Датчик контроля уровня жидкости



Датчик контроля уровня жидкости
Датчик контроля уровня жидкости
Датчик контроля уровня жидкости

 


Владельцы патента RU 2456551:

Открытое акционерное общество "Авангард" (RU)

Изобретение относится к приборостроению, а именно к дискретным датчикам контроля уровня, и может быть использовано в системах и приборах для контроля уровня топлива при хранении, заправке, а также в процессе работы двигателей на криогенном топливе при жестких механических воздействиях. Датчик контроля уровня жидкости содержит корпус и печатную плату, на которой установлена подложка с размещенными на ней одним или двумя идентичными пленочными резисторами (терморезисторами) и контактными площадками (проводниками). Печатная плата выполнена в виде узкой пластины, одна короткая сторона которой жестко крепится к основанию корпуса, а у края противоположной незакрепленной стороны выполнено отверстие с диаметром, в 2…4 раза большим ширины подложки, размещенной над отверстием и выполненной из тонкого теплоизолирующего материала. Каждый пленочный резистор (терморезистор) выполнен в «точечном» виде с размерами в диапазоне (0,15…0,5)мм × (0,15…0,5)мм и толщиной не более 0,0005 мм. При этом границы раздела между каждым пленочным резистором (терморезистором) и контактными площадками подложки (проводниками) выполнены в виде ломаных линий, состоящих из прямых отрезков. Технический результат - повышение механической прочности конструкции. 3 ил.

 

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

Известен датчик контроля уровня жидкости (патент RU 2310173 C1, G01F 23/00, G01F 1/68, опубликовано 10.11.2007), содержащий теплоизолирующую подложку, установленную на печатную плату, выполненную в виде узкой тонкой пластины и жестко прикрепленную короткой стороной к основанию корпуса датчика, при этом на краю противоположной незакрепленной стороны печатной платы выполнено отверстие, над которым размещена подложка с двумя терморезисторами в «точечном» исполнении. Причем в качестве подложки использована тонкая пленка, а терморезисторы расположены симметрично у верхнего и нижнего краев подложки на расстоянии не более 0,2-0,5 мм от края подложки, а расстояние между терморезисторами не более 1,5 мм. Недостатком данного устройства является невысокая механическая прочность конструкции, обусловленная возможными нарушениями целостности соединения терморезистора с контактными площадками подложки, а также низкий выход годных из-за влияния существующих на поверхности подложки дефектов при изготовлении устройств.

По технической сущности из известных устройств наиболее близким к заявленному устройству является датчик контроля уровня жидкости (патент RU 2295115 C2, G01F 23/00, G01F 1/68, опубликовано 10.03.2007), содержащий корпус с печатной платой и терморезистор на подложке, установленной на печатной плате. Печатная плата выполнена в виде узкой (с соотношением сторон в диапазоне 1:3…1:5) тонкой пластины, одна короткая сторона которой жестко крепится к основанию корпуса, а у края противоположной незакрепленной стороны выполнено отверстие с диаметром, в 2…4 раза большим ширины подложки с терморезистором, размещенной над отверстием и изготовленной из тонкого теплоизолирующего материала в виде пленки, при этом терморезистор выполнен в "точечном" виде с размерами (0,15…0,5) мм × (0,15…0,5) мм и толщиной не более 0,0005 мм. Терморезистор расположен у нижнего края пленки. Недостатком данного датчика является возможность нарушения целостности соединения проводника и терморезистора при воздействии гидроударов жидкости и образовании микротрещин, что нарушает механическую прочность устройства в целом и может привести к отказу в работе системы контроля уровня. Наличие дефектов в пленочных элементах при изготовлении устройства также влияет на выход годных изделий.

Указанное устройство по патенту RU 2295115 C2 принимается за прототип.

Цель изобретения - повышение механической прочности конструкции за счет обеспечения целостности соединения пленочного резистора (терморезистора) с контактными площадками подложки (проводниками) и увеличение выхода годных при изготовлении устройств.

