ЕМКОСТНОЙ ТОПЛИВОМЕР

ЕМКОСТНОЙ ТОПЛИВОМЕР
Изобретение относится к измерительной области техники, а более конкретнее к измерению уровня жидкостей и может быть использовано для контроля количества топлива в баках тепловозов.
В настоящее время измерение уровня количества топлива в банках тепловозов проводятся либо при помощи шток-реек , представляющих собой измерительную линейку, погруженную в топливо до дна через специальные отверстия в баках локомотивов, либо посредством указательных стекол (трубок), сообщающихся с топливньм баком в нижней его части и снабженных боковой линейкой  1 .
Недостатком таких измерений является их невысокая точность, а также то, что для получения результатов измерений необходим зрительный контакт с измерительным устройством непосредственно вблизи бака тепловоза. Это исключает производство оперативного замера уровня расходуемого топлива в процессе эксплуатации тепловоза, не выходя из кабины машиниста.
Известны емкостные уровнемеры, широко применяемые для сигнализации и дистанционного оперативного измерения уровня однородных жидкостей. Действие таких уровнемеров основано на измерении электрической ёмкости первичного преобразователя, состоящего, например, из двух коаксиальных труб, пространство между которыми заполняется жидкостью, уровень которой необходимо измерить. При этом для каждого значения уровня жидкости в резервуаре эта ёмкость определяется как ёмкость двух параллельно соединённых конденсаторов, один из которых образован частью электродов преобразователя и жидкостью, уровень которой измеряется, а второй - остальной частью электродов и воздухом или парами жидкости  2 .
Недостатком известной конструкции является зависимость показаний таких уровнемеров от температуры жидкости. Для устранения такой зависимости в конструкцию ёмкостных уровнемеров вводят дополнительные компенсационные датчики. Так как эти датчики для компенсации температурной ошибки должны постоянно находиться в жидкости, уровень которой измеряется, в измеряемом баке всегда должен находиться определенный не сливаемый уровень жидкости. Это является дополнительным недостатком таких емкостных уровнемеров. Кроме этого наличие таких компенсационных датчиков удорожает конструкцию, монтаж и эксплуатацию уровнемеров.
Наиболее близким, по мнению авторов, к предлагаемой конструкции уровнемера является ёмкостной топливомер, содержащий генератор напряжения переменного тока, усилитель постоянного тока, четыре диода, датчик и опорный конденсатор, первые обкладки которых соединены между собой, а также регулируемый усилитель, включенный между генератором напряжения переменного тока и точкой соединения обкладок датчика и опорного конденсатора, при этом анод первого и катод второго диодов подключены к второй обкладке датчика, анод третьего и катод четвертого диодов соединены с второй обкладкой опорного конденсатора, анод второго и катод третьего диодов соединены между собой и заземлены, а анод четвертого и катод первого диодов подключены к входу уси гателя постоянного тока  3 .
Недостатком этого технического решения являются сложность технического решения, обусловленная наличием помимо опорного конденсатора «диодного циркулятора, играющего роль датчика температуры, а также то, что диоды этого циркулятора должны быть погружены в жидкость, уровень которой измеряется. При погружении элементов измерительной схемы в жидкость они должны быть надежно защищены от агрессивного воздействия этой жидкости. Это усложняет и удорожает монтаж и эксплуатацию прибора.
Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа
Целью предлагаемого изобретения является упрощение конструкции ёмкостных уровнемеров, упрощени- и удещевление их монтажа в эксплуатации для возможности применения их в качестве измерителя уровня топлива в баках тепловозов.
Указанная цель достигается тем, что схема ёмкостного уровнемера содержит преобразователь емкостного сигнала в виде L-C контура, в котором датчиком температуры является эталонный конденсатор, ёмкость которого в процессе измерения уровня топлива является одновременно датчиком температуры и базой для отсчета изменяющейся ёмкости датчика в зависимости от уровня топлива, при этом выход преобразователя соединяется с процессором, указанный термочувствительный элемент устанавливается непосредственно на датчике в верхней не погружаемой в жидкость его части; уровень не погружаемой жидкости измеряется емкостным датчиком, его емкость участвует в определен, i переменной ёмкости датчика, одновременно сигнализируя о температурном режиме измерения через посредство функции, вьщаваемой процессором в цифровом коде(виде).
