專利名稱：流體水平檢測開關的制作方法
技術領域：
本發明總體涉及一種包括流體水平傳感器的電開關，更特別涉及一種開關，其在被監測的流體的體積低于預定的水平時自動接通一電路。
背景技術：
在許多將流體裝于容器內的裝置中，最好監測流體水平。在某些裝置中，當流體的體積低于預定的水平時，改變一操作參數可能是有利的。例如，如果發動機曲軸箱中的潤滑油水平變得不足就會要求自動關閉內燃機。在水的水平高度被充分地降低以后，也會要求關閉用于船底的水泵。同樣，會要求為貯藏于罐內的消耗性流體產物如住宅取暖油的使用者們提供低流體水平的警示。
忽視低流體狀況所帶來的問題是使用不方便、安全問題、以及主系統的損壞。例如，在用于發電機或草場割草機中的那些較小型火花點火式發動機的操作過程中，油的損耗或低的油狀況的后果在本領域內是眾所周知的并且部分地描述于U.S.專利4 600 820中。一般而言，如果這樣的一些發動機受到諸如迅速的油損耗、非故意地過度傾斜發動機、或只是不適當的維護等操作條件，它們可能不足以用足夠的油供應來充分地潤滑發動機的內部部件。遭受這些條件的發動機的連續操作會導致嚴重的發動機損壞并可能出現安全隱患。
用于上述U.S.專利中公開的火花點火式發動機的開關呈現出一些缺點，本發明克服了這些缺點。特別是，現有技術的裝置設計成通過使點火系統在低油水平狀況下接地來關閉發動機。該開關通過發動機曲軸箱的一個側壁水平安裝。因此，裝置可能對發動機傾斜過于敏感，因為該裝置將很可能貼近曲軸箱的一個側壁安裝。此外，整個開關裝置，包括其平衡桿浮動部件和切換杠桿容納于一個具有多個狹槽和孔的水平的密封護罩內。諸狹槽和孔可以與曲軸箱內的油連通并排出油中的泡沫和氣泡。
現有技術的裝置在發動機曲軸箱中水平安裝，并且由于當油水平處于預定的最高推薦水平時它必須固定在油的頂表面附近，該裝置還受到油中的相當大的擾動和波動的影響，這種擾動和波動是由于采用一共用曲軸安裝的飛濺裝置產生的飛濺和通氣引起的。這些情況會導致開關的不夠可靠的性能并且會導致點火系統的斷續操作。此外，現有技術的裝置中所利用的平衡桿部件并沒有表現出充分適用于應付較強和較大振幅的振動，例如在一火花點火式發動機中一旦點火中斷就遇到的那樣的振動。如果將現有技術的裝置用于在低的油水平狀況下通過中斷電控的燃料供給系統來自動關閉柴油發動機將遇到同樣的一些缺點。
另外一些用于低的流體水平狀況、例如在自動發動機關閉應用中的現有技術的設計包括一具有浮動磁鐵的玻璃狀舌簧開關。這種技術的一個問題是在這樣一種開關中的該對玻璃狀舌簧是很薄的并且在過大的電流施加于開關時往往會焊在一起。在使較小型的火花點火式發動機的點火系統在低的油水平狀況下接地而設計成的點火切斷開關的情況下，由于可以低到約2至5安培范圍的電流，兩舌簧就可能變成永久性粘結的。在這樣的開關失效的情況下，即使將油加到一安全的水平以后，點火系統仍將接地并且發動機將不可能重新起動除非更換開關。
一些采用玻璃狀舌簧開關的制造者已增加了電氣裝置、如一個三端雙向可控硅開關(Triac)來適應操作的電流強度。這樣附加的部件大大增加了開關的成本，仍不能減輕關于玻璃狀舌簧開關的其他問題，例如對高溫和沖擊的敏感性。
鑒于上述示例性現有技術的裝置的缺點，最好是具有一種開關，其將流體水平檢測與電路的自動斷開和接通加以組合，并可以改善安裝位置以便減小對流體容器傾斜的敏感性。進一步有利的是提供一種開關裝置，其對在某些操作環境下出現的流體水平的擾動和波動、例如飛濺和通氣是不太敏感的。同樣有利的是流體水平檢測開關具有旋轉的轉矩特性，這種特性在大振幅的、變化和較低頻率的運動過程中對斷續的操作是不太敏感的，其中所述運動是例如在內燃發動機的關掉過程中通常經受的振動。本發明克服現有技術的那些缺點，同時提供具有上述要求的特征的流體水平檢測開關。
