RU2336502C2

RU2336502C2 - Method of liquid level detection and device

Info

Publication number: RU2336502C2
Application number: RU2006128208/28A
Authority: RU
Inventors: Феликс Эргардович Гофман (RU); Феликс Эргардович Гофман
Original assignee: Феликс Эргардович Гофман
Priority date: 2006-08-03
Filing date: 2006-08-03
Publication date: 2008-10-20
Also published as: RU2006128208A

Abstract

FIELD: physics, measurement.

SUBSTANCE: invention is related to the field of facilities for automation of different liquids level detection in industrial and household reservoirs, and also for detection of liquids availability and flow in pipelines. Method is based on application of two thermistors that have identical thermal characteristics, and includes heating of one of the thermistors by electric current and its cool-down due to heat transfer to environment, periodic measurement of voltage drop at thermistors, calculation of informative parameter, its comparison with threshold value and making decision on availability or unavailability of liquid at controlled level. At that one of thermistors is periodically heated by short pulses from power supply source. After heating is completed, ratio of non-heated and heated thermistors' voltages are repeatedly measured, and as informative parameter scaled time derivative is calculated by means of specified ratio measurement results array processing. Device for method implementation contains two thermoresistors, which are installed in sensitive element, connected to power supply source and which have temperature resistance coefficients (TRC) of the same sign and identical coefficient of heat emission in gas. Besides, it also contains analog-digital transducer and comparator, reference inlet of which is connected to source of reference signal, and outlet is connected with actuating device. Moreover, device is equipped with pulse switch and serially connected regulator of heating time and synchroniser, and also calculator of scaled derivative. For alarm on liquid flow availability, device is additionally equipped with the second comparator that is connected parallel to the first one, and the second actuating device.

EFFECT: higher efficiency of liquid level detection by increase of device actuation fast-action, reduction of power inputs and expansion of its application field.

13 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при автоматизации технологических процессов в различных отраслях промышленности, в частности, для автоматизации контроля уровня различных жидкостей в промышленных и бытовых резервуарах, а также для контроля наличия и протока жидкостей в трубопроводах.The invention relates to the field of measuring equipment and can be used in the automation of technological processes in various industries, in particular, to automate the control of the level of various liquids in industrial and domestic tanks, as well as to control the presence and flow of liquids in pipelines.

Широко известны сигнализаторы уровня жидкости, в которых для принятия решения о наличии или отсутствии жидкости в месте расположения датчика используется некоторый информативный параметр, величина которого затем сравнивается с пороговыми значениями. В качестве указанного параметра могут быть использованы непосредственно результаты измерений, реализуемых в сигнализаторе в аналоговой или цифровой форме, либо величина, получаемая при обработке результатов измерений с помощью некоторых вычислений. Результат принятия решения оформляется в виде выходного логического сигнала «ДА/НЕТ». Выходной логический сигнал генерируется, например, компаратором, сравнивающим величины информативного параметра и порогового значения, и поступает на какое-либо исполнительное устройство, например на индикатор.Liquid level alarms are widely known, in which some informative parameter is used to decide on the presence or absence of liquid at the location of the sensor, the value of which is then compared with threshold values. As the specified parameter, the results of measurements implemented in the annunciator in analog or digital form or the value obtained by processing the measurement results using some calculations can be used directly. The result of the decision is made in the form of an output logical signal "YES / NO". The output logical signal is generated, for example, by a comparator comparing the values of the informative parameter and the threshold value, and is fed to some actuator, for example, to an indicator.

Известен тепловой сигнализатор уровня по авт. свидетельству СССР №1723449, G01F 23/22, опубл. 30.03.1992 г., содержащий термозависимый резистивный мост, включающий три постоянных и один термозависимый резисторы, соединенный через ключевой элемент с источником питания, а также дифференциальный усилитель, компаратор и световой индикатор, сигнализирующий о наличии или отсутствии жидкости в емкости. Принцип действия этого устройства основан на измерении разности коэффициентов теплоотдачи в жидкость и газ термозависимого резистора, расположенного на контролируемом уровне. При снижении уровня жидкости ниже контролируемого, т.е. нахождении термозависимого резистора в газовой среде, под действием протекающего через него тока от источника питания, подключаемого или отключаемого с помощью ключевого элемента, происходит его попеременный разогрев или охлаждение при одновременном снижении или повышении сопротивления, в результате чего индикатор выдает прерывистый сигнал. При превышении контролируемого уровня термозависимый резистор находится в жидкости, его температура близка к температуре жидкости, т.е. перепада температур нет, и световой индикатор выключен.Known thermal level switch for ed. USSR certificate No. 1723449, G01F 23/22, publ. 03/30/1992, containing a thermally dependent resistive bridge, including three constant and one thermally dependent resistors connected through a key element to a power source, as well as a differential amplifier, a comparator and a light indicator, indicating the presence or absence of liquid in the tank. The principle of operation of this device is based on measuring the difference in the coefficients of heat transfer to the liquid and gas of a thermally dependent resistor located at a controlled level. With a decrease in the liquid level below the controlled one, i.e. When a thermally dependent resistor is found in a gas medium, under the action of a current flowing through it from a power source connected or disconnected using a key element, it is alternately heated or cooled while the resistance decreases or increases, as a result of which the indicator gives an intermittent signal. When the controlled level is exceeded, the thermally dependent resistor is in the liquid, its temperature is close to the temperature of the liquid, i.e. there is no temperature difference, and the indicator light is off.

Основным недостатком такого способа определения уровня и реализующего его устройства является его довольно низкое быстродействие за счет относительно большого времени, требующегося на разогрев термозависимого резистора до температуры срабатывания Т_max, и такого же времени на его охлаждение до Т_min, что приводит к снижению достоверности получаемой информации, а в конечном счете, к снижению надежности работы устройства и уменьшению области его применения.The main disadvantage of this method of determining the level and the device that implements it is its rather low speed due to the relatively long time required to heat up the thermally dependent resistor to the operating temperature T _max and the same time to cool it to T _min , which reduces the reliability of the information received , and ultimately, to reduce the reliability of the device and reduce the scope of its application.

