CN217032679U - 用于监测机器或***中的液位的测量装置 - Google Patents

Abstract

一种用于监测机器或***中的液位的测量装置，具有：壳体，该壳体具有用于将壳体拧入到压缩机中的螺纹，并设有腔室，在壳体的拧入状态中，腔室与机器或***的待检测流体区域流体连接；以及布置在腔室中的浮动体，该浮动体根据腔室中的液位围绕旋转轴线旋转，并具有磁性信号发射器，该磁性信号发射器与布置在腔室之外的磁场传感器共同作用以检测磁性信号发射器的位置和/或转动，其中，浮动体在腔室中布置为使得在腔室中不存在流体的情况下，浮动体通过重力在预先给定的基本位置中定向，而与在壳体拧入到机器或***中时所产生的壳体的拧入旋转位置无关，并且其中，用于检测磁性信号发射器的旋转位置的磁场传感器布置在旋转轴线的延长线中。

Description

用于监测机器或***中的液位的测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于机器或***中的液位监测的测量装置。

背景技术

这种测量装置的典型应用领域是压缩机、马达或泵中的油位监测，但也包括制冷***或泵***中的液位监测。

用于液位监测的测量装置通常被拧入要监测的机器或***中，使得测量装置在被拧状态中与待监测的液体区域呈流体连接。在最简单的情况下，仅拧上使得能够视觉检查液位的观察窗口。然而，对于自动(液体)水平监测，使用的是替代观察窗口被拧入到机器或***中的测量装置。从DE 10 2016 115 228 A1中已知一种根据光学测量原理工作的用于监测油位的测量装置。由此可以可靠地确定是否存在足够的填充水平。从EP 2 589 898 B1和KR 1020010029447 A已知用于液位监测的测量装置，该测量装置具有布置在腔室中的浮动体，它根据腔室中的液位来定向，并具有磁性信号发射器。在腔室外设有磁场传感器，用于检测磁性信号发射器的位置和/或旋转。浮动体布置为能围绕旋转轴线在约90°的角度范围内摆动。在根据EP 2 589 898 B1的从实践中已知的测量装置中，由此只能区分出三个水平区域。

然而，这两种已知的测量装置的缺点是：它们不能直接拧入到机器或***的内螺纹中，而是需要适配器件来确保在被拧入状态中的测量装置的预先给定的定向。

US 20170038241 A1 D1公开了一种用于液位监测的测量装置，其具有能自由转动的浮动体，磁性材料嵌入在该浮动体中。在外部环中设有传感器部段，该传感器部段具有能在打开位置和关闭位置之间调节的开关，该开关对浮动体60的磁性材料有反应。

此外，US 9 318 286 B2示出了一种带有浮动体的液位传感器，该浮动体独立于壳体的拧入位置遵循重力定向。壳体的内部通过所设置的多个开口与待监测的流体区域连接。

实用新型内容

因此，本实用新型的任务在于提出一种用于机器或***中的液位监测的测量装置，它使得能够简化装配并且连续检测液位。

根据本实用新型，该任务由一种用于机器或***中的液位监测的测量装置来解决，该测量装置由以下特点表征：

-壳体，该壳体具有用于将壳体拧入压缩机中的螺纹，

-设置在壳体中的腔室，在壳体的被拧入的状态中，该腔室与机器或***的待监测的流体区域流体连接，

-布置在腔室中的浮动体，该浮动体根据腔体中的液位定向，并具有磁性信号发射器，以及

-布置在腔室之外的磁场传感器，用于检测磁性信号发射器的位置和/ 或旋转，

-其中，浮动体在腔室中布置为使得在腔室中没有液体的情况下，浮动体通过重力在预先给定的基本位置中定向，而与壳体被拧入到机器或***中时产生的壳体的拧入旋转位置无关，并且

