ТЕРМОРЕЗИСТОРНЫЙ СИГНАЛИЗАТОР УРОВНЯ ЖИДКОСТИ

ТЕРМОРЕЗИСТОРНЫЙ СИГНАЛИЗАТОР УРОВНЯ ЖИДКОСТИ
Полезная модель относится к области контроля уровня жидкости и может быть использована, в частности, для контроля уровня тонлива в топливном баке летательного аппарата.
Известны датчики, работа которых основана на разнице теплопроводности жидкости и газа. 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, М1СИ 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
2001102452
ршр,щ,ншмшш1м
GOIF 23/24
понижение температуры терморезистора, вызванное уменьшением температуры газа, не могло привести к снижению сопротивления терморезистора до величины, соответств)аощей 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. 1995г.
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 уменьшается.
При опорожнении бака, а следовательно, при нахождении датчика уровня с терморезисторами в газе, перегрев терморезисторов по отношению к температуре окружающего газа составляет 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. 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 итоге, - 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 некоррелированных 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 терморезисторном 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, параметры теплоотдачи в газе, отличные друг от друга, и равные номинальные сопротивления.
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 4 летательного аппарата. Терморезисторы подключены к источнику питания 5. Терморезисторы имеют температурные коэффициенты сопротивления одного знака (либо оба имеют положительный ТКС, либо оба - отрицательный ТКС), их номинальные сопротивления равны друг другу ( ), но терморезисторы имеют
существенно отличные друг от друга параметры теплоотдачи в газе. Это может быть достигнуто либо за счет различной теплопроводности материала оболочки терморезисторов, контактирующей с окружающей средой, либо за счет существенно отличных друг от друга площадей поверхности контакта терморезисторов с окружающей средой.
Устройство содержит управляемый двухпозищионный переключаюпщй ключ 6, каждый из неподвижных контактов ключа соединен с одним из терморезисторов, а
переключающий контакт соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 7, корпус 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 И. Управляющие входы переключающего ключа 6 и блока 8 деления подключены к выходу генератора 12 управляющих импульсов. Общая точка терморезисторов заземлена, например, соединена с корпусом летательного аппарата, или соединена с заземленным корпусом аналого-цифрового преобразователя 7.
Сигнализатор работает следующим образом.
При опорожнении бака 4, а следовательно, при нахождении датчика 3 в газовой среде, температура каждого из подогреваемых током источника 5 питания терморезисторов 1,2 зависит, при прочих равных условиях, от количества теплоты, отдаваемого каждым терморезистором окружающей среде. Для примера выберем терморезисторы 1,2 с отличными друг от друга площадями поверхности контакта с окружающей средой. При этом теплоотдача терморезистора 2 с большей площадью поверхности превышает по величине теплоотдачу терморезистора 1 с меньшей площадью поверхности, а, следовательно, последний нагревается до более высокой температуры. В результате сопротивление Ri(T) изменяется при нагревании
терморезистора 1 на относительно большую величину, чем сопротивление RiCT) терморезистора 2, и, в случае если ТКС обоих терморезисторов, например, оба положительны, отношение сопротивлений Ri(T), RzCT) становится большим единицы:
Ri(T)/R2(T)l (газ).(1)
При нахождении терморезисторов 1,2 в жидкости температура каждого из них устанавливается практически равной температуре жидкости, в связи с чем отношение сопротивлений терморезисторов 1,2, имеющих одинаковую температуру, остается неизменным и равным единице:
Ri(T)/R2(T)l (жидкость)(2)
В случае, если ТКС обоих терморезисторов 1,2 выбраны, например, отрицательными, условие (1) имеет вид:
Ri(T)/R2(T)l (газ),
а условие (2) не изменяется. Если контакты переключателя 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 переключателя 6 на вход аналого-цифрового преобразователя 7 и после преобразования в цифровую форму передается на вход блока 8 деления, 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 аналогоцифрового преобразователя 7 поступает сигнал о величине сопротивления RI (Т)
терморезистора 2, который преобразуется в цифровую форму и поступает на вход блока 8 деления. Блок 8 выполняет операцию деления хранящегося в его памяти числа, соответствующего значению сопротивления RI (Т), на поступившее на вход число,
соответствующее значению сопротивления R2 (Т). Сигнал, соответствующий результату этого деления RI (T)/R2 (Т), через измерительный вход подается в компаратор 9, выполняющий его сравнение с опорным сигналом UQ, соответствующим числу 1, поступающим на опорный вход компаратора с выхода источника 10 опорного 6
сигнала. Если результат сравнения соответствует условию (1), то в выходной цепи компаратора 9 возникает сигнал UIBUX, соответствующий газу, если же результат сравнения отвечает условию (2), то в выходной цепи компаратора 9 возникает сигнал UiBbix, соответствующий наличию жидкости в месте расположении терморезисторов
Т.к. количество теплоты, выделяемое в терморезисторах 1,2, запитанных током источника 5 одинаково в обоих терморезисторах, то охлаждение каждого терморезистора 1,2 при переходе из газа в жидкость происходит в соответствии с параметрами теплоотдачи каждого терморезистора.
Однако, неравенство между собой параметров теплоотдачи, существенно влияющих на скорость теплообмена терморезисторов 1,2 с окружающей средой, характеризуемой низкой теплопроводностью - газом, оказывается мало существенным при теплообмене терморезисторов с окружающей средой с высокой теплопроводностью - жидкостью. Разница между временами охлаждения каждого из терморезисторов в жидкости при равенстве количества теплоты, сообщаемой каждому из терморезисторов источником 5 питания составляет, в зависимости от величины показателя тепловой инерции терморезистора, от 0,1 до 0,3 секунды.
Операции формирования сигналов о наличии или отсутствии жидкости, как это следует из (1) и (2), не зависят от температуры среды и надежно выполняются в щироком диапазоне некоррелированных между собой температур жидкости и газа. Устройство не требует существенного перегрева терморезисторов по отношению к температуре окружающего газа, что позволяет использовать предлагаемый сигнализатор во взрывоопасных средах.
/ VJ