CN101636660B - 液体污染物检测设备 - Google Patents

Abstract

一种设置在基液中的污染物检测器，用于检测污染液体的存在，包括：导电核；以非导电关系从所述核延伸的导电传感器探头；以及在所述核中的电路板。所述电路板电连接至所述传感器探头，并与所述核电绝缘。对于所述核施加的电能产生用于测量基液的局部电容的闭场环。当在基液中存在足够的污染液体以改变局部电容时，发出警报声，以表示污染液体的存在。

Description

液体污染物检测设备

技术领域

本发明涉及污染物检测器，用来检测基液中是否存在污染液体。具体说，提供了一种水检测设备，用于检测燃料箱底部聚集的水的存在。 

背景技术

对于几乎所有内燃机交通工具(例如机动车、飞机和快艇)来说，在液体燃料中包含的少量水会降低内燃机的性能。在液体燃料中过多的水可引起燃烧故障，并导致以设备和/或人的生命为代价的灾难性故障。 

水很容易通过自然手段(例如冷凝)或通过人为失误引入到液体燃料箱中。燃料系统行业特别关注于防止水进入交通工具燃料箱和燃料系统。许多燃料系统被设计为结合过滤器/精制器/处理器，其用于在箱体填充期间去除水和/或颗粒。水可由于冷凝和周围温度改变而聚集到存储箱中。需要附加的随交通工具携带的过滤系统，以保证在将燃料传送给引擎燃烧之前从燃料去除所有水。尽管燃料过滤系统的功能在于有效去除水，还已知地，这些过滤元件会由于燃料自身中过多的水和/或其他污染物而性能降低。 

目前，在燃料系统过滤行业中使用着多种现有水检测设备。许多的这些现有设计利用了与最常见的基于石油的液体燃料相比水的更高的密度。其他设计利用水的导电性来实现表示存在水的电路。在从燃料中过滤水时，水聚集在燃料箱的最低点，通常在过滤容器的底部。水检测设备正是安装在这个位置处。现有的检测设备通常可分为机械设备或电设备。 

最常用类型的机械检测设备包括浮标。浮标的重量设计为，使其不会漂浮在纯燃料中。因此，在用纯燃料填充箱体时，浮标将停留在下部位置。在聚集了足够的污染水时，浮标漂浮起来并触发警报和/或关闭。机械设计的缺陷在于其具有可容易地受到水中常见的污染物堵塞的多个移动部件， 在恶劣环境中水聚集在燃料箱或过滤容器的底部。 

最常用类型的电水检测器利用相对于非导电燃料的水的导电性，作为检测所聚集水的存在的手段。这是在相对清洁环境中检测水的有效手段。 然而，在与水混合时，石油燃料提供细菌微生长的良好环境。这种细菌能够在水检测器上形成电绝缘膜，其使得感测电极与水隔离，使得检测器无效。 

现有水检测器设计的其他缺点是燃料行业通常需要对检测器进行定期认证测试，以保证其适当功能。对于大部分现有技术的水检测器来说，将水引入燃料系统中，以执行真实的功能测试。这种实践与从燃料系统去除水的需求相矛盾。本行业不情愿执行这个行为，但是由于缺少更好的选择，常常不得不接受。 

因此，需要一种污染物检测设备，其具有少量的会受到污染物堵塞的移动部分，以及不容易受到由于感测电极上细菌生长的故障的影响。此外，需要一种污染物检测设备，其消除为了真实功能测试而不得不将水引入燃料系统的不良实践。这种新式污染物检测设备必须具备在燃料/水分离容器中聚集过多污染物时向燃料系统操作员提供警报的有效手段。利用附加的控制子系统，这个检测设备还可以使燃料系统禁用，以防止有故障的过滤元件将水传递到下游。本发明实现了这些需求，并提供了其他相关优点。 

发明内容

本发明涉及一种设置在基液中的污染物检测器，用于检测污染液体的存在。所述污染物检测器包括：导电外壳；导电核，其滑动地设置在所述外壳中；导电传感器探头，其以非导电关系从所述核延伸；对所述传感器探头提供电荷并对所述核和外壳提供相反电荷，以通过所述基液创建闭场环的机构；测量在所述外壳的所述传感器探头附近的所述基液的局部电容的机构；以及响应于所测量的局部电容的改变生成警报信号，以表示在所述基液中存在的污染液体超过预设阈值的机构。 

所述外壳从所述核的近端延伸并超出所述核的远端，并且所述外壳被配置为，使得所述传感器探头以非导电关系延伸出所述外壳的远端。在所述核的近端和所述外壳之间的轴封(sliding seal)防止液体泄露。 

