ТЕПЛОВОЙ СИГНАЛИЗАТОР УРОВНЯ ЖИДКОСТИ

ТЕПЛОВОЙ СИГНАЛИЗАТОР УРОВНЯ ЖИДКОСТИ
Полезная модель относится к области контроля уровня жидкости и может быть использована, в частности, для контроля уровня топлива в топливном баке летательного аппарата.
Известны датчики, работа которых основана на разнице теплопроводности в жидкости и газе. При одинаковой теплопроизводительности терморезистора, его установившаяся температура выше, когда терморезистор находится в газе, чем когда в жидкости. Измеряя сопротивление терморезистора, можно определять среду, в которой он находится.
Известен тепловой сигнализатор уровня жидкости АС СССР 1723449, МКИ G01F 23/22, опубл. 30.03.92, содержащий установленный в датчике уровня терморезистор, включенный в одно из плеч резистивного моста, соединенного через управляемый ключ с источником питания. Мост через дифференциальный усилитель подключен к входу компаратора. Сигнал о наличии/отсутствии жидкости (масла) в емкости подается на световой индикатор.
Указанный датчик может работать только в негорючих или трудно воспламеняющихся средах, например, в автомобильном масле, и не может быть использован в топливных баках летательных аппаратов по следующим причинам. При опорожнении бака оставшийся в нем газ на больших высотах охлаждается до низкой температуры ( до -50°С). Соответственно температура расположенного в газе терморезистора также понижается, что может стать причиной формирования ложного сигнала о наличии жидкости в месте установки датчика. Для исключения подобной возможности величина перегрева терморезистора, находящегося в газе, по отношению к температуре этого газа должна быть настолько значительной, чтобы любое
llIliirriiiV«rnii,.,. .f .  т J I
GOIF 23/24
понижение температуры терморезистора, вызванное уменьшением температуры газа, не могло привести к снижению сопротивления терморезистора до величины, соответствующей наличию жидкости в месте установки датчика. Указанный значительный перегрев терморезистора делает невозможным использование данного сигнализатора для работы в легко воспламеняющейся среде, например, в авиационном топливе.
Указанный недостаток устранен в наиболее близком к предлагаемой полезной модели и принятом за прототип тепловом сигнализаторе уровня жидкости Патент США 5421202, опубл. 1995 г.
В состав этого сигнализатора входят два последовательно соединенных терморезистора, запитанных от источника питания, установленных в датчике уровня и подключенных к измерительному входу компаратора, опорный вход которого соединен с выходом источника опорного сигнала, а выход - со входом формирователя выходной информации.
Температурные коэффициенты сопротивления (ТКС) терморезисторов этого сигнализатора имеют взаимно противоположные знаки, вследствие чего при нагревании находящихся в газе терморезисторов током источника питания сопротивление терморезистора с положительным ТКС возрастает, а сопротивление терморезистора с отрицательным ТКС уменьщается.
При опорожнении бака, а следовательно, при нахождении датчика уровня с терморезисторами в газе, перегрев терморезисторов по отношению к температуре окружающего газа составляют относительно небольшую величину, допускаемую условиями безопасной эксплуатации контролируемой жидкости. Возможность относительно небольшого перегрева создается благодаря тому, что при понижении температуры газа и соответственном понижении температуры терморезисторов
сопротивление терморезистора с положительным ТКС уменьшается, а сопротивление терморезистора с отрицательным ТКС увеличивается. При этом уменьшение суммарного сопротивления двух последовательно соединенных терморезисторов оказывается относительно незначительным и недостаточным для формирования ложного сигнала о наличии жидкости в месте установки датчика. Поэтому данный сигнализатор, благодаря относительно небольшому перегреву терморезисторов, может использоваться для контроля легко воспламеняющихся жидкостей, в частности, - для контроля авиационного топлива. Однако его недостатком является возможность формирования ложного сигнала об отсутствии жидкости в условиях, когда температуры жидкости и газа могут изменяться в широких пределах некоррелированно между собой.
Подобные условия возникают, например, при дозаправке летательного аппарата в полете относительно теплым топливом из летающего танкера, когда температура топлива, поступающего из танкера, может составлять +25° ... + 30°С, а температура газа в пустом топливном баке летательного аппарата на высоте может достигать -50° ...-60°С. В этом случае переход терморезисторов датчика уровня из холодного газа в относительно теплую жидкость может привести к подогреву терморезисторов жидкостью, к повышению суммарного сопротивления и, в конечном рггоге, - к выдаче ложной информации об отсутствии жидкости в месте расположения датчика уровня.
В основу предлагаемой полезной модели поставлена задача исключения возможности выдачи ложного сигнала об отсутствии жидкости при работе сигнализатора в широком диапазоне некоррелированых между собой температур жидкости и газа, в том числе при работе в легко воспламеняющихся жидкостях, например, в авиационном топливе.
Поставленная задача решается тем, что в тепловом сигнализаторе уровня жидкости, включающем датчик уровня, содержащий два последовательно соединенных и подключенных к источнику питания терморезистора, а также компаратор с источником опорного сигнала, выход компаратора предназначен для подключения к индикатору, новым, согласно полезной модели, является то, что сигнализатор дополнительно содержит последовательно соединенные управляемый двухпозиционный переключающий ключ, аналого-цифровой преобразователь с заземленным корпусом и блок деления, выход которого соединен с измерительным входом компаратора, каждый из неподвижных контактов упомянутого ключа соединен с одним из терморезисторов, общая точка которых заземлена или соединена с корпусом аналого-цифрового преобразователя, при этом терморезисторы имеют температурные коэффициенты сопротивления одного знака и одинаковые коэффициенты теплоотдачи в газе, но их номинальные сопротивления отличаются друг от друга.
