RU2397454C1 - Устройство для измерения уровня диэлектрического вещества - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к мостовым методам измерения на переменном токе параметров датчиков, и может быть использовано для определения моментов достижения измеряемым параметром заданных значений. Сущность: устройство содержит две группы емкостных датчиков уровня, образующие смежные плечи мостовой схемы, генератор частоты, подключенный первым и вторым выходами к диагонали мостовой схемы, фазочувствительный элемент и фильтр. Кроме того, в устройство введены первый и второй сумматоры, второй фазочувствительный элемент, второй фильтр и вычислительный блок. В качестве фазочувствительных элементов применены синхронные детекторы, соединенные сигнальными входами соответственно с выходами первого и второго сумматоров, опорными входами - с третьим выходом генератора частоты, выходами - соответственно с входами первого и второго фильтров. Первые входы сумматоров соединены с выходом мостовой схемы. Вторые входы сумматоров соединены соответственно с первым и вторым выходами генератора частоты. Выходы фильтров соединены с входами вычислительного блока, выход которого является выходом устройства. Технический результат: повышение точности измерения, упрощение и расширение функциональных возможностей за счет формирования признака достоверности выходного сигнала. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Предлагаемое изобретение относится к области электроизмерительной техники, более конкретно - к мостовым методам измерения на переменном токе параметров датчиков, и может быть использовано в устройствах для измерения уровня диэлектрического вещества, в частности в уровнемерах систем управления расходованием топлива (СУРТ) изделий ракетно-космической техники (РКТ).

В качестве аналога выбрано устройство «Мост на переменном токе с синхронным детектором» [1]. Устройство содержит мост переменного тока, в одну диагональ которого включен источник переменного сигнала, в другую диагональ - последовательно соединенные дифференциальный усилитель, синхронный детектор и фильтр нижних частот (ФНЧ). На выходе дифференциального усилителя, являющемся выходом мостовой схемы, формируется сигнал переменного тока (сигнал разбаланса моста), зависящий от разности плечевых сопротивлений моста и пропорциональный амплитуде сигнала указанного источника. Сигнальный и опорный входы синхронного детектора соединены соответственно с выходом мостовой схемы и с выходом источника переменного сигнала. Указанное устройство допускает включение в смежные плечи моста емкостных датчиков. При этом на выходе ФНЧ формируется непрерывный сигнал постоянного тока, пропорциональный сигналу разбаланса моста. Полярность сигнала на выходе ФНЧ определяется знаком разбаланса моста. В рассматриваемом устройстве обеспечивается эффективное подавление помех на частотах, отличных от частоты источника переменного сигнала, и превышающих частоту среза ФНЧ.

В то же время при создании уровнемеров СУРТ средств выведения изделий РКТ возникает необходимость решения и ряда дополнительных задач, связанных с особенностями работы в составе изделий РКТ:

1. Назначением уровнемеров СУРТ является определение моментов прохождения уровнями компонентов топлива (окислителя и горючего) заданных значений (измерительных точек, ИТ) при опорожнении топливных баков во время работы двигательной установки. Соответствующие ИТ (обычно от 8 до 32) определяют расположением емкостных дискретных датчиков (ДД) по высоте топливного бака. При этом в качестве компонентов топлива в жидкостных двигателях современных изделий РКТ в основном используют жидкий кислород и керосин, которые являются диэлектриками и имеют диэлектрическую проницаемость ε>1, а в качестве ДД - измерительные конденсаторы. О прохождении ИТ судят по изменению емкости соответствующего ДД.

2. Достижение заданных точности, надежности и диагностичности работы устройства должно производиться в условиях воздействия дестабилизирующих факторов, в т.ч. электрических помех и возмущений со стороны других подсистем системы управления, колебаний уровня жидкости (компонента топлива), технологического разброса характеристик ДД и компонентов топлива, влияния факторов перегрузки, температуры и скорости движения уровня жидкости в баке. При этом в устройствах рассматриваемого типа могут использоваться средства встроенного контроля, позволяющие формировать текущую информацию о техническом состоянии и достоверности выходной информации устройства, что в свою очередь позволяет исключить влияние недостоверной информации на работу СУРТ либо уменьшить кратность резервирования устройства при построении отказоустойчивых систем.

