專利名稱：液面?zhèn)鞲衅鞯闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測量液體罐或容器內(nèi)液面的裝置，具體涉及使用多個串聯(lián)連接的以橫向間隔對形式排列的熱電偶的裝置，其中各對熱電偶中的每一個熱電偶位于實質(zhì)上平行間隔的行中。
背景技術(shù)：
目前在很多情況下都希望在一定程度上監(jiān)視液體罐或類似容器內(nèi)的液面。例如監(jiān)視機(jī)動車、內(nèi)燃機(jī)或者油箱內(nèi)的不同的液面，監(jiān)視泵或者壓縮機(jī)內(nèi)的油面，甚至監(jiān)視用于諸如娛樂車或者娛樂船的水池內(nèi)的水面。在所有的這些情況下都希望液面?zhèn)鞲衅髂軌蛟谝欢纬掷m(xù)時間內(nèi)提供可靠和精確的液面指示，而不需要對其進(jìn)行周期維護(hù)。在多種情況下，液面?zhèn)鞲衅鞅仨毮軌虺惺懿煌墑e的振動、熱或者其它的惡劣環(huán)境因素，并且必須承受空間限制。另外，在利用例如封閉式壓縮機(jī)的密封容器時，希望例如穿過容器壁的電導(dǎo)線的穿透最少，以便降低泄漏的可能性。
近幾年已經(jīng)開發(fā)出了不同類型的用于偵測液面的裝置。這種裝置可以簡單到油箱中通常使用的浮動裝置，也可以復(fù)雜到電容型傳感器和基于微處理器的熱電偶傳感器。盡管可以使用，但是這些不同類型的傳感器對于特定應(yīng)用具有不同的缺點，例如需要過度的空間容納可移動的浮標(biāo)和相關(guān)聯(lián)動裝置，制造費(fèi)用相對較高，產(chǎn)生液面指示信號的電路復(fù)雜，對擴(kuò)展電噪聲或者外部電噪聲容易出錯，不能承受惡劣環(huán)境因素等等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過提供非?？煽康膫鞲衅骺朔爽F(xiàn)有技術(shù)傳感器固有的這些缺點，該傳感器結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)計簡單，并且制造成本低。此外，本發(fā)明的傳感器可以用各種適當(dāng)材料封裝或者涂覆，使它能夠在眾多不同的潛在惡劣環(huán)境中保持更長的使用壽命。本發(fā)明的傳感器組合了沿著基底布置的多個第一熱電偶和與其鄰近的一個適當(dāng)?shù)募訜崞?。為了補(bǔ)償環(huán)境溫度，第二補(bǔ)償熱電偶與每個第一熱電偶關(guān)聯(lián)，并且與其橫向間隔一定距離。這些熱電偶相互串聯(lián)連接，各個第一和第二熱電偶在串聯(lián)連接中交錯布置。第一熱電偶提供和該熱電偶周圍液體性質(zhì)直接相關(guān)的散熱速度的指示，第二熱電偶根據(jù)環(huán)境溫度提供補(bǔ)償因數(shù)。這種布置不僅使用于測量容器內(nèi)液面的裝置非常簡單和可靠，而且還使必須穿過容器壁的導(dǎo)線的數(shù)量最少，如果要測量的液體是例如制冷系統(tǒng)的封閉系統(tǒng)的一部分，這一點可能非常重要。


通過結(jié)合了附圖的下述描述和附加權(quán)利要求可以更清楚地理解本發(fā)明另外的優(yōu)點和特征。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的位于容器內(nèi)適于支撐的外殼內(nèi)的液面?zhèn)鞲衅鞯氖疽鈭D；圖2是本發(fā)明的傳感器的平面圖，其中顯示了傳感器內(nèi)的信號放大器和電源；圖3是顯示了對于本發(fā)明的五個不同測試傳感器組的電壓輸出和油位的函數(shù)關(guān)系的圖形表示；圖4是本發(fā)明的傳感器中一個示例液面信號調(diào)節(jié)電路的電路圖；圖5是說明作為壓強(qiáng)函數(shù)的輸出電壓的變化的曲線圖；圖6是類似圖2的平面圖，但是示出了根據(jù)本發(fā)明的傳感器的另一個實施例；圖7是類似圖2的平面圖，但是示出了本發(fā)明的目前的優(yōu)選實施例；圖8是圖7的實施例的后視圖；和圖9是其中安裝有本發(fā)明的液面?zhèn)鞲衅鞯膲嚎s機(jī)的視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參見附圖，特別是參見圖1，圖1中示出了根據(jù)本發(fā)明的液面?zhèn)鞲衅?0。液面?zhèn)鞲衅?0包括位于通常是中空圓柱形容器14內(nèi)的印刷電路板12。