專利名稱：液面?zhèn)鞲衅鞯闹谱鞣椒?br> 技術領域：
本發(fā)明涉及液面?zhèn)鞲衅鳌?br> 背景技術：
確定或估計存儲器中的液面是個難題，并且會受到誤差的影響。傳統(tǒng)布置包括 燃料箱傳感器，該傳感器采用漂浮在液體表面上的漂浮設備；測量條，該測量條插入燃料箱 中，接觸其底部，然后取出觀察測量條上的液面；或者甚至為觀察窗。

發(fā)明內容


在結合附圖閱讀以下詳細說明時，本領域技術人員容易理解本公開內容的特征和 優(yōu)勢，在附圖中 圖1是示意性的局部斷開側視圖，圖示了液面?zhèn)鞲衅飨到y(tǒng)的實施例； 圖2是用于圖1所示系統(tǒng)的指示器的顯示面的實施例的正視圖； 圖3是用于圖1所示液面?zhèn)鞲衅鞯膫鞲衅黝^部部件的實施例的分解等軸圖； 圖4是用于液面?zhèn)鞲衅鞯膫鞲衅黝^部組件的實施例的部件的分解側視圖； 圖5是用于圖1所示液面?zhèn)鞲衅飨到y(tǒng)的扇形齒輪運動件的實施例的分解等軸圖； 圖6是包括在圖4所示傳感器頭部組件內的促動桿的實施例的等軸圖； 圖7是扇形齒輪運動件替代實施方式的平面圖； 圖8是圖7所示扇形齒輪運動件的側視圖； 圖9是用于傳感器頭部組件的波紋管組件的替代實施例的分解側視圖；
圖10是用于圖9所示波紋管組件的流動限制器的等軸圖。
具體實施例方式
在以下詳細說明中以及在若干幅附圖中，類似的元件以類似的附圖標記表示。附 圖并非按比例繪制，并且相關特征尺寸可以進行夸大來說明。 非電力驅動液面?zhèn)鞲衅飨到y(tǒng)50的一種實施例在圖1-5中示出。系統(tǒng)50可以用來 感知并指示存儲器或存儲箱10中液體12的液面14。在一種實施例中，液體12可以是曲軸 箱的潤滑油。該系統(tǒng)可以用來感知存儲罐或存儲器中的其他液體的液面，包括僅作為示例 的水、汽油、或車輛或飛機燃料箱中的其他液體燃料、燃料站的地下存儲罐中的汽油。
在圖1-5的實施例中，系統(tǒng)50包括中空感知管60，該感知管插入存儲器10中。該 感知管具有開放的遠端端部62，開放的遠端端部定位在存儲器中，位于系統(tǒng)50所能感知的 最低液面的深度或最低液面以下的深度。所述管的開放端62允許液體進入該管，形成平衡 液面16，該平衡液面由存儲器10中液體的體積以及系統(tǒng)50的特征來確定。液體進入管端 部62在管腔66內形成空氣柱壓力。在實施例中，空氣柱壓力隨著液體液面14變化而變化。液面14越高，則管內對應液面16以及所產生的柱壓力也越高。相反，隨著液面下降，管內 的液面16也下降，對應的柱壓力也是如此。在實施例中，感知管60具有柱狀腔體配置，內 徑為5/8英寸，當然也可以替代地采用其他尺寸和形狀。 系統(tǒng)50包括響應柱壓力變化而指示存儲器10內液體12液面14的裝置。在實施 例中，該裝置可以由頭部單元100來提供，該頭部單元包括具備輸入芯柱122的波紋管120、 波紋管膨脹主體部分124和遠端波紋管面部表面126。因此，波紋管提供腔體，其體積隨著 施加在輸入芯柱122上的壓力變化。波紋管腔體的唯一開口由輸入芯柱提供。輸入芯柱借 助連接管道系統(tǒng)70耦接到管60，連接管道系統(tǒng)70可以從管60的連接件端部64延伸到頭 部單元IOO。連接管系統(tǒng)的長度可以根據(jù)既定應用場合的需求而發(fā)生變化。在實施例中，連 接管系統(tǒng)包括以不透氣塑料材料制成的撓性管道區(qū)段。在實施例中，管道區(qū)段可以是一段 市售的Weatherhead 4mm MTP16004NA-100管道，當然可以替代地采用其他不同尺寸的管道 區(qū)段。管道系統(tǒng)可以包括推合(push-together)塑料管道連接件，其中塑料管道區(qū)段的一 端插入該連接件并利用例如包括在該連接件內的0形環(huán)而形成不透氣的密封嚙合。
