CN113267230A - 液体箱内液体体积的测量方法及工程机械 - Google Patents

液体箱内液体体积的测量方法及工程机械 Download PDF

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胡先锋
马云跃
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    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F22/00—Methods or apparatus for measuring volume of fluids or fluent solid material, not otherwise provided for
    • G01F22/02—Methods or apparatus for measuring volume of fluids or fluent solid material, not otherwise provided for involving measurement of pressure

Abstract

本发明提供了一种液体箱内液体体积的测量方法及工程机械，其中：液体箱包括箱体以及设置在箱体内的第一传感器、第二传感器和第三传感器，第一传感器适于测量箱体的倾斜角度，第二传感器和第三传感器设置在箱体的底部并分别位于箱体的两侧，第二传感器和第三传感器适于测量压力，测量方法包括：步骤S1：获取第一传感器所测量的倾斜角度；步骤S2：根据第一压力值、燃油密度以及箱体的尺寸得到液体的体积；步骤S3：根据倾斜角度、燃油密度、第二压力值和/或第三压力值以箱体的尺寸得到液体的体积。本发明的技术方案解决了现有技术中的干簧管式液位传感器存在尺寸通用性差、油位显示精度低的缺陷。

Description

液体箱内液体体积的测量方法及工程机械
技术领域
本发明涉及工程设备技术领域，具体涉及一种液体箱内液体体积的测量方法及工程机械。
背景技术
目前挖掘机燃油箱普遍采用干簧管式液位传感器。在该种液位传感器中，装有磁钢的浮球随液位上、下滑动时，干簧管的触点随着发生浮动进而改变电阻，从而达到检测液位的目的。但干簧管式液位传感器应用存在以下问题：
1、干簧管长度略小于油箱高度，干簧管底端无法抵到油箱底部，油位较低时，浮球未被燃油浸泡，油位显示为零；
2、在斜坡上工作无法正确显示油位。
上述两个问题使得干簧管式液位传感器存在尺寸通用性差、油位显示精度低等缺陷。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的干簧管式液位传感器存在尺寸通用性差、油位显示精度低的缺陷，从而提供一种液体箱内液体体积的测量方法及工程机械。
为了解决上述问题，本发明提供了一种液体箱内液体体积的测量方法，液体箱包括箱体以及设置在箱体内的第一传感器、第二传感器和第三传感器，第一传感器适于测量箱体的倾斜角度，第二传感器和第三传感器设置在箱体的底部并分别位于箱体的两侧，第二传感器和第三传感器适于测量压力，测量方法包括：步骤S1：获取第一传感器所测量的倾斜角度；步骤S2：倾斜角度小于预设值时，获取第二传感器或者第三传感器测量的第一压力值，根据第一压力值、燃油密度以及箱体的尺寸得到液体的体积；步骤S3：倾斜角度大于预设值时，获得第二传感器和第三传感器中位于箱体的底部固定侧所测量的第二压力值，以及获得第二传感器和第三传感器中位于箱体的底部翘起侧所测量的第三压力值，根据倾斜角度、燃油密度、第二压力值和/或第三压力值以箱体的尺寸得到液体的体积。
可选地，步骤S2还包括：步骤S21：液体的体积通过以下公式1得到：公式1：V＝aLP/ρg；其中，V为液体体积，a为箱体长度，L为箱体的宽度，P为第一压力值，ρ为液体密度，g为重力常数。
可选地，步骤S3还包括，步骤S31：当第二压力值满足以下条件1时，液体的体积通过以下公式2得到：条件1：PA≤ρgLsinθ；公式2：
Figure BDA0003074250240000021
其中，V为液体体积，a为箱体的长度，L为箱体的宽度，PA为第二压力值，ρ为液体密度，g为重力常数，θ为倾斜角度。