較佳地，容器14的下端至少是閉合的，并具有打開以進(jìn)入它的內(nèi)部相鄰各端的一個或者多個孔16、18?？?6使液體能夠流入或者流出容器14的內(nèi)部，而孔18允許氣體流入和流出容器14。如圖所示，多條導(dǎo)線20從電路板12穿過容器14的上端向外延伸。容器14用于減弱液面的變化，這種變化可能是由于其內(nèi)容納液體的容器的移動和/或容納液體容器內(nèi)的裝置的移動導(dǎo)致的液體晃動而引起的。根據(jù)待測液面的液體的粘度、該液體的預(yù)期晃動程度和傳感器的所需響應(yīng)度，每端的孔16和18的具體數(shù)量及尺寸可以不同。也就是說，增加孔的數(shù)量和/或尺寸使傳感器能更迅速地響應(yīng)液面的變化，但可能使由于液體晃動產(chǎn)生的液面瞬變引起的誤差更大。與此相似，較少和/或較小的孔將使對液體晃動的靈敏度降低，但是可能增加用于檢測液面突然降低所需要的時間。應(yīng)該注意，除了提供孔16和18或者作為其替代，容器14可以在其一端或者兩端都打開，或者，孔16和18可以由一個或者多個插槽替代。容器14可以由任何適合于環(huán)境的材料制造，包括例如聚合合成物或者不同的金屬。作為替代，容器14可以與其內(nèi)容納液體的液體罐的一部分一體地形成，或者作為放置在液體罐內(nèi)的其它裝置的一部分。還應(yīng)該注意，容器14在某些情況下可以是適當(dāng)形狀的罩形，以充分保護(hù)電路板12不被液體濺濕，而液體濺濕電路板12可能導(dǎo)致錯誤的液面讀數(shù)，或者如果不需要關(guān)心濺濕，整個罩或者整個容器完全可以取消。
現(xiàn)在參見圖2，圖2中示出了包括相對堅硬的延長基底22的印刷電路板12，基底22上面支持著信號調(diào)節(jié)電路24、電源電路26、壓力傳感熱電偶組件28和液面?zhèn)鞲薪M件30?；?2可以由多種不同的材料制造，但是較佳地是由具有良好電絕緣性能的材料制造，并且較佳地能夠抵抗使用環(huán)境的惡化。而且該材料最好相對較薄，以便促進(jìn)熱量從一個表面?zhèn)魉偷搅硪粋€表面，并加快響應(yīng)時間。
液面?zhèn)鞲薪M件30包括多個實質(zhì)上完全相同的加熱電阻器32，它們沿著基底22的一側(cè)延伸，相互間隔一定距離并且串聯(lián)連接。電源電路26通過導(dǎo)線34給加熱電阻器32串的一端提供電源，接地線36沿著基底22的邊緣延伸到基底22一端的接點38。在接點38附近提供了第二接點40，它包括延伸到電源電路26用于給印刷電路板12提供電源的導(dǎo)線42。第一熱熱電偶44包括銅線46和康斯坦丁(constantine)導(dǎo)線48之間的接合點?？邓固苟?dǎo)線48在基底22的側(cè)面延伸到一個和第二銅導(dǎo)線50在該處連接的點，這種連接形成了第二冷熱電偶52。銅線50對角跨越基底22延伸到通?？v向?qū)R但是與第一熱電偶44縱向間隔的點。然后銅導(dǎo)線50連接到另一康斯坦丁導(dǎo)線54，從而形成第二熱熱電偶56。重復(fù)銅導(dǎo)線和康斯坦丁導(dǎo)線的交互互連，從而提供了間隔一定距離的熱熱電偶的第一縱向延伸陣列和間隔一定距離的冷熱電偶的第二縱向延伸陣列，其中第一縱向延伸陣列通常以縱向?qū)R的方式延伸到鄰近的基底22的一條邊，而第二縱向延伸陣列通常也以縱向?qū)R的方式延伸到鄰近的基底22的對邊。返回導(dǎo)線57從最右側(cè)(如圖所示)的熱電偶沿著基底22的上邊緣延伸到信號調(diào)節(jié)電路24。
為了促進(jìn)熱量傳送到各個熱熱電偶44、56，在每個加熱電阻32的下面可以放置一個銅襯墊58。較佳地，每個電阻器有自己分離的襯墊，這樣使縱向相鄰的熱電偶之間的熱傳導(dǎo)最小。盡管如果要求的話，銅襯墊58可以位于基底22上相對熱電偶44、56和加熱電阻32的另一側(cè)，但是熱電偶44、56最好位于相應(yīng)的銅襯墊58和相應(yīng)的加熱電阻32之間，并且和它們電絕緣。在冷熱電偶52附近提供了伸長的銅散熱條60。如圖所示，散熱條60包括沿著其長度的多個切口部分62，以便容納并使它與各個冷熱電偶及相關(guān)導(dǎo)線間隔開，同時仍然以部分環(huán)繞的關(guān)系放置該散熱器。另外，如果需要或者用于代替散熱器60，可以在基底22的與提供了散熱器60和熱電偶52的一側(cè)相對的另一側(cè)表面上提供另外的伸長銅散熱器64。散熱器60和64的工作可以使由加熱電阻58對冷熱電偶52的任何加熱影響最小，從而保證冷熱電偶能提供精確的和環(huán)境溫度相關(guān)的補(bǔ)償因數(shù)。