传感器帽安装在所述传感器探头的延伸出所述外壳的那一部分上；以 及弹簧使得所述传感器探头从所述外壳偏置。该弹簧与传感器帽一起将传感器探头保持在离外壳固定的距离处。在所述传感器帽和所述外壳之间的绝缘垫圈保持传感器探头与外壳电绝缘。在外壳中与传感器探头邻近的两个或更多个开口允许液体流入外壳中到达传感器探头。 

在所述核和所述传感器探头之间的绝缘封盒保持二者的电隔离。此外，绝缘体也保持传感器探头从所述核电隔离。在优选实施例中，所述基液包括燃料，所述污染液体包括水。 

污染物检测器可用在一种检测在基液中存在污染液体的处理中，该处理包括以下步骤： 

○在包含所述基液的箱体中设置污染物检测器，其具有导电核、以非导电关系从所述核延伸的传感器探头、以及与所述传感器探头电连接的电路板； 

○对于所述电路板施加电能； 

○在所述传感器探头中产生电荷以及在所述核中产生相反电荷，以创建穿过所述基液的闭场环； 

○测量在所述传感器探头和所述核附近的所述基液的局部电容；以及 

○响应于所测量的局部电容的改变生成警报信号，以表示在所述基液中存在的污染液体超过预设阈值。 

所述污染物检测器还可包括：导电外壳，所述核可滑动地设置于其中，并且所述传感器探头以非导电关系设置于其中。通过所述外壳，所述产生步骤包括以下步骤：在所述外壳中产生相反的电荷；所述测量步骤包括以下步骤：测量通过所述外壳的所述基液的电容。 

所述污染物检测器垂直地安装在所述箱体的底壁中，或水平地安装在所述箱体的侧壁中。在优选实施例中，所述基液包括燃料，所述污染液体包括水。优选地，所述电路板包含在所述核中，以及从所述箱体外部的电源提供所述电能。 

可通过将传感器探头从外壳偏置预设距离来实现污染物检测器的测试。然后，将传感器探头沿偏置方向相反的方向推动到距外壳预定距离内。 响应于所测量到的局部电容，生成警报信号。对传感器探头的推动改变了传感器探头和外壳之间的局部电容，使得该局部电容达到当所述传感器探头从所述外壳偏置设定距离并且在所述基液中的污染液体的量大于所述预设阈值时的局部电容。 

根据以下具体实施方式并结合附图，本发明的其他特点和优点将变得清楚，其中各附图通过举例的方式示出了本发明原理。 

附图说明

附图示出了本发明。在这些示图中： 

图1是实现本发明的污染物检测器的导电核的截面图； 

图2是类似于图1的截面图，示出滑动地设置在外壳中的导电核； 

图3是安装在燃料箱底部的图2的污染物检测器的部分截面图； 

图4是类似于图3的部分截面图，示出安装在燃料箱侧壁的污染物检测器；以及 

图5是类似于图3的部分截面图，示出在测试模式下安装在燃料箱底壁中的污染物检测器。 

具体实施方式

本发明涉及一种污染物检测器10，用于检测在基液中存在的污染液体。以下具体的具体描述将结合燃料系统的水检测设备来描述检测器10，所述燃料系统的水检测设备用于检测在燃料箱底部聚集的水的存在。然而，本发明的原理也适用于在除了燃料之外的基液中检测除了水之外的污染物的系统。 

如图1和2所示，污染物检测器10主要包括在导电外壳14中的导电核12。检测器10包括：轴封16，其邻近检测器10的近端；并且外壳14包括：一个或多个开口18，其邻近检测器10的远端。 

导电核12具有：传感器探头22，其以非导电关系从核12延伸；以及电路板24，其电连接至传感器探头22。配置核12，使其紧密地固定在检 测器10的外壳14的内部。传感器探头22设置在核12的远端，使得至少传感器探头22的一部分在核12的外部。绝缘封盒28设置为环绕在核12和传感器探头22之间的结合处。密封30和32产生流体密封，其防止任何流体流入核12的内部。 

电路板24设置在核12的内部，并电连接至传感器探头22。电路板24还通过导线34或本领域公知的其他手段电连接至连接器组件26。连接器组件26设置在核12的近端，并通过固件36保持在适当位置。绝缘体38设置在核12的内部，以将传感器探头22和电路板24从核12绝缘。绝缘封盒28也有助于此处的电绝缘。绝缘体38和绝缘封盒28由介电材料构成。 

