Дискретный емкостный уровнемер

Дискретный емкостный уровнемер

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение может найти применение при измерении уровня жидкостей. Цель изобретения - повышение точности. Горизонтальные пластины 4 за счет установления низкого напряжения на соответствующих инверсных выходах цепочки D-триггеров 10 типа "бегущая единица" оказываются попарно подключенными к схеме измерения емкости образовавшегося планарного конденсатора. Схема измерения емкости содержит высокочастотный генератор однополярных импульсов 5. Прямой выход генератора 6 через диоды 12 подключен к четным, а инверсный - к нечетным чувствительным элементам. Через диоды 12 и потенциально заземленные резисторы 11 происходит перезарядка образовавшегося планарного конденсатора. Напряжение на конденсаторе, зависящее от его емкости, измеряется с помощью схемы типа пикового детектора, образованной дополнительными диодами 13 и параллельной RC-цепочкой 14. Погруженным пластинам соответствует низкое напряжение на конденсаторе и высокое напряжение на выходе компаратора 15. При подключении непогруженной пары пластин напряжение на выходе компаратора падает. Образованный шим-сигнал формируется формирователем 8 и передается по проводам источника питания 9. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (1) 4 С 01 F 23/26

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21 ) 3985292/24-1 0 (22) 09. 12.85 (46) 23. 12. 89. Бюл. Р 47 (71) Пермский государственный университет им. А.М.Горького (72) А.Г.Прохоров (53) 681.128.63 (088.8) (56) Вульнет Дж. Датчики в пифровых системах. — М.: Энергия, 1981, с. 176-178.

Авторское свидетельство СССР

У 1352229, кл. G Ol F 23/26, 1985.

„„Sg„„> 530925 А1

2 (54) ДИСКРЕТНЫЙ ЕМКОСТНЫЙ УЮВНЕМЕР (57) Изобретение может найти применение при измерении уровня жидкостей.

Пель изобретения — повышение точности. Горизонтальные пластины 4 за счет установления низкого напряжения на соответствуницих инверсных выходах цепочки D-триггеров 10 типа бегущей единицы оказываются попарно подключенными к схеме измерения емкости образовавшегося планарного конденсатора. Схема измерения емкости содержит

-1530925 зонанной дополнительными диодами 13 и параллельной RC-цепочкой 14. Погру:>кенным пластинам соответствует низкое напряжение на конденсаторе и высокое . напряжение на выходе компаратора 15.

При подключении непогруженной пары

:лластин напряжение на выходе компара;;ора падает. Образованный ИМ-сигнал

10 формируется формирователем 8 и передается по проводам источника питания 9. 3 ил.

Изобретение относится к устройствам для измерения уровня жидкостей.

Бель изобретения — повышение точности. 20

На фиг.1 показан уровнемер, общий .вид; на фиг.2 — принципиальная схема уроннеме ра; на фиг.3 — эпюры напряжений в контрольных точках.

Уровнемер размещается в резервуаре 1, содержащем измеряемую среду 2.

В стенку резервуара 1 вмонтировандатчик 3 н виде вертикального ряда чунстнительных элементов 4, выполненных н виде горизонтальных пластин. 30

Измерительная схема уровнемера содержит высокочастотный генератор 5 однополярных прямоугольных импульсов, генератор 6 тактовых импульсов, формирователь запускающего импульса бегущей единицы, формирователь 8 синфазных широтно-импульсных сйгналов измеряемого уровня, стабилизатор 9 питания, пепочку 0-триггеров 10, реэис— торы 11, диоды 12, дополнительные 40 диоды 13, RC-uenouxy 14 и компаратор 15.

