CN106662480A - 用于测量容器内液体水平的测量装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量容器内的液体水平的测量装置，包括传感器线路，其具有沿着测量路径彼此分隔开一定距离布置的至少两个磁场感应传感器构件，并且包括浮子，其产生磁场、并且其能够从第一测量位置移动到至少一个第二测量位置，在第一测量位置中，浮子假定相对于传感器线路的第一位置，在第二测量位置中，浮子假定相对于传感器线路的第二位置，独立于测量路径。在第一位置，当浮子位于第一测量位置时，由浮子产生的磁场基本上平行于测量路径沿着传感器线路延伸，并且在第二位置，当浮子位于第二测量位置时，由浮子产生的磁场基本上平行于测量路径沿着传感器线路延伸。传感器线路的至少一个传感器构件使用磁阻效应或者是霍尔效应传感器。

Description

用于测量容器内液体水平的测量装置和方法

技术领域

本发明涉及一种测量容器内的液体水平的测量装置和测量容器内的液体水平的方法。本发明同样地涉及这种测量装置和测量方法的使用。

背景技术

在多个技术领域中，需要测量液体表面相比于参考高度的高度。

从现有技术中，已知使用浮在液体上的浮子以及通过确定浮子在容器内的位置来得到液体水平的结论。

从现有技术中，已知在用于测量液体水平的测量装置中使用磁感应传感器构件。从DE 10156479 A1，已知的是采用可旋转的支承杆臂，该支承杆臂的一端附接有浮子，该支承杆臂的可旋转支承端连接至环形磁体，并且已知使用一传感器，其中，当该杆移动时，环形磁体与其一起移动，使得其改变作用在传感器上的磁影响，这带来了对应于液体水平的输出信号。采用可编程的霍尔效应传感器作为传感器。从DE 19935652 A1已知的是，将磁体连接至浮子，以及在浮子的移动路径的外侧提供一传感器，该传感器可测量在由磁体生成的磁场的磁力线的方向上取决于被浮子移动的磁体的位置和/或定位而产生的变化，并且该传感器可将其电子地重现在显示器上。从DE 19925185 A1已知的是，提供了绕旋转轴线可旋转地支承的浮子，并且在浮子的旋转轴线处安装一磁体，该磁体安装为与设置在管内的磁场传感器相反，并且设置为经由电线向评估设备发射信号，该信号取决于浮子的角度位置。

从US 3982087、GB 1395075和DE 3241250 A1，测量装置已知用于测量容器内的液体水平，其中簧片触头被用作磁感应传感器构件。簧片触头具有可移动的部件。因此，这些测量装置并且特别合适用于安装在车辆中的容器内。在行进过程中的振动可能导致簧片触头被损坏。

在使用簧片触头的测量装置中，簧片触头的簧片触头的范围通常是用于从液体密封的壳体中。液体的水平通过相应簧片触头的开关而检测。系统的精确度从而取决于在测量路径的每段上的簧片触头的尺寸和其数量。通过具有簧片触头的测量装置，通常获得10-20mm的精确度。

针对该背景，本发明基于该问题，提出了一种用于测量容器内的液体水平的测量装置和测量方法，其可以更高的精度来测量容器内的液体的水平。

发明内容

该问题通过根据权利要求1和2的测量装置和根据权利要求10的测量方法来解决。优选的实施例复现在从属权利要求中以及复现在随后的说明书中。

本发明基于起始于这样的基本思想，即在传感器线路中采用不包含可移动部件的磁感应传感器构件，特别地在传感器线路中不采用具有簧片触头的传感器构件。特别地，当传感器线路的至少一个传感器构件使用磁阻效应或者是霍尔效应传感器或磁阻器或EMR传感器时，来实现上述思想。特别优选地，在传感器线路上使用这样一种传感器构件，其使用磁阻效应或其为霍尔传感器或磁阻器或EMR传感器，并且在其下游没有安装有触发器(特别是D触发器)。在传感器构件下游安装的触发器可以被认为是簧片触头的电子实现方式。

根据本发明的用于测量容器内的液体水平的测量装置具有这样一种传感器线路，其具有沿着测量路径彼此分隔开布置的两个磁场感应传感器构件。特别优选地，传感器线路具有不止两个，特别优选地不止三个，以及特别优选地不止五个，以及特别优选的不止10个传感器构件，特别优选地不止15个传感器构件。所提供的传感器构件的数量特别地取决于测量路径的长度，使用的发射磁体几何形状以及由其引起的传感器平行磁场分布，以及所需要的精度。在优选的实施例中，传感器构件彼此之间等距而对沿着测量路径设置。然而，其他实施例也是可以想到的，其中在测量路径的一些区段中的传感器构件相比于传感器路径的其他区段中设置为更接近彼此。例如，能够想到这样的实施例，其中在测量路径的一些区段中需要特别高的精度，例如，在测量路径的下端，在该下端处，容器内液体的水平可能接近于容器的全空状态。