發明概述本發明總體實施于一種改進的流體水平檢測開關中。該開關包括一底座、一樞軸式連接于底座的浮體、一樞軸式連接于底座的平衡重、一連接浮體與平衡重的連桿、一導電阻尼器、一電端子和一導電銷。
當流體的體積處在或高于預定的足夠水平時，開關保持斷開。如果流體的體積低于預定的足夠水平，則浮體向下轉動，迫使平衡重進入導電阻尼器，導電阻尼器又與電端子接觸。在這種情況下，開關閉合并接通電路。
在本發明的另一方面，平衡重由密度比浮體材料密度大的材料構成。
在本發明的又一方面，導電阻尼器、導電銷和電端子可以具有足夠的結構尺寸以使它們能夠可靠地承受足夠大的電流強度，而不需附加的電子裝置，例如一個三端雙向可控硅開關來適應電路中的操作電流強度。當然，本發明適用于采用適合于具體要求的部件，并且可以構成用來承受較低的電流強度或超過60安培的電流。
在本發明的另一方面，電端子包括一磁鐵。該磁鐵提供磁滯效應以例如在關閉發動機時所遇到的較強振動的過程中防止開關的非故意的斷續斷開與閉合。磁鐵有助于保持導電阻尼器與電端子間的接觸，從而保持開關閉合以便例如使發動機點火系統接地，直到足夠高的流體水平升起浮體為止。當浮體由于流體水平的增加而升起時，聯接的平衡重轉動又迫使導電阻尼器斷開其與電端子的磁力連接，從而斷開開關。
在本發明的另一方面，開關具有一連接于底座的蓋。
在本發明的又一方面，蓋適合于卡扣裝配在底座上。
在本發明的另一方面，蓋具有至少一個設置在其頂部或接近其頂部的開口，并且具有至少一個接近其底部的開口，例如孔或狹槽。上部的開口或各開口可以使空氣從蓋內部的流體中排出，而下部的開口或各開口使流體可以接近安裝有開關的容器底部通過蓋子從該裝置流入和流出。與容器中很低的流體連通降低了開關對擾動、飛濺或通氣等情況的敏感性，因為開關受蓋子保護，并且因為接近容器底部的流體不太可能受到擾動或包含氣泡或泡沫。
在本發明的另一方面，開關的底座適用于垂直安裝，從容器的底部向上延伸。因此，對容器的傾斜的敏感性可以通過將開關安裝在很接近于容器的中心處來降低，在這里流體水平通常將是最穩定的。并且，在本發明的一特別有利的方面，開關可以適用于通過容器的底壁來安裝。這樣的安裝位置可以方便地將開關從容器的底部取出以進行使用或更換。
在本發明的又一方面，開關采用一四連桿機構以便產生足夠的轉矩來操作浮體和平衡重，并且克服粘附在各部件間的濕膜。四連桿機構還允許有很緊湊的開關結構。由于采用浮體和平衡重獲得的增大的轉矩控制特性，開關得到大范圍振幅和振頻的阻尼，其中浮體和平衡重分別樞軸式安裝并通過一連桿連接，并進一步與小質量的導電阻尼器連接。
應該理解對本發明采用低的油水平點火切斷開關形式的優選實施方案的以上概括描述和以下詳細描述是示例性的，只是為了說明的目的，并不是對要求保護的本發明的限制。
附圖簡述各附圖對火花點火式發動機以低的油水平點火切斷開關的形式示出本發明的一種流體水平檢測開關。在描述優選實施方案時參照附圖，附圖中同樣的部件具有同樣的標號，其中
圖1為按照本發明的流體水檢測開關的一個優選實施方案的側剖視圖，其中本發明不包括示于側視圖中的導電阻尼器，該示出的開關處于斷開位置，浮體處于最高位置。
圖2為與圖1中所示實施方案類似的側剖視圖，但該開關處于閉合位置而浮體處于最低位置。
圖3為通過裝置的中心截取的優選實施方案的端面剖視圖。該開關是以閉合位置示出的，但浮體處于一中間位置。
圖4為優選實施方案的分解視圖，其中沒有蓋、安裝絕緣墊和壓縮限制器以及將彈簧和電線連接的端子。
圖5為圖4的組裝好的部件的透視圖，其中還以透視圖示出蓋、安裝密封墊和壓縮限制器以及將彈簧和電線連接的端子。
