ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК УРОВНЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ Российский патент 2015 года по МПК G01F23/26 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к электростатическому емкостному датчику уровня текучей среды, определяющему количество текучей среды, и, в частности, к электростатическому емкостному датчику уровня текучей среды, имеющему интегрально сформированные герметичные выводы, посредством которых датчик установлен на электроприводном компрессоре или подобном ему устройстве.

Уровень техники

Способы определения количества текучей среды, в общем, известны. Электростатические емкостные датчики были предложены как средства для определения количества электрически непроводящей текучей среды, такой как нефть. Этот датчик определяет присутствие текучей среды и количество текучей среды, используя изменения в электростатической емкости между электродами, вызывая проникновение электрически изолирующей текучей среды в пространство между электродами. Например, электроды расположены в цилиндрическом корпусе, который является электрически изолирующим, или один из электродов сформирован в виде цилиндра. Когда текучая среда втекает в цилиндрический элемент или вытекает из него, электростатическая емкость между этими электродами изменяется. Количество текучей среды в контейнере измеряется по изменению электростатической емкости.

Документы уровня техники

Патентные документы

Патентный документ 1: патентная заявка Японии № JP-A-H11-311561

Патентный документ 2: патентная заявка Японии № JP-A-H07-260549

Раскрытие изобретения

Задачи, которые должны решаться изобретением

Электростатические емкостные датчики уровня текучей среды включают в себя датчик такого типа, который может определять непрерывные изменения количества текучей среды в реальном масштабе времени, как показано в документах уровня техники. Однако по мере увеличения точности измерения процедура расчета для определения мельчайшего изменения электростатической емкости становится все более трудной. Кроме того, поскольку изменения в процедуре расчета зависят от типа жидкости и/или от типа и размера контейнера, в котором установлен датчик, то требуется текущая калибровка.

Например, фиг. 6-8 показывают предложенный пример датчика уровня текучей среды, имеющего упрощенную конструкцию посредством ограничения применения датчика для определения только присутствия текучей среды, а не для постоянного определения количества текучей среды. Датчик 101 уровня текучей среды включает в себя подложку 102, к которой прикреплены два проводящих штырька 104. Эти штырьки 104 имеют дистальные концы, к которым посредством сварки прикреплены металлические электродные пластины 105, которые сконфигурированы так, что направлены друг на друга, будучи по существу параллельными одна другой.

Хотя вышеописанный датчик уровня текучей среды имеет простую конструкцию, небольшой наклон каждой электродной пластины, вызванный приваркой к электропроводящему штырьку, изменяет межэлектродное расстояние. Соответственно, для того, чтобы наклон, образовавшийся во время сварки, мог бы быть исключен с целью придания равномерности чувствительности, необходима регулировка межэлектродного расстояния. В частности, слабый наклон приваренной части оказывает большое влияние на межэлектродное расстояние, поскольку электроды сделаны длинными так, чтобы площади электродов были увеличены с целью получения электростатической емкости. Далее, поскольку эти "консольные" электроды являются оголенными, существует возможность того, что, будучи подвергнутыми воздействию силы во время сборки, эти электроды могут быть деформированы. Кроме того, когда для предотвращения деформации прочность электродов увеличивается посредством утолщения электродов, механическое напряжение концентрируется на сварных частях, которые являются относительно более слабыми. При этом возникает возможность изменения взаимного расположения электродов.

Даже когда электроды в процессе производства отрегулированы до должного взаимного расположения, в том случае, когда датчик установлен на двигателе компрессора, увеличение внутреннего давления растягивает подложку. Это слегка изменяет угол между электропроводящими штырьками, приводя к большому изменению расстояния между электродными пластинами, прикрепленными на дистальных концах проводящих штырьков. Соответственно изменяется электростатическая емкость между электродами, в результате чего возникает проблема, связанная с тем, что характеристика датчика уровня текучей среды ухудшается.

Далее, поскольку два элемента электрода приварены по одной и той же прямой линии, соединяющей проводящие штырьки, то нужно, чтобы один свариваемый электрод был вставлен между проводящими штырьками. Кроме того, первый закрепленный электрод получается посредством сварки второго электрода. Дополнительно, по мере того, как датчик уменьшается в размерах, межэлектродное пространство и электроды становятся малыми и более тонкими, что приводит к возникновению такой проблемы, что приложенное между электродами во время сварки достаточное давление не может быть достигнуто.

