СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ УРОВНЯ И ПЛОТНОСТИ ТОПЛИВА В ТОПЛИВНОМ БАКЕ
METHOD OF AUTOMATIC CONTROL OF LEVEL AND DENSITY OF FUEL IN FUEL TANK

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к автоматизированным системам контроля расхода топлива тяговыми транспортными средствами и путевыми машинами железнодорожного транспорта, а также другими транспортными средствами с дизельными двигателями.
н
0н
0в
н
в
Известен гидростатический способ определения уровня и плотности жидкости в резервуаре (RU, патент №2153153, МПК G01F 23/14, опубл. 20.07.2000 г. ), включающий измерение гидростатического давления контролируемой жидкости в двух уровнях - нижнем и верхнем, посредством двух вертикально разнесенных датчиков давления, размещенных в дополнительном сосуде, сообщающихся с резервуаром посредством двух патрубков с запорными вентилями, при этом дополнительный сосуд с датчиками давления размещают по отношению к резервуару с контролируемой жидкостью таким образом, что измеряемый нижний уровень давления Р в дополнительном сосуде соответствует уровню дна резервуара при открытых вентилях патрубков, причем в дополнительный сосуд предварительно при закрытых запорных вентилях заливают эталонную жидкость и измеряют ее гидростатическое давление в нижнем и верхнем уровнях эталонной жидкости Р и Р, после чего при закрытых запорных вентилях из дополнительного сосуда эталонную жидкость сливают, затем запорные вентили открывают и в дополнительный сосуд из резервуара поступает контролируемая жидкость до ее самоустанавливаемых уровней в резервуаре и дополнительном сосуде, при этом оба датчика давления должны быть полностью погружены в контролируемую жидкость, затем теми же датчиками и в тех же нижнем и верхнем уровнях производят измерение давления контролируемой жидкости Р и Р. Полученные данные используют для определения уровня и плотности жидкости в резервуаре по определенным математическим зависимостям, описанным в изобретении.
Недостатками данного способа являются сложность его реализации и невозможность применения в топливных баках транспортного средства.
Известен способ измерения плотности и уровня жидкости (RU, патент №2260776, МПК G01F 23/14, G01N 9/26, опубл. 20.09.2005 г.), заключающийся в размещении двух гидростатических датчиков давления одного над другим на известном фиксированном расстоянии в резервуаре с исследуемой жидкостью, фиксации значения давления нижнего датчика в момент перехода жидкостью уровня верхнего датчика, использовании этого зафиксированного значения в качестве эталонного для расчета значения плотности и уровня жидкости.
Недостатками данного способа являются невозможность определения плотности жидкости, если в процессе эксплуатации резервуар не опорожняется или не заполняется до уровня верхнего датчика, а также то, что результат измерений плотности и уровня жидкости зависит от угла наклона резервуара, что не позволяет применить данный способ на транспортном средстве.
Известен способ измерения плотности и уровня жидкости, принятый в качестве прототипа, предусматривающий установку в резервуар с исследуемой жидкостью двух датчиков давления друг над другом на фиксированном расстоянии, фиксацию значений смещения нуля нижнего и верхнего датчиков, когда уровень жидкости находится ниже их уровней, фиксацию разности значений давлений нижнего и верхнего датчиков, когда уровень жидкости находится немного выше уровня верхнего датчика, вычисления плотности и уровня жидкости по полученной фиксированной разнице давлений и значениям смещения нуля датчиков. Если уровень жидкости не опускается ниже уровня нижнего датчика, то в резервуаре размещают между верхним и нижним датчиками на фиксированном расстоянии от нижнего датчика средний датчик давления. По фиксированной разности давлений между нижним и верхним датчиками, фиксированной разности давлений между нижним и средним датчиками и значениями смещения нуля среднего и верхнего датчиков определяют смещение нуля нижнего датчика (RU, патент №2441204, МПК G01F 23/14, опубл. 27.01.2012 г.).
Недостатком данного способа является то, что результат измерений плотности и уровня жидкости зависит от угла наклона резервуара, что не позволяет применить способ на транспортном средстве.
