Спосіб визначення рівня, температури та октанового/цетанового числа палива

Реферат: Спосіб визначення рівня, температури та октанового/цетанового числа палива включає визначення рівня палива за допомогою датчика, виконаного у вигляді принаймні одного провідника, шляхом посилання у паливо зондувального сигналу, приймання відбитого сигналу при входженні зондувального сигналу в паливо, визначення довжини незануреної частини датчика за часом затримки відбитого сигналу при входженні зондувального сигналу в паливо відносно зондувального сигналу і визначення рівня палива за довжиною незануреної частини датчика. Виходячи з рівня палива, за тарувальною таблицею визначають об'єм палива, додатково приймають відбитий сигнал від кінця зануреної частини датчика. Проводять обробку поточної рефлектограми для визначення за її формою електрофізичних параметрів палива, які виступають як вхідні для штучної нейронної мережі, яка попередньо пройшла навчання еталонними паливами з відомими параметрами, за допомогою якої визначають поточні значення температури та октанового/цетанового числа палива. UA 68865 U (12) UA 68865 U UA 68865 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до вимірювальної техніки і може бути використана для вимірювання рівня палива, температури та октанового або метанового числа палива. Відомо про спосіб визначення рівня, меж поділу і температури рідких та сипких середовищ (патент України №11006 МПК G01F23/28, 1993р.). Спосіб містить в собі те, що виробляють генератором зондуючих імпульсів сигнал, який являє собою накладення відеосигналу і сигналу перепаду напруги, за допомогою чутливого елемента, що виконаний у вигляді двох ізольованих один від одного провідників, випромінюють у контрольоване середовище, приймають відбитий сигнал, за допомогою послідовно з'єднаних стробоскопічного перетворювача, аналогоцифрового перетворювача та обчислювального пристрою виконують обробку прийнятого сигналу і за його формою визначають межі поділу та температури середовищ. Однак даний спосіб не дозволяє визначити інші фізичні характеристики рідких середовищ. Загальними зі способом, що заявляється, є такі ознаки: виробляють генератором зондуючих імпульсів сигнал, що випромінюється за допомогою чутливого елементу у контрольоване середовище, приймають відбиті сигнали за допомогою послідовно з'єднаних стробоскопічного перетворювача, аналого-цифрового перетворювача та обчислювального пристрою виконують обробку прийнятого сигналу. Відомо також про спосіб визначення фізичних характеристик середовищ (патент України на корисну модель №11758, МПК G01B15/02, 16.01.2006р.). Тут у контрольоване середовище посилається зондувальний сигнал за допомогою принаймні частково зануреного у контрольоване середовище датчика, виконаного у вигляді принаймні одного провідника, приймають відбитий сигнал від кінця зануреної у контрольоване середовище частини датчика, визначають фізичну довжину зануреної частини датчика, за часом затримки відбитого сигналу від кінця зануреної у контрольоване середовище частини датчика відносно зондувального сигналу при входженні в контрольоване середовище визначають електромагнітну довжину зануреної у контрольоване середовище частини датчика і визначають діелектричну проникність контрольованого середовища як квадрат частки від ділення електромагнітної довжини зануреної у контрольоване середовище частини датчика на фізичну довжину зануреної у контрольоване середовище частини датчика. Для визначення фізичних характеристик контрольованого середовища необхідно додатково визначати температуру середовища. Загальними зі способом, що заявляється, є такі ознаки: у контрольоване середовище посилається зондувальний сигнал за допомогою принаймні частково зануреного у контрольоване середовище датчика, виконаного у вигляді принаймні одного провідника, приймають відбитий сигнал від кінця зануреної у контрольоване середовище частини датчика. Найбільш близьким до пропонованої корисної моделі за технічною сутністю та результатом, що досягається, є спосіб визначення параметрів палива в паливному баку транспортного засобу (патенту України на корисну модель №12707 МПК G01D15/16, 30.01.2006р.). Спосіб містить в собі те, що рівень палива визначають за допомогою