實施例中的波紋管120由金屬諸如青銅制成，并且具有"記憶"效應，在波紋管主 體部分不存在正或負相對壓力時，即相對于環(huán)境大氣壓不存在正或負相對壓力時，傾向于 將面部表面126返回原始位置，波紋管面部表面126的位置響應管60內柱壓力的變化而沿 著軸線128線性移動。輸入芯柱122可以是剛性管狀部分，具有形成在其外表面上的外螺 紋，以便于不透氣地耦接到連接件管道系統(tǒng)70。在實施方式中，波紋管120可以適配成在介 于與存儲器"空"狀態(tài)相關的柱壓力和與存儲器"滿"狀態(tài)相關的柱壓力之間的柱壓力范圍 內，提供0. 050英寸的線性行程范圍。該線性行程范圍可以根據(jù)液面?zhèn)鞲衅飨到y(tǒng)的其他參 數(shù)變化。 在實施例中，頭部100進一步提供將波紋管面部表面126的線性運動轉化為旋轉 運動的機構。這樣設置可以提供一種旋轉刻度讀數(shù)功能來指示存儲器中的液體液面。在實 施例中，線性-旋轉運動轉化可以由扇形齒輪運動件140來提供，下面更為詳細地討論。在 實施例中，頭部IOO包括刻度板110和刻度面IIOA，刻度面上具有標記的刻度，指示液面的 范圍，例如從"E"或空到"F"或滿。刻度指示器指針112(圖2)在支撐于扇形齒輪運動件 上的可旋轉輪轂142上旋轉。 應該理解，頭部IOO可以安裝在適當?shù)奈恢茫撐恢每梢赃h離存儲器10。安裝位置 例如可以是車輛、小艇、輪船或飛機的儀器儀表板?；蛘?，可以安裝在服務站內便于監(jiān)控的 位置，在這種情況下，存儲器是燃料存儲器。 圖3和4是傳感器頭部單元100實施例的部件的分解視圖。頭部組件包括大致呈 柱狀外部輪廓的殼體150，該殼體支撐扇形齒輪運動件140?？潭劝?10由扇形齒輪運動 件承載，并且刻度盤110A安裝在刻度板上。刻度指針112安裝在輪轂銷142上。可以利 用罩蓋170、玻璃蓋板172、墊圈174和前蓋174來保護儀表盤不受元件的影響。頭部單元 IOO進一步包括基座結構156，基座結構包括螺紋中心開口 156A，該中心開口適配成以螺紋 嚙合方式接收輸入芯柱126。在實施例中，基座結構156可以壓力配合到殼體150的端部。 螺母158以及鎖止墊片158A可以嚙合在輸入芯柱的螺紋上，將波紋管的軸向位置固定在給 定位置?；Y構156包括孔，螺紋螺栓154通過該孔，用來將頭部單元連接到例如外部殼 體162內的安裝位置，所述外部殼體可以安裝在儀表板或其他安裝位置。在實施例中，螺栓154可以通過外部殼體的開口，并利用蝶形螺釘固緊。配件160螺紋連接在波紋管120的輸
入芯柱126端部，并包括適配器，連接管道系統(tǒng)70可以連接到該適配器。 在實施例中，頭部單元100可以任選包括印刷電路板152，用來提供刻度盤照明的
LED組件153連接到該印刷電路板。連接件可以連接在156B處(圖4)。 扇形齒輪運動件140的實施例在圖1和4中示出，并且在圖5中示出了分解圖。扇