在优选的实施例中，传感器线路中的所有传感器构件使用磁阻效应。传感器构件可具有“各向异性-磁阻效应”(AMR效应)，或是“巨大”的磁阻效应(GMR效应)。然而，传感器构件也可具有其他效应，诸如巨磁阻抗效应(GMI)或隧道磁阻效应(TMR)。传感器构件可类似地为霍尔效应传感器。传感器构件可类似地为基于“异常磁阻”效应(EMR效应)的传感器或磁阻器。这里，磁阻器(也被称为磁相关阻抗(MDR))被理解为由半导体构成的传感器，其相对于通过电阻变化产生的磁场起作用。下文的效应也被称为Gauss效应或是称为Thomson效应(以William Thomson命令)。

通过使用具有磁阻效应或是为霍尔效应传感器的传感器构件带来了这样的额外的优势，它们的模拟信号性能还允许在两个传感器构件之间的区域的浮子位置的内插。

在优选的实施例中，使用具有螺旋条状纹结构的磁阻传感器构件。在该情况下，能够想到采用支持场(support field)装置，以确保稳定的操作状态，特别是当没有发射磁体时，当发射磁体处于被移除状态时，或是当发射磁体非常弱时。

在优选的实施例中，使用的磁阻传感器构件包含仅两种不同类型的阻抗，其中阻抗带取向为与测量路径基本垂直以及与测量路径基本成直角。这种设计的特别的优点在于，可获得的传感器阻抗和传感器表面之间的关系，传感器表面相比于螺旋条状纹和旋转传感器来说特别地大。这种传感器构件的特征线是单极的，即不区分由其检测的磁场的北对齐和南对齐。与南北轴线平行于测量路径对齐的浮子相互作用，这种传感器构件可确保与浮子的安装位置无关的函数，至少如果该浮子具有对称结构。在优选的实施例中，AMR传感器(通过集成具有不同的温度性能的阻抗材料而形成)具有输出信号的这样的温度性能，在特征线的至少中间部分，在第一接近方向上，带来了输出信号的温度独立性。

在优选的实施例中，将可产生正弦类型或余弦类型的场的角度相关的传感器信号的磁阻旋转传感器用作传感器线路的传感器构件。使用旋转传感器具有这样的优势，当确定传感器位置的磁场角度时，传感器输出幅值的温度相关性对角度的确定没有影响，从而对发射器位置没有影响。在根据本发明的装置中的这种传感器类型的进一步的优势在于，能够通过与磁场方向无关的MR信号幅值以及通过与该参数有关的温度，通过两个通道的输出信号的平方和的根拉来进行温度测量，而无需使用额外的温度传感器。

在优选的实施例中，相应的传感器构件具有磁阻元件的全桥布置(惠斯顿电桥)或是这些磁阻元件的半桥电路。在特别优选的实施例中，可为每个传感器构件通过额外的全桥电路或额外的半桥电路。通过磁场感应传感器的适当的构造，获得了初始地依赖于磁场方向的两个正弦类型和余弦类型的信号。在该情况下，能够想到采用支持场装置，以确保稳定的操作状态，特别是当没有发射磁体时，当发射磁体处于被移除状态时，或是当发射磁体非常弱时。

额外地或替代地，在根据本发明的装置中，传感器线路的至少一个传感器构件，以及特别优选的所有的传感器构件，具有产生第一中间信号的第一部分和产生第二中间信号的第二部分，第一中间信号的进程与第二中间信号的进程依赖于外部产生的磁场的方向和/或强度，并且第一中间信号大致具有正弦类型的进程且第二中间信号大致具有余弦类型的进程，并且第一部分的中点对应于第二部分的中点。通过产生正弦类型信号的第一部分相对于产生余弦类型信号的第二部分的这种布置方式，可以有利地实现这样的效果，可从两个中间信号的分析推导出瞬时的信号幅值。该信息可例如用于确定浮子的粗略位置(以低精度确定该浮子的位置)。

在优选的实施例中，传感器线路的传感器构件可以产生输出信号，该输出信号通过将平行于传感器线路的磁场与磁支持场叠加而确定。这可特别地实现为，在传感器构件的位置处，通过支持场装置，产生永磁场，该永磁场取向为垂直于线路纵向方向，并且该永磁场的角度被线性平行的测量场(其由浮子产生并且在每个位置都比支持场弱)所影响。传感器构件可以是螺旋条状纹传感器或是旋转传感器或是由具有正弦类型信号并彼此正交取向的带形成的单桥，并且然后产生基本上取决于在传感器位置处的场角度的信号。通过将由浮子产生的场与在传感器位置处的支持场叠加而产生的场的角度，在第一接近方向上仅取决于由浮子产生的场作用在线路方向上的分量。特别地，径向场分量的影响从而被最小化，该径向场分量可能例如由于浮子的位置的径向移动或是翻倒而产生。

在优选的实施例中，单独的传感器的输出信号的表现与相应的传感器构件相对于磁发射器的中间位置不呈径向对称。

在优选的实施例中，测量路径是线性延伸的测量路径。在优选的实施例中，传感器线路是集成到壳体中的。这能够将传感器线路与液体分隔开。传感器线路的壳体可从而同时被用作当浮子从相对于传感器线路的第一相对位置移动到相对于传感器线路的第二相对位置的用于浮子的引导件。在优选的实施例中，传感器线路的壳体被设计为类似条状，并且浮子被形成为环形或柱形形状使得其可被推到条上。如果该条是线性延伸的条，其可规定出线性延伸的测量路径。还可以想到，通过条的形状，规定出不同于线性延伸的测量路径的测量路径，例如如果该条是椭圆弧形，特别优选地形成为跟随圆形弧形。

