CN104280093B - 一种空间水箱液位指示器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空间水箱液位指示器，包括紧固螺钉(1)、指示机构端盖(2)、液位指示带(3)、中轴(4)、蝶形弹簧(5)、圆螺母(6)、压缩弹簧(7)、液压片(8)和压力薄膜(9)；液压片(8)底部与压力薄膜(9)接触位置采用中间凸起结构快速感应水箱内部压力变化；压缩弹簧(7)和蝶形弹簧5安装在中轴(4)上控制液压片(8)的预紧力，圆螺母(6)通过螺纹联接固定在中轴(4)上，通过圆螺母(6)的旋转圈数来控制压缩弹簧(7)的预紧力从来控制推动液压片(8)初始位移的最低水箱内部压力值。本发明能够实现与内部液体完全隔离，避免污染水箱内部介质，指示准确度高，可以重复多次使用，中轴位移量具有可调节性。

Description

一种空间水箱液位指示器

技术领域

本发明涉及一种空间水箱液位指示器，能够在微重力环境下使用。

背景技术

空间水箱在内部液体用完后需要对其进行加注，但是由于微重力下很难采用度量手段或者可视窗口等地面常用方法了解内部是否充满液体，加注过程一般控制速度较低避免加注量过大给水箱造成破坏。空间长期贮存饮用水箱液位指示器是空间环控生保等分系统的关键部件之一。

现有的空间水箱液位指示器用三条染色的色带来显示水箱内部是否充满水，由于该水箱内囊是采用Combitherm VPCXX140，外囊采用双层Nomex纤维材料作为约束外保护套，两种材料在水箱内部充满水后会膨胀变形，当变形量达到一定值时，水箱的色带会逐渐露出，当色带处于中间颜色时证明该水箱已注满水。该液位指示采用的是松紧带结构，水箱液满时内部压力增大导致水箱的周长增加，周长的增大通过松紧带结构拉伸变形显示出来，因此该水箱上的液位指示带显示不灵敏，同一水箱注水两次所充水的重量差异较大，该液位指示装置的显示误差较大。另外，采用松紧带结构，在多次使用后容易损坏。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种结构简单，不易损坏的空间水箱液位指示器，能够实现与内部液体完全隔离，避免污染水箱内部介质，指示准确度高，可以重复多次使用，中轴位移量具有可调节性。

本发明包括如下技术方案：

一种空间水箱液位指示器，包括紧固螺钉、指示机构端盖、液位指示带、中轴、蝶形弹簧、圆螺母、压缩弹簧、液压片和压力薄膜；在指示机构端盖朝向液压片的表面上形成直径较大的孔，在直径较大的孔中间部分形成凸起，在指示机构端盖上表面上形成直径较小的孔；所述的液位指示带粘贴在中轴上；

指示机构端盖通过紧固螺钉安装在水箱内端盖的上表面；压力薄膜的两端与水箱内端盖的下表面粘接固定；液压片底部与压力薄膜的接触位置为凸起的圆面，圆面两端采用圆倒角设计；液压片的顶部插入指示机构端盖的直径较大的孔内，能够在指示机构端盖内轴向移动；液压片中间凸起部分位于水箱内端盖开孔内，能够在水箱内端盖开孔内轴向移动；

中轴的一端插入液压片顶部的盲孔中，中轴的另一端依次穿过指示机构端盖的所述直径较大的孔和直径较小的孔，压缩弹簧套在中轴上，压缩弹簧的一端通过液压片顶部的盲孔固定，另一端通过圆螺母进行固定，圆螺母通过螺纹联接固定在中轴上，并位于液压片顶部上方，通过圆螺母的旋转圈数来调整压缩弹簧的预紧力从来控制推动液压片初始位移的最低水箱内部压力值；

在中轴的中间部分的凸起与圆螺母的上方形成用于容纳蝶形弹簧的凹槽；蝶形弹簧套在中轴上；在空间水箱液位指示器初始状态，所述蝶形弹簧的大直径端卡在指示结构端盖的凸起下方，所述蝶形弹簧的小直径端卡在圆螺母上方的凹槽上，从而保证粘贴在中轴上的液位指示带处于指示机构端盖内部；

