ИЗМЕРИТЕЛЬ ТОПЛИВА В БАКЕ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2009 года по МПК G01F23/04 

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике, конкретно к средствам определения количества топлива в баке транспортного средства. Это изобретение может найти применение на автопредприятиях для измерения остатков топлива в баках транспортных средств, для контрольного измерения израсходованного топлива за конкретную поездку, а также для проверки уровня заправки топливом бака на бензоколонках.

Известно, что большинство автомобилей оборудовано широко известными поплавковыми датчиками - измерителями топлива в баке. Эти измерители встроены в машину. Поплавок в баке плавает по поверхности топлива и через рычаг смещает полозок на резисторе или на рейке, расположенной вне бака (см., например, Игнатов А.П., Новокшонов К.В., Пятков К.Б. "Цветной иллюстрированный альбом ВАЗ 2106-2103. Устройство и эксплуатация", изд. «Третий Рим", 2003 г., с.14).

Недостатком этого датчика является невысокая точность измерения топлива (см., например, Тимофеев Ю.Л., Тимофеев Г.Л., Ильин Н.М. "Электрооборудование автомобилей. Устранение и предупреждение неисправностей", изд. «Транспорт", 2000 г., с.243-244). Поэтому существует множество устройств, позволяющих повысить точность измерений.

Известно авторское свидетельство СССР №212075, М. кл². 63с 74; 42у33, опубл. 19.11.1968, выданное на изобретение «Измеритель количества топлива в баке автомобиля». Этот измеритель количества топлива в баке автомобиля содержит основание со смонтированными на нем устройством отсчета показаний и У-образной, заполненной жидкостью, трубкой из прозрачного материала, соединенной гибким трубопроводом с вводимым внутрь бака наконечником. Особенностью этого известного измерителя является то, что устройство отсчета показаний выполнено в виде поворотно-установленного в кронштейнах основания многогранного барабана, на гранях которого нанесены соответствующие шкалы.

Такое конструктивное выполнение позволяет замерять количество топлива в баках различных типов автомобилей по соответствующей шкале барабана. Между гибким трубопроводом и наконечником установлен разобщительный кран. Это дает возможность, перекрывая кран, фиксировать показания измерителя после извлечения наконечника из бака. Трубка заполнена жидкостью, например жидким топливом, поверх которого залито не растворимое в нем масло, а гибкий трубопровод и наконечник заполнены воздухом. На основании с помощью кронштейна установлен многогранный барабан. На каждой его грани нанесена шкала, отградуированная в единицах количества топлива в баке соответствующего типа автомобиля. Для поворота барабана на верхнем конце оси предусмотрена рукоятка. Основание измерителя закрепляют в вертикальном положении около поста замера количеств топлива. Перед замером кран открывают. В гибком шланге устанавливается атмосферное давление, а жидкость в коленах трубки занимает одинаковый уровень. После этого наконечник вводят через горловину или предназначенное для этого отверстие в бак и погружают в топливо. Гидростатическое давление топлива, пропорциональное его уровню в баке, вызывает соответствующее изменение уровня жидкости в трубке. После того, как уровень в трубке установился, перекрывают кран и вынимают наконечник из бака. По этому наконечнику с помощью делений на барабане устанавливают уровень топлива в баке.

Однако это известное изобретение обладает существенными недостатками, которые заключаются в конструктивной сложности устройства и в низкой точности определения уровня топлива в баке.

Известно старое и давно используемое мерное устройство по определению топлива в баке транспортного средства. Таким устройством является щуп. Он представляет собой стержень или линейку, имеющую на одной или на двух сторонах мерные риски. Причем обычно используют щуп в виде трехгранного или четырехгранного либо круглого стержня, на поверхности которого нанесены соответствующие мерные деления. При этом для ввода щупа в бак используют горловину бака или ее пробку, служащие направляющими перемещения щупа относительно горловины бака (см. Дунаев П.Ф. «Конструирование узлов и деталей машин», изд. 3-е, перераб. и доп., М., «Высшая школа», 1978, с.112-113).

Это известное техническое решение выбирается в качестве прототипа, так как имеет с заявляемым изобретением наибольшее число общих существенных признаков и решает аналогичную с ним задачу.

Прототип представляет устройство, имеющее простую конструкцию и независимое удобное применение. Однако прототип имеет существенные недостатки, а именно с его помощью нельзя измерять топливо во всех транспортных средствах и он имеет узкую сферу применения. Данные недостатки обусловлены тем, что конструкция щупа предусматривает механическое его введение в бак до соприкосновения с дном бака и определение по щупу уровня топлива в баке от дна бака до поверхности топлива.

Задачей настоящего изобретения является создание нового измерителя топлива в баке транспортного средства, который был бы прост в обращении, позволял бы получать данные с высокой точностью измерения, был бы универсальным в применении и не зависимым от работы агрегатов проверяемого транспортного средства.

