ИЗМЕРИТЕЛЬ УРОВНЯ ЗАПОЛНЕНИЯ, СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ИЗМЕРИТЕЛЯ УРОВНЯ ЗАПОЛНЕНИЯ, А ТАКЖЕ СОСТОЯЩИЙ ИЗ ИЗМЕРИТЕЛЯ УРОВНЯ ЗАПОЛНЕНИЯ И ДИСТАНЦИОННОГО ЭЛЕМЕНТА КОНСТРУКТИВНЫЙ УЗЕЛ
FILLING LEVEL METER, OPERATING METHOD OF FILLING LEVEL METER, AND ALSO CONSISTING OF LEVEL METER AND REMOTE ELEMENT STRUCTURAL UNIT

Изобретение относится к измерителю уровня заполнения для измерения уровня заполнения в емкости через её стенку посредством ультразвука.
Путем измерения уровня посредством ультразвука может быть определен уровень заполнения в емкости без того, что внутрь емкости должен помещаться измеритель уровня или емкость должна быть открыта для измерения. Прежде всего, это является предпочтительным в случае емкостей, которые находятся под высоким давлением, например баллоны для сжиженного газа, или не должны открываться по другим причинам.
Мобильный измеритель уровня для измерения уровня заполнения посредством ультразвука известен из DE 20 2011 110 687. Он выполнен как ручной измерительный прибор, который при необходимости для выполнения процесса измерения прижимается пользователем к стенке емкости. Тогда измеритель уровня показывает, находится или нет жидкость внутри емкости на высоте, на которой приставлен измерительный прибор.
Из DE 198 20 482 C1 известен стационарный измеритель уровня, который встроен в основание, на который может устанавливаться газовый баллон.
Задача изобретения заключается в том, чтобы разработать измеритель уровня заполнения, который пригоден для стационарного использования в течение длительного периода времени и при этом может использоваться для большого числа разных емкостей и типов емкостей.
Для решения этой задачи согласно изобретению предусмотрен измеритель уровня заполнения для измерения уровня заполнения в емкости через её стенку посредством ультразвука, имеющий ультразвуковую измерительную головку, устройство управления, и крепежно устройством, посредством которого измеритель уровня заполнения является закрепляемым на емкости так, что ультразвуковая измерительная головка прижимается к стенке емкости, причем предусмотрен интерфейс связи для беспроводной связи, который содержит приемо-передающий блок.
Изобретение основывается на главной идее встраивания в измеритель уровня заполнения крепежного устройства, так что он длительное время удерживается на емкости. За счёт этого измеритель уровня заполнения может использоваться для долгосрочного измерения уровня заполнения. Кроме того, он может использоваться для множества разных емкостей, так как он может быть независимо от конкретной геометрии емкости гибко закреплен на его стенке. За счет беспроводного интерфейса связи результаты измерения уровня заполнения могут быть переданы наружу, так что они могут быть показаны пользователю. При этом исключаются затраты на соединение кабелем измерителя уровня заполнения.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения предусмотрено, что крепежное устройство содержит магниты. Этот вариант осуществления делает возможным закрепление с минимальными затратами измерителя уровня заполнения на всех емкостях, которые состоят из ферромагнитного материала, таким образом, прежде всего, на всех стальных емкостях. Удерживающие магниты удерживают измеритель уровня заполнения в требуемом положении до тех пор, пока он не будет снова снят.
Согласно альтернативному варианту осуществления предусмотрено, что крепежное устройство содержит клеевой материал. В этом варианте осуществления измеритель уровня заполнения может быть приклеен как пластырь в нужном месте на стенку емкости, где он остается в течение длительного времени. Для того чтобы измеритель уровня заполнения, после того как он был снят с емкости, закрепить на следующей емкости, в зависимости от клеевого материала может использоваться «старый» клеевой материал или будет нанесен новый слой клеевого материала.
Согласно еще одному варианту осуществления изобретения предусмотрено, что крепежное устройство содержит пружинный зажим. Пружинный зажим особенно пригоден для того, чтобы закреплять измеритель уровня заполнения на выступающих частях емкости, например установочном кольце или рукоятке.
Крепежное устройство может также содержать натяжной ремень. Он простирается по окружности емкости и прижимает измеритель уровня заполнения и, прежде всего, ультразвуковую измерительную головку к стенке.
Предпочтительно, приемо-передающий блок работает в соответствии со Bluetooth-стандартом. Это делает возможной передачу с малыми затратам энергии результатов измерения уровня заполнения на полностью достаточное для многих применений расстояние (например, в пределах кемпинга, для гриля, для обогревателя террасы, для предприятия общественного питания или для кровельщиков).
Согласно одному варианту осуществления предусмотрено, что предусмотрен дополнительный интерфейс связи в виде штекера. За счёт этого может происходить передача данных по кабелю, например к шинной системе (LIN-шине или CAN-шине).
При этом согласно одному варианту осуществления изобретения предусмотрено, что в интерфейс связи встроено мощностное питание для системы управления. За счет этого можно отказаться от отдельного источника энергии измерителя уровня заполнения.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления в измеритель уровня заполнения встроен источник энергии. За счёт этого измеритель уровня заполнения является полностью автономным.