Известен термисторный сигнализатор уровня жидкости по патенту РФ №2217703, G01F 23/22, опубл. 27.11.2003 г., содержащий корпус, печатную плату с измерительной цепью, источник питания постоянного тока, расположенный на печатной плате, термистор и индикатор, причем термистор электрически связан с источником тока и измерительной цепью и расположен снаружи корпуса, а остальные элементы устройства - внутри него. В этом устройстве термистор постоянно находится в нагретом состоянии, которое и является его рабочим эксплуатационным состоянием. Контроль уровня жидкости осуществляется с помощью простой измерительной цепи, представляющей собой электронное реле, которое работает в режиме «да-нет». Сигнализатор готовится к работе (разогревается) на воздухе или в газе. При появлении жидкости в зоне контроля, т.е. в непосредственной близости от устройства, термистор резко меняет свое сопротивление благодаря разным коэффициентам теплопроводности жидкости и газа, в результате чего электронное реле замыкается и переходит в режим «да».Known thermistor liquid level switch according to the patent of the Russian Federation No. 2217703, G01F 23/22, publ. November 27, 2003, comprising a housing, a printed circuit board with a measuring circuit, a DC power source located on the printed circuit board, a thermistor and an indicator, the thermistor being electrically connected to the current source and the measuring circuit and located outside the housing, and the remaining elements of the device inside him. In this device, the thermistor is constantly in a heated state, which is its operational operational state. Liquid level control is carried out using a simple measuring circuit, which is an electronic relay that operates in the "yes-no" mode. The signaling device prepares for work (warms up) in air or in gas. When liquid appears in the control zone, i.e. In the immediate vicinity of the device, the thermistor sharply changes its resistance due to different coefficients of thermal conductivity of the liquid and gas, as a result of which the electronic relay closes and switches to the "yes" mode.

Известный сигнализатор обладает довольно простой электрической схемой, однако наличие только одного термозависимого элемента не позволяет рассчитывать на его длительную безотказную работу и получение достоверных данных в широком диапазоне температур контролируемой среды. Кроме того, данное устройство и способ его действия характеризуются невысоким быстродействием (порядка 15 с) за счет относительно большого времени для нагрева термистора до температуры рабочего состояния и такого же времени на его срабатывание. К тому же область применения устройства весьма ограничена, поскольку оно может сигнализировать лишь о наличии определенного уровня жидкости, и не отражает наличие ее перемещения.The known detector has a fairly simple electrical circuit, however, the presence of only one thermally dependent element does not allow counting on its long trouble-free operation and obtaining reliable data in a wide temperature range of the controlled environment. In addition, this device and its method of operation are characterized by low speed (about 15 s) due to the relatively long time for heating the thermistor to the operating state temperature and the same time for its operation. In addition, the scope of the device is very limited, since it can only signal the presence of a certain level of liquid, and does not reflect the presence of its movement.

Наиболее близкими по технической сущности к заявленным является тепловой сигнализатор уровня жидкости и способ его действия по патенту РФ №2185603, G01F 23/24, опубл. 20.07.2002 г. Сигнализатор уровня жидкости содержит два последовательно соединенных терморезистора, установленных в датчике уровня, размещаемом в емкости. Во включенном состоянии устройства терморезисторы подключены к постоянному источнику тока и имеют температурные коэффициенты сопротивления (ТКС) одного знака, одинаковые коэффициенты теплоотдачи, а их номинальные сопротивления отличаются друг от друга. Сигнализатор также содержит последовательно соединенные управляемый двухпозиционный переключающий ключ, аналого-цифровой преобразователь и блок деления, выход которого соединен с измерительным входом компаратора, опорный вход которого подключен к источнику опорного сигнала, а выход соединен с исполнительным устройством, выполненным в виде индикатора.The closest in technical essence to the claimed is a thermal liquid level switch and the method of its action according to the patent of the Russian Federation No. 2185603, G01F 23/24, publ. 07/20/2002, the Liquid level switch contains two series-connected thermistors installed in a level sensor placed in the tank. In the on state of the device, the thermistors are connected to a constant current source and have temperature coefficients of resistance (TCS) of the same sign, the same heat transfer coefficients, and their nominal resistances differ from each other. The signaling device also contains a serially connected controlled two-position switching key, an analog-to-digital converter and a division unit, the output of which is connected to the measuring input of the comparator, the reference input of which is connected to the reference signal source, and the output is connected to an actuator made in the form of an indicator.

Способ работы данного устройства основан на том, что, поскольку величина сопротивления одного из резисторов больше (или меньше), чем у второго, то при прохождении тока от источника и температура нагрева у них в газовой среде будет разная, а отношение сопротивлений будет больше (или меньше) некоторого безразмерного коэффициента К. С другой стороны, при нахождении датчика с терморезисторами в жидкости температура каждого из них будет практически равна температуре жидкости, т.е. отношение сопротивлений терморезисторов будет неизменным и равным коэффициенту К. Учитывая оба эти условия, известное устройство позволяет различать наличие жидкости или газа в месте установки датчика независимо от абсолютных значений температур жидкости и газа при минимальном перегреве терморезисторов по отношению к температуре окружающей среды.The method of operation of this device is based on the fact that, since the resistance value of one of the resistors is greater (or less) than that of the second, then when the current passes from the source and the heating temperature in them in the gas medium will be different, and the ratio of resistances will be greater (or less) a certain dimensionless coefficient K. On the other hand, when a sensor with thermistors is in the liquid, the temperature of each of them will be almost equal to the temperature of the liquid, i.e. the ratio of the resistances of the thermistors will be constant and equal to the coefficient K. Given both of these conditions, the known device makes it possible to distinguish between the presence of liquid or gas at the place of installation of the sensor, regardless of the absolute values of the temperature of the liquid and gas with minimal overheating of the thermistors relative to the ambient temperature.

Однако эти устройство и способ его действия, как и предыдущие, характеризуются довольно низким быстродействием, то есть требуют относительно большого времени (около 15-30 с) на срабатывание устройства, в особенности при переходе в зоне контроля от жидкости к газу, из-за необходимости разогрева обоих терморезисторов до рабочей температуры и такого же времени на их охлаждение. Устройство к тому же требует значительного энергопотребления. Все это приводит к снижению эффективности и надежности работы сигнализатора и ограничению области его применения.However, these devices and their methods of operation, as well as the previous ones, are characterized by rather low speed, that is, they require a relatively long time (about 15-30 s) for the device to operate, especially when moving in the control zone from liquid to gas, due to the need heating both thermistors to operating temperature and the same time for their cooling. The device also requires significant power consumption. All this leads to a decrease in the efficiency and reliability of the detector and the limitation of its scope.

Кроме того, известное устройство не позволяет получать информацию о движении (проточности) находящейся в трубопроводе или резервуаре жидкости, что также сужает возможности его использования.In addition, the known device does not allow to obtain information about the movement (flow) of the fluid in the pipeline or reservoir, which also limits the possibility of its use.

Изобретение решает задачу повышения эффективности определения уровня и протока жидкости путем повышения быстродействия срабатывания устройства, снижения затрат электроэнергии и расширения области его применения за счет контроля не только наличия и уровня жидкости в резервуаре, но и ее перемещения, особенно при использовании устройства в трубопроводах различного назначения.The invention solves the problem of increasing the efficiency of determining the level and flow of the liquid by increasing the response time of the device, reducing the cost of electricity and expanding the scope of its application by controlling not only the presence and level of the liquid in the tank, but also its movement, especially when using the device in pipelines for various purposes.

