Датчик Смыслова для измерения уровня топлива в баке транспортного средства Советский патент 1991 года по МПК G01F23/36 

Ё

Изобретение относится к устройствам для косвенного измерения объёма жидкости по её уровню с помощью поплавково-рычаж- ного датчика уровня, преимущественно электрического, с запиранием рычага под действием ускорения.

Целью изобретения является повышение точности при горизонтчльном направлении ускорения.

Сущность изобретения поясняется схемами.

На фиг.1 изображён датчик на примере автомобильного датчика, вид с левого борта; на фиг.2 - то же, вид сверху; на фиг.З - то же, вид спереди; на фиг.4 - положение фиксатора в статике (увеличенный фрагмент окрестности рычага на фиг.З); на фиг.5 - то же. при кинематическом замыкании рычага.

В основании 1 датчика шарнирно установлен следящий элемент, состоящий из рычага 2 с поплавком 3, способный поворачиваться в вертикальной плоскости вместе с поплавком 3. плавающим на поверхности жидкости. С основанием 1 жёстко связан переменный резистор 4, подвижный контакт 5 которого поворачивается вместе с рычагом 2. К основанию 1 прикреплён фиксатор, состоящий из гребёнок бл (левая) и 6п (правая), жёстко скреплённых между собой и с балкой 7, податливой в горизонтальной плоскости, которая жёстко скреплена с ос-1 нованием 1. Гребёнки 6л и 6п обращены своими зубьями 8л и 8п к рычагу 2, образуя между ними просвет 9 для свободного поворота рычага 2 при отсутствии горизонтальных ускорений основания 1 и волн в баке. Ширина гребёнок 6 и длина балки 7 ограничены размером отверстия в баке, через которое в бак вводится поплавок 3 с рычагом 2 при установке датчика. В случае необходимости гребёнки б могут быть установлены, если это не ограничивается отверстием в баке, против любого участка рычага 2 и даже на его продолжении в любом направлении, например, за поплавком 3 или за основанием 1

Профиль зубьев 8 может быть различным в зависимости от условий работы датчика и требований к уровнемеру. В общем случае зубья 8 прямоугольного профиля со скруглёнными концами направлены горизонтально Толщина зубьев 8 выполнена наименьшей исходя из расчёта на прочность с учётом их износа, чтобы обеспечить наименьшую динамическую погрешность датчика. Скруглённые концы 10 зубьев 8 обеспечивают направление рычага 2 в соответствующую межзубцевую впадину 11 (над или под зубом) при натыкании рычага 2 под действием ускорения на зуб 8 причём с

минимальным взаимным износом их поверхностей. В случае необходимости трущиеся поверхности рычага 2, имеющего обычно форму круглого цилиндра, и зубьев 8 могут

быть упрочнены известными способами или покрыты известными износостойкими материалами. Просвет 9 между встречными концами 10 зубьев 8 выполнен из условия свободного движения рычага 2 вслед за

0 уровнем в статике при минимальной его ширине, т.е. равен сумме из ширины 12 сечения рычага 2 и двухстороннего горизонтального люфта 13 рычага 2 между зубьями 8. При меньшем просвете 9 воз5 можно натыкание рычага 2 на концы 10 зубьев 8 в статике, что приведёт к взаимному истиранию соприкасающихся поверхностей и погрешности датчика. Больший просвет 9 не нужен, так как ведёт к увеличе0 нию ширин гребёнок 6. Ширина впадин 11 выполнена наименьшей, чтобы обеспечить наименьшую динамическую погрешность датчика, т.е. она превышает высоту поперечного сечения рычага 2 между соответст5 вующими зубьями 8 на допуски изготовления рычага 2 и зубьев 8. Глубина 14 впадин 11(или высота 14 зубьев 8)выполнена превышающей ширину просвета 9 на высоту 15 скруглений концов зубьев 8 при

0 амплитуде 16 хода гребёнок 6 в сторону рычага 2, равном ширине просвета 9 (общий размах перемещений гребёнок 6 равен двум амплитудам 16). При таком соотношении просвета 9, высоты 14 зубьев 8 и амплитуды