--其中，用于检测磁性信号发射器的旋转位置的磁场传感器布置在旋转轴线的延长线上。

由于浮动体能在重力作用下自动地定向到预先给定的基本位置中，而与壳体的拧入旋转位置无关，所以使用适配器件将测量装置紧固在机器或***上或其中不再是必要的，从而使得装配更经济、更简单。通过将磁场传感器布置在旋转轴线的延长线上，磁场传感器检测信号发射器的旋转位置，其中，可以实现达+/-5°的精度，优选实现达+/-2.5°的精度。以此方式，在最小的变化的情况下，也能连续地检测液位。

磁性信号发射器优选具有永磁体。磁场传感器优选由霍尔传感器形成。

根据另一个设计构造，腔室由圆柱形壁、端壁和相对而置的端部侧界定，其中，在壳体的拧入状态中，通过相对而置的端部侧来建立与机器或***的流体连接。在此，还可规定，相对而置的端部侧设有格栅或过滤器，以用于防止磁性微粒到达腔体中并沉积在磁性信号发射器的区域中。此外，格栅或过滤器用于界定浮动体的运动空间，使得浮动体不会从腔室中掉出。

根据本实用新型的一个优选的第一实施例，浮动体放置在腔室中，能围绕与螺纹纵向轴线重合的旋转轴线或围绕定向为与螺纹纵向轴线平行的旋转轴线自由旋转360°。相对于已知的解决方案，浮动体可自由旋转地放置在腔室内的事实也将液位的测量范围扩大了一倍以上，因为浮动体可以利用180°的旋转角度来检测液位。

为了使得在腔室内没有流体的情况下，浮动体自动定向到预先给定的基本位置中，浮动体的重心布置为恰当地距旋转轴线一定距离。

根据第一实施例的另一设计构造，磁性信号发射器围绕旋转轴线旋转对称地布置在浮动体中。在此，特别地，磁性信号发射器可形成为径向磁化的环形磁体。

在螺纹纵向轴线的方向上，腔室具有第一半部和第二半部，第一半部具有端壁，第二半部具有格栅或过滤器，其中浮动体优选地布置在第一半部中，因为这个区域离格栅或过滤器更远，因此对流体中可能的磁性微粒的吸引作用也相应地大大减小。由于机器或***中的流体在运行中总归是不断地运动的，所以可能的磁性微粒也会立即再次被承载。

根据本实用新型的另一设计构造，关于通过旋转轴线和浮动体的重心所夹的截面平面，浮动体可以是非对称地形成的。其优点在于：在液位上升的情况下，通过浸没到流体中的浮动体区域的浮力，浮动体始终沿预先确定的旋转方向旋转。

在本实用新型的第二个实施例中，浮动体松散地布置在腔室中，在壳体的拧入运动期间，浮动体跟随重力在圆柱形壁处滑动或滚动，从而在腔室中占据最低(最深)的位置。在此，有利的是，浮动体具有圆形、倒圆的或部分球形的外轮廓，以减少与圆柱形壁的摩擦效应，并有利于浮动体在期望的基本位置中的定向。一旦腔室在运行中填充了流体、特别是油，则浮动体和圆柱形壁之间的可能的摩擦就会通过流体的润滑作用而进一步减少。

根据本该实施例的另一设计构造，浮动体的长度小于圆柱形壁的长度的100％但大于其90％。由此确保了浮动体不能在腔室中扭转，并由此歪曲测量结果。此外，磁场传感器相对于浮动体中的磁性信号发射器定向成使得它检测由于流体水平产生的浮动体的高度位置。

