Устройство для измерения уровня диэлектрического вещества



Устройство для измерения уровня диэлектрического вещества

 


Владельцы патента RU 2445584:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова" (RU)

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к мостовым методам измерения на переменном токе параметров датчиков, и может быть использовано для измерения уровня диэлектрического вещества. Содержит две мостовых схемы, каждая из мостовых схем содержит группы емкостных датчиков уровня, образующие смежные плечи мостовой схемы, генератор частоты, подключенный первым и вторым выходами к диагонали мостовой схемы, два сумматора, два синхронных детектора, два фильтра и вычислительный блок. Кроме того, в устройство введена вторая мостовая схема, содержащая в смежных плечах измерительный и тарировочный емкостные датчики уровня заправки. В качестве фазочувствительных элементов применены синхронные детекторы, соединенные сигнальными входами соответственно с выходами первого и второго сумматоров, опорными входами - с третьим выходом генератора частоты, выходами - соответственно с входами первого и второго фильтров. Первые входы сумматоров соединены с выходом мостовой схемы. Вторые входы сумматоров соединены соответственно с первым и вторым выходами генератора частоты. Выходы фильтров соединены с входами вычислительного блока, выход которого является выходом устройства. Технический результат: повышение точности измерения, упрощение и расширение функциональных возможностей за счет тарировки выходного сигнала. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области электроизмерительной техники, конкретно - к мостовым методам измерения на переменном токе параметров датчиков, и может быть использовано в устройствах для измерения уровня диэлектрического вещества, в частности в системах измерения уровней заправки компонентов топлива (СИУЗ) изделий ракетно-космической техники (РКТ).

В качестве аналога выбрано устройство «Мост на переменном токе с синхронным детектором» [1]. Устройство содержит мост переменного тока, в одну диагональ которого включен источник переменного сигнала, в другую диагональ - последовательно соединенные дифференциальный усилитель, синхронный детектор и фильтр нижних частот (ФНЧ). На выходе дифференциального усилителя, являющегося выходом мостовой схемы, формируется сигнал переменного тока (сигнал разбаланса моста), зависящий от разности плечевых сопротивлений моста и пропорциональный амплитуде сигнала указанного источника. Сигнальный и опорный входы синхронного детектора соединены соответственно с выходом мостовой схемы и с выходом источника переменного сигнала. Указанное устройство допускает включение в смежные плечи моста емкостных датчиков. При этом на выходе ФНЧ формируется непрерывный сигнал постоянного тока, пропорциональный сигналу разбаланса моста. Полярность сигнала на выходе ФНЧ определяется знаком разбаланса моста.

В качестве второго аналога выбрано «Устройство для измерения уровня диэлектрического вещества» [2]. Описанное в [2] устройство содержит n емкостных датчиков уровня заправки (ДУЗ), генератор синусоидального напряжения, блок задания схемы замещения, блок переключения, преобразователь ток-напряжение, масштабный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, вычислители емкости и активного сопротивления. Принцип работы данного устройства заключается в проведении косвенного измерения импедансов датчиков уровней заправки с последующей обработкой результатов и получения информации относительно уровней заправки. Каждый из датчиков уровней заправки представляется двухэлементным двухполюсником, эквивалентная схема которого в блоке задания схемы замещения включает параллельно соединенные конденсатор и резистор. С помощью генератора формируется синусоидальное напряжение на ДУЗ, измеряются амплитудные значения тока через сухой ДУЗ и заполняемый топливом ДУЗ. Предварительно задаются и сохраняются в памяти вычислительного устройства схема замещения объекта измерения, значение эталона (в данном случае активного сопротивления), электрофизические параметры жидкости и газа наддува. Синусоидальное напряжение на ДУЗ формируется на двух частотах. По результатам измерений токов через сухой ДУЗ и эталон, а также через заполняемый ДУЗ и эталон на двух частотах вычисляются значения электрической емкости сухого и заполняемого ДУЗ и относительное заполнение ДУЗ компонентом топлива.

При создании СИУЗ изделий РКТ возникает необходимость решения ряда вопросов, связанных с особенностями работы этих систем при заправке изделий компонентами топлива.

1. Назначением СИУЗ является непрерывное измерение значений уровней компонентов топлива и достижения уровнями компонентов топлива (окислителя и горючего) заданных высот (уставок) при заправке топливных баков во время предстартовой подготовки к пуску. При этом в качестве компонентов топлива в жидкостных двигателях современных изделий РКТ в основном используют жидкий кислород и керосин, которые являются диэлектриками и имеют диэлектрическую проницаемость ε>1, а в качестве измерительных датчиков (ИД) - измерительные конденсаторы. Об изменении уровня компонентов топлива в баках судят по изменению емкости соответствующего ИД.

