RU2421692C1

RU2421692C1 - Level gauge for liquid in tank

Info

Publication number: RU2421692C1
Application number: RU2009136291/28A
Authority: RU
Inventors: Ирек Наилович Арсланов (RU); Ирек Наилович Арсланов; Чингиз Асхатович Яруллин (RU); Чингиз Асхатович Яруллин; Андрей Михайлович Пугин (RU); Андрей Михайлович Пугин; Роберт Юнусович Мукаев (RU); Роберт Юнусович Мукаев; Тимур Рафинадович Сайфеев (RU); Тимур Рафинадович Сайфеев; Михаил Андреевич Пугин (RU); Михаил Андреевич Пугин; Александр Иванович Ильин (RU); Александр Иванович Ильин
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Машиностроительная Компания "Витязь"
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2011-06-20
Also published as: RU2009136291A

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: in the level gauge, a hydropneumatic unit forms the inner cavity of pneumatic channels which are insulated from the corresponding external medium. Air-tight elastic elements are in form of bellows whose elastic sides can be in form of insert membranes, flexible films, corrugated plates or an elastic hollow sphere. The air-tight elastic elements are joined by a housing which is in form of a cylindrical damping cup, inside of which there is an air-tight elastic element placed at the bottom of the tank with the monitored liquid. The damping cup is collapsible, which enables to put the level gauge in the tank at different heights. The air-tight elastic element placed inside the tank in the liquid can be made in a depression at the bottom of the tank, for example in a drainage nozzle, and the air-tight elastic element placed inside the tank in the region of the vapour-air atmosphere may be made inside the cover of the tank. The hydropneumatic unit of the level gauge can be placed in a measuring tank.

EFFECT: reduced dependency of the level gauge on the surrounding medium and operation conditions without reducing measurement accuracy.

9 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к устройствам для измерения уровня различных жидкостей в баках, которые не сообщаются с окружающей средой, т.е. в герметичном объеме. К таким объектам могут относиться баки летательных и космических аппаратов (самолеты, ракеты), подводных лодок, а также емкости, у которых пары перекачиваемой жидкости не должны попадать в окружающую среду из-за экологической опасности, взрывопожаробезопасности.The invention relates to a control and measuring technique, namely, devices for measuring the level of various liquids in tanks that are not in communication with the environment, i.e. in a sealed volume. Such objects may include tanks of aircraft and spacecraft (airplanes, missiles), submarines, as well as tanks in which vapors of the pumped liquid should not enter the environment due to environmental hazards, explosion and fire safety.

Оно также предназначено для измерения количества топлива в баках транспортных средств, в частности в вездеходах, топливовозах и топливозаправщиках (снегоболотоходах), предназначенных для работы в особо тяжелых дорожно-климатических условиях при изменениях температуры в большом диапазоне и при низких температурах до -70°C. Особенностью таких транспортных средств является повышенные требования к надежности оборудования, особенно топливной аппаратуры - повышенная взрыво- и пожарозащищенность в тяжелых дорожно-климатических условиях, при сохранении высокой точности и чувствительности.It is also intended for measuring the amount of fuel in the tanks of vehicles, in particular in all-terrain vehicles, fuel carriers and tankers (snow and swamp trailers), designed to operate in especially severe road and climatic conditions when temperature changes in a wide range and at low temperatures up to -70 ° C. A feature of such vehicles is increased requirements for the reliability of equipment, especially fuel equipment - increased explosion and fire protection in harsh road climates, while maintaining high accuracy and sensitivity.

При изменении уровня при откачивании жидкости, под крышкой бака над контролируемой жидкостью может создаваться разрежение. Это происходит тогда, когда дроссельные отверстия в крышке бака закупорены, например обледенели, загрязнились или конструктивно отсутствуют. Последнее имеет место в случаях, когда жидкость находится в нескольких сообщающихся друг другом баках или, когда баки имеют внутреннюю поджимающую оболочку. Кроме того, даже при наличии дроссельных отверстий, при быстром изменении уровня жидкости, давление под крышкой бака не будет равно атмосферному. В этом случае измерение уровня с помощью известных устройств будут содержать большую погрешность.When the level changes during pumping out of the liquid, under the tank cover above the controlled liquid, a vacuum can be created. This happens when the throttle openings in the tank cap are clogged, for example, icy, dirty or structurally absent. The latter takes place in cases where the liquid is in several tanks connected to each other or when the tanks have an internal pressing shell. In addition, even with throttle openings, with a rapid change in liquid level, the pressure under the tank cover will not be equal to atmospheric. In this case, level measurement using known devices will contain a large error.

Известен ультразвуковой датчик уровня жидкости [патент РФ №2127873, G01F 23/28, опубл. 1999.20.03], содержащий корпус датчика, стержневой акустический волновод, на одном конце которого расположен электроакустический преобразователь, на другом - полый резонатор. Полость резонатора изолирована от внешней среды, корпус датчика жестко и герметично закреплен на поверхности стержневого акустического волновода в зоне минимальных колебаний стержня стержневого акустического волновода на рабочей частоте датчика и содержит узел крепления корпуса датчика к внешнему основанию. В частном случае полость резонатора изолирована от внешней среды пластиной, жестко и герметично прикрепленной к стержневому акустическому волноводу, толщина пластины меньше W/12, где W - длина звуковой волны в стержневом акустическом волноводе на рабочей частоте.Known ultrasonic liquid level sensor [RF patent No. 2127873, G01F 23/28, publ. 1999.20.03], comprising a sensor housing, a rod acoustic waveguide, at one end of which there is an electro-acoustic transducer, and a hollow resonator at the other. The cavity of the resonator is isolated from the external environment, the sensor housing is rigidly and hermetically mounted on the surface of the rod acoustic waveguide in the zone of minimal oscillations of the rod of the rod acoustic waveguide at the operating frequency of the sensor and contains a mounting unit for the sensor body to the external base. In a particular case, the cavity of the cavity is isolated from the external environment by a plate rigidly and tightly attached to a rod acoustic waveguide, the plate thickness is less than W / 12, where W is the sound wavelength in the rod acoustic waveguide at the operating frequency.

К недостаткам данного датчика относятся следующие.The disadvantages of this sensor include the following.

1. Электрические элементы данного датчика размещаются в непосредственной близости от рабочей среды - контролируемой жидкости, уровень которой измеряется. Этой средой могут быть взрыво- и пожароопасные жидкости. Размещение электрических схем в непосредственной близости от контролируемой горючей и воспламеняющейся жидкости снижает взрыво- и пожаробезопасность уровнемера. В то же время взрыво- и пожаробезопасность особенно важна для вездеходов топливовозов и топливозаправщиков, предназначенных для работы в особо тяжелых дорожно-климатических условиях (снегоболотоходов).1. The electrical elements of this sensor are located in close proximity to the working medium - a controlled fluid, the level of which is measured. Explosive and fire hazardous liquids may be this medium. Placing electrical circuits in close proximity to a controlled combustible and flammable liquid reduces the explosion and fire safety of the level gauge. At the same time, explosion and fire safety is especially important for all-terrain vehicles of fuel carriers and tankers, designed to work in especially difficult climatic conditions (snow and swamp).

2. Изменения температуры в большом диапазоне, а также низкие температуры до -70°C могут оказывать сильное влияние на работу электронного оборудования, которое находится в необогреваемом месте - в баках с контролируемой жидкостью. При низких температурах электронное оборудование выходит из строя.2. Changes in temperature over a wide range, as well as low temperatures down to -70 ° C, can have a strong effect on the operation of electronic equipment located in an unheated place - in tanks with a controlled liquid. At low temperatures, electronic equipment fails.

3. При больших изменениях температуры происходит изменение физических свойств жидкости, например вязкости, вплоть до кристаллизации ее компонентов (воды) и оседании их на частях измерительного оборудования (парафинов, серы и т.д.), что значительно изменяет волновое сопротивление среды и влияет на точность работы ультразвукового датчика. Так, при изменении температуры от 0 до -70°C, волновое сопротивление жидкой среды изменяется в несколько раз, что снижает точность ультразвуковых датчиков.3. With large changes in temperature, the physical properties of the liquid, for example viscosity, change, up to the crystallization of its components (water) and their deposition on parts of the measuring equipment (paraffins, sulfur, etc.), which significantly changes the wave resistance of the medium and affects accuracy of the ultrasonic sensor. So, when the temperature changes from 0 to -70 ° C, the wave resistance of the liquid medium changes several times, which reduces the accuracy of ultrasonic sensors.

4. Изменение физических свойств жидкости вплоть до кристаллизации и оседании ее компонентов на частях измерительного оборудования приводит к изменению резонансной частоты механической колебательной системы датчика и размеры конструкции перестают быть оптимальными, в том числе пластины, изолирующей полость резонатора от внешней среды, а также полого резонатора и волновода.4. A change in the physical properties of the liquid, up to crystallization and subsidence of its components on parts of the measuring equipment, leads to a change in the resonant frequency of the mechanical vibrational system of the sensor and the dimensions of the structure cease to be optimal, including the plate that isolates the cavity of the cavity from the external medium, as well as the hollow cavity and waveguide.

Известно также устройство для измерения уровня жидкости в баке [патент РФ №2301971, G01F 23/16, опубл. 2007.06.27], содержащее корпус с установленным в герметичной полости емкостным датчиком давления, подключенным к задающему генератору, соединенному через частотомер с цифровым индикатором. Схема измерения устройства снабжена процессором, программа которого выполнена с возможностью отслеживания формы внутренней полости бака. Герметичная полость разделена емкостным датчиком давления на две - нижнюю и верхнюю герметичные полости. Нижняя мембрана расположена в нижней герметичной полости и является измерительной. Устройство снабжено также соединенной с нижней герметичной полостью трубкой со сквозным каналом для вертикального погружения ее на дно бака с контролируемой жидкостью. В верхней герметичной полости расположена верхняя мембрана емкостного датчика. Герметичная полость датчика снабжена трубкой со сквозным каналом (отверстием) для соединения с атмосферой, Обе трубки заполнены на 5-10 мм несмачивающей жидкостью (например, гель, ртуть и др.), образующей пробки. Столбики из несмачивающей жидкости закрыты от вредных испарений с обеих сторон любым промышленным маслом, например Нигрол, Тад и др. Над верхней герметичной полостью расположена электрическая схема измерений.A device for measuring the liquid level in a tank is also known [RF patent No. 2301971, G01F 23/16, publ. 2007.06.27], comprising a housing with a capacitive pressure sensor installed in a sealed cavity, connected to a master oscillator connected through a frequency meter to a digital indicator. The measurement circuit of the device is equipped with a processor, the program of which is configured to track the shape of the internal cavity of the tank. The sealed cavity is divided by a capacitive pressure sensor into two - lower and upper sealed cavities. The lower membrane is located in the lower sealed cavity and is a measuring one. The device is also equipped with a tube connected to the lower sealed cavity with a through channel for vertical immersion of it on the bottom of the tank with a controlled fluid. The upper membrane of the capacitive sensor is located in the upper sealed cavity. The sealed cavity of the sensor is equipped with a tube with a through channel (hole) for connection with the atmosphere. Both tubes are filled with 5-10 mm non-wetting liquid (for example, gel, mercury, etc.), which forms plugs. Columns of non-wetting liquid are closed from harmful fumes on both sides by any industrial oil, for example Nigrol, Tad, etc. An electrical circuit of measurements is located above the upper sealed cavity.