Соответственно, требуется электростатический емкостный датчик уровня текучей среды, который был бы прост по конструкции и легок в изготовлении и использовании.

Средства для решения проблемы

Электростатический емкостный датчик уровня текучей среды в соответствии с изобретением включает в себя компонент определения уровня текучей среды, установленный на герметичном выводе и входящий в качестве основы в детектирующий блок, включающий в себя два электрода, электрически изолирующих разделители, фиксирующие взаимное расположение между электродами, и по меньшей мере один соединительный вывод, сконфигурированный для подсоединения и прикрепления детектирующего блока к двум проводящим штырькам, причем соединительный вывод является деформируемым более слабой силой, чем сила, побуждающая деформироваться электроды. В результате, приложенное к электродам детектирующего блока механическое напряжение становится рассредоточенным и ослабленным. Поскольку детектирующий блок дополнительно присоединен и прикреплен к герметичному выводу компрессора двигателя, то работа по установке датчика на герметичный компрессор двигателя может быть сделана более легкой, также как и обращение с самим датчиком.

Соединительный вывод сформирован из более тонкой металлической пластинки, чем электрод, чтобы, тем самым, быть деформируемым, или же соединительный вывод включает в себя изгиб, отведенный на предопределенную величину в сторону, так что этот соединительный вывод имеет длину, большую, чем действительное расстояние между скрепленными участками. В результате, этот соединительный вывод является деформируемым более слабой силой, чем сила, побуждающая деформироваться электроды, тем самым приложенное к детектирующему блоку механическое напряжение может быть широко рассредоточено по всему соединительному выводу.

Далее, обеспечены два соединительных вывода, при этом один из соединительных выводов имеет жесткость, достаточную для того, чтобы удерживать детектирующий блок, а другой соединительный вывод - достаточно гибкий, чтобы являться деформируемым, в результате чего одновременно может быть более легко достигнуто прочное крепление к герметичному стеклянному выводу и рассредоточение механического напряжения.

Положительный эффект изобретения

В соответствии с датчиком уровня текучей среды по настоящему изобретению детектирующий блок, имеющий фиксированное взаимное расположение между электродами, сконструирован как компонент определения уровня текучей среды, и, тем самым, может быть облегчена работа по регулировке взаимного расположения между электродами. Далее, соединительный вывод, фиксирующий детектирующий блок, может рассредоточивать или ослаблять механическое напряжение, вызванное ошибкой в сборке компонентов во время фиксации детектирующего блока, и почти всю силу, вызванную деформацией герметичного вывода. Это может исключить деформацию или поломку детектирующего блока вследствие концентрации механического напряжения. Соответственно, характеристики датчика уровня текучей среды могут удерживаться неизменными даже при его использовании в тяжелых условиях.

Далее, поскольку при этом один из соединительных выводов сконструирован так, что имеет достаточную жесткость, а другой соединительный вывод сконструирован так, что является гибким, то одновременно может быть достигнута надежная фиксация детектирующего блока и рассредоточение или ослабление механического напряжения.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой общий вид электростатического емкостного датчика уровня поверхности жидкости в соответствии с изобретением.

Фиг. 2 представляет собой вид сечения датчика поверхности жидкости, который показан на фиг. 1.

Фиг. 3 представляет собой вид сечения, выполненного по линии А-А на фиг. 2.

Фиг. 4 представляет собой частичный вид сечения датчика поверхности жидкости в соответствии с другим вариантом исполнения изобретения.

Фиг. 5 представляет собой частичный вид сечения датчика поверхности жидкости в соответствии с дополнительным другим вариантом исполнения изобретения.

Фиг. 6 представляет собой общий вид обычного датчика поверхности жидкости.

Фиг. 7 представляет собой вид сечения датчика поверхности жидкости с фиг. 6.

Фиг. 8 представляет собой вид спереди датчика поверхности жидкости с фиг. 6.

