Способ определения количества сжиженного газа в баллоне и устройство для его осуществления

 

Сущность изобретения: воздействуют магнитным полем на баллон со сжиженным газом, измеряют магнитную проницаемость баллона со сжиженным газом и определяют по калибровочной кривой количество сжиженного газа в баллоне, причем калибровочная кривая получена по результатам N измерений интегральной магнитной проницаемости, соответствующих N различным заданным значениям количеств сжиженного газа в баллоне. Устройство содержит катушку индуктивности, намотанную на баллон со сжиженным газом и электрически изолированную от него, генератор синусоидального напряжения, формирователь импульсов, делитель частоты, генератор тактовых импульсов, электронный ключ, счетчик импульсов, элемент ИЛИ - НЕ, формирователь импульса сброса, регистр, дешифратор, индикатор. 2 с и 2 з. п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и направлено на определение количества сжиженного газа в газовом баллоне, используемом, например, в устройствах для питания двигателей автомобилей газообразным топливом, хранимым в жидкой фазе.

Наиболее близкими аналогами к изобретению являются способ и устройство для измерения уровня в баллонах со сжиженным газом путем взвешивания при помощи стакана, на дне которого расположен эластичный сосуд, заполненный жидкостью и имеющий вертикальную трубку, по уровню жидкости в которой судят о количестве газа.

Недостатком известных способа и устройства является сильная зависимость показаний от вибраций и ускорений в вертикальном направлении, что практически исключает возможность применения этих изобретений на движущемся автотранспорте. Использование манометров в установках для питания двигателей автомобилей сжиженным газом неудобно, так как их показания не соответствуют количеству сжиженного газа в баллоне и, кроме того, нет возможности следить за показаниями из кабины автомобиля в процессе движения.

На фиг. 1-3 приведены три различных варианта устройств, реализующих заявленный способ; на фиг. 4 - экспериментальный график зависимости индуктивности катушки, сердечником которой является баллон со сжиженным газом, от количества сжиженного газа в баллоне; на фиг. 5 - структурная схема устройства для измерения количества сжиженного газа в газовом баллоне; на фиг. 6 - временные диаграммы его работы.

Способ определения количества сжиженного газа в газовом баллоне заключается в том, что на баллон со сжиженным газом воздействуют магнитным полем, направленным вдоль продольной оси баллона, и измеряют в качестве информативного параметра интегральную магнитную проницаемость баллона со сжиженным газом. Перед непосредственным проведением измерений проводятся операции по калибровке, которые включают измерение N значений информативного параметра, соответствующих N различным заданным значениям количества сжиженного газа в баллоне, по полученным данным строится калибровочная кривая, по которой определяют текущее количество сжиженного газа в баллоне в процессе работы автомобильного двигателя.

Интегральная магнитная проницаемость баллона со сжиженным газом может быть измерена различными методами.

От величины интегральной магнитной проницаемости баллона со сжиженным газом зависит индуктивность катушки, сердечником, которой является баллон со сжиженным газом (см. фиг. 1). Способ реализован с помощью катушки 1 индуктивности, охватывающей баллон 2 со сжиженным газом, и измерителя 3 индуктивности, работающего на низких частотах (порядка 1 кГц).

Интегральная магнитная проницаемость баллона со сжиженным газом пропорциональна амплитуде магнитного потока через площадь поперечного сечения баллона со сжиженным газом, если задана амплитуда напряженности переменного магнитного поля (см. фиг. 2). На баллон 4 со сжиженным газом надеты соосно две катушки 5 и 6. Первая из них 5 служит для задания определенной напряженности магнитного поля, пропорциональной протекающему по ее обмотке переменному току от источника 7 тока. Вторая катушка 6 служит для измерения магнитного потока в соответствии с выражением U = -d Φ/dt = - μ μ_o W(dI/dt), где μ - интегральная магнитная проницаемость баллона; μ_o - магнитная постоянная; W - коэффициент; I - ток через катушку 5; U - напряжение на катушке 6; Φ- поток через площадь сечения баллона.

В качестве измерительного прибора 8 могут использоваться вольтметры амплитудных, средневыпрямленных, действующих значений, интегрирующие вольтметры.

Измерение магнитного потока через сечение баллона со сжиженным газом может быть замечено измерением индукции магнитного поля вблизи торца баллона (см. фиг. 3). Способ реализован с помощью надетой на баллон 9 катушки 10, подключенной к источнику 11 тока, которая создает магнитное поле заданной напряженности. Датчик 12 индукции магнитного поля, который может быть выполнен на основе датчика Холла, вибрирующей катушки и т. п. , располагается вблизи торца баллона 9. Выходной сигнал датчика 12 регистрируется соответствующим измерительным прибором 13. Магнитное поле, создаваемое катушкой 10, в данном случае может быть как переменным звуковой частоты, так и постоянным.

На фиг. 1 приведены результаты экспериментального исследования зависимости индуктивности катушки 1, намотанной на баллон 2 со сжиженным газом (см. фиг. 1), от количества сжиженного газа в баллоне - калибровочная кривая. Из этого графика видно, что индуктивность катушки однозначно связана с количеством сжиженного газа в баллоне. Измерения проводились на частоте 1 кГц. При этом на высоких частотах происходит магнитное экранирование внутреннего объема баллона его металлическими стенками, поэтому диапазон частот должен быть ограничен звуковыми частотами.

Устройство для определения количества сжиженного газа в баллоне содержит катушку 14 индуктивности, намотанную на баллон со сжиженным газом и электрически изолированную от него, генератор 15 синусоидального напряжения, формирователь 16 импульсов, делитель 17 частоты, генератор 18 тактовых импульсов, электронный ключ 19, счетчик 20 импульсов, элемент ИЛИ-НЕ 21, формирователь 22 импульса сброса, регистр 23, дешифратор 24 и индикатор 25.