還應(yīng)注意，各個熱熱電偶和冷熱電偶的相對橫向位置應(yīng)沿著平行于待測液面的延伸的直線，以保證給定對的熱熱電偶和冷熱電偶兩者在任何給定的時間都同時高于或低于該液面表面。各對熱熱電偶和冷熱電偶44、52之間的橫向間距應(yīng)該足夠大，以使和熱熱電偶44相關(guān)的電阻58對冷熱電偶52的加熱最小。各對熱熱電偶和冷熱電偶44、52之間的縱向間距可以根據(jù)需要而不同，以提供不同的液面檢測精度，但是它們應(yīng)該充分地間隔開，以使縱向相鄰的熱電偶之間的熱傳送最小。印刷電路板12中可以包括任何數(shù)量對的熱熱電偶和冷熱電偶，并且對其長度可以進(jìn)行選擇，以保證有足夠數(shù)量和間距的熱電偶能夠覆蓋要檢測的液面的所需范圍并達(dá)到所需的液面分辨率級別。
在工作時，每個熱熱電偶44、56將產(chǎn)生一個電勢，其大小取決于熱電偶溫度。假設(shè)例如圖2所示的傳感器具有一系列的六個熱熱電偶44、56，當(dāng)探針未浸入液體時產(chǎn)生的總電壓是由單個熱熱電偶44產(chǎn)生的電勢的六倍。然而，如果有一個熱熱電偶浸入液體內(nèi)，由于和氣態(tài)流體相對的液體所提供的更高的熱傳導(dǎo)效率將使加熱電阻58對浸入的熱電偶的加熱降低，從而產(chǎn)生一個較低的電勢。由于熱熱電偶44、56串聯(lián)互連，由每個熱電偶產(chǎn)生的電勢將累加，而其結(jié)果信號則指示熱電偶的溫度以及它們在氣體或者液體環(huán)境中的存在。
但是，由每個熱熱電偶44、56輻射的熱的數(shù)量與因此它們可能產(chǎn)生的電勢也受環(huán)境溫度的影響。因此必須為每個熱熱電偶提供一個冷熱電偶52。如上所述，每個冷熱電偶52的銅導(dǎo)線和康斯坦丁導(dǎo)線之間的方向和每個熱熱電偶44、56的銅導(dǎo)線和康斯坦丁導(dǎo)線之間的方向相反。這樣導(dǎo)致每個冷熱電偶52產(chǎn)生一個與相關(guān)的熱熱電偶44產(chǎn)生的電勢極性相反的電勢。而由于冷熱電偶52是與熱熱電偶44、56串行連接的，將從由熱熱電偶44、56產(chǎn)生的電勢中減去這個極性相反的電勢。冷熱電偶52的電勢值小于由熱熱電偶44、56產(chǎn)生的電勢，這是因為加熱電阻使熱熱電偶的溫度保持為高于環(huán)境溫度。因此，可以理解，由熱熱電偶和冷熱電偶產(chǎn)生的電勢之和將形成一個合成電勢，它是傳感器12浸入的液體中液面的指示，并且該信號被校正以適應(yīng)環(huán)境溫度的變化。
如上所述，由熱電偶44、52、56產(chǎn)生的合成信號被提供給信號調(diào)節(jié)電路24。信號調(diào)節(jié)電路24可以包括用于放大熱電偶輸出信號的放大電路以及用于減少電噪聲等的適配濾波器。在任何情況下，合成信號從信號調(diào)節(jié)電路24通過導(dǎo)線66輸出到接點68。指示液面的合成信號可以從接點68提供給用于監(jiān)控由印刷電路板12檢測的液面的適當(dāng)?shù)倪b測指示裝置。
圖3示出了本發(fā)明的五個樣品傳感器的檢測結(jié)果，以確定封閉式壓縮機(jī)中的油位。正如這些特定樣品所示，提供了能指示大至大約6厘米的相對寬的量程上的油位的相對穩(wěn)定和精確的信號。正如可以從這個圖上看到的那樣，由熱電偶產(chǎn)生的信號和油位變化幾乎呈線性關(guān)系。如果需要，可以通過改變單獨(dú)的加熱電阻的值而不是利用實質(zhì)上相同的值對合成信號進(jìn)一步線性化。另外，分辨率的等級可以通過選擇電阻器和熱電偶的間隔而改變。
雖然使用串行連接的熱電偶提供了具有高分辨率和優(yōu)良信噪比的輸出信號，但是輸出信號典型地是在1-4mV的范圍內(nèi)。如上所述，因此通常希望放大這個輸出信號，而圖4以70表示的一個適當(dāng)?shù)姆糯笃麟娐房梢酝瓿奢敵鲂盘柕姆糯?。如圖所示，儀器用放大器701包括通過導(dǎo)線702提供給和地704連接的負(fù)荷電阻703的輸出。圖2的端子68提供和電阻器703兩端的電壓降相等的輸出信號。來自熱熱電偶和冷熱電偶44、56、52的信號通過導(dǎo)線46和57提供給放大器701。包括電阻器705和706的分壓電路在導(dǎo)線57上建立了一個共模電壓。電阻707連接放大器701的導(dǎo)線708、709，并且建立典型地位于500-1000mV/mV范圍內(nèi)的增益。電容器710也連接到放大器701，并且用作電路24的電源去耦裝置。這個或者另一個適當(dāng)?shù)姆糯箅娐房梢宰鳛樾盘栒{(diào)節(jié)電路24的一部分組合到印刷電路板12中。