Источник энергии может содержать две батареи. С ними может быть с небольшими затратами гарантировано обеспечение энергией в течение достаточно длительного периода времени, например до одного года.
Предпочтительно, при этом батареи являются заменяемыми, так что измеритель уровня заполнения может использоваться в течение длительного времени.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения предусмотрено, что батареи расположены на расстоянии от ультразвуковой измерительной головки. Это является предпочтительным с точки зрения пространства для установки в случаях применения, при которых измеритель уровня заполнения используется на дне газового баллона. В этом случае ультразвуковая измерительная головка находится на самом низком месте дна, следовательно, там, где имеется наименьшее расстояние между основанием и дном газового баллона. Сбоку от нег расстояние между основанием и дном газового баллона больше, так что там могут быть более просто размещены батареи.
Предпочтительно, обе батареи расположены диаметрально противоположно на внешнем крае измерителя уровня заполнения, так как в распоряжении имеется наибольшее пространство.
Согласно одному варианту осуществления изобретения предусмотрен корпус, в который встроены конструктивные детали измерителя уровня заполнения. За счет этого возможно простое обращение с измерителем уровня заполнения, и конструктивные детали являются механически защищенными.
Согласно одному варианту осуществления предусмотрено, что корпус является монолитным. Это упрощает закрепление измерителя уровня заполнения на емкости.
При этом согласно одному варианту осуществления предусмотрено, что корпус состоит из эластомера и является сгибаемым. За счет этого измеритель уровня заполнения может быть гибко закреплен на емкостях, которые различаются в отношении кривизны стенки, к которой должна быть прижата ультразвуковая измерительная головка. Дополнительно, благодаря материалу получается особенно эффективная защита от внешних механических нагрузок, например, когда емкость устанавливается на неровном основании, и измеритель уровня заполнения имеет контакт с основанием.
Согласно одному альтернативному варианту осуществления предусмотрено, что корпус выполнен составным с шарниров между частями. За счет этого измеритель уровня заполнения может быть гибко закреплен на емкостях, которые различаются в отношении кривизны стенки, к которой должна быть прижата ультразвуковая измерительная головка.
При этом согласно одному варианту осуществления между частями корпуса предусмотрена пружинная пластина. За счет этого может быть с малыми затратами создана требуемая сила прижима ультразвуковой измерительной головки к стенке емкости.
Ультразвуковая измерительная головка может быть расположена упруго на корпусе, так что она при закреплении измерителя уровня заполнения на стенке емкости прилегает к стенке емкости с требуемым усилием прижима.
Согласно одному варианту осуществления предусмотрены пружины, которые прижимают ультразвуковую измерительную головку к стенке емкости. Такими пружинами может длительное время создаваться требуемое усилие прижима.
При этом согласно одному варианту осуществления изобретения предусмотрено, что пружины выполнены из пластмассы монолитно с корпусом. За счет этого предотвращаются затраты на монтаж отдельных пружин.
Когда крепежное устройство содержит один или более магнитов, предпочтительно, предусмотрен приемный элемент для магнита/магнитов, причем приемный элемент на обращенной к емкости стороне закрыт стенкой корпуса. Иначе говоря, магнит (или магниты) отделен (или отделены) от стенки емкости стенкой корпуса. Это имеет два преимущества: с одной стороны, получается коррозионная защита для магнитов, так как корпус закрывает магниты на обращенной к емкости стороне. С другой стороны, магнитные силы, которые действуют, когда корпус закреплен на емкости, воспринимаются корпусом без того чтобы требовались дополнительные меры, посредством которых будет обеспечено, что магнит/магниты в течение длительного срока службы надежно останется/останутся в приемном элементе.
Согласно одному варианту осуществления изобретения предусмотрен температурный датчик. С температурным датчиком может быть повышена точность измерения, так как скорость звука в жидкостях, прежде всего, зависит от температуры. К этому добавляется, что уровень жидкости в емкости вследствие теплового расширения также является зависимым от температуры. Если жидкость рассматривается как сжиженный газ, то следует констатировать, что оба эффекта действуют на время прохождения звукового сигнала при, в остальном, неизмененном количестве газа разнонаправлено и нелинейно, так что для определения правильного количества сжиженного газа в емкости необходима зависимая от температуры компенсация. При этом достаточно, когда температура измеряется в измерителе уровня заполнения и, таким образом, вблизи емкости, так как можно исходить из того, что измеренная снаружи емкости, например на его нижней стороне, температура приблизительно совпадает с температурой жидкости внутри емкости, во всяком случае, когда не рассматриваются экстремальные случаи, такие как одностороннее освещение солнцем или сильные изменения температуры.
Предпочтительно, корпус оснащен передающим нагрузку участком, который расположен вблизи связующей подушки. Передающий нагрузку участок лежит или на дне емкости или находится на небольшом расстоянии от дна. Когда измеритель уровня заполнения слишком сильно прижимается к емкости, например ввиду того, что под корпусом находится выступающий предмет, нагрузки через передающий нагрузку участок передаются непосредственно на емкость, так что связующая подушка и измерительная головка защищены от высоких усилий. Одновременно корпус защищен от высоких нагрузок.