2. Достижение заданных точности и надежности работы устройства должно производиться в условиях воздействия дестабилизирующих факторов, в т.ч. электрических помех и возмущений со стороны других подсистем системы управления, разбросов характеристик ИД и компонентов топлива, разбросов характеристик элементов схем преобразования, разбросов температуры компонентов топлива, температуры и давления газов наддува.

3. ИД размещаются в топливном баке и являются, по сути, элементами конструкции бака. Преобразователи сигналов датчиков (электронные элементы) обычно располагаются на некотором, порой значительном, расстоянии от датчиков в составе наземной аппаратуры стартовых комплексов.

К недостаткам первого аналога с учетом особенностей решаемой задачи можно отнести низкую точность формирования выходного сигнала в условиях нестабильности амплитуды источника переменного сигнала (либо паразитной модуляции амплитуды с частотой огибающей, ниже частоты среза ФНЧ), а также в условиях проявления других дестабилизирующих факторов, в том числе из-за передачи аналоговых сигналов на длительные расстояния. К недостаткам второго рассмотренного аналога следует отнести наличие большого состава аппаратуры, сложность логики функционирования устройства, большой объем проведения вычислительных процедур, необходимость многократного переключения схемы измерения, получения и хранения в памяти большого количества информации, размещение аппаратуры устройства в наземных сооружениях, находящихся на больших расстояниях от ИД, и передача информации от ИД по аналоговым цепям. Указанные недостатки ограничивают функциональные возможности устройств.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к заявленному является «устройство для измерения уровня диэлектрического вещества» [3], входящее в состав бортовой аппаратуры систем управления ракет-носителей и используемое в системах управления расходованием топлива для обеспечения синхронной выработки компонентов топлива в процессе полета ракет-носителей.

Устройство-прототип выполнено на основе мостовой схемы и содержит две группы емкостных датчиков уровня, образующие смежные плечи мостовой схемы, генератор частоты, подключенный к диагонали мостовой схемы, два сумматора, два синхронных детектора и два фильтра, где выходы фильтров соединены соответственно с первым и вторым входами вычислительного блока, выход которого является выходом устройства, при этом первые входы сумматоров соединены с выходом мостовой схемы, вторые входы сумматоров соединены соответственно с первым и вторым выходами генератора частоты, выполненными противофазными относительно шины «Корпус», выходы сумматоров соединены с первыми сигнальными входами синхронных детекторов, вторые входы которых соединены с третьим выходом генератора частоты, а выходы - с входами фильтров. В данном устройстве каждая из групп емкостных датчиков уровня образована параллельным соединением одинакового количества измерительных конденсаторов соответственно с нечетными (C1, С3, … C2N-1) и четными (С2, С4, … C2N) номерами, рассредоточенных (в порядке возрастания номеров) по высоте топливного бака в пределах контролируемого диапазона. Все измерительные конденсаторы имеют минимально необходимые (в пределах одного топливного бака) номинальные значения геометрических размеров и электрической емкости. В процессе расходования топлива (окислителя и горючего) в полете в каждом из баков зеркало жидкости компонента топлива проходит поочередно через четные и нечетные конденсаторы датчиков уровней. Вследствие этого происходит изменение сигнала разбаланса мостовой схемы (на выходе фильтров), характеризующееся динамичным (за короткий промежуток времени) переходом мостовой схемы из состояния баланса в состояние разбаланса и наоборот. В вычислительном устройстве по результатам анализа изменения сигнала разбаланса мостовой схемы фиксируются моменты прохождения зеркала жидкости через средние точки конденсаторов датчиков уровней, и эта информация используется в системе управления расходованием топлива для решения задачи синхронной выработки компонентов топлива.

Минимизация погрешностей измерения в прототипе обеспечивается за счет того, что в устройстве измерения уровня диэлектрического вещества, выполненном на основе мостовой схемы, применены первый и второй сумматоры, второй фазочувствительный элемент, второй фильтр и вычислительный блок.

Кроме этого в устройстве измерения уровня диэлектрического вещества первый и второй выходы генератора частоты выполнены противофазными относительно шины «Корпус».

Применение в качестве фазочувствительного элемента синхронного детектора, использование в устройстве вычислительного блока и включение между ними фильтра позволяют формировать на выходе фильтра непрерывный (аналоговый) сигнал постоянного тока U(t), соответствующий (по знаку и величине) текущему значению сигнала разбаланса мостовой схемы. Учитывая, что указанный сигнал содержит информацию о реальной динамике прохождения уровнем жидкости каждого ДД с учетом фактических значений характеристик ДД и компонентов топлива, использование указанного сигнала для определения в вычислительном блоке моментов прохождения ИТ (с учетом известных моделей изменения сигнала при прохождении ДД и помехи, вызванной колебаниями жидкости), позволяет существенно уменьшить влияние погрешностей, связанных с колебаниями уровня жидкости и отклонением характеристик компонентов топлива, ДД и электронных элементов устройства от номинальных значений, и таким образом повысить точность измерений.