另外，為了保證液面讀數(shù)的精確和穩(wěn)定，精密地調(diào)節(jié)(較佳地是±1％)提供給電阻串的電壓和因此流過的電流非常重要。如果需要，這一點可以通過在電路板12上提供適當(dāng)?shù)碾娫凑{(diào)節(jié)電路25輕易地實現(xiàn)，或者作為替代，如果需要可以給電路板12提供一個遙控電源。
應(yīng)該指出，放大電路和穩(wěn)壓電源26電路可以輕易地集成在位于圖2所示的基底22的一端的傳感器自身中，對于特別應(yīng)用所需的任何另外的信號調(diào)節(jié)電路也可以集成到基底22中，或者作為替代，信號調(diào)節(jié)電路和任何所需的這樣的電路可以遠(yuǎn)離傳感器放置。
液面?zhèn)鞲衅?2特別適合于檢測封閉式壓縮機(jī)內(nèi)的油位。在這種應(yīng)用中，傳感器可能需要承受可能損害輸出信號與液面的相關(guān)性的大范圍變化的壓力。相關(guān)性的損害是因為較高壓力的給定氣體從熱電偶導(dǎo)熱的速度比較低壓力的相同氣體更快。因此在一些應(yīng)用中，可能希望提供液體容器內(nèi)的環(huán)境壓力的信號指示。這可以通過結(jié)合與加熱電阻58平行的其它加熱電阻74以及具有和加熱電阻之間的良好熱傳遞關(guān)系但是與其電絕緣的另外的熱熱電偶76實現(xiàn)。另外，為了補(bǔ)償不同的環(huán)境溫度，提供了和熱熱電偶76橫向間隔的一個附加冷熱電偶78。較佳地，在加熱電阻74的下面放置一個類似于銅襯墊58的銅襯墊80，并且在熱電偶78的下面放置一個銅散熱器82。如前所述，銅襯墊80和散熱器82具有和電阻器74以及熱電偶76和72的良好的熱傳導(dǎo)，并且和它們電絕緣。各個銅襯墊80和散熱器82的工作實質(zhì)上與上述襯墊58和散熱器60以及64的工作是相同的。如前所述，在熱電偶76和78之間提供了一個康斯坦丁導(dǎo)線84，銅導(dǎo)線86和88向外延伸到各個接點90、92。
熱熱電偶和冷熱電偶76和78以上述類似的方式工作。更具體地說，電阻80將熱量傳送到熱電偶76，熱熱電偶76將產(chǎn)生指示其溫度的電勢。電阻80對熱電偶76的加熱將由輻射或傳送到周圍的氣體環(huán)境的熱量補(bǔ)償。熱量傳送給周圍氣體的速率取決于氣體的壓力。也就是說，當(dāng)周圍氣體的壓強(qiáng)更高時，傳送的熱量更多，因此由熱熱電偶76產(chǎn)生的電勢將隨著壓力增加而減少。在圖5中以曲線示出了這個情況，其中線條94指示在不同的氣壓下在傳感器12的端子90和92兩端上的輸出電壓。同樣如上所述，冷熱電偶78將提供指示環(huán)境溫度的極性相反的電勢，從而減少端子90和92兩端上的凈電壓輸出，以補(bǔ)償環(huán)境溫度的變化。圖5的曲線示出了一種最壞情況，其中所有的液面指示熱電偶都暴露在氣體環(huán)境下(即液面是在最低對的熱電偶的下面)。在這些情況下，由線條95表示的液面信號將跟蹤來自壓力指示電路的信號。隨著浸入液體的熱電偶對的數(shù)量的增加，壓力變化的效果將減少，因此線條95接近直的水平延伸線。
因此，顯而易見，本發(fā)明的傳感器也可以將來自端子90、92的指示液體液體罐內(nèi)的環(huán)境壓力的輸出信號提供到一個遠(yuǎn)程位置，并且也可以用于包括提供過壓告警或者產(chǎn)生液面指示信號的校正系數(shù)的多種目的。如果需要特定應(yīng)用，來自端子90和92的信號可以類似于來自熱電偶44、56和52的信號提供給適當(dāng)?shù)男盘栒{(diào)節(jié)電路，信號調(diào)節(jié)電路可以包括諸如在上面參見圖4說明的放大電路。這樣的放大電路和/或信號調(diào)節(jié)電路可以組合到電路板12中，或者可以位于一個遠(yuǎn)程位置。應(yīng)該注意，熱熱電偶和冷熱電偶76和78應(yīng)該放在基底22的定位器上，定位器將使它們保持為高于最高的預(yù)期液面。當(dāng)然在不需要關(guān)心壓力變化的情況下，可以省略這些熱電偶和相關(guān)電路。
較佳地，將用諸如硅或者環(huán)氧涂層的適當(dāng)?shù)耐苛贤扛不蛘叻庋b印刷電路板12，以保護(hù)防止液體濺濕和其它環(huán)境因素的影響，并且能避免電位短路。這樣的涂料必須具有良好的導(dǎo)熱性，同時也必須和組件之間有足夠的電絕緣。另外，非常希望該涂料能夠防止要檢測液面的液體的滲漏，以使由于液體的粘附液滴導(dǎo)致錯誤讀數(shù)的可能最小。