Температурный датчик может быть встроен в связующую подушку, которая расположена на той стороне ультразвуковой измерительной головки, которая обращена к стенке емкости. За счет этого температурный датчик находится вблизи стенки емкости, в то время как он одновременно хорошо защищен от воздействий окружающей среды.
Связующая подушка состоит из эластомера и обеспечивает хорошую передачу звука между ультразвуковой измерительной головкой (прежде всего, использованным там ультразвуковым генератором, таким как пьезокерамика) и стенкой емкости, в то время как одновременно ультразвуковая измерительная головка защищена от прямого соприкосновения. Кроме того, связующая подушка, если она выполнена достаточно сжимаемой, может сглаживать различные выпуклости стенки емкости и определенные допуски, и тем самым обеспечивать хорошую звукопередачу. При этом эластомер выполнен так, что при обычных усилиях прижима предел текучести эластомера не достигается, так что усилие прижима к стенке емкости сохраняется также при длительном постоянном прижиме.
Предпочтительно, эластичность связующей подушки выбрана так, что она одна (то есть без того, что в корпусе необходимы пружины) создает требуемое усилие прижима, когда измеритель уровня заполнения прижимается к стенке емкости под действием крепежного устройства. Усилие прижима деформирует связующую подушку в такой степени, что она хорошо прилегает к стенке емкости, и ультразвуковые волны хорошо передаются от пьезокерамики к стенке емкости, и наоборот.
Согласно одному варианту осуществления изобретения предусмотрено, что устройство управления содержит прогнозирующий модуль с запоминающим устройством. Это позволяет на основании расхода в прошлом направлять пользователю оценочное значение, до какого времени запас в емкости будет еще достаточен.
Устройство управления может также содержать модуль характеристических кривых, в котором записан ход изменения уровня заполнения в зависимости от объема жидкости, который имеется в емкости. С модулем характеристических кривых точность измерения уровня заполнения может быть повышена, прежде всего, тогда, когда поперечное сечение емкости по высоте уровня изменяется. Примером этого является выпуклая форма газового баллона в нижней области.
При эксплуатации измерителя уровня заполнения является предпочтительным, когда используется частота выборки, которая является зависящей от ситуации. Вообще говоря, высокая частота выборки, то есть сравнительно быстрая последовательность отдельных процессов измерения, используется тогда, когда устройство управления на основании внешних воздействий обнаруживает, что это является выгодным. Наоборот, частота выборки уменьшается, когда устройство управления обнаруживает, что высокая частота выборки не имеет смысла. Благодаря этим мерам увеличивается продолжительность работы, которая может быть достигнута с одним комплектом батарей.
Предпочтительно, когда устройство управления обнаруживает, что измеритель уровня заполнения установлен на новой емкости, запускается ряд измерений, результат которых усредняется для определения начального уровня заполнения. За счет этого у пользователя после сравнительно короткого времени имеется в распоряжении надежное измеренное значение уровня заполнения.
После того как определен начальный уровень заполнения, устройство управления, предпочтительно, снижает частоту выборки. Это без проблем возможно без того, что точность определенного уровня заполнения уменьшается, так как уровень заполнения, например, в газовом баллоне, даже при максимальной расходе изменяется не так сильно, чтобы не было достаточным, например одно измерение каждую минуту.
Частота выборки может быть дополнительно уменьшена, когда устройство управления в течение длительного промежутка времени определяет постоянный уровень заполнения. Это может интерпретироваться устройством управления так, что из емкости фактически не отбирается жидкость, так что, например, достаточно одно измерение один раз в час. Как только затем будет обнаружено уменьшение уровня заполнения, устройство управления может снова увеличить частоту выборки.
Согласно одному варианту осуществления изобретения предусмотрено, что устройство управления, когда оно не обнаруживает никакой связи измерителя уровня заполнения с внешним приемником, существенно уменьшает частоту выборки или полностью прекращает измерения. Проще говоря, этот вариант осуществления основывается на принципе, что измерения не выполняются, когда никто не запрашивает измеренные значения уровня заполнения. Примером такого события является автомобиль для кемпинга, который, за исключением времени отпуска, является бездействующим. За счет этого также является бездействующим приемник, который обычно связывается с измерителем уровня заполнения. Если устройство управления обнаружит, что никакая связь не возможна, скорость выборки может быть снижена до очень малого значения или даже до нуля. Когда устройство управления обнаруживает, что связь вновь установлена, снова может быть использована более высокая скорость выборки. Также можно в этом случае сначала использовать существенно повышенную скорость выборки, как она используется тогда, когда обнаруживается новая емкость.
