Устройство контроля уровня текучей среды, находящейся в транспортируемом резервуаре
Предложенное техническое решение относится к области транспорта, в первую очередь к области автомобильного транспорта, и предназначено для повышения качества контроля транспортируемых жидких и сыпучих грузов. Предложенное устройство контроля уровня текучей среды, находящейся в транспортируемом резервуаре включает блок первичных преобразователей, расположенный в верхней части конструкции резервуара, и бортовой блок обработки и анализа данных, обеспечивающий определение уровня жидкости. Блок первичных преобразователей содержит электроакустический преобразователь, обеспечивающий периодическое формирование зондирующих ультразвуковых волн и последующий прием волн, отраженных от поверхности текучей среды, и акселерометр, обеспечивающий измерение значения ускорений и углов наклона транспортного средства, включая угол наклона относительно горизонтальной плоскости. 8 з.п., 3 ил.
Предлагаемое техническое решение относится к области транспорта, в первую очередь автомобильного транспорта, и предназначено для контроля состояния жидких, а также сыпучих грузов.
В качестве ближайшего аналога предлагаемого технического решения может быть выбран ультразвуковой датчик уровня жидкости в транспортируемом резервуаре, описанный в патенте на полезную модель RU 104307, опубликованном 10.05.2011. Известное из патента на полезную модель RU 104307 устройство контроля уровня текучей среды - жидкости, находящейся в транспортируемом резервуаре, включает блок первичных преобразователей, расположенный в нижней части транспортируемого резервуара, и бортовой блок обработки и анализа данных. Блок первичных преобразователей содержит, по меньшей мере, один электроакустический преобразователь, обеспечивающий периодическое формирование зондирующих ультразвуковых волн и последующий прием волн, отраженных от поверхности жидкости, и, по меньшей мере, один преобразователь, обеспечивающий измерение значений углов наклона транспортного средства, включая угол наклона относительно горизонтальной плоскости.
Бортовой блок обработки и анализа данных, обеспечивает определение уровня жидкости, исходя из значения угла наклона резервуара и времени приема электроакустическим преобразователем волны, отраженной от поверхности жидкости. Выход бортового блока обработки и анализа данных, соединен с входом электроакустического преобразователя, первый вход - соединен с выходом электроакустического преобразователя, а второй вход - соединен с выходом преобразователя, обеспечивающего измерение значения углов наклона. Таким образом, при работе известного устройства исходя из геометрических размеров и наклона резервуара, известной скорости распространения ультразвука в жидкости, времени получения отраженных от поверхности груза волн, определяется уровень текучей среды - жидкости в резервуаре.
Распространение акустических волн ультразвукового диапазона через толщу транспортируемого продукта, определяют один из основных недостатков предложенного в RU 104307 устройства - зависимость результатов измерений уровня текучей среды - жидкости от качества транспортируемого груза, в первую очередь наличия неоднородностей. Например, изменение климатических и погодных условий в ходе транспортировки может привести к появлению шуги и льда, то есть неоднородностей, учет которых при анализе распространения акустических колебаний довольно сложен. Схожая проблема может возникнуть при транспортировке вязких нефтепродуктов.
В свою очередь предлагаемое техническое решение позволит устранить указанный выше недостаток, обеспечив контроль уровня, как жидкости, так и сыпучего материала вне зависимости от наличия неоднородностей и позволит расширить перечень технических средств, используемых при контроле уровня жидкости или сыпучего материала, за счет использования дополнительных средств контроля.
Указанный выше технический результат достигает при использовании устройства контроля уровня текучей среды, находящейся в транспортируемом резервуаре, включающего блок первичных преобразователей и бортовой блок обработки и анализа данных. Блок первичных преобразователей содержит, по меньшей мере, один электроакустический преобразователь, обеспечивающий периодическое формирование зондирующих ультразвуковых волн и последующий прием волн, отраженных от поверхности текучей среды, по меньшей мере, один преобразователь, обеспечивающий измерение значений углов наклона транспортного средства, включая угол его наклона относительно горизонтальной плоскости. Бортовой блок обработки и анализа данных, обеспечивает определение уровня жидкости, исходя из значения угла наклона резервуара и времени приема электроакустическим преобразователем волны, отраженной от поверхности текучей среды. Выход указанного бортового блока обработки и анализа данных, соединен с входом электроакустического преобразователя, первый вход - соединен с выходом электроакустического преобразователя, а второй вход - соединен с выходом преобразователя, обеспечивающего измерение значения углов наклона.