датчика, виконаного у вигляді принаймні одного провідника, шляхом посилання у паливо зондувального сигналу, приймання відбитого сигналу при входженні зондувального сигналу в паливо, визначення довжини не зануреної частини датчика за часом затримки відбитого сигналу при входженні зондувального сигналу в паливо відносно зондувального сигналу і визначення рівня палива за довжиною не зануреної частини датчика, виходячи з рівня палива за тарувальною таблицею визначають об'єм палива, додатково приймають відбитий сигнал від кінця зануреної частини датчика, визначають фізичну довжину зануреної частини датчика як різницю фізичної довжини датчика та не зануреної частини датчика, за часом затримки відбитого сигналу від кінця зануреної у паливо частини датчика відносно відбитого сигналу при входженні зондувального сигналу в паливо визначають електромагнітну довжину зануреної частини датчика і визначають діелектричну проникність палива як квадрат частки від ділення електромагнітної довжини зануреної частини датчика на фізичну довжину зануреної частини датчика, додатково визначають температуру палива, і, виходячи з температури та діелектричної проникності палива, визначають густину палива та октанове або цетанове число палива, і, виходячи з визначених об'єму та густини палива, визначають масу палива. Однак даний спосіб потребує додаткового визначення температури палива. Окрім того, даний спосіб не дозволяє точно визначити октанове число, якщо в паливі присутні домішки. Загальними зі способом, що заявляється, є такі ознаки: рівень палива визначають за допомогою датчика, виконаного у вигляді принаймні одного провідника, шляхом посилання у паливо зондувального сигналу, приймання відбитого сигналу при входженні зондувального сигналу в паливо, визначення довжини не зануреної частини датчика за часом затримки відбитого сигналу при входженні зондувального сигналу в паливо відносно зондувального сигналу і визначення рівня палива за довжиною не зануреної частини датчика, виходячи з рівня палива за тарувальною таблицею 1 UA 68865 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 визначають об'єм палива, додатково приймають відбитий сигнал від кінця зануреної частини датчика. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення способу визначення рівня, температури та октанового/цетанового числа палива, в якому рівень та характеристики палива визначаються з одного сигналу поліметричної системи без використання додаткових вимірювальних каналів, і за рахунок цього підвищується швидкість та точність визначення октанового/цетанового числа, що в кінцевому результаті зменшує вартість вимірювальних комплексів. Поставлена задача вирішується тим, що в способі визначення рівня, температури та октанового/цетанового числа палива, який містить визначення рівня палива за допомогою датчика, виконаного у вигляді принаймні одного провідника, шляхом посилання у паливо зондувального сигналу, приймання відбитого сигналу при входженні зондувального сигналу в паливо, визначення довжини незануреної частини датчика за часом затримки відбитого сигналу при входженні зондувального сигналу в паливо відносно зондувального сигналу і визначення рівня палива за довжиною не зануреної частини датчика, виходячи з рівня палива за тарувальною таблицею визначають об'єм палива, додатково приймають відбитий сигнал від кінця зануреної частини датчика, згідно з пропозицією проводять обробку поточної рефлектограми для визначення за її формою електрофізичних параметрів палива, які виступають у якості вхідних для штучної нейронної мережі, що попередньо пройшла навчання еталонними паливами з відомими параметрами, за допомогою якої визначають поточні значення температури та октанового/цетанового числа палива. Спосіб визначення рівня, температури та октанового/цетанового числа базується на принципах поліметрії. Генератором зондуючих імпульсів виробляється короткий імпульс спеціальної форми та випромінюється в частково занурену у контрольоване середовище лінію, приймають відбиті сигнали за допомогою послідовно з'єднаних стробоскопічного перетворювача, аналого-цифрового перетворювача та обчислювального пристрою, - формується поліметричний сигнал - рефлектограма, причому обчислювальний пристрій містить нейронну