RU123942U1

RU123942U1 - CAPACITIVE FUEL LEVEL SENSOR, INTENDED FOR OPERATION IN THE CONDITIONS OF THE INCREASED VIBRATION

Info

Publication number: RU123942U1
Application number: RU2012132322/28U
Authority: RU
Inventors: Марат Габдулгазизович Бикмуллин; Владимир Александрович Дмитриев
Original assignee: Марат Габдулгазизович Бикмуллин; Владимир Александрович Дмитриев
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2012-07-27
Publication date: 2013-01-10

Abstract

Емкостной датчик уровня топлива, предназначенный для эксплуатации в условиях повышенной вибрации, содержащий два изолированных, коаксиально расположенных трубчатых электрода, изоляционные элементы в местах крепления электродов, изоляционные бобышки, расположенные между электродами группами по три в нескольких сечениях, узел крепления датчика к баку, отличающийся тем, что узел крепления к баку выполнен в виде фланца с патрубком и коаксиально соединен с электродами, в нижней внутренней части патрубка выполнен паз, в котором помещен кольцевой уплотнитель, а соединение электродов между собой и с узлом крепления к баку выполнено посредством эпоксидной смолы с пластификатором, при этом бобышки выполнены из полимерного материала.A capacitive fuel level sensor designed for operation in conditions of increased vibration, containing two isolated, coaxially located tubular electrodes, insulating elements at the points of attachment of the electrodes, insulating bosses located between the electrodes in groups of three in several sections, the unit for attaching the sensor to the tank, characterized in that the attachment to the tank is made in the form of a flange with a nozzle and is coaxially connected to the electrodes, in the lower inner part of the nozzle there is a groove in which the stake is placed tsevoy seal and the connection between electrodes and a fastening unit to the tank formed by an epoxy resin with a plasticizer, wherein the lugs are made of a polymeric material.

Description

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике, предназначена для измерения уровня диэлектрических жидкостей, находящейся в баках, резервуарах, иных емкостях, в том числе в баках транспортных средств.The utility model relates to a control and measuring technique, designed to measure the level of dielectric liquids located in tanks, tanks, other containers, including tanks of vehicles.

Известна «Крепежная система для измерительного прибора», предназначенная для крепления датчика при измерении уровня жидкости в емкости (RU, Патент на изобретение №2296955, МПК G01F 23/26, опубликовано 10.04.2007), содержащая электрод, или группу электродов, встроенную втулку, врезное кольцо, накидную гайку с выемкой, в которой помещено уплотнительное кольцо.The well-known "Mounting system for a measuring device", designed to mount the sensor when measuring the liquid level in the tank (RU, Patent for the invention No. 2296955, IPC G01F 23/26, published 04/10/2007), containing an electrode, or group of electrodes, an integrated sleeve, mortise ring, union nut with a recess in which the o-ring is placed.

Недостатком этого датчика является низкая точность измерения, обусловленная тем, что при резьбовом консольном креплении группы датчиков невозможно соблюсти их параллельность, а в условиях вибрации, когда каждый из датчиков войдет в собственный колебательный режим вплоть до резонанса, точность измерения снизится многократно.The disadvantage of this sensor is the low accuracy of the measurement, due to the fact that with a threaded cantilever mounting of the group of sensors it is impossible to observe their parallelism, and under vibration conditions, when each of the sensors enters its own vibrational mode up to resonance, the measurement accuracy will decrease many times.

Известен «Емкостной датчик уровня», принятый за прототип (RU, Патент на изобретение №2112931, МПК G01F 23/26, опубликовано 10.06.1998), содержащий два изолированных, коаксиально расположенных трубчатых электрода, изоляционные элементы в местах крепления электродов, изоляционные бобышки, расположенные между электродами, группами по три в нескольких сечениях, узел крепления датчика к корпусу бака.The well-known "Capacitive level sensor" adopted for the prototype (RU, Patent for invention No. 2112931, IPC G01F 23/26, published on 06/10/1998), containing two isolated, coaxially located tubular electrodes, insulating elements at the points of electrode attachment, insulating bosses, located between the electrodes, in groups of three in several sections, the sensor mount to the tank body.