Для получения технического результата согласно способу, основанному на использовании двух терморезисторов, имеющих одинаковые тепловые характеристики, включающему нагрев одного терморезистора электрическим током и охлаждение за счет теплопередачи в окружающую среду, периодическое измерение падения напряжения на терморезисторах, вычисление информативного параметра, сравнение его с пороговой величиной и принятие решения о наличии или отсутствии жидкости на контролируемом уровне, периодически нагревают один из терморезисторов кратковременными импульсами от источника питания, после окончания нагрева многократно измеряют отношение напряжений не нагретого и нагретого терморезисторов, а в качестве информативного параметра, определяющего уровень жидкости, вычисляют нормированную производную по времени путем обработки массива результатов измерений указанного отношения.To obtain a technical result according to a method based on the use of two thermistors with the same thermal characteristics, including heating one thermistor with electric current and cooling due to heat transfer to the environment, periodically measuring the voltage drop across the thermistors, calculating an informative parameter, comparing it with a threshold value and making a decision on the presence or absence of liquid at a controlled level, periodically heat one of the thermistors with short pulses from the power source, after the heating is completed, the stress ratio of the unheated and heated thermistors is repeatedly measured, and as the informative parameter that determines the liquid level, the normalized time derivative is calculated by processing the array of measurement results of the indicated ratio.

При этом нагрев терморезистора осуществляют с периодом не более 2 с, а время нагрева терморезистора в каждом периоде не превышает 1 с, причем вычисление нормированной производной по времени осуществляют перед началом очередного цикла нагрева. Для определения протока жидкости величину нормированной производной по времени дополнительно сравнивают со второй пороговой величиной, после чего принимают решение о наличии или отсутствии движения жидкости на контролируемом уровне, причем вторая пороговая величина превышает первую.In this case, the heating of the thermistor is carried out with a period of not more than 2 s, and the heating time of the thermistor in each period does not exceed 1 s, and the calculation of the normalized time derivative is carried out before the start of the next heating cycle. To determine the fluid flow, the value of the normalized time derivative is additionally compared with the second threshold value, after which a decision is made on the presence or absence of fluid movement at a controlled level, and the second threshold value exceeds the first.

Устройство для определения уровня жидкости, содержащее два терморезистора, установленных в чувствительном элементе, подключенных к источнику питания и имеющих температурные коэффициенты сопротивления (ТКС) одного знака и одинаковые коэффициенты теплоотдачи в газе, а также аналого-цифровой преобразователь и устройство сравнения, опорный вход которого подключен к источнику опорного сигнала, а выход соединен с исполнительным устройством, дополнительно снабжено импульсным выключателем, один контакт которого подключен к источнику питания, а другой контакт соединен с измерительным входом аналого-цифрового преобразователя, и последовательно соединенными регулятором времени нагрева, один вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выход подключен к управляющему контакту импульсного выключателя, и синхронизатором, один выход которого соединен с третьим входом регулятора времени нагрева, а также вычислителем нормированной производной, выход которого связан со вторым входом регулятора времени нагрева и с измерительным входом устройства сравнения, а входы подключены к выходу аналого-цифрового преобразователя и второму выходу синхронизатора. При этом номинальные сопротивления терморезисторов одинаковы.A device for determining the liquid level, containing two thermistors installed in the sensing element, connected to a power source and having temperature coefficients of resistance (TCR) of the same sign and the same heat transfer coefficients in the gas, as well as an analog-to-digital converter and a comparison device, the reference input of which is connected to the source of the reference signal, and the output is connected to the actuator, is additionally equipped with a pulse switch, one contact of which is connected to the power source and the other contact is connected to the measuring input of the analog-to-digital converter, and connected in series to the heating time controller, one input of which is connected to the output of the analog-to-digital converter, and the output is connected to the control contact of the pulse switch, and a synchronizer, one output of which is connected to the third the input of the heating time controller, as well as the normalized derivative calculator, the output of which is connected to the second input of the heating time controller and to the measuring input of the device Niya, and the inputs are connected to the output of analog-to-digital converter and the second output of the synchronizer. In this case, the nominal resistance of the thermistors are the same.

Кроме того, в качестве балластных сопротивлений устройство дополнительно снабжено двумя резисторами, включенными по одному последовательно с каждым терморезистором и образующими совместно с терморезисторами резистивные делители, средние точки которых подключены соответственно к измерительному и опорному входам аналого-цифрового преобразователя, одна общая точка резистивных делителей соединена с источником питания и одному контакту импульсного выключателя, а другая их общая точка подключена к общему входу аналого-цифрового преобразователя и заземлена.In addition, as ballast resistances, the device is additionally equipped with two resistors, connected in series with each thermistor and forming resistive dividers together with thermistors, the midpoints of which are connected respectively to the measuring and reference inputs of the analog-to-digital converter, one common point of resistive dividers is connected to a power source and one contact of a pulse switch, and their other common point is connected to a common input of an analog-to-digital converter The wire is grounded.

В варианте выполнения устройства импульсный выключатель выполнен в виде соединенных последовательно двухпозиционного электронного ключа и балластного сопротивления, а исполнительное устройство выполнено в виде индикатора.In an embodiment of the device, the pulse switch is made in the form of a two-position electronic switch and ballast connected in series, and the actuator is made in the form of an indicator.

Кроме того, для обеспечения сигнализации о наличии перетока жидкости устройство дополнительно снабжено вторым устройством сравнения, включенным параллельно первому, и вторым исполнительным устройством, причем опорный вход второго устройства сравнения подключен к источнику другого опорного сигнала, измерительный вход подключен к выходу вычислителя нормированной производной, а выход соединен со вторым исполнительным устройством. При этом пороговая величина напряжения на входе второго устройства сравнения задается большей, чем пороговая величина напряжения на входе первого устройства сравнения.In addition, to provide an alarm about the presence of fluid flow, the device is additionally equipped with a second comparison device connected in parallel with the first and second actuators, the reference input of the second comparison device being connected to the source of another reference signal, the measuring input connected to the output of the calculator of the normalized derivative, and the output connected to a second actuator. In this case, the threshold voltage value at the input of the second comparison device is set greater than the threshold voltage value at the input of the first comparison device.

Сущность изобретения заключается в том, что из двух терморезисторов, рабочего и опорного, идентичных в смысле теплоемкости и теплопередачи в окружающую среду, один (рабочий) периодически нагревают в течение очень короткого промежутка времени с помощью импульса от источника тока, и после нагрева контролируют нормированную скорость уменьшения его температуры, которая является величиной, позволяющей судить о теплопередаче от данного терморезистора в контролируемую среду. При этом нормированная скорость уменьшения температуры рабочего (нагретого) терморезистора характеризуется функцией нормированной производной отношения падения напряжений на рабочем и опорном терморезисторах по времени.The essence of the invention lies in the fact that of the two thermistors, working and reference, identical in terms of heat capacity and heat transfer to the environment, one (working) is periodically heated for a very short period of time using a pulse from a current source, and after heating the normalized speed is controlled reducing its temperature, which is a value that allows you to judge the heat transfer from a given thermistor to a controlled environment. In this case, the normalized rate of decrease in temperature of the working (heated) thermistor is characterized by the function of the normalized derivative of the ratio of the voltage drop across the working and reference thermistors in time.