мережу, попередньо навчену порівнянню сигналів, що надходять у вигляді частотних характеристик діелектричної проникності еталонних палив, і формуванню даних для визначення октанового/цетанового числа та температури палива на основі порівняння. Відстань між зондуючим та відбитим від контрольованого середовища імпульсами рефлектограми пропорційна відстані від генератора імпульсів до палива. Для визначення поточної температури Τ та октанового/цетанового числа палива ρ використовується спеціальна обробка рефлектограми та операція попереднього навчання нейронної мережі обчислювача за допомогою еталонних палив. Підвищення точності оцінки октанового/цетанового числа у порівнянні з прототипом, досягається за рахунок використання не тільки діелектричної проникності, а також багатьох інших параметрів сигналу, що опосередковано зв'язані з характеристиками палива. Операція попереднього навчання нейронної мережі здійснюється наступним чином: для різних марок палив (наприклад декількох еталонних зразків А-80, А-92, А-95, А-98) за відомих значеннях октанового числа i та температури Tj отримують рефлектограми Upij(t), за якими визначають частотні характеристики діелектричної проникності εij(ω), наприклад способом запропонованим авторами [Жуков Ю.Д., Гордеев Б.Н., Зивенко А.В. Оперативная оценка спектра диэлектрической проницаемости в полиметрических системах // Вісник НУК. Електронне видання. - Миколаїв: НУК, 2010. - №2 - С.113-117]. Таким чином, для кожної комбінації температури Tj та октанового/цетанового числа i маємо:       Upijt   F i, Tj , ijk   F Upijt   F i, Tj , тут Up - напруга рефлектограми - на приймачі поліметричної системи, t- час, ωk=2пfk - кругова частота в k-ій точці частотної характеристики діелектричної проникності. 50 55 ____ k  1, N тут N - число відліків частотної характеристики діелектричної проникності. Частотна характеристика діелектричної проникності в загальному випадку - комплексна змінна:    R   1  1,   2  2 , tg  1 , R 1 R де εR - дійсна частина діелектричної проникності, εi - уявна частина діелектричної проникності, tg (  ) - тангенс кута діелектричних втрат. 2 UA 68865 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Частотна характеристика діелектричної проникності є вхідними даними для штучної нейронної мережі, що попередньо навчається на еталонних паливах з відомими характеристиками та визначає октанове/цетанове число та температуру палива. На етапі навчання нейронної мережі намагаються зробити так, щоб її вихідний сигнал відтворював показники еталонних палив. Відбувається настройка вагових та порогових коефіцієнтів кожного шару штучної нейронної мережі. Після навчання на всіх зразках з відомими показниками, мережа здатна визначати октанове/цетанове число та температуру палива, що досліджується. Окрім того, за сукупністю параметрів сигналу та частотною характеристикою діелектричної проникності можливо додатково визначати сорт (клас) палива, який для підвищення точності визначення параметрів палива може бути використаний для визначення поточних значень температури та октанового/цетанового числа палива. Для визначення поточних температури TП та октанового/цетанового числа палива  п отримують поточну рефлектограму Uрп, оброблюють її наступним чином: обчислюють частотну характеристику діелектричної проникності εп(ω), отриману характеристику εп(ω) подають на вхід нейронної мережі, що обчислює поточні значення температури Tп та октанового/цетанового числа палива рп. Наведені рисунки ілюструють здійснення способу визначення рівня, температури та октанового/цетанового числа палива. На Фіг.1 показано функціональну схему системи вимірювання рівня, температури та октанового/цетанового числа палива. На Фіг.2 наведені співвідношення в часі, що ілюструють принцип вимірювання рівня палива у ємності. На Фіг.3 наведено частотні залежності дійсної частини діелектричної проникності для однакової температури різних палив. На Фіг.4 наведено один з можливих варіантів структури штучної нейронної мережі для обчислення октанового/цетанового числа та температури за електрофізичними параметрами. Система вміщує генератор зондуючих імпульсів 1, приймач 2, чутливий елемент З, послідовно з'єднані стробоскопічний перетворювач 4, аналого-цифровий