Способ автоматического контроля уровня и плотности топлива в топливном баке

Изобретение относится к автоматизированным системам контроля расхода транспортными средствами. Техническим результатом изобретения являются возможность измерения плотности и уровня топлива в топливных баках транспортного средства, автоматическая компенсация дополнительной погрешности измерения при изменении угла наклона топливного бака относительно поверхности земли, автоматизация процесса измерения. Технический результат достигается тем, что в способе автоматического контроля уровня и плотности топлива в топливном баке два датчика давления размещают в топливном баке на фиксированном расстоянии друг над другом, фиксируют значение смещения нуля нижнего и верхнего датчиков давления, когда уровень топлива находится ниже их уровней, фиксируют значения давлений нижнего и верхнего датчиков давления, когда уровень топлива находится выше уровня верхнего датчика давления, датчики давления размещают симметрично относительно вертикальной оси симметрии топливного бака на фиксированном расстоянии друг от друга по горизонтали и по вертикали, на поверхности бака размещают датчик угла наклона, фиксируют значение угла наклона топливного бака относительно поверхности земли по месту установки датчиков давления, плотность и уровень топлива рассчитывают с учетом угла наклона бака по формулам, описанным в изобретении. 2 ил.

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к автоматизированным системам контроля расхода топлива тяговыми транспортными средствами и путевыми машинами железнодорожного транспорта, а также другими транспортными средствами с дизельными двигателями.

Известен гидростатический способ определения уровня и плотности жидкости в резервуаре (RU, патент №2153153, МПК G01F 23/14, опубл. 20.07.2000 г. ), включающий измерение гидростатического давления контролируемой жидкости в двух уровнях - нижнем и верхнем, посредством двух вертикально разнесенных датчиков давления, размещенных в дополнительном сосуде, сообщающихся с резервуаром посредством двух патрубков с запорными вентилями, при этом дополнительный сосуд с датчиками давления размещают по отношению к резервуару с контролируемой жидкостью таким образом, что измеряемый нижний уровень давления Р_н в дополнительном сосуде соответствует уровню дна резервуара при открытых вентилях патрубков, причем в дополнительный сосуд предварительно при закрытых запорных вентилях заливают эталонную жидкость и измеряют ее гидростатическое давление в нижнем и верхнем уровнях эталонной жидкости Р_0н и Р_0в, после чего при закрытых запорных вентилях из дополнительного сосуда эталонную жидкость сливают, затем запорные вентили открывают и в дополнительный сосуд из резервуара поступает контролируемая жидкость до ее самоустанавливаемых уровней в резервуаре и дополнительном сосуде, при этом оба датчика давления должны быть полностью погружены в контролируемую жидкость, затем теми же датчиками и в тех же нижнем и верхнем уровнях производят измерение давления контролируемой жидкости Р_н и Р_в. Полученные данные используют для определения уровня и плотности жидкости в резервуаре по определенным математическим зависимостям, описанным в изобретении.

Недостатками данного способа являются сложность его реализации и невозможность применения в топливных баках транспортного средства.

Известен способ измерения плотности и уровня жидкости (RU, патент №2260776, МПК G01F 23/14, G01N 9/26, опубл. 20.09.2005 г.), заключающийся в размещении двух гидростатических датчиков давления одного над другим на известном фиксированном расстоянии в резервуаре с исследуемой жидкостью, фиксации значения давления нижнего датчика в момент перехода жидкостью уровня верхнего датчика, использовании этого зафиксированного значения в качестве эталонного для расчета значения плотности и уровня жидкости.

Недостатками данного способа являются невозможность определения плотности жидкости, если в процессе эксплуатации резервуар не опорожняется или не заполняется до уровня верхнего датчика, а также то, что результат измерений плотности и уровня жидкости зависит от угла наклона резервуара, что не позволяет применить данный способ на транспортном средстве.

Известен способ измерения плотности и уровня жидкости, принятый в качестве прототипа, предусматривающий установку в резервуар с исследуемой жидкостью двух датчиков давления друг над другом на фиксированном расстоянии, фиксацию значений смещения нуля нижнего и верхнего датчиков, когда уровень жидкости находится ниже их уровней, фиксацию разности значений давлений нижнего и верхнего датчиков, когда уровень жидкости находится немного выше уровня верхнего датчика, вычисления плотности и уровня жидкости по полученной фиксированной разнице давлений и значениям смещения нуля датчиков. Если уровень жидкости не опускается ниже уровня нижнего датчика, то в резервуаре размещают между верхним и нижним датчиками на фиксированном расстоянии от нижнего датчика средний датчик давления. По фиксированной разности давлений между нижним и верхним датчиками, фиксированной разности давлений между нижним и средним датчиками и значениями смещения нуля среднего и верхнего датчиков определяют смещение нуля нижнего датчика (RU, патент №2441204, МПК G01F 23/14, опубл. 27.01.2012 г.).

Недостатком данного способа является то, что результат измерений плотности и уровня жидкости зависит от угла наклона резервуара, что не позволяет применить способ на транспортном средстве.

