CN101305270B

CN101305270B - 用于检测容器中液位的装置

Info

Publication number: CN101305270B
Application number: CN2006800327750A
Authority: CN
Inventors: A·伯多夫; H·多布林斯基; M·多布里克; M·戴茨; T·舒特勒
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2005-09-09
Filing date: 2006-09-04
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2026-09-04
Also published as: WO2007028365A1; DE102005043263A1; DE102005043263B4; DE102005043263C5; CN101305270A

Abstract

本发明涉及一种容器液位检测装置，其具有阻尼杯，并且在阻尼杯的范围内具有超声换能器，用于检测超声换能器与液体界面之间的距离，根据本发明所述，阻尼杯的上部可透过超声波，且超声换能器对准可透过超声波的阻尼杯上部，其中所述阻尼杯(3)的上部区域(6)的壁厚相当于多倍λ/2，其中λ表示超声换能器(2)所发射的超声波的波长。这样就在静止工况下，即当发动机静止时，在阻尼杯之上形成测量区域。在此状态下，发动机油的液位可以高于阻尼杯。

Description

用于检测容器中液位的装置

技术领域

本发明涉及一种液位检测装置，其具有阻尼杯，并且在阻尼杯范围内具有超声换能器，用来检测超声换能器与液体界面之间的距离。该装置尤其可用来测量汽车中的油位。

背景技术

例如，DE 103 50 084 A1公布了一种此类装置。此处描述了一种盘形的压电元件安装于阻尼杯(称作镇静罐)之中，该压电元件所发射的声波一方面从液体界面上反射，另一方面则从压电元件下方的反射器上反射。以这种方式构成参考段。

DE 100 57 397 A1和EP 1 081 470 A1公开了利用阻尼杯来测量油位的其它传感器装置。所述阻尼杯安装于容器之内，尤其是油池之内，以使得被检测的液体在行驶过程中，即动态过程中不会受到影响。通过阻尼杯来有效减小油位波动、不稳定的介质表面、涡流以及流动。在阻尼杯内测量液位，也就是在阻尼杯内测量液位高度。

发明内容

本发明的任务在于提出一种上述类型的装置，可用其扩大测量区域。

该任务通过一种用于对容器中的液位进行检测的装置来完成，所述装置具有阻尼杯，且在阻尼杯的范围内具有超声换能器，用来检测从超声换能器直至液体界面的距离，根据本发明，阻尼杯的上部区域构造成能透过超声波的；且超声换能器对准阻尼杯的能透过超声波的上部区域，其中所述阻尼杯的上部区域的壁厚相当于多倍λ/2，其中λ表示超声换能器所发射的超声波的波长。

本发明涉及一种容器液位检测装置，其具有阻尼杯，并且在阻尼杯的范围内具有超声换能器，用于检测超声换能器与液体界面之间的距离，根据本发明所述，阻尼杯的上部构造成可透过超声波，且超声换能器对准阻尼杯的可透过超声波的上部区域。

采用这种方式，即使当阻尼杯被淹没时，超声波也能至少部分透过阻尼杯，并且也会在阻尼杯之上的液体表面上发生反射，并且可对这些声波的传播时间进行测量和分析。所谓“阻尼杯被淹没”，指的是液位高度，尤其是油位高于阻尼杯的上端的一种状态。电子分析装置能够识别出阻尼杯上部区域上发生的局部反射，因为在电子分析装置内保存有超声换能器与阻尼杯上部区域之间的距离，或者根据该距离得出的传播时间。

由超声换能器发射超声波，且优选也由同超声换能器接收该超声波。但也可将发射器与接收器分开。超声换能器这一概念的含义较为广泛，也可以使用能够发射声波的电声换能器。但优选使用含义较窄的超声换能器。

优选将阻尼杯，尤其是将阻尼杯上部区域设计成适当构造，使得超声波能够通过阻尼杯上部区域进行传播。因此，阻尼杯上部区域的壁厚应当尽可能薄。阻尼杯的壁厚小于5mm较为适宜，优选壁厚应小于3mm。优选上述壁厚小于2毫米；在本发明所述的一种优选实施例中，壁厚小于1毫米，且特别优选小于0.5毫米。在本发明所述的一种特别有益的实施例中，壁厚为0.4毫米。这样可尽可能降低声衰减系数。

此外有利的是，还应适当选择壁厚，使得尽可能达到最大声透射。假设从介质1(例如发动机油)垂直入射到介质2(例如塑料)之中，则公式为：

T = \frac{4 \cdot Z_{1} \cdot Z_{2}}{{(Z_{1} + Z_{2})}^{2}}

当声阻抗Z1和Z2相同时，则穿过介质2的声透射最大，这里是穿过阻尼杯的上层。声速c与介质密度ρ的乘积就是声阻抗。

Z＝c·ρ.

当厚度为n·λ/2时，穿过上层的声透射最大，其中n＝1，2，3…，也就是半波长的多倍。当厚度为n·λ/2+λ/4时，其中n＝0，1，2，3…，则反射最大，透射最小。在n·λ/2相应最大透射的情况下的偏差会尽可能小，且应尽可能远离最小透射值。因此，厚度应在n·λ/2+/-λ/8的范围内，优选在n·λ/2+/-λ/10的范围内。例如，对于频率为2MHz且声速为1.500m/s的超声波而言，其波长为0.75mm，也就是说，最佳壁厚在将近0.4mm的情况下或者是其多倍。在本发明的一种优选实施例中，阻尼杯的上部区域由塑料构成，尤其是聚酰胺。整个阻尼杯优选由唯一一种材料构成，且优选是整体构造。在本发明的另一种优选实施例中，阻尼杯，尤其是阻尼杯的上部区域，由声衰减系数极小的材料构成，尤其是2MHz时声衰减系数为1.2dB/mm的材料，若2MHz声衰减系数小于1.0dB/mm则较为适宜，若小于0.9dB/mm则更好。