прибор при его настройке, в соответствии с изменением температуры и ёмкости эталонного конденсатора.
Преимущество предлагаемого технического решения заключается в следующем. Благодаря применению датчика температуры, например, эталонного конденсатора, весь диапазон температурных изменений топлива, уровень которого необходимо измерить, разбивается на наиболее вероятные, которые встречаются в эксплуатации. В каждом таком диапазоне действует поправка, заранее введённая в процессор при настройке уровнемера на стенде.
Использование датчика температуры топлива и системы поправок, действующих во всём эксплуатацио |ном температурном диапазоне, позволяет упростить схему ёмкостного уровнемера увеличить точность показаний, сделав их независящими от температуры. При этом необходимость в дополнительном компенсационном датчике отпадает.
При исследовании отличительных признаков описываемой конструкции ёмкостного уровнемера не выявлено аналогичных технических рещений, позволяющих повысить точность измерений при изменении температуры жидкости, а также упростить и удешевить конструкцию прибора.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения.
Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существующих признаков, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения.
Следовательно заявленное техническое решение соответствует критерию «новизна.
Заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматривфмых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата.
Следовательно заявленное изобретение соответствует условию «изобретательский уровень.
Предлагаемая схема ёмкостного уровнемера позволяет повысить точность измерений при изменении температуры жидкости и существенно упростить конструкцию и монтаж прибора для применения его, например, на тепловозе.
Следовательно заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость.
Сущность заявленного изобретения поясняется чертежами, где изображены на фиг. 1- датчик предлагаемого ёмкостного уровнемера (вид сбоку); на фиг.2-представлен алгоритм ввода поправочных температурных коэффициентов работы ёмкостного уровнемера.
Ёмкостной датчик состоит (фиг. 1) из двух коаксиальных труб 1, 2, изолированных втулкой 3, и распорньЕли щтифтами 4. В верхней части датчика имеется фланец 5, навинчиваемый на наружную трубу 1, на которой крепится корпус с преобразователем ёмкостного сигнала датчика в виде L-C контура, в схему которого включен датчик температуры, например, эталонный конденсатор 7.
Ёмкостной уровнемер работает следующим образом (см. фиг 2)
В процессор, в процессе его настройки, вводят значения температурные функции, соответствующие температурам топлива в температурных точках, наиболее характерных для работы емкостного уровнемера всем диапазоне ее изменения. Алгоритм, изображенный на рис. 2 приведен для работы емкостного уровнемера, имеющего 13 таких характерных температурных точек, в которых работа прибора наиболее вероятны. Далее производится настройка уровнемера на измерение уровня жидкости в какой-либо температурной точке, например, при комнатной температуре, равной двадцати градусам. После этого температура топлива в процессе настройки меняется во всем вьщгеуказанном диапазоне. При этом оцределяются ошибки измерения во всех 13 точках, на которые разбит весь температурный диапазон, в котором предполагается работа уровнемера. Эти ощибки и есть поправки, которые алгебраически складьшаются с результатами измерения уровня при той температуре, при которой прибор настраивался (20 С).Работа
процессора в автоматическом режиме поясняется алгоритмом, приведенном на фиг. 2. В этом алгоритме первой операцией процессора является получение текущего значения температурной функции, которая формируется в результате изменения емкости эталонного конденсатора / и работы преобразователя 6 (см. фиг. 1). Полученное значение функции сравнивается со значением ее, ранее введенной в процессор при настройке. Это сравнение производится до тех пор пока значения функций не сравняются. Равенство функции означает тот факт, что датчик уровнемера находится в том же температурном
диапазоне, при которых ранее производилась настройка прибора и определялась ошибка измерения, и что в этом действует ранее веденная поправка к показаниям уровнемера при температуре настройки (20 С).Операция выбора поправки, действующей в
текущей температурной точке измерения зфовня топлива обозначена на фиг.2 прямоугольником «Выбрать температурные поправочные коэффициенты для значения температурной функции Фн . За значение функции Фн принимается ранее введенное при аналогичной температуре в процессе настройки уровнемера. Далее после перехода процессора в режим замера эта выбранная температурная поправка .алгебраически
складывается с результатом измерения.
