Измерительный модуль системы контроля уровня заправки

Функциональная схема измерительного модуля

Представлена функциональная (структурная) схема устройства измерения[12],.

Первый измерительный вход подключен к второму выходу эталона и выходу генератора синусоидального напряжения (ГСН), а измерительные входы с второго по (n+1)-ый подключены к соответствующим входам многоканального блока переключения (БП). ГСН подключен через управляющий вход к первому выходу блока управления по частоте (БУЧ). Выход БП через последовательно соединенные преобразователь ток-напряжение (ПТН), масштабный усилитель (МУ) и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) подключен к первым выходам вычислителя электрической емкости (ВЭЕ) и вычислителя активного сопротивления (ВАС), а также к первому входу блока управления измерением (БУИ). Выходы БУИ подключены соответственно к управляющим входам БП, МУ и АЦП, а также к первому входу БУЧ и к вторым входам ВЭЕ и ВАС. Управляющий вывод БУИ подключен к управляющему выводу блока управления режимами (БУР). Выходы БУР подключены соответственно к второму входу БУЧ, к входу блока задания схемы замещения (БЗСЗ), к первому входу вычислителя полного приращения электрической емкости (ВПП), к первому входу вычислителя уровня (ВУ), к первому входу вычислителя текущего приращения электрической емкости (ВТП) и к входу блока управления переключением (БУП). Выход БУП подключен к второму управляющему входу БП. Выход ВЭЕ подключен к второму входу ВТП и к второму входу ВПП. Выход ВПП подключен к второму входу ВУ. Третий и четвертый входы ВЭЕ и ВАС подключены соответственно к выходу БЗСЗ и к второму выходу БУЧ. Выход ВТП подключен к третьему входу ВУ. В свою очередь выход ВУ, а также выходы ВАС и БУП являются выходами устройства.

Признаки, характеризующие подключение емкостных датчиков уровня (ЕДУ) через измерительные входы, с одной стороны, через БП к входу ПТН, с другой стороны, к выходу ГСН, обеспечивают исключение влияние длинной линии связи на результат измерения. Это объясняется тем, что ПТН, имеющий нулевое входное сопротивление, шунтирует со своей стороны паразитную емкость кабельной линии связи, которая не оказывает влияние на процесс определения параметров. С другой стороны, ГСН имеет очень малое выходное сопротивление и паразитная емкость линии связи также не оказывает влияния на ток через рабочую ЕДУ. Указанные признаки придают устройству новое качество, позволяющее проводить измерения параметров датчика, удаленного от средства измерения через линию связи. Совокупность признаков, характеризующих соединение БУЧ с ГСН и с ВЭЕ, а также соединение последнего блока через БУР с ВПП обеспечивает автоматизацию процесса настройки средств измерения и достижение повышения технологичности, ЕДУ при этом должен быть полностью погруженным.

Устройство имеет два режима работы: режим настройки устройства и непосредственно режим измерения уровня топлива.

Оба режима работы основаны на измерении электрической емкости ЕДУ, однако, прежде чем приступать к любому из режимов необходимо:

• — задать количество необходимых измерений в БУИ, поскольку ЕДУ является двухэлементным двухполюсником, то задается по два измерения для каждого датчика;
• — в БУЧ задать частоты щ1, щ2 на которых производятся измерения параметров;
• — задать значения диэлектрических проницаемостей окислителя и горючего в ВППЭЕ, а также диэлектрические проницаемости газовой среды;
• — из БЗСЗ в ВЭЕД и ВАСД, соответственно, задаются расчетные зависимости следующего вида:

; (2).

(3).

где: щ1, щ2, — заданные значения частот,.

R_ЭТ — значение сопротивления эталона,.

I_щ1, I_щ2 — значение токов;

— задать количество ЕДУ подключенных к устройству в БУПК, при этом подается сигнал, по которому через БП БУПК управляет подключением ПТН второго измерительного входа к измерительной цепи.

После приведения устройства в исходное состояние, начинается процесс настройки.

