ЕМКОСТНОЙ ДАТЧИК УРОВНЯ ТОПЛИВА, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЙ ДЛЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ В УСЛОВИЯХ ПОВЫШЕННОЙ ВИБРАЦИИ

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике, предназначена для измерения уровня диэлектрических жидкостей, находящейся в баках, резервуарах, иных емкостях, в том числе в баках транспортных средств.
Известна «Крепежная система для измерительного прибора», предназначенная для крепления датчика при измерении уровня жидкости в емкости (RU, Патент на изобретение №2296955, МПК G01F 23/26, опубликовано 10.04.2007), содержащая электрод, или группу электродов, встроенную втулку, врезное кольцо, накидную гайку с выемкой, в которой помещено уплотнительное кольцо.
Недостатком этого датчика является низкая точность измерения, обусловленная тем, что при резьбовом консольном креплении группы датчиков невозможно соблюсти их параллельность, а в условиях вибрации, когда каждый из датчиков войдет в собственный колебательный режим вплоть до резонанса, точность измерения снизится многократно.
Известен «Емкостной датчик уровня», принятый за прототип (RU, Патент на изобретение №2112931, МПК G01F 23/26, опубликовано 10.06.1998), содержащий два изолированных, коаксиально расположенных трубчатых электрода, изоляционные элементы в местах крепления электродов, изоляционные бобышки, расположенные между электродами, группами по три в нескольких сечениях, узел крепления датчика к корпусу бака.
Недостатками устройства является: низкая надежность, обусловленная тем, что датчик сложен в изготовлении и сборке, состоит из большого количества деталей из различных материалов, при этом все соединения осуществляются с помощью винтов и гаек, что при эксплуатации, особенно в условиях повышенной вибрации приведет к преждевременному выходу прибора из строя; высокой стоимостью, обусловленной тем, что в датчике необходимо применять не только дорогие калиброванные трубчатые электроды, но и все остальные соединяющиеся между собой детали должны быть выполнены с высоким классом точности.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение эксплуатационной надежности в условиях вибрации, повышение точности измерений, снижение стоимости прибора за счет упрощения конструкции, и использования ненормированных по классу точности деталей.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом емкостном датчике, содержащем два изолированных, коаксиально расположенных трубчатых электрода, изоляционные элементы в местах крепления электродов, изоляционные бобышки, расположенные между электродами группами по три в нескольких сечениях, узел крепления датчика к баку, новым является то, что узел крепления к баку выполнен в виде фланца с патрубком и коаксиально соединен с электродами, в нижней внутренней части патрубка выполнен паз, в котором помещен кольцевой уплотнитель, а соединение электродов между собой и с узлом крепления к баку выполнено посредством эпоксидной смолы с пластификатором, при этом бобышки выполнены из эластичного материала.
На Фиг.1 показан общий вид датчика и бака, на Фиг.2 - разрез датчика закрепленного на баке, на Фиг.3 показано соединение электродов с узлом крепления к баку, на Фиг.4 разрез А-А по Фиг.2, на Фиг.5 - бобышка.
На фигурах: 1 - топливный бак, с переменным уровнем топлива 2, коаксиально выполненные трубчатые электроды датчика 3 и 4, соединенные в верхней части с узлом крепления к баку, выполненном в виде фланца с патрубком 5, корпус датчика 6 с гермовводом 7. В нижней внутренней части патрубка 5 выполнен паз 8, в котором помещен кольцевой уплотнитель 9, предотвращающий протекание пластифицированной эпоксидной смолы 10, между внешней поверхностью электрода 3, и внутренней поверхностью патрубка, при сборке датчика. Так же для формообразования участка соединения между собой электродов 3 и 4, посредством пластифицированной эпоксидной смолы 10, установлены заглушки 11 и 12, соответственно в виде шайбы, и цилиндра, выполненные из пенополиуретана, или иного легко деформируемого бензостойкого материала. Разгрузочное отверстие 13 позволяет свободно изменяться уровню топлива в пространстве между электродами 3 и 4. Изоляционные бобышки 14, выполненные из бензостойкого эластичного полимера, установлены в отверстиях 15 электрода 4, соприкасаясь с внутренней поверхностью электрода 3.
