RU23978U1

RU23978U1 - CAPACITY FUEL METER

Info

Publication number: RU23978U1
Application number: RU2001127181/20U
Authority: RU
Inventors: И.П. Гордеев; А.И. Гордеев; А.А. Краснов; А.В. Абрашин
Original assignee: Самарский институт инженеров железнодорожного транспорта
Priority date: 2001-10-11
Filing date: 2001-10-11
Publication date: 2002-07-20

Abstract

Емкостной топливомер, содержащий емкостной датчик и преобразователь сигнала типа LC контура, отличающийся тем, что в него дополнительно введены процессор и эталонный конденсатор, который установлен на не погружаемой в жидкость части емкостного датчика, использован в качестве базы для отсчета измерения и включен в контур LC схемы преобразователя емкостного сигнала и процессора, который, в свою очередь, развивает весь спектр действующих температур на диапазоны, реально действующие в эксплуатации и вводит поправочные коэффициенты к показаниям уровнемера, которые определены в процессе настройки.A capacitive fuel meter containing a capacitive sensor and an LC-type signal converter, characterized in that it additionally includes a processor and a reference capacitor, which is mounted on a non-immersible part of the capacitive sensor, used as a base for measuring measurement and is included in the LC circuit a capacitive signal converter and a processor, which, in turn, develops the entire spectrum of operating temperatures into ranges that actually operate in operation and introduces correction factors for display iyam gauge, as defined in the configuration process.

Description

ЕМКОСТНОЙ ТОПЛИВОМЕРCAPACITY FUEL METER

Изобретение относится к измерительной области техники, а более конкретнее к измерению уровня жидкостей и может быть использовано для контроля количества топлива в баках тепловозов.The invention relates to the measuring field of technology, and more specifically to measuring the level of liquids and can be used to control the amount of fuel in the tanks of diesel locomotives.

В настоящее время измерение уровня количества топлива в банках тепловозов проводятся либо при помощи шток-реек , представляющих собой измерительную линейку, погруженную в топливо до дна через специальные отверстия в баках локомотивов, либо посредством указательных стекол (трубок), сообщающихся с топливньм баком в нижней его части и снабженных боковой линейкой 1 .Currently, the measurement of the amount of fuel in the banks of diesel locomotives is carried out either using rod rails, which are a measuring ruler immersed in the fuel to the bottom through special openings in the tanks of locomotives, or by means of index glasses (tubes) in communication with the fuel tank in its lower parts and equipped with a side ruler 1.

Недостатком таких измерений является их невысокая точность, а также то, что для получения результатов измерений необходим зрительный контакт с измерительным устройством непосредственно вблизи бака тепловоза. Это исключает производство оперативного замера уровня расходуемого топлива в процессе эксплуатации тепловоза, не выходя из кабины машиниста.The disadvantage of such measurements is their low accuracy, as well as the fact that in order to obtain measurement results, eye contact with the measuring device is required directly near the tank of the diesel locomotive. This excludes the production of operational measurement of the level of fuel consumed during the operation of the locomotive without leaving the driver’s cab.

Известны емкостные уровнемеры, широко применяемые для сигнализации и дистанционного оперативного измерения уровня однородных жидкостей. Действие таких уровнемеров основано на измерении электрической ёмкости первичного преобразователя, состоящего, например, из двух коаксиальных труб, пространство между которыми заполняется жидкостью, уровень которой необходимо измерить. При этом для каждого значения уровня жидкости в резервуаре эта ёмкость определяется как ёмкость двух параллельно соединённых конденсаторов, один из которых образован частью электродов преобразователя и жидкостью, уровень которой измеряется, а второй - остальной частью электродов и воздухом или парами жидкости 2 .Known capacitive level gauges, widely used for signaling and remote operational measurement of the level of homogeneous liquids. The action of such level gauges is based on measuring the electrical capacitance of the primary transducer, consisting, for example, of two coaxial pipes, the space between which is filled with liquid, the level of which must be measured. In this case, for each value of the liquid level in the tank, this capacity is defined as the capacity of two parallel-connected capacitors, one of which is formed by a part of the transducer electrodes and a liquid, the level of which is measured, and the second by the rest of the electrodes and air or liquid vapors 2.

