Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Мои изобретения

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
07.09.2026
Размер:
1 Мб
Скачать
☆
71
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже ре­зультата при использовании известного датчика, принятого за прото­тип, относится линейная зависимость емкости датчика от измеряемо­го уровня жидкости.
Технический результат – получение требуемой функциональной зависимости емкости датчика от измеряемого уровня жидкости.
Указанный технический результат при осуществлении изобрете­ния достигается тем, что известный датчик для измерения уровня жидкости содержит электроды, расположенные внутри изоляционно­го слоя, заполняющего все межэлектродное пространство, и обра­зующие параллельно соединенные конденсаторы.
Особенностью является то, что отношение расстояния между электродами к ширине электродов по высоте датчика задано в преде­лах от 0,5 до 5.
Кроме этого, особенностью является то, что отношение толщины изоляционного слоя между электродами и жидкостью к ширине элек­тродов составляет 0÷0,5.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 пред­ставлен продольный разрез датчика, на фиг. 2 – продольный разрез, вид сбоку, на фиг. 3 – поперечный разрез датчика, на фиг. 4 – экспе­риментальная зависимость изменения емкости датчика в дизельном топливе от отношения расстояния между электродами к ширине элек­тродов, на фиг. 5 – экспериментальная зависимость изменения емко­сти датчика в дизельном топливе от отношения толщины изоляцион­ного слоя между электродами и жидкостью к ширине электродов, на фиг. 6 – графики зависимостей изменения емкости эксперименталь­ных образцов датчиков от уровня дизельного топлива.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобре­тения с получением вышеуказанного технического результата, заклю­чаются в следующем.
72
Фиг. 1 Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 4 Фиг. 5
Фиг. 6
73
Датчик содержит электроды 1 и 2 (фиг. 1÷3), расположенные внутри изоляционного слоя 3, заполняющего все межэлектродное пространство. Электроды 1 и 2 образуют конденсатор, емкость C0 ко­торого в воздухе определяется шириной w электродов, высотой h электродов, расстоянием d между электродами, диэлектрической про­ницаемостью изоляционного слоя 3.
Рассматриваемый конденсатор обладает увеличенным неодно­родным электрическим полем между электродами вблизи внешней поверхности. При помещении такого конденсатора в исследуемую жидкость изменяется емкость на величину ΔC, образованная площа­дью w∙h, зазорами 2b
+ d и 2b2 + d, где b
1
, b2 – толщина изоляционно-
1
го слоя между электродами 1, 2 (с одной и другой стороны) и жидко­стью 4 (фиг. 3), и зависящая от диэлектрической проницаемости ис­следуемой жидкости, глубины X погружения в жидкость и парамет­ров датчика w, d, b1, b2 . Обычно толщина изоляционного слоя между электродами и жидкостью с той и другой стороны (b1, b2) выбирается одинаковой, т. е. b
Общая емкость C такого конденсатора равна сумме C
= b2 = b.
1
+ ΔC.
0
Для увеличения абсолютного значения ΔC в датчике имеется несколько электродов 1, 2, образующих параллельно соединенные конденсаторы.
Количество жидкости и ее уровень связаны между собой функ­циональной зависимостью, определяемой формой сосуда, в котором находится жидкость. Для получения пропорциональной зависимости емкости датчика от количества жидкости, необходимо, чтобы датчик имел заданную формой сосуда функциональную зависимость емкости от уровня жидкости.
Экспериментальные исследования опытных образцов датчиков, изготовленных из фольгированного стеклотекстолита (фиг. 4, 5), по­казали, что чувствительность датчика падает с увеличением отноше-
74
ния расстояния между электродами к ширине электродов (d/w) и тол­щины изоляционного слоя к ширине электродов (b/w). Если отноше­ние d/w задается в пределах от 0,5 до 5 (фиг. 4), то наблюдается наи­более эффективное изменение чувствительности датчика к измене­нию уровня топлива. Если d/w > 5, то регулировка чувствительности менее эффективная, при этом растут габариты датчика. Если d/w < 0,5 , то возникают затруднения при изготовлении датчика, так как небольшие изменения размеров w, d (из-за разброса технологиче­ских допусков) приводят к резкому изменению чувствительности дат­чика. При этом снижаются эксплуатационные свойства датчика от за­грязнения измеряемой жидкости.
При изготовлении датчика отношение d/w задается по высоте датчика в пределах от 0,5 до 5. Окончательная подгонка градуировоч­ной характеристики изготовленного датчика (для конкретной формы сосуда) возможна путем снятия части верхнего диэлектрического по­крытия. Так, при изменении отношения толщины изоляционного слоя между электродами и жидкостью к ширине электродов от 0 до 0,5 (фиг. 5), чувствительность датчика изменяется более чем в 2 раза. Дальнейшее увеличение отношения b/w приводит к значительному уменьшению чувствительности датчика к изменению уровня жидкости.