При измерении уровня жидкости в баке под давлением устройство снабжено дополнительным каналом для установки в газовый массив бака, который также заполнен на 5-10 мм несмачивающей жидкостью. Устройство также снабжено магнитным элементом для установки устройства в любом выбранном положении и месте. Емкостный датчик давления имеет цилиндрическую форму с гибкими круглыми мембранами.When measuring the liquid level in the tank under pressure, the device is equipped with an additional channel for installation in the gas array of the tank, which is also filled with 5-10 mm non-wetting liquid. The device is also equipped with a magnetic element for mounting the device in any selected position and place. The capacitive pressure sensor has a cylindrical shape with flexible round membranes.

Внутренняя полость датчика давления соединена каналом с атмосферой и выполнена с двумя сообщающимися полостями, разделенными неподвижной пластиной с отверстием. Средняя пластина экранирована наружными мембранами и является при большой толщине жестким каркасом. При работе в жидких средах под давлением внутренняя полость датчика соединена каналом с газовой подушкой, имеющейся в измеряемом баке.The internal cavity of the pressure sensor is connected by a channel to the atmosphere and is made with two communicating cavities separated by a fixed plate with a hole. The middle plate is shielded by outer membranes and is a rigid frame with a large thickness. When working in liquid media under pressure, the internal cavity of the sensor is connected by a channel to a gas cushion present in the measured tank.

К недостаткам известного устройства относятся следующие.The disadvantages of the known devices include the following.

1. Данное устройство не может работать при низких температурах (до -70°C). Столбики из несмачивающей жидкости закрыты от вредных испарений с обеих сторон промышленным маслом, например Нигрол, Тад и др., которые при низких температурах загустеют и закупорят трубки. В связи с тем, что принцип действия данного устройства основан на перемещении жидкости по трубке, со сквозным каналом, установленной на дно бака с жидкостью, то ее закупорка означает потерю работоспособности устройства.1. This device cannot operate at low temperatures (up to -70 ° C). Columns of non-wetting liquid are closed from harmful fumes on both sides with industrial oil, for example Nigrol, Tad, etc., which will thicken and clog the tubes at low temperatures. Due to the fact that the principle of operation of this device is based on the movement of liquid through the tube, with a through channel installed on the bottom of the tank with liquid, its blockage means loss of operability of the device.

2. Кроме того, при больших изменениях температуры происходит изменение физических свойств жидкости, вплоть до выпадения в осадок ее компонентов (парафинов, серы и т.д.) и оседании их на частях измерительного оборудования. Конденсация паров воды из воздуха приводит к образованию кристаллов льда на всасывающих конструкциях, особенно расположенных в нижней части бака (т.к. вода тяжелее топлива). Известная конструкция имеет трубку со сквозным каналом для вертикального погружения ее на дно бака. Через трубку поднимается столбик контролируемой жидкости. Поэтому в процессе эксплуатации в ней может скапливаться грязь, отложения из соединений серы и парафина и другие загрязнения, в том числе кристаллы замерзшей воды. При низких температурах скорость отложений значительно ускоряется. В связи с тем, что принцип действия данного устройства основан на перемещении контролируемой жидкости (топлива) по трубке со сквозным каналом, то ее засорение означает потерю работоспособности устройства.2. In addition, with large changes in temperature, the physical properties of the liquid change, up to the precipitation of its components (paraffins, sulfur, etc.) and their deposition on parts of the measuring equipment. Condensation of water vapor from the air leads to the formation of ice crystals on the suction structures, especially located in the lower part of the tank (because water is heavier than fuel). The known design has a tube with a through channel for vertical immersion of it on the bottom of the tank. A column of controlled fluid rises through the tube. Therefore, during operation, dirt can accumulate in it, deposits from sulfur and paraffin compounds and other contaminants, including crystals of frozen water. At low temperatures, the deposition rate is significantly accelerated. Due to the fact that the principle of operation of this device is based on the movement of a controlled fluid (fuel) through a tube with a through channel, its clogging means a loss of operability of the device.

Так как данная трубка представляет собой фактически капилляр с малым диаметром, то это может произойти достаточно быстро. Очистка трубки будет являться непростой задачей, так как в ней находится многослойный столбик жидкости - гидрозатвор, состоящий из разделительной несмачивающей жидкости, у которой с двух сторон выполняется изоляция из промышленного масла. При очистке трубки придется заменять и гидрозатвор, что достаточно сложно, особенно в полевых условиях.Since this tube is actually a capillary with a small diameter, this can happen quite quickly. Cleaning the tube will be a daunting task, as it contains a multilayer column of liquid - a water trap consisting of a non-wetting dividing liquid, which is insulated from industrial oil on both sides. When cleaning the tube, you will have to replace the water seal, which is quite difficult, especially in the field.

3. Точность измерений с помощью данного устройства определяется программным обеспечением, которое зависит от формы бака. Для каждого типа бака требуется перенастройка или замена программы. При использовании нестандартных форм баков для каждого из них потребуется разработка новой программы или существенная корректировка некоторой базовой программы (в том числе ввод новых данных о размерах и форме бака и т.д.). Потребителям данного устройства, которые, как правило, не являются программистами, это будет сделать затруднительно. В этом случае каждый раз потребуется привлекать разработчика данного программного обеспечения, что затрудняет широкое применение устройства, значительно повышает его стоимость и затраты на эксплуатацию.3. The accuracy of measurements using this device is determined by software, which depends on the shape of the tank. Reconfiguration or replacement of the program is required for each type of tank. When using non-standard tank shapes, each of them will require the development of a new program or significant adjustment of some basic program (including the introduction of new data on the size and shape of the tank, etc.). It will be difficult for consumers of this device, who, as a rule, are not programmers. In this case, each time it will be necessary to attract the developer of this software, which complicates the widespread use of the device, significantly increases its cost and operating costs.

4. При изменении уровня жидкости во время откачивания жидкости, под крышкой бака, над контролируемой жидкостью, может создаваться разрежение. Это происходит тогда, когда специальные дроссельные отверстия - клапаны в крышке бака, закупорены, например обледенели, загрязнились, или дроссельные отверстия отсутствуют. Последнее может иметь место в тех случаях, когда жидкость находится в нескольких сообщающихся друг другом баках или когда баки имеют внутреннюю поджимающую оболочку. Кроме того, даже при наличии дроссельных отверстий, при быстром изменении уровня жидкости, давление под крышкой бака не будет равно атмосферному. В этом случае измерение уровня с помощью известного устройства будет содержать большую погрешность.4. If the fluid level changes during pumping out of the liquid, under the cap of the tank, above the controlled fluid, a vacuum can be created. This happens when special throttle openings - valves in the tank cap, are clogged, such as icy, dirty, or throttle openings are missing. The latter can occur in cases where the liquid is in several tanks communicating with each other or when the tanks have an internal pressure shell. In addition, even with throttle openings, with a rapid change in liquid level, the pressure under the tank cover will not be equal to atmospheric. In this case, level measurement using a known device will contain a large error.

5. Во время движения транспортного средства по пересеченной местности "болтанка" жидкости в баке приводит к соответствующим колебаниям показаний уровнемера, что приводит к большим динамическим погрешностям определения уровня.5. During the vehicle’s movement over rough terrain, a “chatter” of liquid in the tank leads to corresponding fluctuations in the level gauge readings, which leads to large dynamic level determination errors.

6. Устройство обладает сложной конструкцией, что также снижает его надежность, имеет сложную технологию обслуживания и ремонта.6. The device has a complex structure, which also reduces its reliability, has a complex technology of maintenance and repair.

7. Устройство предназначается только для баков одной конкретной высоты и поэтому не может устанавливаться в баках других размеров без дополнительных доработок, что снижает универсальность (взаимозаменяемость) уровнемера.7. The device is intended only for tanks of one specific height and therefore cannot be installed in tanks of other sizes without additional modifications, which reduces the universality (interchangeability) of the level gauge.

Основной задачей, решаемой данным изобретением, является повышение надежности устройства, в том числе метрологической надежности измерения количества топлива в баках транспортных средств, в частности в вездеходах, топливовозах и топливозаправщиках (снегоболотоходах), предназначенных для работы в особо тяжелых дорожно-климатических условиях при изменениях температуры в большом диапазоне и при низких температурах до -70°C.The main task solved by this invention is to increase the reliability of the device, including the metrological reliability of measuring the amount of fuel in the tanks of vehicles, in particular in all-terrain vehicles, fuel carriers and tankers (snow and swamp vehicles), designed to work in especially difficult weather and climate conditions with temperature changes in a wide range and at low temperatures up to -70 ° C.

Другой задачей является повышение взрыво- и пожаробезопасности уровнемера, так как контролируемой средой могут быть взрыво- и пожароопасные жидкости.Another objective is to increase the explosion and fire safety of the level gauge, since explosive and fire hazardous liquids can be a controlled medium.

Задачей является также повышение надежности конструкции уровнемера для транспортных средств, предназначенных для перемещения по пересеченной местности (вездеходов) и поэтому работающих в условиях повышенной тряски, вызывающей раскачивание контролируемой среды, что создает большие динамические нагрузки на уровнемер.The objective is also to increase the reliability of the level gauge design for vehicles designed to move over rough terrain (all-terrain vehicles) and therefore working in conditions of increased shaking, causing the controlled environment to swing, which creates large dynamic loads on the level gauge.

Задачей является также уменьшение динамической погрешности измерений, которая возникает по следующим причинам:The objective is also to reduce the dynamic measurement error, which occurs for the following reasons:

- тогда, когда дроссельные отверстия в крышке бака засорены, например обледенели, загрязнились или отсутствуют. В результате гидростатическое давление будет определяться не только уровнем жидкости, а и переменным давлением паровоздушной атмосферы под крышкой бака;- when the throttle openings in the tank cap are clogged, for example, icy, dirty or absent. As a result, the hydrostatic pressure will be determined not only by the liquid level, but also by the variable pressure of the vapor-air atmosphere under the tank cover;

- при движении транспортного средства по пересеченной местности и возникающих в результате этого колебаний жидкости в баке создаются переменные динамические нагрузки, которые воспринимаются как изменение уровня жидкости в баке.- when the vehicle moves over rough terrain and the resulting fluid oscillations in the tank, variable dynamic loads are created, which are perceived as a change in the liquid level in the tank.

Кроме того, задачей является повышение универсальности уровнемера так, чтобы он без дополнительных доработок мог устанавливаться в баки разной высоты.In addition, the objective is to increase the versatility of the level gauge so that it can be installed in tanks of different heights without additional modifications.

Предлагаемая конструкция в меньшей мере зависит от условий окружающей среды и условий эксплуатации, что достигается с сохранением высокой точности и чувствительности устройства.The proposed design is less dependent on environmental conditions and operating conditions, which is achieved while maintaining high accuracy and sensitivity of the device.

Решение данных задач достигается тем, что в предлагаемом уровнемере жидкости в баке, содержащем корпус, дифференциальный датчик давления с двумя входами, подключенный к индикатору, пневмогидравлический блок, включающий герметичную полость, трубку со сквозным каналом для вертикального погружения ее на дно бака с контролируемой жидкостью одним концом, а другим концом соединенную с одним из входов дифференциального датчика давления, второй вход которого соединен с одним концом второй трубки со сквозным каналом, другой конец которой выведен в паровоздушную атмосферу под крышкой бака, в отличие от прототипа является то, что конец трубки со сквозным каналом, выведенной на дно бака, и конец трубки, выведенной в паровоздушную атмосферу под крышкой бака, соединены с соответствующими герметичными упругими элементами, образуя при этом внутреннюю полость пневматических каналов, изолированную от внешней среды.The solution to these problems is achieved by the fact that in the proposed liquid level gauge in the tank containing the housing, a differential pressure sensor with two inputs connected to the indicator, a pneumohydraulic unit including a sealed cavity, a tube with a through channel for vertical immersion of it on the bottom of the tank with controlled liquid one the end and the other end connected to one of the inputs of the differential pressure sensor, the second input of which is connected to one end of the second tube with a through channel, the other end of which output In the vapor-air atmosphere under the tank cap, in contrast to the prototype, the end of the tube with a through channel brought out to the bottom of the tank and the end of the tube brought into the steam-air atmosphere under the tank cap are connected to the corresponding sealed elastic elements, forming an internal cavity of pneumatic channels isolated from the external environment.