所述的压力薄膜随水箱内部压力增高发生变形并贴合到液压片上；液压片的位移克服了压缩弹簧与蝶形弹簧的预紧力，当液压片的推力大于蝶形弹簧翻转变形的作用力时，蝶形弹簧发生翻转，使得蝶形弹簧的大直径端位于在指示结构端盖的凸起上方，中轴向上位移阻力消失，液位指示带在中轴的带动下弹出指示机构端盖，从而指示空间水箱内部已经充满水。

所述压力薄膜采用九层复合膜材料制作，水箱内端盖采用高密度聚乙烯材料制作，水箱内端盖与压力薄膜采用热合工艺粘接固定。

水箱内端盖与压力薄膜粘接处的宽度为10mm，采用两道热合增加热合处的粘接强度。

所述的液压片底部与压力薄膜接触处厚度为5mm，液压片底部圆面直径为32mm，所述圆倒角采用R4mm圆倒角，保证液压片在底部与压力薄膜接触处均匀过渡。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)该液位指示器利用微重力下液体内部各方向受压均衡的条件，设置压力薄膜来反馈水箱内部的压力信息，当水箱内部充满水之后，压力薄膜才会受压发生变形，进一步推动液压片动作，当水箱内部压力达到一定程度时，水压使压缩弹簧与蝶形弹簧发生变形，蝶形弹簧的变形较大时发生翻转，中轴发生位移从而指示内部充满液体。

(2)压力薄膜与水箱顶盖粘接固定，将水箱内部介质完全隔离，避免污染水箱内部液体。

(3)圆螺母使该液位指示器具有位移量调节功能，可以根据水箱内部使用压力需求对主轴的位移量进行调节，提高液位指示器在不同应用环境下的显示精度。液压片的形状与压力薄膜在受压状态下的变形量相对应，可以提高液位指示器的显示精度。蝶形弹簧具备反转特性，且反转力较小，能够满足15kPa下，液位弹出指示机构的中轴能够自由弹出。

(4)该液位指示器结构简单，显示精度高，不存在电子元件，不存在泄露点没有密封件，可以重复多次使用，使用寿命长。

附图说明

图1为本发明空间水箱液位指示器示意图；

图2为液位指示器动作后结构图示意图；

图3为动作前的蝶形弹簧示意图；

图4为动作后的蝶形弹簧示意图。

具体实施方式

下面就结合附图对本发明做进一步介绍。

如图1-4所示，本发明的空间水箱液位指示器，包括紧固螺钉1、指示机构端盖2、液位指示带3、中轴4、蝶形弹簧5、圆螺母6、压缩弹簧7、液压片8和压力薄膜9；在指示机构端盖2朝向液压片8的表面上形成直径较大的孔，在直径较大的孔中间部分形成凸起13，在指示机构端盖2上表面上形成直径较小的孔；所述的液位指示带3粘贴在中轴4上；

指示机构端盖2通过紧固螺钉1安装在水箱内端盖10的上表面；压力薄膜9的两端与水箱内端盖10的下表面粘接固定；液压片8底部与压力薄膜9的接触位置为凸起的圆面，圆面两端采用圆倒角设计；液压片8的顶部插入指示机构端盖2的直径较大的孔内，能够在指示机构端盖2内轴向移动；液压片8中间凸起部分位于水箱内端盖10开孔内，能够在水箱内端盖开孔内轴向移动；

中轴4的一端插入液压片8顶部的盲孔中，中轴4的另一端依次穿过指示机构端盖2的所述直径较大的孔和直径较小的孔，压缩弹簧7套在中轴4上，压缩弹簧7的一端通过液压片8顶部的盲孔固定，另一端通过圆螺母6进行固定，圆螺母6通过螺纹联接固定在中轴4上，并位于液压片8顶部上方，通过圆螺母6的旋转圈数来调整压缩弹簧7的预紧力从来控制推动液压片8初始位移的最低水箱内部压力值；