Выводы катушки 14 индуктивности подключены к входам генератора 15 синусоидального напряжения, выход которого через формирователь 16 импульсов соединен с входом делителя 17 частоты и первым входом элемента ИЛИ-НЕ 21, второй вход которого соединен с выходом делителя 17 частоты и управляющим входом электронного ключа 19, сигнальный вход которого подключен к выходу генератора 18 тактовых импульсов, выход электронного ключа 19 соединен с входом счетчика 20 импульсов, информационные выходы счетчика 20 импульсов через последовательно соединенные регистр 23 и дешифратор 24 соединены с входами индикатора 25 , выход элемента ИЛИ-НЕ 21 подключен к управляющему входу регистра 23 и через формирователь 22 импульса сброса соединен с входом сброса счетчика 20 импульсов.

Устройство работает следующим образом. Катушка 14 индуктивности подключается к колебательному контуру генератора 15 синусоидального напряжения, которое поступает на вход формирователя 16 импульсов (фиг. 6а). Формирователь 16 импульсов, который может быть выполнен на основе компаратора или триггера Шмитта, преобразует синусоидальный сигнал в прямоугольные импульсы (фиг. 6б) той же частоты. Делитель 17 частоты формирует импульсы, частота следования которых в несколько раз меньше частоты синусоидального сигнала (фиг. 6в). Эти импульсы открывают электронный ключ 19, и через него начинают проходить импульсы с выхода генератора 18 тактовых импульсов (фиг. 6г). На выходе электронного ключа 19, который может быть выполнен на основе элемента И, формируются пачки импульсов (фиг. 6д). Количество импульсов в каждой пачке подсчитывается счетчиком 20 импульсов и запоминается в регистре 23 по команде с выхода элемента ИЛИ-НЕ 21 (фиг. 6е). После того, как информация записана в регистр 23, на выходе формирователя 22 импульса сброса формируется короткий импульс (фиг. 6ж), который обнуляет содержимое счетчика 20. Дешифратор 24 преобразует записанный в регистре 23 код в сигналы управления индикатором 25, который в простейшем случае может представлять собой линейку светодиодов. При изменении количества сжиженного газа в баллоне меняется интегральная магнитная проницаемость баллона с газом, а значит, и индуктивность катушки 14, сердечником которой служит баллон со сжиженным газом. При изменении индуктивности катушки 14 меняется частота генератора 15 и, следовательно, число тактовых импульсов, поступающих на вход счетчика 20 импульсов. Выбором функции преобразования дешифратора 24 осуществляется соответствие показаний индикатора 25 количеству сжиженного газа в баллоне. (56) Патент Франции N 230891, кл. G 01 F 23/20, 1976.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА СЖИЖЕННОГО ГАЗА В БАЛЛОНЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1. Способ опpеделения количества сжиженного газа в баллоне, заключающийся в том, что измеpяют N значений инфоpмативного паpаметpа, соответствующих N pазличным заданным значениям количества сжиженного газа в баллоне, стpоят калибpовочную кpивую, непосpедственно измеpяют значение инфоpмативного паpаметpа и по калибpовочной кpивой опpеделяют количество сжиженного газа в баллоне, отличающийся тем, что на баллон со сжиженным газом воздействуют магнитным полем, напpавление котоpого совпадает с пpодольной осью баллона со сжиженным газом, а в качестве инфоpмативного паpаметpа выбиpают интегpальную магнитную пpоницаемость баллона со сжиженным газом.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на баллон со сжиженным газом воздействуют пеpеменным магнитным полем звуковой частоты, а интегpальную магнитную пpоницаемость баллона со сжиженным газом опpеделяют путем измеpения индуктивности катушки, сеpдечником котоpой является баллон со сжиженным газом, или амплитуды магнитного потока чеpез площадь попеpечного сечения баллона со сжиженным газом пpи заданной амплитуде напpяженности магнитного поля.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что интегpальную магнитную пpоницаемость баллона со сжиженным газом опpеделяют путем измеpения индукции магнитного поля у тоpца баллона со сжиженным газом.

4. Устpойство для опpеделения количества сжиженного газа в баллоне, содеpжащее чувствительный элемент и индикатоp, отличающееся тем, что в него введены генеpатоp синусоидального напpяжения, фоpмиpователь импульсов, делитель частоты, генеpатоp тактовых импульсов, электpонный ключ, счетчик импульсов, pегистp, дешифpатоp, фоpмиpователь импульса сбpоса и элемент ИЛИ - НЕ, пpи этом чувствительный элемент выполнен в виде катушки индуктивности, намотанной на баллон со сжиженным газом и электpически изолиpованной от него, выводы катушки индуктивности подключены к входам генеpатоpа синусоидального напpяжения, выход котоpого чеpез фоpмиpователь импульсов соединен с входом делителя частоты и пеpвым входом элемента ИЛИ - НЕ, втоpой вход котоpого соединен с выходом делителя частоты и упpавляющим входом электpонного ключа, сигнальный вход котоpого подключен к выходу генеpатоpа тактовых импульсов, пpичем выход электpонного ключа соединен с входом счетчика импульсов, инфоpмационные выходы котоpого чеpез последовательно соединенные pегистp и дешифpатоp соединены с входами индикатоpа, а выход элемента ИЛИ - НЕ подключен к упpавляющему входу pегистpа и чеpез фоpмиpователь импульса сбpоса соединен с входом сбpоса счетчика импульсов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6