Тепловой метод измерения уровня

Тепловые уровнемеры построены на использовании различия теплопроводности в жидкости и парогазовой меси над ней [16]. Явление теплопроводности возникает при разности температур между различными участками тела и заключается в переносе внутренней энергии между этими участками.

Чувствительным элементом терморезисторного уровнемера является резистор, электрическое сопротивление которого определяется его температурой. Принцип работы уровнемера построен на использовании различной интенсивности передачи тепла от нагретого чувствительного элемента к жидкости и к газу, что приводит к тому, что участки чувствительного элемента, находящиеся в жидкости и в газе, имеют различную температуру и различное электрическое сопротивление, по величине суммарного сопротивления можно определить текущее значение уровня.

На рис. 1 представлено схематичное изображение датчика такого уровнемера, питание которого происходит от источника тока I = const. Выходным параметром датчика является изменение падения напряжения на резисторе или изменение сопротивления резистора:

Рис. 1. Датчик терморезисторного уровнемера

(1).

где R_h — сопротивление резистора погруженного на высоту h,.

R₀ — начальное сопротивление резистора при температуре окружающей среды t₀,.

r₀ — погонное сопротивление резистора при температуре,.

б_t — температурный коэффициент сопротивления материала резистора,.

t₁ — температура сухого участка резистора,.

t₂ — температура погруженного резистора.

Чувствительность датчика уровнемера к изменению уровня тем выше, чем больше значения погонного сопротивления резистора, температурного коэффициента его материала и разности температур погруженного и сухого участка датчика. Значения первых двух величин определяются выбором материала резистора, поскольку удельное электрическое сопротивление и его температурный коэффициент являются электрическими характеристиками материала. Минимальная величина площади поперечного сечения резистора ограничивается механической прочностью материала, а это приводит к тому, что чувствительность уровнемера обеспечивается выбором рабочих температур элементов датчика, которые тесно связаны с величиной тока проходящего через резистор.

Таким образом каждый из 24 сигнализаторов уровня топлива Space Shattle [1] представляют собой датчики, содержащие чувствительный элемент из платиновой проволоки, натянутой в керамической рамке, который находится в в алюминиевый корпус. Изменение сопротивления фиксируется электронным преобразователем и преобразуется в сигналы «Погруженный» или «Сухой» [3].

Сигнализаторы уровня, контролирующие заправку, устанавливались на следующих уровнях:

• — 5% объема компонента в баке (по 1 сигнализатору на бак водорода и бак окислителя);
• — 98% объема компонента в баке (по 2 сигнализатора);
• — «100% минус» (по 1 сигнализатору);
• — 100% объема компонента в баке (по 2 сигнализатора);
• — «100% плюс» (по 1 сигнализатору);
• — «Перелив» (по 1 сигнализатору).

Сигнализаторы окончания горючего в количестве 4-х штук устанавливались в нижней части бака водорода. В системе окислителя 4 сигнализатора устанавливались за пределами подвесного бака, а именно — в расходной магистрали окислителя на борту челнока. Команда на выключение двигателя формировалась по срабатыванию двух из четырех сигнализаторов.