Кроме того, в отличие от прототипа в уровнемере жидкости в баке герметичные упругие элементы могут быть выполнены в виде мембранных коробок, в которых часть сторон или все, в частности одна сторона, выполняются упругими, а остальные, соответственно, жесткими, кроме того, упругие стороны могут быть выполнены в виде вставок - мембран, гибких пленок, гофрированных пластин или упругого полого шарика.In addition, unlike the prototype, in a liquid level gauge in a tank, sealed elastic elements can be made in the form of membrane boxes, in which part of the sides or all, in particular one side, are elastic and the rest, respectively, are rigid, in addition, the elastic sides can be made in the form of inserts - membranes, flexible films, corrugated plates or an elastic hollow ball.

Кроме того, в отличие от прототипа в уровнемере жидкости в баке оба герметичных упругих элемента соединены между собой корпусом, выполненным в виде демпфирующего стакана, внутри которого размещается герметичный упругий элемент, устанавливаемый на дне бака с контролируемой жидкостью.In addition, unlike the prototype, in the liquid level gauge in the tank, both sealed elastic elements are interconnected by a body made in the form of a damping cup, inside of which a sealed elastic element is installed, which is installed at the bottom of the tank with controlled liquid.

Кроме того, в отличие от прототипа в уровнемере жидкости в баке корпус содержит коаксиальную с демпфирующим стаканом фиксирующую ось, соединяющую между собой герметичные упругие элементы, причем демпфирующий стакан и коаксиальная с ним фиксирующая ось корпуса соединены между собой дисками жесткости.In addition, unlike the prototype, in the liquid level gauge in the tank, the housing contains a fixing axis coaxial with the damping cup connecting the sealed elastic elements to each other, and the damping cup and the housing coaxial fixing axis connected to each other by stiff disks.

Кроме того, в отличие от прототипа в уровнемере жидкости в баке демпфирующий стакан корпуса выполнен цилиндрическим.In addition, unlike the prototype in the liquid level gauge in the tank, the damping cup of the body is cylindrical.

Кроме того, в отличие от прототипа в уровнемере жидкости в баке демпфирующий стакан состоит из отдельных частей и подвижных муфт, охватывающих стыки отдельных частей, причем количество частей определяется исходя из отношения максимальной высоты бака к длине отдельной части, трубка пневматического канала имеет вид упругой спирали, подвижные муфты имеют сквозные отверстия, в которых находятся шарики, с внешней стороны шарики охвачены упругими хомутами, или в виде упругих колец (пружинных шайб), на внешней стороне отдельных частей демпфирующего стакана, находящихся под подвижными муфтами, имеются канавки, находящиеся на расстоянии друг от друга, равном минимальному фиксируемому положению отдельных частей по отношению друг к другу.In addition, unlike the prototype in the liquid level gauge in the tank, the damping cup consists of separate parts and movable couplings covering the joints of the individual parts, the number of parts being determined based on the ratio of the maximum height of the tank to the length of the individual part, the pneumatic channel tube has the form of an elastic spiral, movable couplings have through holes in which the balls are located, on the outside the balls are covered by elastic clamps, or in the form of elastic rings (spring washers), on the outside of the individual parts of the damping There are grooves located under the movable couplings at a distance from each other equal to the minimum fixed position of the individual parts with respect to each other.

Кроме того, в отличие от прототипа в уровнемере жидкости в баке нижняя отдельная часть демпфирующего стакана соединяется с вышерасположенной отдельной частью демпфирующего стакана с помощью резьбового соединения, максимальная длина отдельной нижней части в выдвинутом состоянии выполняется не меньшей минимальному фиксируемому положению отдельных частей по отношению друг к другу, выше и ниже герметичного упругого элемента установлены шпонки, около нижнего торца демпфирующего стакана выполнены дроссельные отверстия, или непосредственно в его торце дроссельные вырезы.In addition, unlike the prototype in the liquid level gauge in the tank, the lower separate part of the damping cup is connected to the upstream separate part of the damping cup by means of a threaded connection, the maximum length of the separate lower part in the extended state is not less than the minimum fixed position of the individual parts relative to each other , dowels are installed above and below the sealed elastic element, throttle holes are made near the lower end of the damping cup, or directly but at its end are throttle cutouts.

Кроме того, в отличие от прототипа в уровнемере жидкости в баке герметичный упругий элемент, размещаемый внутри бака в жидкости, выполнен в углублении на дне бака, например в сливной горловине.In addition, unlike the prototype, in the liquid level gauge in the tank, a sealed elastic element placed inside the tank in the liquid is made in a recess at the bottom of the tank, for example, in a drain neck.

Кроме того, в отличие от прототипа в уровнемере жидкости в баке герметичный упругий элемент, размещенный внутри бака в области паровоздушной атмосферы, выполнен внутри крышки бака, которая состоит из входного фланца, прикрепляемого к баку и на резьбовых соединениях с ним через уплотнение горловиной и корпусом, причем к корпусу винтами через пружинные шайбы и прокладку привинчена пластина, трубки пневматических каналов через штуцеры и соединительные трубки подключены к входам дифференциального датчика давления, который крепится к корпусу болтом с шайбой и пружинной шайбой, электрические провода дифференциального датчика давления соединены с клеммой питания "+" от бортовой сети, а его корпус подключен к "массе" болтом, информационный сигнал снимается с сигнальной клеммы.In addition, unlike the prototype, in the liquid level gauge in the tank, a sealed elastic element located inside the tank in the area of the vapor-air atmosphere is made inside the tank cover, which consists of an inlet flange attached to the tank and on threaded connections with it through the neck and body seal, moreover, the plate is screwed to the housing through spring washers and gasket, the tubes of the pneumatic channels through the fittings and connecting tubes are connected to the inputs of the differential pressure sensor, which is attached to the housing with a bolt with a washer and a spring washer, the electric wires of the differential pressure sensor are connected to the power supply terminal "+" from the on-board network, and its body is connected to the ground with a bolt, the information signal is removed from the signal terminal.

Кроме того, в отличие от прототипа в уровнемере жидкости в баке пневмогидравлический блок уровнемера размещен во введенном измерительном баке.In addition, unlike the prototype in the liquid level gauge in the tank, the pneumohydraulic block of the level gauge is located in the introduced measuring tank.

Соединение конца трубки со сквозным каналом, выведенной на дно бака, и конца трубки, выведенной в паровоздушную атмосферу под крышкой бака, с соответствующими герметичными упругими элементами, образующее при этом внутреннюю полость пневматических каналов, изолированную от внешней среды, позволяет уменьшить зависимость работы уровнемера от условий окружающей среды и условий эксплуатации, повысить его надежность, в том числе метрологическую надежность измерения количества топлива в баках транспортных средств, с сохранением высокой точности при простоте обслуживания и невысокой стоимости. Так как непосредственно в баке с контролируемой жидкостью расположены только пневмогидравлический блок уровнемера, не содержащий электрических устройств с подводом электроэнергии, а также механических устройств с взаимно перемещающимися деталями, надежность выше, чем у известных конструкций, в частности по сравнению с поплавковыми уровнемерами, содержащими в баке с контролируемой жидкостью механические подвижные элементы конструкции. Новая конструкция позволяет повысить взрыво- и пожаробезопасность уровнемера, так как электрические части уровнемера размещаются вне рабочей среды - контролируемой жидкости, уровень которой измеряется. Кроме того, повышается динамическая точность измерений тогда, когда специальные дроссельные отверстия в крышке бака засорены, например обледенели, загрязнились или отсутствуют.The connection of the end of the tube with a through channel led out to the bottom of the tank and the end of the tube led into the vapor-air atmosphere under the cap of the tank with the corresponding sealed elastic elements, which forms the internal cavity of the pneumatic channels isolated from the external environment, reduces the dependence of the level gauge on the conditions environment and operating conditions, increase its reliability, including metrological reliability of measuring the amount of fuel in the tanks of vehicles, while maintaining a high point features with ease of maintenance and low cost. Since only the pneumohydraulic unit of the level gauge, which does not contain electrical devices with power supply, as well as mechanical devices with mutually moving parts, are located directly in the tank with the controlled fluid, reliability is higher than that of known structures, in particular compared to float gauges containing in the tank fluid-controlled mechanical moving structural members. The new design allows to increase the explosion and fire safety of the level gauge, since the electric parts of the level gauge are located outside the working medium - a controlled fluid, the level of which is measured. In addition, the dynamic measurement accuracy increases when special throttle openings in the tank cover are clogged, for example, icy, dirty or missing.

Выполнение герметичных упругих элементов в виде мембранных коробок, часть сторон или все, в частности одна сторона, которых выполняются упругими, а остальные соответственно жесткими, кроме того, упругие стороны могут быть выполнены в виде вставок - мембран, гибких пленок, гофрированных пластин или упругого полого шарика, позволяет повысить надежность уровнемера, так как чувствительные упругие элементы выполнены герметичными и изменение свойств контролируемой жидкости, увеличение вязкости при низких температурах не отражается на работоспособности уровнемера, предотвращено появление осадков и отложений парафинов, серы на внутренних элементах конструкции, которые существенно ухудшают работу известных уровнемеров. Внутренняя полость пневматических каналов, а также герметичных упругих элементов изолирована от внешней среды, что делает уровнемер нечувствительным к образованию конденсата вследствие перепадов температуры, коррозионному воздействию агрессивных контролируемых жидкостей и к другим возмущающим воздействиям внешней среды и контролируемых жидкостей.The implementation of sealed elastic elements in the form of membrane boxes, part of the sides or all, in particular one side, which are elastic and the rest respectively rigid, in addition, the elastic sides can be made in the form of inserts - membranes, flexible films, corrugated plates or elastic hollow ball, improves the reliability of the level gauge, since the sensitive elastic elements are sealed and the change in the properties of the controlled fluid, the increase in viscosity at low temperatures does not affect the work ability transmitter, prevented the appearance of sediments and deposits of paraffin, sulfur on the interior design elements that significantly degrade the performance of the known gauges. The internal cavity of the pneumatic channels, as well as the sealed elastic elements, is isolated from the external environment, which makes the level gauge insensitive to condensation due to temperature changes, the corrosive effects of aggressive controlled fluids and other disturbing influences of the external environment and controlled fluids.