3. Сигналы уровнемеров СУРТ обычно передаются в бортовую ЦВМ (БЦВМ) для решения задач синхронной выработки окислителя и горючего и прогнозирования времени выработки топлива из каждого бака. При этом возможно использование БЦВМ для решения и других сравнительно «медленных» задач (с циклом решения порядка 10…100 мс), обеспечивающих вторичную обработку сигналов уровнемеров.

4. ДД размещаются в топливном баке и являются, по сути, элементами конструкции бака. Преобразователи сигналов датчиков (электронные элементы уровнемеров) обычно располагаются в приборном отсеке, т.е. на значительном расстоянии от датчиков. Разработка датчиков, преобразователей и линии связи между ними проводится в условиях ограничений объемно-массовых характеристик.

К недостаткам аналога с учетом особенностей решаемой задачи можно отнести работу аналога только с одной парой датчиков, что характеризует его недостаточную эффективность при наличии большого числа датчиков (от 8 до 32), низкую точность формирования выходного сигнала в условиях нестабильности амплитуды источника переменного сигнала (либо паразитной модуляции амплитуды с частотой огибающей ниже частоты среза ФНЧ), а также невозможность формирования признака достоверности выходного сигнала, что ограничивает функциональные возможности устройства.

В качестве второго аналога выбрано устройство "Многоточечный сигнализатор уровня (его варианты)" [2], которое включает группу измерительных емкостных ДД, рассредоточенных в пределах контролируемого диапазона, генератор переменного напряжения, два коммутатора, два преобразователя «ток-напряжение», вычитающее устройство, синхронный детектор, два компаратора, цифровой индикатор, два триггера, дифференциатор, тактовый генератор, две схемы совпадения, реверсивный счетчик импульсов и сумматор. Каждый измерительный ДД выполнен в виде двух плоскопараллельных конденсаторов с неодинаковыми площадями электродов, которые располагаются горизонтально и симметрично относительно средних уровней датчиков. Указанные конденсаторы всех датчиков одним из электродов соединены между собой, образуя смежные плечи мостовой схемы. На выходе вычитающего устройства, являющемся выходом мостовой схемы, формируется сигнал переменного тока, зависящий от разности плечевых сопротивлений моста и пропорциональный амплитуде напряжения указанного генератора. К сигнальному и опорному входам синхронного детектора подключены выходы соответственно мостовой схемы и генератора переменного напряжения. При этом триггеры, дифференциатор, тактовый генератор, схемы совпадения, счетчик импульсов и сумматор выполняют в рассматриваемом устройстве функцию вычислительного блока, обеспечивающего формирование (на входе цифрового индикатора) цифрового сигнала, соответствующего ближайшему снизу номеру датчика, погруженного в контролируемую среду выше средней линии. Прохождение средней линии (уровня середины ДД) определяется в вычислительном блоке по изменению полярности выходного напряжения синхронного детектора, соответствующему изменению знака разбаланса мостовой схемы. Вместо традиционно используемых в аналогичных устройствах (для формирования разностного сигнала) компараторов тока трансформаторного типа применено более простое в технической реализации вычитающее устройство, которое может быть построено на интегральной микросхеме. Использование в рассматриваемом устройстве коммутаторов позволяет при прохождении уровнем жидкости очередной ИТ подключать к входам преобразователей «ток-напряжение» пару конденсаторов, относящихся к соответствующему датчику (конденсаторы остальных датчиков при этом отключены). При этом использование для каждой ИТ двух плоскопараллельных измерительных конденсаторов с неодинаковыми площадями электродов, которые располагаются горизонтально и симметрично относительно средних уровней датчиков, позволяет существенно уменьшить влияние разброса диэлектрической проницаемости жидкости на результаты измерений.

К недостаткам аналога с учетом особенностей решаемой задачи можно отнести сложность, обусловленную необходимостью использования для реализации N измерительных точек удвоенного количества (2*N) измерительных конденсаторов, имеющих разные геометрические размеры, двух коммутаторов, содержащих 2*N элементов коммутации, и 2*N+1 связей для соединения датчиков с преобразователем сигналов датчиков (что ухудшает объемно-массовые характеристики устройства), а также невозможность формирования признака достоверности отображаемой информации, что ограничивает функциональные возможности аналога.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к заявленному является устройство «Уровнемер СУРТ» [3].