在优选的实施例中，传感器线路的壳体形成为类似条，并且浮子形成为环形或者柱形形状、并且推到该条上，并且该环形形状或柱形形状的浮子的孔的直径大于该条形壳体的外径。特别优选地，当浮子布置为相对于条的纵向轴线在条的相反侧上对称地布置，并且在环形形状或柱形形状的浮子的向内指向的表面和条的外表面之间设置有1mm的游隙，特别优选地超过1mm的游隙，特别优选地超过2mm的游隙。已知的是壳体可能在容器内结晶。在该情况下，可以想到这样的操作条件，其中仅一些晶体形成在液体中。在现有技术中已知的用于测量容器中液体的水平的测量装置中，其中浮子沿着条被引导，当浮子和条之间的游隙选择为过窄时这带来了晶体阻碍该浮子移动的情况，这意味着所述浮子不再能够检测液体的水平。使用磁阻效应或是霍尔效应传感器的传感器构件的采用，特别地相比于现有技术中采用簧片触头的实施例，在浮子和条之间选择更大的游隙。因此，根据采用磁阻效应或是为霍尔效应传感器的传感器构件的本发明的采用方式提供了进一步的优势，即，这些测量装置能够更好的使用，即使是在结晶的液体的情况下。

在优选的实施例中，测量装置具有BUS系统的形式，即用于在传感器构件恶化测量装置的评估单元之间经由通用传输路径而传输数据的系统，其中在每种情况下的一个传感器构件没有涉及在其他传感器构件和评估单元之间的数据传输中。通过使用BUS系统，能够节省线缆，在替代的实施例中，例如线缆将不得不从相应的传感器构件直接引导至评估单元。这里，BUS系统额外地提供了这样的优势，其安装空间小于将以其他方式不得不从传感器构件引导至评估单元的所有电缆的总和。此外，BUS系统相比于单独的电线更不容易受到干扰。BUS系统类似地允许测量装置的模块化设计。通过使用BUS系统，当制造根据本发明的测量装置时，能够将测量装置调整为适应于在每种情况下单独地制造并且容易地适应于用户的需求，特别地相对于将采用的传感器构件的数量。

在优选的实施例中，BUS系统与移位寄存器一起实现。在该实施例中，两个或更多的传感器元件局部地连结以形成区块(“处理单元”)。根据本发明的测量装置可具有n个这样的区块。从相应的区块，该区块的单独的传感器的模拟测量值被载入到BUS上。在该情况下，在特别优选的实施例中，可以设想的是，每个区块具有多路复用器，分配到该区块的传感器构件的模拟测量值作为输入信号而施加到该多路复用器并且该多路复用器的输出信号被载入到BUS上。通过适当地激活相应的区块的相应的多路复用器，相应的区块的相应的传感器构件的模拟测量值可一个接着一个地被载入到BUS上。每个模拟测量值可从而在评估时间内被馈送到评估单元，该评估时间对应于直到所有的模拟测量值已经被载入到BUS上一次的时间。移位寄存器的使用的优势在于，特别地，可使用对于在电子装置中的安装是标准化的或是可以通用地大批量制造的结构元件。此外，可在小的安装空间中使用限定数量的电路轨迹。因此，测量路径可形成为非常长，例如甚至好几米并且但是具有大量的传感器构件。

在替代的实施例中，该替代实施例也是优选地，可使用数字总线结构作为BUS系统。在该实施例中，相应的传感器构件的模拟测量值通过在相应传感器构件的本地区域中转换器而被转换为数字测量值，在特别优选的实施例中，所述数字测量值在转换之前被放大。另外，在特别优选的实施例中，模拟测量值或数字测量值的一个校准可以在相应的传感器构件的本地区域中进行。例如，为了在相应的传感器构件的本地区域中执行这些任务，可以提供由集成电路，一方面传感器构件连接到该集成电路，并且另一方面该集成电路连接到数字总线结构。可从而实现的是，每个传感器可用作测量点，其可经由相应的编址读取，或是用作“菊花链”布置(例如，SPI-BUS)。在特别优选的实施例中，连接到相应的传感器构件的集成电路具有模拟放大部分、模数转换器和用于BUS通信的处理单元，以及在特别优选的实施例中，具有用于标定数据的存储元件和/或集成的温度补偿。在该实施例中，模拟信号路径被缩短并且从而获得了免受干扰的更好的保护。BUS系统可被缩减到四条线路(Supply+和-，DATA，Clock)。

在优选的实施例中，浮子被设计为使得，其可围绕传感器线路的纵向方向自由地旋转，其中传感器线路的纵向方向对应于测量线路。这可特别优选地实现为，传感器线路被集成到设计为条的壳体中，而浮子被设计为环形或柱形形状。在现有技术已知的实施例中，其中环形形状或柱形形状的浮子具有凹部，设置在条上并且在条的纵向方向上延伸的肋部接合在该凹部中。从而，环形形状或柱形形状的浮子不会绕条的纵向轴线旋转。浮子在条上的这种引导的采用从而带来了液体中的结晶阻挡浮子沿着条的纵向轴线的移动的风险(如果晶体位于肋和界定凹部的壁之间的间隙中)。根据一个优选的实施例，浮子被设计为能够绕传感器线路的纵向延伸方向自由地旋转，这样的事实意味着，能够无需这种引导。