Соединение обоих герметичных упругих элементов между собой корпусом, выполненным в виде демпфирующего стакана и коаксиальной с ним фиксирующей оси, размещение герметичного упругого элемента, устанавливаемого на дне бака с контролируемой жидкостью, внутри демпфирующего стакана, соединение герметичных упругих элементов между собой фиксирующей осью и соединение демпфирующего стакана и коаксиальной с ним фиксирующей оси корпуса между собой дисками жесткости позволяет повысить жесткость конструкции, которая необходима при колебаниях жидкости (во время движения транспортного средства) и боковых воздействиях на пневматический канал. Эти воздействия значительно возрастают при увеличении высоты бака и, соответственно, уровня и объема контролируемой жидкости. Кроме того, демпфирующий стакан не пропускает волны, возникающие на поверхности контролируемой жидкости в свою внутреннюю полость, в которой размещен чувствительный герметичный упругий элемент. В результате уровнемер не будет реагировать на кратковременные изменения уровня, возникающие из-за волн и не связанные со значением уровня, определяемым объемом контролируемой жидкости. Без демпфирующего стакана волны вызывали бы колебания давления и соответствующие колебания выходного сигнала уровнемера и приводили бы к появлению динамической погрешности измерений. Поэтому демпфирующий стакан уменьшает эту погрешность и повышает точность измерений, а также надежность и прочность уровнемера, что позволяет применять разработанный уровнемер в транспортных средствах, предназначенных для перемещения по пересеченной местности, когда возможны значительные колебания жидкости внутри бака.The connection of both sealed elastic elements with each other in a casing made in the form of a damping cup and the fixing axis coaxial with it, the placement of a sealed elastic element mounted on the bottom of the tank with a controlled fluid inside the damping cup, the connection of sealed elastic elements with each other with a fixing axis and the connection of the damping cup and coaxial with it the fixing axis of the housing between the stiffness disks allows you to increase the rigidity of the structure, which is necessary when the vibrations fluid (while the vehicle is moving) and lateral impacts on the pneumatic channel. These effects increase significantly with increasing tank height and, accordingly, the level and volume of the controlled fluid. In addition, the damping cup does not transmit waves arising on the surface of the controlled fluid into its internal cavity in which the sensitive sealed elastic element is placed. As a result, the level gauge will not respond to short-term level changes that occur due to waves and are not related to the level value determined by the volume of the controlled fluid. Without a damping cup, the waves would cause pressure fluctuations and corresponding oscillations of the output signal of the level gauge and would lead to the appearance of a dynamic measurement error. Therefore, the damping cup reduces this error and increases the accuracy of measurements, as well as the reliability and strength of the level gauge, which allows the use of the developed level gauge in vehicles designed to move over rough terrain, when significant fluctuations in the fluid inside the tank are possible.

Выполнение демпфирующего стакана корпуса цилиндрическим упрощает конструкцию, снижает ее себестоимость.The implementation of the damping cup of the housing cylindrical simplifies the design, reduces its cost.

Выполнение демпфирующего стакана корпуса из отдельных частей, стыки которых охватываются подвижными муфтами, причем количество частей определяется исходя из отношения максимальной высоты бака к длине отдельной части, выполнение трубки пневматического канала в виде упругой спирали, а подвижных муфт со сквозными отверстиями, в которых находятся шарики, которые с внешней стороны охвачены упругими хомутами, или упругими кольцами (пружинными шайбами), выполнение на внешней стороне отдельных частей демпфирующего стакана, находящимися под подвижными муфтами, канавок, находящимися на расстоянии друг от друга, равном минимальному фиксируемому положению отдельных частей по отношению друг к другу, позволяет решить задачу повышения универсальности уровнемера, и он без дополнительных доработок может устанавливаться в баки разной высоты.The implementation of the casing damping cup from separate parts, the joints of which are covered by movable couplings, the number of parts being determined based on the ratio of the maximum tank height to the length of a separate part, the execution of the pneumatic channel tube in the form of an elastic spiral, and the movable couplings with through holes in which the balls are located which are externally covered by elastic clamps, or elastic rings (spring washers), the execution on the outer side of the individual parts of the damping cup, located under odvizhnymi couplings, grooves, located at a distance from each other equal to the minimum fixed position of the individual parts relative to each other, allows to solve the problem of increasing the universality of the transmitter, and it without additional modifications may be installed in tanks of different heights.

Выполнение соединения нижней отдельной части демпфирующего стакана с вышерасположенной отдельной частью демпфирующего стакана с помощью резьбового соединения, причем выполнение максимальной длины отдельной нижней части в выдвинутом состоянии не меньшей минимальному фиксируемому положению отдельных частей по отношению друг к другу, установка выше и ниже герметичного упругого элемента шпонок и выполнение около нижнего торца демпфирующего стакана дроссельных отверстий, или дроссельных вырезов непосредственно в его торце позволяет выполнять уровнемер точно такой же высоты, как и у бака, в который он устанавливается. При этом измерение уровня жидкости обеспечивается, начиная непосредственно с самого дна бака.The connection of the lower separate part of the damping cup with the upstream separate part of the damping cup using a threaded connection, moreover, the maximum length of the separate lower part in the extended state is not less than the minimum fixed position of the individual parts with respect to each other, installing above and below the sealed elastic element of the keys and the implementation of near the bottom end of the damping glass throttle holes, or throttle cutouts directly in its end allows Follow the important transmitter is exactly the same height as that of the tank in which it is installed. In this case, the measurement of the liquid level is provided, starting directly from the bottom of the tank.

Размещение одного из герметичных упругих элементов в углублении на дне бака, например в сливной горловине, позволяет производить измерения уровня, начиная от его минимального - нулевого значения. Это расширяет диапазон измерения и повышает точность контроля уровня жидкости без усложнения конструкции уровнемера.Placing one of the sealed elastic elements in the recess at the bottom of the tank, for example, in the drain neck, allows level measurements to be made, starting from its minimum - zero value. This extends the measuring range and improves the accuracy of monitoring the liquid level without complicating the design of the level gauge.

Выполнение герметичного упругого элемента, размещаемого внутри бака в области паровоздушной атмосферы, внутри крышки бака, которая состоит из входного фланца, прикрепляемой к баку и на резьбовых соединениях с ним через уплотнение горловиной и корпусом, причем к корпусу винтами через пружинные шайбы и прокладку привинчена пластина, трубки пневматических каналов через штуцера и соединительные трубки подключены к входам дифференциального датчика давления, который крепится к корпусу болтом с шайбой и пружинной шайбой, электрические провода дифференциального датчика давления соединены с клеммой питания "+" от бортовой сети, а его корпус подключен к "массе" болтом, информационный сигнал снимается с сигнальной клеммы, упрощает конструкцию уровнемера, в том числе его сборку и обслуживание. Благодаря такой конструкции уровнемер легко устанавливается в бак, не требуется дополнительная крепежная арматура, а в самом баке не требуется выполнять каких-либо дополнительных отверстий и доработок в виде фланцев, стоек и т.д. При монтаже уровнемера он легко опускается в бак через крышку бака, привинчивается к входному фланцу. Места электрических и механических соединений легко доступны. Монтаж на баке, а также сборка и разборка при обслуживании, ремонте и разборке легко и быстро осуществляются, не требуется никаких дополнительных инструментов и приспособлений.The implementation of a sealed elastic element placed inside the tank in the area of the vapor-air atmosphere, inside the tank cover, which consists of an inlet flange attached to the tank and through screw connections through the seal with the neck and body, and a plate is screwed to the body with screws through spring washers and gasket, tubes of pneumatic channels through the nipples and connecting tubes are connected to the inputs of the differential pressure sensor, which is attached to the housing by a bolt with a washer and a spring washer, electrical wires and a differential pressure transducer connected to the power terminal "+" on-board network and the casing is connected to the "weight" bolt, the information signal is removed from the signal terminal, simplifies transmitter design, including its assembly and maintenance. Thanks to this design, the level gauge is easily installed in the tank, no additional mounting hardware is required, and in the tank itself no additional holes and modifications are required in the form of flanges, racks, etc. When mounting the level gauge, it is easily lowered into the tank through the tank cover, screwed to the inlet flange. Electrical and mechanical connections are easily accessible. Installation on the tank, as well as assembly and disassembly during maintenance, repair and disassembly, are easily and quickly carried out, no additional tools and devices are required.

Размещение пневмогидравлического блока уровнемера в измерительном баке позволяет измерять уровень в двух и более баках.Placing the pneumohydraulic unit of the level gauge in the measuring tank allows you to measure the level in two or more tanks.

Таким образом, все существенные признаки предлагаемого изобретения способствуют меньшей зависимости работы уровнемера от окружающей среды и условий эксплуатации, повышают надежность устройства при изменениях температуры в большом диапазоне и при низких температурах до -70°С, взрыво- и пожаробезопасность, в том числе метрологическую надежность.Thus, all the essential features of the present invention contribute to a lesser dependence of the level gauge on the environment and operating conditions, increase the reliability of the device when temperature changes in a wide range and at low temperatures to -70 ° C, explosion and fire safety, including metrological reliability.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 приведена функциональная схема разработанного уровнемера;Figure 1 shows the functional diagram of the developed level gauge;

на фиг.2 - конструкция пневмогидравлической части уровнемера, размещаемая в баке с контролируемой жидкостью;figure 2 - design of the pneumohydraulic part of the level gauge, placed in the tank with a controlled fluid;

на фиг.3 - конструкция демпфирующего каркаса уровнемера;figure 3 - design of the damping frame of the level gauge;

на фиг.4 - конструкция демпфирующего каркаса и пневматического канала регулируемой длины;figure 4 - design of the damping frame and the pneumatic channel of adjustable length;

на фиг.5 - вариант конструкции при размещении электронного блока уровнемера в крышке бака;figure 5 is a design variant when placing the electronic unit of the level gauge in the tank cap;

на фиг.6 - вариант конструкции при размещении герметичного упругого элемента (мембранной коробки) в углублении на дне бака с контролируемой жидкостью;Fig.6 is a design variant when placing a sealed elastic element (membrane box) in the recess at the bottom of the tank with a controlled fluid;

на фиг.7 - вариант конструкции уровнемера при измерении уровня в двух и более баках;Fig.7 is a variant of the construction of the level gauge when measuring the level in two or more tanks;

на фиг.8 - погрешности уровнемера, возникающие если не учитывать изменение давления внутри бака над контролируемой жидкостью при изменении уровня этой жидкости.in Fig.8 - level gauge errors that occur if you do not take into account the change in pressure inside the tank above the controlled fluid when the level of this fluid changes.

Уровнемер уровня жидкости в баке согласно функциональной схеме на фиг.1 содержит пневмогидравлический блок 1, расположенный в баке 2, а также электронный блок 3, расположенный вне бака 2, например в приборном отсеке 4 транспортного средства или в герметичном блоке поблизости от бака 2 (см. ниже) - вне взрыво- и пожароопасной зоны.The liquid level gauge in the tank according to the functional diagram of FIG. 1 contains a pneumohydraulic unit 1 located in the tank 2, as well as an electronic unit 3 located outside the tank 2, for example, in the instrument compartment 4 of the vehicle or in an airtight unit close to the tank 2 (see . below) - outside the explosion and fire hazard zone.

Электронный блок 3 уровнемера состоит из дифференциального датчика давления 5, включающего преобразователь датчика давления 5 с двумя входами для пневматических сигналов - "Вход-1" и "Вход-2" соответственно, и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7. Дифференциальный датчик давления 5 может быть основан на индуктивном, емкостном, полупроводниковом принципах действия, быть тензодатчиком (например, MPX50100P/K0704BL) или на другом принципе действия. Дифференциальный датчик давления 5 подключен к индикатору указателя уровня (указатель уровня) 8, расположенному на приборной панели 9 (в состав уровнемера не входит) транспортного средства или, если ими оснащено транспортное средство, к бортовому компьютеру 10, или к бортовой информационно-управляющей системе (БИУС). Для подключения непосредственно к компьютеру в состав дифференциального датчика давления 5 входит АЦП 7.The electronic unit 3 of the level gauge consists of a differential pressure sensor 5, including a pressure sensor transducer 5 with two inputs for pneumatic signals - "Input-1" and "Input-2", respectively, and an analog-to-digital converter (ADC) 7. Differential pressure sensor 5 can be based on inductive, capacitive, semiconductor principles of action, be a strain gauge (for example, MPX50100P / K0704BL) or on another principle of action. The differential pressure sensor 5 is connected to the indicator of the level indicator (level indicator) 8 located on the dashboard 9 (not included in the level gauge) of the vehicle or, if equipped with the vehicle, to the on-board computer 10, or to the on-board information-control system ( BIUS). To connect directly to a computer, the differential pressure sensor 5 includes an ADC 7.

