CN103959021B - 用于检测容器中的液体的液位的液位传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测容器中的液体的液位的液位传感器，其具有超声波发射器和超声波接收器、用于布置在容器中的内管、包围内管的外管以及向上覆盖内管和外管的顶盖，该内管布置在超声波发射器和超声波接收器的上部，以使得处于容器中的液体在内管中形成液柱，该液柱的高度能够利用超声波发射器和超声波接收器来检测，其中顶盖具有与内管连接的内管状部段、与外管连接的外管状部段、用于内管状部段的内通风孔以及用于外管状部段的外通风孔。

Description

用于检测容器中的液体的液位的液位传感器

技术领域

本发明涉及一种用于检测容器中的液体液位的、具有超声波发射器和超声波接收器的液位传感器。这种液位传感器使用在不同的应用领域中并且用于不同的液体。借助超声波发射器发射超声波，该超声波由液体与邻接介质的界面反射。反射的超声波被超声波接收器来接收。借助适当的分析例如基于超声波的传播时间可以测定容器中的液体的液位。由于液体运动或在液体的表面上起沫引起的界面变形会妨碍这个测量方法。因此已知的是，在液体内使用所谓的稳定管(Beruhigungsrohre)，其抑制界面运动并且抑制起沫。

背景技术

特别是当在机动车中的油箱中测量液位时出现所述的问题，因为在行驶期间油在油箱中持续地来回晃动并且此外趋于起沫，可能由于车辆的震动而加剧。因此对于使用在机动车中的这种油箱中而言已知了具有权利要求1的前序部分的特征的液位传感器。这种已知的布置局部地在图4中示出。该布置具有用于布置在油箱中的内管18，该内管布置在超声波发射器和接收器的上部。处于油箱中的油在内管18中形成液柱，利用超声波发射器和接收器来检测该液柱的高度。内管18由外管20包围。顶盖22向上覆盖内管18和外管20。内管18用于引导超声波。通过两个布置在彼此之中的管18，20有效地使在内管18中的液柱与位于其上的空气的上界面稳定。此外通过顶盖22防止油在行驶期间从上方溅入在内管18或外管20中，这进一步稳定了界面并且消除了起沫。

在这个已知的布置中，内管18和外管20的下端部有效地位于容器的最深点附近。内管18和外管20的上端部以及顶盖22位于待检测的最高的液位之上。因此内管18和外管20的长度必须与相应的使用情况恰好相匹配。

发明内容

由此出发，本发明的目的在于，提供一种液位传感器，该液位传感器可以更简单并更加成本低廉地与不同的使用情况和装配状况相匹配。

液位传感器用于检测容器中的液体的液位，并且具有

-超声波发射器和超声波接收器，

-用于布置在容器中的内管，该内管布置在超声波发射器和超声波接收器的上部，以使得处于容器中的液体在内管中形成液柱，该液柱的高度能够利用超声波发射器和超声波接收器来检测，

-包围内管的外管，以及

-向上方覆盖内管和外管的顶盖，其中

-顶盖具有与内管连接的内管状部段、与外管连接的外管状部段、用于内管状部段的内通风孔以及用于外管状部段的外通风孔。

超声波由超声波发射器发射并且穿过容纳在内管中的液柱。该超声波在液柱的上端部处、在与位于其上的介质的界面处反射，在相反的方向上重新穿过液柱并且被超声波接收器接收。借助适合的分析装置可以确定液柱的高度，特别是由超声波的传播时间来进行确定。

顶盖的内管状部段向上与内管连接，液柱因此可以在液体的液位处于内管的上端部之上时通过这个端部向上延伸出并进入顶盖中。在这种情况下，液柱由内管和内管状部段包围，并且内管和内管状部段共同使得界面期望地稳定并且实现引导超声波。因为内管状部段与内管连接，在超声波测量方面得出和在相应较长设计的内管与通常无内管状部段的顶盖连接时相同的关系。因此相对于通常的方法不需要改变这种测量方法、特别是发射和分析超声波信号。

超声波发射器和超声波接收器可以具有一个唯一的声波变换器，该声波变换器不仅用于将电信号变换为超声波，并且还用于将反射的超声波变换为电信号，并且因此作为组合的发射器和接收器工作。

