ДАТЧИК УРОВНЯ ТОПЛИВА В БАКЕ АВТОМОБИЛЯ

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к средствам для измерения уровня различных жидкостей в замкнутых объемах, и может быть использована, в частности, для измерения количества топлива в топливном баке автомобиля.
Известны и широко используются для измерения количества топлива в топливном баке автомобиля механические датчики уровня топлива поплавкового типа. Например, датчик уровня жидкости со свободным поплавком, описанный в книге: К.И.Харазов, «Устройства автоматики с магнитоуправляемыми контактами», -М, Энергоатомиздат, 1990, с.215-216. Такие датчики просты в изготовлении: в резервуаре с жидкостью устанавливается вертикальная труба, по которой свободно перемещается поплавок с магнитом. Внутри трубы размещен геркон или герконы, включение которых происходит при перемещении поплавка. Недостатком такой конструкции является то, что при выходе поплавка с магнитом из взаимодействия с герконом полученная информация об уровне жидкости (топлива) неоднозначна. Неоднозначность сказывается и при недостатке или отсутствии топлива в баке, из-за колебаний уровня топлива, возникающих при ускорении или наклоне автомобиля. Все это приводит к низкой точности
и недостоверности измеренных значений уровня топлива с помощью таких датчиков.
Для уменьшения влияния этих факторов усложняют способ, а соответственно и устройство, для измерения количества топлива, при которых первое значение количество топлива определяют в начале движения автомобиля, а при движении автомобиля с помощью датчика уровня топлива периодически с заданной дискретностью определяют и запоминают ряд значений количества топлива, вычисляя среднее значение из ряда запомненных значений и сравнивают его с первым значением количества топлива, если оно не превышает первое значение, его запоминают и показывают на индикаторе (см. заявку Японии №4-37364, опубл. 19.06.92; патент РФ №2163005, опубл. 27.09.2000).
Известны измерители уровня жидкости, основанные на гидростатическом и пневматическом методах. Они измеряют разность давлений на дне сосуда и над уровнем жидкости с помощью дифференциального манометра («Измерения в промышленности», справочник в трех книгах, под ред. П. Профса, М.: Металлугия, 1990 г., книга 2, с.26-27) и датчика разности давлений (Ав. св. СССР №1315814, МПК G01F 23/14, 06.07.1987). По разности давлений, зная плотность жидкости, можно определить уровень измеряемой жидкости.
Наиболее близким к заявляемому является измеритель уровня жидкости по Ав. св. СССР №1315814, состоящее из измерительной (пьезометрической
- сжатие жидкости под давлением) трубки, датчика разности давлений, трубки, вычислительного блока.
К недостатку этого устройства следует отнести: необходимость измерения давления в полости трубки до ее опускания в жидкость, что делает весьма затруднительным организацию стационарных (систематических) измерений без участия человека; большую чувствительность утечки газа из объема опущенной трубки в результате неидеальных уплотнений или в результате постепенного растворения газа в жидкости, что приводит к погрешности измерений.
Полезной моделью решается задача: существенного уменьшения влияния процесса растворения газа в жидкости на точность измерений; устранения необходимости измерять и учитывать в дальнейшем давление над поверхностью жидкости (топлива); упрощения конструкции, а значит и удешевления ее за счет выполнения измерительной трубки в виде спирали, что позволяет согласовывать датчик по высоте топливного бака по месту его расположения.
Указанная задача решается тем, что в датчике уровня топлива в баке автомобиля, содержащем, вертикальную измерительную пьезометрическую трубку, погружаемую в бак с топливом для сообщения с измеряемой жидкостью, датчик разности давлений, один из входов давления которого соединен (сопряжен) с полостью измерительной трубки со стороны верхнего конца, второй вход датчика разности давлений связан с объемом в топливном баке над поверхностью жидкости, а выход электрического сигнала датчика
разности давлений является выходом датчика уровня топлива для подключения к измерительному устройству, вычисляющего уровень топлива в баке, нижний открытый конец измерительной трубки выполнен с дополнительной полостью, например, в виде витка (или витков) спирали, расположенных на дне бака с возможностью поступления в нее измеряемой жидкости (топлива).