Согласно одному варианту осуществления изобретения устройство управления, когда оно обнаруживает низкий уровень заполнения, переходит от оценки первого отраженного сигнала сгенерированных ультразвуковых волн к оценке второго или третьего отраженного сигнала ультразвуковых волн. За счет этого возможно надежное измерение также при низком уровне заполнения. При меньшем уровне заполнения в емкости промежуток времени между отправкой ультразвукового сигнала и приемом отраженного сигнала становится все меньше. К тому же затрудняющим является то, что керамика после отправки звукового сигнала еще некоторое время продолжает колебаться, и поэтому тотчас не готова к приему. Поэтому при известных условиях сложно измерить первый отраженный сигнал, то есть первое отражение ультразвуковых волн на поверхности раздела между жидкостью и газом. Однако обычно волновой фронт многократно отражается, стало быть, после отражения на границе раздела жидкость-газ снова на дне емкости, затем снова на границе раздела, затем снова на дне, и т.д. Хотя эти отраженные сигналы становятся все слабее, тем не менее, они в принципе пригодны для оценки.
Согласно одному варианту осуществления предусмотрено, что излучаемая мощность ультразвуковой измерительной головки, когда имеет место небольшая высота заполнения, уменьшается. Это основывается на знании того, что при меньших уровнях жидкости путь пробега звуковых волн является меньшим, так что и при меньшей излучаемой мощности к ультразвуковой измерительной головке надежно приходит отраженный сигнал. Меньшая излучаемая мощность имеет преимущество, что время продолжающегося колебания после отправки звуковой волны становится меньше и, таким образом, керамика скорее становится снова пригодной для приема. За счёт этого могут измеряться меньшие уровни жидкости.
Согласно одному варианту осуществления изобретения предусмотрено, что устройство управления, когда оно обнаруживает снижение ниже определенного уровня заполнения, выдает команду команду на получение пользователем особого указания. Это может быть сообщение об опасности на индикаторном приборе (например, на смартфоне). За счет этого обеспечивается, что пользователь своевременно предпримет надлежащие меры, например позаботится о замене пустой емкости для жидкости.
Согласно одному варианту осуществления изобретения предусмотрено, что устройство управления, когда оно обнаруживает снижение ниже определенного уровня заполнения, выдает команду на доставку новой емкости. В одном предпочтительном варианте осуществления это достигается тем, что приложение на смартфоне позаботится о том, чтобы руководителем был организован дополнительный заказ. Это может происходить через интернет-соединение или посредством связи по SMS. Этот вариант осуществления особенно удобен, так как технологическая цепочка обеспечивает бесперебойное снабжение подлежащей измерению жидкостью без того, чтобы пользователь должен был сам проявить активность.
Отдельный аспект изобретения относится к конструктивному узлу с измерителем уровня заполнения, как описано выше, и по меньшей мере одним дистанционным элементом, который должен закрепляться на нижнем краю подлежащей оснащению измерителем уровня заполнения емкости. С помощью дистанционного элемента может быть увеличено расстояние между дном емкости и основанием, так что измеритель уровня заполнения может быть надежно установлен там также тогда, когда емкость установлена на неровном основании (например, на щебне). С дистанционным элементом снижается риск того, что оснащенная измерителем уровня заполнения емкость опирается на основание через измеритель уровня заполнения, что иногда может приводить к повреждению измерителя уровня заполнения.
Дистанционный элемент может быть цоколем с закрытым дном. Такой цоколь является особенно предпочтительным тогда, когда емкость должна быть установлена на насыпном основании.
Предпочтительно, цоколь имеет две позиционирующие конструкции для двух типов емкостей. Позиционирующие конструкции могут быть, например, кольцами или скобами, с помощью которых цоколь может быть надежно установлен на опорное кольцо емкости. С разными позиционирующими конструкциями можно использовать один и тот же цоколь с разными емкостями.
Может быть также предусмотрено, что дистанционный элемент состоит из трех или более дистанционных элементов, которые могут быть закреплены пружинными зажимами на нижнем краю емкости. Тогда они могут быть гибко установлены пользователем, когда это в отдельных случаях является предпочтительным.
Предпочтительно, каждый дистанционный элемент имеет канавку первого типа и по меньшей мере одну вторую канавку другого типа. Это позволяет использовать одни и те же дистанционные элементы для разных емкостей.
Предпочтительно, дистанционные элементы изготавливаются из эластичной пластмассы, так что за счет деформации канавок могут быть использованы дополнительные типы емкостей, в то время как канавки гибко приспосабливаются к краю емкости.
В дальнейшем изобретение будет описано на основании разных вариантов осуществления, которые показаны на прилагаемых рисунках. На них показано:
Фиг. 1 - закрепленный на емкости измеритель уровня заполнения согласно изобретению в схематическом виде в разрезе,
Фиг. 2 - измеритель уровня заполнения согласно фиг. 1 в схематическом виде в разрезе,
Фиг. 3 - измеритель уровня заполнения согласно второму варианту осуществления в схематическом виде в разрезе,
Фиг. 4 - измеритель уровня заполнения согласно фиг. 3 на виде сверху,
Фиг. 5 - измеритель уровня заполнения согласно третьему варианту осуществления в схематическом виде в разрезе,
Фиг. 6 - схематически электронные компоненты измерителя уровня заполнения согласно изобретению,
Фиг. 7 - графически используемые измерителем уровня заполнения скорости выборки во времени,
Фиг. 8 - три дистанционных элемента на обрезанном виде в перспективе, которые закреплены на емкости, и
Фиг. 9 - в увеличенном виде в перспективе один из показанных на фиг. 8 дистанционных элементов.