在优选的实施例中，传感器线路具有支持场装置，其在传感器构件中产生磁支持场。采用的支持场装置可由一个或多个结构元件(例如永磁体)构成。然而，支持磁场装置也可由例如当通过电磁线圈产生磁场所需的多个部件构成。在优选的实施例中，支持场装置由多个永磁体形成，其中至少一个永磁体，特别优选地精确地一个永磁体被分配至每个传感器构件。然而，也可以想到其他的实施例，其中支持场装置的一个永磁体被分配至多个一起的传感器构件。如果，在一个这样的实施例中，传感器构件设置在支撑构件上，例如印刷电路板上，永磁体可在相同的印刷电路板设置在传感器旁边或与设置为与传感器相反。类似地，永磁体可直接设置在传感器基板上或下方。将形成支持场装置的磁体布置在传感器构件的附近使得能够适应具有较少的延伸场的较小的磁体，因此，在实际使用中，可以减少由于粘附金属杂质而引起的问题。在特别优选的实施例中，额外的永磁体可在与传感器和其他结构元件相同的焊接过程中施加到印刷电路板。为了改进焊接或胶粘过程，磁体可设置有表面涂覆。

在特别简单的实施例中，支持场装置由单个磁体构成，该单个磁体在多个区段中不同地被磁化。

在优选的实施例中，传感器沿着测量路径均匀地布置。在特别优选的实施例中，在该实施例中提供由支持场装置，其中使用的永磁铁类似地均匀布置。

为了避免在传感器位置的偏离的磁流密度，在传感器的行的相应的外部传感器的情况下，通过磁体的行的断裂，相应的外部磁体可以包括不同与内部磁体的形状或条件。

在优选的实施例中，支持场装置具有形成为相同的永磁体。

为了有助于安装过程中磁体的操作以及确保所有磁体的正确的磁化，该步骤有利地通过未磁化的磁体而进行，该些未磁化的磁体仅在额外的生产步骤中被磁化。

磁场感应传感器构件，特别是磁阻传感器构件，特别是螺旋条状纹传感器，通常具有这样的特征线进程，对于传感器中由磁场生成发射器产生的磁场的磁场分量的每个场强度，该特征线进程复现了由传感器构件产生的传感器信号的强度相对于能够由传感器构件产生的最大传感器信号的关系的值，该行程仅在磁场向量的部分小的场强度区域中是大致线性的并且在靠近特征线基本线性行进的区段非线性地行进。通过使用支持场装置。能够影响传感器的特征线，从而以调整外部磁场的磁场分量的场强度区域，其中特征线线性地行进。从而，用于产生传感器信号的装置可通过适当地选择该支持场装置而被调节，例如使得，传感器的特征线由于当发射器的信号过强时而变得非线性的情况下，通过采用支持场装置，提供了这样一种特征线进程，其中，一方面，在预期有最强的发射器磁体的情况下，由此在传感器中产生的场强度仍然在传感器特征线的大范围的线性区域中，另一方面，提供这样的特征线进程，即使在远离的较弱的磁体的情况下，该特征线进程仍然能够被很好的评估。支持场的使用还能够提供该装置的单个结构，其可与具有发射器的不同磁场的不同的发射器一起使用。

在使用螺旋条状纹传感器时以及在磁阻旋转传感器的情况下，支持磁场的使用带来了信号传感器与N-S定向的无关性，N-S定向是各向异性的磁阻传感器的典型特征且被克服，并且从而单个传感器构件的信号形状不再相对于发射器磁体位置镜像对称。因此，当评估单个传感器信号时，位置确定的不确定度被降低。因此，在所有位置都明晰的发射器磁体的位置确定能够通过在发射器磁体的动作区域中的更少的单个传感器元件而实现，这意味着，对于给定的水平测量范围，单独的传感器构件的平均间隔增加，或是其总数可以降低。

如果将具有相同的可逆磁化的温度系数的材料用于支持场的磁体和发射器的磁体，传感器构件的敏感度以及从而传感器信号将几乎不会被永磁体的温度行为所影响。

在优选的实施例中，浮子具有不止一个永磁体，其中所有的永磁体或者相对于轴线轴向地磁化，或者所有的永磁体相对于轴线径向地磁化，并且其中所有的永磁体在与永磁体相交并且垂直于轴线的平面中径向对称地布置。这里永磁体的径向对称设置被理解为表明，当浮子绕轴线旋转某一角度时，永磁体再次与彼此重合。在具有这样的浮子的情况下，可在相应的单个传感器构件处取决于浮子相对于该单个传感器构件的定位而产生大致与传感器线路平行的磁场，该磁场的本地强度确定相应的单个传感器构件的输出信号。在特征线在南极和北极不同的传感器布置中，具有径向磁化磁体的浮子设计特别地提供了这样的优点，(只要浮子具有对称的机械结构)，关于顶部/底部的安装可以根据需求进行。在根据本发明的测量装置中，当浮子位于第一测量位置时，由浮子产生的磁场在第一位置沿着基本平行于测量路径的传感器线路延伸，并且，当浮子位于第二测量位置时，由浮子产生的磁场在第二位置沿着基本平行于测量路径的传感器线路延伸。特别优选地，第一测量位置选择为使得，传感器构件设置在沿着传感器线路的第一位置处，在该位置处由浮子产生的磁场大致平行于测量路径。此外，第二测量位置优选地选择为使得，传感器构件设置在沿着传感器线路的第二位置处，在该位置处由浮子产生的磁场大致平行于测量路径。在该优选的实施例中，从而在每个测量位置设置一个传感器构件，其仅观察到大致平行于测量路径延伸的测量场。在本发明的大部分实施例中，在第一测量位置和第二测量位置之间将存在任意数量的测量位置，因为在第一和第二测量位置之间的水平可能占据任意数量的状态，并且浮在液体上的浮子可从而占据相对于传感器线路的任意数量的位置。