Поставленная задача решена следующим образом. В известный измеритель топлива в баке транспортного средства, содержащий щуп с рабочей частью, вводимой в бак, согласно настоящему изобретению дополнительно введен датчик касания с поверхностью топлива, образованный из щупа и датчика давления, причем в качестве щупа применена трубка, датчик давления расположен на свободном конце трубки, а между датчиком и рабочим торцом щупа размещена направляющая перемещения щупа с возможностью задания, по меньшей мере, трех направлений перемещения щупа.

Такое новое техническое решение всей своей совокупностью существенных признаков позволяет создать высокоточный и простой в обращении измеритель топлива в баке транспортного средства. При этом сохраняется традиционный механический принцип действия мерного щупа. Одновременно он может быть автоматизирован.

Это обусловлено тем, что в измеритель топлива в баке транспортного средства, имеющий щуп, введен еще датчик касания поверхности топлива. Кроме того, датчик касания образован из щупа и датчика давления, при этом в качестве щупа применена трубка, а датчик давления расположен на свободном его торце. Более того, на щупе расположена направляющая его перемещения, выполняющая функцию точки отсчета перемещения щупа в бак относительно его горловины.

Таким образом, при измерениях не требуется опускать щуп до дна бака, а достаточно зафиксировать его касание с поверхностью топлива. Момент касания может быть отмечен световым сигналом. Причем щуп с датчиком давления (датчик касания поверхности топлива) и электронная его часть непосредственно не соприкасается с топливом. Поэтому предлагаемое устройство абсолютно безопасное.

По сравнению с прототипом заявляемое техническое решение обладает существенными отличиями, которые заключаются в том, что измерение осуществляется не от дна бака до поверхности топлива, а от поверхности топлива до горловины бака, что повышает точность измерения, сокращает время измерения и делает предлагаемое устройство универсальным и независимым в применении.

Проведенный заявителем патентно-информационный тематический поиск показал, что заявляемая совокупность существенных отличительных признаков неизвестна. Поэтому с учетом ранее отмеченных отличительных признаков по сравнению с прототипом и результатами патентно-информационного тематического поиска заявляемое изобретение можно считать новым.

Предлагаемое измерение топлива в баке транспортного средства обладает изобретательским уровнем, так как заявляемое техническое решение для специалиста средней квалификации логически не следует из известного уровня техники, а скорее противоречит сложившейся в нем тенденции развития измерителей топлива в баке транспортного средства. Так, например, известно авторское свидетельство №295373, выданное на «Датчик топливомера», МКИ⁷ B64D 37/28; G01F 23/62, опубл. 2004.10.27, а заявлено - 1969.09.22. В нем используется трубка, по которой скользит поплавок с магнитом. Трубку погружают в баке и в его топливо, причем трубку погружают до дна бака. Известно авторское свидетельство №800657, «Поплавковый уровнемер», М.Кл³ G01F 23/12, опубл. 30.01.81. В этом изобретении используется трубка с поплавковым элементом, снабженным магнитом. Трубку помещают в резервуар с топливом до его дна. Известен патент РФ №2262084 «Резонансный акустический уровнемер», МКИ⁷ G01F 23/28; G01F 23/296, опубл. 2005.10.10. В этом изобретении все аналогично. Трубку опускают до дна резервуара в топливо, находящееся в нем. Определение уровня топлива ведут по мерным отрезкам трубки, в которых установлены соответствующие датчики. Причем определение уровня топлива ведут от дна резервуара до поверхности топлива в нем.

Таким образом, в известном уровне техники упомянутые измерители топлива в баке транспортного средства построены на использовании постоянных (встроенных в транспортное средство) мерительных средств, в частности трубки в качестве щупа, которую размещают в баке или резервуаре. Эту трубку оснащают всевозможными датчиками. Трубку устанавливают с упором в дно бака или резервуара. Определение уровня топлива или жидкости в баке или резервуаре ведут от дна до поверхности жидкости или топлива, которая замыкает соответствующие контакты на трубке.

Известно изобретение «Устройство для измерения уровня жидкости в емкости транспортного средства» по авторскому свидетельству СССР №657262, М.кл⁴ G01F 21/28, опубл. 15.04.75. В этом изобретении есть датчик давления столба жидкости. Столб жидкости пропорционален уровню топлива в баке. При измерении уровня топлива в баках транспортных средств на точность измерения сильно влияют поперечные и продольные крены бака, поскольку в этом случае давление столба жидкости и ее уровень относительно разных точек днища в каждый момент времени различны и погрешность измерения становится тем больше, чем больше угол отклонения бака от нормального положения. При различных углах наклона бака расстояние Н между днищем бака и поверхностью жидкости, т.е. длина перпендикуляра, восстановленного к плоскости днища, остается неизменным только в центре тяжести плоского днища (как геометрической фигуры), для всех остальных точек днища эта величина переменна, давление Р в точке Т определяется высотой Ti столба жидкости. Высота Н столба является функцией угла наклона бака.

