傳感裝置的製作方法

2023-05-21 11:46:26

專利名稱：傳感裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及按專利權利要求1前序部分所述的傳感裝置。
由US 4646070已知一種用於在內燃機中確定潤滑油老化狀況的裝置，該裝置藉助於一電容式傳感器，傳感器的電極測量腔充填潤滑油，測定潤滑油的電介質常數並由此導出有關老化狀況的信息。
由US 4 629334已知一種傳感裝置，其中，通過測量處於電傳感器電極之間的油的電阻，推斷出油的老化狀況。通過藉助於一個組合在一起的溫度傳感器同時測量溫度，可以補償潤滑油電阻受溫度的影響。除此之外在電的數據處理裝置中還設有一檢測器，當傳感器電極之間設有導電的潤滑油時它發出一個報警信號。
電傳感器還已知用於測量容器中的液體液位，例如US 4745893，在那裡局部充填液體的電容器的電容作為評估液位的度量。
本發明的目的是提供一種優越的傳感裝置，用於確定容器中的液體狀態和液位。
本發明在專利權利要求1中說明。從屬權利要求包含了本發明的有利的設計和改進。
本發明提供了一種裝置，其結構緊湊，並可以簡便的方式可靠測量容器內液體的質量和液位。此裝置在機械和電氣方面均可設計得簡單、耐用，並因而特別適合在汽車發動機中使用。
下面藉助附圖表示的實施例更詳細地說明本發明。其中

圖1傳感裝置的優選實施形式；圖2另一種可供選擇的實施形式。
在圖1概略表示的裝置中，外殼G內裝有第一傳感器和第二傳感器，前者有一外部電極A1和一內部電極B1，後者有一外部電極A2和一內部電極B2。這些電極是同軸設置的圓柱管，並在電極之間構成了第一傳感器的第一測量腔M1和第二傳感器的第二測量腔M2。這些管可由金屬製成，或也可由表面噴鍍金屬的塑料製成。
外部電極A1和A2最好電連通並構成一根統一的連續管，它固定地埋入外殼G內。內部電極B1和B2通過非導電材料最好是塑料制的定距器D1、D2、D3，相互之間並相對於外部電極絕緣以及在幾何尺寸上固定。定距器D1、D2、D3最好與內部電極B1、B2一起構成一個牢固組合和封閉的結構整體，它可自動調整式地插在外殼和外部電極內，並例如通過保險墊片或卡圈S固定。
在此概略表示的例子中，下定距器D1定心地插入外殼G底部的槽內，中部定距器D2通過多個沿其圓周分布的定位舌使內部電極在外部電極內定心，以及，上定距器D3使內部和外部電極相互之間以及在外殼內定心和固定，並使外殼內部向上封閉。在外殼上邊緣制有固定法蘭F。為了與數據處理裝置電連通，電纜K插入上定距器D3的孔內，並例如通過粘結或焊接封閉和固定。為了向第一傳感器內部電極B1供電，在中部定距器中制一孔。可例如通過夾緊式地裝入彈簧觸頭實施電觸點接通。
在第二傳感器的外部電極A2與外殼壁之間，如示意表示的那樣，可設一輔助腔R。外殼內部通過一個或多個在外殼下邊緣處按相連管類型的孔Z，與容器內的液體連通。如果通過管、軟管、通道等類似的連接裝置將容器內的液位與傳感器外殼內的液位連通，那麼此傳感器外殼也可以在空間上遠離容器設置。孔Z可以設一安全網以防顆粒汙染。一個顆粒濾網的功能也可以通過將外殼和/或定距器的結構設計為，使有效的流通截面由許多小截面的孔構成來承擔。在測量腔M2和輔助腔R上端部的通風口L，保證液體進口和出口沒有壓差。