Поставленная цель достигается тем, что в датчике контроля уровня жидкости, содержащем корпус и печатную плату, на которой установлена подложка с размещенными на ней одним или двумя идентичными пленочными резисторами (терморезисторами) и контактными площадками (проводниками), печатная плата выполнена в виде узкой пластины, одна короткая сторона которой жестко крепится к основанию корпуса, а у края противоположной незакрепленной стороны выполнено отверстие с диаметром, в 2…4 раза большим ширины подложки, размещенной над отверстием и выполненной из тонкого теплоизолирующего материала, а каждый пленочный резистор (терморезистор) выполнен в «точечном» виде с размерами в диапазоне (0,15…0,5)мм × (0,15…0,5)мм и толщиной не более 0,0005 мм, границы раздела между каждым пленочным резистором (терморезистором) и контактными площадками подложки (проводниками) выполнены в виде ломаных линий, состоящих из прямых отрезков.

Выполнение каждой границы раздела между терморезистором и проводником в виде ломаной линии, состоящей из прямых отрезков, приводит к увеличению длины границы раздела и соответственно к увеличению сцепления проводника и пленочного резистора, обеспечивая целостность этого соединения при воздействии гидроударов жидкости, что позволяет сохранить заданное значение сопротивления терморезистора, необходимое для контроля уровня жидкости, и повышает механическую прочность конструкции. Кроме того, увеличение сцепления проводника и пленочного резистора снижает влияние дефектов подложки, повышая выход годных при изготовлении датчиков.

Выявленный отличительный признак в предложенной совокупности не встречался в ранее известных технических решениях, обеспечивает достижение поставленной цели и может быть квалифицирован как существенное отличие.

Изобретение поясняется чертежами:

Фиг.1 - датчик контроля уровня жидкости;

Фиг.2 - подложка с одним пленочным резистором (терморезистором) (прототип);

Фиг.3 - подложка с двумя пленочными резисторами (терморезисторами).

Предлагаемый датчик контроля уровня жидкости (фиг.1, представлен датчик с одним терморезистором) содержит корпус 1 и печатную плату 2, на которой установлена подложка 3 с размещенными на ней пленочным резистором (терморезистором) 4 и контактными площадками (проводниками) 5. Возможен вариант исполнения конструкции с двумя идентичными терморезисторами 4. Печатная плата 2 выполнена в виде узкой пластины, одна короткая сторона которой жестко крепится к основанию корпуса 1, а у края противоположной незакрепленной стороны выполнено отверстие 6 с диаметром, в 2…4 раза большим ширины подложки 3. Подложка 3 размещена над отверстием 6 и выполнена из тонкого теплоизолирующего материала. На подложку 3 методом вакуумного напыления с последующей фотолитографией нанесен пленочный резистор 4 из титана с медными контактными площадками 5. Терморезистор 4 изготовлен в «точечном» исполнении с размерами (площадь нагрева, занимаемая терморезистором, выполненным в виде меандра) в диапазоне (0,15…0,5)мм × (0,15…0,5)мм и толщиной не более 0,0005 мм. Контактные площадки 5 подложки 3 через контактные площадки печатной платы 2 соединены с проводами 7 и служат для подачи напряжения на пленочный терморезистор 4.

В техническом решении, защищенном патентом RU 2295115 C2 и принятом за прототип, датчик контроля уровня жидкости содержит подложку 8 (фиг.2) с терморезистором 9 и контактными площадками 10, при этом каждая граница раздела 11 между терморезистором 9 и контактными площадками 10 выполнена в виде короткого отрезка прямой линии, что снижает механическую прочность конструкции и уменьшает выход годных при изготовлении устройств. В отличие от прототипа в предлагаемом датчике контроля уровня жидкости границы раздела 12 между терморезисторами 4 и контактными площадками (проводниками) 5, нанесенными на подложку 3, выполнены в виде ломаных линий, состоящих из прямых отрезков (фиг.3). На фиг.3 представлен вариант конструкции с двумя идентичными терморезисторами.

Датчик контроля уровня жидкости работает следующим образом.

