измеритель топлива в баке транспортного средства

Формула изобретения

Измеритель топлива в баке транспортного средства, содержащий щуп с рабочей частью, вводимой в бак, отличающийся тем, что дополнительно введен датчик касания с поверхностью топлива, образованный из щупа и датчика давления, причем в качестве щупа применена трубка, датчик давления расположен на свободном конце трубки, а между датчиком и рабочим торцом щупа размещена направляющая перемещения щупа с возможностью задания, по меньшей мере, трех направлений перемещения щупа.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике, конкретно к средствам определения количества топлива в баке транспортного средства. Это изобретение может найти применение на автопредприятиях для измерения остатков топлива в баках транспортных средств, для контрольного измерения израсходованного топлива за конкретную поездку, а также для проверки уровня заправки топливом бака на бензоколонках.

Известно, что большинство автомобилей оборудовано широко известными поплавковыми датчиками - измерителями топлива в баке. Эти измерители встроены в машину. Поплавок в баке плавает по поверхности топлива и через рычаг смещает полозок на резисторе или на рейке, расположенной вне бака (см., например, Игнатов А.П., Новокшонов К.В., Пятков К.Б. "Цветной иллюстрированный альбом ВАЗ 2106-2103. Устройство и эксплуатация", изд. «Третий Рим", 2003 г., с.14).

Недостатком этого датчика является невысокая точность измерения топлива (см., например, Тимофеев Ю.Л., Тимофеев Г.Л., Ильин Н.М. "Электрооборудование автомобилей. Устранение и предупреждение неисправностей", изд. «Транспорт", 2000 г., с.243-244). Поэтому существует множество устройств, позволяющих повысить точность измерений.

Известно авторское свидетельство СССР №212075, М. кл². 63с 74; 42у33, опубл. 19.11.1968, выданное на изобретение «Измеритель количества топлива в баке автомобиля». Этот измеритель количества топлива в баке автомобиля содержит основание со смонтированными на нем устройством отсчета показаний и У-образной, заполненной жидкостью, трубкой из прозрачного материала, соединенной гибким трубопроводом с вводимым внутрь бака наконечником. Особенностью этого известного измерителя является то, что устройство отсчета показаний выполнено в виде поворотно-установленного в кронштейнах основания многогранного барабана, на гранях которого нанесены соответствующие шкалы.

Такое конструктивное выполнение позволяет замерять количество топлива в баках различных типов автомобилей по соответствующей шкале барабана. Между гибким трубопроводом и наконечником установлен разобщительный кран. Это дает возможность, перекрывая кран, фиксировать показания измерителя после извлечения наконечника из бака. Трубка заполнена жидкостью, например жидким топливом, поверх которого залито не растворимое в нем масло, а гибкий трубопровод и наконечник заполнены воздухом. На основании с помощью кронштейна установлен многогранный барабан. На каждой его грани нанесена шкала, отградуированная в единицах количества топлива в баке соответствующего типа автомобиля. Для поворота барабана на верхнем конце оси предусмотрена рукоятка. Основание измерителя закрепляют в вертикальном положении около поста замера количеств топлива. Перед замером кран открывают. В гибком шланге устанавливается атмосферное давление, а жидкость в коленах трубки занимает одинаковый уровень. После этого наконечник вводят через горловину или предназначенное для этого отверстие в бак и погружают в топливо. Гидростатическое давление топлива, пропорциональное его уровню в баке, вызывает соответствующее изменение уровня жидкости в трубке. После того, как уровень в трубке установился, перекрывают кран и вынимают наконечник из бака. По этому наконечнику с помощью делений на барабане устанавливают уровень топлива в баке.

Однако это известное изобретение обладает существенными недостатками, которые заключаются в конструктивной сложности устройства и в низкой точности определения уровня топлива в баке.

Известно старое и давно используемое мерное устройство по определению топлива в баке транспортного средства. Таким устройством является щуп. Он представляет собой стержень или линейку, имеющую на одной или на двух сторонах мерные риски. Причем обычно используют щуп в виде трехгранного или четырехгранного либо круглого стержня, на поверхности которого нанесены соответствующие мерные деления. При этом для ввода щупа в бак используют горловину бака или ее пробку, служащие направляющими перемещения щупа относительно горловины бака (см. Дунаев П.Ф. «Конструирование узлов и деталей машин», изд. 3-е, перераб. и доп., М., «Высшая школа», 1978, с.112-113).

Это известное техническое решение выбирается в качестве прототипа, так как имеет с заявляемым изобретением наибольшее число общих существенных признаков и решает аналогичную с ним задачу.