在特别优选的实施例中，浮子具有在浮子的周向上等距分布的多个永磁体，该浮子设计为环形或者柱形形状，其中所有的永磁体或者相对于轴线轴向地对齐，或者所有的永磁体相对于轴线径向地对齐，并且其中所有的永磁体在与永磁体相交并且垂直于轴线的平面中径向对称地布置，其中永磁体的数量为二，特别优选地为三，特别优选地为四，或是特别优选地为五。

在优选的实施例中，浮子具有中空-柱形磁体，该中空-柱形磁体的纵向轴线平行于测量路径指向或者位于测量路径上，并且磁体径向或轴向平行于纵向轴线被磁化。相对于具有在设计为环形形状或是柱形形状的浮子的周边上等距分布的多个永磁体的浮子，中空-柱形的磁体的使用简化了浮子结构。

在优选的实施例中，该装置具有温度测量装置，其可测量容器内液体的温度。因此，与温度相关的传感器的补偿和/或发射器参数可以产生。温度测量可类似地给出将被测量高度的液体的状态的指示。温度测量装置可具有单独提供的测量构件，例如具有铂测量电阻的测量构件。温度测量装置可类似地使用具有PN结的半导体结构元件。温度测量装置可类似地使用例如具有非线性阻抗(诸如热敏电阻)的结构元件。温度测量装置可类似地使用例如热电结构元件，诸如热电偶。温度测量装置可类似地通过评估传感器线路的输出信号，例如通过检测旋转传感器的温度相关的MR信号幅值(其中MR信号幅值可经由两个通道的输出信号的平方和而被检测)，来检测温度。温度测量装置还可以是评估单元的一部分。特别地，微控制器中的温度可通过带隙基准而被检测。其优点在于，无需用于测量温度的额外的部件。

本发明的一个进一步有利的构造在于，多个信号传感器构件的传感器信号以时间顺序通过多路复用器的帮助而被馈送至模数转换器，使得用于评估信号的模数转换器的数量小于将被评估的独立的传感器信号的数量。

在优选的实施例中，电导体可被设置在根据本发明的测量装置的传感器线路的区域中。电导体被配置为使得，当电流流过该电导体时，该电导体产生场，该场在传感器线路中产生信号，该信号独立于传感器线路相对于电导体在第一接近方向上的位置。因此，使用该信号，能够控制独立传感器构件的敏感度。因此例如可以控制传感器构件的功能。

根据本发明用于测量容器内液体水平的方法，该容器具有根据本发明的测量装置，设想如下方案，当确定浮子沿着测量路径的位置时，传感器构件的输出信号与存储在存储器中的数值相比较，并且比较的结果是用于确定浮子位置的基础。特别地，作为方法的一部分，进行了传感器构件的输出信号与从存储在非易失性存储器中的传感器构件特征线得到的期望的传感器信号的增量比较。术语“传感器构件特征线”被理解为传感器构件的输出电压与在浮子移动方向上浮子和传感器构件之间间隔之间的函数关系。在该情况下，在用于多个可能位置(浮子可能相对于传感器线路位于该多个位置处)的评估单元中，通过使用存储的传感器构件特征线得到的针对传感器线路的单独的传感器构件的期望的传感器信号被检测，并且测量的信号和期望的信号之间的差值的平方和最小(最小二乘法)的位置处的位置被输出作为浮子的实际位置除了水平信息之外，液体的温度也可被传递至进一步的处理单元。如果没有达到一定的液体温度或者超过一定的液体温度，则可以发送警告信号。

如果传感器构件的特征线是温度相关的，那么，在优选的实施例中，对应于不同的操作温度的传感器构件特征线可被存储在存储器中，并且当该执行该方法时以检测期望的传感器信号时，通过使用在优选实施例中的温度测量，可选择最有可能对应于测量温度的传感器构件特征线。替代地，由传感器构件产生的测量值在使用传感器构件的已知的温度行为被进一步地评估之前，可被转换为存储在存储器中的传感器构件特征线的期望的电压值所相关的温度。

特别地，根据本发明的测量装置，和/或根据本发明的测量方法优选地在以下情况下使用，当测量容器内墨水的水平时，当测量容器内溶剂的水平时，或是当测量容器内含尿素液体的水平时。