應該理解各附圖不是按比例的并且某些方面是以局部剖視表示的。雖然省略了對以低的油水平切斷開關形式示出本發明的流體水平檢測開關的相當多的機械細節、包括緊固裝置的細節和優選實施方案的其他平面視圖和剖視圖的描述，但這樣的細節本身不是本發明的部分并且本公開內容在本領域技術人員的理解范圍內被完全考慮到了。同樣應該理解，本發明不限于所示的優選實施方案。
優選實施方案詳述根據以上討論應該理解總的來說本發明可以多種結構的流體水平檢測開關來實施，其在流體的體積被監測出低于預定的水平時自動接通一電路。參照圖1～5，示出本發明按其總體以低的油水平切斷開關實施的一個優選實施方案。該流體水平檢測開關10包括一底座12、一樞軸式連接于底座12的浮體14、一樞軸式連接于底座12的平衡重16和一連接該浮體14與平衡重16的連桿18。開關10還包括一導電阻尼器20、一電端子22和一導電銷24。
對流體水平檢測開關的各部件的材料要求將取決于特定的開關結構和其預期的操作環境。在例如低的油水平點火切斷開關這樣的示例性實施方案中要求的那種操作環境下，底座12需為剛性的并且需能承受得住顯著范圍的溫度，例如從約-40℃至177℃，以及能承受得住高達約30g’s的振動。底座12還需要耐受主體沖擊，并且能浸沒在石油產品如潤滑劑或燃料中，以及能夠耐受住例如通常用來消除油漬的溶劑噴射。因此，這樣的示例性實施方案的底座12可以優選用塑料構成，例如用尼龍6-6類塑料構成，或用其他合適的材料，例如PPA,PCT,PEI或PEK構成。
優選實施方案的底座12包括一大致水平的部分26和一豎立的兩層支架部分28。參見圖3～5，底座12還可以包括豎立的各突出部分30以便設置緊固裝置。底座12還包括安裝孔32和導電銷24所用的狹槽34。如圖5中所示，銷24優選從底座12向上伸出。這樣，當開關10安裝在導電的發動機曲軸箱(未示出)的外底壁上時，導電銷24將接觸曲軸箱并故而有能力降低足夠量的電流和電壓，從而使點火系統接地并停止發動機而對開關沒有損害。
如圖1、2和4中最清楚示出的，浮體14優選在接近支架部分28的上層36處以其后部經由壓配合銷38樞軸式安裝于底座12。平衡重16和導電阻尼器20都優選在接近支架部分28的下層40處沿它們各自的長度經由導電銷24樞軸式安裝于底座12，不過本領域技術人員可理解它們可以利用各單獨的樞軸。連桿18以其第一端42在銷38的前面經由壓配合銷44樞軸式連接于浮體14。連桿18還以其第二端46經由壓配合銷48樞軸式連接于平衡重16的后部。雖然在示例性實施方案中采用壓配合銷，其優選由1010冷軋鋼制成，但本領域的技術人員會理解可以采用其他的用于轉動的緊固件和結構，以及另外合適的材料。
浮體14優選為固體，其密度大于該流體，并且具有類似于底座12的材料要求。盡管浮體14的密度大于其所處的流體的密度，浮體14受到兩個能使其升起的力的作用。其一，由浮體14本身排出的流體體積產生的浮力。其二，將平衡重16構成優選使平衡重16的后部向上偏置以有助于通過連桿18迫使浮體14向上轉動。平衡重16的偏置和同樣構成的導電阻尼器20的偏置能夠使兩者在后部轉離端子22，而保持開關10處于斷開位置。該優選實施方案的平衡重16的材料的密度大于浮體14的材料密度，但另外具有同樣的環境的要求。因此，開關10的平衡重16可以由例如Zamac、銅鉛合金、燒結粉末金屬或其他合適的替代材料來構成。