Техническим результатом изобретения являются возможность измерения плотности и уровня топлива в топливных баках транспортного средства, автоматическая компенсация дополнительной погрешности измерения при изменении угла наклона топливного бака относительно поверхности земли, автоматизация процесса измерения.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе автоматического контроля уровня и плотности топлива в топливном баке, заключающемся в том, что два датчика давления размещают в топливном баке на фиксированном расстоянии друг над другом, фиксируют значение смещения нуля нижнего и верхнего датчиков давления, когда уровень топлива находится ниже их уровней, фиксируют значения давлений нижнего и верхнего датчиков давления, когда уровень топлива находится выше уровня верхнего датчика давления, датчики давления размещают симметрично относительно вертикальной оси симметрии топливного бака на фиксированном расстоянии друг от друга по горизонтали и по вертикали, на поверхности бака размещают датчик угла наклона, фиксируют значение угла наклона топливного бака относительно поверхности земли по месту установки датчиков давления, плотность ρ и уровень h топлива определяют по формулам:
где h и ρ - уровень и плотность топлива в топливном баке;
2
1
Р и P - значения давления нижнего и верхнего датчиков давления соответственно;
02
01
Ρ и P - значения смещения нуля нижнего и верхнего датчиков давления соответственно;
1
h и а - фиксированные расстояния между датчиками давления по вертикали и по горизонтали соответственно;
α - угол наклона топливного бака относительно поверхности земли по месту установки датчиков давления;
g - ускорение свободного падения.
Сущность предлагаемого способа поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема размещения оборудования для измерения уровня и плотности топлива в топливном баке, на фиг. 2 - схема измерения уровня и плотности топлива при наклоне топливного бака на угол α относительно поверхности земли.
1
01
02
1
2
1
2
2
1
1
2
Способ осуществляется следующим образом (фиг. 1). Датчики давления 1 и 2 размещают в пустом топливном баке 3, симметрично относительно вертикальной оси симметрии топливного бака. Датчики давления 1 и 2 размещают на фиксированном расстоянии а по горизонтали друг от друга. Датчик давления 1 располагают выше датчика давления 2 на фиксированном расстоянии h. На поверхности топливного бака 3 закрепляют датчик 4 угла наклона, ориентированный осью измерения по месту установки датчиков давления 1 и 2. Датчики давления 1 и 2 и датчик 4 угла наклона соединяют с вычислительным блоком 5. Затем фиксируют датчиками давления 1 и 2 значения смещения нуля P и Р и сохраняют в вычислительном блоке 5. Заполняют топливом топливный бак 3, фиксируют значения давлений Р и Р датчиков давления 1 и 2 и значение угла α наклона топливного бака 3 относительно поверхности земли, измеряемое при помощи датчика 4 угла наклона, и передают в вычислительный блок 5. Вычисление уровня h и плотности ρ топлива в топливном баке 3 производят вычислительным блоком 5 с учетом угла α наклона топливного бака (см. фиг. 2). При изменении наклона топливного бака на угол α изменяется и разница уровней топлива, контролируемых датчиками давления 1 и 2 с величины h до величины h. Величину hразницы уровней топлива в этом случае рассчитывают исходя из свойств прямоугольных треугольников abh и abh:
1
3
3
Также при изменении угла наклона топливного бака 3 изменяется и уровень топлива под верхним датчиком давления 1 с величины h до величины h (фиг. 2). Величина неконтролируемого датчиком давления 1 уровня h в этом случае равна:
2
3
1
В случае, когда угол наклона α топливного бака по месту установки датчиков давления 1 и 2 относительно поверхности земли равен нулю, значения h и h становятся равны h.
2
Вычисление плотности топлива ρ в топливном баке производят вычислительным блоком 5 автоматически с учетом величины h по формуле:
где ΔР - разница давлений нижнего и верхнего датчиков давления за вычетом значений смещений нуля указанных датчиков.
3
Вычисление уровня топлива h в топливном баке производят вычислительным блоком 5 автоматически как среднее арифметическое от уровней, контролируемых датчиками давления 1 и 2 с учетом величины hпо формуле:
Таким образом, результат измерений плотности ρ и уровня h топлива в топливном баке не зависит от угла наклона топливного бака относительно поверхности земли, поскольку автоматически корректируется вычислительным блоком, что позволяет использовать данный способ на подвижных объектах, таких как тяговые транспортные средства и путевые машины железнодорожного транспорта, а также на других транспортных средствах с дизельными двигателями.