内管和外管可以是柱状的。它们可以具有圆形的、矩形的或多边形的横截面。在内管和外管之间可以形成环隙。两个管可以特别是圆柱状的并且彼此同中心地布置。

顶盖布置在内管和外管的上部并且向上方覆盖这两个管。该顶盖具有内管状部段，其横截面在形状和大小上可以相应于内管。此外顶盖具有外管状部段，其横截面在形状和大小上可以相应于外管。这两个管状部段与两个提到的管连接，从而内管的内腔向上延伸通过内管状部段的内腔。同样在内管和外管之间的间隙向上延伸通过在内管状部段和外管状部段之间的间隙。

因此在内管的内部可以形成液柱，在内管的内腔和环绕的容器内腔之间存在一个连接。这个连接例如可以以内管上的通孔形式形成在内管的下端部附近，例如形成在内管的柱状壁上。可替换地，具有这种作用的通孔可以设计在下方与内管连接的壳体部件中。这种通孔可以使内管的内腔直接与在内管和外管之间的间隙连接。

外管的内腔一方面与容器的环绕的内腔连接，因此液体可以从容器流入在内管和外管之间的间隙中。为此通孔可以在外管中形成在外管的下端部附近。可替换地可以在邻接的壳体部件上构造通孔。

顶盖的用于内管状部段的内通风孔确保的是，位于容器中的液体之上的介质可以流入上管状部段和内管或由此排出，从而在内管中的和必要时在与该内管连接的内管状部段中的液柱可以相应于容器中的液位上升或下降。

这样布置外通风孔，即液体上方的介质可以从在内管和外观之间的间隙或从在上方与该间隙连接的、在内管状部段和外管状部段之间的间隙排出或者流入该区域，从而液体水平面可以在所述区域中与容器的液位相匹配。

通过使内管和外管延伸通过顶盖的内管状部段和外管状部段使，由此在不改变内管和外管的长度的情况下可以通过以下方式独立地调整液位传感器及其外部尺寸和可用的液位区域的总长度，即改变顶盖的内管状部段和外管状部段的长度。因此可能的是，对于不同的确定尺寸的液位传感器而言只是使用不同的顶盖，而能够以标准长度使用剩余的部件、特别是内管和外管。因此仅仅需要调整一个唯一的部件。此外这个部件是相对紧凑的，从而用于具有适合尺寸的顶盖的制造和模具成本显著地小于在使用传统顶盖时在制造长度适合准确的、与应用情况相匹配的内管和外管时产生的相应成本。

在一个设计方案中，内管状部段和/或外管状部段的长度大于内管的内直径。所述的长度也可以大于内管的外径或外管的内直径或外管的外径。在这种情况中，内管状部段和/或外管状部段具有相当大的长度，从而这样延长内管和外管，以便得出扩大的测量区域。通过使用具有相应长的内和外管状部段的顶盖可以这样缩短内管和外管，以使得该内管和外管自身可用在需要非常紧凑的液位传感器的应用中。由此实现对于不同的应用情况在最大程度上使用相同的部件。

在一个设计方案中，内通风孔使内管状部段的内部与内管状部段和外管状部段之间的间隙连接。间隙可以设计为环隙状的、特别是圆环间隙状的。可替换地，内通风孔使管状部段的内部直接与容器的环绕的内腔、例如在顶盖上方连接。通过连接到所述的间隙，同时确保了有效的通风并且达到对液柱的上界面的进一步稳定。

在一个设计方案中，内通风孔设计在内管状部段的壁上。该壁可以例如是柱状的。以这种方式实现了特别简单的连接。

在一个设计方案中，内管状部段的内直径与内管的内直径相等。以这种方式，在内管和内管状部段的内部的液位相应时形成具有均匀横截面的液柱，这有利于超声波在内管和内管状部段之间的连接位置不受阻碍的传播。

在一个设计方案中，内管状部段在其下端部具有套筒，内管的上端部装入到该套筒中。套筒可以与内管状部段一体地设计。该套筒形成纵向部段，该纵向部段的内直径大于内管状部段。特别是套筒的内直径可以与内管的内直径相匹配，从而内管可以配合准确地并且几乎或完全液体密封地装入到套筒中。内管当然也可以粘合在套筒中或者以其他的方式与该套筒密封地连接，例如借助密封件或者通过旋紧或焊接。