По проводам 7 (фиг.1) на контактные площадки печатной платы 2 и контактные площадки 5 подложки 3 и далее на терморезистор 4 подается постоянное напряжение. Под действием электрического тока происходит саморазогрев терморезистора 4, его сопротивление увеличивается и устанавливается тепловой баланс, при котором температура и сопротивление терморезистора 4 постоянны и определяются теплоотдачей в среду (жидкость или газ над жидкостью), в которую помещен датчик.

При погружении в жидкость или извлечении из нее терморезистора 4 тепловой баланс нарушается, температура терморезистора 4 уменьшается или увеличивается за счет изменения теплоотдачи в среду, сопротивление терморезистора изменяется.

Таким образом, контролируя величину сопротивления терморезистора 4, можно определить момент перехода терморезистором 4 границы «жидкость - газ» и, соответственно, высоту уровня жидкости. Аналогичным образом работает датчик контроля уровня жидкости с двумя идентичными пленочными резисторами (терморезисторами) 4.

Датчик контроля уровня жидкости содержит подложку, на которой выполнены пленочные элементы различной толщины: медные контактные площадки (проводники) имеют толщину 1÷2 мкм, а титановый пленочный резистор - около 0,1 мкм. При воздействии виброударов, направленных перпендикулярно поверхности подложки, под напором жидкости подложка деформируется и усилия передаются на пленочный резистор и контактные площадки подложки, что приводит к возникновению микротрещин, которые нарушают целостность пленочных элементов и уменьшают сцепление проводника и пленочного резистора (терморезистора).

В результате выполнения каждой границы раздела между пленочным резистором (терморезистором) и контактными площадками (проводниками) в виде ломаных линий, состоящих из прямых отрезков (фиг.3), а не в виде короткого отрезка прямой линии, как в прототипе (фиг.2), длина границ раздела увеличивается в 4÷5 раз и, соответственно, увеличивается поверхность сцепления пленочного резистора с проводниками и повышается механическая прочность конструкции.

В процессе изготовления устройства тонкая титановая пленка толщиной около 0,1 мкм наносится на тонкую подложку толщиной 20-100 мкм, на поверхности которой существуют микродефекты, которые оказывают влияние на поверхность напыленного титанового слоя и приводят к браку при изготовлении. Увеличение границ раздела между терморезистором и проводниками позволяет снизить влияние дефектов подложки на целостность напыленных слоев и повысить выход годных.

Таким образом, предложенная конструкция устройства (с одним или двумя идентичными терморезисторами) обеспечивает достижение поставленной цели, а именно:

- повышение механической прочности конструкции за счет обеспечения целостности соединения пленочного резистора (терморезистора) с контактными площадками подложки (проводниками);

- увеличение выхода годных при изготовлении устройств.

Датчик контроля уровня жидкости, содержащий корпус и печатную плату, на которой установлена подложка с размещенными на ней одним или двумя идентичными пленочными резисторами (терморезисторами) и контактными площадками (проводниками), при этом печатная плата выполнена в виде узкой пластины, одна короткая сторона которой жестко крепится к основанию корпуса, а у края противоположной незакрепленной стороны выполнено отверстие диаметром, в 2 - 4 раза большим ширины подложки, размещенной над отверстием и выполненной из тонкого теплоизолирующего материала, а каждый пленочный резистор (терморезистор) выполнен в «точечном» виде с размерами в диапазоне (0,15 - 0,5) · (0,15 - 0,5) мм и толщиной не более 0,0005 мм, отличающийся тем, что границы раздела между каждым пленочным резистором (терморезистором) и контактными площадками подложки (проводниками) выполнены в виде ломаных линий, состоящих из прямых отрезков.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для измерения уровня диэлектрических и токопроводящих жидкостей, например в резервуарах с нефтью или нефтепродуктами.

Изобретение относится к измерительному устройству для определения количества d(V(z)) электрически проводящей жидкости с проводимостью LF с помощью емкости при изменяющихся в вертикальном направлении (z-направлении) уровнях заполнения.