可选地，步骤S3还包括，步骤S32：当第二压力值满足以下条件2时，液体的体积通过以下公式3得到：条件2：Lρgsinθ＜PA≤Hρgcosθ；公式3：
Figure BDA0003074250240000022
其中，V为液体体积，a为箱体的长度，L为箱体的宽度，H为箱体的高度，PA为第二压力值，PB为第三压力值，ρ为液体密度，g为重力常数，θ为倾斜角度。
可选地，步骤S3还包括，步骤S33：当第二压力值满足以下条件3时，液体的体积通过以下公式4得到：条件3：ρHgcosθ＜PA≤ρHg；公式4：
Figure BDA0003074250240000031
其中，V为液体体积，a为箱体的长度，L为箱体的宽度，H为箱体的高度，PB为第三压力值，ρ为液体密度，g为重力常数，θ为倾斜角度。
可选地，步骤S3还包括，步骤S34：当第二压力值满足以下条件4时，液体的体积通过以下公式5得到：条件4：PA＞ρgH；公式5：V＝aHL；其中，V为液体体积，a为箱体的长度，L为箱体的宽度，H为箱体的高度，PA为第二压力值，ρ为液体密度，g为重力常数。
可选地，预设值在3°至10°的范围内。
可选地，液体箱为油箱。
本发明还提供了一种工程机械，包括液体箱，液体箱内的液体体积通过上述的测量方法进行测量。
可选地，工程机械为挖掘机。
本发明具有以下优点：
应用本发明的技术方案，在油箱内设置第一传感器、第二传感器和第三传感器。其中，第一传感器用于测量箱体的倾斜角度，第二传感器和第三传感器分别用于测量箱体底部两侧的压力。根据箱体的倾斜角度以及箱体底部两侧的压力，即可实时计算出箱体内的液体的体积，并且在箱体倾斜的情况下也能提供准确的液位。因此本发明的技术方案解决了现有技术中的干簧管式液位传感器存在尺寸通用性差、油位显示精度低的缺陷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明的液体箱的俯视示意图；
图2示出了图1中液体箱的主视示意图和侧视示意图；
图3示出了图1中液体箱的倾斜角度小于预设值时的液位示意图；
图4示出了图1中液体箱的倾斜角度大于预设值，且液位处于底部翘起侧下方的示意图；
图5示出了图1中液体箱的倾斜角度大于预设值，且液位处于底部翘起侧和顶部下摆侧之间的示意图；
图6示出了图1中液体箱的倾斜角度大于预设值，且液位处于顶部下摆侧上方的示意图；
附图标记说明：
10、箱体；11、底部固定侧；12、底部翘起侧；13、顶部翘起侧；14、顶部下摆侧；20、第一传感器；30、第二传感器；40、第三传感器。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1所示，本实施例提供了一种液体箱内液体体积的测量方法。其中，液体箱包括箱体10以及设置在箱体10内的第一传感器20、第二传感器30和第三传感器40。第一传感器20适于测量箱体10的倾斜角度，第二传感器30和第三传感器40设置在箱体10的底部并分别位于箱体10的两侧，第二传感器30和第三传感器40适于测量压力。进一步地，本实施例中的测量方法包括：
步骤S1：获取第一传感器20所测量的倾斜角度；
步骤S2：倾斜角度小于预设值时，获取第二传感器30或者第三传感器40测量的第一压力值，根据第一压力值、燃油密度以及箱体10的尺寸得到液体的体积；
步骤S3：倾斜角度大于预设值时，获得第二传感器30和第三传感器40中位于箱体10的底部固定侧11所测量的第二压力值，以及获得第二传感器30和第三传感器40中位于箱体10的底部翘起侧12所测量的第三压力值，根据倾斜角度、燃油密度、第二压力值和/或第三压力值以箱体10的尺寸得到液体的体积。
应用本实施例的技术方案，在油箱内设置第一传感器20、第二传感器30和第三传感器40。其中，第一传感器20用于测量箱体10的倾斜角度，第二传感器30和第三传感器40分别用于测量箱体10底部两侧的压力。根据箱体10的倾斜角度以及箱体10底部两侧的压力，即可实时计算出箱体10内的液体的体积，并且在箱体10倾斜的情况下也能提供准确的液位。因此本实施例的技术方案解决了现有技术中的干簧管式液位传感器存在尺寸通用性差、油位显示精度低的缺陷。
