Способ определения уровня диэлектрического вещества

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а конкретно к измерению электрических параметров двухполюсников, используемых в качестве датчиков физических процессов (температуры, давления, уровня жидких и сыпучих сред и др.) на промышленных объектах, транспортных средствах, а также в системах измерения уровня заправки ракетно-космической техники. Техническим результатом является повышение надежности и достоверности определения уровня диэлектрического вещества за счет использования дублированного емкостного датчика уровня, исключения влияния паразитной электрической емкости длиной линии связи, защиты от сбойных процессов в устройствах вычислительной техники и отказов электронной компонентной базы в измерительном канале. В способе определения уровня диэлектрического вещества воздействуют синусоидальным напряжением на заданных частотах последовательно сначала на основной, затем на дублирующий емкостный датчик уровня и их эталоны, затем измеряют токи через дублирующий сухой датчик уровня и эталон на каждой из заданных частот, фиксируют результаты измерения, определяют и фиксируют значение электрической емкости дублирующего сухого емкостного датчика уровня, определяют и фиксируют значение приращения электрической емкости дублирующего емкостного датчика уровня при полном его погружении в диэлектрическое вещество. Периодически и последовательно измеряют и фиксируют ток через заполняемый диэлектрическим веществом дублирующий емкостный датчик уровня и эталон на каждой из заданных частот, периодически определяют и фиксируют текущее значения электрической емкости дублирующего емкостного датчика уровня, заполняемого диэлектрическим веществом, определяют уровень, выраженный в виде разности текущего значения электрической емкости заполняемого дублирующего емкостного датчика уровня и электрической емкости дублирующего сухого емкостного датчика уровня, отнесенной к значению приращения электрической емкости полностью погруженного в диэлектрическое вещество дублирующего емкостного датчика уровня. Далее в каждом n-канале определяют значения уровней диэлектрического вещества, измеренные основным и дублирующим емкостным датчиком уровня, причем приоритетным значением уровня принимают значение, определяемое через основной емкостный датчик уровня, при этом значения уровней, измеренные основным и дублирующим емкостным датчиком в каждом канале сравнивают между собой, при превышении полученным результатом сравнения допустимого значения проводят анализ возможных причин, в результате которых возникло превышение, после чего измеренные через основной емкостный датчик уровня значения токов, значение электрической емкости и значение уровня в каждом из n-каналов сравнивают с заданными соответственно диапазонами допустимых значений, в случае выхода измеренных в каком-либо из n-каналов значений токов, электрической емкости или уровня за соответствующие пределы диапазона допустимых значений, измеренные в этом же канале через дублирующий емкостный датчик уровня значения токов, электрической емкости и уровня сравнивают с заданными соответственно диапазонами допустимых значений, определение уровня диэлектрического вещества происходит с учетом значений уровней, измеренных в каждом n-канале. 2 ил.

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а конкретно к измерению электрических параметров пассивных двухполюсников, используемых в качестве датчиков физических процессов (температуры, давления, уровня жидких и сыпучих сред и др.) на промышленных объектах, транспортных средствах, а также в системах измерения уровня заправки ракетно-космической техники.

Известный способ, выбранный в качестве аналога, является способ, описанный в статье авторов Ю.Р. Агамалова, Д.А. Бобылева, В.Ю. Кнеллера «Измеритель-анализатор параметров комплексных сопротивлений на основе персональной ЭВМ» в журнале «Измерительная техника» 1996, №6, выбранный в качестве прототипа, или в литературе [1].

В основу способа положен один из методов косвенного измерения параметров иммитанса при формировании напряжения синусоидального воздействия на объект измерения, в частности на емкостный датчик уровня, нашедший применение благодаря инвариантности по отношению к характеру объекта измерения и его схеме замещения. Согласно этому способу измеряются два комплексных тока, которые преобразуются в пропорциональные напряжения, напряжение на объекте измерения и на резистивной мере. Чтобы получить измерительную информацию, необходимую при вычислении комплексного сопротивления или проводимости, циклически по сигналам с ПЭВМ производится подключение измерительной цепи сначала к объекту измерения, а затем к резистивной мере с соответствующими переключениями фазы опорного напряжения с дискретностью , где n - целое число. В результате каждого измерительного цикла получается напряжение, которое соответствует проекции вектора измеряемого напряжения на вектор фазосдвигающего опорного напряжения (симметричный прямоугольный меандр). Коды, несущие информацию о проекциях вектора измеряемого напряжения на вектор опорного напряжения, поступают в персональную электронную вычислительную машину (ПЭВМ) для вычисления действительной и мнимой составляющих напряжений на объекте измерения и резистивной мере. Из описания видно, что этот способ требует фазовых измерений и четырехпроводной схемы подключения измеряемого двухполюсника.

При использовании аналога для измерения параметров емкостного датчика уровня получается результат с большой погрешностью измерения. Это объясняется тем, что синусоидальное воздействие на удаленном объекте измерения получит неоднозначный фазовый сдвиг за счет влияния длинной линии, и поэтому по отношению к циклически фазосдвигающему опорному меандру синусоидальное воздействие будет иметь неопределенный фазовый сдвиг, что приведет к появлению значительной погрешности измерения.

Таким образом, недостатком аналога является низкая точность измерения на достаточно удаленном от измерительной цепи емкостном датчике уровня.

