RU2185603C1 - Thermal indicator of liquid level - Google Patents
Thermal indicator of liquid level Download PDFInfo
- Publication number
- RU2185603C1 RU2185603C1 RU2001101963A RU2001101963A RU2185603C1 RU 2185603 C1 RU2185603 C1 RU 2185603C1 RU 2001101963 A RU2001101963 A RU 2001101963A RU 2001101963 A RU2001101963 A RU 2001101963A RU 2185603 C1 RU2185603 C1 RU 2185603C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- output
- input
- thermistors
- gas
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области контроля уровня жидкости и может быть использовано, в частности, для контроля уровня топлива в топливном баке летательного аппарата. The invention relates to the field of liquid level control and can be used, in particular, to control the fuel level in the fuel tank of an aircraft.
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. Sensors are known whose operation is based on the difference in thermal conductivity in a liquid and a gas. With the same heat output of the thermistor, its steady-state temperature is higher when the thermistor is in gas than when in a liquid. By measuring the resistance of the thermistor, you can determine the environment in which it is located.
Известен тепловой сигнализатор уровня жидкости [АС СССР 1723449, МКИ G 01 F 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. Known thermal liquid level switch [AS USSR 1723449, MKI G 01 F 23/22, publ. 03/30/92], containing a thermistor installed in the level sensor, included in one of the shoulders of a resistive bridge connected via a controlled key to a power source. The bridge through the differential amplifier is connected to the input of the comparator. The signal about the presence / absence of liquid (oil) in the tank is supplied to the indicator light.
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 -50oС). 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 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.The specified sensor can only work in non-combustible or difficult to flammable environments, for example in automobile oil, and cannot be used in the fuel tanks of aircraft for the following reasons. When emptying the tank, the gas remaining in it at high altitudes is cooled to a low temperature (to -50 o C). Accordingly, the temperature of the thermistor located in the gas also decreases, which can cause the formation of a false signal about the presence of liquid in the place of installation of the sensor. To eliminate this possibility, the overheating value of the thermistor in the gas relative to the temperature of this gas should be so significant that any decrease in the temperature of the thermistor caused by a decrease in gas temperature could not lead to a decrease in the resistance of the thermistor to a value corresponding to the presence of liquid in the installation location sensor. The indicated significant overheating of the thermistor makes it impossible to use this detector for operation in a highly flammable environment, for example, in aviation fuel.
Указанный недостаток устранен в наиболее близком к предлагаемому изобретению и принятом за прототип тепловом сигнализаторе уровня жидкости [Патент США 5421202, опубл. 1995 г.]. This drawback is eliminated in the closest to the proposed invention and adopted as a prototype thermal level switch [US Patent 5421202, publ. 1995].
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. This detector includes two series-connected thermistors, powered by a power source, installed in the level sensor and connected to the measuring input of the comparator, the reference input of which is connected to the output of the reference signal source, and the output to the input of the output information shaper.
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. The temperature resistance coefficients (TCS) of the thermistors of this detector have opposite signs, as a result of which, when the thermistors in the gas are heated by the current of the power source, the resistance of the thermistor with a positive TCS increases, and the resistance of a thermistor with a negative TCS decreases.
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. When emptying the tank, and therefore, when the level sensor with thermistors in the gas is located, overheating of the thermistors with respect to the temperature of the surrounding gas is a relatively small amount allowed by the safe operation of the controlled fluid. The possibility of a relatively small overheating is created due to the fact that with a decrease in gas temperature and a corresponding decrease in the temperature of thermistors, the resistance of a thermistor with a positive TCS decreases, and the resistance of a thermistor with a negative TCS increases. At the same time, the decrease in the total resistance of two series-connected thermistors is relatively insignificant and insufficient for the formation of a false signal about the presence of liquid in the place of installation of the sensor. Therefore, this detector due to the relatively small overheating of the thermistors can be used to control flammable liquids, in particular for monitoring aviation fuel. However, its disadvantage is the possibility of generating a false signal about the absence of liquid under conditions when the temperature of the liquid and gas can vary widely without being correlated with each other.
Подобные условия возникают, например, при дозаправке летательного аппарата в полете относительно теплым топливом из летающего танкера, когда температура топлива, поступающего из танкера, может составлять +25o...+30oС, а температура газа в пустом топливном баке летательного аппарата на высоте может достигать -50o...-60oС. 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.Such conditions arise, for example, when refueling an aircraft in flight with relatively warm fuel from a flying tanker, when the temperature of the fuel coming from the tanker can be +25 o ... + 30 o C, and the gas temperature in the empty fuel tank of the aircraft height can reach -50 ...- o 60 o C. in this case, the transition from level sensor thermistors cold gas in a relatively warm liquid may cause the liquid to warm up the thermistors, to increase the total resistance and ultimately to issue l zhnoy information about the absence of liquid in the spot level sensor.