该水平测量的一个当前的应用是从商用车和乘用车排出的废气的净化。合成尿素水溶液用于在SCR催化剂中对废气进行后处理。为此，尿素-水溶液从柴油机中被喷射到废气中，以降低废气中氮氧化物(NOx)的比例。在该情况下，在还原反应中，NOx被还原为N₂O，并且形成氮气和水。其他的还原剂和/或还原剂前体(其例如在废气中或在废气的区域中仅被转换为还原剂)是已知的。这些方法通常称为SCR方法(SCR：选择性催化还原)。通过选择性催化还原，氮氧化物以更大的可选择性被还原为氮气，例如，由此，在废气中的氮氧化物浓度可被显著地降低。通过尿素的热分解，实际上的还原物质，即气态氨从作为还原剂前体的尿素生成。

一些尿素-水溶液在低于-11.5℃的温度以下结晶。该结晶实际上是可逆的，但是其导致技术问题，由于该结晶，尿素-水溶液不再适合于操作。

水平测量仪可以与检测物理或化学测量变量的其他的传感器单元(其使得能够获得液体的量或其确定液体水平)一起安装。温度测量仪还可以是另一传感器单元的一部分。

附图说明

本发明将通过使用附图而被更详细地讨论，这些附图仅示出了实施例。在图中：

图1示出了根据本发明的、用于测量液体的水平的测量装置的第一设计的示意图，

图2是根据图1的实施例中所使用的浮子的示意性侧面截面图，

图3示出了用于根据图1的实施例的浮子的磁体产生的磁场的指向线路方向的磁场分量的场强度的进程，

图4示出了根据图1的实施例的传感器线路的传感器构件的传感器特征线，其示出了输出信号取决于指向线路方向的磁场分量的主要的场强度，

图5示出了针对浮子的不同相对位置的传感器构件和沿着根据图1的实施例的传感器线路(y-方向)的传感器构件的输出信号的进程，

图6示出了根据本发明的、用于测量液体的水平的测量装置的第二设计的示意图，

图7是根据图6的实施例中所使用的浮子的示意性侧面截面图，

图8示出了用于根据图6的实施例的浮子的磁体产生的磁场的指向线路方向的磁场分量的场强度的进程，

图9示出了根据图6的实施例的传感器线路的传感器构件的传感器特征线，其示出了输出信号取决于指向线路方向的磁场分量的主要的场强度，

图10示出了针对浮子的不同相对位置的传感器构件和沿着根据图6的实施例的传感器线路(y-方向)的传感器构件的输出信号的进程，

图11示出了根据本发明的、用于测量液体的水平的测量装置的第三设计的示意图，

图12是根据图11的实施例中所使用的浮子的示意性侧面截面图，

图13示出了用于根据图11的实施例的浮子的磁体产生的磁场的指向线路方向的磁场分量的场强度的进程，

图14示出了根据图11的实施例的传感器线路的传感器构件的传感器特征线，其示出了输出信号取决于指向线路方向的磁场分量的主要的场强度，

图15示出了针对浮子的不同相对位置的传感器构件和沿着根据图11的实施例的传感器线路(y-方向)的传感器构件的输出信号的进程，

图16示出了根据本发明的、用于测量液体的水平的测量装置的第四设计的示意图，

图17是根据图16的实施例中所使用的浮子的示意性侧面截面图，

图18示出了用于根据图16的实施例的浮子的磁体产生的磁场的指向线路方向的磁场分量的场强度的进程，

图19示出了根据图16的实施例的传感器线路的传感器构件的传感器特征线，其示出了输出信号取决于指向线路方向的磁场分量的主要的场强度，

图20示出了针对浮子的不同相对位置的传感器构件和沿着根据图16的实施例的传感器线路(y-方向)的传感器构件的输出信号的进程，

图21示出了根据本发明的、用于测量液体的水平的测量装置的第五设计的示意图，

图22是根据图21的实施例中所使用的浮子的示意性侧面截面图，

图23示出了用于根据图21的实施例的浮子的磁体产生的磁场的指向线路方向的磁场分量的场强度的进程，

图24示出了根据图21的实施例的传感器线路的传感器构件的传感器特征线，其示出了输出信号取决于指向线路方向的磁场分量的主要的场强度，

图25示出了针对浮子的不同相对位置的传感器构件和沿着根据图21的实施例的传感器线路(y-方向)的传感器构件的输出信号的进程，

图26a和b示出了产生正弦类型、场角度相关的传感器信号的一个传感器构件以及产生余弦类型、场角度相关的传感器信号的另一传感器构件的输出信号依赖于温度的关系，以及

图27示出了根据本发明的、用于测量液体的水平的测量装置的第六设计的示意图，

图28是根据图27的实施例中所使用的浮子的示意性侧面截面图，

图29示出了用于根据图27的实施例的浮子的磁体产生的磁场的指向线路方向的磁场分量的场强度的进程，

图30示出了根据图27的实施例的传感器线路的传感器构件的传感器特征线，其示出了输出信号取决于指向线路方向的磁场分量的主要的场强度，

图31示出了针对浮子的不同相对位置的传感器构件和沿着根据图27的实施例的传感器线路(y-方向)的传感器构件的输出信号的进程，

