СИГНАЛИЗАТОР УРОВНЯ ЖИДКОСТИ В РАСШИРИТЕЛЬНОМ БАЧКЕ
LIQUID LEVEL INDICATOR IN EXPANSION TANK

Предлагаемое изобретение относится к автомобильной промышленности и может быть использовано для повышения надежности работы двигателя диагностированием нарушения циркуляции охлаждающей жидкости в системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания.
Известен измеритель (сигнализатор) уровня жидкости в расширительном бачке, содержащий конденсаторный датчик, дифференциальный усилитель, генератор переменного сигнала, индикатор [Волков С.С., Пузевич Н.Л., Наследов А.Ю. Герасимов А.Д., Гумелев В.Ю. Измеритель уровня жидкости. Заявка на изобретение RU 2011153948].
Известный сигнализатор построен на принципе изменения электрической емкости воздушного конденсатора, размещенного в жидкости расширительного бачка, при уходе жидкости из межэлектродного промежутка. Так как относительная диэлектрическая проницаемость машинных масел, бензина и других углеводородных жидкостей составляет около ε≈2, то сопротивление конденсатора в жидкости уменьшается не менее чем в два раза. По изменению тока через конденсатор при уменьшении уровня жидкости и уходе его из межэлектродного промежутка конденсатора уровень жидкости в расширительном бачке. В известном устройстве дискретные пластинки электрода емкости образуют электрические емкости небольшой величины.
ус
Недостатком известного сигнализатора является необходимость использования высокочувствительного усилителя для измерения сигнала. В то же время в автомобильной промышленности для надежности работы электронных устройств используют по возможности коэффициенты усиления усилителей в пределах k=10-50. Другим недостатком является монтаж конденсаторов в корпусе бачка, что усложняет техобслуживание конденсатора.
Технический результат предполагаемого изобретения направлен на повышение надежности работы датчика и улучшение условий технического обслуживания конденсаторного датчика сигнала.
Технический результат достигается тем, что сигнализатор уровня жидкости в расширительном бачке, содержащий конденсаторный датчик, дифференциальный усилитель, генератор переменного сигнала, индикатор, дополнительно снабжен формирователем сигнала, а датчик выполнен из двух конденсаторов, состоящих из плоскопараллельных токопроводящих пластин, жестко соединенных с крышкой расширительного бачка, при этом один конденсатор расположен при закрытой крышке бачка в положении максимально допустимого уровня жидкости, а второй - в положении минимально допустимого уровня жидкости в расширительном бачке и наклонно относительно вертикальной оси бачка, при этом электрические выводы пластин конденсаторов, выведены через крышку бачка, соединены с генератором переменного сигнала и с входами формирователя сигналов, выходы которого соединены с входами дифференциального усилителя, выход которого соединен с индикатором,
На чертеже приведена функциональная схема сигнализатора уровня жидкости в расширительном бачке.
Сигнализатор уровня жидкости в расширительном бачке (далее - сигнализатор) содержит конденсаторный датчик из двух конденсаторов 5 и 7 (далее - датчик), генератор переменного сигнала 12, формирователь сигнала 14, дифференциальный усилитель 15 и индикатор 16. Конденсаторы 5 и 7 датчика закреплены на изолирующем стержне 6, жестко соединенном с крышкой 10 расширительного бачка 2. Бачок содержит корпус 2, выходной патрубок 1 горловину 9, крышку 10 с изоляторами 11 и 13, через которые выведены электрические выводы конденсаторов 5 и 7. В расширительный бачок заливается рабочая жидкость 3. На корпусе 2 нанесены метки 4 - «min» и 8 - «max». Конденсатор 7 закреплен на стержне 6 так, чтобы при уровне жидкости «max» в межэлектродный промежуток конденсатора затекла бы жидкость. Конденсатор 5 закреплен на стержне 6 наклонно и нижним концом на уровне метки корпуса «min». При уровне жидкости «min» жидкость в межэлектродном промежутке конденсатора 5 полностью отсутствует. Угол наклона пластин конденсатора относительно горизонтальной плоскости образуется подъемом края конденсатора на высоту (7-10)% расстояния между метками «max» и «min». Размер конденсаторов выбирается равным размеру горловины так чтобы датчик, смонтированный на крышке 10, мог быть извлечен из бачка для профилактического осмотра.
