющим входом ключа

13, с одним из входов схемы 26 совпадения, через элемент 27 задержки с входом схем 28 и 29 совпадения, а также с одним входом схемы 30 совпадения. Прямой выход триггер а 25 подключен к входам схем 29 и 30 совI падения. Прямой выход триггера 25 подключен к входам схем 29 и 30 совпадения, а инверсный выход — к другим входам схем 26 и 28 совпадения.

Выходы схем 26 и 30 совпадения соединены с управляющими входами ключей

5 и 8 соответственно. Другие входы схем 28 и 29 совпадения связаны с выходом триггера 22, а их выходы соединены соответственно с вычитающим и суммирующим входами реверсивного счетчика 31 импульсов, выход которого подключен к одному из входов сумматора 32 кодов и к индикатору 33. К другому входу сумматора 32 кодов (младшему,разряду) подключен . прямой выход триггера 21. Выход сумматора 32 кодов связан с управляющими входами коммутаторов 6 и 7. Управляемые ключи 5, 8 и 13 выполнены двухпозиционными, причем заданные выходы их соединены с общей шиной источника

4 переменного напряжения. Числа витков каждой из обмоток 18 и 19 в два

3 130383 раза больше числа витков первичной обмотки 16 компаратора 1?.

Электроды 1 и 1 конденсатора 2-1 (фиг, 2) с большей площадью S расположены горизонтально на удалении — выше и ниже от заданного уровня

С)

2 фиксации hN. Электроды 2 и 2 конденсатора 2-2 с меньшей рабочей площадью

S удалены от уровня h„ íà расстоя 2 ния + — °

Многоточечный сигнализатор уровня жидкости работает следующим образом °

Пусть при включении прибора в ре- 15 версивном счетчике 31 импульсов устанавливается произвольное число N (в частном случае N = О), которое индуцируется цифровым индикатором 33.

При нулевом состоянии триггера 25, Zp подключенного прямым выходом к входу младшего разряда сумматора 32 кодов, код числа N присутствует на выходе сумматора и на входах коммутаторов

6 и 7. При этом коммутаторы подклю- 25 чают к обмоткам 9 и 10 электроды конденсаторов измерительного датчика с номером N. Работа сигнализатора осуществляется с периодом Т, состоящим из четырех тактов „, С,, „ 30 и t . Такты работы задает генератор

23 (фиг. 3, диаграмма U„) .

В течение времени t« первого такта и времени t, третьего такта работы (на выходах генератора 23 присут«и ствует сигнал логического 0 ) схемы

26 и 30 совпадения закрыты. При этом все три управляемых ключа 5, 8 и 13 находятся в положении "О", а обмотки ,12, 18 и 19 компараторов обесточены. 4р

Токи, создаваемые источником 4 переменного напряжения; в конденсаторах измерительного датчика протекают через включенные противофазно обмотки

9 и 10 компаратора 11 и обмотку 16 45 компаратора 17. При одинаковых числах

BHTKOB Tl H N OGMOTOK 9 H 10 TOK I(g ч ю во вторичной обмотке 14 с числом витков и пропорционален разности ем-! а костей конденсаторов 2-1 и 2-2 ° 50

При частичном погружении измерительного датчика в контролируемую среду каждую из емкостей конденсаторов 2-1 и 2-2 можно представить последовательным соединением двух конденсаторов, один из которых находится в жидкости, другой — в парогазовой смеси.

При изменении уровня в пределах измерительного датчика 2 ток сначала увеличивается (до тех пар, пока идет погружение только конденсатора 2-1 с большей площадью электродов), потом уменьшается за счет погружения второго конденсатора, изменяет фазу при переходе через точку фиксации, достигает минимума при полном погружении конденсатора 2-2 и снова принимает нулевое значение при выходе уровня за пределы N-го измерительного датчика. Кривые 1-1 и 2-1 (фиг. 4g) иллюстрируют изменение тока в зависимости от уровня в прецелах двух датчиков с номерами N и N+1 соответствуют первому и третьему тактам работы сигнализатора.

В третьем такте (отрезок времени

t ) работы сигнал логической "1" с выхода триггера 25 суммируется с показанием N-ro счетчика при помощи сумматора 32 кодов. При этом коммута" торы 6 и 7„ управляемые выходным кодом сумматора, подключают к обмоткам 9 и 10 измерительный датчик с номером N+1. Через обмотку 16 компаратора 17 протекает суммарный ток измерительного датчика, пропорциональный сумме емкостей конденсаторов.