形齒輪運動件140包括基板構件1440A和借助隔離支柱144C以隔開關系相對于基板支撐
的頂板構件144B。扇形齒輪運動件140可以組裝到殼體150中，使得基板144A支撐在從殼
體結構內壁14伸出的肩部凸片152A、152B上。在頭部單元處于組裝狀態(tài)時，扇形齒輪運動
件140以及刻度板110可以借助罩蓋170和前蓋174卡在位置上。 扇形齒輪運動件140包括安裝在基板144A背側的樞轉軸144E上的桿144D，用于 進行旋轉運動。圖6示出了桿144D的實施例。桿144D具有第一手柄144F，第一手柄連接 在大致中部位置，帶有形成于其上的狗腿狀末梢，并向著波紋管面部表面126拐彎。手柄 144F的狗腿狀末梢適配成在操作過程中與波紋管面部表面126接觸，以使波紋管面部表面 的線性運動導致桿144D發(fā)生旋轉運動。桿144D還具有第二手柄144G，第二手柄連接在從 第一手柄144F大致中部位置偏移的位置。第二手柄144G也可以具有狗腿狀配置，帶有通 過基板144A上的開口 144M延伸的末梢。第二手柄144G的末梢適配成接觸扇形齒輪144H 的腹板部分144N，讓扇形齒輪在桿144D旋轉時，圍繞樞轉軸安裝部1441旋轉。
扇形齒輪運動件140的實施例包括安裝在刻度盤銷142上的小齒輪144J，用來與 刻度盤銷一起旋轉運動。小齒輪的齒與扇形齒輪144H的齒144H-1嚙合，以使扇形齒輪圍 繞其安裝件1441的旋轉導致小齒輪144J和刻度盤銷142旋轉。小齒輪144J和扇形齒輪 144H之間的齒輪比可以選擇成為扇形齒輪的給定旋轉運動提供期望的刻度盤銷142運動 行程范圍。偏壓彈簧144K連接在靜止支柱144C和銷142之間，將所述銷偏壓到給定的原 始位置，該原始位置可以由銷144P來標記，停止扇形齒輪腹板144N的逆時針運動。扇形齒 輪、小齒輪以及手柄144F和144G的這種布置可以進行選擇，從而為波紋管面部126相對較 小的行程距離提供相對較大的刻度盤指針運動。在一種實施例中，這種布置可以進行選擇， 針對波紋管面部大約0. 050英寸的運動范圍為刻度盤銷142提供270度的旋轉，當然這只 是一種實施例。波紋管面部的行程距離也可以取決于波紋管的彈性系數(shù)。
液面感知系統(tǒng)的實施例可以校準或調節(jié)，以提供精確的傳感器讀數(shù)。 一種用于圖 l-6所示實施方式的調節(jié)是調節(jié)殼體150內波紋管120的位置。通過轉動波紋管以使芯柱 在螺紋開口 156A內前進或后退，可以改變所述位置。 一旦波紋管面部表面126到達期望的 位置，則借助抵靠鎖止墊片和基座結構156擰緊鎖止螺母158而將波紋管鎖定在位置上。另 一種調節(jié)可以是彎折銷手柄144F以改變其相對于波紋管面部表面126的位置。另一種調 節(jié)可以是彎折銷手柄144G以改變其相對于扇形齒輪腹板的位置。彎折銷手柄例如可以使 用鉗子來完成。在實施例中，所述頭部可以調節(jié)，以使相對柱壓力等于環(huán)境壓力時，刻度盤 指針處于零或空位置。 扇形齒輪運動件140'的替代實施方式在圖7-8中示出。該實施方式例如與圖4-6 所示的扇形齒輪運動件140相同，除了桿140D'安裝成軸向運動，如箭頭148所示，提供調節(jié) 或校準作用。在該實施例中，所述桿借助螺紋銷146A、146B安裝在樞轉軸144E'之間，所述 螺紋銷的端部末梢接收在形成于桿144D'相對兩端的孔或開口中。