需要说明的是，上述的第一传感器20为水平测量仪。水平测量仪可以测量箱体10的倾斜角度，也即当工程机械处于斜坡时，箱体10所处的姿态。优选地，上述的水平测量仪安装在箱体10底部的中部。当然，水平测量仪也可以安装在箱体10的其他位置处。
需要说明的是，上述的第二传感器30和第三传感器40均为压力传感器，并且进一步地，第二传感器30和第三传感器40分别设置在箱体10的底部的前后两侧。上述的“前后两侧”是指相对于工程机械的前后两侧。当工程机械处于斜坡上时，其前后两侧相对倾斜，因此导致箱体10的前后两侧也处于倾斜状态。通过测量箱体10的底部的前后两侧的压力值，可以准确的计算出箱体10处于倾斜状态时，箱体10内液体的体积量(下文将详细说明)。
如图2所示，需要说明的是，上述的箱体10的尺寸是指，箱体10的长度、宽度和高度。具体而言，目前工程机械中大多数采用金属燃油箱，因工艺等因素制约，形状多为规则的箱体10。在图2中，a表示的箱体10的长度，L表示箱体10的宽度，H表示箱体10的高度。
如图3所示，在本实施例的步骤S2还包括：
步骤S21：液体的体积通过以下公式1得到：
公式1：V＝aLP/ρg；
其中，在上述公式1中，V为液体体积，a为箱体10长度，L为箱体10的宽度，P为第一压力值，ρ为液体密度，g为重力常数。
在步骤S21中，第一传感器20测量的角度值小于预设值，因此将箱体10近似看作放置在水平面上。此时，获取第二传感器30获取第三传感器40的压力值，即可计算出液体的液位面高度，从而可以获得箱体10内液体的体积。
在上述公式1中，a、L、ρ、g均为已知量，P为获取的第二传感器30或者第三传感器40的压力值，也即第一压力值，V为最终的计算获得量。
进一步地，上述预设值在3°至10°的范围内。优选地，预设值为5°。本领域技术人员可以根据实际工作需要来调整预设值的具体角度数值。
如图4所示，在本实施例的技术方案中，步骤S3还包括：
步骤S31：当第二压力值满足以下条件1时，液体的体积通过以下公式2得到：
条件1：PA≤ρgLsinθ；
公式2：
Figure BDA0003074250240000081
其中，V为液体体积，a为箱体10的长度，L为箱体10的宽度，PA为第二压力值，ρ为液体密度，g为重力常数，θ为倾斜角度。
在步骤S31中，由于第一传感器20测量的角度大于预设值，因此箱体此时不能被看作放置在水平面上，需要考虑倾斜角度对箱体10内液体体积计算的影响。
需要说明是，结合图4本领域技术人员可以理解，当工程机械处于斜坡时，箱体10也处于倾斜状态。为了方便描述箱体10处于倾斜状态时各个侧部，以箱体10的侧视视角为准，将箱体10的四个侧边定义为底部固定侧11、底部翘起侧12、顶部翘起侧13以及顶部下摆侧14。具体而言，结合图4内容，图4示出了箱体10的右侧向上倾斜时的示意图，箱体10的右侧向上倾斜时，可以看作其箱体10整体绕着左下角向左侧转动了一定角度(也即第一传感器20测量的倾斜角角度)。因此，箱体10的右侧向上倾斜时，其相对于处于水平面而言：1、左下角位置不变，因此箱体10的左下角为底部固定侧11；2、右下角向上摆动并翘起，因此箱体10的右下角为底部翘起侧12；3、左上角向下摆动，因此箱体10的左上角为顶部下摆侧14；4、右上角向上摆动并翘起，因此箱体10的右上角为顶部翘起侧13。
进一步地，本领域技术人员可以理解，箱体10也可能是左侧向上倾斜，此时，上述的四个侧边的位置变换为：箱体的左上角为顶部翘起侧13，左下角为底部翘起侧12，右上角为顶部下摆侧14，右下角为底部固定侧11。
结合上述描述，本领域技术人员可以理解，由于第二传感器30和第三传感器40分别设置在箱体10的底部的前后两侧，并且箱体10可能左侧或者右侧向上倾斜，因此在箱体10发生倾斜时，第二传感器30和第三传感器40中一个会位于底部固定侧11，另一个会位于底部翘起侧12。位于底部固定侧11的传感器测量的压力值即为第二压力值，位于底部翘起侧12的传感器测量的压力值即为第三压力值。
进一步地，上述的条件1实际上是判断箱体10内当前液位高度(图4中h)是否小于底部翘起侧12所在的高度。
进一步地，若获得的第二压力值倾斜角度满足上述的条件1，则采用公式2来计算箱体10内液体的体积，结合图4，公式2的具体推算过程为：
