Датчик контроля уровня жидкости

Классификация по МПК: G01F

Патентная информация
Патент на изобретение №: 
2342640
Дата публикации: 
Суббота, Декабрь 27, 2008
Начало действия патента: 
Пятница, Май 18, 2007

Изобретение относится к приборостроению, а именно к дискретным датчикам контроля уровня жидкости, и может быть использовано в системах и приборах контроля уровня жидкого топлива, при хранении, заправке, а также в процессе работы двигателей на криогенном топливе при жестких механических воздействиях. Сущность изобретения: датчик контроля уровня жидкости содержит корпус с печатной платой, точечный чувствительный элемент (терморезистор) на подложке, установленной на печатную плату, выполненной в виде узкой тонкой пластины, одна сторона которой жестко крепится к основанию корпуса, а у края противоположной незакрепленной стороны выполнено отверстие с диаметром 2...4 раза больше ширины подложки, размещенной над отверстием и выполненной из тонкого теплоизолирующего материала, дополнительно используется три точечных терморезистора, два из которых размещены симметрично на лицевой стороне подложки на расстоянии не более 0.5 мм от края подложки, а два других под ними на противоположной (экранной) стороне с погрешностью совмещения не более 50 мкм. Кроме того, в датчике контроля уровня жидкости подложка с терморезисторами проходит сквозь отверстие на печатной плате, на которой размещены контактные площадки и соединительные проводники, обеспечивающие последовательное соединение терморезисторов, расположенных друг под другом на подложке. Технический результат: датчик контроля уровня жидкости позволит повысить быстродействие и точность определения уровня жидкости повышение точности определения скорости изменения уровня жидкости, как при заправке, так и при сливе. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.


Изобретение относится к приборостроению, а именно к дискретным датчикам контроля уровня жидкости, и может быть использовано в системах и приборах контроля уровня жидкого топлива, при хранении, заправке, а также в процессе работы двигателей на криогенном топливе при жестких механических воздействиях.

Известны устройства, содержащие чувствительный элемент (терморезистор), выполненные в виде цилиндрического стержня с проволочными выводами (Г.Виглеб. Датчики. М., Мир, 1989 г., стр.54) и в виде капсулы с проволочными выводами, установленной на керамическую плату (Ю.В.Зайцев и др. Полупроводниковые резисторы в электронике. М., Энергоиздат, 1988 г., стр.12).

Наиболее близким по технической сущности является датчик контроля уровня жидкости по патенту №2295115 «Датчик контроля уровня жидкости», дата приоритета 02.07.2004 г., содержащий чувствительный элемент (терморезистор), расположенный на подложке, установленной на печатную плату, которая крепится к основанию корпуса. Недостатком данного устройства является высокая теплоемкость подложки, на лицевой стороне которой расположен терморезистор, и значительное расстояние ширины зоны нагрева, вдоль которой перемещается уровень жидкости при погружении или освобождении нагретого тела терморезистора. Эти недостатки увеличивают погрешность измерения уровня в контрольной точке и время задержки (фронта) сигнала, снижающие быстродействие определения уровня.

Целью изобретения является повышение быстродействия и точности определения уровня жидкости, а также обеспечение возможности повышения точности определения скорости изменения уровня жидкости как при заправке, так и при сливе.

Поставленная цель достигается тем, что в датчике контроля уровня жидкости, содержащем корпус с печатной платой и точечный чувствительный элемент (терморезистор) на подложке, установленной на печатную плату, выполненной в виде узкой тонкой пластины, одна сторона которой жестко крепится к основанию корпуса, а у края противоположной незакрепленной стороны выполнено отверстие с диаметром 2...4 раза больше ширины подложки, размещенной над отверстием и выполненной из тонкого теплоизолирующего материала, дополнительно используется три точечных терморезистора, два из которых размещены симметрично на лицевой стороне подложки на расстоянии не более 0.5 мм от края подложки, а два других под ними на противоположной (экранной) стороне с погрешностью совмещения не более 50 мкм. Кроме того, в датчике контроля уровня жидкости подложка с терморезисторами проходит сквозь отверстие на печатной плате, на которой размещены контактные площадки и соединительные проводники, обеспечивающие последовательное соединение терморезисторов, расположенных друг под другом на подложке.

Выявленные отличительные признаки в предложенной совокупности не встречались в ранее известных технических решениях, обеспечивают достижение поставленной цели и могут быть квалифицированы как существенные отличия.

Изобретение поясняется чертежами.

Фиг.1. Подложка с четырьмя пленочными терморезисторами, размещенными на а) лицевой и б) экранной сторонах.

Фиг.2. Электрическая схема соединения пленочных терморезисторов.

Фиг.3. Подложка с пленочными терморезисторами, установленная на печатную плату, а) вид сверху, б) вид сбоку, в) часть платы с установленной подложкой.