Неиннертирующий вход каждого предыдущего D-триггера 10 соединен с

D-входом последующего, а С-входы всех 45 тригге рон подключены к ныходу генератора Ь тактовых импульсов . Инвертирующие выходы D-триггеров 10 соединены через резисторы 11 с чувстнительными элементами 4 и катодами диодов

12. Аноды диодов 12, соединенные с четными чувствительными элементами, соединены через резистор с прямым выходом высокочастотного генератора 5, а через один из дополнительных диодов 13 — с RC-цепочкой 14 . Аноды диодов 12, соединенные с нечетными чувствительными элементами, соединены через резистор с инверсным выходом высокочастотный гене ратор одно полярных импуль сов 5 . .Прямой выход гене ратора 6 через диоды 12 подключен к четным, а инверсный — к нечетным чувствительным элементам. Через диоды 12 и потенциально заземленные резисторы

11 происходит перезарядка образовавшегося планарного конденсатора. Напряжение на конденсаторе, эанисящее от его емкости, измеряется с помощью схемы типа пикового детектора, обравысокочастотного генератора 7 и через другой дополнительный диод 13 также с

i 1С-цепочкой 14 .

RC-цепо чк а 14 соединена с комп ара;.ором пороговым устройством 15, вы:;од которого соединен с д>ормировате.чем 8 выходных 1i!HM-сигналов.

Уроннемер работает следующим образом.

Пусть в начальный момент времени на D-входы первых триггеров 10 цепо>ек подан запускающий импульс "1"

>,диаграмма >) . В устройстве использованы интегральные микросхемы типа (561 ÒÌ3, имеющие дополнительный Vвход выбора фронта. В левой (нечетной) цепочке DD » DD з íà V-вход подаi.>à >1" (напряжение питания), а установка триггеров 10 происходит по переднему фронту тактовых импульсов. В правой (четной) цепочке DD<, DD< на

>,>-вход подан "0" (общий провод), а

>становка триггеров происходит по заднему фронту. Таким образом, по переднему фронту тактового импульса триггера 10 DD переходит в состояние "1" на неиннертирующем выходе (диаграммы б и в) . На его инвертирующем выходе соответственно устанавливается "0». Диод VD, открывается, на пе рвый нижний чувствительный элемент 4 поступают однополярные прямо,>гольные импульсы с частотой 1 МГц от генератора 5, имеюшего прямой и ин-, версный выходы. По заднему фронту

".актового импульса открывается один иэ диодов 12 VD < (диаграмма e) а на . второй чувствительный элемент 4 пот ступают противофазные импульсы .с частотой 1 МГц с инверсного выхода генеi:>àòîðà 5. В этот момент первый и вто :>ой чувствительные элементы 4 образук>т планарный конденсатор, измерение емкости которого производится эа счет непрерывной перезарядки через диоды

12 VD, и VD . Интегратор (RC-цепочка 14) и компаратор 15 (К,, С,, Т,) устроены таким образом, что при погружении опрашиваемых чувствительных элементов 4 в измеряемую среду увеличение емкости планарного конденсатора приводит к закрыванию транзистора Т,, II I1

IQ что соответствует 1 на выходе интегратора-компаратора 14 — 15. Для не— погруженных элементов имеет место об ратная картина, поскольку емкость об разуемых или планарных конденсаторов недостаточна и Т, остается в открытом состоянии, что соответствует "0" на выходе компаратора, Поскольку задний фронт запускающего импульса несколько задержан по отношению к заднему фронту тактового импульса, появление "01 íà D-входах триггеров 10 DD... DDz I не вызывает изменений в их состоянии. Однако с приходом следующего тактового импульса триггер DD,, перебрасывается в

11 l1 состояние 0 на не инв е рт ирующем выходе, причем следующий триггер I 0 цепочки DD 1 во время пе ре ключ е н ия триггера 1 0 DD успевает " подхв а11

I тить состояние триггера 10 DD

II 11

I т.е. 1, и переброситься в это сос— тояние. Рассмотренный динамический эффект в иепочке триггеров 10 и дает ей название бегущей единицы. Для более надежной передачи состояния предыдущего триггера цепочки последующему можно подключить к неинвертирующим выходам триггеров дополнительные конденсаторы небольшой емкости 50100 пФ.

