专利名称：液面传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及液面传感器。
背景技术：
确定或估计存储器中的液面是个难题，并且会受到误差的影响。传统布置包括 燃料箱传感器，该传感器采用漂浮在液体表面上的漂浮设备；测量条，该测量条插入燃料箱 中，接触其底部，然后取出观察测量条上的液面；或者甚至为观察窗。
发明内容
在结合附图阅读以下详细说明时，本领域技术人员容易理解本公开内容的特征和 优势，在附图中 图1是示意性的局部断开侧视图，图示了液面传感器系统的实施例； 图2是用于图1所示系统的指示器的显示面的实施例的正视图； 图3是用于图1所示液面传感器的传感器头部部件的实施例的分解等轴图； 图4是用于液面传感器的传感器头部组件的实施例的部件的分解侧视图； 图5是用于图1所示液面传感器系统的扇形齿轮运动件的实施例的分解等轴图； 图6是包括在图4所示传感器头部组件内的促动杆的实施例的等轴图； 图7是扇形齿轮运动件替代实施方式的平面图； 图8是图7所示扇形齿轮运动件的侧视图； 图9是用于传感器头部组件的波纹管组件的替代实施例的分解侧视图；
图10是用于图9所示波纹管组件的流动限制器的等轴图。
具体实施例方式
在以下详细说明中以及在若干幅附图中，类似的元件以类似的附图标记表示。附 图并非按比例绘制，并且相关特征尺寸可以进行夸大来说明。 非电力驱动液面传感器系统50的一种实施例在图1-5中示出。系统50可以用来 感知并指示存储器或存储箱10中液体12的液面14。在一种实施例中，液体12可以是曲轴 箱的润滑油。该系统可以用来感知存储罐或存储器中的其他液体的液面，包括仅作为示例 的水、汽油、或车辆或飞机燃料箱中的其他液体燃料、燃料站的地下存储罐中的汽油。
在图1-5的实施例中，系统50包括中空感知管60，该感知管插入存储器10中。该 感知管具有开放的远端端部62，开放的远端端部定位在存储器中，位于系统50所能感知的 最低液面的深度或最低液面以下的深度。所述管的开放端62允许液体进入该管，形成平衡 液面16，该平衡液面由存储器10中液体的体积以及系统50的特征来确定。液体进入管端 部62在管腔66内形成空气柱压力。在实施例中，空气柱压力随着液体液面14变化而变化。液面14越高，则管内对应液面16以及所产生的柱压力也越高。相反，随着液面下降，管内 的液面16也下降，对应的柱压力也是如此。在实施例中，感知管60具有柱状腔体配置，内 径为5/8英寸，当然也可以替代地采用其他尺寸和形状。 系统50包括响应柱压力变化而指示存储器10内液体12液面14的装置。在实施 例中，该装置可以由头部单元100来提供，该头部单元包括具备输入芯柱122的波纹管120、 波纹管膨胀主体部分124和远端波纹管面部表面126。因此，波纹管提供腔体，其体积随着 施加在输入芯柱122上的压力变化。波纹管腔体的唯一开口由输入芯柱提供。输入芯柱借 助连接管道系统70耦接到管60，连接管道系统70可以从管60的连接件端部64延伸到头 部单元IOO。连接管系统的长度可以根据既定应用场合的需求而发生变化。在实施例中，连 接管系统包括以不透气塑料材料制成的挠性管道区段。在实施例中，管道区段可以是一段 市售的Weatherhead 4mm MTP16004NA-100管道，当然可以替代地采用其他不同尺寸的管道 区段。管道系统可以包括推合(push-together)塑料管道连接件，其中塑料管道区段的一 端插入该连接件并利用例如包括在该连接件内的0形环而形成不透气的密封啮合。