(與圖4-6所示實施方式不同之處在于，桿140D—端利用一個螺紋銷安裝而另一端利用固定銷安裝。)順序轉動 螺紋銷146A、146B，可以沿著箭頭148的方向偏移桿144E1的位置。移動所述桿，手柄144G 的位置也發(fā)生偏移，并且與扇形齒輪腹板144N上的不同位置接觸，使得腹板144N相對于桿 144D'設置成一定角度，從而影響扇形齒輪和刻度盤指針的位置。這種調節(jié)可以用于校準該 傳感器。軸向調節(jié)行程量可以相對較小，例如在一種實施例中為+/-0. 050英寸，當然該行 程量將根據(jù)扇形齒輪的運動參數(shù)變化。這種調節(jié)可以代替彎折手柄144G，或者另外進行。
液面?zhèn)鞲衅鞯奶娲鷮嵤┓绞降奶卣髟趫D9和10中描繪。該實施方式類似于圖1-8 的實施方式，除了流動限制器125引入到空氣柱中，衰減因振動和其他傳感器干擾對空氣 柱壓力引起的瞬時波動。這樣設置減少或消除了傳感器指示刻度盤指針因這種瞬時波動而 出現(xiàn)快速運動或者顫動，同時將穩(wěn)定態(tài)的柱壓力精確地傳遞給波紋管124。
在圖9-10的實施例中，流動限制器125定位在中空輸入芯柱122'內側，在實施例 中，該輸入芯柱可以具有O. 135英寸的內徑。在實施例中，所述輸入芯柱的一端連接到端蓋 123，該端蓋又通過釬焊環(huán)127連接到波紋管124。流動限制器128可以定位在輸入芯柱中 相對于波紋管而言的遠端，使得內徑在輸入芯柱端部區(qū)域擴大。在實施例中，端部區(qū)域可以 具有0. 152英寸的內徑，臺階肩部限定在中空輸入芯柱中。流動限制器125可以壓入該芯 柱端部，直到其到達臺階端部。 適合其目的的示例流動限制器是燒結金屬限制器元件，例如青銅，其外徑等于輸 入芯柱122'的內徑，長度為0. 182英寸的級別。示例限制器元件是由非常小的燒結青銅球 或青銅珠形成的剛性結構。在實施例中，所述球可以具有粉末粒度尺寸。限制器結構的球 尺寸和密度可以選擇，從而對柱壓力的突然尖峰和下降提供適當?shù)乃p效果，同時允許穩(wěn) 定態(tài)的柱壓力通過限制器傳遞到波紋管。 在另一種實施方式中，流動限制器可以設置在傳感器空氣柱的其他地方，例如位 于管道系統(tǒng)70的撓性管道部分內，或者管60內(見圖l)。 液面?zhèn)鞲衅鞯膶嵤├缈梢杂脕肀O(jiān)控引擎曲軸箱或油泵內的潤滑油液面、交通 工具諸如轎車、卡車和飛機燃料箱內的燃料液面以及船舶應用場合諸如輪船和小艇中的燃 料液面。在實施例中，傳感器系統(tǒng)被管道內的柱壓力促動，而非通過電力促動。在實施例中， 用于給定應用場合的波紋管以及扇形齒輪運動件的具體細節(jié)可以根據(jù)應用場合參數(shù)選擇， 諸如需要感知液面的液體類型、液體存儲器的容量、存儲器中空液面和滿液面的差別等。作 為示例，對于以一種引擎來說，卡車引擎的引擎曲軸箱內空液面和滿液面之間的差值可以 是5到6英寸的級別。波紋管的剛性以及扇形齒輪的齒比可以選擇，對于由存儲器中該5 到6英寸的液面高度差所引起的柱壓力差異，在空指示和滿指示之間提供刻度盤指針運動 范圍。相同的扇形齒輪運動件可以用于若干不同的應用場合，選擇不同的波紋管來適應不 同應用場合中的變化。其他應用場合，諸如交通工具燃料箱傳感器或服務站油罐，在空液面 和滿液面之間可以具有更大或更小的液面差值，并且液面?zhèn)鞲衅鞑考梢赃x擇，同樣為這 些應用場合提供精確的液面指示。 雖然前述內容已經(jīng)說明并圖示了本發(fā)明的實施方式，但是在不背離由附帶的權利 要求書所限定的本發(fā)明的范圍和精神的前提下，本領域技術人員可以對其做出各種改動和 變化。