Сигнализатор работает следующим образом. В бачок 2 наливается жидкость 3 до уровня между метками «max» и «min». При этом в пространстве конденсатора 5 находится жидкость, а конденсатора 7 - воздух. На конденсаторы 5 и 7 подается переменное (изменяющееся) напряжение величиной в милливольты. Переменный ток, проходящий через конденсаторы 5 и 7, поступает по линиям а и б на формирователь 14. В формирователе производится корректировка сигналов линий а и б выравниванием фазных углов и пропорции их амплитуд. В качестве опорного сигнала и по фазе и по амплитуде используется сигнал генератора, подаваемого на формирователь по линии «с». Калибровка формирователя 14 осуществляется выравниванием величин напряжения (токов) сигналов до заполнения бачка жидкостью с воздушными промежутками конденсаторов. Для корректировки фаз сигналов формирователь содержит фазосдвигающие цепочки. При нормальном рабочем уровне жидкости сопротивление конденсатора 5, заполненного жидкостью, в два (или более) раза меньше сопротивления конденсатора 7. Поэтому на входах дифференциального усилителя 15 величины сигналов разные, а значит, имеется выходной ток дифференциального усилителя, который включает сигнализатор о нормальном уровне жидкости в бачке. Если уровень жидкости уходит ниже конденсатора 5, то оба конденсатора 5 и 7 оказываются с воздушными промежутками и с одинаковыми сопротивлениями, пропускающими одинаковые токи. При равенстве сигналов на входах дифференциального усилителя 15 выходной сигнал равен нулю. Тогда в индикаторе включается индикаторная лампа, сигнализирующая об уходе жидкости из зоны нормального уровня.
Равенство входных токов усилителя 15 будет и при превышении максимально допустимого уровня жидкости, когда оба конденсатора оказываются в жидкости. При этом индикаторное устройство 16 включает индикаторную лампу, сигнализирующую об уходе жидкости из зоны нормального уровня. При этом, входные токи усилителя 15 в два (или более) раза больше, чем при уровне ниже минимума. Используя ток лини «б» соединением формирователя 14 с индикаторным устройством 16 линией «d», можно включать с помощью дискриминатора по уровню сигнала индикаторную лампу, реагирующую на большой ток, то есть на превышение уровнем жидкости максимального уровня. Сигнал линии «а» отводится из формирователя в дискриминатор индикаторного устройства 16. При воздушных промежутках токи обоих каналов (а и б) малы и дискриминатор не реагирует на них. При уровне жидкости в зоне наклона конденсатора 5 ток линии «а» меняется от максимума до минимума, от состояния конденсатора 5 с жидкостью до состояния с воздухом. Пропусканием сигнала через дискриминатор по минимуму и максимуму включается индикаторная лампа в положении, когда ток изменяется от состояния конденсатора с жидкостью до состояния с воздухом. Такие радиотехнические электронные устройства реализуются без принципиальных сложностей с помощью микросхемных устройств.
Сопоставительный анализ показал, что предполагаемое изобретение обладает большей площадью конденсаторного датчика, позволяющей получать больший сигнал и не нуждается в высокочувствительном усилителе. В прототипе площади дискретных участков, образующих конденсаторы на измеряемой границе воздух-жидкость составляют единицы кв. миллиметров. Площади емкостей в предполагаемом изобретении близка к площади пробки и составляет более 1000 мм кв., то есть в 100 раз больше площадей емкостей прототипа. Это обеспечивает большую надежность работы всего устройства. Монтаж датчика в крышке бачка позволяет простым образом извлекать датчик для техобслуживания.