实施例中的波纹管120由金属诸如青铜制成，并且具有"记忆"效应，在波纹管主 体部分不存在正或负相对压力时，即相对于环境大气压不存在正或负相对压力时，倾向于 将面部表面126返回原始位置，波纹管面部表面126的位置响应管60内柱压力的变化而沿 着轴线128线性移动。输入芯柱122可以是刚性管状部分，具有形成在其外表面上的外螺 纹，以便于不透气地耦接到连接件管道系统70。在实施方式中，波纹管120可以适配成在介 于与存储器"空"状态相关的柱压力和与存储器"满"状态相关的柱压力之间的柱压力范围 内，提供0. 050英寸的线性行程范围。该线性行程范围可以根据液面传感器系统的其他参 数变化。 在实施例中，头部100进一步提供将波纹管面部表面126的线性运动转化为旋转 运动的机构。这样设置可以提供一种旋转刻度读数功能来指示存储器中的液体液面。在实 施例中，线性-旋转运动转化可以由扇形齿轮运动件140来提供，下面更为详细地讨论。在 实施例中，头部IOO包括刻度板110和刻度面IIOA，刻度面上具有标记的刻度，指示液面的 范围，例如从"E"或空到"F"或满。刻度指示器指针112(图2)在支撑于扇形齿轮运动件 上的可旋转轮毂142上旋转。 应该理解，头部IOO可以安装在适当的位置，该位置可以远离存储器10。安装位置 例如可以是车辆、小艇、轮船或飞机的仪器仪表板。或者，可以安装在服务站内便于监控的 位置，在这种情况下，存储器是燃料存储器。 图3和4是传感器头部单元100实施例的部件的分解视图。头部组件包括大致呈 柱状外部轮廓的壳体150，该壳体支撑扇形齿轮运动件140。刻度板110由扇形齿轮运动 件承载，并且刻度盘110A安装在刻度板上。刻度指针112安装在轮毂销142上。可以利 用罩盖170、玻璃盖板172、垫圈174和前盖174来保护仪表盘不受元件的影响。头部单元 IOO进一步包括基座结构156，基座结构包括螺纹中心开口 156A，该中心开口适配成以螺纹 啮合方式接收输入芯柱126。在实施例中，基座结构156可以压力配合到壳体150的端部。 螺母158以及锁止垫片158A可以啮合在输入芯柱的螺纹上，将波纹管的轴向位置固定在给 定位置。基座结构156包括孔，螺纹螺栓154通过该孔，用来将头部单元连接到例如外部壳 体162内的安装位置，所述外部壳体可以安装在仪表板或其他安装位置。在实施例中，螺栓154可以通过外部壳体的开口，并利用蝶形螺钉固紧。配件160螺纹连接在波纹管120的输
入芯柱126端部，并包括适配器，连接管道系统70可以连接到该适配器。 在实施例中，头部单元100可以任选包括印刷电路板152，用来提供刻度盘照明的
LED组件153连接到该印刷电路板。连接件可以连接在156B处(图4)。 扇形齿轮运动件140的实施例在图1和4中示出，并且在图5中示出了分解图。扇
形齿轮运动件140包括基板构件1440A和借助隔离支柱144C以隔开关系相对于基板支撑
的顶板构件144B。扇形齿轮运动件140可以组装到壳体150中，使得基板144A支撑在从壳
体结构内壁14伸出的肩部凸片152A、152B上。在头部单元处于组装状态时，扇形齿轮运动
件140以及刻度板110可以借助罩盖170和前盖174卡在位置上。 扇形齿轮运动件140包括安装在基板144A背侧的枢转轴144E上的杆144D，用于 进行旋转运动。图6示出了杆144D的实施例。杆144D具有第一手柄144F，第一手柄连接 在大致中部位置，带有形成于其上的狗腿状末梢，并向着波纹管面部表面126拐弯。手柄 144F的狗腿状末梢适配成在操作过程中与波纹管面部表面126接触，以使波纹管面部表面 的线性运动导致杆144D发生旋转运动。杆144D还具有第二手柄144G，第二手柄连接在从 第一手柄144F大致中部位置偏移的位置。第二手柄144G也可以具有狗腿状配置，带有通 过基板144A上的开口 144M延伸的末梢。第二手柄144G的末梢适配成接触扇形齿轮144H 的腹板部分144N，让扇形齿轮在杆144D旋转时，围绕枢转轴安装部1441旋转。
