ДАТЧИК УРОВНЯ МАСЛА В РЕДУКТОРЕ ПРИВОДА ПОДВАГОННОГО ГЕНЕРАТОРА

Полезная модель относится к области контрольно-измерительного приборостроения и предназначена для эксплуатации в качестве измерителя уровня диэлектрических жидкостей в редукторе привода железнодорожных подвагонных генераторов.
Известны различные устройства для измерения уровня топлива [авторские свидетельства SU на изобретения №356473, №615363, №724932, патенты RU на изобретения №2166736, №2298153, №2301971, №2329473]. Все они содержат емкостной чувствительный элемент и средство для обработки сигнала.
Все вышеперечисленные устройства используют эффект изменения значения емкости электрического конденсатора при изменении диэлектрических свойств вещества, находящегося между его обкладками. При заполнении области между обкладками конденсатора изменяется его емкость, это изменение преобразуется далее в различные виды электрических сигналов.
Известен также «Датчик уровня жидкости для бака транспортного средства» [патент RU №2284481], содержащий поплавок, с установленным на нем магнитом, ограничители хода поплавка, вертикальную трубу, в которой установлен электросоединитель и группа герконов, соединенных между собой, а также по отношению к поплавку определенным образом.
Однако используемое в вышеописанном датчике конструктивное решение имеет существенные ограничения в части минимизации габаритных размеров, в связи с чем он не может быть встроен в редуктор подвагонного генератора с целью оперативного контроля текущего значения уровня масла.
Наиболее близким к заявляемому решению является измерительный стержень уровня масла в редукторе подвагонного генератора [каталог деталей, входящих в редуктор ДМИ-44, сайт: www.dminvest.ru/Proizvodstvo/doc/katalog_detaley_DMI-44.pdf]. Он содержит вертикально ориентированную цилиндрическую корпусную деталь в виде запорного винта с нижней и верхней торцевыми сторонами, кольцо и чувствительный элемент. Последний представляет собой стержень, на боковой поверхности которого нанесена мерная риска в виде кольцевой канавки. На боковой поверхности корпусной детали с ее верхней торцевой стороны выполнена резьба для осуществления резьбового соединения. В средней части боковой поверхности корпусной детали имеется буртик. Профиль боковой поверхности корпусной детали с ее нижней торцевой стороны имеет форму шестигранника. Вертикальные оси симметрии корпусной детали и чувствительного элемента совпадают.
Габаритные размеры и устойчивость к вибрациям данного устройства позволяют использовать его для контроля уровня масла в редукторе подвагонного генератора. Чрезвычайно малый объем пространства в редукторе подвагонного генератора железнодорожных вагонов не позволяло в принципе использовать до настоящего времени других более современных датчиках уровня масла в редукторе подвагонного генератора.
Контроль уровня масла в данном датчике - наиболее близком аналоге может быть осуществлен только визуально после остановки вагона и извлечения датчика из посадочного места, которое выполнено в виде резьбового отверстия. Оперативный контроль с дистанционной передачей текущего значения уровня масла при использовании данной конструкции невозможен.
Задачей заявляемого технического решения является обеспечение оперативного дистанционного контроля в режиме реального времени текущего значения уровня масла в редукторе подвагонного генератора.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что датчик уровня масла в редукторе привода подвагонного генератора, содержащий: вертикально ориентированный полый цилиндрический корпус с верхней и нижней торцевыми сторонами, на боковой поверхности которого с нижней торцевой стороны выполнена резьба, с верхней торцевой стороны боковая поверхность корпуса оформлена в виде шестигранника; соосно расположенный чувствительный элемент, выполненный в виде выступа цилиндрической формы, расположенного с нижней торцевой стороны корпуса и имеющего на боковой поверхности мерную риску в виде кольцевой канавки, имеет: блок преобразования уровня масла в значение электрической емкости, блок преобразования значения электрической емкости в импульсный сигнал, блок сопряжения с каналом связи, при этом блоком преобразования уровня масла в значение электрической емкости служит чувствительный элемент, выполненный в виде открытого с обеих торцевых сторон полого цилиндра, внутрь которого введен электрод в виде прямоугольной пластины, установленной вдоль вертикальной линии симметрии полого цилиндра с обеспечением зазора между пластиной и внутренней стенкой полого цилиндра, и жестко закрепленной на опорной горизонтально ориентированной пластине, которая герметично установлена внутри корпуса с нижней его торцевой стороны и снабжена разъемными электрическими соединителями, посредством которых электрически связаны стенки полого цилиндра и электрода - прямоугольной пластины с входами блока преобразования значения емкости в импульсный сигнал, выходы которого подключены к входам блока сопряжения с каналом связи.
