Спосіб визначення об’єму рідини у резервуарі

Спосіб визначення об'єму рідини у резервуарі, що заснований на вимірюванні рівня рідини за допомогою датчика рівня, за показниками якого методом аналітичної геометрії визначають коор динати точки перетину осі датчика з площиною вільної поверхні рідини в резервуарі, а також визначають положення цієї площини в системі координат, прив'язаної до резервуара, а потім методом інтегрування обчислюють об'єм рідини, що обмежений площиною вільної поверхні рідини та внутрішньою поверхнею резервуара, математична модель якої попередньо задана, який відрізняється тим, що для визначення положення площини вільної поверхні рідини в резервуарі додатково вимірюють напрямок сумарного вектора сил, що діють на рідину Винахід відноситься до способів призначених для контролю КІЛЬКОСТІ рідини у резервуарах транспортних засобів, в тому числі для визначення КІЛЬКОСТІ палива у баках літака Найбільш близьким аналогом до запропонованого винаходу є спосіб визначення об'єму рідини у резервуарі, патент України № 32382 МКІ G01F 17/00, 23/30, публ 15 12 2000 Бюл №7-11 Зазначений спосіб заснований на вимірюванні об'єму рідини за допомогою щонайменше трьох датчиків рівня рідини, причому зазначені датчики встановлені в резервуарі таким чином, що їх осі не лежать в одній площині, що дозволяє визначити положення вільної поверхні рідини по координатах точок перетину вільної поверхні рідини з осями датчиків рівня На основі отриманих даних методом інтегрування обчислюється об'єм рідини, що обмежений площиною вільної поверхні рідини та внутрішньою поверхнею резервуара, математична модель якої попередньо задана До недоліків даного способу відноситься обмежена можливість його застосування, зокрема, коли конструкція резервуара не дозволяє розмістити три датчика рівня таким чином, щоб забезпечити необхідну точність вимірювання Крім того, в експлуатації знаходиться значна КІЛЬКІСТЬ літаків що потребують модернізації систем визначення КІЛЬКОСТІ пального, в баках яких встановлено по одному датчику рівня пального, що робить несприйнятним відомий спосіб визна чення КІЛЬКОСТІ пального в баках літаків Запропонований спосіб дозволяє виключити зазначені недоліки Завданням винаходу є створення способу визначення КІЛЬКОСТІ рідини у резервуарі, в якому за рахунок визначення напрямку сумарного вектора сил, що діють на рідину, та показниках лише одного датчика рівня, визначається положення площини вільної поверхні рідини, що дозволяє врахувати вплив еволюцій літака під час польоту (крен, тангаж, прискорення і т п) на результати вимірювання Поставлене завдання досягається тим, що у способі визначення об'єму рідини у резервуарі, що заснований на вимірюванні рівня рідини за допомогою датчика рівня, за показниками якого методом аналітичної геометрії визначають координати точки перетину осі датчика з площиною вільної поверхні рідини в резервуарі, а , також визначають положення цієї площини в системі координат, прив'язаної до резервуара, а потім методом інтегрування обчислюють об'єм рідини, що обмежений площиною вільної поверхні та внутрішньою поверхнею резервуара, математична модель якої попередньо задана, згідно з винахідом для визначення положення площини вільної поверхні рідини в резервуарі додатково вимірюють напрямок сумарного вектора сил, що діють