Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Мои изобретения
.pdf
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.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