5 16 гребёнок 6 обеспечивается то. что, во- первых, верх или низ профиля поперечного сечения рычага 2 при крайних положениях гребёнок 6 всегда упирается в горизонтальную сторону зуба 8 (ибо радиус сечения про0 филя рычага 2 больше высоты 15 скругления конца 10 зуба 8), поэтому не возникает составляющей силы, действующей против хода гребёнок 6 со стороны рычага 2 (кроме сил трения), а это гарантирует надёжное ки5 нематическое замыкание рычага 2 по вертикали и, во-вторых, отсутствие ударов между рычагом 2 и дном соответствующей впадины 11 при минимальных габаритах гребёнок 6 по ширине Гребёнки 6 соединены с осно0 ванием 1 податливой в горизонтальной плоскости балкой 7. несимметричной относительно плоскости симметрии между гребёнками 6. благодаря чему при любом горизонтальном направлении силы инер5 ции или местного потока жидкости балка 7 будет изгибаться,и рычаг 2 входить в межзубцевую впадину 11. В прорези 17 гребенок 6 расположен конец ограничителя 18 хода гребёнок 6, жёстко связанный с основанием 1, предохраняющий от соударений

между рычагом 2 и доньями впадин 11. Балка 7 может иметь другие исполнения, например, может соединяться с основанием 1 с помощью шарнира с вертикальной осью и возвратной пружиной или иметь на конце шарниры, соединяющие поворотные гребёнки 6 с жёсткой балкой 7 и т.д Ограничитель 18 также может ииеть другие исполнения, однако вариант показанный на рисунках, является наилучшим, ибо он прост, надёжен, имеет наименьшие габари ты. На конце гребёнки 6 закреплена лопасть 19, не доходящая до днища бака на технологический зазор Логасть 19 обеспечивает отклонение гребёнок б при минимальном уровне топлива во время волн в баке. Гре- бйнки 6 могуг иметь рёбра жёсткости (не показаны)

Гребёнки 6, бапка 7, лоплсть 19 могут иметь различные исполнения, но для тконо мии материала и труда, они имеете с зубьями 8 могут быть вы штампованы из полосового материала

Применение дву;. отдельных гребёнок нецелесообразно поскольку увеличивай трудозатраты вдвое на регулировку их положений при сборке

Работа датчика описана в нескольких самостоятельных режимах.

1 Статический режим

Автомобиль неподвижен или движется прямопинейно по горизонтальному участку шоссе с постоянной скоростью Силы инерции отсутствуют топливо практичр ки неподвижно, его уровень горизонтален и очень медленно опускается благодаря работе бензонасоса Поплавок 3 находится в равновесии: сила Архимеда уравновешивает вес поплавка 3 и половины рычага 2, в положении, определяемом уровнем бензина. Этому положению рычага 2 соответствует положение контакта 5 переменного резистора 4, т е определённый сигнал дат чика. При выработке топлива поплавок 3 с рычагом 2 опускается по просвету 9. При опускании поплавка 3 контакт 5 сдвинется по резистору 4, следовательно, изменится сигнал датчика При заправке топливом рычаг 2 с поплавком 3 будет подниматься вместе с уровнем.

2.Д инамические режимы

2.1.Поворот автомобиля. При правом повороте рычаг 2 будет поворачиваться вместе с основанием 1 вправо, т е в направлении у , гребёнки б по инерции (своей и топлива) останутся в прежнем положении и рычаг 2 войдёт в одну из впадин 11п, но не ударится о её дно, ибо до этого ограничитель 18 выберет зазор 17п и поведёт гребёнки б за собой. Если рычаг сначала

наткнётся на конец зуба Сп то под дс стии- ем его скругленного конца 10 рычлг 1 либо поднимется, пибо опустится по скруглению из-ia вертикальной составляющей реакции

зуба и все равно войдет в одну из впадин 11п, где и окажется кинематически эампну- тым, т.е. запертым,обездвиженным по вертикали, хотя из-за перемещения топлива под действием набегающей на топливо ле0 вой стенки бака и уходящей правой стенки, уровень топлива станет наклонным и поплавок 3 либо утонет в жидкости, либо повиснет над ней. Поскольку рычаг 2 и кон такт 5 сохраняет положение, которое было

5 до поворота, сигнал датчика останется неизменным при любых изменениях уровня, пока действует ускорение, и уроанемер будет погазыслть прежнее, т.е. правильное количество топлива. Окончание поворота может

0 быть плавным и резким. При плавном выходе из поворота центробежная сила плавно умет шигся до нуля, уроог ь топлива плавно ПОЗРкатится практически в прежнее положение при уменьшении ускорения

5 уменьшится сила, изгибающая балку 7, она выпрямится1, рычаг 2 опять окажете;1 я просвете 9 и поплавок 3 опять будет СПРГИТЬ за уровнем.