на рідину Для визначення положення вільної поверхні в винаході використана відома властивість - площина вільної поверхні рідини завжди перпендикулярна напрямку сумарного вектора сил, що діють на рідину CO 00 (О Під час польоту на різних його етапах (зліт, набір висоти, горизонтальний політ з еволюціями і т п ) літак займає різне положення відносно горизонту, тобто напрямок сили змінюється в широко 47683 му діапазоні і ВІДПОВІДНО ЗМІНЮЄТЬСЯ положення площини вільної поверхні палива в баці Для здійснення запропонованого способу у паливному баці встановлюють датчик рівня та засіб, що визначає напрямок сумарного вектора сил, що діють на рідину Це є необхідною і достатньою умовою для визначення положення площини вільної поверхні пального Як зазначений засіб може використовуватись, наприклад, сукупність трьох акселерометрів, що розміщюють таким чином, щоб напрямок їх осей співпадав з напрямком осей системи координат X, Y, Z По показникам датчика рівня визначають координати Х-і, Y-i, Zi точки перетину його осі з площиною вільної поверхні пального, а акселерометрами визначають проекції сил А, В, С, що діють на рідину ВІДПОВІДНО на осі X, Y, Z По результатам вимірювання обчислюють коефіцієнти рівняння площини вільної поверхні палива будь-яким методом аналітичної геометрії Наприклад А (X - Хі) + В (Y - Yi) + С (Z Після перетворення одержимо рівняння площини вільної поверхні у вигляді АХ + BY + CZ + D = О, де D = - (АХі + BYi + Після визначення положення площини вільної поверхні палива одним із методів трьохмірного інтегрування розраховують об'єм, що обмежений вільною поверхнею палива та внутрішньою поверхнею бака, математична модель якої попередньо задана Одним із можливих варіантів розрахунку може бути наступний Бак умовно ділять площинами паралельними площинам YOZTa YOX на елементарні стовпчики Для кожного стовпчика знаходять центральну вісь, що паралельна осі YTa є найбільш наближена до лінії центрів мас Далі визначають координати точок перетину площини вільної поверхні та осей елементарних стовпчиків по формулі Yn = 4 (АЦП) інформації з датчика рівня рідини і акселерометрів Приклад конкретного використання У трьохмірній системі координат попередньо задають координати внутрішніх обводів бака (математичну модель бака) та рівняння осі ємкістного датчика рівня, що встановлений у баці Датчики, що вимірюють сили прискорення (акселерометри), розміщують в центрі системи координат так, щоб їх осі співпадали з осями координат Для датчика рівня будується градуїровочна залежність між рівнем пального у баці та координатами X, Y, Z точки перетину осі датчика рівня та вільної поверхні пального Після збору інформації з датчика рівня по градуїровочній таблиці знаходять координати точки, що лежить на перетині осі датчика з вільною поверхнею пального Х-і, Y-і, Z^\, а по показниках акселерометрів визначають проекції сил прискорення А, В, С ВІДПОВІДНО на осі X, Y, Z Після підстановки одержаних величин знаходять коефіцієнт D = -(АХі + BYi + CZ-i), а площина, визначена по рівнянню A X + B Y + C Z + D = O i e площиною вільної поверхні рідини Одним із способів трьохмірного інтегрування розраховуємо об'єм, що обмежений площиною вільної поверхні та внутрішніми обводами бака, координати яких попередньо задані Наприклад один із баків літака Ан-140 умовно розділений