В варианте выполнения датчика уровня топлива вертикальная* часть измерительной трубки выполнена волнообразно изогнутой по ее длине или изогнутой в виде витков спирали, делая конструкцию устройства более функциональной за счет возможности использования одного датчика уровня топлива для разных топливных баков.
Схема конструкции датчика уровня топлива в баке автомобиля показана на рисунках, где изображено: фиг.1 - общий вид датчика; фиг.2 - вид А на фиг.1; фиг.3 - общий вид датчика с волнообразной измерительной трубкой.
Описание конструкции устройства. В баке 1 находится жидкость (топливо) на уровне 2. Датчик уровня топлива состоит (фиг.1) из измерительной медной трубки 3 диаметром около 6 мм, полость которой сопряжена со стороны верхнего конца полиэтиленовой трубкой с одним из «воздушных» входов давления датчика разности давлений 4, выполненного в виде дифференциального датчика на микросхеме типа MXPV5010DP. Нижний конец трубки 3 заканчивается дополнительной полостью в виде горизонтально расположенных витков спирали 5 (фиг.2), устанавливаемых на дно бака 1, через открытый конец трубки 3 проходит топливо. Второй
вход датчика разности давлений 4, выполненный в виде штуцера, связан с объемом 6 в топливном баке над поверхностью измеряемой жидкости. Выход электрического сигнала датчика разности давлений 4 является выходом датчика уровня топлива для подключения к измерительному устройству (на рисунке не показано), осуществляющего вычисление уровня топлива в баке в единицах объема или массы.
Конструктивно устройство для измерения уровня топлива в баке автомобиля выполнено следующим образом. Микросхема MXPV5010DP датчика давления 4 монтируется и распаивается на маленькой печатной плате, жестко соединенной небольшим кронштейном с узлом крепления, в который вмонтирован верхний конец измерительной трубки 3 и нижний конец соединительной трубки с диаметром до 4 мм, другой верхний конец которой сопряжен со входом давления датчика 4. Печатная плата вместе с датчиком и подводящей соединительной трубкой закрывается цилиндрическим кожухом, который жестко фиксируется в корпусе узла крепления. Конструктивное исполнение может быть в мобильном варианте и стационарном варианте, когда устройство фиксируется на поверхности (крышке) бака с измеряемой жидкостью.
Выполнение измерительной трубки 3 волнообразно изогнутой 7 по ее длине (фиг.3) или изогнутой в виде витков спирали (на чертеже не показано) позволяет использовать один и тот же датчик уровня топлива для разных размеров (высот) топливных баков, растягивая или сжимая измерительную медную трубку 3 под необходимые размеры бака.
1
1
2
Измерение уровня 2 жидкости (топлива) в баке 1 осуществляется следующим образом. Измерительную трубку 3 опускают в бак 1 с топливом, устанавливая дополнительную полость 5 на дно бака. При этом измеряемая жидкость перемещается по каналу полости 5 до тех пор, пока давление P столба жидкости в трубке 3 на дне бака не уравновесит давление в пространстве над поверхностью топлива в трубке. При изменении уровня топлива в баке соответственно изменяется давление P внутри трубки 3 и датчик 4 фиксирует это изменение. По разности давлений внутри трубки 3 и давления над поверхностью измеряемой жидкости Р контролируют уровень топлива в баке, так как на выходе датчика 4 появляется электрический сигнал, амплитуда которого прямопропорциональна уровню топлива.
Линейность измерения обеспечивается выполнением измерительной трубки с дополнительной полостью. В силу того, что объем дополнительной полости (спирали) 5 велик по сравнению с объемом трубки 3, а высота ее незначительна, колебания уровня измеряемой жидкости от дестабилизирующих факторов минимальны, это позволяет исключить потери при передаче информационного давления (особенно при наклонах бака, при небольших уровнях топлива в баке, когда сказывается влияние поверхностного натяжения жидкости, и т.п.) и высоту уровня топлива в баке определять с высокой точностью при простом алгоритме измерения и во всем диапазоне изменения уровня топлива в баке.
Устройство технологично из-за простоты конструкции, удобно и производительно в работе.