Недостатком известной конструкции является зависимость показаний таких уровнемеров от температуры жидкости. Для устранения такой зависимости в конструкцию ёмкостных уровнемеров вводят дополнительные компенсационные датчики. Так как эти датчики для компенсации температурной ошибки должны постоянно находиться в жидкости, уровень которой измеряется, в измеряемом баке всегда должен находиться определенный не сливаемый уровень жидкости. Это является дополнительным недостатком таких емкостных уровнемеров. Кроме этого наличие таких компенсационных датчиков удорожает конструкцию, монтаж и эксплуатацию уровнемеров.A disadvantage of the known design is the dependence of the readings of such level gauges on the temperature of the liquid. To eliminate this dependence, additional compensation sensors are introduced into the design of capacitive level gauges. Since these sensors, to compensate for temperature errors, should always be in the liquid whose level is being measured, a certain non-draining liquid level should always be in the measured tank. This is an additional disadvantage of such capacitive level gauges. In addition, the presence of such compensation sensors makes the construction, installation and operation of level gauges more expensive.

Наиболее близким, по мнению авторов, к предлагаемой конструкции уровнемера является ёмкостной топливомер, содержащий генератор напряжения переменного тока, усилитель постоянного тока, четыре диода, датчик и опорный конденсатор, первые обкладки которых соединены между собой, а также регулируемый усилитель, включенный между генератором напряжения переменного тока и точкой соединения обкладок датчика и опорного конденсатора, при этом анод первого и катод второго диодов подключены к второй обкладке датчика, анод третьего и катод четвертого диодов соединены с второй обкладкой опорного конденсатора, анод второго и катод третьего диодов соединены между собой и заземлены, а анод четвертого и катод первого диодов подключены к входу уси гателя постоянного тока 3 .The closest, according to the authors, to the proposed level gauge design is a capacitive fuel gauge containing an alternating current voltage generator, a direct current amplifier, four diodes, a sensor and a reference capacitor, the first plates of which are interconnected, as well as an adjustable amplifier connected between the alternating voltage generator current and the connection point of the sensor plates and the reference capacitor, while the anode of the first and the cathode of the second diodes are connected to the second sensor plate, the anode of the third and the fourth cathode of the first diodes are connected to the second plate of the reference capacitor, the anode of the second and the cathode of the third diodes are interconnected and grounded, and the anode of the fourth and the cathode of the first diodes are connected to the input of the DC amplifier 3.

Недостатком этого технического решения являются сложность технического решения, обусловленная наличием помимо опорного конденсатора «диодного циркулятора, играющего роль датчика температуры, а также то, что диоды этого циркулятора должны быть погружены в жидкость, уровень которой измеряется. При погружении элементов измерительной схемы в жидкость они должны быть надежно защищены от агрессивного воздействия этой жидкости. Это усложняет и удорожает монтаж и эксплуатацию прибора.The disadvantage of this technical solution is the complexity of the technical solution, due to the presence in addition to the reference capacitor of a “diode circulator that plays the role of a temperature sensor, and also that the diodes of this circulator must be immersed in a liquid whose level is measured. When immersing the elements of the measuring circuit in a liquid, they must be reliably protected from the aggressive effects of this liquid. This complicates and increases the cost of installation and operation of the device.

Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипаThis technical solution is selected by the authors as a prototype

Целью предлагаемого изобретения является упрощение конструкции ёмкостных уровнемеров, упрощени- и удещевление их монтажа в эксплуатации для возможности применения их в качестве измерителя уровня топлива в баках тепловозов.The aim of the invention is to simplify the design of capacitive level gauges, simplify and reduce the cost of their installation in operation for the possibility of using them as a fuel level meter in diesel locomotive tanks.