第二傳感器的測量腔M2以及可能存在的輔助腔R，最好只能通過第一傳感器的測量腔M1與容器液體連通，所以在液面改變時保證新的容器液體按規定流入第一傳感器的測量腔M1。為此，在兩個外部電極A1、A2用連續管時，在第一傳感器上方制有通孔P。其水平截面積最好大於測量腔M1的輔助腔R，即使在容器液體液位變化較小時也能引起通過測量腔M1的液體流量，通常這一流量超過測量腔M1的容積，並因而導致在M1中液體按規定交換。相比之下，測量腔M2的截面可能受測量方法，尤其是電容式測量的限制。
在確定測量腔M2和輔助腔R的容積時最好能與第一測量腔M1和孔Z的流動截面調諧成，能阻尼掉短時的液位波動。取代這一做法或除此之外附加地，也可以在數據處理時通過電子裝置實施對這種液位波動的補償。
下面作為最佳應用場合，使用此傳感裝置作為在內燃機中的潤滑油傳感器。
此裝置的尺寸最好這樣設計，即，在正常工作時第一傳感器下部的第一測量腔M1內充滿潤滑油，而第二傳感器的上部的第二測量腔M2局部充填潤滑油。
因此，測量的第一傳感器阻抗提供了一個與液位無關的測量值，由這一測量值通過與儲存的或作為門檻值調整好的例如通過測量新油獲得的基準值進行比較，可以導出作為評價油老化度和質量的狀態信號。
第二傳感器的阻抗主要取決於實際液位，以及在較小的程序上取決於油的狀態。由第一傳感器測得的阻抗值用來校準第二傳感器測得的阻抗值，因此，在液位測量時因老化引起潤滑油電的或電介的特性改變的影響可以得到補償。
藉助於一個能方便地組合在一起的溫度傳感器，最好組合在電極B1內，此傳感裝置可補充用於測量溫度作為另一個工作參數。因此，必要時還可以補償在阻抗值中的溫度影響。
在結構高度較小的發動機中，僅用於確定與液位無關的油的質量的第一傳感器，可能需要降低第一傳感器的高度，這種高度的降低導致能測得的阻抗值很小並因而給測量技術帶來困難。在這種情況下為了得到改善，整個要檢測的液位範圍不是由上部第二傳感器覆蓋，而是用下部的第一傳感器既在測量腔M1全部充滿時確定油的質量，又在測量腔M1隻是局部充填時識別較低的液位。
當第一傳感器的測量腔M1完全充滿潤滑油時，下部的第一傳感器的阻抗測量值便只是為了確定質量和作為校驗基準進行評估。當例如由第二傳感器的阻抗值可以確定在第二傳感器測量腔M2中至少存在少量的潤滑油時，便可認為是這種情況。在這種情況下測得的第一傳感器阻抗值，作為油的質量的狀態信號和作為校驗基準儲存起來。此儲存值用新的測量腔M1完全充滿時適用的第一傳感器阻抗值作為當前值。藉助於此儲存的阻抗值，可以由只是局部充填的第一腔的阻抗值確定液位。最好將第一和第二傳感器的分界縫能安排在這樣的高度，即，這一高度相應於在潤滑油加油量最小和發動機轉速最高時油池內的油位。在正常工作狀態，如已經詳細說明的那樣，下部的第一傳感器提供質量信號，上部的第二傳感器提供液位信號。在由於潤滑油量不斷減少和/或在極端的工作狀態下油位降低到低於分界縫的高度時，由所測得的第一信號的阻抗值可以獲得一個低液位信號。這一狀態也可用來作為潤滑油補充指示信號的判據，或作為潤滑油損失警報信號的觸發器。
為了在電容測量時獲得高的測量精度，這兩個傳感器最好有相同的電容量，並因而可以最佳地利用設在下遊的電子設備的測量範圍。尤其具有重要意義的是，這兩個傳感器通過一個多路傳輸線路在時間上交替地與一個公共的數據處理電子設備連接。
要達到這一點可通過在橫截面尺寸相同時有類似的結構高度，或在結構高度差別很大時通過採用不同的橫截面尺寸。
根據第一傳感器與液位無關的阻抗值校準第二傳感器的阻抗值，可通過採用藉助於適當設計在液位/阻抗特徵曲線中的不連續性的自校準式第二傳感器得到支持或代替。為此，例如在傳感器的其中一個電極上加工凹口、刻槽等，在液位連續改變時，它們引起信號隨時間變化過程的躍變，這一躍變例如可以藉助一微分級檢測。於是，此當前的阻抗值可配屬於一個相應於凹口等位置的確定的液位，由此提供了校準的可能性。可以設計為具有多個記號的實施形式，這些記號例如與最大液位或最小液位相連繫。