Недостатками устройства является: низкая надежность, обусловленная тем, что датчик сложен в изготовлении и сборке, состоит из большого количества деталей из различных материалов, при этом все соединения осуществляются с помощью винтов и гаек, что при эксплуатации, особенно в условиях повышенной вибрации приведет к преждевременному выходу прибора из строя; высокой стоимостью, обусловленной тем, что в датчике необходимо применять не только дорогие калиброванные трубчатые электроды, но и все остальные соединяющиеся между собой детали должны быть выполнены с высоким классом точности.The disadvantages of the device are: low reliability, due to the fact that the sensor is difficult to manufacture and assemble, consists of a large number of parts from various materials, and all connections are made using screws and nuts, which during operation, especially in conditions of increased vibration, will lead to premature device failure; high cost, due to the fact that in the sensor it is necessary to use not only expensive calibrated tubular electrodes, but also all other interconnected parts must be made with a high accuracy class.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение эксплуатационной надежности в условиях вибрации, повышение точности измерений, снижение стоимости прибора за счет упрощения конструкции, и использования ненормированных по классу точности деталей.The technical result of the proposed utility model is to increase operational reliability in conditions of vibration, increase the accuracy of measurements, reduce the cost of the device due to simplification of the design, and the use of parts that are not normalized to the accuracy class.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом емкостном датчике, содержащем два изолированных, коаксиально расположенных трубчатых электрода, изоляционные элементы в местах крепления электродов, изоляционные бобышки, расположенные между электродами группами по три в нескольких сечениях, узел крепления датчика к баку, новым является то, что узел крепления к баку выполнен в виде фланца с патрубком и коаксиально соединен с электродами, в нижней внутренней части патрубка выполнен паз, в котором помещен кольцевой уплотнитель, а соединение электродов между собой и с узлом крепления к баку выполнено посредством эпоксидной смолы с пластификатором, при этом бобышки выполнены из эластичного материала.The technical result is achieved by the fact that in the proposed capacitive sensor containing two isolated, coaxially arranged tubular electrodes, insulating elements at the points of attachment of the electrodes, insulating bosses located between the electrodes in groups of three in several sections, the assembly of the sensor to the tank is new, that the attachment to the tank is made in the form of a flange with a nozzle and is coaxially connected to the electrodes, a groove is made in the lower inner part of the nozzle, in which an annular seal is placed, and the electrodes are connected to each other and to the attachment unit to the tank by means of epoxy resin with a plasticizer, while the bosses are made of elastic material.

На Фиг.1 показан общий вид датчика и бака, на Фиг.2 - разрез датчика закрепленного на баке, на Фиг.3 показано соединение электродов с узлом крепления к баку, на Фиг.4 разрез А-А по Фиг.2, на Фиг.5 - бобышка.In Fig.1 shows a General view of the sensor and the tank, Fig.2 is a section of the sensor mounted on the tank, Fig.3 shows the connection of the electrodes with the attachment to the tank, in Fig.4 a section aa in Fig.2, in Fig.2 .5 - boss.

На фигурах: 1 - топливный бак, с переменным уровнем топлива 2, коаксиально выполненные трубчатые электроды датчика 3 и 4, соединенные в верхней части с узлом крепления к баку, выполненном в виде фланца с патрубком 5, корпус датчика 6 с гермовводом 7. В нижней внутренней части патрубка 5 выполнен паз 8, в котором помещен кольцевой уплотнитель 9, предотвращающий протекание пластифицированной эпоксидной смолы 10, между внешней поверхностью электрода 3, и внутренней поверхностью патрубка, при сборке датчика. Так же для формообразования участка соединения между собой электродов 3 и 4, посредством пластифицированной эпоксидной смолы 10, установлены заглушки 11 и 12, соответственно в виде шайбы, и цилиндра, выполненные из пенополиуретана, или иного легко деформируемого бензостойкого материала. Разгрузочное отверстие 13 позволяет свободно изменяться уровню топлива в пространстве между электродами 3 и 4. Изоляционные бобышки 14, выполненные из бензостойкого эластичного полимера, установлены в отверстиях 15 электрода 4, соприкасаясь с внутренней поверхностью электрода 3.In the figures: 1 - a fuel tank, with a variable fuel level 2, coaxially made tubular electrodes of the sensor 3 and 4, connected in the upper part to the attachment unit to the tank, made in the form of a flange with a pipe 5, the sensor housing 6 with a pressure lead 7. In the lower the inside of the pipe 5 has a groove 8, in which an annular seal 9 is placed, which prevents the plasticized epoxy resin 10 from flowing between the outer surface of the electrode 3 and the inner surface of the pipe when the sensor is assembled. Also, for shaping the connection area between the electrodes 3 and 4, by means of plasticized epoxy resin 10, plugs 11 and 12 are installed, respectively, in the form of a washer, and a cylinder made of polyurethane foam or other easily deformable gas-resistant material. The discharge opening 13 allows you to freely change the level of fuel in the space between the electrodes 3 and 4. The insulating bosses 14, made of a petrol-resistant elastic polymer, are installed in the holes 15 of the electrode 4, in contact with the inner surface of the electrode 3.