Указанная цель достигается тем, что схема ёмкостного уровнемера содержит преобразователь емкостного сигнала в виде L-C контура, в котором датчиком температуры является эталонный конденсатор, ёмкость которого в процессе измерения уровня топлива является одновременно датчиком температуры и базой для отсчета изменяющейся ёмкости датчика в зависимости от уровня топлива, при этом выход преобразователя соединяется с процессором, указанный термочувствительный элемент устанавливается непосредственно на датчике в верхней не погружаемой в жидкость его части; уровень не погружаемой жидкости измеряется емкостным датчиком, его емкость участвует в определен, i переменной ёмкости датчика, одновременно сигнализируя о температурном режиме измерения через посредство функции, вьщаваемой процессором в цифровом коде(виде).This goal is achieved by the fact that the capacitive level gauge circuitry contains a capacitive signal converter in the form of an LC circuit, in which the temperature sensor is a reference capacitor, the capacity of which in the process of measuring the fuel level is both a temperature sensor and the basis for counting the changing sensor capacity depending on the fuel level, the output of the converter is connected to the processor, the specified temperature-sensitive element is installed directly on the sensor in the upper one, which is not immersed in dkost part thereof; the level of the non-immersed liquid is measured by a capacitive sensor, its capacity is involved in the determined i variable capacitance of the sensor, at the same time signaling the temperature mode of measurement through a function displayed by the processor in a digital code (view).

прибор при его настройке, в соответствии с изменением температуры и ёмкости эталонного конденсатора.the device when it is set up, in accordance with a change in temperature and capacity of the reference capacitor.

Преимущество предлагаемого технического решения заключается в следующем. Благодаря применению датчика температуры, например, эталонного конденсатора, весь диапазон температурных изменений топлива, уровень которого необходимо измерить, разбивается на наиболее вероятные, которые встречаются в эксплуатации. В каждом таком диапазоне действует поправка, заранее введённая в процессор при настройке уровнемера на стенде.The advantage of the proposed technical solution is as follows. Thanks to the use of a temperature sensor, for example, a reference capacitor, the entire range of temperature changes in the fuel, the level of which must be measured, is divided into the most probable ones that are encountered in operation. In each such range, a correction is applied that is previously entered into the processor when setting up the level gauge on the stand.

Использование датчика температуры топлива и системы поправок, действующих во всём эксплуатацио |ном температурном диапазоне, позволяет упростить схему ёмкостного уровнемера увеличить точность показаний, сделав их независящими от температуры. При этом необходимость в дополнительном компенсационном датчике отпадает.The use of a fuel temperature sensor and a system of corrections operating throughout the entire operating temperature range makes it possible to simplify the capacitive level gauge circuit to increase the accuracy of readings, making them temperature independent. In this case, the need for an additional compensation sensor disappears.

При исследовании отличительных признаков описываемой конструкции ёмкостного уровнемера не выявлено аналогичных технических рещений, позволяющих повысить точность измерений при изменении температуры жидкости, а также упростить и удешевить конструкцию прибора.In the study of the distinguishing features of the described design of the capacitive level gauge, no similar technical solutions were revealed that made it possible to increase the accuracy of measurements when the temperature of the liquid was changed, and also to simplify and reduce the cost of the device design.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения.The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information, made it possible to establish that the applicant did not find an analogue characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention.

Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существующих признаков, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения.The definition from the list of identified analogues of the prototype, as the closest in the totality of existing features, allowed us to identify the set of essential distinguishing features in relation to the applicant’s technical result in the claimed device set forth in the claims.

Следовательно заявленное техническое решение соответствует критерию «новизна.Therefore, the claimed technical solution meets the criterion of "novelty.

Заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматривфмых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата.The claimed invention does not follow explicitly from the prior art for the specialist, since the influence of the transformations on achieving the indicated technical result is not revealed from the prior art determined by the applicant.

Следовательно заявленное изобретение соответствует условию «изобретательский уровень.Therefore, the claimed invention meets the condition of "inventive step.

Предлагаемая схема ёмкостного уровнемера позволяет повысить точность измерений при изменении температуры жидкости и существенно упростить конструкцию и монтаж прибора для применения его, например, на тепловозе.The proposed scheme of a capacitive level gauge allows you to increase the accuracy of measurements when the temperature of the liquid changes and significantly simplify the design and installation of the device for use, for example, in a diesel locomotive.

Следовательно заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость.Therefore, the claimed invention meets the condition of "industrial applicability.