Изобретение относится к области средств для автоматизации контроля уровня различных жидкостей в промышленных и бытовых резервуарах, а также для контроля наличия и протока жидкостей в трубопроводах.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для контроля и сигнализации границы раздела сред нефтепродукт-вода в установках для очистки воды от нефтепродуктов или обводненных нефтепродуктов от воды.

Изобретение относится к области приборостроения и предназначено для контроля уровня диэлектрических и токопроводящих жидкостей в гидравлических системах (топливных, охлаждающих, накопительных и др.), например, уровня масла, топлива или тосола на транспортных средствах.

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к средствам контроля и измерения уровня жидких и сыпучих сред в замкнутых объемах. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля уровня сыпучих и жидких материалов. .

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к устройствам для контроля уровня токопроводящих заполняющих (жидких и сыпучих) материалов. .

Изобретение относится к области контроля уровня жидкости и может быть использовано для контроля уровня топлива в топливном баке автомобиля. .

Изобретение относится к измерителям уровня расплава и может быть использовано в металлургической промышленности, в частности в установках, осуществляющих наплавку поверхностного слоя металла на цилиндрические детали.

Изобретение относится к устройствам для определения уровня криогенной жидкости и может быть применено как в криогенерирующих установках, так и в системах, потребляющих криопродукцию. Измеритель включает в себя следующие компоненты: зонд из ниобий-титанового или ниобий-циркониевого сплава, присоединенный к контроллеру по четырехпроводной схеме, подогреватель зонда, три точечных резистивных датчика температуры и уровня жидкого гелия, присоединенных к контроллеру по четырехпроводной схеме, контроллер, ЭВМ. Технический результат - повышение достоверности измерений уровня СП зондом. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при определении раздела фаз в парогенерирующих установках. Способ заключается в том, что устанавливают датчик, выполненный, например, в виде электропроводной проволоки, в канале по направлению силы тяжести нагревают датчик путем пропускания тока через датчик, измеряют электрическое сопротивление датчика R, отличающийся тем, что измеряют ток I, проходящий через датчик, определяют приращение температуры датчика на участках датчика, контактирующих с паровой и жидкой фазами Δtп=I2R/πdLαп, Δtж=I2R/πdLαж, определяют удельное электрическое сопротивление датчика, контактирующего с паровой и жидкой фазами ρп=ρ0(1+βΔtп), ρж=ρ0(1+βΔtж), определяют толщину парового hп и жидкостного слоя hж:hп=(RS-ρжL)/(ρп-ρж), hж=L-hп, где ρж и ρп - удельное электрическое сопротивление датчика, находящегося в жидкой ρж и паровой фазе соответственно; R - электрическое сопротивление датчика; I - ток через датчик; L - длина датчика; S - поперечное сечение датчика, β - термический коэффициент сопротивления, d - диаметр датчика, ρ0 - удельное электрическое сопротивление материала датчика при t=20°C, αп, αж - коэффициенты теплоотдачи на поверхности датчика при взаимодействии с паровой и жидкой фазами. В случае наличия в канале двухфазного слоя, дополнительно устанавливается дополнительный датчик в виде электропроводной проволоки в сечении канала, где отсутствует двухфазный слой. Технический результат - повышение точности определения уровней раздела паровой, жидкой фаз и двухфазного слоя. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Описывается устройство (1) для измерения электропроводности, по меньшей мере, для определения уровня наполнения электропроводных жидкостей. Предусмотрен измерительный элемент (10), по меньшей мере, с одним несущим корпусом (12) и, по меньшей мере, двумя, имеющими первый (42) и второй (44) концы и проходящими в вертикальном направлении электродами (40а, b), причем электроды (40а, b) в зоне первого конца (42) имеют, по меньшей мере, одну экранированную зону (22), и каждый электрод (40а, b) имеет, по меньшей мере, одну первую и одну вторую соответственно граничащую с экранированной зоной (22) свободную контактную поверхность (46, 52). Причем вертикальная протяженность экранированной зоны (22) меньше, чем вертикальная протяженность второй свободной контактной поверхности (52), и больше, чем вертикальная протяженность первой свободной контактной поверхности (46). Описывается также устройство (70) для обработки жидкости с таким устройством (1) для измерения электропроводности. Технический результат - усовершенствование устройства обработки жидкости, а также возможность определения, по меньшей мере, одного параметра жидкости без искажения данных этого измерения вследствие увеличения уровня наполнения во время измерения. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для контроля и сигнализации границы раздела сред нефтепродукт-вода в установках для очистки воды от нефтепродуктов или обводненных нефтепродуктов от воды. Сущность: датчик границы сред (ДГС) для нефтеводяной фильтрующей установки (НВФУ) содержит бронзовый фланец с отверстиями и приспособлениями для герметичного крепления к крышке или днищу резервуара; на фланце закреплен водонепроницаемый электронный блок, стойки измерительного канала. С электронным блоком соединены герметично проложенными проводниками ультразвуковые приемники и ультразвуковые излучатели в виде пьезокерамических шайб диаметром ~15÷18 мм и толщиной ~1.5÷3 мм. Для герметизации пьезокерамики применяются силкаст или полиуретан. Электронный блок постоянно контролирует скорость прохождения и амплитуду ультразвуковых импульсов в контролируемой среде. Датчик не содержит резьбовых соединений. Технический результат - упрощение в обслуживании, повышение надежности и безопасности работы датчика. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к технике измерения уровня жидкости и может быть использовано в автоматических системах автоматики и аварийной сигнализации для измерения уровня жидкого азота. Сигнализатор уровня жидкого азота включает терморезисторы, расположенные на контролируемых уровнях в дьюаре и через которые проходит ток подогрева. Измерительный узел каждого из терморезисторов, выполняющий функцию определения изменения сопротивления терморезистора, функцию сравнения измеренного сопротивления с эталонным и функцию индикации, выполнен в виде микроконтроллера, подключенного токовыми выходом и входом для измерения напряжения к терморезистору. Микроконтроллер на токовом выходе формирует ток подогрева. Микроконтроллер дополнительно имеет функцию обновления эталонного значения сопротивления терморезистора при формировании сигнала о достижении жидким азотом контролируемого уровня. Технический результат - повышение быстродействия сигнализатора жидкого азота при опорожнении и заполнении дьюара, а также уменьшение непроизводственных потерь жидкого азота, вызванных кипением и испарением жидкого азота на нагретом термочувствительном элементе и исключение влияния на результат контроля изменения характеристик терморезистора из-за эффекта «старения». 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области криогенной техники. Способ измерения уровня жидкого гелия дискретным уровнемером с точечным резистивным датчиком температуры марки ТВО и контроллером управления процессом измерения отличается тем, что датчик устанавливается на разных уровнях и определяется разброс показаний значений сопротивления датчика: стабильный и малый разброс указанных значений характеризует расположение датчика в жидкой среде гелия, несколько худший разброс указанных значений характеризует расположение датчика в газообразной среде, наибольший разброс указанных значений соответствует положению датчика у поверхности жидкого гелия, и по итогу анализа разброса показаний сопротивления определяют уровень жидкого гелия. Задача, решаемая изобретением, заключается в нахождении способа определения уровня жидкого гелия точечным датчиком, не требующим его предварительной калибровки. 2 ил.