Прототип представляет устройство, имеющее простую конструкцию и независимое удобное применение. Однако прототип имеет существенные недостатки, а именно с его помощью нельзя измерять топливо во всех транспортных средствах и он имеет узкую сферу применения. Данные недостатки обусловлены тем, что конструкция щупа предусматривает механическое его введение в бак до соприкосновения с дном бака и определение по щупу уровня топлива в баке от дна бака до поверхности топлива.

Задачей настоящего изобретения является создание нового измерителя топлива в баке транспортного средства, который был бы прост в обращении, позволял бы получать данные с высокой точностью измерения, был бы универсальным в применении и не зависимым от работы агрегатов проверяемого транспортного средства.

Поставленная задача решена следующим образом. В известный измеритель топлива в баке транспортного средства, содержащий щуп с рабочей частью, вводимой в бак, согласно настоящему изобретению дополнительно введен датчик касания с поверхностью топлива, образованный из щупа и датчика давления, причем в качестве щупа применена трубка, датчик давления расположен на свободном конце трубки, а между датчиком и рабочим торцом щупа размещена направляющая перемещения щупа с возможностью задания, по меньшей мере, трех направлений перемещения щупа.

Такое новое техническое решение всей своей совокупностью существенных признаков позволяет создать высокоточный и простой в обращении измеритель топлива в баке транспортного средства. При этом сохраняется традиционный механический принцип действия мерного щупа. Одновременно он может быть автоматизирован.

Это обусловлено тем, что в измеритель топлива в баке транспортного средства, имеющий щуп, введен еще датчик касания поверхности топлива. Кроме того, датчик касания образован из щупа и датчика давления, при этом в качестве щупа применена трубка, а датчик давления расположен на свободном его торце. Более того, на щупе расположена направляющая его перемещения, выполняющая функцию точки отсчета перемещения щупа в бак относительно его горловины.

Таким образом, при измерениях не требуется опускать щуп до дна бака, а достаточно зафиксировать его касание с поверхностью топлива. Момент касания может быть отмечен световым сигналом. Причем щуп с датчиком давления (датчик касания поверхности топлива) и электронная его часть непосредственно не соприкасается с топливом. Поэтому предлагаемое устройство абсолютно безопасное.

По сравнению с прототипом заявляемое техническое решение обладает существенными отличиями, которые заключаются в том, что измерение осуществляется не от дна бака до поверхности топлива, а от поверхности топлива до горловины бака, что повышает точность измерения, сокращает время измерения и делает предлагаемое устройство универсальным и независимым в применении.

Проведенный заявителем патентно-информационный тематический поиск показал, что заявляемая совокупность существенных отличительных признаков неизвестна. Поэтому с учетом ранее отмеченных отличительных признаков по сравнению с прототипом и результатами патентно-информационного тематического поиска заявляемое изобретение можно считать новым.

Предлагаемое измерение топлива в баке транспортного средства обладает изобретательским уровнем, так как заявляемое техническое решение для специалиста средней квалификации логически не следует из известного уровня техники, а скорее противоречит сложившейся в нем тенденции развития измерителей топлива в баке транспортного средства. Так, например, известно авторское свидетельство №295373, выданное на «Датчик топливомера», МКИ ⁷ B64D 37/28; G01F 23/62, опубл. 2004.10.27, а заявлено - 1969.09.22. В нем используется трубка, по которой скользит поплавок с магнитом. Трубку погружают в баке и в его топливо, причем трубку погружают до дна бака. Известно авторское свидетельство №800657, «Поплавковый уровнемер», М.Кл³ G01F 23/12, опубл. 30.01.81. В этом изобретении используется трубка с поплавковым элементом, снабженным магнитом. Трубку помещают в резервуар с топливом до его дна. Известен патент РФ №2262084 «Резонансный акустический уровнемер», МКИ⁷ G01F 23/28; G01F 23/296, опубл. 2005.10.10. В этом изобретении все аналогично. Трубку опускают до дна резервуара в топливо, находящееся в нем. Определение уровня топлива ведут по мерным отрезкам трубки, в которых установлены соответствующие датчики. Причем определение уровня топлива ведут от дна резервуара до поверхности топлива в нем.

Таким образом, в известном уровне техники упомянутые измерители топлива в баке транспортного средства построены на использовании постоянных (встроенных в транспортное средство) мерительных средств, в частности трубки в качестве щупа, которую размещают в баке или резервуаре. Эту трубку оснащают всевозможными датчиками. Трубку устанавливают с упором в дно бака или резервуара. Определение уровня топлива или жидкости в баке или резервуаре ведут от дна до поверхности жидкости или топлива, которая замыкает соответствующие контакты на трубке.