После этого величину нормированной производной сравнивают с заданными пороговыми значениями и принимают решение о соответствии окружающей среды газу или жидкости, а также о наличии перемещения жидкости.After that, the value of the normalized derivative is compared with predetermined threshold values and a decision is made on whether the environment corresponds to the gas or liquid, as well as on the presence of fluid movement.

Нормированную скорость уменьшения температуры определяют в самом начале переходного процесса, после чего производят новый цикл нагрева терморезистора и его охлаждения, без ожидания его охлаждения до температуры окружающей среды.The normalized rate of temperature decrease is determined at the very beginning of the transition process, after which a new cycle of heating the thermistor and its cooling is performed, without waiting for it to cool to ambient temperature.

Длительность указанного цикла составляет около одной секунды, что примерно в десять раз меньше длительности тепловых переходных процессов в аналогичных известных конструкциях. А поскольку скорость уменьшения температуры рабочего терморезистора определяют по окончании каждого периода, заявленное техническое решение обеспечивает весьма малое время для установления вида окружающей среды (газа или жидкости).The duration of this cycle is about one second, which is about ten times less than the duration of thermal transients in similar known structures. And since the rate of decrease in temperature of the working thermistor is determined at the end of each period, the claimed technical solution provides a very short time to establish the type of environment (gas or liquid).

Разность температур рабочего и опорного терморезисторов пропорциональна измеренному отношению падения напряжений на терморезисторах при известной величине протекающего тока.The temperature difference between the working and reference thermistors is proportional to the measured ratio of the voltage drop across the thermistors at a known value of the flowing current.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена функциональная схема устройства для определения уровня и протока жидкости; на фиг.2 показаны временные диаграммы для различных состояний устройства; на фиг.3 - зависимости от температуры функции F и модуля ее нормированной производной.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 presents a functional diagram of a device for determining the level and flow of fluid; figure 2 shows the timing diagrams for various states of the device; figure 3 - depending on the temperature of the function F and the module of its normalized derivative.

Устройство содержит два идентичных терморезистора 1 и 2 (принятые за опорный и рабочий соответственно), установленных в чувствительном элементе 3, размещаемом в резервуаре (сигнализатор уровня) или в трубопроводе (сигнализатор наличия жидкости и ее протока). Последовательно с каждым терморезистором 1 и 2 включены два резистора 4 и 5 соответственно, используемые в качестве балластных сопротивлений.The device contains two identical thermistors 1 and 2 (taken as the reference and working, respectively) installed in the sensing element 3, placed in the tank (level switch) or in the pipeline (signaling the presence of liquid and its flow). In series with each thermistor 1 and 2 included two resistors 4 and 5, respectively, used as ballast resistances.

Терморезисторы 1 и 2 совместно с резисторами 4 и 5 образуют резистивные делители, одна общая точка которых подключена к источнику питания 6, а другая их общая точка заземлена. Сопротивление резисторов 4 и 5 одинаково по величине и много больше номинального сопротивления терморезисторов 1 и 2. В варианте исполнения в качестве балластных сопротивлений могут быть включены транзисторы или иные электронные устройства, создающие большое сопротивление в электрической цепи.Thermistors 1 and 2 together with resistors 4 and 5 form resistive dividers, one common point of which is connected to the power source 6, and the other their common point is grounded. The resistance of resistors 4 and 5 is the same in magnitude and much greater than the nominal resistance of thermistors 1 and 2. In the embodiment, transistors or other electronic devices that create a large resistance in the electrical circuit can be included as ballast resistances.

Терморезисторы 1 и 2 имеют одинаковые номинальные сопротивления, теплоемкость и коэффициенты теплопередачи в окружающую среду, конструктивно отделены от контролируемой среды тонкой перегородкой чувствительного элемента 3, выполненной, например, из нержавеющей стали в виде фольги, и размещены в одинаковом положении по отношению к контролируемой жидкости. Температурные коэффициенты сопротивления (ТКС) терморезисторов одинаковы и могут быть оба отрицательными или положительными. В предпочтительном варианте реализации устройства используются терморезисторы с отрицательным температурным коэффициентом.Thermistors 1 and 2 have the same nominal resistance, heat capacity and heat transfer coefficients in the environment, are structurally separated from the controlled environment by a thin partition of the sensing element 3, made, for example, of stainless steel in the form of a foil, and placed in the same position with respect to the controlled fluid. The temperature coefficient of resistance (TCR) of the thermistors is the same and can be both negative or positive. In a preferred embodiment, the device uses negative temperature coefficient thermistors.

Параллельно резистору 5 подключен импульсный выключатель 7, один контакт которого подключен к источнику питания 6 и общей точке резистивных делителей, а другой контакт соединен со средней точкой одного из резистивных делителей, включающих рабочий терморезистор 2. Импульсный выключатель 7 выполнен, например, в виде последовательно соединенных электронного ключа 8 и балластного сопротивления 9 и предназначен для кратковременного (импульсного) подключения источника питания 6 к рабочему терморезистору 2. В варианте исполнения в качестве электронного выключателя 7 может быть использован управляемый импульсный генератор тока, который вместо источника питания 6 будет в импульсном режиме подавать напряжение на терморезистор 2.In parallel to the resistor 5, a pulse switch 7 is connected, one contact of which is connected to the power source 6 and the common point of the resistive dividers, and the other contact is connected to the midpoint of one of the resistive dividers, including a working thermistor 2. The pulse switch 7 is made, for example, in the form of series-connected electronic key 8 and ballast resistance 9 and is designed for short-term (pulse) connection of the power source 6 to the working thermistor 2. In the embodiment, as an electric ronnogo switch 7 controlled by a current pulse generator may be used which, instead of the power source 6 will be in a pulsed mode, supplying power to the thermistor 2.

Средняя точка резистивного делителя, включающего терморезистор 2, подключена к измерительному входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 10, средняя точка резистивного делителя, включающего терморезистор 1, соединена с его входом для подключения опорного напряжения, а заземленная общая точка терморезисторов 1 и 2 соединена с его соответствующим общим входом. Кроме того, АЦП 10 обычно снабжен цепями защиты входа от перегрузки (на чертеже не показаны).The midpoint of the resistive divider, including thermistor 2, is connected to the measuring input of the analog-to-digital converter (ADC) 10, the midpoint of the resistive divider, including thermistor 1, is connected to its input for connecting the reference voltage, and the grounded common point of thermistors 1 and 2 is connected to its corresponding common entrance. In addition, the ADC 10 is usually equipped with input overload protection circuits (not shown).