在中轴5的中间部分的凸起与圆螺母6的上方形成用于容纳蝶形弹簧5的凹槽14；蝶形弹簧5套在中轴4上；在空间水箱液位指示器初始状态，所述蝶形弹簧5的大直径端卡在指示结构端盖2的凸起13下方，所述蝶形弹簧5的小直径端卡在圆螺母6上方的凹槽14上，从而保证粘贴在中轴4上的液位指示带3处于指示机构端盖2内部；

所述的压力薄膜9随水箱内部12压力增高发生变形并贴合到液压片8上；液压片8的位移克服了压缩弹簧7与蝶形弹簧5的预紧力，当液压片8的推力大于蝶形弹簧5翻转变形的作用力时，蝶形弹簧5发生翻转，使得蝶形弹簧5的大直径端位于在指示结构端盖2的凸起13上方，中轴4向上位移阻力消失，液位指示带3在中轴4的带动下弹出指示机构端盖2，从而指示空间水箱内部已经充满水。

所述的液压片8底部与压力薄膜9接触处厚度为5mm，液压片8底部圆面直径为32mm，所述圆倒角采用R4mm圆倒角，保证液压片8在底部与压力薄膜9接触处均匀过渡。

当液压片8位移量达到一定值时会与指示结构端盖2相接触，被固定在一指定位置，而不至于造成结构失效，水箱内部液体充满液位指示器动作后的结构图如图2所示。当液位指示带露出指示机构端盖2上方时，水箱内部充满液体，不能再继续往水箱内注水，否则会造成水箱内部压力增高破坏水箱。当水箱内部液体量较少时，手动按压中轴4即可挤压蝶形弹簧5和压缩弹簧7发生变形而最终恢复至图1所示结构。

圆螺母6可以适当调节圆螺母6顶部与中轴4凸台之间的间距。圆螺母6还可以用来调节压缩弹簧7的变形量，在压力薄膜变形量一定的情况下调节液压片8的位移量，进而调节中轴4的位移量。另外，圆螺母6结构可以调剂压缩弹簧7的预紧力，从而调节水箱内部充液时使液压片8发生位移的最低压力。蝶形弹簧5动作前后的结构示意图如图3和图4所示。

内端盖10采用高密度聚乙烯作为原材料，压力薄膜9采用九层复合膜作为原材料，保证热合工艺的强度，两种材料通过热合可以完美的焊接到一起，保证了焊接强度要求，避免泄漏发生。此处热合工艺的使用将指示器动作机构与水箱内部液体通过压力薄膜实现完全隔离，保证了液位指示器部位的密封。水箱内端盖10与压力薄膜9粘接处11的宽度为10mm，采用两道热合增加热合处的粘接强度。

考虑压力薄膜在受压状态下圆形薄膜各处变形量的不同，为了能够精确显示空间水箱内部充满液体，液压片的形状应该能及时反映出压力薄膜的变形，压力薄膜在圆形中心变形量大，因此液压片底部设计成中心凸起的圆面结构，只要压力薄膜发生微小变形即可迅速反映到液压片上，推动液压片产生位移。所述的液压片8的轴向位移通过指示机构端盖2和水箱内端盖10进行约束，最大上位移通过指示机构端盖2限制，最大下位移通过水箱内端盖10限制，保证在空间水箱内部液体没充满状态下挡住液压片。

本发明结构上首先采用压力薄膜的变形反映水箱内部压力变化，采用的压力薄膜伸缩性好，可以实现大变形需求，准确反映内部压力状态。压力薄膜与水箱顶盖的热合工艺保证了液位指示器位置的零泄漏，并且将水箱内部介质完全隔离，避免污染水箱内部液体。采用传统的压力传感器或者压力表等形式不仅造成了测量部件接触水箱内部液体，污染内部介质，还需要考虑密封手段降低水箱内部液体泄漏，而且压力表显示精度低反应慢，加注过程如果加注速度过快会导致水箱的破坏。圆螺母使该液位指示器具有位移量调节功能，可以根据水箱内部使用压力需求对主轴的位移量进行调节，提高液位指示器在不同应用环境下的显示精度。液压片的形状与压力薄膜在受压状态下的变形量相对应，可以提高液位指示器的显示精度。蝶形弹簧具备反转特性，且反转力较小，能够满足15kPa下，液位弹出指示机构的中轴能够自由弹出。手动按压主轴，可实现液位指示器的复位。