扇形齿轮运动件140的实施例包括安装在刻度盘销142上的小齿轮144J，用来与 刻度盘销一起旋转运动。小齿轮的齿与扇形齿轮144H的齿144H-1啮合，以使扇形齿轮围 绕其安装件1441的旋转导致小齿轮144J和刻度盘销142旋转。小齿轮144J和扇形齿轮 144H之间的齿轮比可以选择成为扇形齿轮的给定旋转运动提供期望的刻度盘销142运动 行程范围。偏压弹簧144K连接在静止支柱144C和销142之间，将所述销偏压到给定的原 始位置，该原始位置可以由销144P来标记，停止扇形齿轮腹板144N的逆时针运动。扇形齿 轮、小齿轮以及手柄144F和144G的这种布置可以进行选择，从而为波纹管面部126相对较 小的行程距离提供相对较大的刻度盘指针运动。在一种实施例中，这种布置可以进行选择， 针对波纹管面部大约0. 050英寸的运动范围为刻度盘销142提供270度的旋转，当然这只 是一种实施例。波纹管面部的行程距离也可以取决于波纹管的弹性系数。
液面感知系统的实施例可以校准或调节，以提供精确的传感器读数。 一种用于图 l-6所示实施方式的调节是调节壳体150内波纹管120的位置。通过转动波纹管以使芯柱 在螺纹开口 156A内前进或后退，可以改变所述位置。 一旦波纹管面部表面126到达期望的 位置，则借助抵靠锁止垫片和基座结构156拧紧锁止螺母158而将波纹管锁定在位置上。另 一种调节可以是弯折销手柄144F以改变其相对于波纹管面部表面126的位置。另一种调 节可以是弯折销手柄144G以改变其相对于扇形齿轮腹板的位置。弯折销手柄例如可以使 用钳子来完成。在实施例中，所述头部可以调节，以使相对柱压力等于环境压力时，刻度盘 指针处于零或空位置。 扇形齿轮运动件140'的替代实施方式在图7-8中示出。该实施方式例如与图4-6 所示的扇形齿轮运动件140相同，除了杆140D'安装成轴向运动，如箭头148所示，提供调节 或校准作用。在该实施例中，所述杆借助螺纹销146A、146B安装在枢转轴144E'之间，所述 螺纹销的端部末梢接收在形成于杆144D'相对两端的孔或开口中。(与图4-6所示实施方式不同之处在于，杆140D—端利用一个螺纹销安装而另一端利用固定销安装。)顺序转动 螺纹销146A、146B，可以沿着箭头148的方向偏移杆144E1的位置。移动所述杆，手柄144G 的位置也发生偏移，并且与扇形齿轮腹板144N上的不同位置接触，使得腹板144N相对于杆 144D'设置成一定角度，从而影响扇形齿轮和刻度盘指针的位置。这种调节可以用于校准该 传感器。轴向调节行程量可以相对较小，例如在一种实施例中为+/-0. 050英寸，当然该行 程量将根据扇形齿轮的运动参数变化。这种调节可以代替弯折手柄144G，或者另外进行。
液面传感器的替代实施方式的特征在图9和10中描绘。该实施方式类似于图1-8 的实施方式，除了流动限制器125引入到空气柱中，衰减因振动和其他传感器干扰对空气 柱压力引起的瞬时波动。这样设置减少或消除了传感器指示刻度盘指针因这种瞬时波动而 出现快速运动或者颤动，同时将稳定态的柱压力精确地传递给波纹管124。
在图9-10的实施例中，流动限制器125定位在中空输入芯柱122'内侧，在实施例 中，该输入芯柱可以具有O. 135英寸的内径。在实施例中，所述输入芯柱的一端连接到端盖 123，该端盖又通过钎焊环127连接到波纹管124。流动限制器128可以定位在输入芯柱中 相对于波纹管而言的远端，使得内径在输入芯柱端部区域扩大。在实施例中，端部区域可以 具有0. 152英寸的内径，台阶肩部限定在中空输入芯柱中。流动限制器125可以压入该芯 柱端部，直到其到达台阶端部。 适合其目的的示例流动限制器是烧结金属限制器元件，例如青铜，其外径等于输 入芯柱122'的内径，长度为0. 182英寸的级别。示例限制器元件是由非常小的烧结青铜球 或青铜珠形成的刚性结构。在实施例中，所述球可以具有粉末粒度尺寸。