1、
Figure BDA0003074250240000091
2、
Figure BDA0003074250240000092
3、
Figure BDA0003074250240000093
如图5所示，在本实施例的技术方案中，步骤S3还包括：
步骤S32：当第二压力值满足以下条件2时，液体的体积通过以下公式3得到：
条件2：Lρgsinθ＜PA≤Hρgcosθ；
公式3：
Figure BDA0003074250240000094
其中，V为液体体积，a为箱体10的长度，L为箱体10的宽度，H为箱体10的高度，PA为第二压力值，PB为第三压力值，ρ为液体密度，g为重力常数，θ为倾斜角度。
具体而言，步骤S32与步骤S31的区别在于，条件2用于判断箱体10内当前液位高度(图5中h)是否大于底部翘起侧12所在的高度，并且小于顶部下摆侧15所在的高度。
进一步地，若获得的第二压力值倾斜角度满足上述的条件2，则采用公式3来计算箱体10内液体的体积，结合图5，公式3的具体推算过程为：
1、PA＝ρghA；PB＝ρghB
2、
Figure BDA0003074250240000101
3、
Figure BDA0003074250240000102
4、
Figure BDA0003074250240000103
如图6所示，在本实施例的技术方案中，步骤S3还包括：
步骤S33：当第二压力值满足以下条件3时，液体的体积通过以下公式4得到：
条件3：ρHgcosθ＜PA≤ρHg；
公式4：
Figure BDA0003074250240000104
其中，V为液体体积，a为箱体10的长度，L为箱体10的宽度，H为箱体10的高度，PB为第三压力值，ρ为液体密度，g为重力常数，θ为倾斜角度。
具体而言，步骤S33与步骤S32的区别在于，条件3用于判断箱体10内当前液位高度(图5中h)是否大于顶部下摆侧14所在的高度，并且小于箱体10的高度H。
进一步地，若获得的第二压力值倾斜角度满足上述的条件3，则采用公式4来计算箱体10内液体的体积，结合图6，公式4的具体推算过程为：
1、
Figure BDA0003074250240000111
2、
Figure BDA0003074250240000112
3、
Figure BDA0003074250240000113
4、
Figure BDA0003074250240000114
5、
Figure BDA0003074250240000115
6、
Figure BDA0003074250240000116
7、
Figure BDA0003074250240000117
进一步地，在本实施例中，步骤S3还包括：
步骤S34：当第二压力值满足以下条件4时，液体的体积通过以下公式5得到：
条件4：PA＞ρgH；
公式5：V＝aHL；其中，V为液体体积，a为箱体10的长度，L为箱体10的宽度，H为箱体10的高度，PA为第二压力值，ρ为液体密度，g为重力常数。
具体而言，步骤S34与步骤S33的区别在于，条件4用于判断箱体10内当前液位高度是否大于箱体10的高度H。若满足条件4，则判断此时箱体10内的液体处于满状态。
由此可见，通过上述第一传感器20、第二传感器30和第三传感器40测量的参数值，即可准确的计算出箱体10内液体的体积量。进一步地，可以将上述三个传感器与工程机械的处理器连接，处理器可以对三个传感器获得的参数进行计算，并将最终计算结果(液体体积或者液位)显示在工程机械的显示屏上。
优选地，上述的液体箱为油箱。当然，液体箱也可以为其他结构，例如(废)水箱、机油箱，只要是用于盛放流体的箱体结构，其内部流体体积均可以采用上述的方法进行计算。
本实施例还提供了一种工程机械，工程机械包括液体箱，并且液体箱内的液体体积通过上述的测量方法进行测量。
优选地，本实施例中工程机械为挖掘机。当然，工程机械还可以为其他的常用机械，例如起重机、泵车、旋挖钻机等等。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种液体箱内液体体积的测量方法，其特征在于，所述液体箱包括箱体(10)以及设置在所述箱体(10)内的第一传感器(20)、第二传感器(30)和第三传感器(40)，所述第一传感器(20)适于测量所述箱体(10)的倾斜角度，所述第二传感器(30)和所述第三传感器(40)设置在所述箱体(10)的底部并分别位于所述箱体(10)的两侧，所述第二传感器(30)和所述第三传感器(40)适于测量压力，