图32示出了在传感器线路的观察方向上的示意性截面图，其示出了支持场磁体相关于传感器构件的布置以及由支持场磁体在传感器构件中产生的磁场，

图33示出了具有两个中空柱形磁体的浮子的示意性侧视图，该两个中空柱形磁体以轴向平行的方式被磁化，

图34示出了具有径向磁化的两个条形磁体的浮子的平面图，

图35示出了具有径向磁化的三个条形磁体的浮子的平面图，

图36示出了用于根据具有移位寄存器的实施例的本发明的测量装置的BUS系统的示意图，

图37示出了用于根据具有数字化BUS结构的实施例的本发明的测量装置的BUS系统的示意图，以及

图38示出了用于传感器构件的集成电路的示意图，其适合于处理传感器构件的模拟测量值，以通过根据图37的数字化BUS结构作为数字测量值传输。

具体实施方式

在图1-5中示出的根据本发明的用于测量容器(没有更详细地示出)内液体水平P的测量装置，具有浮子1，该浮子具有配置为环形/中空柱形形状的永磁体2。该装置进一步具有传感器线路4，该传感器线路由沿着测量路径彼此分隔开布置的15个磁场感应传感器构件3形成。中空柱形的磁体2的纵向轴线平行于测量路径对齐，并且磁体2平行于该纵向轴线而轴向地被磁化。该装置还具有评估单元6。

在图1中，浮子1示出为处于沿着测量路径的测量位置处。在该测量位置处，浮子1占据一相对于传感器线路4的相对位置。如果液体的水平改变，则浮在液体上的浮子1沿着传感器线路4移动，并且占据沿着测量路径的另一测量位置以及从而占据相对于传感器线路4的另一相对位置。

在图1所示出的测量位置处，由浮子1产生的磁场在传感器构件5的位置处基本上平行于测量路径延伸。如果浮子1移动至另一测量位置，则由浮子1产生的磁场在传感器线路的另一位置处基本上平行于测量路径延伸。

可从图1看出，传感器构件4并未沿着测量路径等距地布置。因此，沿着测量路径形成有其中水平可以更高的精度被检测的区域(当在测量路径的每段中具有更多数量的传感器构件)，并且形成有水平以较低的精度被检测的区域。

图4示出了所使用的传感器元件4是单极传感器元件。它们输出的输出信号与磁体的南北对齐无关。这样的传感器构件也可用于根据本发明的没有使用支持场的测量装置中。单极传感器构件例如是，AMR传感器，而没有具有限定场方向的单独的支持场的影响，例如DE 10342260 A1所描述的。

根据图1的实施例提供了这样的优势，特征线(图4)没有翻转，这意味着不需要支持场。该特征线的形式特别地通过陡峭的信号侧而支持浮子位置的精确确定。借助于温度补偿，该温度补偿在约输出电压范围中间处独立，输出电压的温度相关性可被最小化，因此，当数字化传感器信号时，能够实现转换范围的更好的利用。如果使用具有彼此正交布置的电阻带的惠斯通电桥作为传感器类型，则可通过低的传感器表面需求而得到更高的传感器阻抗。

图1所示出的图中复现的点表示可在示于图1的操作条件下(即，当浮子1位于适于图1的位置处)在单独的传感器构件的信号输出处提取的单独的传感器构件3的输出信号(测量值A)。图1中示出的图中所复现的曲线复现了输出信号的进程(以与图5相比较的方式)，如将由浮子的磁体(图3)产生的磁场和传感器线路(图4)的相应的传感器构件的传感器特征线的指向线路方向的磁场分量的场强度的进程考虑在内将发生的输出信号。该曲线进程可被存储在评估单元6在非易失性存储器中，或者可通过温度补偿从存储在非易失性存储器中的曲线进程而生成。为了检测浮子的位置，在图中示出的曲线进程沿着图的y-方向数学地移动，直到其占据图1中的最适合的位置，在该位置处，对于每一测量值A，误差(与曲线进程的差值)是最小的。浮子的位置可通过重合在测量值A上的从而检测的曲线的最适合的位置而确定。

第二实施例，其在图6-10中示出，示出了中空柱形磁体12的使用，其纵向轴线平行于测量路径对齐，磁体12相对于纵向轴线径向地被磁化。传感器线路14的传感器构件13与第一实施例中的传感器构件3是相同的传感器类型。相比于第一结构(图1-5)，第二实施例的相同的结构元件以相同的附图标记表示，但是增加了10。相比于轴向磁化的浮子磁体的使用，该实施例提供了这样的优势，由于该径向磁化，对于传感器构件的给定输出电压，可能的传感器位置的最大数量从6减少到4，(在图10中示出的曲线进程的侧的数量相比于图5中示出的曲线进程)，并且从而较低的传感器目的足以实现位置的一定程度的确定。

第三实施例，其在图11-15中示出，示出了中空柱形磁体22的使用，其纵向轴线平行于测量路径对齐，磁体22相对于纵向轴线轴向地被磁化。传感器线路24的传感器构件23是具有螺旋条状纹结构的磁阻传感器，其中然而也可使用具有彼此正交但是相对于线路纵向方向倾斜平均45°的电阻带的惠斯通电桥。相比于第一结构(图1-5)，第三实施例的相同的结构元件以相同的附图标记表示，但是增加了20。