Заявляется также датчик уровня масла в редукторе привода подвагонного генератора с вышеописанными признаками, в котором верхняя и нижняя торцевые стороны корпуса выполнены с возможностью съема в виде крышек, на боковой поверхности корпуса в средней ее части выполнен буртик.
Технический результат заявляемой полезной модели.
Конструктивные особенности заявляемого датчика позволяют обеспечить дистанционный контроль текущего значения уровня масла в редукторе подвагонного генератора с предупреждением дежурного диспетчера о приближении аварийной ситуации, что значительно повышает шанс ее устранения. Передача информации возможна как по проводному каналу связи, так и по радиоканалу, что значительно расширяет область применения датчика для использования на вагонах разных модификаций.
Заявляемая полезная модель поясняется с помощью Фиг., на которой показано схематическое изображение датчика уровня масла в редукторе подвагонного генератора. На Фиг. позициями 1-22 обозначены:
1 - корпус;
2 - чувствительный элемент в виде полого цилиндра;
3 - верхняя торцевая сторона корпуса;
4 - нижняя торцевая сторона корпуса;
5 - буртик;
6 - резьба;
7 - мерная риска;
8 - блок преобразования значения электрической емкости в импульсный сигнал;
9 - блок сопряжения с каналом связи;
10 - электрод в виде прямоугольной пластины;
11 - опорная горизонтально ориентированная пластина;
12 - разъемные электрические соединители;
13 - следящий генератор импульсных сигналов;
14 - образцовый генератор;
15 - узел сравнения частот;
16 - узел цифровой обработки сигналов;
17 - модулятор;
18 - задающий генератор радиочастотного генератора;
19 - усилитель мощности;
20 - антенна;
21 - источник автономного питания;
22 - сквозное отверстие.
Датчик уровня масла в редукторе привода подвагонного генератора содержит вертикально ориентированный полый цилиндрический корпус 1 и соосно расположенный ему чувствительный элемент 2 в виде погружной части. Корпус 1 имеет верхнюю 3 и нижнюю 4 торцевые стороны, которые выполнены с возможностью съема в виде крышек. На боковой поверхности корпуса 1 в средней ее части выполнен буртик 5. На боковой поверхности корпуса 1 с нижней торцевой стороны 4 выполнена резьба 6, с верхней торцевой стороны боковая поверхность корпуса оформлена в виде шестигранника. Чувствительный элемент 2 выполнен в виде выступа цилиндрической формы, расположенного с нижней торцевой стороны 4 корпуса 1 и представляющего собой полый цилиндр, открытый с обеих торцевых сторон. На боковой поверхности полого цилиндра выполнена мерная риска 7 в виде кольцевой канавки.
Датчик имеет блок преобразования уровня масла в значение электрической емкости, блок преобразования значения электрической емкости в импульсный сигнал 8, блок сопряжения с каналом связи 9.
Блоком преобразования уровня масла в значение электрической емкости служит электрод в виде прямоугольной пластины 10, установленной внутри полого цилиндра вдоль его вертикальной линии симметрии с обеспечением зазора между пластиной 10 и внутренней стенкой полого цилиндра 2.
Электрод - прямоугольная пластина 10 жестко закреплен на опорной горизонтально ориентированной пластине 11, герметично установленной внутри корпуса 1 со стороны погружной части и снабженной разъемными электрическими соединителями 12. Посредством последних осуществлены соединения стенки полого цилиндра и электрода - прямоугольной пластины 10 с входами блока преобразования значения емкости в импульсный сигнал 8, выходы которого подключены к входам блока сопряжения с каналом связи 9.
Блок преобразования значения электрической емкости в импульсный сигнал 8 может содержать следящий генератор 13, образцовый генератор 14, узел сравнения частот 15, узел цифровой обработки сигналов 16. Входы следящего генератора 13 являются внешними входами блока преобразования значения электрической емкости в импульсный сигнал 8. Выход следящего генератора 13 подключен к первому входу узла сравнения частот 15, ко второму входу которого подключен образцовый генератор 14. Выход узла сравнения частот 15 подключен ко входу узла цифровой обработки сигналов 16, выход которого является внешним выходом блока преобразования значения электрической емкости в импульсный сигнал 8.