還應(yīng)該注意，熱電偶44、56和76最好放置在各個銅襯墊58、80和加熱電阻32、74之間，以促進(jìn)熱傳遞。在這些熱電偶、下面的銅襯墊和上面覆蓋的電阻之間將提供適當(dāng)?shù)南鄬Ρ〉碾娊^緣薄膜，但是這種薄膜應(yīng)當(dāng)具有良好的導(dǎo)熱性。另外，加熱電阻32、74最好是固定在基底22的分開裝配的形式，但是作為替代也可以絲網(wǎng)印刷在基底22上，在這種情況下熱電偶44、56、76放在加熱電阻的上面但是與其電絕緣。另外，如上所述，建議加熱電阻32是實質(zhì)上相同的并且等間隔布置，但這不是強(qiáng)制性的。作為替代，各個電阻的數(shù)值可以不同，以產(chǎn)生比圖3所示的更線性的關(guān)系，和/或如果需要，它們之間的間隔可以不同，以在特定的液面范圍產(chǎn)生更高的分辨率。
還應(yīng)該注意，雖然圖2所示的傳感器的右端浸在液體中，導(dǎo)線從其上端延伸，但是這個裝置可以顛倒，這樣電源和信號傳導(dǎo)線從其下部向外延伸，但在這種情況下必須重新定位壓力傳感電路以保持它在液面上方。有可能需要進(jìn)行這種布置，以避免導(dǎo)線作為液體繩引導(dǎo)液體向下流過印刷電路板12。本發(fā)明的傳感器可以適當(dāng)?shù)刂卧谌缟纤龅囊惑w形成或單獨(dú)形成的容器內(nèi)，或者作為替代，如果需要，對于給定情況它可以打開地支撐在所需的容納液體的液體罐內(nèi)。
在一些情況下，可能需要僅僅將傳感器本身放置在液體容器內(nèi)，而將電源和信號調(diào)節(jié)部分放置在一個遠(yuǎn)程位置。因此，在圖6中示出了總體以96表示的本發(fā)明的另一個實施例。傳感器96包括延長的基底98，在基底98上安裝有加熱電路100和熱電偶電路102。
加熱電路100包括一對適配電源可以連接到其上的輸入端104、106，不言而喻，電源能夠如上所述精密調(diào)節(jié)動力供應(yīng)。在此實施例中，單獨(dú)的加熱電阻由在接點110和112之間延伸的適當(dāng)?shù)碾娮杓訜峋€108代替。銅和具有高導(dǎo)電性的其它類似材料可以用來制造在接點110和112以及相關(guān)端子104和106之間的延伸導(dǎo)線。
熱電偶電路102包括第一端子114，銅導(dǎo)線116從第一端子114延伸到第一熱熱電偶118?？邓固苟?dǎo)線120從第一熱熱電偶118穿過基底98橫向延伸到第一冷熱電偶122。然后另一銅導(dǎo)線124對角穿越基底98的寬度延伸到第二熱熱電偶126，康斯坦丁導(dǎo)線128從第二熱熱電偶126橫向穿過基底98延伸。正如上面參考印刷電路板12所說明的那樣，將這種結(jié)構(gòu)重復(fù)所需次數(shù)，以提供所需數(shù)量的沿著基底98間隔排列的串行連接的熱電偶對。然后銅導(dǎo)線130從最低的熱電偶縱向沿著基底98延伸到與端子114相鄰的第二端子132，以完成該電路。然后將適當(dāng)?shù)膶?dǎo)線連接到端子114和132，以將合成信號傳送到一個遠(yuǎn)程位置。如果需要，可以在基底98的一端或者兩端提供適當(dāng)?shù)纳崞?，如上所述它們具有良好的熱關(guān)系，但是與冷熱電偶行電絕緣。另外，如果需要，可以在加熱線118下方的熱熱電偶覆蓋在其上的一個點放置銅襯墊。另外，在熱熱電偶118、126和加熱線108之間將放置適當(dāng)?shù)碾娊^緣導(dǎo)熱材料，以防止它們之間短路。加熱線108也可以網(wǎng)印在它上面。作為替代，可以使用離散的加熱電阻代替加熱線108。如果需要，還可以在基底98上提供如上所述的壓力傳感電路。
傳感器98的工作實質(zhì)上與上面關(guān)于印刷電路板12說明的相同。另外，如上所述的各種可選特征和修改同樣也可以適用于傳感器96。
現(xiàn)在參見圖7和圖8，以134示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。除了下面的例外，電路板或者傳感器134類似于電路板12。用于調(diào)節(jié)和/或放大來自液面?zhèn)鞲袩犭娕嫉男盘柕牡谝恍盘栒{(diào)節(jié)電路136位于基底138的一側(cè)141，用于調(diào)節(jié)和/或放大來自壓力傳感熱電偶的信號的第二信號調(diào)節(jié)電路140位于基底138的相反一側(cè)142。另外，形成壓力傳感電路的加熱電阻144、熱熱電偶146和冷熱電偶148也位于基底138的一側(cè)142。此外，在這個實施例中不包括與各個加熱電阻32和74相關(guān)的銅襯墊58和80。最后，電路板134不集成一個完整穩(wěn)壓電源，而是由一個遠(yuǎn)程穩(wěn)壓電源提供動力供應(yīng)。電路板134的剩余部分實質(zhì)上與電路板12的相應(yīng)部分相同，因此它的相應(yīng)部分由最初的相同標(biāo)號表示。電路板134的工作在所有的其它方面實質(zhì)上與在上面參考電路板12描述的工作相同，并且上面討論的各種選擇和修改可以集成到傳感器134。