Известно изобретение «Устройство для измерения уровня жидкости в емкости транспортного средства» по авторскому свидетельству СССР №657262, М.кл⁴ G01F 21/28, опубл. 15.04.75. В этом изобретении есть датчик давления столба жидкости. Столб жидкости пропорционален уровню топлива в баке. При измерении уровня топлива в баках транспортных средств на точность измерения сильно влияют поперечные и продольные крены бака, поскольку в этом случае давление столба жидкости и ее уровень относительно разных точек днища в каждый момент времени различны и погрешность измерения становится тем больше, чем больше угол отклонения бака от нормального положения. При различных углах наклона бака расстояние Н между днищем бака и поверхностью жидкости, т.е. длина перпендикуляра, восстановленного к плоскости днища, остается неизменным только в центре тяжести плоского днища (как геометрической фигуры), для всех остальных точек днища эта величина переменна, давление Р в точке Т определяется высотой Ti столба жидкости. Высота Н столба является функцией угла наклона бака.

В заявляемом измерителе топлива в баке транспортного средства ситуация обратная. Со щупом используют датчик касания поверхности топлива, что позволяет определять уровень топлива в баке от горловины бака до точки касания торца щупа с поверхностью топлива. Таким образом, с одной стороны, использован известный принцип механического опускания в бак щупа и применение датчика, а с другой стороны, используют датчик касания поверхности топлива, а щуп опускают в бак только до касания поверхности топлива. Определение уровня топлива ведут от поверхности топлива в баке до горловины бака. Кроме того, направление перемещения щупа в бак задают с помощью направляющей и с ее же помощью создают точку отчета его перемещения относительно горловины бака. В результате путем изменения направления перемещения щупа в бак можно установить уровень и количество топлива при перекосе машины на стоянке с высокой точностью. Более того, щуп с датчиком касания поверхности топлива в баке и с направляющей перемещения щупа относительно горловины бака позволяет применять заявляемый измеритель для любых транспортных средств.

Необходимо отметить, что направляющая, установленная на щупе, может быть снабжена датчиком перемещения. Он, как и датчик давления, используемый со щупом, может быть подключен к компьютеру. В этом случае расстояние от горловины бака до поверхности с топливом автоматически измеряется и запоминается в компьютере. В соответствии с калибровочной таблицей, хранящейся в памяти компьютера, фиксируется уровень топлива в литрах с указанием номера автомобиля, даты и времени измерения, что в известных устройствах подобного назначения не наблюдается.

В итоге заявляемое техническое решение позволяет достичь следующие технические результаты:

- с минимальными затратами организовать независимый учет остатков топлива в баках транспортных средств;

- измерять фактически потраченное топливо для выполнения поездок на конкретном транспортном средстве;

- проводить контрольные измерения уровня топлива на заправках;

- автоматизировать учет расхода топлива с подготовкой отчетной документации.

Сущность заявляемого устройства поясняется чертежом, где:

Фиг.1 - общий вид измерителя топлива в баке транспортного средства;

Фиг.2 - схема применения заявляемого измерителя топлива в баке транспортного средства.

Практическое применение заявляемого изобретения поясняется ниже следующим описанием.

Измеритель топлива в баке транспортного средства содержит щуп 1 (Фиг.1). В качестве него могут быть стержень, полоса или трубка. Один его конец 2 - рабочий. Его вводят через горловину 3 в бак 4 транспортного средства. На другом конце 5 щупа 1 целесообразно расположить датчик 6 касания поверхности 7 топлива 8 (Фиг.2). Причем в качестве датчика 6 касания поверхности 7 топлива 8 может быть использован практически любой бесконтактный датчик, например, основанный на применении ультразвуковых волн либо световодов, или емкостной, индуктивный. Датчик 6 должен быть совместим со щупом 1, т.е. он вместе со щупом 1 механически вводится в бак 4. Практика заявителя показала, что наилучший вариант применения вместе со щупом 1 датчика 6 касания поверхности топлива может быть использование в качестве щупа 1 трубки, у которой на одном конце установлен датчик 6 давления, образующий с трубкой датчик 6 касания поверхности 7 топлива 8. Необходимо заметить, что щуп 1 в виде трубки может быть выполнен из материала, который наилучшим образом отвечает требованиям датчика 6, используемого с ней, в частности датчика 6 давления. Например, трубка может быть выполнена из алюминиевого сплава или из пластика, Главное, чтобы ее можно было вводить в бак 4 под определенным углом и в баке 4 вести по заданной траектории (Фиг.2). Это особенно важно, когда в транспортном средстве осложнен прямой доступ к горловине бака 1 и само транспортное средство расположено не на горизонтальной плоскости (на чертеже не показано). Тогда надо использовать направляющую 9 с возможностями задания, по меньшей мере, трех направлений перемещения щупа 1 в баке 1 (Фиг.2). Направляющая 9 охватывает трубку (Фиг.1). Над этой направляющей на щуп 1 одето кольцо 10. Кольцо 10 - это физическая метка длины перемещения щупа 1 относительно горловины 3 бака 4. Оно (кольцо на щупе) аналог показателя границы между влажной и сухой частью щупа 1 (см. прототип), по которой судят о глубине погружения в топливо. В заявляемом измерителе после вынимания щупа 1 из бака 4 сдвинувшееся во время погружения кольцо 10 показывает глубину погружения конца 2 щупа 1 до касания с поверхностью 7 топлива 8 (далее это расстояние от кольца 10 до конца 2 щупа 1 может быть измерено, например, рулеткой).