Устройство-прототип выполнено на основе мостовой схемы и содержит две группы емкостных датчиков уровня, рассредоточенные в пределах контролируемого диапазона и образующие смежные плечи мостовой схемы, генератор частоты, подключенный к диагонали мостовой схемы, фильтр, фазочувствительный фиксатор, конденсатор дисбаланса мостовой схемы, трансформатор с тесной индуктивной связью, усилитель, два амплитудных компаратора, фазосдвигающее устройство и регулируемый усилитель, выполненный с использованием цифроаналогового преобразователя. На выходе трансформатора с тесной индуктивной связью, являющемся выходом мостовой схемы, формируется сигнал переменного тока, зависящий от разности плечевых сопротивлений моста и пропорциональный амплитуде напряжения указанного генератора.

При этом на выходе фазочувствительного фиксатора, являющегося выходом устройства, формируется логический уровень, зависящий от знака разбаланса мостовой схемы. В момент прохождения мостовой схемой состояния баланса происходит изменение знака разбаланса и, соответственно, изменение логического уровня сигнала на выходе фазочувствительного фиксатора, по которому определяется момент прохождения соответствующей ИТ. Для реализации N измерительных точек в рассматриваемом устройстве достаточно использования N измерительных конденсаторов и трех связей для соединения датчиков с преобразователем сигналов датчиков. Симметричное выполнение двух групп емкостных датчиков уровня позволяет существенно уменьшить влияние на результат измерений синфазных электрических помех, одинаково влияющих на обе группы датчиков.

Минимизация погрешностей измерения в прототипе обеспечивается предварительным (до начала работы в составе изделия РКТ) выбором значения емкости конденсатора дисбаланса и настройкой коэффициента передачи регулируемого усилителя из условия обеспечения в процессе последующей работы баланса мостовой схемы при достижении уровнем жидкости середины ДД (при номинальных значениях характеристик ДД и компонентов топлива и отсутствии дестабилизирующих факторов). Соответственно, отклонения характеристик ДД и компонентов топлива от номинальных значений, обусловленные технологическим разбросом, воздействием факторов перегрузки, температуры и скорости движения уровня жидкости, а также колебания уровня жидкости в баке приводят в устройстве-прототипе к отклонению моментов баланса мостовой схемы относительно моментов прохождения уровнем жидкости середины ДД, что вызывает погрешность измерения, а невозможность формирования признака достоверности выходного сигнала ограничивает функциональные возможности устройства.

Кроме того, необходимость использования в прототипе вычитающего устройства на основе трансформатора с тесной индуктивной связью, конденсатора дисбаланса мостовой схемы и регулируемого усилителя для настройки (до начала работы в составе изделия РКТ) начального разбаланса, как и сама необходимость такой настройки, усложняют устройство.

Таким образом, к недостаткам прототипа с учетом особенностей решаемой задачи можно отнести недостаточную точность формирования выходного сигнала, сложность и ограниченные функциональные возможности устройства.

Задачей устройства измерения уровня диэлектрического вещества является повышение точности его измерения, упрощение и расширение функциональных возможностей за счет формирования признака достоверности выходного сигнала.

Поставленная задача достигается за счет того, что в устройстве измерения уровня диэлектрического вещества, выполненном на основе мостовой схемы и содержащем две группы емкостных датчиков уровня, образующие смежные плечи мостовой схемы, генератор частоты, подключенный первым и вторым выходами к диагонали мостовой схемы, фазочувствительный элемент и фильтр в отличие от прототипа дополнительно применены первый и второй сумматоры, второй фазочувствительный элемент, второй фильтр и вычислительный блок, причем в качестве первого и второго фазочувствительных элементов применены синхронные детекторы, соединенные сигнальными входами соответственно с выходами первого и второго сумматоров, опорными входами - с третьим выходом генератора частоты, выходами - соответственно с входами первого и второго фильтров, при этом первые входы сумматоров соединены с выходом мостовой схемы, вторые входы сумматоров соединены соответственно с первым и вторым выходами генератора частоты, а выходы фильтров соединены с входами вычислительного блока, выход которого является выходом устройства.