В основу предлагаемого изобретения 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. The basis of the present invention is the task of eliminating the possibility of issuing a false signal about the absence of liquid during the operation of the detector in a wide range of uncorrelated liquid and gas temperatures, including when working in flammable liquids, such as aviation fuel.
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 изобретению 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. The problem is solved in that in a thermal liquid level switch, including a level sensor, containing two thermistors connected in series and connected to a power supply, as well as a comparator with a reference signal source, the output of the comparator is designed to be connected to an indicator, new according to the invention is that the signaling device further comprises a series-connected controlled on / off switch key, an analog-to-digital converter with a grounded housing, and a case the output of which is connected to the measuring input of the comparator, each of the fixed contacts of the mentioned key is connected to one of the thermistors, the common point of which is grounded or connected to the housing of the analog-to-digital converter, while the thermistors have temperature coefficients of resistance of the same sign and the same heat transfer coefficients in the gas but their nominal resistances are different from each other.
На чертеже показана функциональная схема заявляемого устройства. The drawing shows a functional diagram of the inventive device.
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. The detector contains two series-connected thermistors 1 and 2 installed in the level sensor 3 located in the tank 4, for example in the fuel tank of an aircraft. Thermistors 1, 2 are connected to a power source 5. Thermistors 1, 2 have temperature coefficients of resistance of the same sign (either have a positive TCR, or both have a negative TKS) and the same heat transfer coefficients in the gas, but their nominal resistances differ from each other.
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, 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 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. The device contains a controllable on / off switch key 6, each of the fixed contacts of the key is connected to one of the thermistors, and the switch contact is connected to the input of the analog-to-digital converter 7, the case of which is grounded, for example, connected to the case of the aircraft. The output of the converter 7 is connected to the input of the division unit 8, and the output of the latter is connected to the measuring input of the comparator 9, the reference input of which is connected to the output of the source 10 of the reference signal, and the output is connected to the input of the indicator 11. The control inputs of the controlled key 6 and the division unit 8 are connected to the output of the generator 12 control pulses. The common point of the thermistors 1, 2 is grounded, for example, connected to the body of the aircraft or connected to the grounded body of the analog-to-digital Converter 7.
Сигнализатор работает следующим образом. The signaling device operates as follows.
При выборе терморезисторов 1, 2, например из условия, что сопротивление первого больше, чем второго, т.е. R1=KR2, где К>1 - безразмерный коэффициент, при прохождении тока источника 5 терморезистор 1 нагреется до более высокой температуры, чем терморезистор 2. В результате сопротивление R1(Т) изменяется при нагревании терморезистора 1 на относительно большую величину, чем сопротивление R2(Т) терморезистора 2 и в случае, если ТКС терморезисторов 1, 2, например, положительны, отношение сопротивлений R1(Т), R2(Т) становится большим величины К, т.е.:
R1(Т)/R2(Т)>K (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.:
R1(Т)/R2(Т)=К (жидкость). (2)
В случае, если выбраны терморезисторы с отрицательными ТКС, условие (1) имеет вид
R1(Т)/R2(Т)<К (газ),
а условие (2) не изменяется.When choosing thermistors 1, 2, for example, from the condition that the resistance of the first is greater than the second, i.e. R 1 = KR 2 , where K> 1 is a dimensionless coefficient, with the passage of the current of source 5, the thermistor 1 heats up to a higher temperature than the thermistor 2. As a result, the resistance R 1 (T) changes when the thermistor 1 is heated by a relatively larger amount than the resistance R 2 (T) of the thermistor 2, and if the TCS of the thermistors 1, 2, for example, are positive, the ratio of the resistances R 1 (T), R 2 (T) becomes large K values, i.e.:
R 1 (T) / R 2 (T)> K (gas). (1)
When the sensor 3 is in the liquid, the temperature of each of the installed thermistors 1, 2 is practically equal to the temperature of the liquid, and therefore the ratio of the resistances of the thermistors having the same temperature remains unchanged and equal to the coefficient K, i.e.:
R 1 (T) / R 2 (T) = K (liquid). (2)
If thermistors with negative TCS are selected, condition (1) has the form
R 1 (T) / R 2 (T) <K (gas),
and condition (2) does not change.
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. The experiments showed that conditions (1) and (2) are sufficient to reliably distinguish between liquid and gas at the location of the sensor 3, regardless of the absolute values and the degree of mutual correlation of the temperature of the liquid and gas with minimal overheating of the thermistors 1 and 2 to the ambient temperature.
При подготовке сигнализатора к эксплуатации необходимо определить значение отношения К= R1/R2 номинальных значений терморезисторов 1, 2 и установить величину опорного сигнала, соответствующую величине К.When preparing the signaling device for operation, it is necessary to determine the value of the ratio K = R 1 / R 2 of the nominal values of the thermistors 1, 2 and set the value of the reference signal corresponding to the value of K.