如圖9所示，可以包括任何一種上面說明的電路板的傳感器10很適合在封閉式壓縮機(jī)150中使用。壓縮機(jī)150包括外殼152，在外殼152內(nèi)放置了電動壓縮機(jī)組件154和在外殼152下部的油箱156，油箱156用于提供油來潤滑電動壓縮機(jī)組件154。傳感器10固定到電動壓縮機(jī)組件154，并且使其顯著地浸入到油箱156容納的油中，并且因此提供指示油箱156內(nèi)的油位的信號。應(yīng)該注意，如果需要，傳感器10可以連接到一個適當(dāng)?shù)倪h(yuǎn)程裝置，以響應(yīng)外殼152內(nèi)的油面已經(jīng)降低到預(yù)定的最小值的指示，發(fā)出告警聲音或者斷開壓縮機(jī)電源，或者同時發(fā)出告警聲音和斷開壓縮機(jī)電源。另外，也可以利用傳感器10指示液面超出預(yù)定的最大值，以及執(zhí)行上述類似或者相同的功能。
現(xiàn)在可以理解，本發(fā)明的液面?zhèn)鞲衅魈峁┝讼鄬唵蔚暮涂煽康挠糜诖_定事實上任何液體罐內(nèi)的液面的裝置。優(yōu)于加熱電阻和傳感電路彼此獨(dú)立，本發(fā)明的液面?zhèn)鞲衅骺梢蕴峁┮好娴某掷m(xù)監(jiān)控。這種傳感器很適合于經(jīng)濟(jì)型制造和空間有限的情況。此外，這種傳感器可以使用寬范圍的分辨率檢測液面，甚至可以在要檢測的液面范圍的特定部分增加分辨率。
雖然為了說明本發(fā)明的上述優(yōu)點和特征公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是可以理解，在不背離本發(fā)明的適當(dāng)范圍或附加權(quán)利要求的清楚含意的情況下，可以對本發(fā)明進(jìn)行改進(jìn)、變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種液面?zhèn)鞲衅鳎ň哂锌v軸的基底；以縱向間隔關(guān)系位于所述基底一側(cè)的多個第一熱電偶；以彼此縱向間隔關(guān)系位于所述基底的所述一側(cè)的多個第二熱電偶，所述多個第二熱電偶的每個熱電偶和所述多個第一熱電偶的每個熱電偶橫向間隔；所述第一和第二熱電偶交錯互連；用于增加所述多個第一熱電偶的每個熱電偶的溫度的熱源；所述傳感器適合于位于容納一定量液體的液體罐內(nèi)并使基底部分地浸入所述液體中，以使所述多個第一和第二熱電偶配合生成指示所述液體罐內(nèi)的液面的信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液面?zhèn)鞲衅?，其中所述多個第二熱電偶生成指示環(huán)境溫度的補(bǔ)償信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液面?zhèn)鞲衅?，其中所述多個第一熱電偶生成第一極性的信號，而所述多個第二熱電偶生成相反極性的信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液面?zhèn)鞲衅?，其中所述熱源包括多個間隔排列的加熱器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的液面?zhèn)鞲衅鳎渲兴黾訜崞靼x散的電阻器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液面?zhèn)鞲衅?，其中所述傳感器包括串?lián)連接的用于生成指示所述液體罐內(nèi)壓力的信號的第三和第四熱電偶。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的液面?zhèn)鞲衅鳎M(jìn)一步包括對第三熱電偶加熱的熱源。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液面?zhèn)鞲衅?