Кроме того, устройство измерения уровня диэлектрического вещества отличается тем, что первый и второй выходы генератора частоты выполнены противофазными относительно шины «Корпус».

Между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь, а именно:

1. Признаки, характеризующие применение в качестве фазочувствительного элемента синхронного детектора, использование в устройстве вычислительного блока и включение между ними фильтра с учетом соответствующих описанных выше связей позволяют формировать на выходе фильтра (в отличие от прототипа) непрерывный (аналоговый) сигнал постоянного тока U(t), соответствующий (по знаку и величине) текущему значению сигнала разбаланса мостовой схемы. Учитывая, что указанный сигнал содержит информацию о реальной динамике прохождения уровнем жидкости каждого ДД с учетом фактических значений характеристик ДД и компонентов топлива, использование указанного сигнала для определения в вычислительном блоке моментов прохождения ИТ (с учетом известных моделей изменения сигнала при прохождении ДД и помехи, вызванной колебаниями жидкости) позволяет существенно уменьшить влияние погрешностей, связанных с колебаниями уровня жидкости и отклонением характеристик компонентов топлива, ДД и электронных элементов устройства от номинальных значений, и таким образом повысить точность измерений.

Кроме того, использование указанного сигнала для определения в вычислительном блоке моментов прохождения ИТ позволяет исключить необходимость как процесса настройки начального разбаланса мостовой схемы, так и используемых для его реализации регулируемого усилителя и конденсатора дисбаланса мостовой схемы и таким образом упростить устройство.

2. Совокупность признаков, характеризующая использование в устройстве двух сумматоров, второго фазочувствительного элемента, второго фильтра и вычислительного блока, и применение в качестве фазочувствительных элементов синхронных детекторов с учетом описанных выше связей позволяет сформировать на выходах фильтров два непрерывных (аналоговых) сигнала постоянного тока U1(t) и U2(t), каждый из которых линейно зависит от амплитуды сигнала разбаланса мостовой схемы и от амплитуды сигнала генератора частоты ГЧ (с известными весовыми коэффициентами, задаваемыми выбором характеристик сумматоров). Решение в вычислительном блоке системы из двух линейных уравнений с двумя неизвестными относительно упомянутых амплитуд позволяет формировать текущие фактические значения сигналов постоянного тока UpM(t) и Uг(t), соответствующих амплитудам сигналов разбаланса мостовой схемы и ГЧ. Учитывая, что UpM(t) в свою очередь зависит не только от разности плечевых сопротивлений моста, но и пропорционален амплитуде сигнала ГЧ, формирование в вычислительном блоке текущего значения сигнала Uг(t) позволяет исключить из сигнала UpM(t) погрешность, вызванную отклонением фактического значения амплитуды сигнала ГЧ от номинального значения, и таким образом дополнительно повысить точность измерения (за счет исключения влияния на сигнал разбаланса нестабильности амплитуды либо паразитной модуляции амплитуды ГЧ) и упростить устройство (за счет ослабления требований к стабильности амплитуды ГЧ).

Кроме того, отклонение сформированного в вычислительном блоке текущего значения сигнала Uг(t) от номинального определяется погрешностями реализации электронных элементов устройства и при отсутствии отказов и сбоев не должно превышать заранее известного значения, например 10%. Учитывая, что тракт формирования сигнала Uг(t) включает все электронные элементы предлагаемого устройства, указанный сигнал может быть использован в качестве тестового, а отклонение Uг(t) от номинального значения - в качестве текущего значения признака достоверности выходного сигнала. Использование признака достоверности позволяет получать текущую информацию о техническом состоянии устройства, а также исключить влияние недостоверной информации, вызванной кратковременными сбоями либо отказами электронных элементов устройства, на работу СУРТ либо уменьшить кратность резервирования устройства при построении отказоустойчивых систем. Возможность формирования в вычислительном блоке предлагаемого устройства признака достоверности выходного сигнала позволяет расширить функциональные возможности устройства.

3. Признак, характеризующий выполнение генератора частоты с противофазными первым и вторым выходами относительно шины «Корпус», позволяет дополнительно упростить устройство за счет формирования выходного сигнала мостовой схемы (сигнала переменного тока, зависящего от разности плечевых сопротивлений моста и пропорционального амплитуде сигнала ГЧ) непосредственно в точке соединения групп емкостных датчиков уровня, т.е. без использования трансформатора с тесной индуктивной связью либо вычитающего устройства.