Сущность заявленного изобретения поясняется чертежами, где изображены на фиг. 1- датчик предлагаемого ёмкостного уровнемера (вид сбоку); на фиг.2-представлен алгоритм ввода поправочных температурных коэффициентов работы ёмкостного уровнемера.The essence of the claimed invention is illustrated by drawings, where shown in FIG. 1- sensor of the proposed capacitive level gauge (side view); figure 2-presents the algorithm for entering the correction temperature coefficients of the capacitive level gauge.

Ёмкостной датчик состоит (фиг. 1) из двух коаксиальных труб 1, 2, изолированных втулкой 3, и распорньЕли щтифтами 4. В верхней части датчика имеется фланец 5, навинчиваемый на наружную трубу 1, на которой крепится корпус с преобразователем ёмкостного сигнала датчика в виде L-C контура, в схему которого включен датчик температуры, например, эталонный конденсатор 7.The capacitive sensor consists (Fig. 1) of two coaxial pipes 1, 2, insulated by sleeve 3, and is ordered with pins 4. At the top of the sensor there is a flange 5 screwed onto the outer pipe 1, on which the housing with the sensor capacitive signal converter is mounted in the form LC circuit, in the circuit of which a temperature sensor is included, for example, a reference capacitor 7.

Ёмкостной уровнемер работает следующим образом (см. фиг 2)Capacitive level gauge works as follows (see Fig. 2)

В процессор, в процессе его настройки, вводят значения температурные функции, соответствующие температурам топлива в температурных точках, наиболее характерных для работы емкостного уровнемера всем диапазоне ее изменения. Алгоритм, изображенный на рис. 2 приведен для работы емкостного уровнемера, имеющего 13 таких характерных температурных точек, в которых работа прибора наиболее вероятны. Далее производится настройка уровнемера на измерение уровня жидкости в какой-либо температурной точке, например, при комнатной температуре, равной двадцати градусам. После этого температура топлива в процессе настройки меняется во всем вьщгеуказанном диапазоне. При этом оцределяются ошибки измерения во всех 13 точках, на которые разбит весь температурный диапазон, в котором предполагается работа уровнемера. Эти ощибки и есть поправки, которые алгебраически складьшаются с результатами измерения уровня при той температуре, при которой прибор настраивался (20 С).РаботаIn the process of tuning it, the temperature functions are entered that correspond to the temperatures of the fuel at the temperature points most characteristic of the operation of a capacitive level gauge over the entire range of its change. The algorithm shown in fig. 2 is given for the operation of a capacitive level gauge having 13 such characteristic temperature points at which the operation of the device is most likely. Next, the level gauge is configured to measure the liquid level at any temperature point, for example, at room temperature equal to twenty degrees. After that, the temperature of the fuel during the tuning process changes over the entire specified range. In this case, measurement errors are estimated at all 13 points into which the entire temperature range in which the level gauge is supposed to work is divided. These errors are corrections that add up algebraically with the results of level measurement at the temperature at which the device was adjusted (20 ° C).

процессора в автоматическом режиме поясняется алгоритмом, приведенном на фиг. 2. В этом алгоритме первой операцией процессора является получение текущего значения температурной функции, которая формируется в результате изменения емкости эталонного конденсатора / и работы преобразователя 6 (см. фиг. 1). Полученное значение функции сравнивается со значением ее, ранее введенной в процессор при настройке. Это сравнение производится до тех пор пока значения функций не сравняются. Равенство функции означает тот факт, что датчик уровнемера находится в том же температурномthe processor in automatic mode is illustrated by the algorithm shown in FIG. 2. In this algorithm, the first operation of the processor is to obtain the current value of the temperature function, which is formed as a result of a change in the capacitance of the reference capacitor / and the operation of the converter 6 (see Fig. 1). The obtained value of the function is compared with the value previously entered into the processor during configuration. This comparison is performed until the function values are equal. Equality of function means the fact that the sensor is in the same temperature

диапазоне, при которых ранее производилась настройка прибора и определялась ошибка измерения, и что в этом действует ранее веденная поправка к показаниям уровнемера при температуре настройки (20 С).Операция выбора поправки, действующей вthe range at which the instrument was previously tuned and the measurement error was determined, and that the previously corrected corrections to the level gauge readings at the tuning temperature (20 C) apply in this.