附图说明

根据下面的描述和附图进一步阐释本实用新型的其它设计构造。

附图中示出：

图1是根据第一实施例的测量装置的示意性纵截面图；

图2是第一实施例在腔室内没有流体的情况下在浮动体的区域中的横截面图，

图3是第一实施例在腔室内存在流体的情况下在浮动体的区域中的横截面图，

图4是磁性信号发射器和磁场传感器的示意性三维图，

图5是磁场传感器的输出信号根据磁性信号发射器的旋转位置的特征曲线，

图6a-图6i是浮动体的不同变形的示意性横截面图，

图7a是在腔室内没有流体的情况下根据图6g的浮动体的示例的力向量的示图，

图7b是在腔室内存在特定的液位的情况下根据图6g的浮动体的示例的力向量的示图；

图8是根据第二实施例的测量装置的示意性纵截面图；

图9是第二实施例在腔室内没有流体的情况下在浮动体的区域中的横截面图，

图10是第二实施例在腔室内存在流体的情况下在浮动体的区域中的横截面图，

图11是根据第三实施例的测量装置的示意性纵截面图。

具体实施方式

图1至图3示出根据第一个实施例的用于机器或***中的液位监测的测量装置。装置具有壳体1，壳体1由传感器部分1a、螺纹部分1b和布置在两者之间的中间部分组成。螺纹部分1b具有形成为外螺纹的螺纹2，测量装置可以借助它拧入到对应形成的内螺纹中，从而拧入到机器或***中。中间部分1c具有六边形的外轮廓，以使壳体能够借助对应扳手拧入。

在螺纹部分1b的区域，内部形成有腔室，腔室通过圆柱形壁3a、端壁 3b和相对而置的端部侧3c界定。在所示的实施例中，相对而置的侧部3c 借助过滤器或格栅4封闭，但其形成为使得在测量装置的拧入状态中，通过这个格栅4确保与机器或***的待监测的流体区域的流体连接。在腔室3 内放置有能围绕旋转轴线6自由旋转360°的浮动体5。旋转轴线6在此与螺纹2的纵向螺纹轴线2a重合。

在图2中示出浮动体5的横截面，其中，浮动体5具重心5a，它布置为距旋转轴线一定距离。这意味着，在腔室3中没有流体的情况下，浮动体5遵循重力定向，使得旋转轴线6和重心5a位于垂线7上。螺纹2设置于壳体1处固定的圆柱形壁3a的外侧上，使得在测量装置拧入到机器或***中时，壳体1会一起旋转。浮动体5可自由旋转运动地安装在旋转轴线6 上，如图2所示，浮动体5在此始终遵循重力定向。因此，无论壳体1的旋转时的旋入位置如何，它始终占据图2中预先给定的关于垂线7的基本位置。

图2还示出，相对于由旋转轴线6和重心5a所跨的截面平面，浮动体 5形成为是不对称的。这使得浮动体在液位上升时受到浮力的作用，该浮力使浮动体沿优选的旋转方向偏转。在所示的第一个实施例中，旋转按顺时针发生，如图3所示。下文将参照图7a和图7b更详细地解释作用在浮动体的区域中的力。

在所示的第一个实施例中，浮动体5基本上由第一圆柱体5b、第二圆柱体5c和连接这两个圆柱体的杠杆臂5d构成。第一圆柱体5b在此围绕旋转轴线6旋转对称地布置。第二圆柱体5c的直径形成得较小，通过杠杆臂 5d与第一圆柱体5b非对称地连接。磁性信号发射器9布置在浮动体5的圆柱体5b内部，磁性信号发射器9在此形成为径向磁化的环形磁体。这个磁性信号发射器9与浮动体5固定地相连，使得在流体8液位上升的情况下，它与浮动体5一起旋转。例如，浮动体形成为塑料注塑品，磁性信号发射器9被嵌入其中。磁性信号发射器9围绕旋转轴线6的布置的优点是：磁性信号发射器9的重量影响很小或没有影响，因为磁体和圆柱体5b的重量力被吸收，不必通过由第二圆柱体5c和杠杆臂5d引起的浮力来补偿。

在壳体1的传感器部分1a中还布置有磁场传感器10，它检测磁性信号发射器9的旋转位置。这个磁场传感器10例如形成为霍尔传感器，并布置在旋转轴线6的延伸部分中，其中，它输出取决于磁性信号发射器9的旋转位置的电压信号，该电压号在360°的角度范围上具有正弦曲线走向，如图5中更详细地示出的。然而，在本应用中，浮动体只在0至180°的范围中旋转。在本实施例中，磁场传感器10形成为x-y传感器，它针对磁性传感器9的每个角度位置产生两个电压值，这两个电压值使得能够明确评估磁性传感器9的角度位置。