В исходном положении, после подключения питания к прибору, схема прибора собирается для измерешл уровня жидкости по одному из каналов замера. В нашем случае два канала измерения, канал А и канал В. При этом в схеме указателя прибора, собранного на процессоре, имеется кнопка «Изменение режима работы (далее для краткости «Изменение). С помощью этой кнопки можно перейти либо на измерение по другому каналу, либо перейти в режим настройки, либо вывести на световое табло значение температурной функции, соответствующей температуре топлива в месте погружения датчика первого канала (канала А). Если эта кнопка не нажата схема ёмкостного уровнемера готова для измерения уровня жидкости по каналу А.
Алгоритм работы прибора построен таким образом, что процессор при нажатой кнопке «Изменение в автоматическом режиме сигнализирует о целостности цепи на датчик и об отсутствии а нём коротких замьпсаний (например, при наличии в измеряемом уровне топлива воды или механической неисправности датчика). Далее в том же режиме автоматики процессор определяет по значению температурной функции диапазон температуры, при котором находится датчик, погруженный в жидкость, уровень которой измеряется. В нашем случае выбрано 13 диапазонов. После этого процессор выбирает поправочные температурные коэффициенты, введенные в него при настройке. Производится замер уровня жидкости и полученные значения корректируются в соответствии со значениями температурных коэффициентов, действующих в данном температурном диапазоне. Откорректированное значение уровня вьшодится на световое табло прибора.
Поправочные телвхературные.коэффициенты вводятся в процессор при настройке. При этом выбирается какая-то базовая температура (например, ), при которой температурные поправочные коэффициенты равны нулю. При другой же температуре, в силу изменения параметров топлива, датчика, схемных элементов и соответственно ухода
Ш)(
показаний уровнемера, -га ноправочные коэффициенты будут отличны от нуля и иметь разный знак (нлюс или минус).
Ввод поправок производится в процессе настройки уровнемера на испытательном стенде после нажатия кнопки «Изменение. При этом предварительно должны быть введены коды доступа и указаны вид настроек и температурный диапазон в котором эти настройки будут производиться. Для этого в схеме прибора предусмотрены еще две кнопки (на фиг. 2 не показаны, чтобы не усложнять пояснение алгоритма).
Авторы:
Заявитель: Проректор по научной pi
Гордеев И. П. Гордеев А. И. Краснов А. А. Абрашин А. В.
Тарасов Е. М.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Емкостной топливомер, содержащий емкостной датчик и преобразователь сигнала типа LC контура, отличающийся тем, что в него дополнительно введены процессор и эталонный конденсатор, который установлен на не погружаемой в жидкость части емкостного датчика, использован в качестве базы для отсчета измерения и включен в контур LC схемы преобразователя емкостного сигнала и процессора, который в свою очередь развивает весь спектр действующих температур на диапазоны, реально действующие в эксплуатации и вводит поправочные коэффициенты к показаниям уровнемера, которые определены в процессе настройки.
Источники информации:
1.Филонов С. П., Гибапов В. Е. и др. Тепловоз 2ТЭ116. -М.: Транспорт, 1985,-328 с.,стр. 72-73.
2.Преображенский В. П. Теплотехнические измерения и приборы. М.: «Энергия, 1978-704 c.,cip. 550-560, рис. 19-5-2 .
3.RU А.с N° 2014573 МПК 5 G 01F 23/26, Электроемкостной топливомер авторов Грищов А.И., Луцкий А.С., Спивак В.Б. опубл. 15.06.94.БИ N° 11, 1994 г.(прототип).
Авторы
Заявитель: Проректор по научно
0 ///;///
Гордеев И. П. Гордеев А. И. Краснов А. А. Абращин А.В.
Тарасов Е. М.