CN111293337B

CN111293337B - 带液位检测的装置

Info

Publication number: CN111293337B
Application number: CN201811486280.6A
Authority: CN
Inventors: 孙海; 麻胜南; 秦兵; 孙公权
Original assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Current assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority date: 2018-12-06
Filing date: 2018-12-06
Publication date: 2020-12-25
Anticipated expiration: 2038-12-06
Also published as: CN111293337A

Abstract

本发明涉及一种用于燃料电池储液器内液位检测的方法。本检测方法由装置和电控两部分组成。装置包括储液腔、连通管、磁芯浮球、线性霍尔感应器、回液口、困液腔、方向软管、重锤、排液口等。线性霍尔感应器通过感应磁芯浮球的位置来知晓储液腔内某一方向的液位。电控部分包括三轴电子陀螺仪、信号处理电路和控制算法。三轴电子陀螺仪来感知储液腔所处的姿态，进而通过算法得知储液腔内的液体体积。

Description

带液位检测的装置

技术领域

本发明涉及一种带液位检测功能的装置，该带液位检测的装置可以实现±90°全方位的液位检测。

背景技术

液体燃料电池尤其是以直接甲醇燃料电池具有高比能量的特性，在便携式移动电源领域具有无法比拟的优势。

液体燃料电池在工作时，需要从储液腔抽取稀释的燃料溶液供给电堆阳极。储液腔内足量的液体是保证燃料电池能够正常工作的必要条件。便携式燃料电池的工作环境和移动式、固定式大不相同，其突出特点就是其姿态总是在变化当中，且变化幅度十分巨大。从现有技术来说，还无法实现±90°全方位的测量。

发明内容

本发明涉及一种液位检测装置，该液位检测装置可以实现±90°全方位的液位检测。

带液位检测的装置，包括密闭的储液腔和困液腔，

于储液腔内设有三根连通管，三根连通管的轴线相互垂直；连通管二端分别与储液腔内壁面固接，于靠近连通管二端处的连通管侧壁上分别开设有通孔；于连通管内部的一端设有线性霍尔感应器，于连通管内设有磁芯浮球；

于储液腔顶端壁面上设有大气连通孔，大气连通孔经防水透气组件与大气连通；

于储液腔下端侧壁面上设有回液口，下端壁面上设有液腔连通孔；

于储液腔下方设有密闭的困液腔，困液腔顶部与储液腔通过液腔连通孔相连通；

困液腔为上端开口的密闭筒体，困液腔上开口端与储液腔上壁面密封连接，于储液腔底面设有液腔连通孔，困液腔和储液腔通过液腔连通孔相连通；

于困液腔下端底面上设有排液口；处于困液腔内的排液口一端连接有方向软管，方向软管远离排液口一端连接有重锤；

于困液腔外侧壁面上设有三轴电子陀螺仪和信号处理电路；线性霍尔感应器和三轴电子陀螺仪分别与信号处理电路连接。

磁芯浮球为内部设有磁化铁芯或者磁铁，磁化铁芯或者磁铁外部包裹有EPP、EPE、EPS、发泡聚氨酯中的一种或二种以上等泡沫材料或其它密度很小的耐储液腔液体腐蚀的材料。

方向软管可以选择硅橡胶、氟橡胶、三元乙丙橡胶等软性材料；重锤可以选择不锈钢等耐腐蚀金属材质，或也可以选择铜或钨等高密度金属镀金或表面防腐蚀处理。

排液口通过软管与液体燃料电池电堆阳极入口连接；回液口通过软管与液体燃料电池电堆阳极出口连接。

连通管位于储液腔内部，其二端各有一贯通孔，分别与储液腔内的液体和/或气体连通；线性霍尔感应器位于连通管一端，经引线与外部信号处理电路连接，储液腔上的引线处要进行密封。

防水透气组件由覆盖于大气连通孔一开口端的防水透气膜和用于固定防水透气膜的结构(如固定环组成)。

本发明用于燃料电池储液器内液位检测，由装置和电控两部分组成。装置包括储液腔、连通管、磁芯浮球、线性霍尔感应器、回液口、困液腔、方向软管、重锤、排液口等。线性霍尔感应器通过感应磁芯浮球的位置来知晓储液腔内某一方向的液位。电控部分包括三轴电子陀螺仪、信号处理电路和控制算法。三轴电子陀螺仪来感知储液腔所处的姿态，进而通过算法得知储液腔内的液体体积。

附图说明

图1是储液腔及附属结构正视图的局部剖视图。

图2是储液腔+45°的液位示意图。

图3是储液腔+90°的液位示意图。

图4是储液腔-45°的液位示意图。

图5是储液腔-90°的液位示意图。

具体实施方式

如图1所示，液位检测装置包括储液腔1、连通管2、磁芯浮球3、线性霍尔感应器4、排液口5、回液口6、防水透气组件7、方向软管12、重锤13和困液腔14。排液口5出口端通过软管与电堆阳极入口连接。回液口6通过软管与电堆阳极出口连接。连通管2位于储液腔1内部，其两端各有一贯通孔，与储液腔1内部连通。磁芯浮球3内部有微型磁化铁芯或者磁铁，外部由EPP、EPE、EPS、发泡聚氨酯等泡沫或其它密度很小的耐储液腔液体腐蚀的材料包裹。线性霍尔感应器4位于连通管2一端，经引线与外部信号处理电路10连接，引线处要进行密封。