В состав устройства входит также цифровое устройство управления 11, включающее в себя вычислитель нормированной производной 12, регулятор времени нагрева 13, синхронизатор 14 и устройства сравнения 15 и 16. В варианте выполнения устройства, который прошел экспериментальную проверку, АЦП 10 и все блоки устройства управления 11 выполнены на базе одной микросхемы (например, типа PIC12F6831/SN). При этом все информативные сигналы между АЦП 10, устройством управления 11 и его блоками являются цифровыми кодами или двоичными логическими сигналами.The device also includes a digital control device 11, which includes a normalized derivative calculator 12, a heating time regulator 13, a synchronizer 14, and comparison devices 15 and 16. In an embodiment of the device that passed the experimental test, the ADC 10 and all the blocks of the control device 11 made on the basis of a single chip (for example, type PIC12F6831 / SN). Moreover, all informative signals between the ADC 10, the control device 11 and its blocks are digital codes or binary logic signals.

Выходной сигнал аналого-цифрового преобразователя 10 поступает на один из входов регулятора времени нагрева 13 и вход вычислителя нормированной производной 12, выход которого, в свою очередь, связан со вторым входом регулятора времени нагрева 13, а также с измерительными входами устройств сравнения 15 и 16. На опорном входе устройства сравнения 15 задается пороговая величина напряжения П1, например, от источника опорного сигнала 17, а на опорном входе устройства сравнения 16 - пороговая величина П2, например, от источника 18, причем П2 больше, чем П1. Поскольку, как уже отмечалось выше, все блоки устройства управления 11 могут быть выполнены в виде одной интегральной микросхемы, имеющей встроенное программное обеспечение, опорные напряжения П1 и П2 могут быть заданы и их подача обеспечена программным путем.The output signal of the analog-to-digital converter 10 is supplied to one of the inputs of the heating time controller 13 and the input of the normalized derivative calculator 12, the output of which, in turn, is connected to the second input of the heating time controller 13, as well as to the measuring inputs of the comparison devices 15 and 16. At the reference input of the comparison device 15, a threshold voltage value P1 is set, for example, from the source of the reference signal 17, and at the reference input of the comparison device 16, a threshold value P2 is set, for example, from the source 18, where P2 is greater than P1. Since, as noted above, all the blocks of the control device 11 can be made in the form of a single integrated circuit having firmware, the reference voltages P1 and P2 can be set and their supply is provided by software.

На выходе устройства сравнения 15 формируется логический сигнал «Наличие жидкости», на выходе устройства сравнения 16 - логический сигнал «Наличие протока жидкости», которые подаются на какие-либо исполнительные устройства 19 и 20, например на электронные реле, включающие или отключающие насос, или отражающиеся на световых или звуковых индикаторах.At the output of the comparator 15, a logical signal "The presence of liquid" is generated, at the output of the comparator 16, a logical signal "The presence of a fluid duct" is supplied to any actuators 19 and 20, for example, electronic relays that turn the pump on or off, or reflected on light or sound indicators.

Синхронизатор 14 предназначен для циклического (периодического) запуска регулятора времени нагрева 13, определяющего длительность включения импульсного выключателя 7, и вычислителя нормированной производной 12, который обрабатывает последовательность выходных сигналов АЦП 10 после окончания работы импульсного выключателя 7. Выходы синхронизатора 14 соединены с управляющим входом вычислителя нормированной производной 12 и с третьим входом (входом запуска) регулятора времени нагрева 13.The synchronizer 14 is designed to cyclically (periodically) start the heating time controller 13, which determines the duration of the switching of the pulse switch 7, and the normalized derivative 12, which processes the sequence of output signals of the ADC 10 after the operation of the pulse switch 7. The outputs of the synchronizer 14 are connected to the control input of the normalized calculator derivative 12 and with the third input (start input) of the heating time controller 13.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

С периодом примерно в одну секунду на небольшое изменяемое время (менее 0.5 секунды) по управляющему сигналу синхронизатора 14 запускают регулятор времени нагрева 13, по выходному импульсу которого замыкается ключ 8. В течение этого времени через терморезистор 2 протекает дополнительный импульс тока от источника 6, который повышает температуру терморезистора 2 по сравнению с температурой терморезистора 1. Тем самым после размыкания ключа 8 температура терморезистора 1 оказывается всегда меньше температуры терморезистора 2. Так как номинальные сопротивления и температурные коэффициенты терморезисторов 1 и 2 одинаковы, например отрицательны, сопротивление терморезистора 1 будет больше, чем сопротивление терморезистора 2 и, следовательно, падение напряжения на терморезисторе 1 больше, чем на терморезисторе 2.With a period of about one second, for a small variable time (less than 0.5 seconds), the heating time controller 13 is triggered by the control signal of the synchronizer 14, and the key 8 is closed by the output pulse. During this time, an additional current pulse from the source 6 flows through the thermistor 2 increases the temperature of thermistor 2 in comparison with the temperature of thermistor 1. Thus, after opening key 8, the temperature of thermistor 1 is always lower than the temperature of thermistor 2. Since the nominal e the resistances and temperature coefficients of thermistors 1 and 2 are the same, for example negative, the resistance of thermistor 1 will be greater than the resistance of thermistor 2 and, therefore, the voltage drop across thermistor 1 is greater than on thermistor 2.

Сигналы с выходов резистивных делителей терморезисторов 1 и 2 поступают на опорный и измерительный входы соответственно аналого-цифрового преобразователя 10. При этом выходной информативный сигнал (код) N АЦП 10 прямо пропорционален напряжению на измерительном входе и обратно пропорционален напряжению на входе опорного напряжения, а опорное напряжение является нормирующей величиной для напряжения на измерительном входе.The signals from the outputs of the resistive dividers of the thermistors 1 and 2 are fed to the reference and measuring inputs, respectively, of the analog-to-digital converter 10. The output informative signal (code) N of the ADC 10 is directly proportional to the voltage at the measuring input and inversely proportional to the voltage at the input of the reference voltage, and the reference voltage is the standard value for the voltage at the measuring input.