В заявляемом измерителе топлива в баке транспортного средства ситуация обратная. Со щупом используют датчик касания поверхности топлива, что позволяет определять уровень топлива в баке от горловины бака до точки касания торца щупа с поверхностью топлива. Таким образом, с одной стороны, использован известный принцип механического опускания в бак щупа и применение датчика, а с другой стороны, используют датчик касания поверхности топлива, а щуп опускают в бак только до касания поверхности топлива. Определение уровня топлива ведут от поверхности топлива в баке до горловины бака. Кроме того, направление перемещения щупа в бак задают с помощью направляющей и с ее же помощью создают точку отчета его перемещения относительно горловины бака. В результате путем изменения направления перемещения щупа в бак можно установить уровень и количество топлива при перекосе машины на стоянке с высокой точностью. Более того, щуп с датчиком касания поверхности топлива в баке и с направляющей перемещения щупа относительно горловины бака позволяет применять заявляемый измеритель для любых транспортных средств.

Необходимо отметить, что направляющая, установленная на щупе, может быть снабжена датчиком перемещения. Он, как и датчик давления, используемый со щупом, может быть подключен к компьютеру. В этом случае расстояние от горловины бака до поверхности с топливом автоматически измеряется и запоминается в компьютере. В соответствии с калибровочной таблицей, хранящейся в памяти компьютера, фиксируется уровень топлива в литрах с указанием номера автомобиля, даты и времени измерения, что в известных устройствах подобного назначения не наблюдается.

В итоге заявляемое техническое решение позволяет достичь следующие технические результаты:

- с минимальными затратами организовать независимый учет остатков топлива в баках транспортных средств;

- измерять фактически потраченное топливо для выполнения поездок на конкретном транспортном средстве;

- проводить контрольные измерения уровня топлива на заправках;

- автоматизировать учет расхода топлива с подготовкой отчетной документации.

Сущность заявляемого устройства поясняется чертежом, где:

Фиг.1 - общий вид измерителя топлива в баке транспортного средства;

Фиг.2 - схема применения заявляемого измерителя топлива в баке транспортного средства.

Практическое применение заявляемого изобретения поясняется ниже следующим описанием.

Измеритель топлива в баке транспортного средства содержит щуп 1 (Фиг.1). В качестве него могут быть стержень, полоса или трубка. Один его конец 2 - рабочий. Его вводят через горловину 3 в бак 4 транспортного средства. На другом конце 5 щупа 1 целесообразно расположить датчик 6 касания поверхности 7 топлива 8 (Фиг.2). Причем в качестве датчика 6 касания поверхности 7 топлива 8 может быть использован практически любой бесконтактный датчик, например, основанный на применении ультразвуковых волн либо световодов, или емкостной, индуктивный. Датчик 6 должен быть совместим со щупом 1, т.е. он вместе со щупом 1 механически вводится в бак 4. Практика заявителя показала, что наилучший вариант применения вместе со щупом 1 датчика 6 касания поверхности топлива может быть использование в качестве щупа 1 трубки, у которой на одном конце установлен датчик 6 давления, образующий с трубкой датчик 6 касания поверхности 7 топлива 8. Необходимо заметить, что щуп 1 в виде трубки может быть выполнен из материала, который наилучшим образом отвечает требованиям датчика 6, используемого с ней, в частности датчика 6 давления. Например, трубка может быть выполнена из алюминиевого сплава или из пластика, Главное, чтобы ее можно было вводить в бак 4 под определенным углом α и в баке 4 вести по заданной траектории (Фиг.2). Это особенно важно, когда в транспортном средстве осложнен прямой доступ к горловине бака 1 и само транспортное средство расположено не на горизонтальной плоскости (на чертеже не показано). Тогда надо использовать направляющую 9 с возможностями задания, по меньшей мере, трех направлений перемещения щупа 1 в баке 1 (Фиг.2). Направляющая 9 охватывает трубку (Фиг.1). Над этой направляющей на щуп 1 одето кольцо 10. Кольцо 10 - это физическая метка длины перемещения щупа 1 относительно горловины 3 бака 4. Оно (кольцо на щупе) аналог показателя границы между влажной и сухой частью щупа 1 (см. прототип), по которой судят о глубине погружения в топливо. В заявляемом измерителе после вынимания щупа 1 из бака 4 сдвинувшееся во время погружения кольцо 10 показывает глубину погружения конца 2 щупа 1 до касания с поверхностью 7 топлива 8 (далее это расстояние от кольца 10 до конца 2 щупа 1 может быть измерено, например, рулеткой).