所述测量方法包括：
步骤S1：获取所述第一传感器(20)所测量的倾斜角度；
步骤S2：所述倾斜角度小于预设值时，获取所述第二传感器(30)或者所述第三传感器(40)测量的第一压力值，根据所述第一压力值、燃油密度以及所述箱体(10)的尺寸得到液体的体积；
步骤S3：所述倾斜角度大于预设值时，获得第二传感器(30)和第三传感器(40)中位于箱体(10)的底部固定侧(11)所测量的第二压力值，以及获得第二传感器(30)和第三传感器(40)中位于箱体(10)的底部翘起侧(12)所测量的第三压力值，根据所述倾斜角度、燃油密度、第二压力值和/或第三压力值以箱体(10)的尺寸得到液体的体积。
2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：
步骤S21：所述液体的体积通过以下公式1得到：
公式1：V＝aLP/ρg；
其中，V为液体体积，a为箱体(10)长度，L为箱体(10)的宽度，P为所述第一压力值，ρ为液体密度，g为重力常数。
3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述步骤S3还包括，
步骤S31：当第二压力值满足以下条件1时，所述液体的体积通过以下公式2得到：
条件1：PA≤ρgLsinθ；
公式2：
Figure FDA0003074250230000021
其中，V为液体体积，a为箱体(10)的长度，L为箱体(10)的宽度，PA为所述第二压力值，ρ为液体密度，g为重力常数，θ为倾斜角度。
4.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述步骤S3还包括，
步骤S32：当第二压力值满足以下条件2时，所述液体的体积通过以下公式3得到：
条件2：Lρgsinθ<PA≤Hρgcosθ；
公式3：
Figure FDA0003074250230000022
其中，V为液体体积，a为箱体(10)的长度，L为箱体(10)的宽度，H为箱体(10)的高度，PA为所述第二压力值，PB为所述第三压力值，ρ为液体密度，g为重力常数，θ为倾斜角度。
5.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述步骤S3还包括，
步骤S33：当第二压力值满足以下条件3时，所述液体的体积通过以下公式4得到：
条件3：ρHgcosθ<PA≤ρHg；
公式4：
Figure FDA0003074250230000023
其中，V为液体体积，a为箱体(10)的长度，L为箱体(10)的宽度，H为箱体(10)的高度，PB为所述第三压力值，ρ为液体密度，g为重力常数，θ为倾斜角度。
6.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述步骤S3还包括，
步骤S34：当第二压力值满足以下条件4时，所述液体的体积通过以下公式5得到：
条件4：PA>ρgH；
公式5：V＝aHL；
其中，V为液体体积，a为箱体(10)的长度，L为箱体(10)的宽度，H为箱体(10)的高度，PA为所述第二压力值，ρ为液体密度，g为重力常数。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的测量方法，其特征在于，所述预设值在3°至10°的范围内。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的测量方法，其特征在于，所述液体箱为油箱。
9.一种工程机械，其特征在于，包括液体箱，所述液体箱内的液体体积通过如权利要求1至8中任一项所述的测量方法进行测量。
10.根据权利要求9所述的工程机械，其特征在于，所述工程机械为挖掘机。
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