Специфика эксплуатации изделий ракетно-космической техники (РКТ) для определения уровня диэлектрического вещества предъявляет свои требования, способствующие поиску новых технических решений в области измерений. Обозначим наиболее характерные из них:

- удаленность до 500 метров емкостного датчика уровня от средства измерения. Примером тому может служить процесс определения параметров комплексного сопротивления емкостного датчика уровня заправки (ДУЗ), вмонтированного в бак ракеты, которая находится на техническом комплексе (ТК) при контрольных испытания ракеты или на стартовом комплексе (СК) во время ее заправки жидкими компонентами топлива. При этом основные технические требования при измерении параметров емкостного ДУЗ (через длинную линию до объекта измерений до 500 м) должны быть следующими:

- диапазон измерения значений электрической емкости ДУЗ должен быть от 100 до 2000 пФ с основной относительной погрешностью измерения не более ±0,35%;

- диапазон измерения уровня диэлектрического вещества должен быть от 0 до 100%, с основной допускаемой абсолютной погрешностью измерения не более ±0,4%. Очевидно, что высокая точность измерения параметров удаленного ДУЗ и соответственно уровень его заполнения напрямую связаны с массой гарантийных запасов топлива на борту ракеты. Чем выше точность, тем меньше масса гарантийных запасов топлива, тем выше эффективность ракеты, позволяющей вывести большую массу полезной нагрузки.

При этом на точность процесса определения параметров ДУЗ и соответственно определения уровня могут оказывать влияние дестабилизирующие факторы, приводящие к появлению:

- паразитной электрической емкости (электрическая емкость между жилами кабельной линии связи, соединяющей емкостный датчик уровня с устройством определения его параметров), подключенной к датчику уровня и вносящей искажения в значения определяемых параметров ДУЗ;

- обрыву жил в измерительных цепях ДУЗ, в том числе экранных цепей;

- воды или льда в электросоединителях наземной кабельной сети, что приводит к появлению сопротивлений утечек и внесению искажений в значения определяемых параметров ДУЗ;

- к сбойным процессам в устройствах вычислительной техники, реализующих способ и соответственно определяющих параметры ДУЗ и значения уровня, а также к отказам электронной компонентной базы в измерительном канале.

Потребность в устранении влияния вышеперечисленных дестабилизирующих факторов на надежность и достоверность определения уровня диэлектрического вещества приводит к необходимости поиска более надежного способа определения параметров ДУЗ и соответственно значений уровня.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к заявляемому способу – прототипом, является «Способ определения уровня диэлектрического вещества», описанный в патенте РФ №2262669, МПК:7 G01F 23|26, авторов Балакина С.В., Долгова Б.К., опубликованный 20.10.2005, бюл. №29.

Способ определения уровня диэлектрического вещества, заключающийся в формировании в первом измерительном канале синусоидального напряжения на заданных частотах на основном емкостном датчике уровня, в задании схемы замещения емкостного датчика уровня, в осуществлении последовательного измерения тока через основной сухой датчик уровня и эталон на каждой из заданных частот, в фиксации результатов измерения, в определении и фиксации значений электрической емкости основного сухого емкостного датчика уровня, определении и фиксации значений приращения электрической емкости основного емкостного датчика уровня при полном его погружении в диэлектрическое вещество, периодическом и последовательном измерении и фиксации тока через заполняемый диэлектрическим веществом основной емкостный датчик уровня и эталон на каждой из заданных частот, периодическом определении и фиксации текущего значения электрической емкости основного емкостного датчика уровня, заполняемого диэлектрическим веществом, определении уровня, выраженного в виде разности текущего значения электрической емкости заполняемого основного емкостного датчика уровня и электрической емкости основного сухого емкостного датчика уровня, отнесенную к значению приращения электрической емкости полностью погруженного в диэлектрическое вещество основного емкостного датчика уровня.

При использовании прототипа для определения уровня диэлектрического вещества с помощью емкостного датчика уровня, удаленного на достаточно большое расстояние (до 500 метров) от средства измерения, получается результат измерения уровня диэлектрического вещества с недостаточной достоверностью и надежностью.

Способ-прототип не обладает возможностью для подключения дублированного емкостного датчика уровня. Прототип не исключает влияния паразитной электрической емкости длиной линии связи, а также наличия воды или льда в электросоединителях наземной кабельной сети или обрыва жилы в измерительных цепях ДУЗ, в том числе экранной цепи на результат определения значения уровня. Способ-прототип не защищен от сбойных процессов в устройствах вычислительной техники, определяющих параметры ДУЗ и значения уровня, а также от отказов электронной компонентной базы в измерительном канале.

Таким образом, недостатком прототипа является недостаточная надежность и достоверность измерения уровня диэлектрического вещества.