Пневмогидравлический блок 1 уровнемера приведен на фиг.1 и фиг.2. Он размещается в баке 2. Максимальный уровень заполнения бака 2 контролируемой жидкостью - H. Текущий уровень h_x. В баке 2 над контролируемой жидкостью имеется пространство 11, заполненное паровоздушной атмосферой. Пневмогидравлический блок 1 состоит из двух частей. Первая часть 12 (фиг.1) расположена в жидкости. Она состоит из герметичного упругого элемента 13, который может представлять собой одну или несколько соединенных между собой мембранных коробок. У мембранной коробки часть сторон (или все, как на фиг.2), в частности одна сторона (как на фиг.4) выполняется упругой, а остальные, соответственно, жесткими. Упругие стороны могут быть выполнены в виде вставок - мембран, гибких пленок, гофрированных пластинок и т.д. В качестве упругого элемента может быть также упругий полый шарик. На фиг.2 показан упругий элемент 13 в виде двух мембранных коробок. Герметичный упругий элемент 13 подключен сквозным пневматическим каналом, выполненным в виде трубки 14 малого диаметра к входу "Вход-1" преобразователя 6 дифференциального датчика давления 5. Пневматический канал передает давление жидкости на дифференциальный датчик давления 5 через столб воздуха, находящегося в трубке 14.Pneumohydraulic block 1 of the level gauge shown in figure 1 and figure 2. It is located in tank 2. The maximum level of filling of tank 2 with a controlled fluid is H. The current level is h _x . In the tank 2 above the controlled liquid there is a space 11 filled with a vapor-air atmosphere. Pneumohydraulic unit 1 consists of two parts. The first part 12 (figure 1) is located in the liquid. It consists of a sealed elastic element 13, which may be one or more interconnected membrane boxes. The membrane box has a part of the sides (or all, as in figure 2), in particular one side (as in figure 4) is elastic, and the rest, respectively, are rigid. The elastic sides can be made in the form of inserts - membranes, flexible films, corrugated plates, etc. The elastic element may also be an elastic hollow ball. Figure 2 shows the elastic element 13 in the form of two membrane boxes. The sealed elastic element 13 is connected through a pneumatic channel made in the form of a tube 14 of small diameter to the input "Input-1" of the transducer 6 of the differential pressure sensor 5. The pneumatic channel transmits the fluid pressure to the differential pressure sensor 5 through a column of air in the tube 14.

Вторая часть 15 (фиг.1) пневмогидравлического блока 1 расположена в паровоздушной среде 11 над контролируемой жидкостью (под крышкой бака). Она состоит из второго герметичного упругого элемента 16, аналогичного герметичному упругому элементу 13. Герметичный упругий элемент 16 подключен сквозным пневматическим каналом - трубкой 17 к входу "Вход-2" преобразователя 6 дифференциального датчика давления 5. Конструкция второй части 15 пневмогидравлического блока 1 содержит узел крепления к крышке бака 2. Узел крепления включает крышку 18, которой закрывается пневмогидравлическая часть уровнемера, под которой выполнены крепежные фланцы 19, 20 датчика и бака соответственно.The second part 15 (Fig. 1) of the pneumohydraulic unit 1 is located in the vapor-air medium 11 above the controlled liquid (under the tank cover). It consists of a second sealed elastic element 16, similar to a sealed elastic element 13. The sealed elastic element 16 is connected through a pneumatic channel - tube 17 to the input "Input-2" of the transducer 6 of the differential pressure sensor 5. The design of the second part 15 of the pneumohydraulic unit 1 contains a mount to the tank cover 2. The attachment unit includes a cover 18, which closes the pneumohydraulic part of the level gauge, under which the mounting flanges 19, 20 of the sensor and tank are made, respectively.

Для уровнемеров с большим диапазоном измерения (H>0,3÷-10,5 м и более) для повышения жесткости конструкции оба герметичных упругих элемента 13 и 16 соединены между собой корпусом. Корпус выполнен в виде демпфирующего стакана 21.For level gauges with a large measuring range (H> 0.3 ÷ -10.5 m or more), both sealed elastic elements 13 and 16 are interconnected by a housing to increase the structural rigidity. The housing is made in the form of a damping cup 21.

Пневмогидравлический блок 1 размещен внутри демпфирующего стакана 21. Для еще большего повышения жесткости герметичные упругие элементы 13 и 16 соединены между собой фиксирующей осью 22, соединяющей центры обоих герметичных упругих элементов и проходящей коаксиально внутри демпфирующего стакана 21. Демпфирующий стакан 21 выполняется негерметичным - имеет в нижней торцевой части специальные вырезы 23 (см. фиг.3 и фиг.4), либо специальные выравнивающие отверстия (не показаны), либо внутренний диаметр демпфирующего стакана 21 выполняется большего диаметра, чем диаметр упругого элемента 13 (фиг.2, 6, 7). В результате демпфирующий стакан 21 заполнен контролируемой жидкостью. Демпфирующий стакан 21 и фиксирующая ось 22 закреплены между собой дисками жесткости 24, в которых также имеются отверстия для прохождения контролируемой жидкости (показаны осевыми линиями).Pneumohydraulic unit 1 is placed inside the damping cup 21. To further increase the stiffness, the sealed elastic elements 13 and 16 are interconnected by a fixing axis 22 connecting the centers of both sealed elastic elements and passing coaxially inside the damping cup 21. The damping cup 21 is leaky - has in the lower the end part of the special cutouts 23 (see figure 3 and figure 4), or special leveling holes (not shown), or the inner diameter of the damping cup 21 is made larger and diameter than the diameter of the elastic element 13 (Fig.2, 6, 7). As a result, the damping cup 21 is filled with a controlled fluid. The damping cup 21 and the fixing axis 22 are fixed to each other by stiffening disks 24, in which there are also holes for the passage of the controlled fluid (shown by axial lines).

На фиг.3 приведен вариант конструкции демпфирующего стакана 21 уровнемера. В демпфирующем стакане 21 на боковой поверхности выполнено одно или несколько продольных отверстий 25. Через отверстие 25 продета трубка 14 пневматического канала, а также проходит контролируемая жидкость для взаимодействия с герметичным упругим элементом 13.Figure 3 shows a design variant of the damping cup 21 of the level gauge. One or more longitudinal holes 25 are made in the damping cup 21 on the lateral surface. A tube 14 of the pneumatic channel is passed through the hole 25 and a controlled fluid also passes to interact with the sealed elastic element 13.

На фиг.4 приведен вариант конструкции уровнемера, которая может устанавливаться в баки разной высоты. Для этого демпфирующий стакан 21 уровнемера выполнен раздвижным, а трубка 14 пневматического канала - в виде упругой спирали 26. Демпфирующий стакан 21, согласно рассматриваемому варианту, состоит из двух или более частей, соединяемых муфтами 27 со сквозными отверстиями 28, в которых находятся шарики 29. С внешней стороны шарики прижимаются упругими хомутами 30, выполненными, например, в виде упругих колец (пружинной шайбой). На внешней стороне демпфирующего стакана выполнены канавки 31, расположенные на расстоянии друг от друга равном X₂.Figure 4 shows a variant of the construction of the level gauge, which can be installed in tanks of different heights. For this, the damping cup 21 of the level gauge is made sliding, and the tube 14 of the pneumatic channel is in the form of an elastic spiral 26. The damping cup 21, according to the considered option, consists of two or more parts connected by couplings 27 with through holes 28 in which the balls 29 are located. On the outside, the balls are pressed by elastic clamps 30, made, for example, in the form of elastic rings (spring washer). On the outer side of the damping cup, grooves 31 are made located at a distance from each other equal to X ₂ .

Нижняя часть 32 демпфирующего стакана 21 соединяется с вышерасположенной частью демпфирующего стакана с помощью резьбового соединения. Максимальная длина нижней части 32 в выдвинутом состоянии равна расстоянию между канавками - X₂. Выше и ниже герметичного упругого элемента 13 установлены шпонки 33. В торце демпфирующего стакана выполнены вырезы 23 или отверстия (на фиг. не показаны) непосредственно около его торца.The lower part 32 of the damping cup 21 is connected to the upstream part of the damping cup using a threaded connection. The maximum length of the lower part 32 in the extended state is equal to the distance between the grooves - X ₂ . Above and below the sealed elastic element 13, dowels 33 are installed. Cutouts 23 or openings (not shown in Fig.) Are made directly at its end face at the end of the damping cup.

На фиг.4 и фиг.5 приведен вариант конструкции при размещении второй части 15 пневмогидравлического блока 1 и электронного блока 3 уровнемера в крышке бака 2.Figure 4 and figure 5 shows a design when placing the second part 15 of the pneumohydraulic unit 1 and the electronic unit 3 of the level gauge in the lid of the tank 2.

Пневмогидравлический блок 1, при монтаже уровнемера, опускается в бак 2 через крепежный фланец 20 бака. С помощью резьбового соединения с входным фланцем 35 конструкция крышки бака крепится к баку 2. Во входной фланец ввинчивается горловина 36 с корпусом 37. Корпус 37 и горловина 36 соединены резьбовым соединением через уплотнение 38. К корпусу 37 винтами 39 через стопорные шайбы (гровера) 40 и прокладку 41 крепится пластина 42.The pneumohydraulic unit 1, when mounting the level gauge, is lowered into the tank 2 through the mounting flange 20 of the tank. Using a threaded connection with the inlet flange 35, the tank cap structure is attached to the tank 2. The neck 36 is screwed into the inlet flange 36 with the body 37. The body 37 and the neck 36 are connected by a threaded connection through the seal 38. To the body 37 with screws 39 through the lock washers (Grover) 40 and the gasket 41 is attached to the plate 42.

Трубки 14 и 17 пневматических каналов через штуцера 43 и соединительные трубки 44 подключены к дифференциальному датчику давления 5 соответственно ко "Входу-1" и "Входу-2". Дифференциальный датчик давления 5 закреплен к корпусу 37 болтом 45 с шайбой 46 и стопорной шайбой 47. Электрические провода 48 дифференциального датчика давления 5 подключены к клемме 49 питания "+" от бортовой сети, его корпус подключен к "массе" болтом 50. Информационный сигнал снимается с сигнальной клеммы 51.The tubes 14 and 17 of the pneumatic channels through the fitting 43 and the connecting tubes 44 are connected to a differential pressure sensor 5 to “Input-1” and “Input-2”, respectively. The differential pressure sensor 5 is fixed to the housing 37 with a bolt 45 with a washer 46 and a lock washer 47. The electric wires 48 of the differential pressure sensor 5 are connected to the power supply terminal 49 + from the on-board network, its body is connected to the ground with a bolt 50. The information signal is removed from signal terminal 51.