Использование в прототипе двух сумматоров, второго фазочувствительного элемента, второго фильтра и вычислительного блока и применение в качестве фазочувствительных элементов синхронных детекторов позволяет формировать текущие фактические значения сигналов постоянного тока Uрм(t) и Uг(t), соответствующих амплитудам сигналов разбаланса мостовой схемы и генератора частоты (ГЧ). Учитывая, что Uрм(t), в свою очередь, зависит не только от разности плечевых сопротивлений моста, но и пропорционален амплитуде сигнала ГЧ, формирование в вычислительном блоке текущего значения сигнала Uг(t) позволяет исключить из сигнала Uрм(t) погрешность, вызванную отклонением фактического значения амплитуды сигнала ГЧ от номинального значения, и таким образом дополнительно повысить точность измерения (за счет исключения влияния на сигнал разбаланса нестабильности амплитуды, либо паразитной модуляции амплитуды ГЧ) и упростить устройство (за счет ослабления требований к стабильности амплитуды ГЧ).

Кроме того, отклонение сформированного в вычислительном блоке текущего значения сигнала Uг(t) от номинального определяется погрешностями реализации электронных элементов устройства и при отсутствии отказов и сбоев не должно превышать заранее известного значения, например 10%. Учитывая, что тракт формирования сигнала Uг(t) включает все электронные элементы предлагаемого устройства, указанный сигнал может быть использован в качестве тестового, а отклонение Uг(t) от номинального значения - в качестве текущего значения признака достоверности выходного сигнала. Использование признака достоверности позволяет получать текущую информацию о техническом состоянии устройства, а также исключить влияние недостоверной информации, вызванной кратковременными сбоями либо отказами электронных элементов устройства, на работу СУРТ, либо уменьшить кратность резервирования устройства при построении отказоустойчивых систем. Возможность формирования в вычислительном блоке предлагаемого устройства признака достоверности выходного сигнала позволяет расширить функциональные возможности устройства.

Выполнение генератора частоты с противофазными первым и вторым выходами относительно шины «Корпус» позволяет дополнительно упростить устройство за счет формирования выходного сигнала мостовой схемы (сигнала переменного тока, зависящего от разности плечевых сопротивлений моста и пропорционального амплитуде сигнала ГЧ) непосредственно в точке соединения групп емкостных датчиков уровня, т.е. без использования трансформатора с тесной индуктивной связью либо вычитающего устройства.

Исходя из того, что данное устройство-прототип обладает рядом перечисленных выше положительных свойств, а также находится в составе бортовой аппаратуры СУ ракеты-носителя, что позволяет обеспечивать высокую точность и надежность работы, помехозащищенность устройства за счет минимизации длины аналоговых цепей от измерительных датчиков до блоков преобразования и получения на выходе устройства (вычислительного блока) информации в кодовом виде, возможность передачи кодовой информации на большие расстояния в наземную аппаратуру системы управления заправкой, а также исходя из того, что задачи предстартовой подготовки и задачи полета решаются на разных временных участках, представляется целесообразным использование данного устройства в системах измерения уровня заправки. Однако непосредственное использование данного устройства-прототипа для измерения уровней компонентов топлива при заправке ракет-носителей путем включения в одно из плеч мостовой схемы датчика уровня заправки невозможно в силу следующих ограничений и недостатков:

1) В силу существенного различия геометрических размеров и, соответственно, электрических параметров конденсаторов датчиков уровней СУРТ и датчиков уровней заправки (например, для РН «Союз-2» высоты пластин конденсаторов датчиков уровней СУРТ составляют 5-9 мм, а высота конденсатора датчика уровня заправки составляет 500-700 мм), невозможно их использовать в одной мостовой схеме, поскольку в этом случае диапазоны изменения сигналов на выходе мостовой схемы при прохождении уровня компонента топлива через конденсаторы этих датчиков будут также существенно отличаться. Например, если при выбранных параметрах диапазон изменения выходного сигнала мостовой схемы при измерении уровня заправки составит 0-6 В, то при прохождении уровня компонента топлива через датчики уровней СУРТ диапазон изменения сигнала разбаланса мостовой схемы будет приблизительно в сто раз меньше. В этом случае изменение полезного сигнала будет на уровне помех, что может привести к большим погрешностям измерений, формированию ложных измерений и т.д.