Изобретение относится к области контроля уровня электропроводных сред, преимущественно жидких металлов в атомно-энергетической промышленности. Кондуктометрический способ позволяет измерять уровень жидкого металла без введения каких-либо элементов конструкции уровнемера внутрь резервуара, где находится жидкий металл. Способ состоит в том, что в зоне возможного положения или перемещения уровня жидкого натрия в резервуаре на внешней поверхности стенки резервуара создается электрическое поле. Затем на выбранной локальной области, расположенной на внешней стенке резервуара с помощью двух электродов и измерительного устройства измеряется напряженность электрического поля, по которой вычисляется присутствие на данном участке за стенкой резервуара одной из сред, электропроводность которой соответствует либо жидкому натрию, либо воздуху. Электроды через определенные промежутки устанавливаются на всей зоне возможного положения уровня. Последовательным или одновременным зондированием стенки на различных участках резервуара дискретно-аналоговым способом определяется место, где находится граница раздела между воздухом и жидким натрием, т.е. определяется положение уровня жидкого металла в резервуаре. Электрическое поле образуется с помощью тока, подводимого к двум электродам, контактирующим с внешней стороной стенки резервуара, причем один из электродов находится на самой верхней части резервуара, куда может подняться уровень жидкого натрия, а другой электрод находится на самой нижней части резервуара. Напряженность электрического поля на внешней поверхности стенки резервуара определяется путем измерения отношения разности потенциалов между двумя зондирующими электродами, расположенными по вертикали на некоторой выбранной локальной области внешней поверхности резервуара, к расстоянию между этими электродами. Технический результат: надежный контроль уровня жидкого металла при обеспечении заданных метрологических характеристик в широком диапазоне температур, а также непрерывность контроля и умеренная стоимость. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к технике измерения уровня потока жидкости, протекающего по открытому каналу. Техническим результатом является повышение надежности измерения уровня. Устройство состоит из первичного преобразователя, имеющего участок канала, по которому протекает поток жидкости, и измерительного блока, имеющего источник переменного напряжения низкой частоты, причем первичный преобразователь имеет кран, выполненный из электропроводного материала и подключенный к водопроводной сети, и два электрода, из которых один расположен по линии траектории струи, приблизительно на ее середине, а другой расположен в потоке на дне канала, причем кран и электрод, расположенный на дне канала, подключены к источнику переменного напряжения низкой частоты, а электрод, расположенный приблизительно на середине струи, и электрод, расположенный на дне канала, подключены ко входу измерительного блока, и отличается тем, что первичный преобразователь имеет лоток, выполненный из неэлектропроводного материала и расположенный между краном и электродом, находящимся на дне канала, под углом α<π/2 к поверхности раздела сред «воздух - жидкость», а электрод, расположенный по линии траектории струи приблизительно на ее середине, закреплен в полости лотка. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения уровня жидкостей при заполнении и опорожнении резервуаров, в частности уровня компонентов жидкого криогенного топлива в емкостях и баках при жестких механических воздействиях. Технический результат - повышение механической прочности и надежности измерителя уровня жидкости, точности его измерений, а также возможность его расположения с наклоном к вертикали, что повышает его универсальность применения для баков (емкостей) различных геометрических конфигураций. Дополнительно повышение технологичности изготовления устройства и снижение его стоимости. Измеритель уровня жидкости, содержащий корпус измерителя с размещенными по его высоте в каждой контрольной точке измеряемых уровней одним или несколькими терморезисторами «точечного» исполнения, отличающийся тем, что корпус измерителя выполнен полым трубчатым с посадочными местами для терморезисторных датчиков, выходы которых проводными линиями связи соединены с внешним измерительным прибором, при этом в контрольных точках измеряемых уровней точечные терморезисторы, установленные в нескольких датчиках, находятся в плоскости, параллельной поверхности жидкости, корпус измерителя при установке расположен вертикально или под углом к вертикали, при этом посадочные места нескольких терморезисторных датчиков установлены под соответствующими углами, зависящими от угла наклона корпуса к вертикали так, что их точечные терморезисторы расположены в контрольных точках измеряемых уровней, а в плане в каждой точке измерения терморезисторные датчики равномерно разнесены относительно друг друга. 8 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области криогенной техники и может быть использовано в различного рода накопительных сосудах. Предложен способ измерения уровня жидкого гелия дискретным уровнемером с точечным датчиком, содержащим резистивный датчик температуры марки ТВО и контроллер управления процессом измерения. Новым является то, что анализируют изменение значений сопротивления датчика при запитке его поочередно током 0,1 и 3 мА и по величине скачка сопротивления судят о фазе вещества. Технический результат - определение уровня жидкого гелия точечным датчиком без предварительной калибровки. 2 ил.
Наверх