На чертеже представлена функциональная схема одного из вариантов реализации устройства для измерения уровня диэлектрического вещества, учитывающего перечисленные выше особенности решаемой задачи.

Схема содержит две соединенные между собой группы 1 и 2 емкостных датчиков уровня, образующие смежные плечи мостовой 3 схемы, генератор 4 частоты, два сумматора 5 и 6, два синхронных 7 и 8 детектора, два фильтра 9 и 10 и вычислительный 11 блок.

Два крайних (не соединенных между собой) вывода групп 1 и 2 емкостных датчиков уровня соответствуют выводам входной диагонали мостовой 3 схемы, с которыми соединены первый и второй противофазные относительно шины «Корпус» выходы генератора 4, образующие два других плеча мостовой 3 схемы. Соответственно, точка соединения групп 1 и 2 емкостных датчиков уровня и шина «Корпус» являются выводами выходной диагонали, а упомянутая точка соединения групп 1 и 2 - выходом мостовой 3 схемы, на котором формируется сигнал переменного тока, соответствующий уровню разбаланса моста и пропорциональный амплитуде сигнала генератора 4. Два сумматора 5 и 6 соединены первыми входами с выходом мостовой 3 схемы, вторыми входами - соответственно с первым и вторым выходами генератора 4, выходами - с сигнальными входами соответственно первого и второго синхронных 7 и 8 детекторов, опорные входы которых соединены с третьим выходом генератора 4. Фильтры 9 и 10 соединены входами с выходами соответственно первого и второго синхронных 7 и 8 детекторов, выходами - с первым и вторым входами вычислительного 11 блока, выход которого является выходом устройства.

Каждая из групп 1 и 2 емкостных датчиков уровня образована параллельным соединением одинакового количества измерительных конденсаторов соответственно с нечетными (С1, С3, …C_2N-1) и четными (С2, С4, …C_2N) номерами, рассредоточенных (в порядке возрастания номеров) по высоте топливного бака в пределах контролируемого диапазона. Все измерительные конденсаторы имеют одинаковые (в пределах одного топливного бака) номинальные значения геометрических размеров и электрической емкости. Для уменьшения взаимных помех между рассматриваемым устройством и другими подсистемами системы управления линия связи с группами 1 и 2 емкостных датчиков уровня выполнена проводами в индивидуальном экране, соединенном с шиной «Корпус».

В качестве генератора 4 применен генератор импульсов напряжения с частотой повторения 62,5 кГц, выполненный с использованием электронных коммутаторов и нестабилизированного источника напряжения постоянного тока. На первом и втором выходах генератора 4 формируются симметричные трапецеидальные (близкие к прямоугольным) импульсы напряжения, противофазные относительно шины «Корпус». На третьем выходе генератора 4 формируются прямоугольные импульсы напряжения с уровнями стандартных логических схем, необходимыми для сопряжения с опорными входами синхронных 7 и 8 детекторов.

На выходах сумматорах 5 и 6 формируются напряжения переменного тока, амплитуда каждого из которых линейно зависит от амплитуды напряжения разбаланса мостовой схемы и от амплитуды напряжения генератора 4 частоты (с известными весовыми коэффициентами, задаваемыми выбором характеристик сумматоров).

Синхронные 7 и 8 детекторы выполнены на основе электронных коммутаторов, обеспечивающих изменение полярности напряжений, поступающих с выходов сумматоров 5 и 6, с частотой генератора 4, что обеспечивает линейность характеристики фазочувствительного детектирования.

Назначением фильтров 9 и 10 является подавление пульсаций на частоте генератора 4, подавление высокочастотных и импульсных помех со стороны других подсистем системы управления, а также подавление помех на частотах, превышающих частоту решения задач в вычислительном 11 блоке (при использовании в вычислительном 11 блоке дискретных методов формирования сигналов). В рассматриваемом варианте построения устройства в качестве фильтров 9 и 10 применены ФНЧ первого порядка с частотой среза порядка 13 Гц. На выходах фильтров 9 и 10 формируются напряжения U1(t) и U2(t) постоянного тока, каждое из которых линейно зависит от амплитуды напряжения разбаланса мостовой 3 схемы и от амплитуды напряжения генератора 4 частоты.