，進(jìn)一步包括傳遞所述多個第二熱電偶熱量的散熱器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液面?zhèn)鞲衅?，進(jìn)一步包括用于向所述熱源提供電能的穩(wěn)壓電源。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的液面?zhèn)鞲衅?，其中所述電源位于所述基底上?br> 11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液面?zhèn)鞲衅?，其中將來自所述熱電偶的所述信號提供給信號調(diào)節(jié)電路。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的液面?zhèn)鞲衅?，其中所述信號調(diào)節(jié)電路包括放大器。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的液面?zhèn)鞲衅?，其中所述信號調(diào)節(jié)電路位于所述基底上。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液面?zhèn)鞲衅?，進(jìn)一步包括一個用于防止液體濺濕所述傳感器的護(hù)罩。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的液面?zhèn)鞲衅鳎渲兴鲎o(hù)罩包括一個容器，所述基底支持在所述容器內(nèi)，所述容器支持在所述液體罐內(nèi)并使基底部分地浸入所述液體中。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的液面?zhèn)鞲衅鳎渲兴鋈萜髟谒南噜彽南喾炊司哂虚_口，從而使所述液體可以流入和流出所述容器。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液面?zhèn)鞲衅?，其中所述對的所述多個第一和第二熱電偶的所述相應(yīng)熱電偶沿著通常平行于所述液體表面的直線延伸。
18.一種液面?zhèn)鞲衅鳎ň哂锌v軸的基底；以縱向間隔關(guān)系位于所述基底一側(cè)的多個第一熱電偶；以彼此縱向間隔關(guān)系位于所述基底的所述一側(cè)的多個第二熱電偶，所述多個第二熱電偶的每個熱電偶和所述多個第一熱電偶的每個熱電偶橫向間隔；所述第一和第二熱電偶交錯互連；用于增加所述多個第一熱電偶的每個熱電偶的溫度的熱源；和位于所述基底上所述多個第二熱電偶附近的散熱器；所述傳感器適合于位于容納一定量液體的液體罐內(nèi)并使所述傳感器部分地浸入所述液體中，以使所述多個第一和第二熱電偶配合生成指示所述液體罐內(nèi)的液面的信號。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的液面?zhèn)鞲衅?，其中所述多個第一熱電偶的每個熱電偶在其位置高于所述液體的表面時生成第一尺度信號，當(dāng)其位置低于所述液體的所述表面時生成第二尺度信號，所述第一和第二尺度信號之和指示所述液體罐內(nèi)的液面。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的液面?zhèn)鞲衅鳎渲兴龆鄠€第二熱電偶生成指示所述容器內(nèi)的環(huán)境溫度的信號。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的液面?zhèn)鞲衅?，其中所述第一尺度信號大于所述第二尺度信號?br> 22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的液面?zhèn)鞲衅?，其中所述散熱器位于所述基底的相對一?cè)。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的液面?zhèn)鞲衅?，進(jìn)一步包括封裝所述傳感器的導(dǎo)熱電絕緣涂層。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的液面?zhèn)鞲衅鳎渲兴鐾繉硬徽此鲆后w的液滴。
25.根據(jù)權(quán)利要求18所述的液面?zhèn)鞲衅?，其中所述熱源包括一個延長的電阻加熱器。