текущей температурной точке измерения зфовня топлива обозначена на фиг.2 прямоугольником «Выбрать температурные поправочные коэффициенты для значения температурной функции Фн . За значение функции Фн принимается ранее введенное при аналогичной температуре в процессе настройки уровнемера. Далее после перехода процессора в режим замера эта выбранная температурная поправка .алгебраическиthe current temperature measuring point of the fuel level is indicated in figure 2 by the box “Select temperature correction factors for the value of the temperature function Fn. The value of the function Fn is taken previously entered at a similar temperature in the process of adjusting the level gauge. Further, after the processor switches to metering mode, this selected temperature correction is algebraically

складывается с результатом измерения.sums up with the measurement result.

В исходном положении, после подключения питания к прибору, схема прибора собирается для измерешл уровня жидкости по одному из каналов замера. В нашем случае два канала измерения, канал А и канал В. При этом в схеме указателя прибора, собранного на процессоре, имеется кнопка «Изменение режима работы (далее для краткости «Изменение). С помощью этой кнопки можно перейти либо на измерение по другому каналу, либо перейти в режим настройки, либо вывести на световое табло значение температурной функции, соответствующей температуре топлива в месте погружения датчика первого канала (канала А). Если эта кнопка не нажата схема ёмкостного уровнемера готова для измерения уровня жидкости по каналу А.In the initial position, after connecting the power to the device, the device circuit is assembled to measure the liquid level through one of the measurement channels. In our case, there are two measurement channels, channel A and channel B. At the same time, in the diagram of the pointer of the device assembled on the processor, there is a button “Change of operating mode (hereinafter for brevity“ Change). Using this button, you can either go to a measurement on another channel, or go into the setup mode, or display on the light panel the value of the temperature function corresponding to the fuel temperature at the place of immersion of the sensor of the first channel (channel A). If this button is not pressed, the capacitive level gauge circuit is ready to measure the liquid level along channel A.

Алгоритм работы прибора построен таким образом, что процессор при нажатой кнопке «Изменение в автоматическом режиме сигнализирует о целостности цепи на датчик и об отсутствии а нём коротких замьпсаний (например, при наличии в измеряемом уровне топлива воды или механической неисправности датчика). Далее в том же режиме автоматики процессор определяет по значению температурной функции диапазон температуры, при котором находится датчик, погруженный в жидкость, уровень которой измеряется. В нашем случае выбрано 13 диапазонов. После этого процессор выбирает поправочные температурные коэффициенты, введенные в него при настройке. Производится замер уровня жидкости и полученные значения корректируются в соответствии со значениями температурных коэффициентов, действующих в данном температурном диапазоне. Откорректированное значение уровня вьшодится на световое табло прибора.The algorithm of the device’s operation is designed in such a way that the processor, when the “Change in automatic mode” button is pressed, indicates the integrity of the circuit to the sensor and its absence of short circuits (for example, if there is water in the measured fuel level or a mechanical sensor malfunction). Further, in the same automatic mode, the processor determines by the value of the temperature function the temperature range at which the sensor is immersed in a liquid whose level is measured. In our case, 13 ranges are selected. After that, the processor selects the correction temperature coefficients entered into it during configuration. The liquid level is measured and the obtained values are adjusted in accordance with the values of the temperature coefficients operating in this temperature range. The adjusted level value is displayed on the light panel of the device.

Поправочные телвхературные.коэффициенты вводятся в процессор при настройке. При этом выбирается какая-то базовая температура (например, ), при которой температурные поправочные коэффициенты равны нулю. При другой же температуре, в силу изменения параметров топлива, датчика, схемных элементов и соответственно уходаCorrection telveraturnye. Coefficients are entered into the processor at setup. In this case, some basic temperature is selected (for example,) at which the temperature correction factors are equal to zero. At a different temperature, due to changes in the parameters of the fuel, sensor, circuit elements and, accordingly, care

Ш)(W) (

показаний уровнемера, -га ноправочные коэффициенты будут отличны от нуля и иметь разный знак (нлюс или минус).the readings of the level gauge, th correcting coefficients will be different from zero and have a different sign (nil or minus).