阻尼器20是剛性的，具有小的總體質量，并且具有對浮體14和平衡重16的同樣的環境的要求。它可以由合適的導電材料例如1010冷軋鋼構成。導電阻尼器20在導電銷24上轉動，導電銷24由合適的導電材料例如彈簧鋼制成。端子22也由合適的導電材料例如1010冷軋鋼制成，并且安裝在底座12中。端子22還嵌有壓配合磁鐵插件50，其可以由鋁鎳鈷永磁合金(Alnico)或其他合適的磁性材料制成。這樣的結構使阻尼器20可以被吸引到載有磁力的端子22上。因此，當開關10處于閉合的位置時，阻尼器20適合于與端子22保持磁力接觸直到浮體14向上轉動和平衡重16的前端向下轉動、以其相反的一端接觸阻尼器20并迫使其斷開與端子22的磁力接合為止。由于在發動機關掉時遭受的振動，阻尼器20以磁力方式從端子22上斷開的可能性因為阻尼器20的小質量而降低了。
在這個實施方案中，一密封圈52、例如Viton橡膠O型圈用于使端子22與底座12密封。端子22還具有一通孔54，通過該孔安裝電線58的第一端56，電線58在其第二端60連接于發動機火花點火線圈(未示出)的低電壓端，彈簧62用于保持電線58與端子22導電接合，其還用來將端子22保持在底座12中。彈簧62優選由合適的材料例如彈簧鋼構成。
優選的是，本發明的開關包括一連接于底座12的護蓋64。優選實施方案的護蓋64的材料要求類似于浮體14的要求，并可以由同樣的材料構成。在該優選實施方案中，如圖3中所示，護蓋64在其內壁上具有對置的兩凹槽66，該凹槽與突出部分30上的鎖定凸爪68接合，以便將護蓋64固定于底座12的槽70內。
護蓋64具有至少一個在其頂部或接近其頂部設置的開口72。該優選實施方案的上部開口72可以使空氣從護蓋64內部的油中排出。護蓋64還具有至少一個開口，例如接近其底部的孔或狹槽74。下部開口或各開口74使得曲軸箱底部附近的油可以通過護蓋64流入和流出裝置。與曲軸箱中很低的油連通降低了開關10對擾動、飛濺和通氣的敏感性，因為開關10受護蓋保持，并且因為接近曲軸箱底部的油不太可能受擾動或包含氣泡或泡沫。并且，開口72和74還比較小以有助于限制開關10暴露于可能污染油的金屬屑中。
參見圖5，為了使開關10對發動機底部(未示出)密封，優選實施方案使用一絕緣墊76，例如通用的壓制紙板或其他合適的材料。開關10還可以采用壓縮限制器78，其優選由鋁或其他合適的材料構成，以便在將開關10用緊固件如螺栓(未示出)安裝于發動機時防止壓碎非導電的底座12。
在操作中，如果容器中的流體水平處于或高于預定的最低水平，浮體14將達到其上面的最高轉動位置，同時平衡重16較大質量的前端將達到其最低的位置。在這樣的同等位置的情況下，將不允許導電阻尼器20與端子22接觸。相反，導電阻尼器20將轉到使開關10處于斷開位置的位置。
如果流體水平降到低于預定的最小安全操作水平的位置，則如圖2中所示，浮體14將向下轉動，驅使平衡重16的后端進入導電阻尼器20中并接著迫使阻尼器20達到與端子22的磁力連接。當這發生于示例性實施方案中時，發動機的點火系統通過開關10借助其導電銷24連接于導電的發動機曲軸箱。開關10的這樣的閉合和由此造成的接地電路的接通使點火系統接地而關閉發動機。
一旦發動機達到了低的油狀況并通過流體水平檢測開關10自動關閉時，導電阻尼器20就將保持與端子22的磁力連接直到曲軸箱中的流體水平增到足以升起浮體14為止。在這種情況下，平衡重16將被迫繞導電銷24轉動而帶動其前端向下運動。當平衡重16的前端向下運動時，其與阻尼器20的前端接觸而迫使阻尼器20從其與端子22的磁力連接脫開。當阻尼器22脫離端子22時，開關10斷開。在開關10處于斷開位置的情況下，接地電路斷開，而使發動機點火系統可以正常操作。
顯然對于本領域的技術人員來說在流體水平檢測開關的設計和結構方面可以作出并不超出本發明范圍與精神的各種變型與改變。同樣應該理解，各種緊固裝置的任一種和各種合適的結構材料與尺寸都可以用來滿足最后使用者的特定需要和要求。在考慮到本發明的說明書與其中公開的實施例以后，本發明的其他一些實施方案對本領域的技術人員來說將是明顯的。
權利要求