權利要求
一種液面?zhèn)鞲衅?，包括具有開放的遠端的中空構件，所述開放的遠端適配成定位在液體存儲器中位于液面以下的深度；傳感器頭部單元；連接管道系統(tǒng)，所述連接管道系統(tǒng)適配成在所述中空構件和所述傳感器頭部單元之間提供閉合連接，以使所述中空構件內的柱壓力傳遞到所述傳感器頭部單元；所述傳感器頭部單元包括波紋管構件，所述波紋管構件具有適配成連接到所述連接管道系統(tǒng)的輸入芯柱部分；可膨脹主體部分和遠端波紋管面部表面，所述波紋管主體適配成根據(jù)柱壓力差的變化而膨脹或收縮，以使所述波紋管面部表面在一定運動范圍內平移；非電力驅動的機構，其根據(jù)所述波紋管面部表面的運動來提供所述液面位置的指示。
2. 如權利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述機構包括扇形齒輪運動件，所述扇形 齒輪運動件包括刻度盤銷；安裝到所述刻度盤銷的小齒輪；和響應所述波紋管面部表面 的運動的扇形齒輪，所述扇形齒輪嚙合所述小齒輪，從而響應所述波紋管面部表面的運動 而旋轉所述小齒輪和所述刻度盤銷。
3. 如權利要求2所述的傳感器，其特征在于，所述機構進一步包括 安裝成在所述波紋管面部表面附近旋轉的可旋轉構件；第一手柄，所述第一手柄從所述可旋轉構件延伸并定位成與所述波紋管面部表面接觸，以使所述波紋管面部表面的運動 使得所述第一手柄旋轉所述可旋轉構件；和第二手柄，所述第二手柄從所述可旋轉構件延 伸并定位成接觸所述扇形齒輪并隨著所述可旋轉構件的旋轉而旋轉所述扇形齒輪。
4. 如權利要求3所述的傳感器，進一步包括調節(jié)機構，用來將所述可旋轉構件定位在 運動范圍內的不同軸向位置，以校準所述傳感器。
5. 如權利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述中空構件是剛性管道，所述遠端適配 成定位在所述存儲器中位于低液面或空液面深度以下。
6. 如權利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述液體是潤滑油，所述存儲器是引擎曲 軸箱或引擎油泵。
7. 如權利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述液體是燃料，并且存儲器是燃料站、 車輛、飛機或船舶的燃料箱。
8. 如權利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述傳感器頭部單元包括 包括螺紋孔的殼體結構；所述波紋管芯柱部分具有適配成嚙合所述殼體結構的所述螺紋孔的柱狀螺紋表面；和 通過在所述螺紋孔內旋轉所述波紋管芯柱，調節(jié)所述波紋管面部表面的位置。
9. 如權利要求1所述的傳感器，進一步包括流動限制器，所述流動限制器衰減提供給所述波紋管構件的柱壓力差瞬時變化，同時 允許穩(wěn)定態(tài)的柱壓力傳遞給所述波紋管構件。
10. 如權利要求9所述的傳感器，其特征在于，所述輸入芯柱部分為中空部分，所述流 動限制器定位在所述輸入芯柱部分內。