Сборка датчика осуществляется в следующей последовательности. На электродах 3 и 4, в верхнем торце фиксируются электрические отводы для последующего подключения к электронной схеме (не показано). Бобышки 14 вставляются в отверстия 15 электрода 4, электрод 4 со всеми бобышками 14, с некоторым усилием вставляется в электрод 3 до совпадения торцов электродов. Кольцевой уплотнитель 9 укладывается в паз 8 узла крепления 5, электроды, с некоторым усилием вставляются в патрубок. С верхней стороны узла крепления 5 вставляются на необходимую глубину заглушки 11 и 12, соответственно в виде шайбы, и цилиндра. В дальнейшем заглушки останутся на своих местах, не влияя на работу датчика. Все детали центруются и фиксируются в вертикальном положении, сверху узла крепления 5 заливается пластифицированная эпоксидная смола 10 (все контактирующие со смолой поверхности изначально подготовлены), протекая в полости между внешней поверхностью электрода 3 и внутренней поверхностью патрубка, заполняя кольцевую полость до уплотнительного кольца 9, между электродами 3 и 4, и заполняя внутреннюю полость электрода 4 на глубину до заглушек 11 и 12. После стабилизации смолы в корпусе 6 устанавливается и подключается электронная плата датчика, например, термостабилизированный емкостной генератор с магистральным усилителем формирователем импульсов (не показано). Питание электронного блока и импульсный выход осуществляются по общему кабелю через гермоввод 7. Собранный датчик фланцевой частью узла крепления 5 устанавливается на баке 1.
Тарирование системы датчик-бак-выходной сигнал, как правило, осуществляется индивидуально, в данной задаче практически и экономически нецелесообразно выполнять механическую часть датчика с точностью превышающей расчетную чувствительность или разрешающую способность системы, поскольку электронная часть датчика - емкостной термостабилизированный генератор и магистральный усилитель-формирователь импульсов внесет свою ошибку за счет разброса параметров электронных компонентов. Предварительная настройка электронного блока датчика по эталонным емкостям так же не имеет смысла, поскольку свои коррективы внесет бак. Даже в одном типоразмере новых баков, тем более разных производителей могут быть существенные различия в функции уровень-объем. Кроме того, бак может быть нестандартным, деформированным и т.д. Очевидно, что в системе имеющей несколько некоррелируемых факторов, где варьируется только один из них, удобно воспользоваться методом аппроксимации, в предлагаемом техническом решении это означает получение индивидуальной функции: уровень топлива в баке - выходной импульсный сигнал датчика, которая закладывается в вычислительный комплекс и обрабатывается в соответствии с поставленными задачами.
Изложенный подход к проектированию датчика позволил использовать все металлические, серийно выпускаемые детали с любыми допусками в рамках ГОСТ, что обеспечило минимальную себестоимость устройства. Единовременное соединение электродов между собой и узлом крепления к баку посредством эпоксидной смолы максимально упростило технологию сборки датчика, и соответственно его стоимость. Наличие в составе эпоксидной смолы пластификатора обеспечило не только высокую адгезию соединенных деталей и герметичность всего устройства, но и дало небольшую степень свободы колебаниям электродов относительно узла крепления, исключив тем самым возможность возникновения каких либо нагрузок на излом, и соответственно повысило надежность датчика при работе в условиях вибрации. Эластичные бобышки, установленные между электродами обеспечивают не только коаксиальную центровку электродов при любых внешних воздействиях, но и совместно с конструктивно выполненной пластифицированной эпоксидной смолой и уплотнительным кольцом демпфируют вибрацию датчика, исключая возможность его резонансных колебаний. При вибрационном воздействии на изгиб электродов относительно узла крепления происходит упругая деформация соединительных слоев пластифицированной эпоксидной смолы и уплотнительного кольца, возникающие при этом силы противодействия направлены на восстановление вертикальной симметрии. Так же при отклонении оси электродов от оси узла крепления, эластичные бобышки подвергаются деформации на сжатие и смещение, при этом силы упругой реакции направлены на восстановление системы. Упругая связь между двумя электродами, имеющими различные размеры и вес, а следовательно и момент инерции практически исключает возможность возникновения резонансных колебаний электродов. В целом конструктивное решение датчика обеспечивает его механическую надежность, и высокую точность измерений в условиях повышенной вибрации. Отсутствие резьбовых соединений, небольшое количество деталей, и простота сборки уменьшает стоимость датчика и так же положительно влияет на надежность.