Назначением вычислительного 11 блока является определение моментов прохождения уровнем жидкости заданных ИТ и формирование текущего значения признака достоверности выходного сигнала. Вычислительный 11 блок может быть реализован на основе как цифровых, так и аналоговых методов формирования сигналов. В рассматриваемом варианте построения устройства вычислительный 11 блок выполнен на основе цифровых методов с использованием БЦВМ. В качестве входных сигналов вычислительного 11 блока используются указанные напряжения U1(t) и U2(t), которые периодически (в каждом цикле решения задачи) преобразуются в дискретную форму входными преобразователями БЦВМ. Рассмотрим особенности применения вычислительного 11 блока на конкретном примере. Примем для простоты весовые коэффициенты сумматоров 5 и 6 одинаковыми и равными Крм по сигнальным входам, на которые поступает напряжение разбаланса мостовой 3 схемы с амплитудой Uрм, и Кг - по опорным входам, на которые поступают противофазные напряжения соответственно с первого и второго выходов генератора 4 с амплитудой Uг и фазами 0° и 180°, а также коэффициенты передачи синхронных 7 и 8 детекторов и фильтров 9 и 10 равными 1,0. Определим расчетные соотношения для рассматриваемого примера.

Напряжения на выходах фильтров 9 и 10 U1 и U2 могут быть представлены в виде

С другой стороны, амплитуда Uрм напряжения разбаланса на выходе мостовой 3 схемы зависит от разности плечевых сопротивлений моста и пропорциональна амплитуде Uг напряжения генератора 4, что может быть записано в виде

где

X1, X2 - плечевые сопротивления групп 1, 2 емкостных датчиков, каждое из которых определяется суммарной емкостью соответствующей группы 1, 2 емкостных датчиков с учетом паразитных емкостей линии связи.

Для удобства последующего рассмотрения запишем выражение (3) в виде

где

Kр=(X1-X2)/(X1+X2) - коэффициент (сигнал), зависящий от относительной разности плечевых сопротивлений X1 и X2 и характеризующий уровень разбаланса собственно мостовой 3 схемы. При этом сигнал Kр не зависит от амплитуды Uг напряжения генератора 4.

Решая (1)…(4) относительно Kр и Uг, получим

Выражение (5) может быть использовано в вычислительном 11 блоке для периодического (в каждом цикле решения задачи) формирования сигнала Kр относительной разности плечевых сопротивлений X1 и Х2. Возможность формирования в рассматриваемом устройстве указанного сигнала Kр относительной разности плечевых сопротивлений X1 и Х2, не зависящего от амплитуды Uг напряжения генератора 4, позволяет исключить влияние нестабильности амплитуды либо паразитной модуляции амплитуды напряжения генератора 4 на результаты измерения.

Из выражения (6) видно, что амплитуда Uг напряжения генератора 4 пропорциональна разности U1-U2. Соответственно, условие формирования признака достоверности выходного сигнала может быть записано с учетом выражения (6) в виде

где:

U12ном = 2*Кг*Uг.ном - константа, соответствующая номинальному значению Uг.ном амплитуды Uг напряжения генератора 4, приведенному к разности U1-U2;

ΔU12макс = 2*Кг*ΔUг.макс - константа, соответствующая максимальному отклонению ΔUг.макс амплитуды Uг напряжения генератора 4 от номинального значения, приведенному к разности U1-U2.

Выражение (7) может быть использовано в вычислительном 11 блоке для периодического (в каждом цикле решения задачи) формирования текущего значения признака достоверности выходного сигнала. Возможность формирования в рассматриваемом устройстве указанного признака достоверности позволяет исключить влияние недостоверной информации на работу СУРТ либо уменьшить кратность резервирования устройства при построении отказоустойчивых систем.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии топливный бак заправлен. Все измерительные конденсаторы групп 1 и 2 емкостных ДД погружены в жидкость (компонент топлива). Учитывая, что количество измерительных конденсаторов в каждой из групп 1 и 2 и номинальные значения емкостей конденсаторов одинаковы, уровень разбаланса моста и соответствующий ему сигнал Кр определяются при этом начальным технологическим разбросом емкостей измерительных конденсаторов групп 1 и 2 и линии связи с ДД. Настройки начального уровня разбаланса мостовой 3 схемы при этом не требуется.