Согласно, предложенному решению блок первичных преобразователей расположен в верхней части конструкции резервуара, причем преобразователь, обеспечивающий измерение значений углов наклона, представляет собой акселерометр, также обеспечивающий измерение значений ускорений. Блок первичных преобразователей может содержать датчик температуры, выход которого соединение с третьим входом бортового блок обработки и анализа данных, дополнительно обеспечивающего определение объема и/или массы текучей среды, находящейся в резервуаре. Также, бортовой блок обработки и анализа данных может быть соединен с блоком позиционирования, взаимодействующим с, по меньшей мере, одной глобальной навигационной спутниковой системой и связанным с удаленными программируемыми средствами контроля, и/или быть соединенным с бортовым энергонезависимым запоминающим устройством. Блок первичных преобразователей может быть расположен в отверстии, вырезанном в конструкции резервуара, либо быть расположен со стороны наружной части конструкции резервуара. В целом резервуар может являться составной частью транспортного средства, выбранного из перечня: автомобиль, включая трактора, сельскохозяйственную и специальную технику, транспортное средство железнодорожного транспорта, речное и/или морское судно. Предложенное устройство может обеспечивать контроль любой текучей среды: жидкости или сыпучего материала (неньютоновской жидкости).
Фиг.1 - пример работы предложенного устройства при резервуаре с жидкостью в штатном положении;
Фиг.2 - пример работы предложенного устройства при резервуаре в наклонном положении;
Фиг.3 - структурная схема, предложенного устройства.
Предложенное устройство состоит из двух основных модулей блока первичных преобразователей, состоящего из необходимого количества электроакустических преобразователей 1 (может быть использован один электроакустический преобразователь 1) и акселерометров 2 (также может быть использован только один акселерометр 2), а также помимо блока первичных преобразователей - бортовой блок обработки и анализа данных 3. Дополнительно, в состав блока первичных преобразователей может быть включен датчик температуры. Блок обработки и анализа данных выполняется на основе процессора/микроконтроллера 4, обеспечивающего необходимую скорость вычислений и обеспечивается аналоговым 5 и цифровым 6 интерфейсом. Данные обработанные в блоке 4 подаются на блок позиционирования, взаимодействующий с, по меньшей мере, одной глобальной навигационной спутниковой системой (ГЛОНАСС, GPS Navstar, Galileo, Бейдоу, IRNSS) и связанный с удаленными программируемыми средствами контроля, и/или на бортовое энергонезависимое запоминающее устройство. Блок первичных преобразователей размещают в верхней части конструкции резервуара 7: в отверстии, вырезанном в конструкции резервуара 7, либо на наружной поверхности конструкции резервуара 7. В свою очередь бортовой блок обработки и анализа данных 3 может быть расположен в любой удобной для его эксплуатации части конструкции резервуара 7 (сам по себе резервуар 7 может представлять собой автомобильную цистерну (фиг.1, фиг.2), железнодорожную цистерну, отсек танкера или балкера и т.п.). Например, блок 2 может быть расположен ниже резервуара (фиг.1, фиг.2), или же в кабине водителя (кабине машиниста, рубке рулевого) транспортного средства.
Электроакустический преобразователь 1 обеспечивает периодическое формирование зондирующих ультразвуковых волн и последующий прием волн, отраженных от поверхности 8 текучей среды: жидкости или сыпучего материала. Акселерометр 2 обеспечивает измерение значения ускорения в трех плоскостях и, соответственно, значений углов наклона транспортного средства, включая угол его наклона относительно горизонтальной плоскости 
. Бортовой блок обработки и анализа данных 3 для управления формированием зондирующих ультразвуковых волн соединен своим выходом со входом электроакустического преобразователя 1, и своим первым входом с выходом электроакустического преобразователя 1. В свою очередь, результаты измерений поступают с выхода акселерометра 2 на второй вход бортового блока обработки и анализа данных 3. Исходя из значения угла наклона резервуара 7 и времени приема электроакустическим преобразователем волны, отраженной от поверхности текучей среды: жидкости или сыпучего материала (определяется встроенным таймером процессора 4) бортовой блок обработки и анализа данных выполняет вычисление уровня H/Hcos жидкости или сыпучего материала. При использовании в составе блока первичных преобразователей датчика температуры, выход которого будет соединен с третьим входом бортового блока обработки и анализа данных 3, дополнительно обеспечивается определение объема и/или массы текучей среды: жидкости или сыпучего материала, находящегося в резервуаре 7.
