Способ определения количества жидкого вещества в баке Советский патент 1992 года по МПК G01G17/04 

Изобретение относится к эксплуатации авиационной техники и может быть использовано при подготовке авиационной техники к полетам, в частности, для определения невырабатываемых остатков топлива в баках, для контроля показаний и тарировки топливомеровитаким образом для повышения безопасности полетов.

Известен способ определения массы жидкости, при котором возбуждаются колебания жидкости линейного типа в лотке, из- меряют резонансную частоту и по резонансной частоте определяют массу вещества. Но при этом нельзя достигнуть большой точности измерения частоты и, как следствие, массы вещества, так как жидкость ведет себя не как жесткая присоединенная масса, по формуле которой производится перерасчет частоты в массу вещества. К тому же не учитывается, что при колебаниях системы с жидким наполнителем силы, участоующие в колебаниях, не пропорциональны обобщенным перемещениям.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ измерения количества

жидкого или сыпучего вещества в резервуаре, заключающийся в том, что возбуждают колебания бака и измеряют амплитуду колебаний, по величине которой судят о массе вещества в резервуаре.

Однако известный способ имеет следующие недостатки. В связи с тем, что упругие диссипативные силы имеют нелинейный характер и непропорциональны соответствующим перемещениям объекта, то величина амплитуды колебаний во времени будет изменяться в зависимости от степени наполнения резервуара (бака), а следовательно, и от массы вещества, находящегося в баке. Таким образом,- измеряемая в указанном способе амплитуда колебаний будет иметь нестабильную величину, что приведет к большим погрешностям в измерении массы вещества.

Цель изобретения - повышение точности.

Это достигается тем, что в способе определения жидкого вещества в баке, заключающемся в возбуждении колебаний бака и измерении амплитуды колебаний, возбуждают резонансные колебания нелинейного типа, выделяют максимальную амплитуду

(Л

С

vi

VJ

СЛ О

колебаний и поддерживают ее постоянной во времени путем регулирования величины подводимой энергии, определяют частоту резонансных автоколебаний, по которым определяют массу жидкого вещества.

Способ определения количества жидкого вещества в баке поясняется устройством, представленным на чертеже, с указанием форм сигналов на выходе с индукционного датчика (а), на выходе с усилителя возбуждения (б) и после стабилизации (в) на входе в силовозбудитель.

Предлагаемый способ определения количества жидкого вещества в баке, преимущественно топлива в крыльевых баках летательного аппарата, реализован на крыле летательного аппарата следующим образом с помощью динамического вибровозбудителя, содержащего электровибраторы 1, силопередающее устройство

2,индукционный электромагнитный датчик

3,усилитель низкой частоты 4, постоянный магнит5, электронно-счетный частотомер 6. Принцип действия динамического вибровозбудителя основан на образовании самовозбуждающегося замкнутого контура, состоящего из крыла с баком 7, датчиков 3, усилителя низкой частоты и электровибраторов 1. Крыло с баком 7 в этом контуре является частотно-избирательным звеном, позволяющим возбуждать колебания только с авторезонансной частотой. Для поддер- жания амплитуды колебаний на максимальном уровне, устройство снабжено блоком выделения активной мощности 8 и микро-ЭВМ 9 (или БЦВМ самолета). Для переключения цепей коммутации при стабилизации амплитуды колебаний предусмотрен блок согласования сигналов 10, управляемый с помощью микро-ЭВМ 9. Источник электропитания -11.

Первоначально с целью получения зависимости частоты авторезонансных колебаний от массы жидкого вещества в баке определялась частота авторезонансных колебаний конструкции (крыла) с пустыми (сухими) баками. При этом вывод системы на режим авторезонансных колебаний осуществляется следующим образом. Крылу с баком 7 сообщается первоначальный импульс колебаний. Индукционный электромагнитный датчик 3, двигаясь совместно с крылом 7, пересекает магнитное поле постоянного магнита бив нем наводится сигнал в виде ЭДС индукции, С индукционного датчика 3 сигнал в виде ЭДС поступает на усилитель низкой частоты 4. Усиленный в усилителе 4 сигнал подается на обмотки электровибраторов 1, создавая магнитное поле, которое, воздействуя на силопередающее устройство 2, жестко закрепленное на конструкции 7, вызывает его колебательное движение, а вместе с ним и колебательное движение крыла 7. Таким образом крыло с баком 7