На фиг. 1 показана емкость 2, во внутреннем пространстве которой находится жидкость 3. Жидкость 3 заполняет внутреннее пространство емкости 2 до уровня F заполнения, над поверхностью жидкости находится газообразная среда 4. В отношении её речь может идти об испарившейся жидкости 3 или о воздухе, который включил в себя определенную долю испарившейся жидкости 3.
В показанном примере осуществления в отношении емкости 2 речь идет о баллоне для сжиженного газа, который оснащен газовым патрубком 5, дном 6 и опорным кольцом 7. Баллон для сжиженного газа своим опорным кольцом 7 стоит на основании 8, например на дне 8 шкафа для газовых баллонов автомобиля для кемпинга. Стенка 9 баллона для сжиженного газа состоит из ферромагнитного стального сплава.
На дне 6 баллона для сжиженного газа закреплен измеритель 10 уровня заполнения, с помощью которого может определяться уровень F заполнения баллона для сжиженного газа, и за счет этого количество сжиженного газа, находящегося в баллоне для сжиженного газа.
Если даже измеритель 10 уровня заполнения описывается ниже в связи с баллоном для сжиженного газа, он в принципе пригоден и предусмотрен для того, чтобы использоваться с другими видами емкостей 2. Не является также настоятельно необходимым закреплять измеритель 10 уровня заполнения на дне 6 емкости. Измеритель 10 уровня заполнения мог бы быть, например, расположен на боковой стенке или на верхней стороне емкости.
Измеритель 10 уровня заполнения функционирует для определения уровня F заполнения в емкости 2 с помощью ультразвука. Говоря в общем, генерируются ультразвуковые волны, которые вводятся в стенку 9 емкости (конкретно, в показанном примере осуществления в дно 6). Оттуда ультразвуковые волны движутся в виде сигнала S через жидкость и отражаются на поверхности раздела между жидкой средой и газообразной средой, так что они движутся назад в виде отраженного сигнала E. Этот отраженный сигнал может регистрироваться измерителем 10 уровня заполнения. Из времени пробега звуковых волн можно сделать вывод об уровне заполнения, и этот уровень заполнения, когда известна геометрия емкости 2, может быть пересчитан в количество (или литров, или килограммов) залитой жидкости.
Измеритель 10 уровня заполнения имеет ультразвуковую измерительную головку 12, которая, прежде всего, является пьезокерамикой. На обращенной к емкости 2 стороне ультразвуковая измерительная головка 12 оснащена связующей подушкой 14, которая состоит из эластомера, например силикона. Связующая подушка 14 служит для того, чтобы вводить колебания пьезокерамики в стенку емкости 2, и наоборот, передавать возникающие из отраженного сигнала колебания стенки емкости 2 снова к пьезокерамике.
Ультразвуковая измерительная головка 12 расположена в корпусе 16, который в данном случае выполнен из двух частей. Он состоит из части 16A корпуса и части 16B корпуса, которые соединены друг с другом. В показанном примере осуществления в данном случае имеется схематически показанный шарнир 18.
Кроме того, измеритель 10 уровня заполнения оснащен устройством 20 управления, с помощью которого может производиться измерение уровня заполнения. Детали устройства управления будут описаны позднее со ссылкой на фиг. 5.
Предусмотрен источник энергии в виде двух заменяемых батарей 22, которые поставляют необходимую для эксплуатации устройства 20 управления электрическую энергию. В отношении батарей речь может идти об имеющихся в продаже батареях размера AA.
При этом батареи 22 расположены как можно далеко наружу в частях 11A, 11B, следовательно, на большом расстоянии от шарнира 18.
Для возможности закрепления измерителя 10 уровня заполнения на емкости 20 предусмотрено крепежное устройство 24, которое в данном случае состоит из двух магнитов. При этом в каждой части 16A, 16B корпуса расположен магнит 24, а именно, на обращенной от шарнира 18 стороне.
Ультразвуковая измерительная головка 12 расположена в корпусе 16 с эластичным подпружиниванием, а именно так, что она подводится из корпуса 16 к стороне, на которой расположены магниты 24.
Для пружинящего закрепления ультразвуковой измерительной головки предусмотрены две пружины 26.
Пружины 26 могут быть отдельными пружинами, которые установлены в частях 16A, 16B корпуса. Однако, предпочтительно, пружины 26 изготовлены монолитно с частями 16A, 16B корпуса, а именно, как полученные литьем под давлением элементы частей 16A, 16B корпуса.
Корпус 16 оснащен пружинной пластиной 28, которая действует между обеими частями 16A, 16B корпуса. Пружинная пластина 28 воздействует на обе части корпуса относительно друг друга в направлении показанной на фиг. 2 стрелки P, то есть на магниты 24 от «верхней стороны», которая определяется стороной, на которой находится связующая подушка 14.