Техническим результатом изобретения являются возможность измерения плотности и уровня топлива в топливных баках транспортного средства, автоматическая компенсация дополнительной погрешности измерения при изменении угла наклона топливного бака относительно поверхности земли, автоматизация процесса измерения.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе автоматического контроля уровня и плотности топлива в топливном баке, заключающемся в том, что два датчика давления размещают в топливном баке на фиксированном расстоянии друг над другом, фиксируют значение смещения нуля нижнего и верхнего датчиков давления, когда уровень топлива находится ниже их уровней, фиксируют значения давлений нижнего и верхнего датчиков давления, когда уровень топлива находится выше уровня верхнего датчика давления, датчики давления размещают симметрично относительно вертикальной оси симметрии топливного бака на фиксированном расстоянии друг от друга по горизонтали и по вертикали, на поверхности бака размещают датчик угла наклона, фиксируют значение угла наклона топливного бака относительно поверхности земли по месту установки датчиков давления, плотность ρ и уровень h топлива определяют по формулам:

где h и ρ - уровень и плотность топлива в топливном баке;

Р₂ и P₁ - значения давления нижнего и верхнего датчиков давления соответственно;

Ρ₀₂ и P₀₁ - значения смещения нуля нижнего и верхнего датчиков давления соответственно;

h₁ и а - фиксированные расстояния между датчиками давления по вертикали и по горизонтали соответственно;

α - угол наклона топливного бака относительно поверхности земли по месту установки датчиков давления;

g - ускорение свободного падения.

Сущность предлагаемого способа поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема размещения оборудования для измерения уровня и плотности топлива в топливном баке, на фиг. 2 - схема измерения уровня и плотности топлива при наклоне топливного бака на угол α относительно поверхности земли.

Способ осуществляется следующим образом (фиг. 1). Датчики давления 1 и 2 размещают в пустом топливном баке 3, симметрично относительно вертикальной оси симметрии топливного бака. Датчики давления 1 и 2 размещают на фиксированном расстоянии а по горизонтали друг от друга. Датчик давления 1 располагают выше датчика давления 2 на фиксированном расстоянии h₁. На поверхности топливного бака 3 закрепляют датчик 4 угла наклона, ориентированный осью измерения по месту установки датчиков давления 1 и 2. Датчики давления 1 и 2 и датчик 4 угла наклона соединяют с вычислительным блоком 5. Затем фиксируют датчиками давления 1 и 2 значения смещения нуля P₀₁ и Р₀₂ и сохраняют в вычислительном блоке 5. Заполняют топливом топливный бак 3, фиксируют значения давлений Р₁ и Р₂ датчиков давления 1 и 2 и значение угла α наклона топливного бака 3 относительно поверхности земли, измеряемое при помощи датчика 4 угла наклона, и передают в вычислительный блок 5. Вычисление уровня h и плотности ρ топлива в топливном баке 3 производят вычислительным блоком 5 с учетом угла α наклона топливного бака (см. фиг. 2). При изменении наклона топливного бака на угол α изменяется и разница уровней топлива, контролируемых датчиками давления 1 и 2 с величины h₁ до величины h₂. Величину h₂ разницы уровней топлива в этом случае рассчитывают исходя из свойств прямоугольных треугольников abh₁ и a₁bh₂:

Также при изменении угла наклона топливного бака 3 изменяется и уровень топлива под верхним датчиком давления 1 с величины h₁ до величины h₃ (фиг. 2). Величина неконтролируемого датчиком давления 1 уровня h₃ в этом случае равна:

В случае, когда угол наклона α топливного бака по месту установки датчиков давления 1 и 2 относительно поверхности земли равен нулю, значения h₂ и h₃ становятся равны h₁.

Вычисление плотности топлива ρ в топливном баке производят вычислительным блоком 5 автоматически с учетом величины h₂ по формуле:

где ΔР - разница давлений нижнего и верхнего датчиков давления за вычетом значений смещений нуля указанных датчиков.

Вычисление уровня топлива h в топливном баке производят вычислительным блоком 5 автоматически как среднее арифметическое от уровней, контролируемых датчиками давления 1 и 2 с учетом величины h₃ по формуле:

Таким образом, результат измерений плотности ρ и уровня h топлива в топливном баке не зависит от угла наклона топливного бака относительно поверхности земли, поскольку автоматически корректируется вычислительным блоком, что позволяет использовать данный способ на подвижных объектах, таких как тяговые транспортные средства и путевые машины железнодорожного транспорта, а также на других транспортных средствах с дизельными двигателями.

Способ автоматического контроля уровня и плотности топлива в топливном баке, заключающийся в том, что два датчика давления размещают в топливном баке на фиксированном расстоянии друг над другом, фиксируют значение смещения нуля нижнего и верхнего датчиков давления, когда уровень топлива находится ниже их уровней, фиксируют значения давлений нижнего и верхнего датчиков давления, когда уровень топлива находится выше уровня верхнего датчика давления, отличающийся тем, что датчики давления размещают симметрично относительно вертикальной оси симметрии топливного бака на фиксированном расстоянии друг от друга по горизонтали и по вертикали, на поверхности бака размещают датчик угла наклона, фиксируют значение угла наклона топливного бака относительно поверхности земли по месту установки датчиков давления, плотность ρ и уровень h топлива определяют по формулам:


где h и ρ - уровень и плотность топлива в топливном баке;
P₂ и P₁ - значения давления нижнего и верхнего датчиков давления соответственно;
P₀₂ и P₀₁ - значения смещения нуля нижнего и верхнего датчиков давления соответственно;
h₁ и a - фиксированные расстояния между датчиками давления по вертикали и по горизонтали соответственно;
α - угол наклона топливного бака относительно поверхности земли по месту установки датчиков давления;
g - ускорение свободного падения.