2) Устройство-прототип используется в системе управления расходованием топлива и предназначено для определения моментов прохождения уровней компонентов топлива через средние точки чувствительных элементов датчиков уровней СУРТ. Для решения этой задачи достаточно проведение оценок относительного изменения сигнала разбаланса и нет необходимости определения абсолютного соответствия между текущими значениями величин выходного сигнала разбаланса мостовой схемы и высоты положения уровня компонента топлива в баке. Данный недостаток устройства-прототипа без проведения необходимых доработок не позволяет его использовать для измерения уровня заправки.

Поставленная задача достигается за счет того, что в устройстве измерения уровня диэлектрического вещества, выполненном на основе мостовой схемы, в отличие от прототипа в него вводится дополнительная вторая мостовая схема, кроме этого дополнительно к основному (измерительному) датчику уровня заправки вводится дополнительно тарировочный датчик уровня заправки. Во второй мостовой схеме в смежные плечи подключаются измерительный и тарировочный емкостные датчики уровня заправки, к диагоналям мостовой схемы подключены первый и второй выходы генератора частоты, используемого для первой мостовой схемы, также подключены по два сумматора, синхронных детектора и фильтра, при этом выходы фильтров соединены с третьим и четвертым входами вычислительного блока, первые входы сумматоров соединены с выходом второй мостовой схемы, вторые входы сумматоров соединены соответственно с первым и вторым выходами генератора частоты, выполненными противофазными относительно шины «Корпус», выходы сумматоров соединены с первыми сигнальными входами синхронных детекторов, вторые входы которых соединены с третьим выходом генератора частоты, а выходы - с входами фильтров.

Между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь, а именно:

1. Признаки, характеризующие применение дополнительной мостовой схемы с учетом соответствующих описанных выше связей позволяют расширить функциональные возможности устройства с минимально возможным изменением габаритно-массовых характеристик заявляемого устройства, обеспечить дополнительно решение задачи определения уровня заправки и формировать на выходе фильтров (в отличие от прототипа) два дополнительных непрерывных (аналоговых) сигнала постоянного тока U3(t), U4(t), характеризующих (по знаку и величине) текущее значение сигнала разбаланса второй мостовой схемы и, соответственно, текущее значение высоты уровня компонента топлива в баке.

2. Совокупность признаков, характеризующая использование в устройстве двух датчиков уровней заправки позволяет в вычислительном устройстве по результатам анализа и обработки сигналов U3(t), U4(t) оценить значения сигнала разбаланса мостовой схемы до и после полного погружения в компонент топлива тарировочного датчика уровня заправки, имеющего одинаковые с измерительным датчиком уровня заправки геометрические размеры, на основании измеренных данных и геометрических размеров тарировочного датчика определить коэффициент пропорциональности между изменением сигнала разбаланса мостовой схемы и изменением высоты уровня топлива. Затем, на основании экспериментально установленного соответствия обеспечить получение информации об изменении уровня компонента топлива на основании измеренного изменения сигнала разбаланса мостовой схемы при погружении в компонент топлива измерительного датчика уровня заправки.

На чертеже представлена функциональная схема одного из вариантов реализации устройства для измерения уровня диэлектрического вещества, учитывающего перечисленные выше особенности решаемой задачи.

Устройство содержит две мостовых схемы. С помощью первой мостовой схемы аналогично устройству-прототипу обеспечивается измерение уровня диэлектрического вещества в процессе полета ракеты-носителя и используется в СУРТ, с помощью второй мостовой схемы обеспечивается измерение уровня диэлектрического вещества в процессе заправки топливом ракеты-носителя. Ниже приводится описание второй мостовой схемы.

Схема содержит два соединенных между собой (группы 11 и 12) емкостных датчика уровня заправки (тарировочный и измерительный), образующие смежные плечи мостовой схемы (13), генератор частоты (4), два сумматора (14 и 15), два синхронных детектора (16, 17), два фильтра (18, 19) и вычислительный блок (20).

Два крайних (несоединенных между собой) вывода групп 11 и 12 емкостных датчиков уровня соответствуют выводам входной диагонали мостовой 13 схемы, с которыми соединены первый и второй противофазные относительно шины «Корпус» выходы генератора 4, образующие два других плеча мостовой 13 схемы. Соответственно, точка соединения 11 и 12 емкостных датчиков уровня и шина «Корпус» являются выводами выходной диагонали, а упомянутая точка соединения групп 11 и 12 - выходом мостовой 13 схемы, на котором формируется сигнал переменного тока, соответствующий уровню разбаланса моста и пропорциональный амплитуде сигнала генератора 4. Два сумматора 14 и 15 соединены первыми входами с выходом мостовой 13 схемы, вторыми входами - соответственно с первым и вторым выходами генератора 4, выходами - с сигнальными входами соответственно первого и второго синхронных 16 и 17 детекторов, опорные входы которых соединены с третьим выходом генератора 4. Фильтры 18 и 19 соединены входами с выходами соответственно первого и второго синхронных 16 и 17 детекторов, выходами - с третьим и четвертым входами вычислительного 20 блока, выход которого является выходом устройства.