Задачей способа определения уровня диэлектрического вещества является повышение надежности и достоверности его определения, заключающейся в возможности использования дублированного емкостного датчика уровня, в исключении влияния паразитной электрической емкости длиной линии связи, наличия воды или льда в электросоединителях наземной кабельной сети или обрыва жилы в измерительных цепях ДУЗ, а также в защите от сбойных процессов в устройствах вычислительной техники, и отказов электронной компонентной базы в измерительном канале, на результат определения.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе определения уровня диэлектрического вещества, заключающемся в формировании в первом измерительном канале синусоидального напряжения на заданных частотах на основном емкостном датчике уровня, в задании схемы замещения емкостного датчика уровня, в осуществлении последовательного измерения тока через основной сухой датчик уровня и эталон на каждой из заданных частот, в фиксации результатов измерения, в определении и фиксации значений электрической емкости основного сухого емкостного датчика уровня, определении и фиксации значений приращения электрической емкости основного емкостного датчика уровня при полном его погружении в диэлектрическое вещество, периодическом и последовательном измерении и фиксации тока через заполняемый диэлектрическим веществом основной емкостный датчик уровня и эталон на каждой из заданных частот, периодическом определении и фиксации текущего значения электрической емкости основного емкостного датчика уровня, заполняемого диэлектрическим веществом, определении уровня, выраженного в виде разности текущего значения электрической емкости заполняемого основного емкостного датчика уровня и электрической емкости основного сухого емкостного датчика уровня, отнесенной к значению приращения электрической емкости полностью погруженного в диэлектрическое вещество основного емкостного датчика уровня, в отличие от прототипа, воздействуют синусоидальным напряжением на заданных частотах последовательно, сначала на основной, затем на дублирующий емкостный датчик уровня и их эталоны, затем измеряют токи через дублирующий сухой датчик уровня и эталон на каждой из заданных частот, фиксируют результаты измерения, определяют и фиксируют значение электрической емкости дублирующего сухого емкостного датчика уровня, определяют и фиксируют значение приращения электрической емкости дублирующего емкостного датчика уровня при полном его погружении в диэлектрическое вещество, периодически и последовательно измеряют и фиксируют ток через заполняемый диэлектрическим веществом дублирующий емкостный датчик уровня и эталон на каждой из заданных частот, периодически определяют и фиксируют текущее значения электрической емкости дублирующего емкостного датчика уровня, заполняемого диэлектрическим веществом, определяют уровень, выраженный в виде разности текущего значения электрической емкости заполняемого дублирующего емкостного датчика уровня и электрической емкости дублирующего сухого емкостного датчика уровня, отнесенной к значению приращения электрической емкости полностью погруженного в диэлектрическое вещество дублирующего емкостного датчика уровня, а затем в каждом n-канале определяют значения уровней диэлектрического вещества, измеренные основным и дублирующим емкостным датчиком уровня, причем приоритетным значением уровня принимают значение, определяемое через основной емкостный датчик уровня, при этом значения уровней, измеренные основным и дублирующим емкостным датчиком в каждом канале сравнивают между собой, при превышении полученным результатом сравнения допустимого значения проводят анализ возможных причин, в результате которых возникло превышение, после чего измеренные через основной емкостный датчик уровня значения токов, значение электрической емкости и значение уровня в каждом из n-каналов сравнивают с заданными соответственно диапазонами допустимых значений, в случае выхода измеренных в каком-либо из n-каналов значений токов, электрической емкости или уровня за соответствующие пределы диапазона допустимых значений, измеренные в этом же канале через дублирующий емкостный датчик уровня значения токов, электрической емкости и уровня сравнивают с заданными соответственно диапазонами допустимых значений, определение уровня диэлектрического вещества происходит с учетом значений уровней, измеренных в каждом n-канале.

Признаки, реализующие воздействие синусоидальным напряжением на заданных частотах последовательно, сначала на основной, затем на дублирующий емкостный датчик уровня и их эталоны, обеспечивают повышение достоверности измеряемых через длинную линию параметров ДУЗ. Бортовая кабельная сеть изделия РКТ выполнена таким образом, что основные и дублирующие измерительные цепи ДУЗ конструктивно расположены в одном кабеле. Это позволяет смонтированный внутри бака дублированный ДУЗ подключить через один гермоввод. При этом наблюдается взаимовлияние основных и дублирующих измерительных цепей друг на друга при питании ДУЗ синусоидальным напряжением. Таким образом, признаки, реализующие последовательное воздействие синусоидальным напряжением на заданных частотах, сначала на основной, затем на дублирующий емкостный датчик уровня, исключают влияние напряжения воздействия основного ДУЗ на результат измерения параметров дублирующего ДУЗ и наоборот.

Признаки, согласно которым в каждом n-канале определяют значения уровней диэлектрического вещества, измеренные основным и дублирующим емкостным датчиком уровня, повышают надежность определения уровня, так как в этом случае уровни по основному и дублирующему емкостному датчику уровня определяются одними аппаратными и вычислительными средствами конкретного n-канала. Причем значения электрических емкостей основного и дублирующего емкостного датчика уровня могут быть разными. С функциональной точки зрения обеспечения резервирования это лучше, так как проявление отказа в измерительных цепях отличительно протекает для различных значений электрической емкости.

Признаки, обеспечивающие сравнение между собой значений уровней, измеренных основным и дублирующим емкостным датчиком в каждом n-канале, придают заявляемому способу новое качество, в отличие от способа-прототипа, заключающееся в повышение достоверности определения уровня. При превышении полученным результатом сравнения допустимого значения, проводят анализ возможных причин, в результате которых возникло превышение. Так как уровни по основному и дублирующему емкостному датчику уровня определяются одними аппаратными и вычислительными средствами конкретного n-канала, то объектом анализа возможных причин могут быть измерительные цепи основного и дублирующего канала, либо аппаратные средства, обеспечивающие измерение и оцифровывание токов через основной и дублирующий датчик уровня. В этом случае, как вариант, в диалоговом режиме анализируются значения параметров функциональной диагностики, позволяющие судить о достоверности значения уровня, измеренного как через основной емкостный датчик уровня, так и значения уровня, измеренного через дублирующий датчик.