При быстром ходе из поворота ускоге0 ние быстро исчезнет, поэтому топливо с большей скоростью восстановит свой уровень, возникнут постепенно уменпшающие- ся поперечине колебательны потоки топлива и волны, которые перебросят рычаг

5 2 в обе стороны на размер его люфтоп 13л и 13п и гребёнки 6 на амплитуду 16 в обе стороны, поэтому рычаг 2 замкнется приблизительно в одном и том же положении по высоте поочередно зубьями 3 обеих гребё0 нок 6 до прекращения волнения топлива. Поэтому при любъм выходе из поворота уровнемер не изменит заметно своих показаний.

2.2. Трогание и разгон. При

5 трогании в направлении х на поплавок и топливо действуют силы инерции пооси х . Равнодействующая сил инерции F (от давления жидкости Р и элементов поплавка 3) приложена к центру масс системы попла0 вок 3 - рычаг 2 а сила реакции приложена вдоль рычага 2, поэтому в горизонтальной плоскости возникает момент М, действующий на рычаг 2 и он повернётся влево, выбрав люфт 13л. Точно также

5 равнодействующая сил инерции ня греббн- ках 6 и лопасти 19 и реакция по балке 7 вызовет изгибающий момент на балке 7, поэтому балка 7 изогнется и гребёнкч 6, выбрав больший зазор 17п, замкнет кинематически рычаг 2, При прекращении разгона

будет происходить то же самое, что и при выходе из поворота (п.2.1.).

2.3. Торможение и остановка. Будут происходить те же процессы, что и при разгоне, но с обратным знаком момента М, приводящие к тем же результатам. В действительности, автомобипь будет находиться часто одновременно ь двух режимах, иногда они оба будут действовать согласно, иногда встречно. В последнем случае действие одного из них будет преобладающим, поскольку вероятность длительного равенства по абсолютной величине различных случайных процессов очень мала, т.е. рычаг 2 фиксируется при любом динамическом режиме, причем длительное время, но с перерывами. За это время статический уровень понизится, понизится и средний динамический уровень в области поплавка 3, поэтому при очередном перебросе гребёнок б рычаг 2 попадает в более низкую впадину 11 и на этом уровне зафиксируется. Это изменение положения поплавка 3 приведёт к изменению сигнала датчика. Таким образом, поплавок 3 будет следить за квазистатическим уровнем топлива все время, т.е. уровнемер будет показывать уровень без большой динамической погрешности, а его стрелка не будет постоянно сильно колебаться. Колебания стрелки не будут более половины шага зубьев гребёнки, т.е. даже при 5-ти зубьях -- не больше 1 - 10%, следовательно, равны погрешности уровнемера. Число зубьев может быть больше.

Формула изобретения

Датчик для измерения уровня топлива в баке транспортного средства, содержащий поплавок, закреплённый на рычаге, установленном на основании в шарнире и связанным с преобразователем поворота поплавка, и фиксатор рычага, выполненный в виде параллельных пластин с выступами, расположенными с шагом по вертикали и с возможностью взаимодействия с рычагом, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при горизонтальном направлении ускорения, рычаг установлен с одной степенью свободы относительно горизонтальной оси, а фиксатор рычага снабжён лопастью, установленной на нижнем конце, и связан с основанием посредством несимметрично введённой пружинной балки с ограничителем её хода, выполненной с возможностью изгиба в горизонтальной плоскости.

Изобретение относится к устройствам для косвенного измерения обьёма жидкости по её уровню с помощью поплавково-ры- чажного датчика уровня. Целью изобретения является повышение точности измерения при любых направлениях ускорения. Фиксатор рычага 2 выполнен в виде двух гребёнок 6. направленных встречно зубьями 8 по обе стороны рычага, образующих просвет 9 для свободного движения рычага 2 и связанных с основанием 1 датчика через пружинную балку 7, обеспечивающую кинематическое замыкание рычага 2 зубьями гребёнок б при действии горизонтального ускорения и волн жидкости. 5 ил.

78

ю

6п 18 7 7

А Л

Фиг. 5

к

6л