核12和外壳14都是导电的。然而，本发明不需要电流经过核12、外壳14或基液。核12和外壳14彼此具有相对较低的电容，这样有助于生成如下所述的闭场环。 

弹簧40设置在外壳14中，处于外壳的远端和核12的远端之间。至少传感器探头22的一部分延伸到外壳14的远端之外。传感器帽42附加在传感器探头22的延伸到外壳14的远端之外的所述部分上。绝缘垫圈44位于传感器帽42和外壳14之间，以保持传感器探头与外壳14和核12电绝缘。弹簧40与传感器帽42一起使得传感器探头22从外壳14偏置固定距离。如下所述，为了污染物检测器10的运行，这个固定距离的偏置是必须的。 

如图3和4所示，污染物检测器10可安装在燃料箱46的底壁或侧壁中。当检测设备组件10安装在燃料箱46中时，在外壳14的远端的开口18允许液体燃料或液体水到达传感器探头22。在绝缘封盒28中的密封30和32防止燃料或水进入核12的内部，从而防止影响到其中的电子部件。在外壳中的轴封16防止外壳14和核12之间的任何外部泄露。 

在操作中，通过连接器组件26向电路板24提供电能。电子电路板24产生到达传感器探头22的电荷以及到达核12和外壳14的相反电荷。在一方面的传感器探头22以及在另一方面的核12和外壳14起到感测电极的功能。具有相反电荷的这些感测电极通过在他们附近的液体燃料有源地形成 “闭场环”。利用“闭场环”，电路板24通过在感测电极附近的液体测量电容。在纯燃料存在时，由电路板24测量的电容是已知值。当水聚集在燃料箱中并且水位到达离传感器探头22以及核12/外壳24的很近的位置时，电路板24测量到局部电容的改变。当电容改变了预定幅度时，表示存在太多的水，电路板24生成通过连接器组件26到达外部警报系统(未示出)的输出警报信号。 

污染物水不需要实际接触传感器探头22或核12/外壳24。因为使用闭场环测量电容，所以可在水位仅接近传感器探头22或核12/外壳24时就生成警报输出信号。正是这一特征使得，即使感测电极覆盖有细菌微生长的膜、污染物、腐蚀等，电路板24也能够检测水的存在。本发明的水检测功能仅通过电子装置来执行，而不需要任何机械移动部分。 

在本发明的测试模式中，将污染物检测器10设计为结合了一种测试特征，该测试特征用于仿真在感测电极附近存在水，而不需要实际引入水。如在运行模式中所述，电路板24测量局部电容的任何变化，以确定在感测电极附近水的存在。可通过改变传感器探头22和外壳14之间的距离来仿真局部电容的变化。如图5所示，可将核12向外壳14沿弹簧40产生的偏置相反的方向推动。在传感器探头22到达接近外壳14的预定距离内时，在传感器探头22和外壳14之间的局部电容达到在存在水的情况下在检测器10的运行模式下测量的电容。在这个测试模式下，通过电路板24将输出信号发送至外部警报系统，以仿真在燃料箱46中检测到过多聚集的水。因此，在不需要向燃料箱46引入水的情况下，可实现检测设备组件的测试。 

在本发明中的外壳14的功能是便于在不需要向燃料箱46引入水的情况下测试污染物检测器10。在不需要测试的情形下，可独立地将核12用作污染物检测器10，而不需要包括外壳14。在这种情况下，传感器核12可直接安装在燃料箱46中。 

如上所述，本发明的污染物检测器10可用于检测在一种液体中存在任何另一种不期望的液体。对于可适用的技术，各主体液体必须具有以下物理和电属性： 

○各液体一定不能彼此溶解； 

○各液体必须具有不同密度，从而他们可通过重力彼此分离；以及 

○各液体必须具有不同电属性。 

在箱体46中的污染物检测器10的位置必须根据主体液体的相对密度而改变。如果基液的密度大于污染物液体，则污染物液体将漂浮在基液的顶部。在这种情况下，需要将污染物检测器10设置在箱体46中接近污染物液体将来所处的区域附近。 

尽管为了说明的目的详细描述了本发明的各个实施例，但是在不脱离本发明的范围和精神的情况下可以进行各种修改。 

Claims (23)