Для уменьшения взаимных помех между рассматриваемым устройством и другими подсистемами системы управления линия связи с группами 11 и 12 емкостных датчиков уровня выполнена проводами в индивидуальном экране, соединенном с шиной «Корпус».

В качестве генератора 4 применен генератор импульсов напряжения с частотой повторения 62,5 кГц, выполненный с использованием электронных коммутаторов и нестабилизированного источника напряжения постоянного тока. На первом и втором выходах генератора 4 формируются симметричные трапецеидальные (близкие к прямоугольным) импульсы напряжения, противофазные относительно шины «Корпус». На третьем выходе генератора 4 формируются прямоугольные импульсы напряжения с уровнями стандартных логических схем, необходимыми для сопряжения с опорными входами синхронных 16 и 17 детекторов.

На выходах сумматоров 14 и 15 формируются напряжения переменного тока, амплитуда каждого из которых линейно зависит от амплитуды напряжения разбаланса мостовой схемы и от амплитуды напряжения генератора 4 частоты (с известными весовыми коэффициентами, задаваемыми выбором характеристик сумматоров).

Синхронные 16 и 17 детекторы выполнены на основе электронных коммутаторов, обеспечивающих изменение полярности напряжений, поступающих с выходов сумматоров 14 и 15, с частотой генератора 4, что обеспечивает линейность характеристики фазочувствительного детектирования.

Назначением фильтров 18 и 19 является подавление пульсаций на частоте генератора 4, подавление высокочастотных и импульсных помех со стороны других подсистем системы управления, а также подавление помех на частотах, превышающих частоту решения задач в вычислительном 20 блоке (при использовании в вычислительном 20 блоке дискретных методов формирования сигналов). В рассматриваемом варианте построения устройства в качестве фильтров 18 и 19 применены ФНЧ первого порядка с частотой среза порядка 13 Гц. На выходах фильтров 18 и 19 формируются напряжения U3(t) и U4(t) постоянного тока, каждое из которых линейно зависит от амплитуды напряжения разбаланса мостовой 13 схемы и от амплитуды напряжения генератора 4 частоты.

Назначением вычислительного 20 блока является определение уровня жидкости, определение достоверности выходного сигнала. Вычислительный 20 блок может быть реализован на основе как цифровых, так и аналоговых методов формирования сигналов. В рассматриваемом варианте построения устройства вычислительный 20 блок выполнен на основе цифровых методов с использованием БЦВМ. В качестве входных сигналов вычислительного 20 блока используются указанные напряжения U3(t) и U4(t), которые периодически (в каждом цикле решения задачи) преобразуются в дискретную форму входными преобразователями БЦВМ. Рассмотрим особенности применения вычислительного 20 блока на конкретном примере. Примем для простоты весовые коэффициенты сумматоров 14 и 15 одинаковыми и равными Крм по сигнальным входам, на которые поступает напряжение разбаланса мостовой 13 схемы с амплитудой Uрм, и Кг - по опорным входам, на которые поступают противофазные напряжения соответственно с первого и второго выходов генератора 4 с амплитудой Uг и фазами 0° и 180°, а также коэффициенты передачи синхронных 16 и 17 детекторов и фильтров 18 и 19, равными 1,0. Определим расчетные соотношения для рассматриваемого примера.

Напряжения на выходах фильтров 18 и 19 U3 и U4 могут быть представлены в виде

С другой стороны, амплитуда Uрм напряжения разбаланса на выходе мостовой 13 схемы зависит от разности плечевых сопротивлений моста и пропорциональна амплитуде Uг напряжения генератора 4, что может быть записано в виде

где

X1, Х2 - плечевые сопротивления групп 11, 12 емкостных датчиков, каждое из которых определяется суммарной емкостью соответствующей группы 11, 12 емкостных датчиков с учетом паразитных емкостей линии связи.

Для удобства последующего рассмотрения запишем выражение (3) в виде

где

Кр=(X1-Х2)/(X1+Х2) - коэффициент (сигнал), зависящий от относительной разности плечевых сопротивлений X1 и Х2 и характеризующий уровень разбаланса собственно мостовой 13 схемы. При этом сигнал Кр не зависит от амплитуды Uг напряжения генератора 4.