Признаки, обеспечивающие использование одинаковых n-измерительных каналов для определения значений электрической емкости и значений уровня через основной и дублирующий емкостный датчик уровня, способствуют существенному повышению надежности определения значения уровня диэлектрического вещества, за счет обеспечения n-канального структурного резервирования процесса определения параметров емкостного датчика и соответственно уровня. Кроме того, признаки, характеризующие сравнение измеренных через основной емкостный датчик уровня значений токов, электрической емкости и уровня в каждом из n-каналов с заданными соответственно диапазонами допустимых значений, обеспечивают допусковый контроль измеренных параметров. В случае выхода измеренных в конкретном n-канале значений токов, электрической емкости или уровня за соответствующие пределы диапазона допустимых значений, такие значения отбрасываются и в дальнейшем процессе определения уровня не участвуют. После чего уже измеренные в этом же канале структурного резервирования через дублирующий емкостный датчик уровня значения токов, электрической емкости и уровня сравнивают с заданными соответственно диапазонами допустимых значений. Таким образом, совокупность признаков, представленных выше, направлена на повышение надежности определения уровня диэлектрического вещества.

Признаки, определяющие значение уровня диэлектрического вещества с учетом значений уровней, измеренных в каждом n-канале, направлены на повышение достоверности и надежности определения уровня. А именно, значение уровня диэлектрического вещества может быть определено из значений уровня, измеренных в каждом из n-каналов путем выбора среднего (медианного) значения из n-значений, либо вычислением среднего арифметического значения по известному алгоритму.

Таким образом, заявленный способ приобретает новое по отношению к способу-прототипу качество, повышение достоверности и надежности определения уровня диэлектрического вещества.

Для практической реализации способа авторами использована технология автоматизированного проектирования электронных схем, построенная на применении программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) разработки фирмы Xilinx. При этом используется программное обеспечение Foundation Series. Данный пакет проектирования включает в себя комплекс средств, позволяющих осуществить разработку ПЛИС фирмы Xilinx, начиная от описания внутреннего содержимого устройства до загрузки конфигурации ПЛИС и отладки непосредственно на печатной плате. Программное обеспечение Foundation Series позволяет реализовать все необходимые функции, включая реализацию численных методов вычисления значений физических величин.

На фиг. 1 представлена схема замещения емкостного датчика уровня, выполненного дублированным.

На фиг. 2 представлена векторная диаграмма схемы замещения дублированного емкостного датчика уровня.

В качестве примера осуществления способа рассмотрим процедуру определения уровня заправки диэлектрического вещества в баке изделия ракетно-космической техники. В качестве примера исполнения заявленного способа рассмотрим пример использования дублированного емкостного датчика уровня, в котором основной и дублирующий датчики уровня имеют разные значения электрических емкостей. При этом использованы дублированные источники синусоидального напряжения, воздействующие на основной и соответственно дублирующий емкостный датчик уровня, а также дублирующие аппаратные средства, обеспечивающие измерение токов как через основной датчик уровня, так и через дублирующий датчик уровня с последующим аналого-цифровым преобразованием измеренных значения токов. Применено трехканальное структурное резервирование в процессе определения электрических емкостей и сопротивлений утечек через диэлектрик (параметры емкостного датчика уровня), а также в определении уровней через основной и дублирующий емкостный датчик уровня. В качестве диэлектрического вещества можно рассмотреть, например, керосин, являющийся диэлектрической жидкостью.

Емкостному датчику уровня соответствует схема замещения, приведенная на фиг. 1, где: СO, СД есть электрические емкости основного и соответственно дублирующего датчиков уровня, которые несут полезную информацию об уровне заправки бака; RO, RД - сопротивления токов утечки через диэлектрик основного и дублирующего датчиков уровня, которые зависят от сортности керосина и вносят погрешность в процесс измерения уровня заправки, если ее не учитывать. На фиг. 2 представлена векторная диаграмма емкостного датчика уровня, для которой справедливы следующие соотношения:

Выражениями (1)-(4) определяются токи, протекающие через основной и дублирующий датчик уровня при воздействии на них синусоидальным напряжением частоты ω.

Согласно заданной схеме замещения дублированного емкостного датчика уровня имеем следующие выражения для определения его параметров:

- для основного датчика уровня

- для дублирующего датчика уровня

Зависимостями (5), (6) и (7), (8) представлены выражения для определения параметров основного и соответственно дублирующего емкостного датчика уровня.