1.一种检测在基液中存在污染液体的方法，包括以下步骤：

在包含所述基液的箱体中设置污染物检测器，其具有导电核、以非导电关系从所述核延伸的传感器探头、以及与所述传感器探头电连接的电路板；

对于所述电路板施加电能；

所述电路板对所述传感器探头提供电荷以及对所述核提供相反电荷，以产生通过所述基液的闭场环；

测量在所述传感器探头和所述核附近的所述基液的局部电容；以及

响应于所测量的局部电容的改变生成警报信号，以表示在所述基液中存在的污染液体超过预设阈值，

其中所述污染物检测器包括导电外壳，其中所述核以导电关系可滑动地设置在该外壳中，

所述方法还包括在没有引入所述污染液体的情况下进行以下步骤：

将所述传感器探头从所述外壳偏置设定距离；

将所述传感器探头与所述偏置相反地推动以到达距所述外壳预定距离内；以及

响应于所测量的所述传感器探头和所述外壳之间的局部电容的改变生成警报信号。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述产生步骤包括所述电路板对所述外壳提供相反电荷的步骤。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述推动步骤改变所述传感器探头和所述外壳之间的局部电容，使得该局部电容达到当所述传感器探头从所述外壳偏置设定距离并且在所述基液中的污染液体的量大于所述预设阈值时的局部电容。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述污染物检测器垂直地安装在所述箱体的底壁中。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述污染物检测器水平地安装在所述箱体的侧壁中。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述基液包括燃料，所述污染液体包括水。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述电路板设置在所述核中。

8.如权利要求1所述的方法，其中从所述箱体外部的电源提供所述电能。

9.一种检测在燃料中存在水的方法，包括以下步骤：

在包含所述燃料的箱体中设置水检测器，其具有：导电核；导电外壳，所述核以导电关系可滑动地设置在该外壳内；以非导电关系从所述核延伸的传感器探头；以及与所述传感器探头电连接的电路板；

对于所述电路板施加电能；

所述电路板对所述传感器探头提供电荷以及对所述外壳提供相反电荷，以产生通过所述燃料的闭场环；

测量在所述传感器探头和所述外壳附近的所述燃料的局部电容；以及

响应于所测量的局部电容的改变生成警报信号，以表示在所述燃料中存在的水超过预设阈值，

所述方法还包括在没有引入水的情况下进行以下步骤：

将所述传感器探头从所述外壳偏置设定距离；

将所述传感器探头与所述偏置相反地推动以到达巨所述外壳预定距离内；以及

响应于所测量的所述传感器探头和所述外壳之间的局部电容的改变生成警报信号。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述水检测器垂直地安装在所述箱体的底壁中。

11.如权利要求9所述的方法，其中所述水检测器水平地安装在所述箱体的侧壁中。

12.如权利要求9所述的方法，其中所述电路板设置在所述核中。

13.如权利要求9所述的方法，其中从所述箱体外部的电源提供所述电能。

14.如权利要求9所述的方法，其中所述推动步骤改变所述传感器探头和所述外壳之间的局部电容，使得该局部电容达到当所述传感器探头从所述外壳偏置设定距离并且所述燃料中的水的量大于预设阈值时的局部电容。

15.一种设置在基液中的污染物检测器，用于检测污染液体的存在，包括：

导电外壳；

导电核，其以导电关系可滑动地设置在所述外壳中；

传感器探头，其以非导电关系从所述核延伸；

对所述传感器探头提供电荷并对所述核和外壳提供相反电荷，以产生通过所述基液的闭场环的机构；

测量在所述传感器探头和所述外壳附近的所述基液的局部电容的机构；以及

响应于所测量的局部电容的改变生成警报信号，以表示在所述基液中存在的污染液体超过预设阈值的机构。

16.如权利要求15所述的污染物检测器，其中所述外壳从所述核的近端延伸并超出所述核的远端，所述外壳配置为使得所述传感器探头以非导电关系延伸出所述外壳的远端。

17.如权利要求15所述的污染物检测器，还包括：轴封，其在所述核和所述外壳之间，邻近所述核的近端。

18.如权利要求15所述的污染物检测器，还包括：传感器帽，其安装在所述传感器探头的延伸出所述外壳的部分上；以及弹簧，其使得所述传感器探头从所述外壳偏置。

19.如权利要求18所述的污染物检测器，还包括：绝缘垫圈，其在所述传感器帽和所述外壳之间。

20.如权利要求15所述的污染物检测器，在所述外壳中还包括至少两个开口，其邻近所述传感器探头。

21.如权利要求15所述的污染物检测器，还包括：绝缘封盒，其在所述核和所述传感器探头之间。

22.如权利要求15所述的污染物检测器，还包括：绝缘体，其在所述核和所述传感器探头之间。

23.如权利要求15所述的污染物检测器，其中所述基液包括燃料，所述污染液体包括水。

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