выходит на режим автоколебаний. Замеренная с помощью частотомера 6 частота авторезонансных изгибных колебаний крыла с сухими баками принимается за первую эталонную частоту. Затем в баки заливались

0 i-гые порции топлива по m кГ каждая. После заливки очередной i-той порции топлива регистрировались показания частотомера 6 и производился обзор амплитуд колебаний с помощью микро-ЭВМ - 9 (величин частот

5 авторезонансных колебаний f и амплитуд колебаний А, соответствующих фактическому количеству топлива Mi в баке). Данные по количеству топлива и соответствующим ему частотам и амплитудам авторезонанс0 ных колебаний (по времени) вводились в память ЭВМ-9, при этом заполнение баков проводилось до их максимального наполнения, а замеренная частота авторезонансных колебаний крыла 7 с полными баками (100%

5 заполнения) принималась за вторую эталонную частоту. Во всех случаях возбуждения в системе крыло-бак-топливо авторезонансных колебаний с помощью динамического вибровозбудителя влияние

0 диссипативных сил колеблющегося топлива в баке на частоту колебаний основного тона происходило по определенному закону в зависимости от уровня и соответственно массы залитого в бак топлива (жидкого

5 вещества). Максимальное влияние диссипативных сил колеблющегося жидкого вещества на частоту собственных (авторезонансных) колебаний системы происходит в областях до 25...30% или более

0 75% заполнения объема бака (до 85...90%). В этих зонах заполнения бака амплитуда колебаний является нестабильной, что в свою очередь приводит к нестабильности и частоте авторезонансных колебаний. Не5 стабильность амплитуды колебаний системы крыло-бак-топливо заключается в том, что силы, участвующие в колебаниях бака с жидким наполнителем (веществом), не пропорциональны обобщенным переме0 щениям, а упругие диссипативиые силы имеют нелинейный характер.

При выходе системы на авторезонансный режим колебаний производился с помощью микро-ЭВМ 9, обзор амплитуд

5 колебаний - по времени. В память ЭВМ вводились данные по величинам пиков амплитуд колебаний за период от одного максимума до следующего и производилось сравнение с эталонными. По данным измерений ЭВМ 9 выдавала команду на блок

выделения активной мощности 8, который в свою очередь изменением подводимой энергии, стабилизировал амплитуду колебаний по ее максимальной величине. Одновременно микро-ЭВМ 9 посылала сигнал на блок согласования сигналов 10, который переключал цепь усилитель низкой частоты - электровибраторы (цепь подачи усиленного сигнала) на цепь, связывающую блок вы- деления активной мощности 8 с электровибраторами (электромагнитами) 1. При этом форма подаваемого на электромагниты сигнала соответствовала синусоидальной. При стабилизации процесса колебаний по амплитуде и частоте с помощью электронно-счетного частотомера 6 производился замер частоты авторезонансных колебаний крыла с баками 7, по которой определяли массу жидкого вещества в баке.

Предлагаемый способ определения количества жидкого вещества в баке, преимущественно топлива в крыльевых баках, может быть реализован на любом типе лета- тельного аппарата.

Формула изобретения Способ определения количества жидкого вещества в баке, заключающийся в том,

что возбуждают колебания бака и измеряют их амплитуду, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, возбуждают резонансные автоколебания нелинейного типа, выделяют максимальную амплитуду

колебаний и поддерживают ее постоянной во времени путем регулирования величины подводимой энергии, определяют частоту резонансных автоколебаний, по которым определяют массу жидкого вещества.

Использование: приборостроение. Сущность изобретения: возбуждают резонансные нелинейного типа автоколебания бака и измеряют их амплитуду. Выделяют максимальную амплитуду колебаний и поддерживают ее постоянной во времени путем регулирования величины подводимой энергии, определяют частоту резонансных автоколебаний с помощью частотомера, по которым определяют массу жидкого вещества в баке. 1 ил.

MSWM/W/MMMMS/////SSJ