在一个设计方案中，套筒在内管的上端部上将通风孔封闭。在通常的传感器中可以在内管的上端部设置这种通风孔，该通风孔与通常的顶盖相结合来确保内管的通风。如果这种内管要与根据本发明的顶盖组合，应该封闭这个通封口。通风功能由在顶盖中的内通风孔来承担。在所述的设计方案中，以套管的简单方式来封闭在内管的上端部的通风孔，而不需要为此调整内管。

在一个设计方案中，在外管状部段和外管之间设计插接连接。例如外管状部段可以具有另一个套管，外管可以***到该套管中。这也可以使外管状部段的内直径与外管的外径、或者使管状部段的外径与外管的内直径这样相匹配，即两个所述的部分可以无问题地彼此***。插接连接可以通过粘合或焊接或拧紧来固定。附加地可以设置密封件，以便液体密封地形成该连接。

在一个设计方案中，顶盖由塑料一件式地制成。例如注塑方法适用于此。

在一个设计方案中，超声波发射器和接收器布置在壳体中，该壳体与内管连接和并且与外管连接。对于这种连接，壳体具有用于内管的容纳部和用于外管的容纳部，两个管可以装入到该容纳部中。在内管和壳体之间的连接和/或在外管和壳体之间的连接可以设计为支承式的，从而内管和/或外管通过与壳体的连接固定地布置在容器中。以这种方式，壳体形成用于内管和外管的承载体。整个液位传感器连同其壳体中的超声波发射器和接收器以及固定在该壳体上的内管和固定在该壳体上的外管可以形成预安装的单元，必要时包括顶盖。这简化了在容器中的液位传感器安装。

上述目的同样通过具有根据权利要求1至10中任一项所述的液位传感器的容器来实现。容器和液位传感器必要时可以形成预安装的单元。

在另一个设计方案中，容器是用于机动车的油箱，特别是贮油槽。

在一个设计方案中，本发明提出一种机动车，其具有根据权利要求11或12所述的带液位传感器的容器。

附图说明

下面根据在三个附图中示出的实施例详细说明本发明。附图中：

图1示出根据本发明安装在容器中的液位传感器的示意性的、简化的横截面视图，

图2同样以简化的、示意性的视图示出了图1中的液位传感器的上端部的细节图，

图3沿着在图2中以A-A标出的截面示出了图2中的液位传感器的端盖的横截面图，

图4是以简化的、示意性的视图示出的根据现有技术的液位传感器的一部分。

具体实施方式

图4已经在开头描述过并且示出了根据现有技术的液位传感器的一部分。

图1示出其总体上以10标出的液位传感器，该液位传感器安装在容器14中。液体12处于容器14中。

液位传感器10在其下端部具有集成在壳体中的超声波发射器和接收器16。在附图中仅仅示意性地示出的壳体从下方装入到容器的开口38中。在壳体和容器14的底部之间布置有环绕的密封件40，从而使容器14的开口38在装入液位传感器10时被液体密封地封闭。

液位传感器10的上部布置在容器14的内部并且在液体12的所示的液位处向上从液体中伸出。在图2中能够更好地看出该上部的细节。

图2示出液位传感器10的内管18和外管20。内管18和外管20向下延伸直到超声波发射器和接收器16的壳体，其中在内管18和外管20的下端部附近存在孔，液体12可以通过该孔流入内管18和外管20之间的间隙并且流入内管18。这在图2中没有详细描述。

此外图2示出顶盖22，该顶盖由塑料一件式地制成，并且具有内管状部段24和外管状部段26。内管状部段24向上与内管18连接。此外内管状部段24具有内通风孔28，该内通风孔设计在临近内管状部段24的上端部的柱状壁上，并且使内管状部段24的内部与在顶盖22的内管状部段24和外管状部段26之间的间隙32连接。

在外管状部段26的壁上，在其上端部附近布置有外通风孔30，该外通风孔使在内管状部段24和外管状部段26之间的间隙32与容器14的内腔连接。

内管状部段24和外管状部段26从顶盖22的盘状部段42向下伸出，从而不仅使内管状部段24而且使外管状部段26完全被盘状部段42覆盖。

外管状部段26的内直径这样与外管20的外径相匹配，即，外管20能够装入外管状部段26中。

内管状部段24的内直径相应于内管18的内直径，从而在顶盖22的所示的、安装的状态下，得到由内管18和内管状部段24形成的、贯通的、光滑的柱状面，该面有利于在液柱内部的不受阻碍的传播。此外在内管状部段24上设计有套筒34，内管18装入到该套管中。为此套筒34的内直径与内管18的外径相匹配。