При запуске двигательной установки уровень жидкости в топливном баке последовательно проходит измерительные конденсаторы C1, C2 … C_2N-1, C_2N (в порядке возрастания номеров) с попеременным чередованием конденсаторов с нечетными номерами, относящихся к группе 1, и с четными номерами, относящихся к группе 2, что приводит к попеременному изменению комплексных плечевых сопротивлений X1 и Х2 мостовой 3 схемы, и соответствующему чередованию отрицательных и положительных изменений сигналов U1, U2 и Kр. При этом сигнал Kр остается практически неизменным при прохождении уровнем жидкости участка между соседними ДД и изменяется по закону, близкому к линейному, в процессе прохождения ДД. Фактическое значение сигнала скорости прохождения уровнем жидкости конкретного ДД определяется в вычислительном 11 блоке путем дифференцирования сигнала Kр. Для исключения влияния колебаний уровня жидкости производится фильтрация указанного сигнала. Результирующий сигнал скорости движения жидкости и известное значение высоты ДД используются для определения искомого момента времени прохождения уровнем жидкости ИТ, соответствующей середине ДД (с учетом конкретных моделей изменения сигнала при прохождении ДД и помехи, вызванной колебаниями жидкости). При этом учитываются задержки, вносимые фильтрами 9 и 10 и вычислительным 11 блоком. На выходе устройства формируется сигнал, содержащий информацию о времени прохождения уровнем жидкости текущей ИТ и признак достоверности указанной информации в соответствии с условием (7).

Определение моментов времени прохождения уровнем жидкости остальных ИТ производится аналогично.

По сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение позволяет повысить точность определения моментов прохождения уровнями жидкости заданных значений, упростить устройство и расширить его функциональные возможности. Уменьшение гарантийных запасов топлива за счет повышения точности и надежности (достоверности) определения моментов прохождения уровнями жидкости заданных значений и улучшение объемно-массовых характеристик устройства за счет его упрощения позволяют улучшить отношение массы полезной нагрузки к стартовой массе изделия.

В настоящее время заявленное устройство использовано при разработке конструкторской документации одного из изделий РКТ. Проведена экспериментальная отработка основных технических решений.

Источники информации

1. Тесленко В.Б. Датчики в системах сбора данных и управления. Промышленные измерения, контроль, автоматизация, диагностика (ПиКАД). ООО "ХОЛИТ Дейта Системс", Украина, Киев, 2004, вып.2, с.54.

2. Патент РФ №2025666, кл. G01F 23/26. Многоточечный сигнализатор уровня (его варианты).

3. Балакин С.В., Дывак А.Н., Филин В.М. Фазовый способ измерения уровня топлива жидкостных ракет. Ракетно-космическая техника. Труды. Серия XII. Выпуск 2. Расчет, проектирование, конструирование и испытания космических систем. РКК «Энергия» им. С.П.Королева. Королев, 2008, с.61…67.

Claims (2)

1. Устройство измерения уровня диэлектрического вещества, выполненное на основе мостовой схемы и содержащее две группы емкостных датчиков уровня, образующие смежные плечи мостовой схемы, генератор частоты, подключенный первым и вторым выходами к диагонали мостовой схемы, фазочувствительный элемент и фильтр, отличающееся тем, что в него введены первый и второй сумматоры, второй фазочувствительный элемент, второй фильтр и вычислительный блок, причем в качестве первого и второго фазочувствительных элементов применены синхронные детекторы, соединенные сигнальными входами соответственно с выходами первого и второго сумматоров, опорными входами - с третьим выходом генератора частоты, выходами - соответственно с входами первого и второго фильтров, при этом первые входы сумматоров соединены с выходом мостовой схемы, вторые входы сумматоров соединены соответственно с первым и вторым выходами генератора частоты, а выходы фильтров соединены с входами вычислительного блока, выход которого является выходом устройства.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый и второй выходы генератора частоты выполнены противофазными относительно шины «Корпус».