Для закрепления измерителя 10 уровня заполнения на емкости 2 он приставляется к дну 6 так, что ультразвуковая измерительная головка 12 находится примерно возле самой низкой точки дна. Затем обе части 16A, 16B корпуса, преодолевая действие пружинной пластины 28, прижимаются к дну так, что магниты 24 магнитно удерживаются на дне 6. При этом по причине действия пружинной пластины 28 корпус 16 в области шарнира 18 прижимается к изогнутому дну 6 емкости 2, благодаря чему ультразвуковая измерительная головка 12 своей связующей подушкой 14 прижимается к дну 6 емкости 2. При этом пружины обеспечивают требуемое (необходимое с точки зрения передачи ультразвуковых волн) усилие прижима и компенсацию допусков.
На фиг. 3 и 4 показан второй вариант осуществления измерителя 10 уровня заполнения. Для известных из первого варианта осуществления конструктивных деталей используются те же самые ссылочные обозначения, и в этой связи даются ссылки на вышеприведенные описания.
Различие между первым и вторым вариантом осуществления заключается в том, что при втором варианте осуществления обе части 16A, 16B корпуса закреплены не друг с другом, а на противоположных сторонах средней части 16C корпуса. В средней части 16C корпуса расположена ультразвуковая измерительная головка 12. Для этого, как в первом варианте осуществления, могут быть использованы пружины.
В качестве шарнира 18 между первой частью 16A и третьей частью 16C корпуса или третьей частью 16C и второй частью 16B корпуса в отличие от первого варианта осуществления используется не жесткий шарнир, а эластомерное сочленение, которое делает возможной требуемую подвижность между частями корпуса.
Также и во втором варианте осуществления в части корпуса 16A, 16B, 16C встроена пружинная пластина 28, которая отводит части 16A, 16B, 16C корпуса в исходное положение. В исходном положении нижние стороны трех частей корпуса простираются в одной плоскости (см. фиг. 3).
Еще одно различие между первым и вторым вариантом осуществления заключается в том, что при втором варианте осуществления источник энергии (и в данном случае используются батареи 22) не разделен по двум частям корпуса, а что две батарее 22 расположены рядом друг с другом в одной части корпуса (в данном случае во второй части 16B корпуса). Однако таким же образом, как и в первой варианте осуществления, батареи 22 расположены далеко у края.
Измеритель 10 уровня заполнения согласно второму варианту осуществления устанавливается на емкости таким же образом, как это описывается для первого варианта осуществления. Когда обе части 16A, 16B приближаются к стенке емкости 2 таким образом, что магниты 24 сцепляются со стенкой 9 емкости, автоматически создается требуемое предварительное напряжение между ультразвуковой измерительной головкой 12 и стенкой емкости.
На фиг. 5 показан измеритель уровня заполнения согласно третьему варианту осуществления. Для известных из первого варианта осуществления конструктивных деталей используются те же самые ссылочные обозначения, и в этой связи даются ссылки на вышеприведенные описания.
В третьем варианте осуществления используется жесткий корпус 16, который состоит из верхней части 16A и нижней части 16B. Обе части 16A, 16B могут быть соединены друг с другом посредством пружинных зажимов, так что пользователь может заменить находящиеся в них батареи 22 с малыми трудозатратами.
Однако альтернативно также возможно, что на нижней стороне предусмотрены две небольшие крышки соответствующих батарейных отсеков, так что пользователь может заменить батареи без отделения обеих частей 16A, 16B друг от друга.
Различие между третьим и обоими первыми вариантами осуществления заключается в том, что в третьем варианте осуществления ультразвуковая измерительная головка 12 жестко закреплена на корпусе.
Требуемое предварительное напряжение между стенкой емкости 2 и ультразвуковой измерительной головкой 12 в данном случае достигается только посредством выбора размеров связующей подушки 14 и её материала.
Связующая подушка 14 незначительно выступает над обращенной к емкости 2 стороной корпуса 16. Выступ s по порядку величин может составлять от 1 до 2 мм.
Когда измеритель 10 уровня заполнения закреплен на емкости (см. обозначенную штриховой линией на фиг. 5 стенку 6 дна емкости), эта стенка сжимает связующую подушку 14 под действием силы притяжения крепежного устройства 24, так что получается требуемое предварительное напряжение. При этом связующая подушка 14 может отклоняться в сторону, так как между корпусом 16 и связующей подушкой предусмотрено кольцеобразное свободное пространство 50.
Выступ s связующей подушки задает, в какой степени может быть максимально сжата (при стенке емкости с наименьшим радиусом закругления) связующая подушка 14.
Еще одно различие между третьим и обоими первыми вариантами осуществления заключается в том, что в третьем варианте осуществления в корпусе предусмотрен передающий нагрузку участок 52. Он служит для того, чтобы передавать нагрузки, которые действуют на обращенную от емкости 2 сторону корпуса 16, непосредственно на обращенную к емкости 2 сторону корпуса 16, и оттуда на стенку емкости 2.
Передающий нагрузку участок в данном случае выполнен как непрерывно проходящий от верхней стороны к нижней стороне корпуса участок материала. Он является кольцеобразным и окружает ультразвуковую измерительную головку 12 и связующую подушку 14, так что имеется свободное пространство 50. Однако альтернативно могут быть использованы несколько раздельных, например, выполненных в виде стержней передающих нагрузку участков.
