УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДАТЧИК УРОВНЯ ЖИДКОСТИ В РЕЗЕРВУАРЕ

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике, предназначена для измерения уровня жидкости в резервуарах и может быть использована для измерения уровня топлива в топливном баке с целью контроля расхода топлива и технического состояния транспортного средства. При этом устройство может использоваться как автономно, так и в составе ГЛОНАСС/GPS систем мониторинга транспортных средств как источник телематической информации.
Известно устройство для измерения уровня топлива в топливном баке «поплавкового типа» (патент РФ №55973, МПК G01F 23/36, дата приоритета 10.04.2006, опубликовано 27.08.2006), установленное на электробензонасосе. В данном устройстве перемещение поплавка, расположенного на поверхности топлива, происходит в зависимости от расходования топлива и преобразуется через различные системы передачи в перемещение щетки потенциометра, сопротивление которого является функцией уровня топлива в баке. Недостатком описанного устройства является низкая надежность конструкции в процессе эксплуатации и невысокая точность измерений.
Известно устройство для измерения уровня топлива в топливном баке (патент РФ №68124, МПК G01F 23/00, дата приоритета 19.06.2007, опубликовано 10.11.2007), содержащее емкостной датчик, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор и преобразователь интерфейса. Выводы датчика соединены с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого связан с входом микропроцессора. Выход микропроцессора подсоединен к входу преобразователя интерфейса, выход которого связан с однопроводной магистралью передачи данных на блок сбора и передачи данных.
Известно ультразвуковое устройство для измерения уровня жидкости в резервуарах (патент РФ №30974, МПК G01F 23/28, дата приоритета: 14.01.2003, опубликовано 10.07.2003), содержащее электроакустический преобразователь, контактирующий с наружной поверхностью днища резервуара, соединенный с первым входом электронного блока приема-передачи и анализа информации, а также трубу постоянного сечения, размещенную внутри резервуара соосно контактной поверхности электроакустического преобразователя и имеющую перфорацию по всей длине. Указанная труба жестко соединена с днищем резервуара в месте контакта с ним электроакустического преобразователя. Данное ультразвуковое устройство содержит электронный датчик угла наклона, выход которого соединен со вторым входом электронного блока приема-передачи и анализа информации.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели и выбранным в качестве прототипа является ультразвуковой датчик уровня топлива (патент РФ №90195, МПК G01F 23/00, дата приоритета: 08.09.2009, опубликовано 27.12.2009), содержащий электроакустический преобразователь, размещенный на наружной поверхности днища резервуара, и управляющий модуль, причем электроакустический преобразователь снабжен ультразвуковым и температурным датчиками, а управляющий модуль включает процессор, а также аналоговый и цифровой интерфейсы, причем выходы ультразвукового и температурного датчиков электрически соединены с входами процессора, выходы которого подключены к входам аналогового и цифрового интерфейсов. Приемлемая точность контроля уровня жидкости с помощью прототипа может быть достигнута только в неподвижных резервуарах. В тех случаях, когда требуется достоверно определять уровень жидкости в резервуаре при его транспортировке (например, уровень топлива в баке автомобиля во время движения), прототип не обеспечивает требуемую точность измерений.
Недостатком прототипа является низкая точность измерения уровня жидкости в резервуаре при его транспортировке.
Техническим результатом, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, является повышение точности измерений уровня жидкости в резервуаре при его транспортировке.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве, содержащем электроакустический преобразователь, размещенный на наружной поверхности днища резервуара, и управляющий модуль, включающий процессор, а также аналоговый и цифровой интерфейсы, вход и выход электроакустического преобразователя электрически соединены с выходом и входом процессора, выходы которого подключены к входам аналогового и цифрового интерфейсов, а электроакустический преобразователь дополнительно включает электронный датчик угла наклона, выход которого электрически соединен с входом процессора.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами.
На фиг.1. изображена функциональная схема, которая включает электроакустический преобразователь 1 с электронным датчиком угла наклона 2, а также управляющий модуль 3, содержащий процессор 4, аналоговый 5 и цифровой 6 интерфейсы. При этом вход электроакустического преобразователя 1 соединен с выходом процессора 4, а его выход соединен с входом процессора 4. Выход электронного датчика угла наклона 2 соединен с входом процессора 4.
На фиг.2а, б приведены схемы расположения элементов конструкции заявляемого устройства. На схеме фиг.2а показаны резервуар 7 с жидкостью, высота H уровня поверхности 8 которой подлежит измерению, а также электроакустический преобразователь 1, расположенный на наружной поверхности днища резервуара 7 и соединенный с управляющим модулем 3. На фиг.2б показан заполненный жидкостью резервуар 7 в наклоненном на угол α положении. На фиг.2а, б сплошными и пунктирными линиями схематически показаны, соответственно, зондирующие и отраженные от поверхности 8 жидкости ультразвуковые импульсы. Из рис.2а, б видно, что при наклоненном положении резервуара 7 кратчайшее геометрическое расстояние от электроакустического преобразователя 1 до поверхности 8 жидкости меньше, чем расстояние от электроакустического преобразователя 1 до поверхности 8 жидкости при горизонтальном положении резервуара 7. Величина уменьшения расстояния определяется углом наклона резервуара 7.
Заявляемое устройство работает следующим образом. По команде процессора 4 электроакустический преобразователь 1 генерирует акустические ультразвуковые импульсы, которые через днище резервуара 7 проникают в жидкость, заполняющую резервуар 7. Указанные ультразвуковые импульсы распространяются в жидкости, достигают ее поверхности 8 и частично отражаются от нее. Отраженные акустические импульсы регистрируются электроакустическим преобразователем 1, преобразуются в электрические сигналы и поступают на вход процессора 4. Процессор 4 снабжен внутренним таймером, что обеспечивает возможность измерения времени задержки Т поступления на вход электроакустического преобразователя 1 акустического сигнала, отраженного от поверхности жидкости 8, относительно момента излучения электроакустическим преобразователем 1 зондирующего ультразвукового импульса. Уровень жидкости в резервуаре 7, таким образом, может быть определен как расстояние H от днища резервуара 7 до поверхности жидкости 8 и рассчитан по формуле H=VT/2cos(α), где V - скорость звука в жидкости, α - угол наклона резервуара 7 относительно горизонта (рис.2б). Известно, что поверхность жидкости остается горизонтальной при любых наклонах резервуара 7. Во время транспортировки резервуара 7 в реальных условиях неизбежно возникновение его наклонов относительно уровня горизонта, что может быть вызвано, например, неровностями дорог или фактором ускоренного движения. При наклонном положении резервуара 7 измеряемый уровень содержащейся в нем жидкости отличается от реального, причем в меньшую сторону. Для повышения точности измерения реального уровня жидкости по данным расчета необходимо контролировать текущее (на момент измерения) значение угла наклона резервуара 7 относительно горизонта. В данном устройстве значение указанного угла определяют с помощью предварительно калиброванного электронного датчика угла наклона 2. Процессор 4 устройства производит вычисление реального уровня жидкости в резервуаре 7 с учетом данных, поступающих на его вход с выхода электронного датчика угла наклона 2, после чего передает вычисленное значение уровня на входы аналогового 5 и цифрового 6 интерфейсов. С выходов этих интерфейсов данные об уровне жидкости в резервуаре 7 могут быть переданы, например, по беспроводным телекоммуникационным каналам в диспетчерскую службу, осуществляющую контроль за транспортировкой и техническим состоянием транспортируемых резервуаров.