11 л

h Т N-2 где h — измеряемый уровень 1 м;

h максимальный уровень, соот15 ветствующий погружению в измеряемую среду всех чувствительных элементов;

7 — длительность высокого уровня сигнала I", с;

20 Т вЂ” период повторения сигналов, т.е. интервал времени между последовательными передними или задними фронтами, с;

N — число чувствительных элемен25 тов 4.

На выходе формирователя 8 наблюдаются два синфазных !ДИК-сигнала (диаграммы; и pI. Синфазные сигналы применены для большей помехоустойчивости системы передачи информации о измеряемом уровне по проводам питания (телефонной паре) .

Оптимальный период повторения сигналов определяется свойствами теле35 фонной пары, ее длиной и составляет несколько десятков миллисекунд, что соответствует частоте сигналов несколько десятков гери, причем эта частота не должна быть кратна часто40 те электрической сети 50 Гц. Дроссели L, и L> служат для развязки иепей питания и передачи информации. Такие же дроссели должны стоять и на приемном коние (диспетчерский пункт, интерфейс компьютера и т.д. ) . Стабилизатор 9 обеспечивает питание схемы уровнемера стабильным напряжением независимо от длины телефонной пары и падения напряжения на ней.

50 1 1аксимальное KoJIHMecTBo дискрет ных уровней в предлагаемом устройстве определяется только пропускной способностью линии связи, т.е. минимально допустимой длительностью фрон—

55 тон сигналов или соответственно полосой пропускаемых частот. Для стандартной телефонной пары полоса пропускаемых частот находится в области

3000-5000 Гц, а при частоте повторе—

Во время переключения триггеров 10 нечетной цепочки триггер 10 DD oc1. 1 тается в состоянии "1", при котором диод 12 VD открыт. Закрывание диода

- 12 VD, и открывание диода 12 VD npu3 водит к образованию планарного конденсатора между вторым и третьим чувствительными элементами 4. По заднему фронту второго тактового импульса происходит процесс передачи "1" в четной цепочке и открывается следующий диод

12 VD<, Образуется планарный конденсатор между третьим и четвертым чувствительными элементами и так далее по всем элементам 4 диаграммы g и е.

При этом погруженным в измеряемую среду элементам соответствует "1" на вы530925 ходе интегратора-компаратора 14-15, а н результате последовательного ииклического опроса элементов на выходе интегратора-компаратора !4-15 наблю5 дается НИ!1-сигнал с частотой повторения запускающих импульсов (диаграмма» ), содержащий информацию о изме— ряемом уровне

1530925 ния сигналов 10-20 Гц позволяет передавать информацию о 126 или 254 дискретных измеряемых уровнях, что обеспечивает точность измерений уровня

О, 5-17..

Формул а изобретения

Дискретньп емкостный уровнемер, содержащий датчик в виде вертикально установленного ряда чувствительных элементов, систему регистрации, содержащую генератор r-iктовых импульсов, соединенный со схемой последова- 1g тельной коммутации ключей, схему из— мерения емкости, содержащую высокочастотный генератор, соединенную с комп а рато ром, ис точн ик питания, о тл ич ающ ий с я тем, что, с це- 20 лью повыщения точности, чувствительные элементы выполнены в виде горизонтальных пластин, схема последовательной коммутации ключей выполнена в ниде цепочки D-триггеров по числу чунствительнык элементов, в которой ненявертирующий выход каждого предыдуп его триггера соединен с D-входом последующего, С-входы всех триггеров подклкчены к выхбду генератора тактовых импульсов, инвертирующие выходы через резисторы соединены с соответствующими чувствительными элементами, при этом высокочастотный генератор выполнен в виде высокочастотного генератора однополярных импульсов, прямой выход которого через диоды соединен с четными, а инверсный выход — с не,етными чувствительными элементами, анс ды диодов соединены между собой и через две дополнительных диода подключены к параллельной С-цепочке и компаратору.

1530925

Составитель И.Некрасов

Редактор А.Мотыль Темред Л.Сердюкова

Корректор С. Черни

Заказ 7942/41 Тираж 660 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьггиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101