[发明专利]用于确定液体液位的多腔式超声波传感器

说明书

本发明涉及如权利要求1前序部分所述的用于确定液体液位的超声波传感器。

这种传感器主要用于在机动车技术中测量发动机油或燃料的液位。位于容器底部的一个传感器发射出超声波脉冲。液体表面的回波再被接发器接收。液位高度与声波的传播时间成正比。按照德国专利DE 33 30 059A1，声波是通过一个设在容器内的空心管或声波导管来传播的。在声波导管的下端设有超声波接发器。这根导管位于液体中，管内通过至少一个平衡孔充有与容器中的液位相当的液体。在可呈弯曲状的声波导管中，通过超声波来测量液位。这种实施方式首先适用于测量不规则形状液体容器内的液位。这种结构的一个很大缺点是，来自待测定液体的泡沫会进入声波导管中，很容易得出错误的液体液位值。

对于以超声波为基础来确定液体液位的传感器，在测定发动机油油位时，形成泡沫的问题主要表现在，在发动机运行中通过机油的循环会产生大小不等的气泡。根据体积大小的不同，这些气泡具有要么散射、要么反射超声波信号的性能。在这种情况下则无法保证足够精确和无误的测量。

为此，至今的一种解决方案是，通过一个精纺织物过滤筛(筛孔约为60μm)将气泡阻挡在测量腔之外，但结果并不令人满意。尽管过滤筛能阻止气泡的进入，但这种方法却无法阻止脏物颗粒和其它杂质侵入油中。在很短的时间之后，这些颗粒会堵塞过滤筛，从而使测量腔中的液位无法再与发动机中待测定的油位保持一致，也无法保证发动机中的传感器在整个使用寿命期间都能正常运转。

因此，本发明的目的是，提出一种开头所述的超声波传感器，借助这种传感器的几何结构来阻止气泡进入测量腔，从而可以持久、可靠地检测液位。

按照本发明，上述目的由权利要求1前序部分的超声波传感器通过权利要求1特征部分的特征得以实现。

在传感器的壳体内，除了测量腔外，还特别设有至少一个另外的腔室，该腔室至少部分位于测量腔的前面或至少部分位于测量腔周围，其中最外面的腔室构成进液腔。为了使液体可以从进液腔进入测量腔中，各腔室之间互相连接。

进液腔和测量腔在侧面、特别是在靠近壳体底部的高度上设有供液体流入及流出的开孔。为了使液体从进液腔到测量腔所经路程尽可能长，从而使已产生的气泡升至液面的时间尽可能长，进液腔中的开孔和测量腔中的开孔通常在径向上布置得要彼此相隔尽量远。

从液体表面散发的空气可以经由设在顶盖中或进液腔外侧靠近顶盖高度的至少一个壳体排气孔从传感器中逸去。

但应注意，顶盖至少在测量腔区域内是封闭的。由此防止传感器周围的、极有可能含有气泡的液体直接进入测量腔中。

测量腔中的压力平衡特别是通过在测量腔的外侧、靠近顶盖的高度上，特别是在高于最大可测液位的位置上，至少设置一个通向测量腔之外的腔室的排气孔来实现的。

测量腔中的液位可以由液体表面和校准反射器上反射的信号的传播时间比得出。为此，测量腔中的校准反射器优选设在低于最低液位的位置上。

各腔室的横截面可以各不相同。这主要取决于安装地点的几何形状。例如，进液腔可以基本为圆形横截面，测量腔基本为矩形横截面。

设在进液腔和测量腔之间的各腔室的外侧特别设计为壁体，它们从底部最高几乎延伸到就在测量腔的最小可测液位之下的高度。液体由进液孔进入进液腔中。进液腔的液体加注到下一个腔室外侧的高度。然后液体通过进液孔继续流入，并漫过壁体进入到下一个腔室中，如此类推。气泡在这段时间内上升到液面，并散发出去。在测量腔前面的各腔室中的液体便有利地不含气泡了。

在测量腔前面的腔室中液位升高时，为了使从这个腔室进入测量腔的液体不含气泡，这个腔室的外侧的高度和长度应设计为，这个腔室的液体容量要大于测量腔本身的容量。

另一种可选方案是，设在进液腔和测量腔之间的各腔室的外侧从底部延伸至顶盖。为了使从气泡中散发出的气体可以从各腔室中散逸出去，在这些腔室的外侧靠近顶盖处都设有至少一个排气孔。为了使液体可以从进液腔进入到测量腔中，在每个外侧上都设有至少一个供液体流入及流出的开孔。其中，这个开孔位于至少是最靠近测量腔的腔室的外侧、在底部和顶盖之间低于最小可测液位的高度上。与上述实施方式类似，这里也应设计为使这个腔室的液体容量大于测量腔本身的容量。

还有一种可选方案是，设在进液腔和测量腔之间的各腔室的外侧设计为壁体，它们从底部至少延伸到高于最大可测液位的高度。为了使液体可以从进液腔进入到测量腔中，在各腔室的外侧、靠近壳体底部的高度上都设有一个供液体流入及流出的开孔。为了使液体必经的路程尽可能长，从而使液体和气泡散逸的时间尽可能长，这种开孔设置为，朝测量腔方向相继排列的开孔之间的距离尽可能大。