Для определения его параметров необходимо произвести воздействие синусоидальным напряжением и соответственно измерение токов через основной и дублирующий емкостный датчик уровня и эталон. Воздействие синусоидальным напряжением на емкостный датчик уровня осуществляют на двух частотах ω1 и ω2, так как датчик уровня является двухэлементным двухполюсником [2]. Признаки, реализующие воздействие синусоидальным напряжением на заданных частотах последовательно, сначала на основной, затем на дублирующий емкостный датчик уровня и их эталоны, обеспечивают повышение достоверности измеряемых через длинную линию параметров ДУЗ. Бортовая кабельная сеть изделия РКТ выполнена таким образом, что основные и дублирующие измерительные цепи ДУЗ конструктивно расположены в одном кабеле. Такое конструкторское решение позволяет подключить через один гермоввод смонтированный внутри бака дублированный ДУЗ. При этом наблюдается взаимовлияние основных и дублирующих измерительных цепей друг на друга при воздействии на ДУЗ синусоидальным напряжением. Кроме того, конструктивно дублированный датчик уровня заправки может быть выполнен в виде концентрических труб заданной длины, которые составляют основной и дублирующий емкостный датчик уровня. Причем внутри труб основного датчика расположены концентрические трубы дублирующего датчика. Наличие экранированной трубы, разделяющей концентрические трубы основного датчика уровня от труб дублирующего датчика, не обеспечивают в полной мере защиту от взаимовлияния основного датчика уровня на дублирующий и наоборот. Поэтому признаки, обеспечивающие последовательное воздействие синусоидальным напряжением на заданных частотах, сначала на основной, затем на дублирующий емкостный датчик уровня, исключают влияние напряжения воздействия основного ДУЗ на результат измерения параметров дублирующего ДУЗ и наоборот.

Совокупность таких признаков повышает достоверность результатов измерения.

Согласно формуле изобретения последовательно производят воздействие синусоидальным напряжением на сухой основной и дублирующий емкостный датчик уровня на двух заданных частотах ω1 и ω2. Затем производят измерение значений токов через сухой основной и дублирующий емкостный датчик уровня и их эталоны на каждой из заданных частот. Значения токов через эталон соответствуют выражениям, представленным ниже. Для упрощения описания способа значения эталонов (RЭТ) для основного и дублирующего датчика уровня примем одинаковыми.

Из выражений (9) и (10) можно определить значения напряжений синусоидального воздействия на эталон для каждой из заданных частот, имея известное значение сопротивления эталона (RЭТ) и измеренные значения токов через эталон на каждой их заданных частот

;

Согласно векторной диаграмме, представленной на фиг. 2, модули измеряемых токов через основной и соответственно дублирующий емкостный датчик уровня можно записать следующими выражениями:

- по основному измерительному каналу

- по дублирующему измерительному каналу

Следует сразу оговорить, что вышеописанные действия производят для настройки средств измерения перед заправкой бака диэлектрическим компонентом топлива изделия РКТ, заключающиеся в измерении значений токов через сухой основной и сухой дублирующий емкостный датчик уровня, подключенный к средствам измерения через длинную линию связи. Измеренные значения токов, которые аналитически представлены выражениями (9)-(14), фиксируются. С точки зрения практической реализации процедура фиксации может быть выполнена в виде операции сохранения результатов измерения в запоминающем устройстве, построенном на микросхемах Xillinx.

Признаки, обеспечивающие использование одинаковых n-измерительных каналов для определения значений электрической емкости и значений уровня через основной и дублирующий емкостный датчик уровня, способствуют существенному повышению надежности определения значения уровня диэлектрического вещества за счет обеспечения n-канального структурного резервирования процесса определения параметров емкостного датчика и соответственно уровня.

Таким образом, измеренные значения токов по основному каналу и по дублирующему каналу согласно формуле изобретения поступают в каждый из n-каналов определения значений уровня, в частном случае в три канала определения значений уровня. В соответствии с зависимостями (5)-(8) в каждом из трех каналов определяются параметры сухого основного и дублирующего датчика уровня. По результатам определения параметров ДУЗ в каждом канале структурного резервирования имеем С0, R0, СД, RД.

Результаты определения параметров сухого основного и дублирующего емкостного датчика в каждом канале фиксируются и представляют собой промежуточные данные, необходимые для выполнения дальнейшей последовательности действий способа.

Процедуру настройки средств измерения завершает действие согласно формуле изобретения по определению приращения электрической емкости основного и дублирующего емкостного датчика уровня, полностью погруженного в диэлектрическое вещество, в данном случае в керосин. Зависимости, по которым определяются приращения электрических емкостей, полностью погруженных в диэлектрическое вещество основного и дублирующего емкостных датчиков уровня, имеют вид

- электрические емкости сухого основного и сухого дублирующего емкостного датчика уровня;

εЖ - диэлектрическая проницаемость керосина;

εГ - диэлектрическая проницаемость газовой подушки, расположенной в баке изделия РКТ над керосином.

Результаты определения приращений электрической емкости основного и дублирующего датчика уровня, полностью погруженных в диэлектрическое вещество, выполненные по зависимостям (15) и (16), фиксируют.

При осуществлении заправки диэлектрическим веществом бака изделия РКТ периодически производят последовательное измерение тока через заполняемый основной и дублирующий емкостный датчик уровня и их эталоны на каждой из двух заданных частот. Результаты измерений фиксируют. Затем после каждых таких измерений тока осуществляют определение параметров основного и дублирующего датчика уровня в соответствии с выражениями (5)-(8). Результат определения параметров датчика фиксируют.

Согласно [3] уровень определяется в виде разности текущего значения электрической емкости заполняемого основного емкостного датчика уровня и электрической емкости основного сухого емкостного датчика уровня, отнесенной к значению приращения электрической емкости полностью погруженного в диэлектрическое вещество основного емкостного датчика уровня.

При этом в соответствии с формулой изобретения в каждом n-канале определяют значения уровней диэлектрического вещества, измеренные основным и дублирующим емкостным датчиком уровня, причем приоритетным значением уровня принимают значение, определяемое через основной емкостный датчик уровня. Выражения для определения уровня запишем в следующем виде:

где h - текущая высота погружения емкостного датчика уровня в керосин;

Н - полная высота погружения датчика в керосин.