限制器结构的球 尺寸和密度可以选择，从而对柱压力的突然尖峰和下降提供适当的衰减效果，同时允许稳 定态的柱压力通过限制器传递到波纹管。 在另一种实施方式中，流动限制器可以设置在传感器空气柱的其他地方，例如位 于管道系统70的挠性管道部分内，或者管60内(见图l)。 液面传感器的实施例例如可以用来监控引擎曲轴箱或油泵内的润滑油液面、交通 工具诸如轿车、卡车和飞机燃料箱内的燃料液面以及船舶应用场合诸如轮船和小艇中的燃 料液面。在实施例中，传感器系统被管道内的柱压力促动，而非通过电力促动。在实施例中， 用于给定应用场合的波纹管以及扇形齿轮运动件的具体细节可以根据应用场合参数选择， 诸如需要感知液面的液体类型、液体存储器的容量、存储器中空液面和满液面的差别等。作 为示例，对于以一种引擎来说，卡车引擎的引擎曲轴箱内空液面和满液面之间的差值可以 是5到6英寸的级别。波纹管的刚性以及扇形齿轮的齿比可以选择，对于由存储器中该5 到6英寸的液面高度差所引起的柱压力差异，在空指示和满指示之间提供刻度盘指针运动 范围。相同的扇形齿轮运动件可以用于若干不同的应用场合，选择不同的波纹管来适应不 同应用场合中的变化。其他应用场合，诸如交通工具燃料箱传感器或服务站油罐，在空液面 和满液面之间可以具有更大或更小的液面差值，并且液面传感器部件可以选择，同样为这 些应用场合提供精确的液面指示。 虽然前述内容已经说明并图示了本发明的实施方式，但是在不背离由附带的权利 要求书所限定的本发明的范围和精神的前提下，本领域技术人员可以对其做出各种改动和 变化。
权利要求
一种液面传感器，包括具有开放的远端的中空构件，所述开放的远端适配成定位在液体存储器中位于液面以下的深度；传感器头部单元；连接管道系统，所述连接管道系统适配成在所述中空构件和所述传感器头部单元之间提供闭合连接，以使所述中空构件内的柱压力传递到所述传感器头部单元；所述传感器头部单元包括波纹管构件，所述波纹管构件具有适配成连接到所述连接管道系统的输入芯柱部分；可膨胀主体部分和远端波纹管面部表面，所述波纹管主体适配成根据柱压力差的变化而膨胀或收缩，以使所述波纹管面部表面在一定运动范围内平移；非电力驱动的机构，其根据所述波纹管面部表面的运动来提供所述液面位置的指示。
2. 如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述机构包括扇形齿轮运动件，所述扇形 齿轮运动件包括刻度盘销；安装到所述刻度盘销的小齿轮；和响应所述波纹管面部表面 的运动的扇形齿轮，所述扇形齿轮啮合所述小齿轮，从而响应所述波纹管面部表面的运动 而旋转所述小齿轮和所述刻度盘销。
3. 如权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述机构进一步包括 安装成在所述波纹管面部表面附近旋转的可旋转构件；第一手柄，所述第一手柄从所述可旋转构件延伸并定位成与所述波纹管面部表面接触，以使所述波纹管面部表面的运动 使得所述第一手柄旋转所述可旋转构件；和第二手柄，所述第二手柄从所述可旋转构件延 伸并定位成接触所述扇形齿轮并随着所述可旋转构件的旋转而旋转所述扇形齿轮。
4. 如权利要求3所述的传感器，进一步包括调节机构，用来将所述可旋转构件定位在 运动范围内的不同轴向位置，以校准所述传感器。
5. 如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述中空构件是刚性管道，所述远端适配 成定位在所述存储器中位于低液面或空液面深度以下。
6. 如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述液体是润滑油，所述存储器是引擎曲 轴箱或引擎油泵。
7. 如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述液体是燃料，并且存储器是燃料站、 车辆、飞机或船舶的燃料箱。