Решая (1)… (4) относительно Кр и Uг, получим

Выражение (5) может быть использовано в вычислительном 20 блоке для периодического (в каждом цикле решения задачи) формирования сигнала Кр относительной разности плечевых сопротивлений X1 и Х2. Возможность формирования в рассматриваемом устройстве указанного сигнала Кр относительной разности плечевых сопротивлений X1 и Х2, независящего от амплитуды Uг напряжения генератора 4, позволяет исключить влияние нестабильности амплитуды, либо паразитной модуляции амплитуды напряжения генератора 4 на результаты измерения.

Из выражения (6) видно, что амплитуда Uг напряжения генератора 4 пропорциональна разности U3-U4. Соответственно, условие формирования признака достоверности выходного сигнала может быть записано с учетом выражения (6) в виде

где

U34ном=2*Кг*Uг.ном - константа, соответствующая номинальному значению Uг.ном амплитуды Uг напряжения генератора 4, приведенному к разности U3-U4;

ΔU34макс=2*Кг*ΔUг.макс - константа, соответствующая максимальному отклонению ΔUг.макс амплитуды Uг напряжения генератора 4 от номинального значения, приведенному к разности U3-U4.

Выражение (7) может быть использовано в вычислительном 20 блоке для периодического (в каждом цикле решения задачи) формирования текущего значения признака достоверности выходного сигнала. Возможность формирования в рассматриваемом устройстве указанного признака достоверности позволяет исключить влияние недостоверной информации на работу СИУЗ, либо уменьшить кратность резервирования устройства при построении отказоустойчивых систем.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии топливный бак не заправлен. Измерительные конденсаторы групп 11 и 12 емкостных датчиков уровней заправки не погружены в жидкость (компонент топлива). Учитывая, что номинальные значения емкостей конденсаторов одинаковы, уровень разбаланса моста и соответствующий ему сигнал Кр определяются при этом начальным технологическим разбросом емкостей измерительных конденсаторов групп 11 и 12 и линии связи с датчиками, а также начальными напряжениями смещения нуля сумматоров 14 и 15, синхронных 16 и 17 детекторов, фильтров 18 и 19. Настройки начального уровня разбаланса мостовой 13 схемы при этом не требуется. Начальное значение сигнала Кр запоминается в вычислительном блоке.

В процессе заправки конкретного бака ракеты-носителя компонентом топлива наступает момент времени, когда в компонент топлива начинает погружаться тарировочный датчик уровня заправки. Вследствие этого начинает изменяться величина емкости этого датчика и величина сигнала разбаланса мостовой схемы. После полного погружения тарировочного датчика в компонент топлива сигнал разбаланса мостовой схемы достигает некоторого максимального значения и остается неизменным до момента начала погружения в компонент топлива измерительного датчика. В вычислительном устройстве фиксируется величина приращения сигнала разбаланса мостовой схемы и определяется отношение приращения этого сигнала к геометрической высоте тарировочного датчика (коэффициент - Котн), учитывающее не только фактические параметры тарировочного датчика, характеристик компонента топлива, но и погрешности коэффициентов передачи сумматоров, синхронных детекторов и фильтров. В процессе погружения измерительного датчика в компонент топлива сигнал разбаланса мостовой схемы начинает уменьшаться в сторону исходного начального значения сигнала разбаланса мостовой схемы, соответствующего началу заправки. На основании известной информации о расположении измерительного датчика в баке, текущего изменения сигнала разбаланса мостовой схемы при погружении измерительного датчика уровня заправки в компонент топлива, а также на основании вычисленного значения коэффициента - Котн в вычислительном блоке осуществляется непрерывное вычисление текущего значения уровня компонента топлива в баке. Высокая точность измерений обеспечивается необходимой стабильностью параметров тракта преобразования за время тарировки и измерения.

На выходе устройства формируются сигналы, содержащие информацию о текущем значении высоты уровня жидкости в баке и признак достоверности указанной информации в соответствии с условием (7).

По сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение позволяет дополнительно обеспечить измерение уровня заправки и тем самым расширить его функциональные возможности. Использование тарировочного датчика уровня заправки в предлагаемом устройстве позволяет оценить фактические характеристики измерительного датчика уровня заправки в условиях действия возмущений и тем самым обеспечить высокую точность измерений, независящую от действия дестабилизирующих факторов, уменьшение гарантийных запасов топлива за счет уменьшения разбросов заправляемых масс топлива. Создание устройства путем его упрощения и использования бортовой аппаратуры СУ ракеты-носителя, передачи измеряемой информации в наземные устройства в кодовом виде позволяют оптимальным образом решать поставленные задачи.

В настоящее время заявленное устройство использовано при разработке конструкторской документации одного из изделий РКТ. Проведена экспериментальная отработка основных технических решений.