储液腔1与困液腔14连接，中间有液腔连通孔11连通，用于储液腔1内的液体向困液腔14流动。困液腔下部设有排液口5，排液口5入口端通过方向软管12连接有重锤13，用于±90°方向的吸液。

信号处理电路10的处理芯片内可预先根据储液腔1的内腔形状构建三维虚拟模型数据。三轴电子陀螺仪9可以感知储液腔当前所处在的姿态。线性霍尔感应器4可以得到当前液位数据。通过向信号处理电路10中的芯片输入液位数据，利用算法可以计算储液腔1的液体体积。

如图2所示，设置为x、y、z三轴方向液位检测组件，这样组合使用就可以实现±90°全方位的测量。

1、使用在直接甲醇燃料电池系统内。储液腔内腔尺寸为60mm×40mm×120mm，壁厚1.5mm。连通管尺寸为内径9mm，外径12mm，长度120mm，两端距端面10mm处各开一直径6mm通孔，通孔轴线与连通管轴线垂直。储液腔和连通管由PC材料机加工后粘结制成。磁芯浮球直径为8mm，内部磁芯选用钕铁硼材料制成的直径3mm的球体，外部包裹EPE材质。困液腔尺寸为60mm×40mm×50mm，壁厚1.5mm。方向软管选择保定兰格16#管，重锤为直径12mm的316L不锈钢球体。线性霍尔感应器选用Allegro公司生产的UGN3503型号，TO-243A封装。硅胶管选用保定兰格生产的25#产品。三轴电子陀螺仪选用YUNHUI公司的MPU9250。处理器采用TQFP64封装的ATMEGA128。

2、储液腔内Z轴方向沿竖直中心轴设置1组连通管、磁芯浮球和线性霍尔感应器组合。X、Y轴方向分别各设置1组连通管、磁芯浮球和线性霍尔感应器组合，三者外壁不能干涉。

3、将储液腔内加入水至液面高度为80mm，连接线性霍尔感应器与电路板，分别测试在与竖直轴线成0°、+45°、+90°、-45°和-90°的检验情况。

4、试验结果表明，该方法能够实现在±90°方向范围内的有效液位连续测量。

Claims

1.带液位检测的装置，其特征在于：包括密闭的储液腔[1]和困液腔[14]，

于储液腔[1]内设有三根连通管[2]，三根连通管的轴线相互垂直；连通管[2]二端分别与储液腔[1]内壁面固接，于靠近连通管[2]二端处的连通管[2]侧壁上分别开设有通孔；于连通管[2]内部的一端设有线性霍尔感应器[4]，于连通管[2]内设有磁芯浮球[3]；

于储液腔[1]顶端壁面上设有大气连通孔[8]，大气连通孔[8]经防水透气组件[7]与大气连通；

于储液腔[1]下端侧壁面上设有回液口[6]，下端壁面上设有液腔连通孔[11]；

于储液腔[1]下方设有密闭的困液腔[14]，困液腔[14]顶部与储液腔[1]通过液腔连通孔[11]相连通；

困液腔[14]为上端开口的密闭筒体，困液腔[14]上开口端与储液腔[1]上壁面密封连接，于储液腔[1]底面设有液腔连通孔[11]，困液腔[14]和储液腔[1]通过液腔连通孔[11]相连通；

于困液腔[14]下端底面上设有排液口[5]；处于困液腔[14]内的排液口[5]一端连接有方向软管[12]，方向软管[12]远离排液口[5]一端连接有重锤[13]；

于困液腔[14]外侧壁面上设有三轴电子陀螺仪[9]和信号处理电路[10]；线性霍尔感应器[4]和三轴电子陀螺仪[9]分别与信号处理电路[10]连接。

2.按照权利要求1所述带液位检测的装置，其特征在于：

磁芯浮球[3]为内部设有磁化铁芯或者磁铁，磁化铁芯或者磁铁外部包裹有EPP、EPE、EPS、发泡聚氨酯中的一种或二种以上。

3.按照权利要求1所述带液位检测的装置，其特征在于：

方向软管[12]的材料选择硅橡胶、氟橡胶或三元乙丙橡胶中的一种；重锤[13]选择不锈钢，或选择镀金或表面防腐蚀处理的铜或钨。

4.按照权利要求1所述带液位检测的装置，其特征在于：

排液口[5]通过软管与液体燃料电池电堆阳极入口连接；回液口[6]通过软管与液体燃料电池电堆阳极出口连接。

5.按照权利要求1所述带液位检测的装置，其特征在于：连通管[2]位于储液腔[1]内部，其二端各有一贯通孔，分别与储液腔[1]内的液体和/或气体连通；线性霍尔感应器[4]位于连通管[2]一端，经引线与外部信号处理电路[10]连接，储液腔上的引线处要进行密封。

6.按照权利要求1所述带液位检测的装置，其特征在于：防水透气组件[7]由覆盖于大气连通孔[8]一开口端的防水透气膜和用于固定防水透气膜的结构组成。