此外，图2示出在内管18的上端部上的通风孔36，该通风孔由套筒34来封闭。

图3以图2中用A-A标出的截面在横截面中示出内管状部段24和外管状部段26的同中心的布置。环隙状的间隙32位于内管状部段24和外管状部段26之间。

Claims (20)

1.一种用于检测容器中的液体(12)的液位的液位传感器(10)，具有

-超声波发射器和超声波接收器(16)，

-用于布置在所述容器(14)中的内管(18)，所述内管布置在所述超声波发射器和所述超声波接收器(16)的上部，以使得处于所述容器(14)中的所述液体(12)在所述内管(18)中形成液柱，所述液柱的高度能够利用所述超声波发射器和所述超声波接收器(16)来检测，

-包围所述内管(18)的外管(20)，以及

-向上方覆盖所述内管(18)和所述外管(20)的顶盖(22)，其特征在于，

-所述顶盖(22)具有与所述内管(18)连接的内管状部段(24)、与所述外管(20)连接的外管状部段(26)、用于所述内管状部段(24)的内通风孔(28)以及用于所述外管状部段(26)的外通风孔(30)。

2.根据权利要求1所述的液位传感器(10)，其特征在于，所述内管状部段(24)和/或所述外管状部段(26)的长度大于所述内管(18)的内直径。

3.根据权利要求1或2所述的液位传感器(10)，其特征在于，所述内通风孔(28)使所述内管状部段(24)的内部与在所述内管状部段(24)和所述外管状部段(26)之间的间隙(32)连接。

4.根据权利要求1或2所述的液位传感器(10)，其特征在于，所述内通风孔(28)设计在所述内管状部段(24)的壁上。

5.根据权利要求3所述的液位传感器(10)，其特征在于，所述内通风孔(28)设计在所述内管状部段(24)的壁上。

6.根据权利要求1或2所述的液位传感器(10)，其特征在于，所述内管状部段(24)的内直径与所述内管(18)的内直径相等。

7.根据权利要求5所述的液位传感器(10)，其特征在于，所述内管状部段(24)的内直径与所述内管(18)的内直径相等。

8.根据权利要求1或2所述的液位传感器(10)，其特征在于，所述内管状部段(24)在所述内管状部段的下端部具有套筒(34)，所述内管(18)的上端部装入到所述套筒中。

9.根据权利要求7所述的液位传感器(10)，其特征在于，所述内管状部段(24)在所述内管状部段的下端部具有套筒(34)，所述内管(18)的上端部装入到所述套筒中。

10.根据权利要求8所述的液位传感器(10)，其特征在于，所述套筒(34)在所述内管(18)的所述上端部处将通风孔(36)封闭。

11.根据权利要求9所述的液位传感器(10)，其特征在于，所述套筒(34)在所述内管(18)的所述上端部处将通风孔(36)封闭。

12.根据权利要求1或2所述的液位传感器(10)，其特征在于，在所述外管状部段(26)和所述外管(20)之间设计有插接连接。

13.根据权利要求11所述的液位传感器(10)，其特征在于，在所述外管状部段(26)和所述外管(20)之间设计有插接连接。

14.根据权利要求1或2所述的液位传感器(10)，其特征在于，所述顶盖(22)由塑料一件式地制成。

15.根据权利要求13所述的液位传感器(10)，其特征在于，所述顶盖(22)由塑料一件式地制成。

16.根据权利要求1或2所述的液位传感器(10)，其特征在于，所述超声波发射器和所述超声波接收器(16)布置在壳体中，所述壳体与所述内管(18)连接和并且与所述外管(20)连接。

17.根据权利要求15所述的液位传感器(10)，其特征在于，所述超声波发射器和所述超声波接收器(16)布置在壳体中，所述壳体与所述内管(18)连接和并且与所述外管(20)连接。

18.一种具有根据权利要求1至17中任一项所述的液位传感器(10)的容器(14)。

19.根据权利要求18所述的容器(14)，其特征在于，所述容器(14)是用于机动车的油箱。

20.一种机动车辆，具有根据权利要求18或19所述的带液位传感器(10)的容器(14)。