1.一種流體水平檢測開關，包括一底座；一樞軸式連接于底座的浮體；一樞軸式連接于底座的平衡重；一連桿，其在第一端樞軸式連接于浮體而在第二端樞軸式連接于平衡重；一樞軸式連接于底座的導電阻尼器；一連接于底座的導電端子；以及一連接于導電阻尼器和底座的導電銷。
2.按照權利要求1的流體水平檢測開關，其特征在于所述導電阻尼器樞軸式連接于導電銷。
3.按照權利要求2的流體水平檢測開關，其特征在于所述平衡重樞軸式連接于導電銷。
4.按照權利要求1的流體水平檢測開關，其特征在于所述導電阻尼器的質量小于平衡重。
5.按照權利要求1的流體水平檢測開關，其特征在于，所述浮體采用具有比流體更大的密度的材料制成，其中流體指的是浮體擬處于其中的流體。
6.按照權利要求1的流體水平檢測開關，其特征在于平衡重采用具有比制造浮體的材料更大的密度的材料制成。
7.按照權利要求1的流體水平檢測開關，其特征在于所述導電阻尼器、端子和銷具有足以承受大于5安培的電流的尺寸。
8.按照權利要求1的流體水平檢測開關，其特征在于，還包括一具有至少一個開口的蓋。
9.按照權利要求8的流體水平檢測開關，其特征在于所述蓋還包括至少一個上部開口和至少一個下部開口。
10.按照權利要求1的流體水平檢測開關，其特征在于所述導電端子還包括一磁鐵。
11.按照權利要求1的流體水平檢測開關，其特征在于該開關適合于安裝到容器的底壁上。
12.按照權利要求11的流體水平檢測開關，其特征在于該開關適合于通過容器的底壁安裝。
13.按照權利要求1的流體水平檢測開關，其特征在于，該開關還包括一連接于所述導電端子的電線和一彈簧，并且該彈簧和電線適合于將導電端子保持在底座中。
14.按照權利要求1的流體水平檢測開關，其特征在于，所述開關的導電端子電連接于發動機的點火系統并且導電阻尼器電連接于導電的發動機曲軸箱。
15.按照權利要求14的流體水平檢測開關，其特征在于，還包括在第一端連接于所述端子和在第二端連接于一點火系統線圈的電線。
16.按照權利要求1的流體水平檢測開關，其特征在于，該開關適用于監測火花點火式發動機曲軸箱中潤滑流體的體積并且還適合于在流體的體積低于預定的水平時自動使該發動機中的點火系統接地。
17.按照權利要求1的流體水平檢測開關，其特征在于，該開關適用于監測柴油發動機曲軸箱中潤滑流體的體積并且還適合于在流體的體積低于預定的水平時自動中斷該發動機中的燃料供給。
18.一種用于監測容器中流體的體積并且根據容器中的預定流體水平自動斷開和接通一電路的流體水平檢測開關的設置方法，該方法包括將一流體水平檢測開關安裝于一導電的容器中；該開關具有一底座、一樞軸式連接于底座的浮體、一樞軸式連接于底座的平衡重、一在第一端樞軸式連接于浮體而在第二端樞軸式連接于平衡重的連桿、一樞軸式連接于底座的導電阻尼器、一導電端子，和一連接于導電阻尼器和底座并與容器接觸的導電銷；并且將導電端子連接于所述電路。
19.按照權利要求18的流體水平檢測開關的設置方法，其特征在于，該開關還包括一將導電端子連接于所述電路的電線和一將電線連接于端子的彈簧。
20.按照權利要求19的流體水平檢測開關的設置方法，其特征在于，彈簧和電線適合于將導電端子保持在底座中。
全文摘要
本發明提供一種用在具有一流體容器的裝置中的流體水平檢測開關。該開關受浮體的操縱并接通一電路以便在容器中的流體體積低于預定水平的情況下改變一操作參數。一旦流體的體積恢復到一預定的安全水平,該開關就自動回到斷開的位置而使裝置可以正常操作。
文檔編號G01F23/30GK1334579SQ0112337
公開日2002年2月6日 申請日期2001年7月18日 優先權日2000年7月18日
發明者D·M·范朱伊倫 申請人:曼內斯曼Vdo股份公司