Таким образом, требуемая функциональная зависимость емкости датчика от измеряемого уровня жидкости задается выбором по высоте датчика его параметров w, d, b. В качестве примера на фиг. 1, 2 при­ведены формы электродов, расстояния между ними и толщины изо­ляционного слоя между электродами и жидкостью для сосуда, расши­ряющегося к низу.
Датчик работает следующим образом.
При подаче на электроды 1, 2 напряжения вокруг них образуется неоднородное электрическое поле, которое зависит от ширины элек-
75
тродов w, расстояния между ними d, толщины изоляционного слоя b, диэлектрической проницаемости изоляционного слоя и жидкости, а также глубины погружения X электродов 1, 2 в жидкость. Так как па­раметры датчика w, d, b заданы определенным образом по высоте датчика, то изменение глубины погружения X приводит к изменению напряженности поля и связанной с ней емкостью конденсатора, обра­зованного электродами 1, 2, изоляционным слоем 3 и погруженной в жидкость 4 на величину X частью электродов 1, 2, по заданному зако­ну. Изменение емкости ΔC функционально связано с изменением уровня жидкости X, так как диэлектрические проницаемости жидко­сти и воздуха различны, диэлектрическая проницаемость изоляцион­ного слоя остается постоянной, а параметры датчика w, d, b заданы определенным образом по высоте датчика.
Экспериментальные образцы датчика изготовлены из стеклотек­столита марки СТЭФ со стабильными диэлектрическими свойствами с медными электродами толщиной t = 0,05 мм. Результаты исследова­ния в дизельном топливе представлены на фиг. 6. Градуировочная ха­рактеристика 5 соответствует форме датчика, приведенного на фиг. 1, 2. Характеристика 6 соответствует датчику фиг. 1, но b = const. Хорда 7, стягивающая характеристику 6, соответствует градуировоч­ной характеристике датчика с постоянными по высоте значениями w, d, b.
Предлагаемый датчик может найти применение на транспорте для измерения количества топлива в баках сложной формы, а также для измерения уровня движущейся жидкости в каналах, трубопроводах.
Формула изобретения
1. Датчик для измерения уровня жидкости, содержащий электро­ды, расположенные внутри изоляционного слоя, заполняющего все межэлектродное пространство, и образующие параллельно соединен­ные конденсаторы, отличающийся тем, что отношение расстояния
76
между электродами к ширине электродов по высоте датчика задано в пределах от 0,5 до 5.
2. Датчик по п.1 отличающийся тем, что отношение толщины изоляционного слоя между электродами и жидкостью к ширине элек­тродов составляет 0÷0,5.
ГЛАВА 3. ПАТЕНТЫ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ НА ПОЛЕЗНЫЕ МОДЕЛИ № 121931. Приемник воздушных давлений
МПК G01L 19/00 (2006.01). Заявка: 2011124110/28, 14.06.2011.
Опубликовано 10.11.2012. Бюллетень № 31. Автор: В. Н. Шивринский Патентообладатель: Федеральное государственное бюджетное обра-
зовательное учреждение высшего профессионального образования «Ульяновский государственный технический университет»
Полезная модель относится к области измерительной техники и авиационного приборостроения и может быть использовано для из­мерения воздушной скорости летательных аппаратов, например, вер­толетов.
Известен приемник воздушных давлений для измерения воздуш­ной скорости летательных аппаратов, содержащий две концентриче­ские трубки. Внутренняя трубка открыта с торца навстречу потоку и служит для восприятия давления Pп воздуха при полном торможении. Внешняя трубка с торца закрыта, но имеет ряд отверстий на боковой поверхности для восприятия статического давления Pст (см. Браслав­ский Д. А. Приборы и датчики летательных аппаратов. – М.: Маши­ностроение, 1970. – 392 с., стр. 306, рис. 12.2, б).
Скорость V летательного аппарата относительно воздуха опреде­ляется на основе измерения разности P между полным и статиче­ским давлениями встречного потока воздуха P = Pп – Pст = f(V).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже тех­нического результата при использовании известного приемника
77
воздушных давлений, относится невысокая чувствительность при измерении малых скоростей и большая погрешность от углов скоса потока.
