Многофункциональный магнитострикционный преобразователь
Многофункциональный магнитострикционный преобразователь относится к измерительной технике, в частности к магнитострикционным преобразователям перемещений, используемых в качестве датчика уровня и температуры в резервуарах. Техническим результатом полезной модели является расширение функциональных возможностей преобразователя за счет вычисления в том же цикле преобразования температуры окружающей среды. Он достигается тем, что в устройство дополнительно введен микропроцессор вычисления температуры, синхронизирующий вход которого тактируется сигналом с порта вывода микроконтроллера, а сигнальный вход соединен параллельно с сигнальным входом микроконтроллера, при этом вычисление температуры производится программно, микропроцессором по коду опорного канала.
Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к магнитострикционным преобразователям перемещений, используемых в качестве датчика уровня и температуры в резервуарах.
Известен магнитострикционный преобразователь перемещений в код (см. патент РФ №2175754; 2001 г.) Микропроцессорный магнитострикционный преобразователь положения в код / А.И.Надеев, С.В.Кононенко, P.O.Кузнецов - №99109445/28. Заявл. 1999.04.24; опубл. 10.11.2001 и в патенте на полезную модель РФ №55906, однако в нем существует ряд ограничений по операциям, в частности опорный канал. Самым близким по технической сути является устройство (см. патент РФ №2005125762 от 2005.08.12; опубл. 2006.08.27) Микропроцессорный магнитострикционный преобразователь положения в код / А.Ю.Вдовин, М.Ю.Радов, содержащий магнитострикционный волноводный тракт, усилитель сигнала считывания, усилитель тока записи и микропроцессорное устройство, реализующие алгоритмы повышения точности магнитострикционных преобразователей. Информация с измерительного и опорного каналов используется для преобразования перемещения или положения в код, а опорный канал предназначен только для компенсации температурной погрешности. Однако, информация о температуре окружающей среды, которая заключена в цифровом коде опорного канала не используется, что приводит к необходимости при использовании магнитострикционного преобразователя в качестве датчика уровня устанавливать дополнительные датчики температуры и рассчитывать интегральную температуру продукта в резервуаре.
Техническая задача - вычисление цифрового хода положения или перемещения объекта измерения по алгоритму логометрического преобразования с компенсацией температурной погрешности.
Техническим результатом полезной модели является расширение функциональных возможностей преобразователя за счет вычисления в том же цикле преобразования температуры окружающей среды. Он достигается тем, что в устройство дополнительно введен микропроцессор вычисления температуры, синхронизирующий вход которого тактируется сигналом с порта вывода микроконтроллера, а сигнальный вход соединен параллельно с сигнальным входом микроконтроллера, при этом вычисление температуры производится программно, микропроцессором по коду опорного канала.
Предлагаемое устройство изображено на чертеже (фигура 1) - структурная схема многофункционального магнитострикционного преобразователя.
Описание элементов схемы:
1 - магнитострикционный проволочный волновод;
2 - демпфер;
3 - подвижный магнит;
4 - опорный магнит;
5 - катушка считывания;
6 - формирователь тока записи;
7 - усилитель сигнала считывания;
8 - быстродействующий АЦП;
9 - микроконтроллер;
10 - микропроцессор определения температуры.
L - опорное расстояние;
Х - измеряемое расстояние.
В качестве волноводного тракта используется конструкция тракта для логометрического преобразователя. Магнитострикционный волновод 1 с обоих концов закреплен в демпферы 2. Вдоль волновода перемещается подвижный магнит 3, жестко связанный с объектом позиционирования. Опорный магнит 4 закреплен в конце волновода 1, на другом конце находится катушка считывания 5.
Волновод является нагрузкой для формирователя тока записи 6, вход которого связан с портом вывода микроконтроллера 9. С катушки считывания 5 сигнал усиливается усилителем сигнала считывания 7 и подается на вход быстродействующего АЦП 8, параллельный выход которого подастся на порт ввода микроконтроллера 9, а его тактовый вход тактируется также сигналом с порта вывода микроконтроллера 9. Параллельный выход быстродействующего АЦП 8 связан также с портом ввода микропроцессора 10., синхронизирующий вход которого связан также с портом вывода микроконтроллера 9.
Устройство работает следующим образом:
Микроконтроллер 9 формирует сигнал на запуск формирователя тока записи 6 и микропроцессора 10, одновременно микроконтроллер 9 запускает свой внутренний счетчик. Формирователь тока записи 6 выдаст импульс тока в магнитострикционный волновод 1. Под подвижным 3 и опорным 4 магнитами возбуждаются две крутильных ультразвуковых волны, которые распространяются в обе стороны от магнитов 3 и 4 и гасятся в демпферах 2. В катушке считывания 5 индуцируются два импульса, которые усиливаются усилителем сигнала считывания 7. Усиленные сигналы поступают на вход быстродействующего АЦП 8, который тактируется микроконтроллером 9.
После прохождения первого импульса микропроцессор формирует цифровой код измерительного интервала:
где: f0 - частота счетных импульсов внутреннего счетчика микропроцессора 9;
х - измеряемые перемещения;
- скорость ультразвука в волноводе;
- температурный коэффициент задержка ультразвукового импульса в волноводе;
- отклонение температуры от нормальной.
После прохождения второго импульса микропроцессор формирует код опорного расстояния L:
Результатом преобразования положения в цифровой код является логометрическое преобразование, произведенное микропроцессором 9:
Одновременно микропроцессор 10 выбирает код опорного интервала NL, вычисляет отклонение кода NL, обусловленное изменением температуры окружающей среды и определяет температуру согласно выражению:
где: NL0 - цифровой код опорного расстояния при нормальной температуре.
Значения N L0 и и 0 записываются в память микропроцессора 10.
Чувствительность канала измерения температуры определяется выбором волновода с большим и частотой f0 счетных импульсов.
Многофункциональный магнитострикционный преобразователь содержащий волноводный тракт, усилитель сигнала считывания, формирователь тока записи, быстродействующий АЦП и микроконтроллер, отличающийся тем, что в устройство дополнительно введен микропроцессор вычисления температуры, синхронизирующий вход которого тактируется сигналом с порта вывода микроконтроллера, а сигнальный вход соединен параллельно с сигнальным входом микроконтроллера, при этом вычисление температуры производится программно микропроцессором по коду опорного канала.