Сборка датчика осуществляется в следующей последовательности. На электродах 3 и 4, в верхнем торце фиксируются электрические отводы для последующего подключения к электронной схеме (не показано). Бобышки 14 вставляются в отверстия 15 электрода 4, электрод 4 со всеми бобышками 14, с некоторым усилием вставляется в электрод 3 до совпадения торцов электродов. Кольцевой уплотнитель 9 укладывается в паз 8 узла крепления 5, электроды, с некоторым усилием вставляются в патрубок. С верхней стороны узла крепления 5 вставляются на необходимую глубину заглушки 11 и 12, соответственно в виде шайбы, и цилиндра. В дальнейшем заглушки останутся на своих местах, не влияя на работу датчика. Все детали центруются и фиксируются в вертикальном положении, сверху узла крепления 5 заливается пластифицированная эпоксидная смола 10 (все контактирующие со смолой поверхности изначально подготовлены), протекая в полости между внешней поверхностью электрода 3 и внутренней поверхностью патрубка, заполняя кольцевую полость до уплотнительного кольца 9, между электродами 3 и 4, и заполняя внутреннюю полость электрода 4 на глубину до заглушек 11 и 12. После стабилизации смолы в корпусе 6 устанавливается и подключается электронная плата датчика, например, термостабилизированный емкостной генератор с магистральным усилителем формирователем импульсов (не показано). Питание электронного блока и импульсный выход осуществляются по общему кабелю через гермоввод 7. Собранный датчик фланцевой частью узла крепления 5 устанавливается на баке 1.The sensor assembly is carried out in the following sequence. On electrodes 3 and 4, electrical taps are fixed in the upper end for subsequent connection to an electronic circuit (not shown). The bosses 14 are inserted into the holes 15 of the electrode 4, the electrode 4 with all the bosses 14, with some effort is inserted into the electrode 3 until the ends of the electrodes coincide. The annular seal 9 fits into the groove 8 of the mount 5, the electrodes are inserted into the nozzle with some effort. On the upper side of the mount 5, plugs 11 and 12 are inserted to the required depth, respectively, in the form of a washer and a cylinder. In the future, the plugs will remain in their places, without affecting the operation of the sensor. All parts are centered and fixed in a vertical position, plasticized epoxy resin 10 is poured on top of the mount 5 (all surfaces in contact with the resin were prepared initially), flowing into the cavity between the outer surface of the electrode 3 and the inner surface of the nozzle, filling the annular cavity to the sealing ring 9, between electrodes 3 and 4, and filling the internal cavity of the electrode 4 to a depth of plugs 11 and 12. After stabilizing the resin in the housing 6, an electronic sensor board is installed and connected, for example, a thermostabilized capacitive generator with a main amplifier pulse generator (not shown). The power supply of the electronic unit and the pulse output are carried out via a common cable through a pressure seal 7. The assembled sensor is mounted on the tank 1 by the flange part of the mount 5.

Тарирование системы датчик-бак-выходной сигнал, как правило, осуществляется индивидуально, в данной задаче практически и экономически нецелесообразно выполнять механическую часть датчика с точностью превышающей расчетную чувствительность или разрешающую способность системы, поскольку электронная часть датчика - емкостной термостабилизированный генератор и магистральный усилитель-формирователь импульсов внесет свою ошибку за счет разброса параметров электронных компонентов. Предварительная настройка электронного блока датчика по эталонным емкостям так же не имеет смысла, поскольку свои коррективы внесет бак. Даже в одном типоразмере новых баков, тем более разных производителей могут быть существенные различия в функции уровень-объем. Кроме того, бак может быть нестандартным, деформированным и т.д. Очевидно, что в системе имеющей несколько некоррелируемых факторов, где варьируется только один из них, удобно воспользоваться методом аппроксимации, в предлагаемом техническом решении это означает получение индивидуальной функции: уровень топлива в баке - выходной импульсный сигнал датчика, которая закладывается в вычислительный комплекс и обрабатывается в соответствии с поставленными задачами.The calibration of the sensor-tank-output signal system, as a rule, is carried out individually, in this task it is practically and economically impractical to perform the mechanical part of the sensor with an accuracy exceeding the calculated sensitivity or resolution of the system, since the electronic part of the sensor is a capacitive thermostabilized generator and a main pulse generator will make its mistake due to the scatter of the parameters of electronic components. Pre-setting the sensor electronic unit for reference capacities also does not make sense, since the tank will make its own adjustments. Even in the same size of new tanks, especially from different manufacturers, there may be significant differences in the level-volume function. In addition, the tank may be non-standard, deformed, etc. Obviously, in a system that has several uncorrelated factors, where only one of them varies, it is convenient to use the approximation method, in the proposed technical solution this means obtaining an individual function: the fuel level in the tank is the output pulse signal of the sensor, which is put into the computer complex and processed in compliance with the tasks.