本发明未公开技术属本领域技术人员公知常识。

Claims (4)

1.一种空间水箱液位指示器，其特征在于，包括紧固螺钉(1)、指示机构端盖(2)、液位指示带(3)、中轴(4)、蝶形弹簧(5)、圆螺母(6)、压缩弹簧(7)、液压片(8)和压力薄膜(9)；在指示机构端盖(2)朝向液压片(8)的表面上形成直径较大的孔，在直径较大的孔中间部分形成第一凸起(13)，在指示机构端盖(2)上表面上形成直径较小的孔；所述的液位指示带(3)粘贴在中轴(4)上；

指示机构端盖(2)通过紧固螺钉(1)安装在水箱内端盖(10)的上表面；压力薄膜(9)的两端与水箱内端盖(10)的下表面粘接固定；液压片(8)底部与压力薄膜(9)的接触位置为凸出的圆面，圆面两端采用圆倒角设计；液压片(8)的顶部插入指示机构端盖(2)的直径较大的孔内，能够在指示机构端盖(2)内轴向移动；液压片(8)中间凸起部分位于水箱内端盖(10)开孔内，能够在水箱内端盖开孔内轴向移动；

中轴(4)的一端插入液压片(8)顶部的盲孔中，中轴(4)的另一端依次穿过指示机构端盖(2)的所述直径较大的孔和直径较小的孔，压缩弹簧(7)套在中轴(4)上，压缩弹簧(7)的一端通过液压片(8)顶部的盲孔固定，另一端通过圆螺母(6)进行固定，圆螺母(6)通过螺纹联接固定在中轴(4)上，并位于液压片(8)顶部上方，通过圆螺母(6)的旋转圈数来调整压缩弹簧(7)的预紧力从而控制推动液压片(8)初始位移的最低水箱内部压力值；

在中轴(4)的中间部分的凸起与圆螺母(6)的上方形成用于容纳蝶形弹簧(5)的凹槽(14)；蝶形弹簧(5)套在中轴(4)上；在空间水箱液位指示器初始状态，所述蝶形弹簧(5)的大直径端卡在指示结构端盖(2)的第一凸起(13)下方，所述蝶形弹簧(5)的小直径端卡在圆螺母(6)上方的凹槽(14)上，从而保证粘贴在中轴(4)上的液位指示带(3)处于指示机构端盖(2)内部；

所述的压力薄膜(9)随水箱内部(12)压力增高发生变形并贴合到液压片(8)上；液压片(8)的位移克服了压缩弹簧(7)与蝶形弹簧(5)的预紧力，当液压片(8)的推力大于蝶形弹簧(5)翻转变形的作用力时，蝶形弹簧(5)发生翻转，使得蝶形弹簧(5)的大直径端位于在指示结构端盖(2)的第一凸起(13)上方，中轴(4)向上位移阻力消失，液位指示带(3)在中轴(4)的带动下弹出指示机构端盖(2)，从而指示空间水箱内部已经充满水。

2.如权利要求1所述的空间水箱液位指示器，其特征在于：所述压力薄膜(9)采用九层复合膜材料制作，水箱内端盖(10)采用高密度聚乙烯材料制作，水箱内端盖(10)与压力薄膜(9)采用热合工艺粘接固定。

3.如权利要求2所述的空间水箱液位指示器，其特征在于：水箱内端盖(10)与压力薄膜(9)粘接处(11)的宽度为10mm，采用两道热合增加热合处的粘接强度。

4.如权利要求1所述的空间水箱液位指示器，其特征在于：所述的液压片(8)底部与压力薄膜(9)接触处厚度为5mm，液压片(8)底部圆面直径为32mm，所述圆倒角采用R4mm圆倒角，保证液压片(8)在底部与压力薄膜(9)接触处均匀过渡。