26.一種用于確定沿著其長度的液面的液面?zhèn)鞲衅鳎ㄉ扉L的襯底；以縱向間隔關(guān)系位于所述基底上的多個第一熱電偶；以縱向間隔關(guān)系位于所述基底上的多個第二熱電偶，所述多個第二熱電偶的每個熱電偶和所述多個第一熱電偶的每個熱電偶橫向間隔；所述第一和第二熱電偶交錯互連；多個加熱元件，所述多個加熱元件的各個加熱元件位于所述多個第一熱電偶的各個熱電偶附近；當(dāng)所述基底至少部分地浸入所述液體時，所述多個第一和多個第二熱電偶配合生成指示沿著所述基底長度的液面的信號。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的液面?zhèn)鞲衅?，其中所述傳感器適合于以所述基底的縱軸沿著所述液面變化的方向延伸的方式放置在所述液體罐內(nèi)。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的液面?zhèn)鞲衅?，進(jìn)一步包括一個護(hù)罩，所述護(hù)罩可以減弱所述基底周圍區(qū)域中的所述液體的晃動，從而使錯誤的液面誤差最小。
29.根據(jù)權(quán)利要求26所述的液面?zhèn)鞲衅?，其中所述多個第一熱電偶位于一個縱向延伸的行上，所述行的長度等于或者大于待測液面的所需變化范圍。
30.根據(jù)權(quán)利要求26所述的液面?zhèn)鞲衅?，其中所選擇的所述加熱元件能將熱量傳導(dǎo)到所述多個第一熱電偶的每個熱電偶并且和它們電絕緣。
31.根據(jù)權(quán)利要求26所述的液面?zhèn)鞲衅?，其中所述傳感器包括串?lián)連接的用于生成指示所述液體罐內(nèi)壓力的信號的第三和第四熱電偶。
32.根據(jù)權(quán)利要求26所述的液面?zhèn)鞲衅?，進(jìn)一步包括對所述第三熱電偶具有加熱關(guān)系的熱源。
33.一種用于提供所述傳感器浸沒在其中的液體的液面指示信號的液面?zhèn)鞲衅鳎ň哂猩隙撕拖露说纳扉L的基底；沿著所述基底的長度間隔排列的一系列第一熱電偶；沿著所述基底的長度間隔排列的一系列第二熱電偶，所述一系列第二熱電偶的每個熱電偶和所述一系列第一熱電偶的每個熱電偶橫向間隔；所述一系列第一和第二熱電偶交錯互連；從鄰近的所述基底下端延伸到位于最接近所述基底上端的所述一系列第一熱電偶之一的第一電導(dǎo)線，和從鄰近的所述基底下端終止在位于最接近所述基底下端的所述一系列第二熱電偶之一的第二電導(dǎo)線；和用于加熱所述一系列第一熱電偶的每個熱電偶的熱源，所述熱源具有位于臨近所述基底下端的電連接，所述一系列第一和第二熱電偶配合提供所述基底浸沒在其中的液體的液面的信號指示；連接到所述基底上的所述電連接以給所述熱源提供電源的電源導(dǎo)線，以及電連接到所述第一和第二電導(dǎo)線用于向遠(yuǎn)程指示器傳送所述信號的信號傳送導(dǎo)線，所述電源導(dǎo)線和所述信號傳送導(dǎo)線從所述基底延伸，從而避免將液體傳遞到所述基底的高出液面的部分。
34.一種用于提供所述傳感器浸沒在其中的液體的液面指示信號的液面?zhèn)鞲衅?，包括伸長的基底；以縱向間隔關(guān)系位于所述基底上的多個第一熱電偶；以彼此縱向間隔關(guān)系位于所述基底上的多個第二熱電偶，所述多個第二熱電偶的每個熱電偶和所述多個第一熱電偶的每個熱電偶橫向間隔；所述第一和第二熱電偶交錯互連；用于增加所述多個第一熱電偶的每個熱電偶的溫度的熱源；覆蓋在所述多個第一和第二熱電偶和所述熱源上的涂層，所述涂層不沾高于所述傳感器浸沒在其中的液體的液面的液體，所述多個第一和第二熱電偶配合提供所述傳感器浸沒在其中的液體的液面的精確信號指示。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改進(jìn)的液面?zhèn)鞲衅?，其中提供了簡單和可靠的用于?zhǔn)確確定液體罐內(nèi)液體液面的裝置。本發(fā)明的傳感器使用了多個以對的形式分組的熱電偶(44、56)，它們沿著通常在液體液面變化的方向延伸的直線間隔排列。每一對的第一熱電偶相對靠近用電提供能量的加熱器(32)，而每一對的第二熱電偶和加熱器間隔開。熱電偶串聯(lián)連接，并生成直接指示沿著傳感器的液體液面的信號。另外，在該液面?zhèn)鞲衅髦羞€可以集成一個壓力傳感電路(28)。
文檔編號G01F15/02GK1496477SQ02806441
公開日2004年5月12日 申請日期2002年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月15日
發(fā)明者伯爾德·齊默曼, 大衛(wèi)·W·雷諾茲, 理查德·E·韋爾奇, 漢克·E·米勒, E 韋爾奇, E 米勒, W 雷諾茲, 伯爾德 齊默曼 申請人:熱力蒂思科有限公司