通过磁场传感器10相对于磁性信号发射器9的轴向布置，能够以+/-2.5°的精度检测浮动体5的角度变化。磁场传感器10的电压值则可以通过对应的评估换算为腔室5中流体8的水平。这种高分辨率使得对液位的检测能够非常精确且是连续的。

然而，也可以使用立方体形的永磁体代替环形磁体用于磁性信号发射器，将其布置在浮动体5的旋转轴线6之外。此外，也可设想改变浮动体5 的外部形状。根据图6a至图6g示出了浮动体的不同的变型，每个浮动体都能围绕旋转轴线6自由旋转地放置在腔室中。

图6a示出了形成为长方体状的浮动体5.1，它也具有形成为长方体状的磁性信号发射器9.1，它嵌入在浮动体5.1中距旋转轴线6一定距离。图 6b所示的浮动体5.2形成为水滴状，同样具有长方体状的磁性信号发射器 9.2。根据图6c的变型具有三角形的浮动体5.3，浮动体5.3带有长方体状的磁性信号发射器9.3。图6a、6b和6c中所示的变型形成为对称的，从而在腔室中流体8上升的情况下，没有首选的旋转方向。然而，在评估过程中仍可能识别出浮动体所沿着旋转的旋转方向，接着在计算液位时将旋转方向考虑在内。

然而，可以这样迫使浮动体的首选的旋转方向：使用浮动体的非对称形状或将磁性信号发射器和/或旋转轴线布置在对称轴之外。当然也可设想这些措施的结合。根据图6d的浮动体5.4基本上对应于根据图6c的三角形设计，然而其中切去了一个角，使得浮动体5.4具有非对称的形状，并因此顺时针旋转。图6e的浮动体5.5基本上对应于根据图6a的浮动体，其中，形成为长方体状的浮动体5.5也缺了一个角，由此又产生了沿顺时针方向的首选的旋转方向。

图6f中示出了浮动体5.6，其旋转轴线6不位于对称平面中。这一措施也在液位上升的情况下产生沿顺时针方向的首选的旋转方向。此外，磁性信号发射器9.6也可相对于浮动体5.6的外轮廓非对称布置。

根据图6g的实施例中的浮动体5.7具有非对称的外轮廓。它主要由杠杆臂5.7a构成，杠杆臂5.7a在其上端处围绕旋转轴6支承。在杠杆臂5.7a 的远离旋转轴线6的一端处偏心地安装有圆柱形部分5.7b。磁性信号发射器9.7也位于这个圆柱形部分中。

图6h中示出了类似的变型，然而其中磁性信号发射器9.8布置在浮动体5.8的杠杆臂5.8a中。此外，在圆柱形部分5.8b中设有空腔5.8c，该空腔例如通过焊接的盖子或按压的盖子流体密封地关闭。包围在空腔5.8d中的气泡增大了浮力，因为圆柱形部分5.8b的质量通过空腔5.8d和磁性信号发射器9.8移动到杠杆臂5.8a中而减小。

图6i中的浮动体5.9与图6g的变型的不同之处在于：磁性信号发射器 9.9又布置在杠杆臂5.9a中，并且更确切地说布置在杠杆臂5.9a的背向圆柱体5.9b的端部处。旋转轴线6由此设置在圆柱体5.9b与磁性信号发射器 9.9之间，使得磁性信号发射器9.9用作为配重，并由此使浮动体5.9的旋转变得容易。浮动体5.9的重量分布选择为使得浮动体5.9的重心5.9c位于旋转轴线6与圆柱形部分5.9b之间，从而确保在没有流体的情况下浮动体 5.9的期望的定向。