Аналогичное выражение можно записать для определения значения уровня дублирующим емкостным датчиком уровняю

Выбор приоритетным значением уровня значение, определяемое через основной емкостный датчик уровня, существенным образом упрощает алгоритм дальнейшей обработки параметров дублированного емкостного датчика уровня, что повышает надежность определения уровня диэлектрического вещества.

Признаки формулы изобретения, согласно которым определяют в каждом n-канале значения уровня диэлектрического вещества, измеренные через основной и дублирующий емкостный датчик уровня, повышают надежность определения уровня, так как в этом случае уровни по основному и дублирующему емкостному датчику уровня определяются одними аппаратными и вычислительными средствами конкретного n-канала.

В конкретном примере исполнения датчик уровня заправки конструктивно выполнен в виде концентрических труб заданной длины. В этом случае значения электрических емкостей основного и дублирующего емкостного датчика уровня будут существенно разными. С функциональной точки зрения обеспечения резервирования это лучше, так как проявление отказа в измерительных цепях отличительно протекает для различных значений электрической емкости.

Признаки, обеспечивающие сравнение между собой значений уровня, измеренных основным и дублирующим емкостным датчиком в каждом n-канале, придают заявляемому способу новое качество, в отличие от способа-прототипа, заключающееся в повышение достоверности определения уровня. При превышении полученным результатом сравнения допустимого значения проводят анализ возможных причин, в результате которых возникло превышение. Так как уровни по основному и дублирующему емкостному датчику уровня определяются одними аппаратными и вычислительными средствами конкретного n-канала, то объектом анализа возможных причин могут быть измерительные цепи основного и дублирующего канала, либо аппаратные средства, обеспечивающие измерение и оцифровывание токов через основной и дублирующий датчик уровня. В этом случае, как вариант, в диалоговом режиме анализируются значения параметров функциональной диагностики, позволяющие судить о достоверности значения уровня, измеренного как через основной емкостный датчик уровня, так и значения уровня, измеренного через дублирующий датчик.

Таким образом, значения уровней, измеренных основным и дублирующим емкостным датчиком уровня в соответствии с зависимостями (17) и (18) в каждом канале между собой сравнивают.

Техническое задание на систему измерения уровня заправки изделия РКТ устанавливает допустимое значение разницы между значением уровня, измеренным через основной емкостный датчик, и значением уровня, измеренным через дублирующий датчик. Это значение разницы не должно превышать 1%. Таким образом, в случае превышения разницы между значениями уровня основного и дублирующего канала оператор системы в диалоговом режиме проводит анализ возможных причин, в результате которых возникло превышение.

Согласно формуле изобретения измеренные через основной емкостный датчик уровня значения токов, значение электрической емкости и значение уровня в каждом из n-каналов сравнивают с заданными соответственно диапазонами допустимых значений.

Совокупность выше обозначенных признаков позволяет провести сравнение измеренных значений токов через приоритетный основной емкостный датчик уровня с диапазоном допустимых значений токов (допусковый контроль). В случае возможных отказов в измерительных цепях основного канала, включая длинную линию связи, (утечки токов между измерительными цепями или экранами кабельной связи, а также наличия льда или воды в электросоединителях) значения токов будут выходить за допустимые пределы. Аналогичным образом сравнивают значения параметров емкостного датчика уровня и значения уровня, измеренные через основной датчик уровня, с допустимыми диапазонами значений. В случае каких-либо отказов в аппаратуре любого n-канала значение измеренного параметра может выходить за пределы диапазона. Это будет являться основанием для того, чтобы автоматически исключить из определения значения уровня результаты измерений, полученные через основной датчик уровня в конкретном n-канале структурного резервирования.

Согласно формуле изобретения в случае выхода в каком-либо n-канале измеренных через основной датчик уровня значений токов, электрической емкости или уровня за соответствующие пределы диапазонов допустимых значений, значения токов, электрической емкости и уровня, измеренные в этом же канале через дублирующий емкостный датчик уровня сравнивают с заданными соответственно диапазонами допустимых значений.

Согласно признакам формулы изобретения определение уровня диэлектрического вещества происходит с учетом значений уровней, измеренных в каждом n-канале. А именно, значение уровня диэлектрического вещества может быть определено из значений уровня, измеренных в каждом из n-каналов путем выбора среднего (медианного) значения из n-значений, в частном случае их трех значений, либо вычислением среднего арифметического значения по известному алгоритму.

Заявленный способ определения уровня диэлектрического вещества реализован с помощью устройства, функциональные блоки которого выполнены на микросхеме 2S200PQ208 фирмы Xilinx. Численные решения представленных выше выражений реализованы с помощью программного пакета Foundation Series.

Устройство в виде системы измерения уровня заправки модифицированного разгонного блока повышенной грузоподъемности смонтировано на одной из площадок космодрома «Байконур» и готовится к очередному этапу испытаний.

Литература

1. Агамалов Ю.Р., Бобылев Д.А., Кнеллер В.Ю. Измеритель-анализатор параметров комплексных сопротивлений на основе персональной ЭВМ. Измерительная техника. 1996, №6, с. 56-60.

2. Долгов Б.К., Балакин С.В. "Способ определения параметров двухполюсника". Патент РФ №2260809, опубл. 20.09.2005, бюл. №26.