Осуществление изобретения

Электростатический емкостный датчик 1 уровня текучей среды в соответствии с настоящим изобретением образован металлическим герметичным выводом 2, предназначенным для использования при установке на герметичном компрессоре двигателя или подобном устройстве, и детектирующим блоком 3, служащим в качестве компонента определения уровня текучей среды. Герметичный вывод 2 включает в себя чашеобразную металлическую подложку 4 и электропроводящие штырьки 6, продолжающиеся через металлическую подложку 4 и изолированно зафиксированные посредством электроизолирующего заполнителя 5, такого как стекло.

Детектирующий блок 3 включает в себя две металлические электродные пластинки 7 для определения уровня текучей среды, продолжающиеся параллельной одна другой, и два разделителя 8, прикрепленных, соответственно, к обоим концам электродных пластинок 7. Эти разделители 8 имеют соответствующие отверстия 8А, в которые вставлены для фиксации дистальные концы электродных пластинок 7. Таким образом, в результате сборки детектирующего блока 3 вместе с разделителями 8 определено взаимное расположение электродных пластинок 7. Каждая электродная пластинка 7 является толстой, чтобы иметь такую прочность, чтобы каждая электродная пластинка 7 при нормальной работе не изгибалась. В результате, может надежно поддерживаться коробчатая форма детектирующего блока 3, а также взаимное расположение между собой электродных пластинок 7. К электродным пластинкам 7 приварены и прикреплены, соответственно, соединительные выводы 9.

Детектирующий блок 3 присоединен через соединительные выводы 9 к проводящим штырькам 6 герметичного вывода 2 посредством сварки, чтобы, тем самым, быть, соответственно, закрепленным. Соединительные выводы 9 образованы изгибом металлических пластин в местах 9А изгиба так, чтобы они, соответственно, имели L-образные участки. Поскольку соединительные выводы 9 приварены к соответствующим проводящим штырькам 6, будучи при этом параллельными электродным пластинкам 7, то сварочная операция может быть сделана более легкой, без взаимного влияния сварочного электрода электродных пластинок 7 и проводящих штырьков 6. Смещение, произведенное во время сварки, или механическое напряжение, приложенное к детектирующему блоку во время обычного обращения с ним или обычного использования, деформирует электроды. Однако, поскольку соединительные выводы 9 тоньше, чем электродные пластинки 7, и являются упруго сгибаемыми, то под воздействием вышеупомянутого механического напряжения эти соединительные выводы 9 деформируются раньше деформации электродов. Это может уменьшить деформацию электродов и результирующие изменения электростатической емкости между электродами. Соответственно, если расширение металлического герметичного вывода 2 вследствие увеличения давления в корпусе компрессора при применении к герметичному компрессору двигателя слегка смещает или изменяет взаимное расположение между собой проводящих штырьков 6, то может быть получена устойчивая опорная величина без существенных влияний на межэлектродное расстояние.

Вариант исполнения 1

Фиг. 4 показывает датчик 21 уровня текучей среды, в котором места 29А изгиба соединительных выводов 29 в значительной степени отведены в сторону так, чтобы длины соединительных выводов 29 сделались длиннее, чем фактическое расстояние между скрепленными участками. В результате, поскольку каждый соединительный вывод, в целом, под действием приложенной к нему силы становится более податливым к изгибу, то механическое напряжение, приложенное к каждому из соединительных выводов 29, рассредоточивается широко, без концентрации в какой-либо части каждого соединительного вывода 29.

Вариант исполнения 2

Необходимы высокие технические возможности для того, чтобы получить необходимую удерживающую прочность посредством комбинирования двух соединительных выводов после того, как эти соединительные выводы были установлены, чтобы достичь равновесия между прочностью и эластичностью. В виду этого один соединительный вывод 39А в датчике 31 уровня текучей среды, как показано на фиг. 5, выполнен таким образом, чтобы иметь высокую жесткость посредством увеличения толщины пластинки. Кроме того, другой соединительный вывод 39В выполнен таким образом, чтобы быть более тонким и более гибким, а также иметь увеличенную длину посредством отвода места 39В1 изгиба в значительной степени в сторону, таким же образом, как и в предыдущем варианте исполнения. Соответственно, в то время как соединительный вывод 39А может прочно соединять детектирующий блок 3 с проводящими выводами 6, соединительный вывод 39В может упруго поглощать деформацию, возникающую во время сварки, а также размерные изменения. Хотя соединительный вывод 39В в этом варианте исполнения образован обработкой металлической пластинки, этот соединительный вывод 39В может быть выполнен с использованием пластической деформации посредством более гибкого проводящего провода или чего-либо подобного.