Как известно, АЦП преобразует входное напряжение U в число N (цифровой код) по следующему правилу: если входное напряжение U равно «опорному» U_оп, то код N=N_мах. Если U=0, то код N=0. При этом код N определяется как целая часть значения, получаемого из выражения:As you know, the ADC converts the input voltage U to the number N (digital code) according to the following rule: if the input voltage U is equal to the "reference" U _op , then the code N = N _max . If U = 0, then the code is N = 0. In this case, the code N is defined as the integer part of the value obtained from the expression:

Т.е. код N на выходе АЦП линейно пропорционален входному напряжению, отнесенному (нормированному) к «опорному», которое, по существу, задает «шкалу» АЦП. При напряжении на опорном терморезисторе, равном U_оп, соответственно число на выходе АЦП является измеренным значением отношения напряжения U на рабочем терморезисторе к напряжению на опорном терморезисторе. Измеренное значение отличается от истинного на погрешность дискретизации. Эта погрешность связана с собственной характеристикой АЦП - N_мах: чем больше N_мах, тем точнее АЦП. Наибольшее распространение получили АЦП с такими значениями N_мах, как 1023, 2047, 4095, 8195, 65535. В заявленном техническом решении оказывается возможным использование недорогого АЦП с N_мах=1023 в отличие от прототипа, в котором потребуется АЦП с N_мах=8195 или 65535.Those. the N code at the ADC output is linearly proportional to the input voltage, referred (normalized) to the “reference”, which essentially sets the “scale” of the ADC. When the voltage at the reference thermistor is equal to U _op , respectively, the number at the ADC output is the measured value of the ratio of the voltage U at the working thermistor to the voltage at the reference thermistor. The measured value differs from the true value by the sampling error. This error is associated with the ADC's own characteristic - N _max : the more N _max , the more accurate the ADC. The most widely used are ADCs with N _max values such as 1023, 2047, 4095, 8195, 65535. In the claimed technical solution, it is possible to use an inexpensive ADC with N _max = 1023, unlike the prototype, in which an ADC with N _max = 8195 or 65535.

Так как сопротивление резисторов 4 и 5 одинаково по величине и много больше номинального сопротивления R₀ терморезисторов 1 и 2, отношение напряжений на терморезисторах 1 и 2 практически равно отношению их сопротивлений:Since the resistance of resistors 4 and 5 is the same in magnitude and much greater than the nominal resistance R _{0 of} thermistors 1 and 2, the ratio of voltages on thermistors 1 and 2 is almost equal to the ratio of their resistances:

где R_1t, R_2t - сопротивления 1-го и 2-го терморезисторов при их температурах T₁ и Т₂;where R _1t , R _2t - resistance of the 1st and 2nd thermistors at their temperatures T ₁ and T ₂ ;

Т₀ - температура, при которой задано номинальное сопротивление терморезисторов R₀;T ₀ is the temperature at which the nominal resistance of thermistors R _{0 is set} ;

F(T-T₀) - безразмерная функция, показывающая зависимость сопротивления терморезисторов от температуры, F(0)=1.F (TT ₀ ) is a dimensionless function showing the temperature dependence of the resistance of thermistors, F (0) = 1.

Выходной информативный сигнал N аналого-цифрового преобразователя 10 также пропорционален отношению сопротивлений терморезисторов 1 и 2. При равенстве сопротивлений терморезисторов 1 и 2 выходной информативный сигнал N аналого-цифрового преобразователя 10 равен максимальной величине N_макс.The output informative signal N of the analog-to-digital converter 10 is also proportional to the ratio of the resistances of the thermistors 1 and 2. If the resistances of the thermistors 1 and 2 are equal, the output informative signal N of the analog-to-digital converter 10 is equal to the maximum value N _max .

Непосредственно после размыкания ключа 8 отношение сопротивлений терморезисторов 1 и 2 максимально, по мере остывания терморезистора 2 отношение сопротивлений снижается и стремится к единице. В то же время выходной сигнал аналого-цифрового преобразователя 10 стремится от первоначального значения N к максимальной величине N_макс.Immediately after opening the key 8, the ratio of the resistances of the thermistors 1 and 2 is maximum, as the thermistor 2 cools, the ratio of the resistances decreases and tends to unity. At the same time, the output signal of the analog-to-digital converter 10 tends from the initial value N to the maximum value N _max .

Обозначим разность величин N_макс и N как ΔN. Т.к. ΔN много меньше N_макс, то с учетом формул (1)-(4) приближенно получим:Denote the difference in N _max and N as ΔN. Because ΔN is much less than N _max , then, taking into account formulas (1) - (4), we approximately obtain:

Разность температур Т₁ и Т₂ мала (единицы °С), соответственно и отношение сопротивлений терморезисторов достаточно точно выражается через нормированную первую производную по температуре от функции F(T-T₀), которую обозначим как DF(T-T₀):The temperature difference T ₁ and T ₂ is small (units ° C), respectively, and the ratio of the resistance of the thermistors is quite accurately expressed through the normalized first derivative in temperature of the function F (TT ₀ ), which we denote as DF (TT ₀ ):

При этом отношение сопротивлений приближенно описывается выражением:In this case, the resistance ratio is approximately described by the expression:

где ΔТ=Т₂-Т₁ - разность температур терморезисторов.where ΔТ = Т ₂ -Т ₁ - temperature difference of thermistors.

Из формул (5) и (7) следует, что по величине ΔN, измеряемой с помощью АЦП 10, можно судить о разности температур ΔT терморезисторов 1 и 2:From formulas (5) and (7) it follows that by the value of ΔN, measured using ADC 10, we can judge the temperature difference ΔT of thermistors 1 and 2:

Функциональная зависимость F(T-T₀), например для терморезисторов NTC фирмы EPCOS, близка к экспоненциальной, поэтому нормированная первая производная практически мало меняется в широком диапазоне температур. Делитель N_макс × DF(T₂-T₀) в формуле (8) остается практически постоянным, следовательно, ΔN прямо пропорциональна разности температур ΔТ терморезисторов 1 и 2.The functional dependence F (TT ₀ ), for example, for ETCOS NTC thermistors, is close to exponential, therefore, the normalized first derivative varies little over a wide temperature range. The divider N _max × DF (T ₂ -T ₀ ) in the formula (8) remains almost constant, therefore, ΔN is directly proportional to the temperature difference ΔT of the thermistors 1 and 2.

После окончания нагрева разность температур ΔТ терморезисторов 1 и 2, а также разность ΔN стремятся к нулю со скоростью, определяемой теплопередачей терморезистора 2 в окружающую среду. Благодаря идентичности тепловых характеристик терморезисторов 1 и 2, скорость изменения разности температур ΔТ также определяется, прежде всего, теплопередачей от терморезистора 2 в контролируемую среду и практически не зависит от изменения ее температуры. Оценка скорости остывания терморезистора 2 после окончания нагрева производится вычислителем нормированной производной 12. Выходной сигнал П вычислителя 12 определяется как оценка производной от разности ΔN в течение времени остывания терморезистора 2, нормированное на среднее значение ΔN за то же время.After heating, the temperature difference ΔT of the thermistors 1 and 2, as well as the difference ΔN tend to zero at a speed determined by the heat transfer of the thermistor 2 to the environment. Due to the identity of the thermal characteristics of the thermistors 1 and 2, the rate of change of the temperature difference ΔT is also determined, first of all, by the heat transfer from the thermistor 2 to the controlled environment and is practically independent of the change in its temperature. Assessment of the cooling rate of the thermistor 2 after heating is performed by the calculator of the normalized derivative 12. The output signal P of the calculator 12 is defined as the estimate of the derivative of the difference ΔN during the cooling time of the thermistor 2, normalized to the average value of ΔN for the same time.