При работе предложенного устройства электроакустический преобразователь 1 генерирует последовательность зондирующих ультразвуковых волн, проходящих через слой воздуха и отражающихся от поверхности 8 текучей среды: жидкости или сыпучего материала. Отраженные волны также принимаются электроакустическим преобразователем, при этом из-за сокращения расстояния между электроакустическим преобразователем 1 и поверхностью 8 при отклонении резервуара от горизонтального положения, сокращается время приема отраженных волн. Одновременно, акселерометр 2 измеряет значения ускорений в трех плоскостях и углов наклона. Полученные электроакустическим преобразователем 1, акселерометром 2 данные передаются на бортовой блок обработки и анализа данных 3, в котором исходя из времени прохождения волн, отраженных от поверхности 8, а также значений углов наклона и ускорений конструкции резервуара 7 определяется расстояние между электроакустическим преобразователем 1 и поверхностью 8 текучей среды: жидкости или сыпучего материала.
Исходя из полученного значения, геометрии резервуара, свойств текучей среды: жидкости или сыпучего материала, определяется уровень жидкости H/Hcosa, 
, где Hmax - высота резервуара, v - скорость распространения звука в соответствующей жидкости или сыпучем материале, t - время приема электроакустическим преобразователем волны, отраженной от поверхности жидкости или сыпучего материала, - угол наклона резервуара относительного горизонтальной плоскости. При использовании датчика температуры в составе блока первичных преобразователей, на основании значения уровня текучей среды: жидкости или сыпучего материала H/Hcosa достаточно точно определяется ее объем и масса. Полученные значения передаются для передачи на удаленные устройства и/или на запоминающее устройство. Постоянство физических свойств воздушного слоя над поверхностью 8 текучей среды: жидкости или сыпучего материала, обеспечивает повышенную точность результатов измерений. Повышенная точность измерений обеспечивается тем, что исключено влияние на прохождение зондирующих волн неоднородностей, возникающих в текучей среде: жидкости или сыпучем материале при перемене климата или погодных условий, фракционных неоднородностей в сыпучем материале, соответственно не требуется введение поправок на изменение физических свойств груза при изменении параметров окружающей среды.
Таким образом, предложено устройство контроля уровня текучей среды: жидкости или сыпучего материала, находящегося в транспортируемом резервуаре, обеспечивающее точный контроль уровня груза, в том числе при перемене погодных или климатических условий в ходе транспортировки.
1. Устройство контроля уровня текучей среды, находящегося в транспортируемом резервуаре, включающее блок первичных преобразователей и бортовой блок обработки и анализа данных,
при этом блок первичных преобразователей содержит
по меньшей мере, один электроакустический преобразователь, обеспечивающий периодическое формирование зондирующих ультразвуковых волн и последующий прием волн, отраженных от поверхности текучей среды,
по меньшей мере, один преобразователь, обеспечивающий измерение значений углов наклона, включая угол наклона транспортного средства относительно горизонтальной плоскости,
а бортовой блок обработки и анализа данных обеспечивает определение уровня текучей среды исходя из значения угла наклона резервуара и времени приема электроакустическим преобразователем волны, отраженной от поверхности текучей среды,
причем выход указанного бортового блока обработки и анализа данных соединен с входом электроакустического преобразователя, первый вход соединен с выходом электроакустического преобразователя, а второй вход соединен с выходом преобразователя, обеспечивающего измерение значения углов наклона, отличающееся тем, что блок первичных преобразователей расположен в верхней части конструкции резервуара, причем преобразователь, обеспечивающий измерение значений углов наклона, представляет собой акселерометр, также обеспечивающий измерение значений ускорений.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок первичных преобразователей содержит датчик температуры, выход которого соединен с третьим входом бортового блока обработки и анализа данных, дополнительно обеспечивающего определение объема и/или массы текучей среды, находящейся в резервуаре.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что бортовой блок обработки и анализа данных соединен с блоком позиционирования, взаимодействующим с, по меньшей мере, одной глобальной навигационной спутниковой системой и связанным с удаленными программируемыми средствами контроля по беспроводному каналу.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что бортовой блок обработки и анализа данных соединен с бортовым энергонезависимым запоминающим устройством.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок первичных преобразователей расположен в отверстии, вырезанном в конструкции резервуара.
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок первичных преобразователей расположен со стороны наружной части конструкции резервуара.
7. Устройство по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что резервуар является составной частью транспортного средства, выбранного из перечня: автомобиль, включая трактора, сельскохозяйственную и специальную технику, транспортное средство железнодорожного транспорта, речное и/или морское судно.
8. Устройство по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что выполнено с возможностью контроля жидкости, находящейся в транспортируемом резервуаре.
9. Устройство по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что выполнено с возможностью контроля сыпучего материала, находящегося в транспортируемом резервуаре.
