Система измерения уровня заправки Российский патент 2020 года по МПК G01F23/26 

Система относится к средствам измерения и системам контроля заправки компонентами топлива летательных аппаратов, основаны на измерении электрической емкости воздушного конденсатора, заполняемого контролируемой жидкостью. Изменение электрической емкости происходит вследствие разницы диэлектрических проницаемостей жидкости и газа на границе раздела.

Известны устройства и системы контроля уровня жидкости, использующие емкостной принцип измерения (US 2008276704 (А1) МПК G01F 23/26 от 13.11.2008, WO 2007092832 (А2) МПК H04Q 9/00 от 16.08.2007, WO 2006122173 (А2) МПК G01F 23/26 от 16.11.2006, WO 2008121661 (А1) МПК G01F 23/266 от 09.10.2008, US 2004225463 (А1) МПК B60R 16/0232 от 11.11.2004, US 6502460 (В1) МПК F01M 11/12 от 07.01.2003, RU 2156445 С1 МПК G01F 23/26, бюлл. №26 от 20.09.2000, RU 2532946 С1 МПК B64D 37/00, В64С 17/10, G01F 9/00, G01F 23/22, бюлл. №32 от 20.11.2014, RU 2445585 С1 МПК G01F 23/26, бюлл. №8 от 20.03.2012, RU 2567018 С9 МПК G01F 23/26, G01R 17/00, бюлл. №4 от 00.02.2016, RU 2262669 С2 МПК G01F 23/26, G01R 17/00, бюлл. №29 от 20.10.2005, SU 200799 А1 МПК G01F 23/26 от 00.00.1967, SU 1002842 А1 МПК G01F 23/26 от 07.03.1983, RU 2262668 С2 МПК G01F 23/26, G01R 17/00, бюлл. №29 от 20.10.2005, WO 1999010714 А1 МПК G01C 9/20 от 04.03.1999), содержащие бортовую и наземную части, соединенные наземной кабельной сетью, передающей сигналы бортовых датчиков уровня в пульт оператора.

Недостатком аналогов является нестабильность показаний, зависящих от емкости кабелей связи, необходимость проведения сложных калибровочных операций перед заправкой ракеты, зависимость показаний от типа контролируемой жидкости, температуры и других климатических факторов, громоздкость и длительность подготовительных операций, связанных с проверкой контактов кабелей связи между бортом и пультом оператора, вызванные повышенной ответственностью процесса подготовки ракеты к пуску. Большая длина кабельной трассы приводит проблеме паразитной емкости. Поскольку основой работы системы является измерение емкости датчика уровня, а сама аппаратура (измерительные крейты) находятся в комнате управления заправкой, то система измеряет не только собственную емкость датчика, но и емкость всей кабельной сети до него. Для точного получения значения уровня компонентов топлива при подготовке стартового комплекса к пуску необходимо учесть емкость кабельной сети или применять специальные, довольно сложные методики измерений, разработанные в указанных выше изобретениях.

Прототипом заявляемого изобретения является система измерения уровня заправки (патент № RU 2414687 C1 МПК G01F 23/26, бюлл. №8 от 20.03.2011), состоящая из бортовой и наземной частей, причем бортовая часть содержит бортовые внутрибаковые емкостные датчики уровня жидкости; бортовые измерители уровня (БИУ) по одному на каждый бак в виде электронных блоков преобразования аналогового сигнала об уровне жидкости с датчиков в цифровое значение, бортовую кабельную сеть для соединения элементов системы; наземная часть включает пульт оператора системы соединенный с бортовой частью наземной кабельной сети.

Это техническое решение позволяет уменьшить влияние емкости кабеля связи на результат измерения уровня, так как сигнал датчика уровня топлива передается в цифровом виде по наземной кабельной линии связи. Однако это не устраняет полностью все недостатки, связанные с наличием кабельной сети между бортовой и наземной частями системы заправки. Кроме того, недостатком прототипа является расположение электронных блоков измерителей уровня непосредственно на борту ракеты, которые сгорают после пуска. Кроме того, ракетоноситель с БИУ на борту применяется только на космодроме «Восточный». Запуск такой ракеты невозможен с других стартовых комплексов.

Поставлена задача: устранить кабельную (гальваническую) связь между бортовой и наземной частями системы, и таким образом расширить функциональные возможности систем заправки, с точки зрения их применения на разных видах ракет и стартовых комплексов.