Если контакты переключающего ключа 6 находятся в положении, показанном на чертеже, то аналоговый сигнал о значении сопротивления R1(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 R2(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 R1(Т), на поступившее на вход число, соответствующее значению сопротивления R2(Т). Сигнал, соответствующий результату этого деления R1(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) R1(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)
R1(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 широком 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. Сигнализатор может работать и выдавать достоверную информацию даже при дозаправке летательного аппарата в полете относительно теплым топливом из летающего танкера.If the contacts of the switching key 6 are in the position shown in the drawing, then the analog signal about the resistance value R 1 (T) of the thermistor 1 immersed in the liquid is fed through a closed contact pair of the key 6 to the input of the analog-to-digital converter 7 and after conversion to digital the form is transferred to division block 8, where it is fixed in the memory of the block. When applying to the control inputs of the switch key 6 and the division unit 8 control pulses generated by the generator 12 control pulses, the contact group of the key 6 switches and the input of the analog-to-digital converter 7 receives a signal about the resistance value R 2 (T) of the thermistor 2, which is converted into digital form and fed to the input of the division unit 8. Unit 8 performs the operation of dividing the number stored in its memory corresponding to the resistance value R 1 (T) by the number received at the input corresponding to the value of otivleniya R 2 (T). The signal corresponding to the result of this division R 1 (T) / R 2 (T) is supplied through the measuring input to the comparator 9, which compares it with a signal corresponding to the number K supplied to the reference input of the comparator from the output of the reference signal source 10. If the result of the comparison corresponds to condition (2) R 1 (T) / R 2 (T) = K, then the input of the indicator 11 from the output of the comparator 9 receives a signal about the presence of liquid in the place of installation of the sensor 3. If the result of the comparison corresponds to condition (1)
R 1 (T) / R 2 (T) ≠ K,
then the input of the indicator 11 receives a signal about the absence of liquid. The operation of generating signals about the presence or absence of a liquid, as follows from (1) and (2), does not depend on the temperature of the medium and is reliably performed in a wide range of uncorrelated liquid and gas temperatures. The device does not require significant overheating of the thermistors with respect to the temperature of the surrounding gas, which allows the use of the proposed detector in explosive atmospheres. The signaling device can operate and provide reliable information even when the aircraft is refueling in flight with relatively warm fuel from a flying tanker.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001101963A RU2185603C1 (en) | 2001-01-23 | 2001-01-23 | Thermal indicator of liquid level |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001101963A RU2185603C1 (en) | 2001-01-23 | 2001-01-23 | Thermal indicator of liquid level |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2185603C1 true RU2185603C1 (en) | 2002-07-20 |
Family
ID=20245104
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001101963A RU2185603C1 (en) | 2001-01-23 | 2001-01-23 | Thermal indicator of liquid level |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2185603C1 (en) |
-
2001
- 2001-01-23 RU RU2001101963A patent/RU2185603C1/en active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| GB2417563A (en) | Fluid level sensing and fluid detection using a temperature dependent resistive sensor | |
| US4609913A (en) | Fluid level sensor | |
| US5908985A (en) | Microprocessor-based liquid sensor and ice detector | |
| US20100158068A1 (en) | Bleed leakage detection system and method | |
| EP2593762B1 (en) | Sensing and monitoring apparatus | |
| US2928037A (en) | Thermistor liquid level switch | |
| JPS589057A (en) | Detector for leakage of fluid | |
| US5709470A (en) | Method and apparatus for detecting ice buildup | |
| US4774838A (en) | Liquid level indicating apparatus | |
| US2468676A (en) | Level indicating device for fluent materials | |
| US2854844A (en) | Device for calibrating heat responsive units | |
| US3305851A (en) | Icing condition detection apparatus | |
| US4638288A (en) | Thermal level detector for conductive or nonconductive liquids or gases | |
| RU2185603C1 (en) | Thermal indicator of liquid level | |
| US5421202A (en) | Liquid sensor having thermistors | |
| US2757362A (en) | Fuel tank leak detector | |
| RU2185602C1 (en) | Indicator of level of liquid with temperature-sensitive resistors | |
| RU18104U1 (en) | LIQUID HEAT ALARM | |
| US3465315A (en) | Low temperature liquid level indicator | |
| RU18200U1 (en) | LIQUID THERMAL RESISTOR ALARM | |
| JPS58501393A (en) | Liquid level and temperature sensor | |
| RU2185604C1 (en) | Procedure controlling level of liquid | |
| NO148689B (en) | DETECTOR DEVICE FOR AA DETECTED PRESENCE OF A NON-MIXABLE ALIEN FLUID ON THE SURFACE OF ANOTHER LIQUID | |
| RU2336502C2 (en) | Method of liquid level detection and device | |
| US4706497A (en) | Liquid detection circuit |