Изложенный подход к проектированию датчика позволил использовать все металлические, серийно выпускаемые детали с любыми допусками в рамках ГОСТ, что обеспечило минимальную себестоимость устройства. Единовременное соединение электродов между собой и узлом крепления к баку посредством эпоксидной смолы максимально упростило технологию сборки датчика, и соответственно его стоимость. Наличие в составе эпоксидной смолы пластификатора обеспечило не только высокую адгезию соединенных деталей и герметичность всего устройства, но и дало небольшую степень свободы колебаниям электродов относительно узла крепления, исключив тем самым возможность возникновения каких либо нагрузок на излом, и соответственно повысило надежность датчика при работе в условиях вибрации. Эластичные бобышки, установленные между электродами обеспечивают не только коаксиальную центровку электродов при любых внешних воздействиях, но и совместно с конструктивно выполненной пластифицированной эпоксидной смолой и уплотнительным кольцом демпфируют вибрацию датчика, исключая возможность его резонансных колебаний. При вибрационном воздействии на изгиб электродов относительно узла крепления происходит упругая деформация соединительных слоев пластифицированной эпоксидной смолы и уплотнительного кольца, возникающие при этом силы противодействия направлены на восстановление вертикальной симметрии. Так же при отклонении оси электродов от оси узла крепления, эластичные бобышки подвергаются деформации на сжатие и смещение, при этом силы упругой реакции направлены на восстановление системы. Упругая связь между двумя электродами, имеющими различные размеры и вес, а следовательно и момент инерции практически исключает возможность возникновения резонансных колебаний электродов. В целом конструктивное решение датчика обеспечивает его механическую надежность, и высокую точность измерений в условиях повышенной вибрации. Отсутствие резьбовых соединений, небольшое количество деталей, и простота сборки уменьшает стоимость датчика и так же положительно влияет на надежность.The described approach to the design of the sensor made it possible to use all metal, commercially available parts with any tolerances within the framework of GOST, which ensured the minimum cost of the device. The simultaneous connection of the electrodes with each other and the attachment to the tank by means of epoxy resin has simplified the technology of sensor assembly and, accordingly, its cost. The presence of a plasticizer in the epoxy resin provided not only high adhesion of the connected parts and the tightness of the entire device, but also gave a small degree of freedom to the vibrations of the electrodes relative to the mount, thereby eliminating the possibility of any fracture loads, and accordingly increased the reliability of the sensor when working in conditions vibrations. Elastic bosses installed between the electrodes provide not only coaxial alignment of the electrodes under any external influences, but also together with the structurally made plasticized epoxy resin and o-ring, damp the sensor vibration, eliminating the possibility of its resonant vibrations. During vibrational action on the bend of the electrodes relative to the attachment site, elastic deformation of the connecting layers of the plasticized epoxy resin and the sealing ring occurs, the counter forces arising from this are aimed at restoring vertical symmetry. Also, when the axis of the electrodes deviates from the axis of the attachment point, the elastic bosses undergo compression and displacement deformations, while the elastic reaction forces are aimed at restoring the system. The elastic connection between two electrodes having different sizes and weights, and hence the moment of inertia, virtually eliminates the possibility of resonance vibrations of the electrodes. In general, the design solution of the sensor provides its mechanical reliability, and high measurement accuracy in conditions of increased vibration. The absence of threaded connections, a small number of parts, and ease of assembly reduces the cost of the sensor and also positively affects reliability.

Claims

A capacitive fuel level sensor designed for operation in conditions of increased vibration, containing two isolated, coaxially located tubular electrodes, insulating elements at the points of attachment of the electrodes, insulating bosses located between the electrodes in groups of three in several sections, the unit for attaching the sensor to the tank, characterized in that the attachment to the tank is made in the form of a flange with a nozzle and is coaxially connected to the electrodes, in the lower inner part of the nozzle there is a groove in which the stake is placed tsevoy seal and the connection between electrodes and a fastening unit to the tank formed by an epoxy resin with a plasticizer, wherein the lugs are made of a polymeric material.