Поставленная задача решается за счет того, что в известной системе измерения уровня заправки, содержащей датчики, выходы которых подключены ко входам электронных блоков измерения уровня и состоящие из бортовой и наземной частей, причем бортовая часть содержит внутрибаковые емкостные датчики уровня топлива, бортовую кабельную сеть соединяющую выходы датчиков и другие элементы с выходным разъемом системы; наземная часть содержит пульт оператора, включающий линию связи для передачи информации об уровне топлива в блок обработки на пульте оператора, согласно изобретению блоки измерения уровня вынесены за борт ракеты и включены в состав микропроцессорного устройства обработки и передачи данных, подключенного к выходному разъему ракеты в момент заправки, и состоящего из контроллера, преобразующего сигналы датчика в цифровой код, а линия связи выполнена на основе радиомодулей, вход которой подключен к выходу устройства обработки, а выход подключен ко входу блока обработки на пульте оператора.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена упрощенная структурная схема системы заправки ракеты, содержащая следующие элементы: 1 - бак окислителя, 2 - бак горючего, 3 - датчик уровня топлива окислителя, 4 - датчик уровня топлива горючего, 5 - бортовая кабельная сеть, 6 - внешний бортовой разъем, 7 - микропроцессорное устройство обработки и передачи данных, 8 - линия связи, 9 - радиомодули, 10 - блок обработки, 11 - пульт оператора.

Система заправки работает следующим образом. При подаче топлива в баки окислителя 1 и горючего 2, размещенные на борту датчики уровня 3, 4. выдают аналоговые сигналы в виде изменения емкости, напряжения или частоты, в зависимости от конкретного вида используемого датчика. Эти сигналы передаются по бортовой кабельной сети 5 на выходной разъем 6, к которому подключается микропроцессорное устройство обработки и передачи данных (сигнальный контроллер) 7. Выбор программы приема и обработки сигналов в контроллере 7, а также ввод исходных данных, связанных с учетом конструкционных параметров датчиков осуществляется со встроенной в него панели управления. Осуществляя аналого-цифровое преобразование сигналов и предварительную обработку данных по каким-либо алгоритмам, зависящим от типа используемых датчиков, контроллер передает результаты на линию связи 8, состоящую из радиомодулей 9. Полученные данные поступают в микропроцессорный блок приема и обработки информации 10, расположенный в пульте оператора 11. Линия связи может быть многоканальной и передавать информацию на пульт оператора от каждого бака ракеты и от каждого датчика в отдельности. Переданная на пульт оператора информация используется для визуального и автоматического контроля уровня заправки и передается в другие системы управления ракетоносителя. Отметим, что функции первичной и последующей обработки измерительной информации могут быть оптимально распределены между контроллерами 7 и 10.

Такая конфигурация системы заправки позволяет использовать ее для различных датчиков на борту ракеты, так как сигнальный контроллер может содержать в себе различные программы обработки данных, адаптированных под разный диапазон и виды сигналов, реально выдаваемых используемыми на борту датчиками. Кроме того в контроллере закладываются алгоритмы обработки, позволяющие учитывать емкость бортовой кабельной сети, что повышает точность измерений и облегчает дальнейшую обработку сигнала в электронных блоках пульта оператора. Применение радиомодулей для передачи данных дает очевидные преимущества, связанные с отсутствием наземной кабельной линии связи.

Изобретение относится к средствам измерения и системам контроля заправки компонентами топлива летательных аппаратов. Сущность: система измерения уровня заправки состоит из бортовой и наземной частей и содержит датчики, выходы которых подключены ко входам электронных блоков измерения уровня. Бортовая часть содержит внутрибаковые емкостные датчики уровня топлива, бортовую кабельную сеть, соединяющую выходы датчиков и другие элементы с выходным разъемом системы. Наземная часть содержит пульт оператора, включающий линию связи для передачи информации об уровне топлива в блок обработки на пульте оператора. Блоки измерения уровня вынесены за борт летательного аппарата и включены в состав микропроцессорного устройства обработки и передачи данных, подключаемого к выходному разъему летательного аппарата в момент заправки. Микропроцессорное устройство состоит из контроллера, преобразующего сигналы датчика в цифровой код. Линия связи выполнена на основе радиомодулей, вход которой подключен к выходу устройства обработки, а выход подключен ко входу блока обработки на пульте оператора. Технический результат: расширение функциональных возможностей. 1 ил.

Система измерения уровня заправки, содержащая датчики, выходы которых подключены ко входам электронных блоков измерения уровня и состоящая из бортовой и наземной частей, причем бортовая часть содержит внутрибаковые емкостные датчики уровня топлива, бортовую кабельную сеть, соединяющую выходы датчиков и другие элементы с выходным разъемом системы; наземная часть содержит пульт оператора, включающий линию связи для передачи информации об уровне топлива в блок обработки на пульте оператора, отличающаяся тем, что блоки измерения уровня вынесены за борт ракеты и включены в состав микропроцессорного устройства обработки и передачи данных, подключаемого к выходному разъему ракеты в момент заправки, и состоящего из контроллера, преобразующего сигналы датчика в цифровой код, а линия связи выполнена на основе радиомодулей, вход которой подключен к выходу устройства обработки, а выход подключен ко входу блока обработки на пульте оператора.