Во втором такте t работы сигнализатора (сигналы логической "1" на выходах тактового генератора 23 и схемы 26 совпадения) .ключи 5 и 13 установлены выходными сигналами U и U в положение "1". При этом ток верхнего компенсационного датчика 1 протекает через ключ 5 и обмотку 18, которая включена противофазно с обмоткой 16. Поэтому ток, протекающий в обмотках 20 и 12, пропорционален разности ампервитков обмоток 16 и 18.

Начальные емкости компенсационных датчиков 1 и 3 выбраны равными начально6 емкости конденсаторов измерительного датчика 2.

Ток непрерывно возрастает при пог.ружении измерительного датчика 3 в контролируемую среду от нулевого значения до значения, соответствующего полному погружению (кривая 1-2 на фиг. 4б) . Фазировка обмотки 12 выбрана таким образом, что ее ампервитки вычитаются из ампервитков обмоток

10 и 14. Зависимость тока в выходной .обмотке 14 от контролируемого уровня имеет вид, показанный на фиг.4а, кривая 1-2. Нулевое значение ток

1303834

С вЂ” С (1+ )

Ег

1, принимает не в точке фиксации

h, а на некотором удалении х = ь от нее.

В четвертом такте t работы сигнализатора ключ 5 переводится в положение "0" сигналом П,, а ключ 8 в положение "1" выходным сигналом схемы 30 совпадения. При этом ток, пропорциональный емкости нижнего компенсационного датчика 3, протекает через обмотку 19, а обмотка

18 обесточена. Ток в обмотке 12 пропорционален разности ампервитков обмоток 16 и 19

Амплитуда этого тока уменьшается от значения, соответствующего полному погружению двух конденсаторов, до нуля (кривая 2-2 на фиг, 4о) . Фаза тока противоположна фазе тока во втором такте работы.

Изменение тока I иллюстрируется кривой 2-2 на фиг. 4а. Постоянное

1 напряжение U< на выходе преобразова

<5 теля 15 ток — напряжение пропорционально модулю тока I„» . Зависимость этого напряжения от контролируемого уровня в пределах двух соседних датчиков иллюстрируется кривыми 1-1, 1-2, 2-1 и 2-2 (фиг. 46), соответствующими четырем тактам работы сигнализатора. Дифференциатор 21 формируе импульсы положительной полярности при увеличении напряжения U в каждом такте по сравнению с предыдущим

Такие импульсы поступают на вход триггера 22 во втором и четвертом тактах работы в том случае, когда контролируемый .уровень находится в пределах между двумя соседними точками фиксации. Выход уровня за эти пределы приводит к исчезновению положительных импульсов. Причем, если уровень находится ниже, то положительные импульсы не появляются во втором такте, а если выше, то — в четвертом. В первом и третьем тактах выходные импульсы инвертора 24, пос,тупающие на вход триггера 22, устаI навливают последний в состояние логической "1". Если это состояние не будет снято во втором или четвертом тактах импульсом дифференциатора 21, то одна из схем 28 или 29 совпадения будет открыта для прохождения вы— ходных импульсов элемента 27 задержки

Z0

6 на входы реверсивного счетчика 31 импульсов. Задержка импульсов тактового генератора 23 необходима для устранения влияния переходных процессов в преобразователе 15 ток — напряжение надежного срабатывания дифференциатора 21. Входы схем 28 и 29 совпадения связаны с выходами триггера 25 таким образом, что разрешение на вход схемы 28 совпадения поступает в течение первых двух тактов, а на вход схемы 29 совпадения — в течение последних двух, Следовательно, при отсутст" вии положительного приращения напряжения во втором такте задержанные импульсы через схемы 28 совпадения поступают на вычитающий вход счетчика

31, уменьшая его показания, При отсутствии таких приращений в четвертом такте импульсы поступают через схему

29 совпадения на суммирующий вход счетчика 31, увеличивая его показания. Показания счетчика 31, а следовательно, и попожения коммутаторов

6 и 7 изменяются до тех пор, пока коммутаторы б и 7 не станут подключать к обмоткам 9 и 10 два соседних по высоте измерительных датчика 2

N-й и (N+1) é, в пределах между средними линиями .которых находится контролируемый уровень. Число М при этом высвечивается цифровым индикатором

33. При отклонении уровня от точек фиксации показания счетчика 31 отслеживают это изменение в течение одного периода работы сигнализатора.