11. 如權利要求9所述的傳感器，其特征在于，所述流動限制器是以小金屬顆粒制成的 燒結金屬結構。
12. —種液體存儲器系統(tǒng)，包括 用來保持一定體積的液體的存儲器；具有開放的遠端的中空構件，所述開放的遠端適配成定位在液體存儲器中位于液面以 下的深度；傳感器頭部單元；連接管道系統(tǒng)，所述連接管道系統(tǒng)適配成在所述中空構件和所述傳感器頭部單元之間 提供閉合連接，以使所述中空構件內的柱壓力傳遞到所述傳感器頭部單元； 所述傳感器頭部單元安裝在遠離所述存儲器的位置，并包括波紋管構件，所述波紋管構件具有適配成連接到所述連接管道系統(tǒng)的輸入芯柱部分； 可膨脹主體部分和遠端波紋管面部表面，所述波紋管主體適配成根據(jù)柱壓力差的變化而膨 脹或收縮，以使所述波紋管面部表面在一定運動范圍內平移；非電力驅動的機構，其根據(jù)所述波紋管面部表面的運動來提供所述液面位置的指示。
13. 如權利要求12所述的存儲器系統(tǒng)，其特征在于，所述機構包括扇形齒輪運動件，所 述扇形齒輪運動件包括刻度盤銷；安裝到所述刻度盤銷的小齒輪；和響應所述波紋管面 部表面的運動的扇形齒輪，所述扇形齒輪嚙合所述小齒輪，從而響應所述波紋管面部表面 的運動而旋轉所述小齒輪和所述刻度盤銷。
14. 如權利要求12所述的存儲器系統(tǒng)，其特征在于，所述中空構件是剛性管道，所述遠 端適配成定位在所述存儲器中位于低液面或空液面深度以下。
15. 如權利要求12所述的存儲器系統(tǒng)，其特征在于，所述液體是潤滑油，所述存儲器是 引擎曲軸箱或引擎油泵。
16. 如權利要求12所述的存儲器系統(tǒng)，其特征在于，所述液體是燃料，并且存儲器是燃 料站、車輛、飛機或船舶的燃料箱。
17. 如權利要求12所述的存儲器系統(tǒng)，進一步包括校準機構，用來校準所述非電力驅 動的機構。
18. 如權利要求12所述的存儲器系統(tǒng)，進一步包括流動限制器，所述流動限制器衰減提供給所述波紋管構件的柱壓力差瞬時變化，同時 允許穩(wěn)定態(tài)的柱壓力傳遞給所述波紋管構件。
19. 如權利要求18所述的存儲器系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入芯柱部分為中空部分，所 述流動限制器定位在所述輸入芯柱部分內。
20. 如權利要求18所述的存儲器系統(tǒng)，其特征在于，所述流動限制器是以小金屬顆粒 制成的燒結金屬結構。
全文摘要
一種由柱壓力促動的液面?zhèn)鞲衅飨到y(tǒng)(50)，包括傳感器頭部單元和中空構件(60)，所述中空構件具有適配成定位在液體存儲器中的開放的遠端(62)。連接管道系統(tǒng)(70)適配成在所述中空構件和所述傳感器頭部單元之間提供閉合連接，所述傳感器頭部單元進一步包括波紋管構件(120)，其具有適配成連接到所述連接管道系統(tǒng)的輸入芯柱部分(122)；可膨脹主體部分(124)和遠端波紋管面部表面(126)，所述波紋管主體適配成響應柱壓力差的變化膨脹和收縮，以使所述波紋管面部表面在一定的運動范圍內平移；響應所述波紋管面部表面的運動來指示所述液面的非電力驅動機構。
文檔編號G01L7/06GK101720421SQ200880022760
公開日2010年6月2日 申請日期2008年3月1日 優(yōu)先權日2007年5月1日
發(fā)明者約翰·T·休伊特 申請人:約翰·T·休伊特