Когда на измеритель 10 уровня заполнения действуют слишком высокие нагрузки (например, когда оснащенный измерителем 10 уровня заполнения емкость 2 установлена на гравийном основании, и один из камней нажимает на корпус 16), эти нагрузки передаются через корпус и вводятся в стенку емкости 2. При этом корпус не может быть поврежден, так как передающий нагрузку участок простирается непосредственно от дна (в данном случае от нижней части 16B) к верхней стороне корпуса 16 (в данном случае к верхней части 16A.
Одновременно связующая подушка защищается от слишком высоких нагрузок, так как при определенной нагрузке верхняя сторона корпуса 16 опирается на емкость, и связующая подушка 14 не может дальше сжиматься.
В качестве крепежного устройства может быть использован кольцеобразный магнит 24, который расположен в кольцеобразном приемном элементе 60. Дно приемного элемента 60 (в показанной на фиг. 5 ориентации корпуса верхняя сторона приемного элемента) образовано стенкой корпуса. Расположенная радиально внутри сторона приемного элемента в данном случае образована передающим нагрузку участком 52.
Когда измеритель 10 уровня заполнения установлен на емкости, магнит притягивает корпус 16 к емкости, так что измеритель 10 уровня заполнения закрепляется на стенке емкости. Одновременно сила сцепления притягивает магнит 24 к стенке, которая ограничивает приемный элемент 60. Также достаточно зафиксировать магнит 24 лишь так, чтобы он не выпадал из приемного элемента 60.
Расположенная радиально снаружи сторона приемного элемента (участок 53 материала) простирается в данном случае к нижней части 16B корпуса 16 и, следовательно, действует как часть передающего нагрузку участка 52.
Вместо одного кольцеобразного магнита 24 могут быть также использованы несколько отдельных магнитов. Тогда они располагаются вокруг ультразвуковой измерительной головки 12. Например, могут использоваться три магнита, которые расположены в отдельных приемных элементах концентрически под углом 120° вокруг ультразвуковой измерительной головки 12.
Признаки передающего нагрузку участка 52 и приемного элемента для магнита, который закрыт на стороне емкости стенкой корпуса 16, могут использоваться отдельно или в комбинации также в первом и второй варианте осуществления.
У всех вариантов осуществления корпуса устройство 20 управления (см. фиг. 6) может надлежащим образом управлять ультразвуковой измерительной головкой 12, чтобы там генерировать ультразвуковые волны и принимать, когда отраженный сигнал попадает на ультразвуковую измерительную головку 12.
Для повышения точности измерения уровня заполнения, предпочтительно, предусмотрен температурный датчик 30, который дает возможность устройству 20 управления при оценке времени пробега сигнала учитывать (приблизительную) температуру жидкости 3 в емкости 2. Температурный датчик может быть, например, залит в связующую подушку 14, так что измеренная им температура по меньшей мере в некоторой степени зависит от температуры стенки 9, к которой во время измерения прижимается связующая подушка 14. Альтернативно, можно разместить температурный датчик 30 внутри корпуса 16.
Кроме того, устройство 20 управления имеет прогнозирующий модуль, с помощью которого устройство 20 управления в зависимости от фактически имеющегося уровня заполнения и в зависимости от значений расхода в прошлом может путем экстраполяции вычислить, насколько еще хватит запаса жидкости 3 в баллоне 2 (при предположении, что значения расхода значительно не изменяются).
Кроме того, предусмотрен модуль 34 характеристических кривых, в котором записано количество (или объем) находящейся в емкости 2 жидкости 3 в зависимости от уровня F заполнения. В модуле 34 характеристических кривых может быть записано, о каком виде жидкости 3 в емкости 2 идет речь. Это важно тогда, когда измеритель 10 уровня заполнения должен универсально применяться для измерения уровня заполнения в совершенно разных емкостях, так как разные жидкости имеют разные скорости звука, которые должны учитываться при измерении уровня заполнения.
С устройством управления 20 соотнесен интерфейс 36 связи, через который пользователю предоставляется в распоряжение результат измерения уровня заполнения.
В показанном примере осуществления в отношении интерфейса 36 связи речь идет о беспроводном интерфейсе связи, который работает в соответствии со Bluetooth-стандартом. Через него можно отправлять результаты измерения приемнику 38 (см. фиг. 1).
В отношении приемника 38 речь может идти о смартфоне пользователя. Он может быть связан с измерителем 10 уровня заполнения и или запускать процесс измерения или запрашивать результат измерения уровня заполнения, который записан в запоминающем устройстве 40 измеренных значений устройства 20 управления.
В отношении приемника 38 речь может также идти о вышестоящем устройстве управления приборами, например, в автомобиле для кемпинга. С его помощью централизовано управляются и контролируются различные приборы, такие как холодильник, кондиционер или система водоснабжения. Устройство 20 управления измерителя 10 уровня заполнения может передавать этому устройству управления приборами измеренное значение уровня заполнения, так что оно может быть показано пользователю на центральной панели управления.