Счетчик 31 срабатывает только тогда, 1 когда уровень выходит за указанные пределы. Все остальное время реверсивный счетчик 31 и связанный с ним отсчет остаются в покое. Благодаря

11 11 модуляции со. таяния коммутаторов

6 и 7 (при помощи триггера 25 и сумматора 32 кодов) постоянно поддерживается чувствительность схемы к изменениям уровня как вверх, так и вниз, причем без необходимости периодического опроса всех датчиков 1, 2 и 3. Благодаря горизонтальному расположению электродов измерительных датчиков 2 на точность фиксации не оказывают влияния такие факторы, как вязкость жидкости, каппилярные явления., поверхностное натяжение, имеющие место в датчиках с вертикально расположенными электродами. Поскольку плоскости электродов параллельны плоскости уровня в баке, а

1303834 доступ жидкости в рабочий объем датчика 2 открыт по всему периметру электродов, то отставание или опережение уровня в датчике 2 по сравнению с уровнем в резервуаре отсутствует.

Формула изобретения с

Многоточечный сигнализатор уровня жидкости, содержащий подключенные к общей вине датчиков верхний и нижний компенсационные емкостные датчики и измерительные емкостные датчики, рассредоточенные в пределах контро- лируемого диапазона и подключенные выходами к входам первого коммутатора, источник переменного напряжения, подключенный выходом к общей пине датчиков, первый и второй .компараторы тока трансформаторного типа, и р- ZO .вый, второй и третий управляемые ключи, подключенные управляющими входами к выходам первой и второй схем совпадения и выходу тактового генератора, подсоединенного выходом 25 к счетному входу первого триггера, к входу инвертора и к одним входам первой и второй схем совпадения, реверсивный счетчик импульсов, подключенный выходом к входу индикатора и первому входу сумматора кодов, первым входом — к выходу третьей схемы совпадения, соединенной первым входом с выходом первого триггера и вторым входом сумматора кодов, вторым входом — с выходом дифференциатора и третьим входом — с выходом тактового генератора и первым входом четвертой схемы совпадения, подключенной выходом к второму входу реверсивного счетчика импульсов, вторым входом— к инверсному выходу первого триггера и другому входу первой схемы совпадения и третьим входом — к выходу дифференциатора, причем сумматоР кодов подсоединен выходом к управляющему входу первого коммутатора, соединенного выходом через последовательно соединенные первые первичные обмотки первого и второго компараторов тока трансформаторного типа с нулевой шиной, подсоединенной через вторую и третью первичные обмотки второго компаратора тока трансформаторного типа с выходами верхнего и нижнего компенсационных емкостных датчиков, подсоединенной через первую вторичную обмотку первого компаратора тока трансформаторного типа к входу преобразователя постоянного тока в постоянное напряжение, подключенного выходом к входу дифференциатора, и подсоединенной через вторичную обмотку второго компаратора тока трансформаторного тича к выходу третьего управляемого ключа, подключенного первым входом к общей шине, соединенной с первыми выходами первого и второго управляемых ключей, а также инвертор, о т л и ч а ю шийся тем ;ra., с целью повышения точности измерения за счет повышения чувствпт ельности и помехоустойчивости, в :..его введены второй коммутатор, элемент задержки и в орой триггер, а каждый из измери. тельных емкостных датчиков выполнен в виде двух плоскопараллельных комденсаторов с разными эффективными площадями электродов, расположенными параллельно плоскости контролируемой среды, а отношение эффективной и.".ощади электродов к расстоянию между электродами обоих лоскопараллельных конденсаторов равны, причем элемент задержки включсн между выходом такToBoI генератора и третьими и первым входами третьей н четвертой схем совпадения соответственно, второй триггер включен между выходом дифференциатора и вторьм и третьим входами третьей и четвертой схем совпадения соответственно и подключен одним из входов через инвертор к выходу тактового генератора, а второй коммутатор подключен входами к дополнительным выходам измерительных емкостных датчиков и подключен управляющим входом к выходу сумматора кодов и выходом через последовательно соединенные вторую первичную обмотку первого компаратора тока трансформаторного типа и первую первичную обмотку второго комп"- ратора тока трансформаторного типа с общей шиной, при этом вторая вторичная обмотка первого компаI ратора тока трансформаторного типа включена между общей шиной и вторым входом третьего управляемого ключа, а первый и второй управляемые ключи включены между выходами верхнего и нижнего компенсационных емкостных датчиков и второй и третьей первичными обмотками второго компаратора ! ! тока трансформаторного типа и подключены одними иэ входов к общей шине.

1303834

1303834

Составитель В.Добровольский

Техред Л.Сердюкова . Корректор M.Ïîæo

Редактор M.Êåëåìåø

Заказ 1296/40

Тираж 694 Подписное, ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035; Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r Ужгород, ул. Проектная, 4