Лазерные устройства контроля уровня жидких нефтепродуктов в емкостях подвижных объектов

• Автор: Блинов, Дмитрий Игоревич
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 165 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1 АНАЛИЗ МЕТОДОВ И УСТРОЙСТВ КОНТРОЛЯ УРОВНЯ
ЖИДКИХ НЕФТЕПРОДУКТОВ В ЕМКОСТЯХ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ
1.1 Виды жидких нефтепродуктов и основные параметры их
количественного контроля
1.2 Основные виды емкостей подвижных объектов и их градуировочные
характеристики
1.3 Классификация и обзор методов и устройств учёта количества
жидких нефтепродуктов в емкостях подвижных объектов
1.4 Требования к устройствам контроля уровня топлива в баках
подвижных объектов и типовые примеры их реализации
1.5 Основные проблемы и направления развития устройств контроля
уровня жидких нефтепродуктов в емкостях подвижных объектов
1.6 Выводы по главе
2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ МЕТОДОВ
КОНТРОЛЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТЕЙ
2.1 Обобщённая математическая модель процедуры контроля уровня жидкостей методом оптического сканирования поверхности раздела

2.2 Анализ отражения оптического сигнала от границы раздела сред
2.3 Математическая модель лазерно-акустического метода контроля
уровня жидкостей
2.4 Математическая модель и функция преобразования лазерного время-
импульсного метода контроля уровня жидкостей
2.5 Функции преобразования фазового и частотного лазерных методов
контроля уровня жидкостей. Выбор частотных диапазонов
2.6 Математическая модель и функция преобразования лазернотелевизионного метода контроля уровня жидкостей
2.7 Выводы по главе

3 ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА И СХЕМОТЕХНИКА ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ
УСТРОЙСТВ КОНТРОЛЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТЕЙ
3.1 Обобщённая структурная схема и датчики оптоэлектронных
уровнемеров
3.2 Устройство лазерного время-импульсного уровнемера
3.3 Устройство лазерных уровнемеров с фазовой обработкой сигналов
3.4 Имитационное моделирование разработанных уровнемеров в
программной среде ЬаЬУ1ЕУ
3.5 Имитационное моделирование реальных колебаний топлива в баках
3.6 Выводы по главе
4 МЕТРОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЛАЗЕРНЫХ УСТРОЙСТВ
КОНТРОЛЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТЕЙ
4.1 Структура погрешностей
4.2 Основные погрешности
4.3 Дополнительные погрешности
4.4 Статистическая обработка результатов измерений при случайных
колебаниях поверхности топлива в баке
4.5 Выводы по главе
5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЛАЗЕРНЫХ
УСТРОЙСТВ КОНТРОЛЯ УРОВНЯ ЖИДКИХ НЕФТЕПРОДУКТОВ
5.1 Цели и задачи экспериментальных исследований
5.2 Испытания лазерного и лазерно-акустического уровнемеров
5.3 Испытания лазерно-телевизионного уровнемера
5.4 Выводы по главе
Заключение
Список литературы
Приложение А (справочное) Акты о внедрении результатов диссертации

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования
Оперативный и достоверный контроль количества жидких нефтепродуктов в топливных баках и транспортных резервуарах подвижных объектов является важнейшей задачей, связанной не только с проблемами энергосбережения, но и с эффективной эксплуатацией транспортных средств. Общеизвестна низкая точность устройств контроля уровня топлива в баках, погрешность которых составляет не менее ±5 %. «Перезаправка» воздушного судна приводит к прямым убыткам, так как повышает взлётный вес, увеличивает себестоимость перелёта или пуска ракеты. Необходимость перевозки заведомо завышенных объёмов нефтепродуктов приводит к убыткам транспортных предприятий и создаёт условия для хищений. Одно из важнейших требований, предъявляемых к системам контроля уровня — обеспечение оперативности и высокой точности контроля.
Существующие устройства контроля уровня жидких нефтепродуктов в емкостях подвижных объектов в основном поплавковые или емкостные и не удовлетворяют предъявляемым к ним требованиям по точности, быстродействию и надёжности, т.к. реализуют контактные методы измерения, что также требует повышенного внимания к обеспечению пожаровзрывобезопасности [1-9]. Прочие многочисленные устройства контроля уровня жидкостей также не удовлетворяют предъявляемым к ним требованиям по какому-либо из эксплуатационных параметров - габаритам, весу, надёжности и т.д.
Перспективным направлением в разработке приборов для измерения и контроля уровня жидкостей является использование лазеров в сочетании с электронными устройствами обработки сигналов [10, 11].
Степень разработанности темы
Существуют лазерные дальномеры, обеспечивающие абсолютную погрешность измерения порядка ±1 мм. Важным преимуществом лазерной дальнометрии является отсутствие прямого контакта устройства с
Рисунок 1.14 — Структурная схема топливной системы самолёта Ту-
I - сигнализаторы давления СДУ2А-0.18 и СДУ2-0,18; 2 - насос ЭЦН-323;
3 — обратный клапан; 4 - заливная горловина; 5 - магнитная линейка; 6 — сливной кран;
7 - переливные трубы; 8 - насос ЭЦН-325; 9 - порционер; 10 - перекрывной (пожарный) кран;
II - датчик расходомера ДРТМС-10А; 12 - штуцер консервации 1703А-Т;
13 — подкачивающий насос ДЦН-44Т; 14 — фильтр; 15 — двигатель № 3; 16 — двигатель ВСУ; 17, 18 - двигатель № 2 и двигатель № 1; 19 - температурно-разгрузочный клапан;
20 - датчик плотности ДПЕ5-1; 21 - насос ЭЦН-31Э; 22 - стержень; 23 - заглушка;
24 - стопорное кольцо; 25 — трубопровод; 26 — уплотнение; 27 — переходная муфта
Рисунок 1.15 -Внешний вид датчика с компенсатором типа ДТК
Приведенное описание системы контроля топлива иллюстрирует сложность и важность разрабатываемого оборудования для систем жизнеобеспечения самолёта.
Аналогичные датчики применяются и в ракетно-космической технике (РКТ). Обеспечение высокой точности измерения - одно из важнейших требований, предъявляемых к системам измерения уровня заправки ракетно-космической техники поскольку объём гарантийного запаса топлива напрямую связан с точностью его измерения, а значит и с эффективностью ракеты.