Источники информации

1. Тесленко В. Б. Датчики в системах сбора данных и управления. Промышленные измерения, контроль, автоматизация, диагностика (ПиКАД). ООО "ХОЛИТ Дейта Системс", Украина, Киев, 2004, вып.2, с.54.

2. Патент РФ №2262668, кл. G01F 23/26, G01R 17/00. Устройство для измерения уровня диэлектрического вещества.

3. Заявка №2009129677 от 03.08.2009 г. Устройство для измерения уровня диэлектрического вещества.

Устройство измерения уровня диэлектрического вещества, выполненное на основе мостовой схемы и содержащее две группы емкостных датчиков уровня, образующих смежные плечи мостовой схемы, генератор частоты, подключенный первым и вторым выходами к диагонали мостовой схемы, два сумматора, два синхронных детектора и два фильтра, где выходы фильтров соединены соответственно с первым и вторым входами вычислительного блока, выход которого является выходом устройства, при этом первые входы сумматоров соединены с выходом мостовой схемы, вторые входы сумматоров соединены соответственно с первым и вторым выходами генератора частоты, выполненными противофазными относительно шины «Корпус», выходы сумматоров соединены с первыми сигнальными входами синхронных детекторов, вторые входы которых соединены с третьим выходом генератора частоты, а выходы - с входами фильтров, отличающееся тем, что в него введена вторая мостовая схема, содержащая в смежных плечах измерительный и тарировочный емкостные датчики уровня заправки, и к диагоналям которой подключены первый и второй выходы генератора частоты, используемого для первой мостовой схемы, также введены два сумматора, синхронных детектора и фильтра, при этом выходы фильтров соединены с третьим и четвертым входами вычислительного блока, первые входы сумматоров соединены с выходом второй мостовой схемы, вторые входы сумматоров соединены соответственно с первым и вторым выходами генератора частоты, выполненными противофазными относительно шины «Корпус», выходы сумматоров соединены с первыми сигнальными входами синхронных детекторов, вторые входы которых соединены с третьим выходом генератора частоты, а выходы - с входами фильтров.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения положения границы раздела фаз водонефтяных потоков и может быть использовано в промысловой геофизике, в системах сбора и обработки информации при добыче нефти в горизонтальных и вертикальных скважинах, для учета фазового расхода расслоенного течения в трубопроводах, измерения уровня жидкостей в емкостях и резервуарах.

Изобретение относится к устройству для определения, по меньшей мере, одной граничной поверхности слоя шлака на металлическом расплаве. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения уровня жидких продуктов, в частности нефти и нефтепродуктов. .

Изобретение относится к области измерения уровня, в частности для непрерывного измерения уровня жидкости в барабане парового котла. .

Изобретение относится к области обнаружения уровня жидкости и может быть использовано для обнаружения уровня расплавленной стали в мульде контикастера. .

Изобретение относится к системам и датчикам указания уровня, в частности к системам контроля заправки баков компонентами топлива летательных аппаратов. .

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для измерения уровня диэлектрических и токопроводящих жидкостей, например в резервуарах с нефтью или нефтепродуктами.

Изобретение относится к области электроизмерительной техники, более конкретно - к мостовым методам измерения на переменном токе параметров датчиков, и может быть использовано для измерения уровня диэлектрического вещества, в частности в системах управления расходованием топлива изделий ракетно-космической техники.

Изобретение относится к устройствам для контроля металлотермической реакции восстановления металла и может быть использовано в системах управления технологическими процессами в металлургической промышленности.

Изобретение относится к авиаприборостроению и может быть использовано для измерения массы топлива в топливных баках самолета. .

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к электронным устройствам для измерения уровня топлива

Изобретение относится к области топливоизмерительных систем, в частности, для применения в авиации

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а конкретно к измерению электрических параметров двухполюсников, используемых в качестве датчиков физических процессов

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники

Изобретение относится к области контроля уровня электропроводных сред, преимущественно жидкометаллических теплоносителей реакторных установок атомных станций

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к системам измерения уровня заправки ракетно-космической техники

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам и средствам для измерения уровня и массы жидкостей в резервуарах, и может найти применение, в частности, в устройствах для измерения запаса топлива в баках транспортных средств и уровня жидких продуктов, наполняемых в танкеры при волнениях на море