Наиболее близким приемником того же назначения к заявленному приемнику по совокупности признаков является приемник воздушно­го давления, содержащий корпус с проточным каналом в виде соеди­ненных между собой круглых конических конфузора и диффузора, узкие части которых расположены с зазором, образующим щель для отбора давления, кромка широкой части конфузора выполнена с ра­диусом затупления, составляющим 0,2 диаметра его узкой части, дли­на конфузора равна диаметру его узкой части, углы раствора конфу-
зора и диффузора составляют соответственно 45÷50 и 8÷10, а отно­шение диаметров узких частей конфузора и диффузора меньше еди­ницы, (см. авт. свид. СССР № 672526, G01L 19/00, Б.И. № 25, 1979) и принятый за прототип. При помещении приемника в воздушный по­ток в зоне щели для отбора давления скорость потока увеличивается, а его давление уменьшается, в результате увеличивается разность P между полным давлением встречного потока воздуха и давлением в зоне щели для отбора давления, т. е. увеличивается чувствительность при измерении малых скоростей. Благодаря наличию проточного ка­нала уменьшается погрешность от углов скоса потока.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже ре­зультата при использовании известного приемника воздушного дав­ления, принятого за прототип, относится необходимость дополни­тельного приемника полного давления и возможность измерения ско­рости летательного аппарата только при движении «вперед».
Технический результат – получение реверсивного приемника воз­душных давлений, обладающего высокой чувствительностью при из­мерении малых скоростей и движении летательного аппарата «впе­ред» и «назад».
78
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что известный приемник воздушного давле­ния содержит корпус с проточным каналом в виде соединенных меж­ду собой круглых конических конфузора и диффузора, узкие части которых расположены с зазором, образующим щель для отбора дав­ления, кромку широкой части конфузора с радиусом затупления, со­ставляющим 0,2 диаметра его узкой части, длину конфузора, равной диаметру его узкой части, углы раствора конфузора и диффузора
45÷50 и 8÷10, соответственно, с отношением диаметров узких час­тей конфузора и диффузора меньше единицы.
Особенностью является то, что в корпусе приемника воздушных давлений выполнен второй проточный канал, идентичный первому, при этом первый проточный канал направлен вперед конфузором, из щели за которым отбирается давление P1, а второй проточный канал направлен вперед диффузором, из щели за которым отбирается давление P2.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема приемника в разрезе, на фиг. 2 – тарировочные характеристики известных приемников воздушных давлений, на фиг. 3 – тарировочные характеристики предлагаемого приемника воз­душных давлений.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления полез­ной модели с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем.
Корпус 1 (фиг. 1) содержит первый проточный канал 2, образо­ванный направленным вперед конфузором 3 и выходным диффузо­ром 4. Узкие части конфузора 3 и диффузора 4 расположены с зазо­ром, образующим щель 5 для отбора давления P1, соединенную пнев­мотрассой 6 с регистрирующим прибором. Второй проточный канал 7 образован направленным вперед диффузором 8 и выходным конфузо-
79
ром 9. Узкие части диффузора 8 и конфузора 9 расположены с зазо­ром, образующим щель 10 для отбора давления P2, соединенную пневмотрассой 11 с регистрирующим прибором.
Фиг. 1
Характеристики таких приемников воздушных давлений во мно­гом определяются гидравлическими потерями в проточном канале. Наименьшие гидравлические потери обеспечивают наибольшую чув-
80
ствительность к скорости, наименьшую чувствительность к скосу по­тока и приемлемую повторяемость характеристик приемника.
Минимальные гидравлические потери в проточном канале обес­печиваются, если канал содержит следующие элементы: входной кол­лектор с радиусом R = 0,2D (см. Идельчик И. Е. Справочник по гид­равлическим сопротивлениям. – М.: Машиностроение, 1975. – 559 с., стр. 93, 103, диаграмма 3-4), переходящий в конический конфузор с
углом сужения 45÷50, с диаметром узкой части D и длиной сужаю­щего участка l = D (см. там же, стр. 94, 105, диаграмма 3-7); диффузор с углом расширения 8÷10, начинающийся от щели отбора давления (см. там же, стр. 154, 174÷177, диаграмма 5-2).
В предлагаемом приемнике воздушных давлений кромки широ­ких частей конфузоров 3, 9 выполнены с радиусом затупления R = 0,2D, где D – диаметр узких частей конфузоров 3, 9. Углы α1 рас-
твора конфузоров 3, 9 составляют 45÷50. Углы α2 раствора диффузо­ров 4, 8 составляют 8÷10. Отношение диаметров D/D1 узких частей
конфузоров 3, 9 и диффузоров 4, 8 может быть меньше единицы. Длины l конфузоров 3, 9 равны диаметрам их узких частей D.
Приемник воздушных давлений работает следующим образом.
При движении летательного аппарата «вперед» измеряемый поток воздуха ускоряется в конфузоре 3 проточного канала 2, при этом дав­ление потока уменьшается. Так как для данного режима параметры проточного канала 2 имеют минимальные гидравлические потери, то давление P1 в зоне щели 5 отбора давления будет минимальным. Ана­логично, в проточном канале 7 поток также ускоряется, но так как для данного режима в этом канале гидравлические потери оказываются большими, то давление P2 в зоне щели 10 отбора давления будет больше, чем давление P1. В результате разность ΔP давлений (P
– P
2
),
1
отбираемых из щелей 10, 5, больше нуля и зависит от скорости воздушного потока.