на 9 частин Координати точок перетину площини вільної поверхні і осей цих частин визначені по залежності зведені в таблицю 1 Табл 1 п= 1 Y1 = п= 2 Y2 = п= 3 Y3 = п= 4 Y4 = п= 5 Y5 = п= 6 Y6 = п= 7 Y7 = п= 8 Y8 = АХп + CZn = D в де Xn ,Yn та Zn - координати точки перетину осі п-го стовпчика з площиною вільної поверхні палива (всього стовпчиків N) Для кожного стовпчика заздалегідь розрахована градуїровочна таблиця, що визначає залежність Vn = f(Yn), де Vn - об'єм рідини в стовпчику По знайденій координаті Yn визначають об'єми всіх N стовпчиків, а об'єм пального в баці знаходять як сумму об'ємів елементарних стовпчиків по формулі N V=£Vn п=1 Описаний вище спосіб розрахований на реалізацію його апаратурним забезпеченням на базі процесора та аналого-цифрового перетворювача АХп + CZn = D Yn = — -y4429.8 + C 2 3 5 . 1 + D В -y4413.4 + C681.0+D В -y4396.4 + C1104.0 + D В -y4384.8 + C1581.4 + D В -y4361.0 + C2022.0 + D В -y4347.4 + C2430.0 + D В -y4331.0 + C2931.0 + D В -y4314.5 + C3380.0 + D В 47683 5 n=9 Y9 = -Л296. 0 + C3823П + D В Градуїровочні таблиці 2 для кожної частини попередньо розраховані і мають слідуючий вигляд Табл 2 n=2 п =1 Yi -312 -307 -302 -297 0 Y2 Yi(n) 0 0 -297 0 0 35 -292 0 1 40 -287 9 2 76 -283 120 6 0 п =6 Y6 Ye(n) -241 5 0 -236 5 0 1626 -231 5 1 328 -227 4 2 557 0 73 7 9 9 9 8 n=3 Y2(n) 0 0 348 1 379 2 698 108 2 n=7 Y7 -227 4 -222 4 -217 4 -213 3 0 Y3 -283 -278 -273 -269 0 8 8 8 7 Y7(n) 0 0 1312 1 3285 2 523 65 4 Як приклад розрахунків вибираємо умови, коли літак розвертається вправо зі зниженням Нехай в цьому випадку проекція сили тяжіння будуть виміряні за допомогою акселерометрів і складуть по осям X A=(lg)cos60, Y B=(lg)cos90, Z O(lg)cos60 Нехай АЦП величину Ig визначає як 100 одиниць Тоді коефіцієнти А, В, С будуть дорівнювати А = -0, В = -86 6, С = 50 Координати точки перетину осі датчика рівня з площиною вільної поверхні будуть визначені як Хі = -550, Yi = -185, Zi = 2265 По ВІДОМІЙ залежності розраховуємо коефіцієнт D, D = - (АХі + BYi + CZi = -(-550 х 0 - 185 х (86 6) + 2265 х 50) = -(16021 + 113250) = -129271 n=4 Y3(n) 0 0 257 1 365 2 661 98 7 Y8 -213 3 -208 3 -203 3 -199 2 0 Y4 -269 -264 -259 -255 0 n=8 7 7 7 6 Y4(n) 0 0 225 1 353 2 627 89 8 Ys(n) 0 0 0998 1 3285 2 488 58 3 n=5 Y5 Ys(n) -255 6 0 -250 6 0 196 -245 6 1 341 -241 5 2 592 0 81 4 n=9 Y9 Yg(n) -199 2 0 -194 2 0 0684 -189 2 1 291 -185 1 2 4533 0 51 2 Тоді Y1 = - (- 0 х 429 8 + 50 х 235 - 129271 )/(-86 6) = -1357, Y2 = - (50 х 681 0 -129271 )/(-86 6) = -1099, Y3= - (50 х 1104 0 -129271 )/(-86 6) = - 855, Y4= - (50 х 1581 4 - 129271 )/(-86 6) = -580, Y5= - (50 х 2022 0 -129271 )/(-86 6) = -325, Y6= - (50 х 2430 0 -129271 )/(-86 6) = -90, Y7= - (50 х 2931 0 - 129271 )/(-86 6) = 199, Y8= - (50 х 3380 0 -129271 )/(-86 6) = 459, Y9= - (50 х 3823 7 -129271 )/(-86 6) = 641 Далі по Табл 2 знаходимо V1 = 0, V2 = 0, V3 = 0, V4 = 0, V5 = 0, V6 = 43, V7 = 65 4, V8 = 58,3, V9=51,2 Об'єм пального в баці буде дорівнювати сумі об'ємів частин V = 217,9 літрів Спосіб, згідно з винаходом, забезпечує визначення КІЛЬКОСТІ пального у баці літака при наявності лише одного датчика рівня та трьох датсиківакселерометрів з достатньою точністью, причому на точність визначення не впливають еволюції літака під час польоту ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71