Ввод поправок производится в процессе настройки уровнемера на испытательном стенде после нажатия кнопки «Изменение. При этом предварительно должны быть введены коды доступа и указаны вид настроек и температурный диапазон в котором эти настройки будут производиться. Для этого в схеме прибора предусмотрены еще две кнопки (на фиг. 2 не показаны, чтобы не усложнять пояснение алгоритма).Corrections are entered in the process of adjusting the level gauge on the test bench after pressing the “Change. In this case, access codes must first be entered and the type of settings and the temperature range in which these settings will be made are indicated. For this, two more buttons are provided in the device diagram (not shown in FIG. 2 so as not to complicate the explanation of the algorithm).

Авторы:The authors:

Заявитель: Проректор по научной piApplicant: Vice Rector for Scientific Pi

Гордеев И. П. Гордеев А. И. Краснов А. А. Абрашин А. В.Gordeev I.P. Gordeev A.I. Krasnov A.A. Abrashin A.V.

Тарасов Е. М.Tarasov E.M.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM

Емкостной топливомер, содержащий емкостной датчик и преобразователь сигнала типа LC контура, отличающийся тем, что в него дополнительно введены процессор и эталонный конденсатор, который установлен на не погружаемой в жидкость части емкостного датчика, использован в качестве базы для отсчета измерения и включен в контур LC схемы преобразователя емкостного сигнала и процессора, который в свою очередь развивает весь спектр действующих температур на диапазоны, реально действующие в эксплуатации и вводит поправочные коэффициенты к показаниям уровнемера, которые определены в процессе настройки.A capacitive fuel meter containing a capacitive sensor and an LC-type signal converter, characterized in that it additionally includes a processor and a reference capacitor, which is mounted on a non-immersible part of the capacitive sensor, used as a base for measuring measurement and is included in the LC circuit a capacitive signal converter and a processor, which in turn develops the entire spectrum of operating temperatures into ranges that actually operate in operation and introduces correction factors to pit gauge, as defined in the configuration process.

Источники информации:Sources of information:

1.Филонов С. П., Гибапов В. Е. и др. Тепловоз 2ТЭ116. -М.: Транспорт, 1985,-328 с.,стр. 72-73.1.Filonov S.P., Gibapov V.E. et al. Locomotive 2TE116. -M.: Transport, 1985, -328 p., P. 72-73.

2.Преображенский В. П. Теплотехнические измерения и приборы. М.: «Энергия, 1978-704 c.,cip. 550-560, рис. 19-5-2 .2. Preobrazhensky V.P. Thermotechnical measurements and devices. M .: "Energy, 1978-704 c., Cip. 550-560, fig. 19-5-2.

3.RU А.с N° 2014573 МПК 5 G 01F 23/26, Электроемкостной топливомер авторов Грищов А.И., Луцкий А.С., Спивак В.Б. опубл. 15.06.94.БИ N° 11, 1994 г.(прототип).3.RU A.с N ° 2014573 IPC 5 G 01F 23/26, Electric capacitive fuel meter of the authors Grischov A.I., Lutsky A.S., Spivak V.B. publ. 06/15/94. BI N ° 11, 1994 (prototype).

АвторыThe authors

Заявитель: Проректор по научноApplicant: Vice-Rector for Scientific

0 ///;///0 ///; ///

Гордеев И. П. Гордеев А. И. Краснов А. А. Абращин А.В.Gordeev I.P. Gordeev A.I. Krasnov A.A. Abrastin A.V.

Тарасов Е. М.Tarasov E.M.

Claims

A capacitive fuel meter containing a capacitive sensor and an LC-type signal converter, characterized in that it additionally includes a processor and a reference capacitor, which is installed on the non-immersed part of the capacitive sensor, used as a base for measuring measurement and is included in the LC circuit a capacitive signal converter and a processor, which, in turn, develops the entire spectrum of operating temperatures into ranges that actually operate in operation and introduces correction factors for display iyam gauge, as defined in the configuration process.