Предлагаемый датчик контроля уровня жидкости содержит: теплоизоляционную тонкую подложку 1 (фиг.1), на которой расположены пленочные резисторы с одинаковыми конструкционными и электрическими характеристиками (R1 и R2 на лицевой стороне, R3 и R4 на экранной). Подложка 1 (фиг.3) проходит сквозь отверстие 3 (фиг.3) печатной платы 2 (фиг.3) и припаивается к контактным площадкам, расположенным на лицевой и экранной сторонах печатной платы. Отверстие 4 (фиг.3) предназначено для крепления печатной платы к фланцу корпуса. Соединительные провода 5 (фиг.3) присоединяются к контактным площадкам 6 печатной платы 2 (фиг.3).

Пленочные терморезисторы R1, R2, R3 и R4, размещенные на подложке 1, соединяются с помощью печатных проводников в соответствии с электрической схемой, представленной на фиг.2.

Датчик контроля уровня работает следующим образом.

По соединительным проводникам 5 (фиг.3) на контактные площадки 6 печатной платы 2 (фиг.3) и далее на терморезисторы R1, R2 и R3, R4 (фиг.1 и фиг.2) подается постоянное напряжение, под действием электрического тока происходит самонагрев терморезисторов, их сопротивление увеличивается и устанавливается тепловой баланс, при котором температура и сопротивление терморезисторов постоянны.

При погружении в жидкость или извлечении из жидкости датчика контроля уровня тепловой баланс нарушается, температура и сопротивление терморезисторов R1, R2, R3, R4 уменьшается или увеличивается за счет изменения теплоемкости среды.

Время изменения температуры и сопротивления терморезисторов зависит от скорости изменения уровня жидкости и расстояния ширины зоны нагрева (площадь, занимаемая терморезистором), вдоль которой перемещается уровень.

Погрешность измерения уровня в контрольных точках при уменьшении ширины зоны нагрева также уменьшается.

Введение дополнительных терморезисторов, симметричное их размещение на подложке 1 на расстоянии не более 0,5 мм от края подложки и расположение терморезисторов друг под другом с погрешностью не более 50 мкм на экранной и лицевой сторонах подложки 1 позволяет за счет уменьшения площади, занимаемой терморезисторами на лицевой и экранной сторонах, в 1.5÷2 раза уменьшить зону нагрева по сравнению с расположением терморезистора на одной стороне, при сохранении величины сопротивления терморезисторов, кроме этого, увеличивается температура терморезисторов из-за взаимного подогрева и изменяются сопротивления при переходе из одного состояния в другое, снижается время задержки за счет увеличения крутизны фронтов.

Использование тонкой подложки, на лицевой и экранной сторонах которой расположены терморезисторы, не позволяет обеспечить последовательное соединение R1 с R3, а также R2 с R4. Последовательное соединение резисторов R1 с R3 и R2 с R4 обеспечивается за счет прохождения подложки сквозь отверстие печатной платы, присоединения контактных площадок подложки, расположенных на экранной и лицевой сторонах соответственно с контактными площадками, расположенными на лицевой и экранной сторонах печатной платы и соединительных проводников, расположенных на печатной плате. Уменьшение теплоемкости конструкции и снижение длины пути, который проходит уровень жидкости через зону нагрева, на которой расположены самонагретые тела двух терморезисторов, размещенных друг под другом, позволяют снизить время задержки (увеличить крутизну фронтов) и более точно определить скорость изменения уровня жидкости.

Применение четырех терморезисторов, два из R1 и R3 которых последовательно соединены и расположены друг под другом на одном крае подложки, а другие два R2 и R4 последовательно соединены и расположены друг под другом на другом крае подложки (фиг.2), позволяет определить скорость изменения уровня жидкости как отношение расстояния между центрами терморезисторов R1 и R2 или R3 и R4, расположенных на краях подложки, и временем между фронтами измеряемого напряжения, определяемого изменением сопротивлений (температуры) терморезисторов.

Таким образом, предложенная конструкция обеспечивает достижение поставленной цели:

- повышение точности определения уровня в контрольной точке и быстродействие как при погружении в жидкость, так и при извлечении датчика контроля уровня из жидкости;

- обеспечивает возможность определения скорости измерения уровня как при заправке жидкости, так и при сливе.

Формула изобретения

1. Датчик контроля уровня жидкости, содержащий корпус с печатной платой и точечный чувствительный элемент (терморезистор) на подложке, установленной на печатную плату, выполненной в виде узкой тонкой пластины, одна сторона которой жестко крепится к основанию корпуса, а у края противоположной не закрепленной стороны выполнено отверстие с диаметром в 2...4 раза больше ширины подложки, размещенной над отверстием и выполненной из тонкого теплоизолирующего материала, отличающийся тем, что дополнительно используется три точечных терморезистора, два из которых размещены симметрично на лицевой стороне подложки на расстоянии не более 0,5 мм от края подложки, а два других под ними на противоположной (экранной) стороне с погрешностью совмещения не более 50 мкм.

2. Датчик контроля уровня жидкости по п.1, отличающийся тем, что подложка с терморезисторами проходит сквозь отверстие на печатной плате, на которой размещены контактные площадки и соединительные проводники, обеспечивающие последовательное соединение терморезисторов, расположенных друг под другом на подложке.