На фиг.6 приведен вариант конструкции уровнемера при размещении герметичного упругого элемента 13 пневмогидравлического блока 1 в углублении 52 нижней части бака 2. В нижней части баков 2, как правило, имеются углубления (отстойники) для размещения сливной пробки, предназначенной для слива остатков топлива, накопившихся осадков, загрязнений, в том числе воды и т.д. Так как герметичный упругий элемент 13 может быть выполнен малого размера, то его можно размещать не в дополнительных углублениях, а в уже имеющихся, предназначенных, например, для слива жидкости, при этом не ухудшая их работы по основному назначению.Figure 6 shows a construction variant of the level gauge when placing a sealed elastic element 13 of the pneumohydraulic unit 1 in the recess 52 of the lower part of the tank 2. In the lower part of the tanks 2, as a rule, there are recesses (settlers) to accommodate a drain plug for draining fuel residues, accumulated precipitation, pollution, including water, etc. Since the sealed elastic element 13 can be made small in size, it can be placed not in additional recesses, but in existing ones, designed, for example, to drain the liquid, while not impairing their operation for the main purpose.

На фиг.7 приведен вариант конструкции уровнемера при измерении уровня в двух баках - первом 53 и втором 54. По этому варианту можно измерять уровень жидкости в двух и более баках. Пневмогидравлический блок 1 (см. фиг.1) уровнемера размещен в измерительном баке 55 (измерительной емкости), заполняемом контролируемой жидкостью через нижние патрубки 56. Верхний уровень контролируемой жидкости ограничивается верхним патрубком 57 сообщающимся с пространством 11 одного из баков.Figure 7 shows a variant of the construction of the level gauge when measuring the level in two tanks - the first 53 and second 54. In this embodiment, you can measure the liquid level in two or more tanks. Pneumohydraulic unit 1 (see Fig. 1) of the level gauge is located in the measuring tank 55 (measuring capacity), filled with the controlled fluid through the lower nozzles 56. The upper level of the controlled fluid is limited to the upper nozzle 57 communicating with the space 11 of one of the tanks.

В разработанных вариантах конструкции уровнемера непосредственно в баке с контролируемой жидкостью расположены только пневмогидравлический блок уровнемера, не содержащий электрических устройств с подводом электроэнергии, а также механических устройств с взаимно перемещающимися деталями.In the developed versions of the construction of the level gauge, only the pneumohydraulic block of the level gauge, which does not contain electrical devices with power supply, as well as mechanical devices with mutually moving parts, are located directly in the tank with the controlled liquid.

Разработанный уровнемер измерения уровня жидкости в баке работает следующим образом. Измерение уровня основано на измерении гидростатического давления, оказываемого на герметичный упругий элемент 13, расположенный на уровне дна бака 2 (фиг.1). Гидростатическое давление зависит от значения уровня контролируемой жидкости и ее плотности и не зависит от формы и объема резервуара. Гидростатическое давление рассчитывается по формуле:The developed level gauge for measuring the liquid level in the tank works as follows. The level measurement is based on the measurement of hydrostatic pressure exerted on a sealed elastic element 13 located at the level of the bottom of the tank 2 (figure 1). Hydrostatic pressure depends on the level of the controlled fluid and its density and does not depend on the shape and volume of the tank. Hydrostatic pressure is calculated by the formula:

где P_hx - давление столба жидкости;where P _hx is the pressure of the liquid column;

h_x - высота столба жидкости - уровень контролируемой жидкости;h _x is the height of the liquid column is the level of the controlled fluid;

g - ускорение свободного падения;g is the acceleration of gravity;

ρ - относительная плотность контролируемой жидкости.ρ is the relative density of the controlled fluid.

Из этой формулы видно, что если плотность контролируемой жидкости неизменна, переменной величиной в формуле является высота h_x. Поэтому гидростатическое давление будет прямо пропорционально высоте h_x, т.е. уровню жидкости в баке 2. Гидростатическое давление в разработанном уровнемере определяется как разность между давлением, оказываемым на герметичный упругий элемент 13, расположенный на уровне дна бака 2, и давлением паровоздушной атмосферы внутри бака 2 - под его крышкой в пространстве 11 действующим на второй герметичный упругий элемент 16.From this formula it can be seen that if the density of the controlled fluid is unchanged, the variable in the formula is the height h _x . Therefore, the hydrostatic pressure will be directly proportional to the height h _x , i.e. the liquid level in the tank 2. The hydrostatic pressure in the developed level gauge is defined as the difference between the pressure exerted on the sealed elastic element 13 located at the bottom of the tank 2 and the pressure of the vapor-air atmosphere inside the tank 2 - under its cover in space 11 acting on the second sealed elastic element 16.

Столб контролируемой жидкости высотой h_x согласно функциональной схеме на фиг.1 и фиг.2, оказывает давление P_hx на герметичный упругий элемент 13, расположенный на уровне дна бака 2, или в углублении на дне бака 2 - фиг.6. Кроме давления столба жидкости на герметичный упругий элемент 13, действует давление, равное давлению P_ax паровоздушной атмосферы над контролируемой жидкостью в пространстве 11 внутри бака 2 - под его крышкой. Т.е. суммарное давление на герметичный упругий элемент 13 равноA column of controlled fluid with a height h _x according to the functional diagram in FIG. 1 and FIG. 2 exerts pressure P _hx on a sealed elastic element 13 located at the level of the bottom of the tank 2, or in a recess on the bottom of the tank 2 - Fig.6. In addition to the pressure of the liquid column on the sealed elastic element 13, there is a pressure equal to the pressure P _{ax of the} vapor-air atmosphere above the controlled liquid in the space 11 inside the tank 2 - under its cover. Those. the total pressure on the sealed elastic element 13 is equal to

Оно передается по пневматическому каналу, выполненному в виде трубки 14, на "Вход-1" преобразователя 6 дифференциального датчика давления 5. В свою очередь, давление P_ax под крышкой бака 2 в пространстве 11 над контролируемой жидкостью (см. фиг.1) воздействует на герметичный упругий элемент 16. Он конструктивно распложен в части 15 пневмогидравлического блока 1 уровнемера, которая находится под крышкой бака 2 (фиг.5). Давление на упругий элемент 16 P₂=P_ax передается по пневматическому каналу, выполненному в виде трубки 17, на вход "Вход-2" преобразователя 6 дифференциального датчика давления 5.It is transmitted through a pneumatic channel made in the form of a tube 14 to the “Input-1” of the transducer 6 of the differential pressure sensor 5. In turn, the pressure P _ax under the cap of the tank 2 in the space 11 above the controlled fluid (see Fig. 1) acts on a sealed elastic element 16. It is structurally located in part 15 of the pneumohydraulic unit 1 of the level gauge, which is located under the lid of the tank 2 (figure 5). The pressure on the elastic element 16 P ₂ = P _ax is transmitted through a pneumatic channel made in the form of a tube 17 to the input "Input-2" of the Converter 6 of the differential pressure sensor 5.

Поэтому, чтобы определить гидростатическое давление и, соответственно, уровень контролируемой жидкости, необходимо из давления, оказываемого на дно бака 2, вычесть давление P_ax над поверхностью этой жидкости. Эту функцию выполняет дифференциальный датчик давления 5. Выходной электрический сигнал дифференциального датчика давления 5 пропорционален алгебраической сумме давлений P_x, измеряемых мембраной 13 - P₁, т.е. давлению жидкости P_hx и паровоздушной среды P_ax в пространстве 11 под крышкой бака и давлению, измеряемому герметичным упругим элементом 16 - P₂, равному давлению паровоздушной среды P_ax.Therefore, in order to determine the hydrostatic pressure and, accordingly, the level of the controlled fluid, it is necessary to subtract the pressure P _ax above the surface of the fluid from the pressure exerted on the bottom of the tank 2. This function is performed by the differential pressure sensor 5. The output electrical signal of the differential pressure sensor 5 is proportional to the algebraic sum of the pressures P _x measured by the membrane 13 - P ₁ , i.e. the pressure of the liquid P _hx and the vapor-air medium P _ax in the space 11 under the tank cover and the pressure measured by the sealed elastic element 16 - P ₂ equal to the pressure of the vapor-air medium P _ax .

Из формулы (1)-(3) видно, что благодаря предложенному в разработанной конструкции уровнемера размещению чувствительных герметичных упругих элементов внутри бака 2 под слоем жидкости и под крышкой бака статическое паровоздушное давление полностью скомпенсировано и электрический сигнал датчика давления 5 пропорционален только давлению столба жидкости и, соответственно, уровню жидкости в баке 2. Преобразуемой величиной остается только гидростатическое давление в баке 2, измеряемое на уровне, на котором располагается герметичный упругий элемент 13.It can be seen from formulas (1) - (3) that, due to the placement of sensitive tight elastic elements inside the tank 2 under the liquid layer and under the tank cover, the static air pressure is fully compensated and the electric signal from the pressure sensor 5 is proportional only to the pressure of the liquid column and , respectively, the liquid level in the tank 2. The converted value is only the hydrostatic pressure in the tank 2, measured at the level at which the sealed elastic 13 cop.

Для получения информации об уровне жидкости до самого дна бака 2, начиная от его минимального - нулевого значения, герметичный упругий элемент 13 размещается в углублении 52 на дне бака 2, т.е. ниже уровня его дна. При малых значениях уровня во время движения транспортного средства часть дна рядом с нижним торцом датчика уровня может оголяться из-за перетекания жидкости, и датчик будет показывать нулевые значения, в то время как жидкость в баке еще остается. Размещение торца датчика в углублении 52 на дне бака 2 позволяет исключить получение ложных нулевых отсчетов уровня при движении транспортного средства, а также уменьшить вероятность попадания воздуха в топливозаборное отверстие при малом уровне топлива в баке.To obtain information about the liquid level to the very bottom of the tank 2, starting from its minimum - zero value, a sealed elastic element 13 is placed in the recess 52 at the bottom of the tank 2, i.e. below the level of its bottom. At low level values while the vehicle is moving, a part of the bottom near the lower end of the level sensor may become exposed due to fluid overflow, and the sensor will show zero values, while the liquid still remains in the tank. The placement of the sensor end in the recess 52 at the bottom of the tank 2 eliminates the receipt of false zero level readings when the vehicle is moving, and also reduces the likelihood of air entering the fuel intake hole at a low fuel level in the tank.

Раздвижение и фиксация взаимного расположения частей стакана 21 и муфты 27 осуществляется за счет вхождения шариков 29 в канавки 31. Изменение длины демпфирующего стакана осуществляется при ослабленном натяжении хомутов 30 с помощью натяжных винтов (на фиг. не показаны). Фиксация необходимой длины (размера) осуществляется попаданием шариков 29 в канавки 31 с последующей затяжкой хомутов 30. Дискретное наращивание или уменьшение длины демпфирующего стакана осуществляется изменением числа его отдельных частей. Расстояние от дна бака до упругого герметичного элемента 13 будет лежать в пределах от 0 до X₂ (расстояние между канавками).The extension and fixation of the relative position of the parts of the glass 21 and the coupling 27 is carried out by entering the balls 29 into the grooves 31. The length of the damping glass is changed by loosening the tension of the clamps 30 using tension screws (not shown in Fig.). Fixing the required length (size) is carried out by hitting the balls 29 into the grooves 31 with the subsequent tightening of the clamps 30. The discrete extension or reduction of the length of the damping cup is carried out by changing the number of its individual parts. The distance from the bottom of the tank to the elastic sealed element 13 will lie in the range from 0 to X ₂ (the distance between the grooves).