借助图6g的浮动体5.7，在下文阐释在将测量装置拧入到机器或***中之后所产生的预先给定的基本位置中，在特定的液位的情况下，作用到浮动体上的力。预先给定的基本位置通过浮动体的质量分布和旋转轴线6 的位置产生。在由此产生的、预先给定的基本位置中，浮动体5.7向下挂在旋转轴线6处，其中，旋转轴线6和浮动体5.7的重心5.7c位于垂线7上 (图7a)重力G也在重心5.7c中作用。在液体8上升的情况下，浮动体 5.7将在某一时刻被流体8抓住(接触)，使得除了向下的重力G之外，还有一个向上作用的浮力F_A作用到浮动体5.7上，该浮力F_A作用在浮动体 5.7的浸没体积的重心中。由于浮动体5.7的非对称设计，在根据图7a和图 7b的附图中，浸没体积的重心在垂线7的左侧上，使得在液体8的水平上升的情况下，浮动体围绕旋转轴线6沿顺时针方向旋转。在此，磁性信号发射器9.7的位置变化，其中，由此产生的磁场变化被磁场传感器10检测到。

图8至图10中示出了根据本实用新型的测量装置的第二个实施例，它与第一个实施例的不同之处仅在于浮动体11的类型和放置。在本实施例中，浮动体11松散地布置在腔室3中，其中，在壳体1的拧入运动期间，它遵循重力在圆柱形壁3a处滑下。在拧入运动结束时，浮动体11处于根据图9 的最深(最低)的位置。在所示的实施例中，浮动体11形成为细长的，且具有透镜状横截面。浮动体11的长度小于圆柱形壁3a的长度的100％但大于90％。以此方式确保了浮动体在腔室内不能转动。

图10示出了由于流体8的作用，浮动体11浮起的情况。杆或长方体磁体布置在浮动体11内部，其变化的高度位置/定位由磁场传感器10检测和转换。与第一个实施例中的旋转的浮动体不同，在第二个实施例中，流体水平被转换为浮动体11的线性运动。

最后，图11还示出了第三个实施例，其浮动体12设计为(一端膨大的)球棍状，其中，面向端壁3b的部分12a设计为球状，而面向格栅4的部分12b设计成杆状。磁性信号发射器9在此布置在球状部分12a中。球状部分主要具有的特性是：在测量装置的拧入运动时，它无问题地在圆柱形壁3a处滚动，并在拧入运动结束时位于最深(低)点。因此，在该实施例中，产生了清楚限定的、预先给定的当腔室中没有液体时的基本位置。腔室长度有利地大于直径。此外，浮动体12的长度略小于圆柱形壁的长度，从而又确保了浮动体始终同样地定向，并且球体始终保持紧邻端壁3b。随着流体上升，浮动体对应浮起，由此改变磁性信号发射器9相对于磁场传感器10的位置。

磁性信号发射器9以其南北极轴线布置在浮动体12的纵向轴线中。由此，磁性信号发射器9的一极指向在杆状部分12b的延长线上的球状部分 12a的顶端，并因此指向磁场传感器10的方向。由此，测量与浮动体12 围绕其纵向轴线的旋转位置无关。

在所有实施例中，浮动体在材料方面构造成使得它能无问题地浮起，并由此实现其作为浮动体的功能。塑料是特别合适的材料，其中，浮动体可制造为塑料注射成型件，磁性信号发射器9被嵌入到其中。壳体1由非磁性材料制成，优选由金属制成，如黄铜或铝，从而使得能够检测在磁场传感器10的区域内的磁场变化。此外，有利的是，磁性信号发射器9布置在浮动体的一个区域中，在该区域中布置有腔室的具有端壁3b的半部。由此，作用在格栅4的区域中的磁性信号发射器9的吸力已显著减小，使得对可能的、位于机器或***的流体中的部件的影响也对应降低。

壳体的中央部分1c形成腔室3与磁场传感器10之间的分隔壁，并且必须设计成使得磁性信号发射器9能够与磁场传感器10共同作用来检测位置或旋转位置。从磁性信号发射器9出发的信号由此必须能以充分的量(强度)被磁场传感器10检测到。

否则，壳体1的壁厚选择为使得它能够承受机器或***的允许的运行压力/爆裂压力。

当然，本实用新型不限于图中所示的实施形式。相反，关键是在拧入过程结束时，浮动体已经在限定的、预先给定的基本位置中定向，而与壳体的拧入旋转位置无关。这可以通过如下方式实现：浮动体可围绕旋转轴线自由旋转，或浮动体松散地布置在腔室中，其中通过它的形状，遵循重力，浮动体在腔室中的最深(低)点中定向。