3. Балакин С.В., Долгов Б.К. "Способ определения уровня диэлектрического вещества". Патент РФ №2262669, опубл. 20.10.2005, бюл. №29.

Способ определения уровня диэлектрического вещества, заключающийся в формировании в первом измерительном канале синусоидального напряжения на заданных частотах на основном емкостном датчике уровня, в задании схемы замещения емкостного датчика уровня, в осуществлении последовательного измерения тока через основной сухой датчик уровня и эталон на каждой из заданных частот, в фиксации результатов измерения, в определении и фиксации значений электрической емкости основного сухого емкостного датчика уровня, определении и фиксации значений приращения электрической емкости основного емкостного датчика уровня при полном его погружении в диэлектрическое вещество, периодическом и последовательном измерении и фиксации тока через заполняемый диэлектрическим веществом основной емкостный датчик уровня и эталон на каждой из заданных частот, периодическом определении и фиксации текущего значения электрической емкости основного емкостного датчика уровня, заполняемого диэлектрическим веществом, определении уровня, выраженного в виде разности текущего значения электрической емкости заполняемого основного емкостного датчика уровня и электрической емкости основного сухого емкостного датчика уровня, отнесенной к значению приращения электрической емкости полностью погруженного в диэлектрическое вещество основного емкостного датчика уровня, отличающийся тем, что воздействуют синусоидальным напряжением на заданных частотах последовательно, сначала на основной, затем на дублирующий емкостный датчик уровня и их эталоны, затем измеряют токи через дублирующий сухой датчик уровня и эталон на каждой из заданных частот, фиксируют результаты измерения, определяют и фиксируют значение электрической емкости дублирующего сухого емкостного датчика уровня, определяют и фиксируют значение приращения электрической емкости дублирующего емкостного датчика уровня при полном его погружении в диэлектрическое вещество, периодически и последовательно измеряют и фиксируют ток через заполняемый диэлектрическим веществом дублирующий емкостный датчик уровня и эталон на каждой из заданных частот, периодически определяют и фиксируют текущее значения электрической емкости дублирующего емкостного датчика уровня, заполняемого диэлектрическим веществом, определяют уровень, выраженный в виде разности текущего значения электрической емкости заполняемого дублирующего емкостного датчика уровня и электрической емкости дублирующего сухого емкостного датчика уровня, отнесенной к значению приращения электрической емкости полностью погруженного в диэлектрическое вещество дублирующего емкостного датчика уровня, а затем в каждом n-канале определяют значения уровней диэлектрического вещества, измеренные основным и дублирующим емкостным датчиком уровня, причем приоритетным значением уровня принимают значение, определяемое через основной емкостный датчик уровня, при этом значения уровней, измеренные основным и дублирующим емкостным датчиком в каждом канале сравнивают между собой, при превышении полученным результатом сравнения допустимого значения, проводят анализ возможных причин, в результате которых возникло превышение, после чего измеренные через основной емкостный датчик уровня значения токов, значение электрической емкости и значение уровня в каждом из n-каналов сравнивают с заданными соответственно диапазонами допустимых значений, в случае выхода измеренных в каком-либо из n-каналов значений токов, электрической емкости или уровня за соответствующие пределы диапазона допустимых значений, измеренные в этом же канале через дублирующий емкостный датчик уровня значения токов, электрической емкости и уровня сравнивают с заданными соответственно диапазонами допустимых значений, определение уровня диэлектрического вещества происходит с учетом значений уровней, измеренных в каждом n-канале.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано при мониторинге электрических режимов в электроэнергетических системах. Сущность: в опытах короткого замыкания определяют напряжения короткого замыкания и потери активной мощности короткого замыкания.

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано при мониторинге электрических режимов в электроэнергетических системах. Сущность: в опытах короткого замыкания определяют напряжения короткого замыкания и потери активной мощности короткого замыкания.

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть применено для оперативного получения сведений о грозовой обстановке и интенсивности грозовой деятельности на трассах высоковольтных воздушных линий электропередач (ВЛ).

Изобретение относится к измерительной технике и заключается в получении численных значений модуля z и фазового угла ϕ комплексного сопротивления линейного пассивного двухполюсника.

Изобретение относится к устройствам измерительной техники, в частности к первичным преобразователям, и может быть использовано в калориметрии, тензометрии, датчиках силы и давления.

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для контроля технологических параметров в производственных процессах. Передатчик (12) температуры процесса выполнен по меньшей мере с одним датчиком (32) температуры, имеющим множество проводов.

Изобретение относится к измерительной технике и, в частности, к технике измерения параметров объектов в виде пассивных двухполюсников с сосредоточенными параметрами, имеющих многоэлементную схему замещения.

Изобретение относится к измерению и контролю составляющих полного сопротивления и может быть использовано для измерения напряжения на контактах полюсов и измерения внутреннего сопротивления гальванических элементов, аккумуляторов различных типов и батарей на их основе.

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к измерению электрических параметров двухполюсников. Устройство содержит первый блок задания схемы замещения, преобразователь ток-напряжение, масштабный усилитель, аналогово-цифровой преобразователь, блок управления измерением, определитель параметров двухполюсников, эталона, генератор синусоидального напряжения, блок управления по частоте, блок управления режимами, блок коммутации, 4n измерительные клеммы, экранированную кабельную линию связи, блок переключения, блок сравнения, учитывающий блок и ключ.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть, в частности, использовано для измерения приращения сопротивлений удаленных тензорезисторов или терморезисторов в многоканальных измерительных системах, работающих в условиях действия интенсивных промышленных помех.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промэлектронике, в частности оно позволяет определять параметры четырехэлементных двухполюсников или параметры датчиков с четырехэлементной схемой замещения.