Для точной установки упругого герметичного элемента 13 непосредственно у дна бака нижняя часть демпфирующего стакана выполнена с резьбовым соединением с выше расположенной частью демпфирующего стакана. Поэтому нижняя часть демпфирующего стакана может перемещаться вверх и вниз при ее вращении в пределах длины резьбы от 0 до X₂. При перемещении нижней части демпфирующего стакана вместе с ней перемещается герметичный упругий элемент 13. При этом благодаря зазору между ними герметичный упругий элемент перемещается без вращения и трубка 14, соединенная с ним, раскручивается или соответственно скручивается из спирали 26. Усилие, вызывающее перемещение герметичного упругого элемента, передается с помощью шпонок 33 устанавливаемых соответственно выше и ниже него. Если нижняя часть демпфирующего стакана будет упираться в дно бака 2, то прохождение жидкости внутрь демпфирующего стакана обеспечивается дроссельными вырезами 34 в торце стакана, или дроссельными отверстиями (не показаны), выполняемыми непосредственно около его торца.For accurate installation of the elastic sealed element 13 directly at the bottom of the tank, the lower part of the damping cup is made with a threaded connection with the above located part of the damping cup. Therefore, the lower part of the damping cup can move up and down as it rotates within the thread length from 0 to X ₂ . When moving the lower part of the damping cup, the sealed elastic element 13 moves with it. In this case, due to the gap between them, the sealed elastic element moves without rotation and the tube 14 connected to it is untwisted or twisted accordingly from the spiral 26. The force causing the movement of the sealed elastic element , is transmitted using keys 33 installed respectively above and below it. If the lower part of the damping cup rests against the bottom of the tank 2, then the passage of fluid into the damping cup is provided by throttle cutouts 34 at the end of the cup, or by throttle openings (not shown) made directly near its end.

В разработанном уровнемере внутри бака с контролируемой жидкостью размещены только пневмогидравлические элементы конструкции, не содержащие механических подвижных элементов. Поэтому надежность уровнемера значительно повышается по сравнению с аналогами, в том числе по сравнению с поплавковыми уровнемерами, содержащими в баке с контролируемой жидкостью механические подвижные элементы конструкции.In the developed level gauge, only pneumohydraulic structural elements that do not contain mechanical moving elements are placed inside the tank with a controlled fluid. Therefore, the reliability of the level gauge is significantly increased in comparison with analogues, including in comparison with float level gauges containing mechanical movable structural elements in the tank with a controlled fluid.

Все электрические элементы и соединения располагаются вне бака с контролируемой жидкостью. Благодаря тому, что электронный блок 3 уровнемера размещается вне бака 2 - вне взрыво- и пожароопасной зоны, например, в приборном отсеке, или размещается в специальном герметичном блоке поблизости от бака, надежность уровнемера значительно повышается по сравнению с аналогами.All electrical elements and connections are located outside the tank with the controlled fluid. Due to the fact that the electronic unit 3 of the level gauge is located outside the tank 2 - outside the explosion and fire hazard zone, for example, in the instrument compartment, or is located in a special sealed unit near the tank, the reliability of the level gauge is significantly increased in comparison with analogues.

Внутренняя полость пневматических каналов 14 и 17, а также герметичных упругих элементов изолирована от внешней среды, что делает уровнемер нечувствительным к образованию конденсата вследствие перепадов температуры, коррозионному воздействию агрессивных контролируемых жидкостей и к другим возмущающим воздействиям внешней среды и контролируемых жидкостей.The internal cavity of the pneumatic channels 14 and 17, as well as the sealed elastic elements, are isolated from the external environment, which makes the level gauge insensitive to condensation due to temperature changes, the corrosive effects of aggressive controlled fluids and other disturbing influences of the external environment and controlled fluids.

Размещение электронного блока 3 уровнемера в крышке бака (фиг.5), а также крепление пневмогидравлического блока 1 к входному фланцу 35, в котором находится горловина 36 с ввинченным корпусом 37, упрощает конструкцию уровнемера, в том числе его сборку и обслуживание. Благодаря такой конструкции уровнемер легко устанавливается в бак, не требуется какая-либо дополнительная крепежная арматура, а в самом баке не требуется выполнять каких-либо дополнительных отверстий и доработок в виде фланцев, стоек и т.д.The placement of the electronic unit 3 of the level gauge in the tank cap (Fig. 5), as well as the fastening of the pneumohydraulic unit 1 to the inlet flange 35, in which the neck 36 with the screwed-in housing 37 is located, simplifies the construction of the level gauge, including its assembly and maintenance. Thanks to this design, the level gauge is easily installed in the tank, no additional mounting hardware is required, and in the tank itself no additional holes and modifications are required in the form of flanges, racks, etc.

Благодаря размещению пневмогидравлического блока 1 в демпфирующем стакане 21, внутри которого, коаксиально с ним, размещена фиксирующая ось 22, повышается жесткость конструкции, необходимая при колебаниях жидкости (во время движения транспортного средства) и боковых воздействиях на канал. Эти воздействия значительно возрастают при увеличении высоты бака 2 и, соответственно, уровня и объема контролируемой жидкости. Крепление демпфирующего стакана 21 и фиксирующей оси 22 дисками жесткости 24 дополнительно повышает жесткость и устойчивость конструкции. Кроме того, демпфирующий стакан 21 не пропускает волны, возникающие на поверхности контролируемой жидкости, в свою внутреннюю полость, в которой размещен чувствительный герметичный упругий элемент - мембрана 13. В результате уровнемер не будет реагировать на кратковременные изменения уровня, возникающие из-за волн и не связанные со значением уровня, определяемым объемом контролируемой жидкости. Без демпфирующего стакана 21 волны вызывали бы колебания давления и соответствующие колебания выходного сигнала уровнемера (накладывались на показания уровня) и приводили бы к появлению динамической погрешности измерений. Поэтому демпфирующий стакан уменьшает эту погрешность и повышает точность измерений, а также надежность и прочность уровнемера, что позволяет применять разработанный уровнемер в транспортных средствах, когда возможны колебания жидкости внутри бака 2.Due to the placement of the pneumohydraulic unit 1 in the damping cup 21, inside of which, the fixing axis 22 is placed coaxially with it, the structural rigidity required during fluid vibrations (while the vehicle is moving) and lateral influences on the channel are increased. These effects increase significantly with increasing height of the tank 2 and, accordingly, the level and volume of the controlled fluid. The fastening of the damping cup 21 and the fixing axis 22 with stiffening disks 24 further increases the rigidity and stability of the structure. In addition, the damping cup 21 does not pass waves that arise on the surface of the controlled fluid into its internal cavity, in which the sensitive sealed elastic element is located, the membrane 13. As a result, the level gauge will not respond to short-term level changes due to waves and not associated with the value of the level determined by the volume of the controlled fluid. Without a damping cup 21, the waves would cause pressure fluctuations and corresponding fluctuations in the output signal of the level gauge (superimposed on the level readings) and would lead to the appearance of a dynamic measurement error. Therefore, a damping cup reduces this error and increases the accuracy of measurements, as well as the reliability and strength of the level gauge, which allows the use of the developed level gauge in vehicles when fluid oscillations inside the tank 2 are possible.

При изменении уровня жидкости в баке, например при откачивании жидкости, под крышкой бака над контролируемой жидкостью может создаваться разрежение (при повышении уровня соответственно повышение давления). Это происходит тогда, когда дроссельные отверстия (не показаны) в крышке бака 2 закупорены, например, обледенели, загрязнились или отсутствуют. Последнее может иметь место в тех случаях, когда жидкость находится в нескольких сообщающихся друг с другом баках или когда применяются внутренние поджимные оболочки.When the liquid level in the tank changes, for example, when pumping out the liquid, under the cap of the tank above the controlled liquid a vacuum can be created (with an increase in the level, a corresponding increase in pressure). This occurs when the throttle openings (not shown) in the lid of the tank 2 are clogged, for example, icy, dirty or missing. The latter can occur in cases where the fluid is in several tanks communicating with each other or when internal clamping shells are used.

Кроме того, даже при наличии дроссельных отверстий, при быстром изменении уровня жидкости, давление под крышкой бака не будет равно атмосферному. То есть давление P_ax при изменении уровня h_x тоже будет изменяться. Так как при закупоренных дроссельных отверстиях или их отсутствии и при T=Const и P_axV_ax=P_aV₀=Const имеем:In addition, even with throttle openings, with a rapid change in liquid level, the pressure under the tank cover will not be equal to atmospheric. That is, the pressure P _ax with a change in the level h _x will also change. Since with or without throttled throttle holes and with T = Const and P _ax V _ax = P _a V ₀ = Const, we have:

где V_o - объем воздуха под крышкой бака при максимальном уровне контролируемой жидкости;where V _o is the volume of air under the tank cap at the maximum level of the controlled fluid;

P_a - давление паровоздушной атмосферы над контролируемой жидкостью внутри бака 2 при максимальном уровне контролируемой жидкости;P _a is the vapor pressure of the atmosphere above the controlled fluid inside the tank 2 at the maximum level of the controlled fluid;

P_ax - давление паровоздушной атмосферы над контролируемой жидкостью внутри бака 2 при изменении уровня контролируемой жидкости;P _ax is the pressure of the vapor-air atmosphere above the controlled fluid inside the tank 2 when the level of the controlled fluid changes;

V_ax - объем воздуха под крышкой бака при изменении уровня жидкости.V _ax is the volume of air under the tank cap when the fluid level changes.

В этом случае результаты измерения уровня с помощью известных устройств, которые не учитывают изменение давления внутри бака над контролируемой жидкостью, будут содержать большую погрешность.In this case, the results of level measurement using known devices that do not take into account the change in pressure inside the tank above the controlled liquid will contain a large error.

Относительная погрешность измерения уровня приведенная к максимальному значению результирующего давления P_{x max} на чувствительном упругом элементе имеет вид:The relative measurement error of the level reduced to the maximum value of the resulting pressure P _{x max} on the sensitive elastic element has the form:

где ΔP_x=P_x-h_xgρ_ж - ошибка измерения;where ΔP _x = P _x -h _x gρ _w is the measurement error;

Р_{х max}=hgρ_ж - максимальная разность давлений между мембранами 13 и 16, которая возникает при максимальном уровне жидкости в баке и, соответственно, h_x=h.P _{x max} = hgρ _W is the maximum pressure difference between the membranes 13 and 16, which occurs at the maximum liquid level in the tank and, accordingly, h _x = h.

После подстановки P_x _max и ΔP_x относительная погрешность имеет вид:After substituting P _x _max and ΔP _{x, the} relative error has the form:

Из (6) видно, что относительная погрешность обратно пропорциональна плотности контролируемой жидкости, максимальному уровню жидкости и растет при уменьшении уровня жидкости от максимального значения. Погрешность от изменения давления воздуха в баке при h_x=0 максимальна, а при h_x=h отсутствует. Погрешность пропорционально растет с ростом атмосферного давления и уменьшается при увеличении V_o.From (6) it is seen that the relative error is inversely proportional to the density of the controlled fluid, the maximum fluid level and increases with decreasing fluid level from the maximum value. The error from changes in air pressure in the tank at h _x = 0 is maximum, but at h _x = h it is absent. The error increases proportionally with increasing atmospheric pressure and decreases with increasing V _o .

Относительная погрешность измерения уровня, приведенная к значению результирующего давления P_x на чувствительном элементе датчика при hx=0 имеет вид:The relative error of level measurement, reduced to the value of the resulting pressure P _x on the sensor element at hx = 0, has the form:

где

- относительное значение уровня контролируемой жидкости;Where

- the relative value of the level of the controlled fluid;

- относительное значение пустого объема бака по сравнению с максимальным объемом жидкости.

- the relative value of the empty tank volume compared to the maximum liquid volume.