В частности, оценка производной от разности ΔN может выполняться по методу наименьших квадратов. В этом случае выходной сигнал П вычислителя 12 определяется по формулеIn particular, the derivative of the difference ΔN can be estimated using the least squares method. In this case, the output signal P of the calculator 12 is determined by the formula

где m - количество выходных сигналов АЦП 10, фиксируемых и обрабатываемых вычислителем нормированной производной 12 после окончания работы импульсного выключателя 7 в процессе охлаждения рабочего терморезистора; в частном случае, например, m=15;where m is the number of output signals of the ADC 10, recorded and processed by the calculator of the normalized derivative 12 after the end of the operation of the pulse switch 7 in the process of cooling the working thermistor; in the particular case, for example, m = 15;

ΔNi - отдельный результат измерения ΔN с номером i;ΔNi is a separate measurement result of ΔN with number i;

Σ - суммирование ведется от i=0 до i=m-1.Σ - summation is carried out from i = 0 to i = m-1.

Преимущества использования нормированной производной по времени в качестве информативного параметра, используемого в заявленном способе, в отличие от прототипа, где в качестве информативного параметра используется отношение сопротивлений двух терморезисторов, нагреваемых одинаковым по величине постоянным током, можно пояснить с помощью графика на фиг.3, на котором приведены зависимости от температуры функции F и модуля ее нормированной производной DF для типичных терморезисторов с нелинейной характеристикой и отрицательным температурным коэффициентом (например, фирмы ЕРОС) в достаточно типичном диапазоне температур от 5 до 55°С. Как видно из приведенных данных, функция уменьшается от значения в 2.5 при температуре 5°С до 0.17 при температуре 55°С, т.е. в указанном диапазоне температур изменяется приблизительно в 15 раз. Ее же нормированная производная изменяется всего лишь на 23%: от - 0.22 до - 0.17.The advantages of using the normalized time derivative as an informative parameter used in the claimed method, in contrast to the prototype, where the ratio of the resistances of two thermistors heated by the same value of direct current is used as an informative parameter, can be explained using the graph in figure 3, on which shows the temperature dependences of the function F and the module of its normalized derivative DF for typical thermistors with a nonlinear characteristic and negative temperature by a urine coefficient (for example, of the EROS company) in a rather typical temperature range from 5 to 55 ° С. As can be seen from the above data, the function decreases from a value of 2.5 at a temperature of 5 ° C to 0.17 at a temperature of 55 ° C, i.e. in the indicated temperature range changes approximately 15 times. Its normalized derivative changes by only 23%: from - 0.22 to - 0.17.

На фиг.2 представлены временные диаграммы для различных ситуаций:Figure 2 presents the timing diagrams for various situations:

- фаза 1 соответствует нахождению чувствительного элемента 3 в воздухе;- phase 1 corresponds to the presence of the sensing element 3 in the air;

- во время фазы 2 происходит «медленное» заполнение контролируемого объема жидкостью;- during phase 2 there is a “slow” filling of the controlled volume with liquid;

- с началом фазы 3 жидкость приходит в движение со скоростью не менее 0.1 м/ч, например, при включении насоса;- with the beginning of phase 3, the liquid begins to move at a speed of at least 0.1 m / h, for example, when the pump is turned on;

- с началом фазы 4 жидкость пропадает из контролируемого объема, но поверхность чувствительного элемента некоторое время остается смоченной;- with the beginning of phase 4, the liquid disappears from the controlled volume, but the surface of the sensing element remains moistened for some time;

- фаза 5 соответствует нахождению чувствительного элемента 2 в воздухе.- phase 5 corresponds to the presence of the sensitive element 2 in the air.

В фазе 1 модуль нормированной производной П на выходе вычислителя 12 не превышает порога П1, соответственно логический сигнал «Наличие жидкости» на выходе устройства сравнения 15 и соответственно на входе исполнительного устройства (индикатора) 19 равен нулю, что означает отсутствие жидкости в контролируемом объеме. Во время фазы 2 скорость уменьшения разности температур ΔТ после окончания нагрева возрастает. При окончании фазы 2 модуль нормированной производной П увеличивается. Т.к. модуль производной П в этом случае превышает порог П1, логический сигнал, соответствующий наличию жидкости, на выходе устройства сравнения 15 принимает единичное значение и соответственно на индикаторе 19 отражается состояние «Наличие жидкости». Следует отметить, что появление сигнала о наличии жидкости отстает на один период (1 секунда) от фактического появления жидкости в контролируемом объеме.In phase 1, the module of the normalized derivative P at the output of the calculator 12 does not exceed the threshold P1, respectively, the logical signal "Liquid presence" at the output of the comparison device 15 and, respectively, at the input of the actuator (indicator) 19 is zero, which means there is no liquid in the controlled volume. During phase 2, the rate of decrease in the temperature difference ΔT after heating is increased. At the end of phase 2, the modulus of the normalized derivative P increases. Because the derivative module P in this case exceeds the threshold P1, the logical signal corresponding to the presence of liquid at the output of the comparison device 15 takes a single value and, accordingly, the status “Liquid presence” is displayed on the indicator 19. It should be noted that the appearance of a signal about the presence of liquid lags by one period (1 second) from the actual appearance of liquid in a controlled volume.

При движении жидкости в контролируемом объеме с достаточной скоростью (фаза 3) охлаждение терморезистора 2 происходит не только за счет конвекции в жидкости, но и за счет эффективного теплопереноса, связанного с ее перемещением. В этом случае скорость уменьшения разности температур ΔТ после окончания нагрева становится практически максимальной и определяется, прежде всего, конструкцией чувствительного элемента 3. Модуль производной П при движении жидкости превысит порог П2, логический сигнал «Наличие протока жидкости» на выходе устройства сравнения 16 и соответственно на входе индикатора 20 примет единичное значение. Моменты перехода указанного логического сигнала в «единицу» и в «ноль» также отстают на один период цикла нагрева от фактического появления и пропадания протока жидкости в контролируемом объеме.When the liquid moves in a controlled volume at a sufficient speed (phase 3), the cooling of the thermistor 2 occurs not only due to convection in the liquid, but also due to the effective heat transfer associated with its movement. In this case, the rate of decrease of the temperature difference ΔТ after heating is almost maximum and is determined, first of all, by the design of the sensing element 3. The module of the derivative P when the fluid moves exceeds threshold P2, the logic signal "The presence of a fluid duct" at the output of the comparison device 16 and, accordingly, input indicator 20 will take a single value. The moments of the transition of the indicated logical signal to “unit” and “zero” also lag behind by one period of the heating cycle from the actual appearance and disappearance of the fluid flow in the controlled volume.