На Фигуре показана функциональная схема заявляемого устройства.
Сигнализатор содержит два последовательно соединенных терморезистора 1 и 2, установленных в датчике 3 уровня, расположенном в баке 4, например, в топливном баке летательного аппарата. Терморезисторы 1,2 подключены к источнику питания 5. Терморезисторы 1,2 имеют температурные коэффициенты сопротивления одного знака (либо оба имеют положительный ТКС, либо оба - отрицательный ТКС) и одинаковые коэффициенты теплоотдачи в газе, но их номинальные сопротивления отличаются друг от друга.
Устройство содержит управляемый двухпозиционный переключающий ключ 6, каждый из неподвижных контактов ключа соединен с одним из терморезисторов, а переключающий контакт соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 7,
которого заземлен, например, соединен с корпусом летательного аппарата. Выход преобразователя 7 подключен к входу блока деления 8, а выход последнего подсоединен к измерительному входу компаратора 9, опорный вход которого соединен с выходом источника 10 опорного сигнала, а выход - с входом индикатора 11. Управляющие входы управляемого ключа 6 и блока 8 деления подключены к выходу генератора 12 управляющих импульсов. Общая точка терморезисторов 1,2 заземлена, например, соединена с корпусом летательного аппарата, или соединена с заземленным корпусом аналого-цифрового преобразователя 7.
Сигнализатор работает следующим образом.
При выборе терморезисторов 1,2 , например из условия, что сопротивление первого больще, чем второго, т.е. RI KR2, где  - безразмерный коэффициент, при прохождении тока источника 5, терморезистор 1 нагреется до более высокой температуры, чем терморезистор 2. В результате сопротивление RI (Т) изменяется при нагревании терморезистора I на относительно большую величину, чем сопротивление RI (Т) терморезистора 2 и, а случае если ТКС терморезисторов 1,2 , например,
положительны, отнощение сопротивлений RI (Т) , R2 (Т) становится больщим величины 1C, т.е. :
RI (Т) / R2 (Т) Ж (газ).(1)
При нахождении датчика 3 в жидкости температура каждого из установленных в нем терморезисторов 1,2 практически равна температуре жидкости, в связи с чем отношение сопротивлений терморезисторов, имеющих одинаковую температуру, остается неизменным и равным коэффициенту К, т.е.:
RI (Т) / RZ (Т) К (жидкость).(2)
В случае, если выбраны терморезисторы с отрицательными ТКС, условие (1) имеет вид
RI (Т) / R2 (Т)  К (газ),
а условие (2) не изменяется.
Эксперименты показали, что условия (1) и (2) являются достаточными для надежного различения жидкости и газа в месте установки датчика 3 независимо от абсолютных значений и степени взаимной корреляции температур жидкости и газа при минимальном перегреве терморезисторов 1 и 2 к температуре окружающей среды.
При подготовке сигнализатора к эксплуатации необходимо определить значение отношения К Ri/Rz номинальных значений терморезисторов 1,2 и установить
величину опорного сигнала, соответствующую величине К.
Если контакты переключающего ключа 6 находятся в положении, показанном на Фигуре, то аналоговый сигнал о значении сопротивления Ri(T) терморезистора 1,
погруженного в жидкость, поступает через замкнутую контактную пару ключа 6 на вход аналого-цифрового преобразователя 7 и после преобразования в цифровую форму передается в блок деления 8, где фиксируется в памяти блока. При подаче на управляющие входы переключающего ключа 6 и блока деления 8 управляющих импульсов, формируемых генератором 12 управляющих импульсов, контактная группа ключа 6 переключается и на вход аналого-цифрового преобразователя 7 поступает сигнал о величине сопротивления RI (Т) терморезистора 2, который преобразуется в цифровую форму и поступает на вход блока деления 8. Блок 8 выполняет операцию
деления хранящегося в его памяти числа, соответствующего значению сопротивления RI (Т), на поступивщее на вход число, соответствующее значению сопротивления R2 (Т). Сигнал, соответствующий результату этого деления Rj (T)/R2 (Т) через измерительный вход подается в компаратор 9, выполняющий его сравнение с сигналом, соответствующим числу К, поступающим на опорный вход компаратора с выхода источника 10 опорного сигнала. Если результат сравнения соответствует условию (2) RI (Т) / R2 (Т) К, то на вход индикатора 11 с выхода компаратора 9
поступает сигнал о наличии жидкости в месте установки датчика 3. Если результат сравнения соответствует условию (1)
Ri(T)/R2(T)#K,
то на вход индикатора 11 поступает сигнал об отсутствии жидкости. Операция формирования сигналов о наличии или отсутствии жидкости, как это следует из (1) и (2), не зависит от температуры среды и надежно выполняется в щироком диапазоне некоррелированных между собой температур жидкости и газа. Устройство не требует существенного перегрева терморезисторов по отнощению к температуре окружающего газа, что позволяет использовать предлагаемый сигнализатор во взрывоопасных средах. Сигнализатор может работать и выдавать достоверную информацию даже при дозаправке летательного аппарата в полете относительно теплым топливом из летающего танкера.