在圖2中示意表示了與圖1中概略表示的兩個上下設置的傳感器裝置不同的設計。在這裡這兩個傳感器通過同一個電極配置來實現，它們在分時多路傳輸中一方面作為測量與液位無關的質量的第一傳感器，另一方面用作液位測量的第二傳感器。為此，具有例如仍可設計為彼此相套的圓柱體的電極A3、B3的測量腔M3，為了液位測量，按照連通管的方式經設在傳感器底部的孔Z，與油的容器相連，並在阻抗測量時提供一個取決於液位的信號(圖2a)。為了進行與液位無關的阻抗測量(圖2b)，通過附設的進口O例如藉助於油泵將油從液位上方加到測量腔M3中，直至溢流口U，然後測量傳感器阻抗。下部測量腔孔限制流量的尺寸設計，保證測量腔方便地充滿。為了重新測量液位，關閉附加的潤滑油進口，並經過傳感裝置底部的孔流出潤滑油，從而在測量腔內形成容器液位。此附加的潤滑油進口可例如通過閥或活門打開或關閉，它們的操縱例如通過雙金屬元件或記憶金屬元件溫度控制地實現。由在從質量檢測到液位檢測過渡過程中潤滑油的流出特性或由相關的傳感器阻抗的時間曲線，可以導出有關油的質量狀態的其它信息。與液位無關的測量仍可用於確定質量和用於液位測量的校準。
測量阻抗已知各種方法，尤其是通過電導率和電容確定。
電極本身可有任何形式，尤其可設想在絕緣基質上的產叉梳狀結構(Interdigitalstrukturen)。除了已說明的傳感器之外，此裝置還可包括一個單獨的極限值傳感器，它只是在一個特別低的液位檢測油是否存在。
權利要求
1.確定容器內液體狀態的傳感裝置，有一個第一傳感器，第一傳感器有構成充填液體的第一測量腔(M1)的電極(A1、B1)，以及有測量第一傳感器阻抗和導出狀態信號的電裝置，其特徵為有一個第二傳感器，它有構成第二測量腔(M2)的電極(A2、B2)，第二傳感器作為液位傳感器具有取決於容器中的液位局部充填液體的測量腔；電裝置由測得的第二傳感器的阻抗導出液位信號，所測得的第一傳感器的阻抗用來校準第二傳感器的阻抗測量；以及，第二傳感器的測量腔經由第一傳感器的測量腔，通過設在第一傳感器底部的孔(Z)，與容器中的液體連通。
2.按照權利要求1所述的傳感裝置，其特徵在於一個輔助腔(R)，它經由第一傳感器的測量腔與液體連通，以及它的位置高於第一傳感器測量腔。
3.按照權利要求2所述的傳感裝置，其特徵為輔助腔的水平截面大於第二傳感器測量腔的水平截面。
4.按照權利要求1至3之一所述的傳感裝置，其特徵為傳感器分別由同軸的圓柱電極組成。
5.按照權利要求4所述的傳感裝置，其特徵為這兩個傳感器有一個公共的外部圓柱電極和獨立的沿軸向前後設置的內部圓柱電極。
6.按照權利要求5所述的傳感裝置，其特徵為內部圓柱電極與絕緣體一起設計為一個可插入外部電極中的結構組件。
7.按照前列諸權利要求之一所述的傳感裝置，其特徵在於作為潤滑油傳感器使用在發動機中。
全文摘要
建議了一種傳感裝置,用於藉助於阻抗測量確定容器中的液體質量和液體的液位,其中,為確定質量所測量的值,同時用作液位測量校驗的基準。此裝置可以設計得既簡單又耐用。
文檔編號G01N27/02GK1179828SQ96192924
公開日1998年4月22日 申請日期1996年3月6日 優先權日1995年3月29日
發明者曼弗萊德·克萊因, 安東·克諾爾, 克勞斯·蘭德, 魯道夫·湯姆, 哈拉爾德·奧特 申請人:戴姆勒－奔馳公司