例如，压缩机，特别是制冷剂压缩机或泵或马达用作机器。流体特别是油。然而，测量装置也可用于其中要监测流体的填充水平的其它***。在此，例如可以是一冷却***，其中，要监测制冷剂的进料水平(进料高度)。此外，该测量装置还可用于根据流体的填充水平来工作的泵或泵***。

Claims (14)

1.一种用于监测机器或***中的液位的测量装置，具有：

-壳体(1)，所述壳体(1)具有用于将所述壳体(1)拧入到机器或***中的螺纹(2)，

-设置在所述壳体(1)中的腔室(3)，在所述壳体(1)的拧入状态中，所述腔室与所述机器或***的待监测的流体区域流体连接，

-布置在所述腔室(3)中的浮动体(5、11、12)，所述浮动体根据所述腔室(3)中的液位来定向，并且具有磁性信号发射器(9)，

-布置在所述腔室(3)之外的磁场传感器(10)，用于检测所述磁性信号发射器(9)的位置和/或旋转，

其中，所述浮动体(5、11、12)在所述腔室(3)中布置为使得在所述腔室(3)中没有流体(8)的情况下，所述浮动体通过重力在预先给定的基本位置中定向，而与在所述壳体(1)拧入到所述机器或***中时产生的所述壳体(1)的拧入旋转位置无关，

其特征在于，所述磁场传感器(10)布置在旋转轴线(6)的延长线中，以用于检测所述磁性信号发射器(9)的旋转位置。

2.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述磁性信号发射器(9)具有至少一个永磁体。

3.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述磁场传感器(10)由霍尔传感器形成。

4.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述腔室通过圆柱形壁(3a)、端壁(3b)和相对而置的端部侧(3c)界定，其中，在所述壳体(1)的拧入状态中，通过所述相对而置的端部侧(3c)产生与所述机器或***的流体连接。

5.如权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述相对而置的端部侧(3c)设有格栅(4)或过滤器，以用于防止磁性微粒侵入到所述腔室(3)中。

6.如权利要求5所述的测量装置，其特征在于，所述螺纹(2)具有螺纹纵向轴线，并且所述浮动体(5)能围绕与所述螺纹纵向轴线重合的旋转轴线(6)或围绕与所述螺纹纵向轴线平行地定向的旋转轴线(6)自由旋转360°地放置在所述腔室(3)中。

7.如权利要求6所述的测量装置，其特征在于，所述磁性信号发射器(9)围绕所述旋转轴线(6)旋转对称地布置在所述浮动体(5)中。

8.如权利要求7所述的测量装置，其特征在于，所述磁性信号发射器(9)设计为径向磁化的环形磁体。

9.如权利要求6所述的测量装置，其特征在于，所述浮动体(5)具有位于所述旋转轴线(6)以外的重心(5a)。

10.如权利要求9所述的测量装置，其特征在于，所述浮动体关于由所述旋转轴线(6)和所述重心(5a)所跨的截面平面非对称地设计。

11.如权利要求6所述的测量装置，其特征在于，所述腔室(3)在所述螺纹纵向轴线的方向上包括具有所述端壁(3b)的第一半部和具有所述格栅(4)或过滤器的第二半部，其中，所述浮动体(5)布置在所述第一半部中。

12.如权利要求5所述的测量装置，其特征在于，所述浮动体(11、12)松散地布置在所述腔室(3)中，并且在所述壳体的拧入运动期间遵循重力在所述圆柱形壁(3a)处滑下或滚下。

13.如权利要求12所述的测量装置，其特征在于，所述浮动体(11、12)的长度小于所述圆柱形壁(3a)的长度的100％，但大于其90％。

14.如权利要求12所述的测量装置，其特征在于，所述磁场传感器(10)设计为用于检测由于流体水平产生的所述浮动体(11、12)的高度位置。

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