При h_x=h и, соответственно

т.е. при полном баке γ_o=0 и в этой точке погрешность от изменения давления воздуха в баке отсутствует.For h _x = h and, accordingly,

those. with a full tank γ _o = 0 and at this point there is no error from a change in air pressure in the tank.

При h_x=0 - т.е. при пустом баке

в этой точке погрешность от изменения давления воздуха в баке максимальна. Так как при h_x=0 V_полн.=V_ax, то эта погрешность равна 100%. При V_o=0 γ_o=100%.For h _x = 0 - i.e. with an empty tank

at this point, the error from the change in air pressure in the tank is maximum. Since for h _x = 0 V is _complete. = V _ax , then this error is 100%. When V _o = 0 γ _o = 100%.

Погрешности уровнемера, возникающие от изменения давления внутри бака над контролируемой жидкостью при изменении уровня этой жидкости, приведены в виде соответствующих зависимостей на фиг.8. Из рисунка видно, что при уменьшении уровня контролируемой жидкости, погрешность резко возрастает до 100%. Это означает, что показания такого уровнемера являются недостоверными, а сам уровнемер непригодным для работы в таких условиях (низких температурах, условиях обледенения и т.д.). Разработанная конструкция уровнемера этих погрешностей не имеет.The level gauge errors arising from a change in pressure inside the tank above the controlled liquid when the level of this liquid changes is shown in the form of the corresponding dependences in Fig. 8. The figure shows that with a decrease in the level of the controlled fluid, the error increases sharply to 100%. This means that the readings of such a level gauge are unreliable, and the level gauge itself is unsuitable for operation in such conditions (low temperatures, icing conditions, etc.). The developed level gauge design does not have these errors.

Предлагаемая конструкция в меньшей мере зависит от условий окружающей среды и условий эксплуатации с сохранением высокой точности и надежности устройства, при простоте обслуживания и невысокой стоимости.The proposed design is less dependent on environmental and operating conditions while maintaining high accuracy and reliability of the device, with ease of maintenance and low cost.

Предлагаемая конструкция имеет более высокую надежность, так как чувствительные упругие элементы выполнены герметичными и изменение свойств контролируемой жидкости (увеличение вязкости при низких температурах, выпадения в осадок ее компонентов парафинов, серы и т.д.) не отражается на их работоспособности. Предлагаемая конструкция имеет более высокую метрологическую надежность, так как при измерении уровня отсутствует погрешность от изменения давления в баке, что особенно актуально для особо тяжелых дорожно-климатических условий, а также выше динамическая точность при измерениях в процессе движения транспортного средства за счет демпфирования колебаний жидкости у пневматического канала.The proposed design has higher reliability, since sensitive elastic elements are sealed and changes in the properties of the controlled fluid (increase in viscosity at low temperatures, precipitation of its components of paraffins, sulfur, etc.) do not affect their performance. The proposed design has a higher metrological reliability, since when measuring the level there is no error from changes in pressure in the tank, which is especially important for especially severe road-climatic conditions, as well as higher dynamic accuracy when measuring during vehicle movement due to damping fluid vibrations at pneumatic channel.

Предлагаемая конструкция имеет более высокую надежность также и благодаря тому, что позволяет обеспечить взрыво- и пожаробезопасность уровнемера, так как электрические части уровнемера размещаются вне рабочей среды - контролируемой жидкости, уровень которой измеряется. Этой средой могут быть взрыво- и пожароопасные жидкости. Надежность повышена также за счет установки уровнемера в бак без необходимости выполнять дополнительные отверстия и врезки, так как он может быть установлен через горловину заправочного отверстия (крышку бака).The proposed design has higher reliability also due to the fact that it allows for explosion and fire safety of the level gauge, since the electrical parts of the level gauge are located outside the working medium - a controlled fluid, the level of which is measured. Explosive and fire hazardous liquids may be this medium. Reliability is also enhanced by installing the level gauge in the tank without the need to make additional holes and taps, as it can be installed through the neck of the filling hole (tank cover).

Кроме того, предлагаемая конструкция более проста при изготовлении, технологии сборки, обслуживания и эксплуатации, т.е. проще и дешевле. Достоинством разработанного уровнемера является высокая точность при высокой надежности.In addition, the proposed design is simpler in manufacturing, assembly technology, maintenance and operation, i.e. simpler and cheaper. The advantage of the developed level gauge is high accuracy with high reliability.

В настоящее время на базе ОАО "Машиностроительная компания "Витязь" изготовлен опытный образец уровнемера. Проведены стендовые сравнительные испытания уровнемера с ближайшими аналогами, которые подтвердили решение поставленных задач. Проведены натурные испытания уровнемера в полевых условиях на снегоболотоходе "Витязь" и сравнение характеристик штатного и разработанного устройств, которые подтвердили высокую надежность и точность разработанного уровнемера в тяжелых дорожно-климатических условиях.At present, a prototype level gauge has been manufactured on the basis of Vityaz Engineering Company OJSC. Benchmark comparative tests of the level gauge with the closest analogues have been carried out, which confirmed the solution of the tasks. Field tests of the level gauge in the field were carried out on the Vityaz snow and swamp vehicle and a comparison of the characteristics of the standard and devices that have confirmed the high reliability and accuracy of the developed level gauge in difficult road climatic conditions.

ПЕРЕЧЕНЬ ПОЗИЦИЙLIST OF POSITIONS 1 - пневмогидравлический блок;1 - pneumohydraulic unit; 30 - хомуты;30 - clamps; 2 - бак;2 - tank; 31 - канавки;31 - grooves; 3 - электронный блок;3 - electronic unit; 32 - нижняя часть демпфирующего стакана;32 - the lower part of the damping glass; 4 - приборный отсек;4 - instrument compartment; 33 - шпонки;33 - dowels; 5 - дифференциальный датчик давления;5 - differential pressure sensor; 34 - вырезы в торце стакана;34 - cutouts at the end of the glass; 6 - преобразователь датчика давления;6 - pressure sensor transducer; 35 - входной фланец;35 - inlet flange; 7 - аналого-цифровой преобразователь;7 - analog-to-digital Converter; 36 - горловина;36 - neck; 8 - индикатор указателя уровня;8 - level indicator indicator; 37 - корпус;37 - case; 9 - приборная панель;9 - dashboard; 38 - уплотнение;38 - seal; 10 - бортовой компьютер;10 - on-board computer; 39 - винты;39 - screws; 11 - пространство, заполненное паровоздушной атмосферой;11 - a space filled with a vapor-air atmosphere; 40 - стопорные шайбы;40 - lock washers; 12 - первая часть пневмогидравлического блока 1;12 - the first part of the pneumohydraulic unit 1; 41 - прокладка;41 - gasket; 13 - упругий элемент;13 - an elastic element; 42 - пластина;42 - plate; 14 - трубка малого диаметра;14 - a tube of small diameter; 43 - штуцера;43 - fitting; 15 - вторая часть пневмогидравлического блока 1;15 - the second part of the pneumohydraulic unit 1; 44 - соединительные трубки;44 - connecting tubes; 16 - второй герметичный упругий элемент;16 - second sealed elastic element; 45 - болт;45 - a bolt; 17 - трубка;17 - a tube; 46 - шайба;46 - washer; 18 - крышка;18 - a cover; 47 - стопорная шайба;47 - a lock washer; 19 - крепежный фланец датчика;19 - mounting flange of the sensor; 48 - электрические провода;48 - electrical wires; 20 - крепежный фланец бака;20 - mounting flange of the tank; 49 - клемма;49 - terminal; 21 - демпфирующий стакан;21 - damping glass; 50 - болт;50 - a bolt; 22 - фиксирующая ось;22 - the fixing axis; 51 - сигнальная клемма;51 - signal terminal; 23 - выравнивающие отверстия;23 - leveling holes; 52 - углубление в баке;52 - recess in the tank; 24 - диски жесткости;24 - hard drives; 53 - первый бак;53 - the first tank; 25 - продольные отверстия;25 - longitudinal holes; 54 - второй бак;54 - the second tank; 26 - спираль;26 - a spiral; 55 - измерительный бак;55 - measuring tank; 27 - муфты;27 - couplings; 56 - нижний патрубок;56 - lower pipe; 28 - сквозные отверстия;28 - through holes; 57 - верхний патрубок;57 - the upper pipe; 29 - шарики;29 - balls;

Claims

1. A liquid level gauge in the tank, comprising a housing, a differential pressure sensor with two inputs connected to the indicator, a pneumohydraulic unit including a sealed cavity, a tube with a through channel for vertical immersion of it on the bottom of the tank with a controlled fluid at one end and the other end connected to one of the inputs of the differential pressure sensor, the second input of which is connected to one end of the second tube with a through channel, the other end of which is brought into the vapor-air atmosphere under the tank cover, distinguishing The fact is that the end of the tube with a through channel led out to the bottom of the tank and the end of the tube led into the vapor-air atmosphere under the tank cover are connected to the corresponding sealed elastic elements, forming an internal cavity of the corresponding pneumatic channel isolated from the external environment.

2. The liquid level gauge in the tank according to claim 1, characterized in that the sealed elastic elements are made in the form of membrane boxes, part of the sides of which or all, in particular one side, are elastic and the rest respectively rigid, while the elastic sides can be made in the form of inserts - membranes, or flexible films, or corrugated plates, or an elastic hollow ball.

3. The liquid level gauge in the tank according to claim 1, characterized in that the sealed elastic element placed inside the tank in the liquid is made in a recess at the bottom of the tank, for example, in a drain neck.

4. The liquid level gauge in the tank according to claim 1, characterized in that the sealed elastic element placed inside the tank in the area of the vapor-air atmosphere is made inside the tank cover, which consists of an inlet flange attached to the tank and on threaded connections with it through the mouth seal and the case, and the plate is screwed to the case through the spring washers and gasket, the pneumatic channel tubes through the fittings and connecting tubes are connected to the inputs of the differential pressure sensor, which is bolted to the case m with a washer and a spring washer, electrical wires of a differential pressure sensor connected to the power terminal "+" on-board network and the casing is connected to the "weight" bolt, the information signal is removed from the signal terminal.

5. The liquid level gauge in the tank according to claim 1, characterized in that a measuring tank is introduced in which the pneumohydraulic unit of the level gauge is located.

6. The liquid level gauge in the tank according to claim 1, characterized in that both sealed elastic elements are interconnected by a housing made in the form of a damping cup, inside of which there is a sealed elastic element mounted on the bottom of the tank with a controlled fluid, and the housing contains a coaxial with a damping glass, the fixing axis connecting the sealed elastic elements to each other, and the damping glass and the housing axial fixing axis coaxial with it are interconnected by stiffeners.

7. The liquid level gauge in the tank according to claim 6, characterized in that the housing damping cup is cylindrical.

8. The liquid level gauge in the tank according to claim 6, characterized in that the damping cup consists of separate parts and movable couplings covering the joints of the individual parts, the number of parts being determined based on the ratio of the maximum height of the tank to the length of the individual part, the pneumatic channel tube has the form elastic spirals, movable couplings have through holes in which the balls are located, on the outside the balls are covered by elastic clamps, or in the form of elastic rings (spring washers), on the outside of the individual parts of the damping Akana under movable couplings grooves are located at a distance from each other equal to the minimum fixed position of the individual parts relative to each other.

9. The liquid level gauge in the tank according to claim 8, characterized in that the lower separate part of the damping cup is connected to the upstream separate part of the damping cup using a threaded connection, the maximum length of the separate lower part in the extended state is not less than the minimum fixed position of the individual parts with respect to dowels are installed to each other, above and below the sealed elastic element, throttle holes are made near the lower end of the damping cup or directly in it end of throttle notches.