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а конкретно к измерению электрических параметров двухполюсников, используемых в системах измерения уровня заправки ракетно-космической техники. Устройство для измерения уровня диэлектрического вещества содержит эталон, первый вывод которого подключен к первому входу блока переключения, а второй вывод подключен к выходу генератора синусоидального напряжения и к первому измерительному входу устройства. Измерительные входы устройства со второго по (n+1)-й, где n - количество двухполюсников, подключены к входам блока переключения, выход которого через последовательно соединенные преобразователь ток-напряжение, масштабный усилитель и аналого-цифровой преобразователь подключен к входу блока управления измерением, выходы которого подключены к блоку переключения, масштабному усилителю и аналого-цифровому преобразователю, а также к блоку управления по частоте и к вычислителю электрической емкости и вычислителю активного сопротивления. Блок управления измерением подключен к блоку управления режимами, выходы которого подключены к входам блока управления по частоте, вычислителя полного приращения электрической емкости, вычислителя уровня, вычислителя текущего приращения электрической емкости и блока управления переключением, выход которого подключен к блоку переключения. Вычислитель электрической емкости подключен к вычислителю текущего приращения электрической емкости и к вычислителю полного приращения электрической емкости, который подключен к вычислителю уровня. Аналого-цифровой преобразователь подключен к вычислителю электрической емкости и вычислителю активного сопротивления, которые подключены к блоку управления по частоте, выход которого подключен к генератору синусоидального напряжения. Вычислитель текущего приращения электрической емкости подключен к вычислителю уровня, при этом выход блока управления переключением является выходом устройства. При этом в устройство введен второй блок задания схемы замещения, причем выходы первого и второго блоков задания схемы замещения подключены к первому ключу, управляющий вход которого подключен к управляющему входу второго ключа и к блоку управления режимами. При этом выход первого ключа подключен к вычислителю электрической емкости и вычислителю активного сопротивления, который подключен к второму ключу, выход которого подключен к пороговому элементу, который подключен к блоку управления измерением, а выход порогового элемента является выходом устройства и подключен к управляющему входу третьего ключа, который подключен к вычислителю уровня, при этом выход второго ключа и выход третьего ключа являются выходами устройства. Технический результат - повышение надежности измерения. 3 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а конкретно к измерению электрических параметров двухполюсников, используемых в системах измерения уровня заправки ракетно-космической техники. Устройство содержит эталон, который подключен к блоку переключения и к первому измерительному входу устройства, при этом измерительные входы устройства со второго по (n+1)-й, где n - количество двухполюсников, подключены к соответствующим входам блока переключения, выход которого через последовательно соединенные преобразователь ток-напряжение, масштабный усилитель и аналого-цифровой преобразователь подключены к входу блока управления измерением, выходы которого подключены к блоку переключения, масштабному усилителю и аналого-цифровому преобразователю, а также к блоку управления по частоте и к вычислителю электрической емкости и вычислителю активного сопротивления. Причем блок управления измерением подключен к блоку управления режимами, выходы которого подключены к входам блока управления по частоте, блока задания схемы замещения, вычислителя полного приращения электрической емкости, вычислителя текущего приращения электрической емкости, вычислителя уровня и блока управления переключением, выход которого подключен к блоку переключения. Причем вычислитель электрической емкости подключен к вычислителю текущего приращения электрической емкости и вычислителю полного приращения электрической емкости, выход которого подключен к вычислителю уровня. Блок задания схемы замещения подключен к вычислителю электрической емкости и вычислителю активного сопротивления, входы которых подключены к блоку управления по частоте, при этом вычислитель текущего приращения электрической емкости подключен к вычислителю уровня, выход которого, а также выходы вычислителя активного сопротивления и блока управления переключением, являются выходами устройства. При этом в устройство введен формирователь разности токов, который подключен к вычислителю электрической емкости и вычислителю активного сопротивления. Выход аналого-цифрового преобразователя подключен к формирователю разности токов, вход которого подключен к блоку управления измерением, выходы которого подключены к первому и второму ключам, которые соединены последовательно. Первый ключ подключен к первому измерительному входу устройства, а второй ключ подключен к источнику постоянного тока и генератору синусоидального напряжения, управляющий вход которого подключен к блоку управления по частоте. Технический результат устройства - повышение точности измерения. 3 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения массы сжиженного углеводородного газа, содержащегося в резервуаре. Предлагается способ определения массы сжиженного углеводородного газа в резервуаре, при котором измеряют электрическую емкость радиочастотного датчика, располагаемого в резервуаре с сжиженным углеводородным газом. Одновременно измеряют температуру в резервуаре с сжиженным углеводородным газом в нескольких областях в полости резервуара по вертикали с применением соответствующих датчиков температуры. Выполняют совместные функциональные преобразования указанных электрической емкости и температуры. При этом производят усреднение значений температуры жидкой и газовой фаз путем обработки информации от всех датчиков температуры, находящихся соответственно в жидкой и газовой фазах. О массе сжиженного углеводородного газа судят по результатам совместного функционального преобразования указанных электрической емкости и усредненных значений температуры жидкости и газа. Технический результат - повышение точности определения массы сжиженного углеводородного газа, содержащегося в резервуаре. 3 ил.
Наверх