Запоминающее устройство 40 измеренных значений также обеспечивает отсутствие потери данных при потере связи с приемником 38. Тем не менее, данные прогноза являются снова имеющимися в распоряжении в любое время. Кроме того, измеренные значения могут быть без проблем предоставлены в распоряжение нескольким приемникам 38, даже если некоторые из них были связаны с интерфейсом связи 36 лишь недавно.
Когда измеритель 10 уровня заполнения заново присоединен к емкости 2, то сначала работа может осуществляться с высокой скоростью выборки (см. область I на фиг. 7). Например, измерения уровня заполнения могут проводиться с интервалами в одну секунду. Определенные при этом измеренные значения усредняются, так что после относительно короткого времени (например, максимально одну минуту) может быть довольно надежно определен фактический вровень заполнения. Затем (или с управлением по времени или когда устройство управления обнаружит, что определенные уровни заполнения достаточно стабильно колеблются вокруг среднего значения) частота выборки уменьшается до одного измерения в минуту. Эта частоты выборки достаточна, чтобы зарегистрировать изменение уровня F заполнения емкости 2 и выдать прогноз о достаточности оставшегося уровня заполнения.
Если устройство 20 управления в течение определенного (например, задаваемого пользователем) промежутка времени обнаруживает, что уровень F не изменяется, частота выборки может быть снова уменьшена (см. область III на фиг. 7). Например, происходит только одно измерение в час.
Если устройство 20 управления обнаружит, что с интерфейсом 36 связи больше не связан ни один из приемников 38, частота выборки также может снижаться до нуля.
По внешнему сигналу (или изменению уровня заполнения или связыванию приемника 38 с интерфейсом 36 связи) частота выборки снова повышается (см. область IV на фиг. 7). При этом, как здесь показано, могут предприниматься измерения с высокой частотой выборки (это рекомендуется, прежде всего, когда в течение предыдущего промежутка времени была использована равная нулю скорость выборки), чтобы иметь возможность надежно определить начальный уровень заполнения, например, у замененной емкости. Альтернативно, работа может продолжаться со средней частотой выборки (соответственно области V на фиг. 7), чтобы снова продолжать надежно записывать расход и, соответственно этому, изменяющийся уровень заполнения.
По причине изменяющейся скорости выборки и, прежде всего, по причине того факта, что скорость выборки в значительной степени снижается, когда это возможно без потери в отношении точности измерения, может быть получена длительность работы с одним комплектом батарей 22 до одного года.
При различных применениях может быть предпочтительным предусматривать между емкостью 2 и основанием 8 дистанционный элемент 50. С помощью дистанционного элемента 50, когда он состоит из пластмассы, может быть образовано промежуточное пространство между опорным кольцом 7 и, например, металлическим дном шкафа для газовых баллонов, благодаря чему улучшается беспроводная связь между интерфейсом 36 связи и приемником 38.
Дистанционный элемент 50 может быть предпочтительным и тогда, когда емкость 2 с закрепленным на ней измерителем 10 уровня заполнения должна быть установлена на насыпном основании, например щебне. При этом существует опасность того, что опорное кольцо зароется в основание 8, и измеритель 10 уровня заполнения под весом емкости 2 будет прижат к выступающим областям основания 8.
Дистанционный элемент 50 может быть, например, расположенным по периметру кольцом (см. фиг. 1), который согласован с диаметром опорного кольца 7 и может быть оснащен несколькими небольшими магнитами, так что он удерживается на опорном кольце 7. Это облегчает обращение с ним.
Дистанционный элемент 50 может быть также образован несколькими дистанционными элементами 50A, 50B, 50C, как они показаны на фиг. 8 и 9. В данном случае дистанционные элементы 50A, 50B, 50C являются пластмассовыми деталями в виде пружинных зажимов, которые оснащены канавкой 52 первого типа и канавкой 54 второго типа. Канавки 52, 54 приведены в соответствие разным опорным кольцам, так что дистанционные элементы могут быть использованы с разными емкостями 2. В зависимости от типа емкости дистанционные элементы могут быть надеты на опорное кольцо 7 в одной или другой ориентации.
Измеритель 10 уровня заполнения может закрепляться на емкостях 2 с другими вариантами осуществления крепежных устройств 24. Например, может использоваться пружинный зажим, с помощью которого измеритель 10 уровня заполнения закрепляется внутри опорного кольца 7. Тогда этот пружинный зажим может опираться на отогнутый внешний участок опорного кольца 7.
Можно использовать также натяжной ремень, чтобы закрепить измеритель 10 уровня заполнения по окружности стенки 9.
Измеритель 10 уровня заполнения может быть также приклеен к стенке 9 емкости.
Согласно одному варианту осуществления измеритель 10 уровня заполнения оснащен токоограничивающими диодами, которые обеспечивают, что предоставляемая в распоряжение устройства 20 управления энергия остается ниже определенных границ. За счет этого отсутствует необходимость взрывобезопасно заливать конструктивные части устройства управления для возможности беспроблемного использования измерителя уровня заполнения во взрывоопасных зонах.