Режим настройки устройства начинается с того, что БУИ измеряет и фиксирует ток через ЕДУ и эталон, в качестве которого может быть использован резистор с заданным сопротивлением R_ЭТ.

После этого в ВЭЕД и ВАСД происходит вычисление и фиксация электрической емкости и активного сопротивления сухого ЕДУ, заданные выражениями (2) и (3). Данные значения передаются ВППЭЕ и ВТПЭЕ для дальнейших преобразований.

Затем ВППЭЕ вычисляется и фиксируется полное приращение электрической емкости ЕДУ, полностью погруженного в диэлектрического вещество, которое можно выразить следующей зависимостью:

(4).

где: С_СУХ — электрическая емкость сухого ЕДУ;

е_Ж — диэлектрическая проницаемость компонента топлива;

е_Г — диэлектрическая проницаемость газовой подушки, расположенной в баке ракеты над топливом.

Все данные вышеизложенных вычислений сохраняются в ячейке памяти ВУ соответствующей номеру измерения (измеряемого входа, иначе номеру ЕДУ).

Затем, пока число измерений не будет равно заданному, алгоритм настройки (вычисление токов, емкостей сухих и погруженных в жидкостное топливо ЕДУ, и активное их сопротивление, а также сохранение их в памяти устройства) будет повторяться с каждым ЕДУ. После всех измерений процесс настройки считается завершенным и алгоритм переходит к непосредственному измерению уровня компонентов топлива. Вычисленные при настройке значения электрической емкости полностью погруженных ЕДУ будут использоваться при вычислении уровня по каждому ЕДУ в режиме измерения уровня.

Первый шаг измерений уровня топлива полностью совпадает с первым шагом при настройке ЕДУ, т. е. измеряется и фиксируется ток, проходящий через ЕДУ и эталон. После этого в ВЭЕД и ВАСД происходят вычисление и фиксация текущей электрической емкости ЕДУ и в ВТПЭЕ вычисляется значение приращения, вычисляемого следующим образом:

(5).

где С_ТЕК — вычисленное на текущее значение электрической емкости ЕДУ заполняемого топливом. Данное значение приращения сохраняется в памяти ВУ.

Затем происходит непосредственное измерение уровня компонентов топлива в ВУ. Аналитическая зависимость электрической емкости заполняемого ЕДУ может быть представлена выражением.

(6).

где h — текущая высота погружения ЕДУ;

H — полная высота погружения датчика.

Из (6) следует, что вычисление уровня топлива производится из зависимости:

. (7).

Совокупность признаков, характеризующих соединение ВЭЕД с ВППЭЕ и ВТПЭЕ, а также соединение этих вычислителей с ВУ, обеспечивают реализацию выражения (7).Следует учесть, что вычисление электрической емкости сухого ЕДУ, полного приращения электрической емкости и текущего приращения электрической емкости произведено одним и тем же средством измерения с учетом влияния длинной ЛС, что обеспечивает исключение влияния ЛС на результат вычисления уровня компонентов топлива, поскольку из упомянутые в зависимости (7) С_СУХ, С_ПР и С_ТЕК определялись с учетом влияния, что практически исключеет влияние ЛС при решении выражения (7), что характеризует инвариантную работу устройства по отношению к ЛС.

Значение уровня заполнения ЕДУ (h/H) подается на выход устройства, с которым сопрягается аппаратура стартового комплекса. Аппаратура стартового комплекса управляет подачей через наземное технологическое оборудование компонентов топлива в баки ракеты.

Затем алгоритм переходит к анализу условия i=n. Условие не будет выполнено, пока не будут вычислены значения уровня заполнения каждого ЕДУ. При выполнении условия i=n БУР присвоит i в БУПК значение единица, в результате чего последний через БП подключит первый ИВ и процесс измерения уровня заполнения каждого ЕДУ повторится вновь. Процедура циклического измерения заполнения каждого ЕДУ будет продолжаться до тех пор, пока каждый бак ракеты не будет заправлен до требуемого уровня, согласно полетному заданию.

Первоначальные алгоритмы были почерпнуты из [5] и [11].