Внешние выходы блока преобразования значения электрической емкости в импульсный сигнал 8 подключены к входам блока сопряжения с каналом связи 9. Последний может включать в себя модулятор 17, задающий генератор радиочастотного диапазона 18, усилитель мощности 19. При этом первый вход модулятора 17 является внешним входом блока 9, ко второму входу модулятора 17 подключен задающий генератор радиочастотного диапазона 18, а выход модулятора 17 подключен к входу усилителя мощности 19.
В случае, когда канал связи выполнен в виде проводного канала связи, выход усилителя мощности 19 подключен через разъемное электрическое соединение к двухпроводной линии, по которой осуществляется передача данных от датчика на внешнее устройство и подача питания от внешнего устройства на датчик.
В случае, когда канал связи выполнен в виде радиоканала, датчик дополнительно содержит антенну 20, подключенную к выходу усилителя мощности 19, входящего в блок сопряжения с каналом связи 9, и источник автономного питания 21, выходы которого подключены к питающим входам блока преобразования значения электрической емкости в импульсный сигнал 8 и блок сопряжения с каналом связи 9. Для выхода антенны 20 за пределы корпуса 1 в его верхней торцевой стороне 3 выполнено сквозное отверстие 22.
Датчик уровня масла в редукторе подвагонного генератора работает следующим образом.
Датчик устанавливают в посадочное место редуктора подвагонного генератора. Чувствительный элемент 2 в виде полого цилиндра и электрод-пластина 10 внутри него работают в качестве конденсатора. Блок преобразования уровня масла в значение электрической емкости основан на принципе изменения емкости между его двумя обкладками, в качестве которых выступают стенка полого цилиндра 2 и электрода-пластины 10. Емкость такого конденсатора изменяется в зависимости от заполнения топливом пространства между электродами.
Через разъемные электрические соединители 12 обкладки описанного выше конденсатора подключены к частотозадающей цепи следящего генератора 13, входящего в блок преобразования значения электрической емкости в импульсный сигнал 8. Это приводит к тому, что при изменении уровня масла изменяется частота импульсного сигнала на выходе следящего генератора 13. Затем данный импульсный сигнал поступает на первый вход узла сравнения частот 15, на второй вход которого поступает сигнал с выхода образцового генератора 14. Импульсный сигнал с выхода узла сравнения частот 15 подается на вход узла цифровой обработки сигналов 16, на выходе которого происходит формирование сигнала, несущего информацию о текущем значении уровня масла. Этот сигнал поступает на первый вход модулятора 17, на второй вход которого поступает сигнал с выхода задающего генератора радиочастотного диапазона 18. С выхода модулятора 17 сигнал подается на вход усилителя мощности 19, обеспечивающего уровень сигнала, необходимого для надежной передачи данных. С выхода усилителя мощности 19 сигнал поступает через антенну 20, установленную в сквозном отверстии 22 верхней торцевой стороны 3 корпуса 2, по каналу связи на диспетчерский пункт для сбора и обработки информации. Питание блока преобразования значения электрической емкости в импульсный сигнал 8 и блока сопряжения с каналом связи 9 осуществляется с помощью источника автономного питания 21, установленного внутри корпуса 1.
Пример.
Заявляемое техническое решение изготовлено в виде опытного образца, успешно прошедшего апробацию в одной из организаций г.Саратова.
Корпус датчика выполнен из углеродистой стали Ст3 ГОСТ 380-88.
Полый цилиндр и прямоугольная пластина погружной части датчика изготовлены из латуни. Опорная горизонтально ориентированная пластина изготовлена из маслостойкого изоляционного материала стеклотексталита марки FR4. Разъемные электрические соединители выполнены в виде винтовых стандартных соединений с антикоррозионным покрытием.
Блок преобразования значения электрической емкости в импульсный сигнал содержит следящий генератор, образцовый генератор, узел сравнения частот, узел цифровой обработки сигналов. Следящий генератор выполнен на интегральном таймере типа NE555. Остальные узлы преобразователя значения электрической емкости в импульсный сигнал выполнены, например, на микросхеме PIC24FKA102.
Блок сопряжения с каналом связи содержит модулятор, задающий генератор радиочастотного диапазона, усилитель мощности и реализован на микросхеме типа MRF49XA.
Антенна выполнена из медного многожильного провода, длина которого определяется значением выбранной частоты задающего генератора радиочастотного диапазона 80 мм для частоты порядка 800 МГц.
Источник автономного питания выполнен на батарее ER14250-VB.