Кроме того, хотя в вышеописанных вариантах исполнения дистальные концы электродных пластинок вставлены в изолирующие разделители, чтобы тем самым быть зафиксированными, для того, чтобы образовать детектирующий блок, вставляемые части не обязательно ограничены дистальными концами, если детектирующий блок 3 может быть создан без изменения взаимного расположения между собой электродов во время их крепления или другой обработки. Например, электродные пластинки и разделители могут быть сконфигурированы таким образом, что дистальные концы электродных пластинок будут, соответственно, выступать из разделителей.

Раскрыт электростатический емкостный датчик уровня текучей среды, в котором герметичный вывод включает в себя металлическую пластинку и электропроводящие контактные штырьки, вставленные сквозь металлическую пластинку так, чтобы они были герметично изолированы и закреплены, а также два электрода с электроизолирующими разделителями, фиксирующие взаимное расположение между электродами. Указанный датчик содержит, по меньшей мере, один соединительный вывод, посредством которого электроды неподвижно соединены с электропроводящими контактными штырьками, выполненный с возможностью быть деформируемым более слабой силой, чем сила, которая вызывает деформацию упомянутого электрода. При этом в результате деформации соединительного вывода механическое напряжение, действующее на электроды, рассредоточено и/или демпфировано и, таким образом, может быть предотвращена деформация электродов. Представленный датчик прост по конструкции, легок в изготовлении и использовании. 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Электростатический емкостный датчик уровня текучей среды, в котором герметичный вывод включает в себя металлическую пластинку и электропроводящие контактные штырьки, вставленные сквозь металлическую пластинку так, чтобы они были герметично изолированы и закреплены, а также электроды, обеспеченные на герметичном выводе для определения уровня текучей среды посредством электростатической емкости, при этом датчик содержит:
- компонент определения уровня текучей среды, установленный на герметичном выводе и входящий в детектирующий блок, включающий в себя два электрода, электроизолирующие разделители, фиксирующие взаимное расположение между электродами, и
- по меньшей мере один соединительный вывод, сконфигурированный для подсоединения и прикрепления детектирующего блока к двум проводящим штырькам, причем соединительный вывод является деформируемым более слабой силой, чем сила, побуждающая деформироваться электроды.

2. Датчик по п. 1, в котором соединительный вывод сформирован из более тонкой металлической пластинки, чем электрод, и, потому, является деформируемым.

3. Датчик по п. 1, в котором соединительный вывод включает в себя изгиб, отведенный на предопределенную величину в сторону, так что этот соединительный вывод имеет длину, большую, чем фактическое расстояние между закрепленными участками.

4. Датчик по п. 2, в котором соединительный вывод включает в
себя изгиб, отведенный на предопределенную величину в сторону, так что этот соединительный вывод имеет длину, большую, чем фактическое расстояние между закрепленными участками.

5. Датчик по п. 1, в котором обеспечены два соединительных вывода, при этом один из соединительных выводов имеет жесткость, достаточную для того, чтобы удерживать детектирующий блок, а другой соединительный вывод - достаточно гибкий, чтобы быть деформируемым.

6. Датчик по п. 2, в котором обеспечены два соединительных вывода, при этом один из соединительных выводов имеет жесткость, достаточную для того, чтобы удерживать детектирующий блок, а другой соединительный вывод - достаточно гибкий, чтобы быть деформируемым.

7. Датчик по п. 3, в котором обеспечены два соединительных вывода, при этом один из соединительных выводов имеет жесткость, достаточную для того, чтобы удерживать детектирующий блок, а другой соединительный вывод - достаточно гибкий, чтобы быть деформируемым.

8. Датчик по п. 4, в котором обеспечены два соединительных вывода, при этом один из соединительных выводов имеет жесткость, достаточную для того, чтобы удерживать детектирующий блок, а другой соединительный вывод - достаточно гибкий, чтобы быть деформируемым.