Предлагаемый способ относится к системам автоматизации контроля электрохимической защиты стальных подземных коммуникаций, в том числе магистральных трубопроводов транспортировки нефти и газа, и может использоваться при оснащении контролируемых пунктов (КП) устройствами телемеханики в системах дистанционного контроля электрохимической защиты.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для имитации сигналов мостовых тензорезисторных датчиков при проведении метрологических исследований и калибровке быстродействующих измерительных систем в автоматическом режиме.

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике, в частности к мостовым схемам измерения. Устройство измерения отношения напряжения мостовых датчиков содержит рабочий (измерительный) мост 1, измерительная диагональ которого через последовательно соединенные усилитель 2, селектируемый пиковый детектор 3, запоминающую емкость 4, двуквадрантный генератор управляемой частоты 5 связана с диагональю питания моста 1.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промэлектронике, в частности, оно позволяет определять параметры четырехэлементных двухполюсников или параметры датчиков с четырехэлементной схемой замещения.

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а конкретно к измерению электрических параметров двухполюсников, используемых в качестве датчиков физических процессов (температуры, давления, уровня жидких и сыпучих сред и др.) на промышленных объектах и транспортных средствах.

Изобретение относится к метрологии, в частности к средствам измерения параметров двухполюсников. Измеритель содержит генератор, четырехплечую мостовую цепь и нуль-индикатор.

Изобретение относится к измерительной технике и, в частности, к технике измерения параметров объектов в виде пассивных двухполюсников, имеющих многоэлементную схему замещения.

Предлагаемое изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при измерении уровня диэлектрической жидкости в системах контроля и диагностики технических объектов, а также в системах измерения уровня заправки ракетно-космической техники компонентами топлива.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при обработке информации, получаемой при проведении многофакторных экспериментальных исследований.

Изобретение относится к емкостному датчику уровня текучей среды. Датчик уровня жидкости содержит сосуд (10) для приема жидкости, имеющий основание, компоновку (12) конденсатора для измерения уровня жидкости в сосуде на основе диэлектрической проницаемости жидкости и высоты жидкости в сосуде и отклонитель (14) внутри сосуда, проходящий вверх от основания, имеющий наибольшую площадь в плоскости, перпендикулярной высоте сосуда, в основании и уменьшающийся по площади по направлению к вершине отклонителя.

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а конкретно к измерению электрических параметров двухполюсников, используемых в качестве датчиков физических процессов на промышленных объектах, транспортных средствах, а также в системах измерения уровня заправки ракетно-космической техники. Техническим результатом является повышение надежности и достоверности определения уровня диэлектрического вещества за счет использования дублированного емкостного датчика уровня, исключения влияния паразитной электрической емкости длиной линии связи, защиты от сбойных процессов в устройствах вычислительной техники и отказов электронной компонентной базы в измерительном канале. В способе определения уровня диэлектрического вещества воздействуют синусоидальным напряжением на заданных частотах последовательно сначала на основной, затем на дублирующий емкостный датчик уровня и их эталоны, затем измеряют токи через дублирующий сухой датчик уровня и эталон на каждой из заданных частот, фиксируют результаты измерения, определяют и фиксируют значение электрической емкости дублирующего сухого емкостного датчика уровня, определяют и фиксируют значение приращения электрической емкости дублирующего емкостного датчика уровня при полном его погружении в диэлектрическое вещество. Периодически и последовательно измеряют и фиксируют ток через заполняемый диэлектрическим веществом дублирующий емкостный датчик уровня и эталон на каждой из заданных частот, периодически определяют и фиксируют текущее значения электрической емкости дублирующего емкостного датчика уровня, заполняемого диэлектрическим веществом, определяют уровень, выраженный в виде разности текущего значения электрической емкости заполняемого дублирующего емкостного датчика уровня и электрической емкости дублирующего сухого емкостного датчика уровня, отнесенной к значению приращения электрической емкости полностью погруженного в диэлектрическое вещество дублирующего емкостного датчика уровня. Далее в каждом n-канале определяют значения уровней диэлектрического вещества, измеренные основным и дублирующим емкостным датчиком уровня, причем приоритетным значением уровня принимают значение, определяемое через основной емкостный датчик уровня, при этом значения уровней, измеренные основным и дублирующим емкостным датчиком в каждом канале сравнивают между собой, при превышении полученным результатом сравнения допустимого значения проводят анализ возможных причин, в результате которых возникло превышение, после чего измеренные через основной емкостный датчик уровня значения токов, значение электрической емкости и значение уровня в каждом из n-каналов сравнивают с заданными соответственно диапазонами допустимых значений, в случае выхода измеренных в каком-либо из n-каналов значений токов, электрической емкости или уровня за соответствующие пределы диапазона допустимых значений, измеренные в этом же канале через дублирующий емкостный датчик уровня значения токов, электрической емкости и уровня сравнивают с заданными соответственно диапазонами допустимых значений, определение уровня диэлектрического вещества происходит с учетом значений уровней, измеренных в каждом n-канале. 2 ил.

Наверх