Отметим, также, что заявителями был использован интегральный датчик давления MRX100ASX фирмы Motorola и применен в соответствии с рекомендациями, которые подробно описаны в монографии: Панфилов Д.И., Иванов B.C. П01 Датчики фирмы Motorola. - M., ДОДЭКА, 2000. - 96 с. (стр.10-56). В результате датчик вырабатывал стандартный электрический сигнал, из которого надежно и без помех обнаруживался момент касания конца трубки с поверхностью топлива.

Сигнал в момент касания всегда был достаточно выраженный и по характеристикам походил на низкочастотный звуковой удар. Это позволило реализовать упрощенный вариант датчика давления, заявленного в описании. В результате был использован широко применяемый электретный микрофон (на чертеже не показан). Как описано в книге (Дж. Фрайден. Современные датчики. Справочник. М., Техносфера, 2005. - 592 с. (на стр.398): ...По существу, микрофон является датчиком давления, приспособленным для преобразования звуковых волн... Основное отличие между обычным датчиком давления и акустическим преобразователем заключается в том, что последнему не приходится измерять постоянное давление.

Поскольку необходимо зафиксировать только факт касания с поверхностью топлива, микрофон в данном случае вместе с щупом-трубкой выполняет роль датчика касания, заявленного в описании. Для выделения сигнала касания из общего сигнала, вырабатываемого микрофоном, был применен низкочастотный фильтр, подавляющий частоты выше 0,1 герца. В результате факт касания с применением микрофона также надежно обнаруживался. Поскольку стоимость микрофона значительно меньше стоимости интегрального датчика давления, то это техническое решение оказалось весьма привлекательным для массового производства.

В результате следует заключить, что предлагаемый измеритель топлива в баке транспортного средства позволяет реально решать важные задачи, связанные с контролем потребления топлива.

Коротко применение заявляемого измерителя топлива в баке транспортного средства поясняется следующим описанием.

В топливный бак 4 вставляется пробка с направляющей 9 для щупа 1. Щуп 1, как уже было отмечено, выполнен в виде трубки, в которую вставлен бесконтактный датчик 6 касания с поверхностью топлива, например датчики, которые были указаны ранее. При измерениях фиксируется расстояние от горловины 3 бака 4 до поверхности 7 с топливом 8. Этому способствует кольцо 10.

Геометрия каждого бака 4 для конкретной марки и модификации автомобиля просчитывается с учетом всех конструктивных особенностей. Для всех уровней топлива в баке 4 просчитывается соответствие его объема с расстоянием от его поверхности до горловины 3 бака 4.

Для измерения нужно установить пробку с направляющей 9 в бак 4 и вставить в нее мерную трубку (щуп 1) до касания конца трубки с поверхностью топлива. Момент касания автоматически фиксируется датчиком 6 касания и сигнализируется световым или звуковым индикатором (на чертеже не показан).

Длина погружения трубки может измеряться линейкой для ручного варианта. Для автоматического измерения в устройстве имеется электронный датчик перемещения, показания которого передаются в компьютер.

Предложенное устройство имеет большие преимущества перед классическим мерным щупом.

1. Точность измерения уровня топлива составляет менее 1 мм.

2. Щуп при измерениях не погружается в топливо, а лишь касается его, поэтому не нужно протирать его от остатков топлива, что делает предлагаемый измеритель экологически чистым

3. Метод позволяет использовать один универсальный измеритель для любых автомобилей с различной конструкцией и объемом топливного бака.

4. Устройство с использованием датчика перемещения позволяет автоматически измерять уровень топлива, исключая возможные ошибки персонала.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля остатков топлива в баках транспортных средств, для измерения израсходованного топлива за конкретную поездку, а также для проверки уровня заправки топливом бака на бензоколонках. Причем соблюдать строгое горизонтальное положение транспортного средства не требуется. Достаточно произвести три замера по трем разным заранее заданным направлениям перемещения щупа измерителя и получить три разные точки касания его с поверхностью топлива, чтобы по ним учесть, что бак наклонен к горизонту и сколько в нем осталось топлива. Это обеспечивается тем, что в измерителе помимо щупа применен еще датчик касания поверхности топлива. Причем датчик касания образован из щупа, в качестве которого применена трубка, и датчика давления, который расположен на свободном конце трубки. Кроме того, имеется направляющая перемещения щупа относительно горловины бака. При этом измерение ведут от горловины бака до поверхности топлива. 2 ил.

Измеритель топлива в баке транспортного средства, содержащий щуп с рабочей частью, вводимой в бак, отличающийся тем, что дополнительно введен датчик касания с поверхностью топлива, образованный из щупа и датчика давления, причем в качестве щупа применена трубка, датчик давления расположен на свободном конце трубки, а между датчиком и рабочим торцом щупа размещена направляющая перемещения щупа с возможностью задания, по меньшей мере, трех направлений перемещения щупа.