此类阻尼杯的上部优选具有斜面构造，在这一区域内优选有排气口，使得能够将阻尼杯可靠注满，且不会夹杂气泡。为了一方面使在阻尼杯之内和之外的过渡区，亦即测量保持尽可能小，并且另一方面也要获得特别高的声透射率，应使用角度尽可能小的斜面。优选斜面角度小于8°，优选小于5°，特别优选小于3°。理想情况下应使用没有斜面的阻尼杯，只要保证能够以其它方式加注时不会产生气泡即可。

附图说明

以下将根据图所示的优选实施例对本发明进行详细解释。示意图如下：

图1：本发明基本构思的示意图；以及

图2：本发明所述装置的示意图。

具体实施方式

图1所示为本发明所述的装置1，具有阻尼杯3，其中安装有超声换能器2。超声换能器2用来发射超声波或者普通声波。所发射的声波从液体的界面15或者15′反射回来，或者至少部分反射，由接收器来接收反射波。超声换能器2优选也可用来接收反射波，但也可将发射器与接收器分开。在行驶过程中，容器20内的待测液体液位处在阻尼杯1之内，使得界面15最为关键。尤其当汽车处在动态工况中时，也就是在行驶过程中，就会存在这种情况。但现在如果存在静态测量区域，也就是当发动机被关闭时，液体可以回流到容器之中，并且淹没阻尼杯3，使得有可能在阻尼杯2的上方形成液体的表面或界面15′。在静态工况下没有表面波动，因此不需要阻尼杯3就可进行可靠测量。本发明可以在静态工况下检测最高液位，因此也可以作为电子量油尺使用，从而可以省却机械式量油尺。此外，还可利用扩大了的测量区域，检测阻尼杯3上方的液位，尤其是发动机油油位。此外，还可使阻尼杯3的上部区域6构造成能透过超声波。超声换能器2对准该透射区域6，使得超声波12至少可以部分透过上部区域6进行传播，从表面15′上反射回来，然后再由超声换能器2来接收反射波。一部分超声波2也会从上部区域6反射回来，但可以通过电子装置识别该信号，因为从上部区域6反射回来的距离以及传播时间均为已知。在上部区域6中优选也具有斜面，或使得上部区域6构造成斜面7，从而可以通过排气口8来保证充注阻尼杯3时不会夹杂燃气和空气。动态测量区域4限制在阻尼杯3上。采用本发明所述的方法，还可提供大于动态测量区域4的静态测量区域5。

图2所示为本发明所述装置1的详图。所述装置1具有法兰组13、密封圈14、超声换能器2、以及布置于超声换能器2和背侧反射器10之间的参考段。超声换能器2配有电子控制装置，该电子控制装置优选安装于传感器接口11之中。除此之外，法兰组13上方还安装有阻尼杯3。所述装置1优选安装于油池底部，并且通过油池中的孔与发动机油直接接触。轴向橡胶密封垫14使系统对外油密封。超声换能器2在一定时间内发射超声波包，该波包遇到发动机油-空气界面被反射回来，经过传播时间t之后被同一个超声换能器2所接收。也可以备选地设置单独的接收器。已知声速，因此可根据波包的传播时间算出传播距离，该传播距离等于介质的液位高度。在静态工况下(发动机关闭)，全部发动机油均在油池之中，使得油位可能处在阻尼杯3上方，阻尼杯因此被淹没。该静态区域内的测量区域在图中以图标记5表示。为了能够立即检测静态工况下的液位，并且即使在没有机械式量油尺的情况下也能实现电子量油尺功能，需要适当扩大的测量区域，从而允许检测阻尼杯3上方的油位。为了实现这一目的，尤其需要根据本发明所述，使用能够透过声波的盖子6。采用特别薄的塑料层，尤其是聚酰胺层，就可透过声波。优选根据最大透射率，对阻尼杯3上部的厚度进行调整。上部区域6的上方斜面可保证将阻尼杯3完全注满，且不会夹杂气泡。在本发明所述的优选实施例中，角度大约为4°。当角度为0°时，声透射最大。根据本发明所述，也可在盖子6中构造有小的空隙。上部用于透过声波的区域6也可以设计成适当的构造，使其具有能透过超声波的空隙。在本发明所示用的主要实施例中，阻尼杯3的上部区域6具有连续不间断的壁面，但也可以配置排气口8。

Claims

1.一种用于对容器(20)中的液位进行检测的装置，所述装置(1)具有阻尼杯(3)，且在阻尼杯(3)的范围内具有超声换能器(2)，用来检测从超声换能器(2)直至液体界面的距离，其特征在于，阻尼杯(3)的上部区域(6)构造成能透过超声波的；且超声换能器(2)对准阻尼杯(3)的能透过超声波的上部区域(6)，其中所述阻尼杯(3)的上部区域(6)的壁厚相当于多倍λ/2，其中λ表示超声换能器(2)所发射的超声波的波长。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阻尼杯(3)的上部区域(6)的壁厚相当于λ/2。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，阻尼杯(3)的上部区域(6)的壁厚小于2mm。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，阻尼杯(3)的上部区域(6)的壁厚小于1mm。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，阻尼杯(3)的上部区域(6)的壁厚小于0.5mm。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，至少阻尼杯(3)的上部区域(6)由聚酰胺构成。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，阻尼杯(3)至少上部区域(6)由声衰减系数小的材料构成。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，阻尼杯(3)的上部区域(6)具有斜面，该斜面的角度小于8°。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，阻尼杯(3)的上部区域(6)的斜面小于5°。