перетворювач 5 та обчислювальний пристрій 6. Комутатор 7 служить для приєднання вимірювального пристрою 6 до чутливих елементів різних каналів багатоканальної системи вимірювань. Систему споряджено спеціальним математичним забезпеченням 8, що вміщує алгоритм визначення частотної залежності діелектричної проникності, нейронну мережу для визначення октанового/цетанового числа та температури палива за частотною характеристикою діелектричної проникності. Генератор 1, приймач 2, стробоскопічний перетворювач 4, АЦП 5, обчислювальний пристрій 6, комутатор 7 можуть бути використані такі ж які наведено в патенті України №11006, G01F23/28, 25.12.1996. Чутливий елемент 3 може бути однопровідним, як в патенті України 65761, G01F23/28, 15.04.2004, або складатися з двох ізольованих провідників, наприклад за патентом України 11006, G01F23/28, 25.12.1996. Здійснюють спосіб наступним чином. Генератором зондуючих імпульсів 1 виробляють імпульс, що спрямовують за допомогою чутливого елемента 3 в контрольоване середовище (паливо) по будь-якому з каналів, який приєднано за допомогою комутатора 7. Приймають відбитий від контрольованого середовища та від кінця зануреного чутливого елементу сигнали за допомогою приймача 2, за допомогою стробоскопічного перетворювача 4 та аналого-цифрового перетворювача 5 отримують поліметричний сигнал (рефлектограму) в цифровій формі для подальшої обробки в обчислювальному пристрої 6. Попередньо проводять операцію навчання штучної нейронної мережі на еталонних паливах, що містить отримання електрофізичних параметрів еталонних палив з відомими параметрами при різних температурах, та навчання штучної нейронної мережі таким чином, щоб вихідний сигнал нейронної мережі точно відтворював показники еталонних палив. На Фіг.2 зображено типову рефлектограму. Тут Т 0 - затримка сигналу, відбитого від рівня палива відносно зондуючого, Т 1 - затримка сигналу, відбитого від зануреного кінця чутливого елементу. За часом затримки між зондуючим та відбитим від контрольованого середовища імпульсами визначають рівень палива в ємності. Далі за отриманою рефлектограмою Up(t) за допомогою спеціального математичного забезпечення 8 обчислюють частотну характеристику діелектричної проникності контрольованого палива ε(ω). За допомогою штучної нейронної мережі, навчання якої еталонними паливами було проведено попередньо, отримують значення температури Τ та октанового/цетанового числа ρ контрольованого палива. Таким чином, використовуючи даний спосіб можна розширити діапазон параметрів, що вимірюються, зокрема за допомогою одного датчика отримувати дані про рівень, температуру та октанове/метанове число контрольованого палива. 3 UA 68865 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 20 1. Спосіб визначення рівня, температури та октанового/цетанового числа палива, який включає визначення рівня палива за допомогою датчика, виконаного у вигляді принаймні одного провідника, шляхом посилання у паливо зондувального сигналу, приймання відбитого сигналу при входженні зондувального сигналу в паливо, визначення довжини незануреної частини датчика за часом затримки відбитого сигналу при входженні зондувального сигналу в паливо відносно зондувального сигналу і визначення рівня палива за довжиною незануреної частини датчика, виходячи з рівня палива, за тарувальною таблицею визначають об'єм палива, додатково приймають відбитий сигнал від кінця зануреної частини датчика, який відрізняється тим, що проводять обробку поточної рефлектограми для визначення за її формою електрофізичних параметрів палива, які виступають як вхідні для штучної нейронної мережі, яка попередньо пройшла навчання еталонними паливами з відомими параметрами, за допомогою якої визначають поточні значення температури та октанового/цетанового числа палива. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що за електрофізичними параметрами палива спочатку визначають сорт (клас) палива, а далі за допомогою штучної нейронної мережі, яка попередньо пройшла навчання еталонними паливами з відомими параметрами, в залежності від сорту палива, визначають поточні значення температури та октанового/цетанового числа палива. Комп’ютерна верстка Н. Лисенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4