Фаза 4 на фиг.2 иллюстрирует случай внезапного пропадания жидкости из контролируемого объема, например, в связи с тем, что закончилась жидкость в баке, из которого она перекачивалась. В контролируемом объеме остается небольшое количество жидкости, которое достаточно медленно стекает с поверхности чувствительного элемента, что может быть связано, в частности, с наличием пены. Т.к. логический сигнал «Наличие протока жидкости» уже через 1 секунду будет равен «нулю», он может быть эффективно использован, например, для срочного отключения насоса. Логический сигнал «Наличие жидкости» перейдет в «ноль» с некоторой задержкой (фаза 5), которая будет тем больше, чем выше вязкость жидкости.Phase 4 in figure 2 illustrates the case of a sudden loss of fluid from a controlled volume, for example, due to the fact that the fluid has ended in the tank from which it was pumped. A small amount of liquid remains in the controlled volume, which drains rather slowly from the surface of the sensing element, which may be due, in particular, to the presence of foam. Because the logical signal "The presence of a fluid duct" after 1 second will be "zero", it can be effectively used, for example, for urgent shutdown of the pump. The logical signal “Liquid presence” will go to “zero” with a certain delay (phase 5), which will be the greater, the higher the viscosity of the liquid.

Для каждой фазы описанного выше процесса регулятором времени нагрева 13 устанавливается свое значение продолжительности выходного импульса, который управляет замыканием электронного ключа 8. Практически регулирование времени нагрева осуществляют таким образом, что с увеличением нормированной производной П, а значит, и тепловых потерь рабочего терморезистора, увеличивается время нагрева. И наоборот - при уменьшении нормированной производной, поступающей на регулятор 13 с выхода вычислителя 12, уменьшается время нагрева. Это позволяет обеспечить примерно одинаковое среднее превышение температуры рабочего терморезистора над опорным (приблизительно 4÷8°С).For each phase of the process described above, the heating time controller 13 sets a value for the duration of the output pulse, which controls the closure of the electronic key 8. Practically, the heating time is controlled in such a way that with an increase in the normalized derivative P, and hence the heat loss of the working thermistor, the time increases heating up. And vice versa - with a decrease in the normalized derivative arriving at the regulator 13 from the output of the calculator 12, the heating time decreases. This allows you to provide approximately the same average excess temperature of the working thermistor above the reference (approximately 4 ÷ 8 ° C).

Таким образом, по сравнению с прототипом использование заявленного изобретения позволяет обеспечить существенно более высокое быстродействие устройства для определения жидкости (примерно в 7-10 раз) при переходе его чувствительного элемента от жидкости к газу и просто более высокое быстродействие (примерно в 3-5 раз) при переходе от газа к жидкости, а также снизить затраты электроэнергии на нагрев терморезистора, что дает возможность повысить эффективность работы устройства в целом. Кроме того, изобретение позволяет расширить области применения устройства для определения уровня жидкости за счет возможности контроля не только наличия жидкости, но и ее протока, что особенно важно при использовании устройства в трубопроводах различного назначения.Thus, in comparison with the prototype, the use of the claimed invention allows to provide a significantly higher performance device for determining liquid (approximately 7-10 times) during the transition of its sensitive element from liquid to gas and simply higher performance (approximately 3-5 times) during the transition from gas to liquid, as well as reduce the cost of electricity for heating the thermistor, which makes it possible to increase the overall efficiency of the device. In addition, the invention allows to expand the scope of the device for determining the liquid level due to the ability to control not only the presence of liquid, but also its flow, which is especially important when using the device in pipelines for various purposes.

Claims

1. The method of determining the liquid level, based on the use of two thermistors having the same thermal characteristics, including heating the thermistor with electric current and cooling due to heat transfer to the environment, periodically measuring the voltage drop across the thermistors, calculating an informative parameter, comparing it with a threshold value and accepting decisions on the presence or absence of fluid at a controlled level, characterized in that one of the thermistors is periodically heated for a short time After the end of heating, the ratio of the stresses of unheated and heated thermistors is repeatedly measured, and as an informative parameter that determines the liquid level, the normalized time derivative is calculated by processing the array of measurement results of the indicated ratio.

2. The method according to claim 1, characterized in that the heating of the thermistor is carried out with a period of not more than 2 s.

3. The method according to claim 1, characterized in that the heating time of the thermistor in each period does not exceed 1 s.

4. The method according to claim 1, characterized in that the calculation of the normalized time derivative is carried out before the start of the next heating cycle.

5. The method according to claim 1, characterized in that to determine the flow of fluid, the value of the normalized derivative with respect to time is additionally compared with a second threshold value, after which a decision is made on the presence or absence of fluid movement at a controlled level.

6. The method according to claim 5, characterized in that the second threshold value exceeds the first.

7. A device for determining the liquid level, containing two thermistors installed in the sensing element, connected to a power source and having temperature coefficients of resistance (TCR) of the same sign and the same heat transfer coefficients in the gas, as well as an analog-to-digital converter and a comparison device, a reference input which is connected to a reference signal source, and the output is connected to an actuator, characterized in that it is additionally equipped with a pulse switch, one contact of which connected to a power source, and the other contact is connected to the output of the working thermistor and to the measuring input of the analog-to-digital converter, and connected in series to the heating time controller, one input of which is connected to the output of the analog-to-digital converter, and the output is connected to the control contact of the pulse switch, and a synchronizer, one output of which is connected to the third input of the heating time controller, as well as a normalized derivative calculator, the output of which is connected to the second input of the controller a heating time torus and with the measuring input of the comparison device, and the inputs are connected to the output of the analog-to-digital converter and the second output of the synchronizer.

8. The device according to claim 7, characterized in that it is additionally equipped with two resistors, connected in series with each thermistor and forming resistive dividers together with the thermistors, the midpoints of which are connected respectively to the measuring and reference inputs of the analog-to-digital converter, one common a point of resistive dividers is connected to a power source and one contact of a pulse switch, and their other common point is connected to a common input of an analog-to-digital converter and ground.

9. The device according to claim 7, characterized in that the nominal resistance of the thermistors are the same.

10. The device according to claim 7, characterized in that the pulse switch is made in the form of a series-connected on-off electronic switch and ballast resistance.

11. The device according to claim 7, characterized in that the actuator is made in the form of an indicator.

12. The device according to claim 7, characterized in that for signaling the presence of a fluid duct, the device is additionally equipped with a second comparison device connected in parallel with the first and the second actuator, and the reference input of the second device is connected to a source of another reference signal, the measuring input is connected to the output of the computer normalized derivative, and the output is connected to the second actuator.

13. The device according to p. 12, characterized in that the threshold voltage value at the input of the second comparison device is set greater than the threshold voltage value at the input of the first comparison device.