Отметим, также, что заявителями был использован интегральный датчик давления MRX100ASX фирмы Motorola и применен в соответствии с рекомендациями, которые подробно описаны в монографии: Панфилов Д.И., Иванов B.C. П01 Датчики фирмы Motorola. - M., ДОДЭКА, 2000. - 96 с. (стр.10-56). В результате датчик вырабатывал стандартный электрический сигнал, из которого надежно и без помех обнаруживался момент касания конца трубки с поверхностью топлива.

Сигнал в момент касания всегда был достаточно выраженный и по характеристикам походил на низкочастотный звуковой удар. Это позволило реализовать упрощенный вариант датчика давления, заявленного в описании. В результате был использован широко применяемый электретный микрофон (на чертеже не показан). Как описано в книге (Дж. Фрайден. Современные датчики. Справочник. М., Техносфера, 2005. - 592 с. (на стр.398): ...По существу, микрофон является датчиком давления, приспособленным для преобразования звуковых волн... Основное отличие между обычным датчиком давления и акустическим преобразователем заключается в том, что последнему не приходится измерять постоянное давление.

Поскольку необходимо зафиксировать только факт касания с поверхностью топлива, микрофон в данном случае вместе с щупом-трубкой выполняет роль датчика касания, заявленного в описании. Для выделения сигнала касания из общего сигнала, вырабатываемого микрофоном, был применен низкочастотный фильтр, подавляющий частоты выше 0,1 герца. В результате факт касания с применением микрофона также надежно обнаруживался. Поскольку стоимость микрофона значительно меньше стоимости интегрального датчика давления, то это техническое решение оказалось весьма привлекательным для массового производства.

В результате следует заключить, что предлагаемый измеритель топлива в баке транспортного средства позволяет реально решать важные задачи, связанные с контролем потребления топлива.

Коротко применение заявляемого измерителя топлива в баке транспортного средства поясняется следующим описанием.

В топливный бак 4 вставляется пробка с направляющей 9 для щупа 1. Щуп 1, как уже было отмечено, выполнен в виде трубки, в которую вставлен бесконтактный датчик 6 касания с поверхностью топлива, например датчики, которые были указаны ранее. При измерениях фиксируется расстояние от горловины 3 бака 4 до поверхности 7 с топливом 8. Этому способствует кольцо 10.

Геометрия каждого бака 4 для конкретной марки и модификации автомобиля просчитывается с учетом всех конструктивных особенностей. Для всех уровней топлива в баке 4 просчитывается соответствие его объема с расстоянием от его поверхности до горловины 3 бака 4.

Для измерения нужно установить пробку с направляющей 9 в бак 4 и вставить в нее мерную трубку (щуп 1) до касания конца трубки с поверхностью топлива. Момент касания автоматически фиксируется датчиком 6 касания и сигнализируется световым или звуковым индикатором (на чертеже не показан).

Длина погружения трубки может измеряться линейкой для ручного варианта. Для автоматического измерения в устройстве имеется электронный датчик перемещения, показания которого передаются в компьютер.

Предложенное устройство имеет большие преимущества перед классическим мерным щупом.

1. Точность измерения уровня топлива составляет менее 1 мм.

2. Щуп при измерениях не погружается в топливо, а лишь касается его, поэтому не нужно протирать его от остатков топлива, что делает предлагаемый измеритель экологически чистым

3. Метод позволяет использовать один универсальный измеритель для любых автомобилей с различной конструкцией и объемом топливного бака.

4. Устройство с использованием датчика перемещения позволяет автоматически измерять уровень топлива, исключая возможные ошибки персонала.