8. 如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述传感器头部单元包括 包括螺纹孔的壳体结构；所述波纹管芯柱部分具有适配成啮合所述壳体结构的所述螺纹孔的柱状螺纹表面；和 通过在所述螺纹孔内旋转所述波纹管芯柱，调节所述波纹管面部表面的位置。
9. 如权利要求1所述的传感器，进一步包括流动限制器，所述流动限制器衰减提供给所述波纹管构件的柱压力差瞬时变化，同时 允许稳定态的柱压力传递给所述波纹管构件。
10. 如权利要求9所述的传感器，其特征在于，所述输入芯柱部分为中空部分，所述流 动限制器定位在所述输入芯柱部分内。
11. 如权利要求9所述的传感器，其特征在于，所述流动限制器是以小金属颗粒制成的 烧结金属结构。
12. —种液体存储器系统，包括 用来保持一定体积的液体的存储器；具有开放的远端的中空构件，所述开放的远端适配成定位在液体存储器中位于液面以 下的深度；传感器头部单元；连接管道系统，所述连接管道系统适配成在所述中空构件和所述传感器头部单元之间 提供闭合连接，以使所述中空构件内的柱压力传递到所述传感器头部单元； 所述传感器头部单元安装在远离所述存储器的位置，并包括波纹管构件，所述波纹管构件具有适配成连接到所述连接管道系统的输入芯柱部分； 可膨胀主体部分和远端波纹管面部表面，所述波纹管主体适配成根据柱压力差的变化而膨 胀或收縮，以使所述波纹管面部表面在一定运动范围内平移；非电力驱动的机构，其根据所述波纹管面部表面的运动来提供所述液面位置的指示。
13. 如权利要求12所述的存储器系统，其特征在于，所述机构包括扇形齿轮运动件，所 述扇形齿轮运动件包括刻度盘销；安装到所述刻度盘销的小齿轮；和响应所述波纹管面 部表面的运动的扇形齿轮，所述扇形齿轮啮合所述小齿轮，从而响应所述波纹管面部表面 的运动而旋转所述小齿轮和所述刻度盘销。
14. 如权利要求12所述的存储器系统，其特征在于，所述中空构件是刚性管道，所述远 端适配成定位在所述存储器中位于低液面或空液面深度以下。
15. 如权利要求12所述的存储器系统，其特征在于，所述液体是润滑油，所述存储器是 引擎曲轴箱或引擎油泵。
16. 如权利要求12所述的存储器系统，其特征在于，所述液体是燃料，并且存储器是燃 料站、车辆、飞机或船舶的燃料箱。
17. 如权利要求12所述的存储器系统，进一步包括校准机构，用来校准所述非电力驱 动的机构。
18. 如权利要求12所述的存储器系统，进一步包括流动限制器，所述流动限制器衰减提供给所述波纹管构件的柱压力差瞬时变化，同时 允许稳定态的柱压力传递给所述波纹管构件。
19. 如权利要求18所述的存储器系统，其特征在于，所述输入芯柱部分为中空部分，所 述流动限制器定位在所述输入芯柱部分内。
20. 如权利要求18所述的存储器系统，其特征在于，所述流动限制器是以小金属颗粒 制成的烧结金属结构。
全文摘要
一种由柱压力促动的液面传感器系统(50)，包括传感器头部单元和中空构件(60)，所述中空构件具有适配成定位在液体存储器中的开放的远端(62)。连接管道系统(70)适配成在所述中空构件和所述传感器头部单元之间提供闭合连接，所述传感器头部单元进一步包括波纹管构件(120)，其具有适配成连接到所述连接管道系统的输入芯柱部分(122)；可膨胀主体部分(124)和远端波纹管面部表面(126)，所述波纹管主体适配成响应柱压力差的变化膨胀和收缩，以使所述波纹管面部表面在一定的运动范围内平移；响应所述波纹管面部表面的运动来指示所述液面的非电力驱动机构。
文档编号G01L7/06GK101720421SQ200880022760
公开日2010年6月2日 申请日期2008年3月1日 优先权日2007年5月1日
发明者约翰·T·休伊特 申请人:约翰·T·休伊特