在第三实施例中，如图11-15所示，传感器线路具有支持场，该支持场正交于线路纵向方向曲线并且稳定特征线，例如DE 102010025170 B4中描述的。与由浮子21产生的磁场的南北对齐相关的特征线形状(图14)在确定发射器位置时降低不明确性，并且能够减小沿着传感器线路的传感器密度。

第四实施例，其在图16-20中示出，示出了中空柱形磁体32的使用，其纵向轴线平行于测量路径对齐，磁体32相对于纵向轴线径向地被磁化。传感器线路34的传感器构件33是螺旋条状纹类型的传感器构件，其中然而也可使用具有彼此正交并且相对于线路纵向方向倾斜平均45°的电阻带的惠斯通电桥，类似于第三实施例的传感器构件23。相比于第一结构(图1-5)，第三实施例的相同的结构元件以相同的附图标记表示，但是增加了30。图16示出了，温度传感器37可设置为根据本发明的测量装置的一部分。

在第四实施例中，如图16-20所示，传感器线路具有支持场，该支持场正交于线路纵向方向取向并且稳定特征线，例如DE 102010025170 B4中描述的。与由浮子31产生的磁场的南北对齐相关的特征线形状(图19)在确定发射器位置时降低不明确性，并且能够减小沿着传感器线路的传感器密度。

第五实施例，其在图21-25中示出，示出了中空柱形磁体42的使用，其纵向轴线平行于测量路径对齐，磁体42相对于纵向轴线轴向地被磁化。传感器线路44的传感器构件43是旋转传感器类型的传感器构件，即具有旋转45°的两个惠斯通电桥的AMR传感器，例如DE10308030 B4中描述的。相比于第一结构(图1-5)，第四实施例的相同的结构元件以相同的附图标记表示，但是增加了40。

用作传感器线路44的传感器构件43的磁阻旋转传感器产生正弦类型和余弦类型的场角度相关的传感器信号(电桥信号)。两个电桥信号的评估允许，温度相关的传感器信号幅值的检测，而与发射器的位置无关，而得知温度相关的传感器信号能够得到关于当前主要操作温度的结论。两个桥信号的评估能够独立于与温度相关的传感器幅值来确定在传感器位置处的场角度以及从而测量完全温度无关的水平。如果具有相同可逆磁化的温度系数的材料用于支持磁体和发射器磁体，则当评估传感器信号时获得的在传感器构件处的场角度以及从而水平高度在温度改变时实际上不变化。

在第五实施例中，如图21-25所示，传感器线路具有支持场，该支持场正交于线路方向并且稳定特征线。与由浮子41产生的磁场的南北对齐相关的特征线形状(图24)在确定发射器位置时降低不明确性，并且能够减小沿着传感器线路的传感器密度。

图21在一个相应的绘出的图中示出了一个惠斯通电桥的输出信号(测量值A)，以及在另一相应的图中示出了旋转45°的另一相应的惠斯通电桥的输出信号(测量值A)。类似地，在图24和25中，相应的上图示出了相关于一个惠斯通电桥的传感器特征线、或是输出信号的进程，而相应的下图示出了相关于旋转45°的另一惠斯通电桥的传感器特征线、或是输出信号的进程。

图26a示出了两个电桥信号的输出信号的平方和的绝对值在较低值(具有较小直径的闭合圈)和较高值(具有较大直径的闭合圈)之间，并且取决于温度。然后使用下面的方程：

其中，T表示温度，VMR为一个电桥信号的输出信号且VMR2为第二电桥信号的输出信号，并且TK表示磁阻效应的材料相关的温度系数，r(T0)描述了在参考温度T0时的信号幅值。图26b示出了在两个电桥信号的输出信号的平方和以及温度之间的线性关系，使得能够从两个电桥信号的输出信号的平方和的跟来得到温度。

第六实施例，其在图27-31中示出，示出了中空柱形磁体52的使用，其纵向轴线平行于测量路径对齐，磁体52相对于纵向轴线径向地被磁化。传感器线路54的传感器构件53是旋转传感器类型的传感器构件，例如DE 10308030 B4中描述的。相比于第一结构(图1-5)，第六实施例的相同的结构元件以相同的附图标记表示，但是增加了50。

在第六实施例中，如图27-31所示，传感器线路具有支持场，该支持场稳定特征线，例如DE 10308030 B4所描述的。与由浮子51产生的磁场的南北对齐相关的特征线形状(图30)在确定发射器位置时降低不明确性，并且能够减小沿着传感器线路的传感器密度。

图27在一个相应的绘出的图中示出了一个惠斯通电桥的输出信号(测量值A)，以及在另一相应的图中示出了旋转45°的另一相应的惠斯通电桥的输出信号(测量值A)。类似地，在图30和31中，相应的上图示出了相关于一个惠斯通电桥的传感器特征线、或是输出信号的进程，而相应的下图示出了相关于旋转45°的另一惠斯通电桥的传感器特征线、或是输出信号的进程。

图32示出了在传感器线路的观察方向上的示意性截面图，其示出了支持场磁体61相关于传感器构件63的布置。传感器构件设置在印刷电路板64上，并且支持场磁体61设置在印刷电路板64相反于传感器构件63的一侧上。由支持场磁体61生成的支持场的磁场线如虚线所示。箭头66示出了，在传感器构件的区域中支持场仅在垂直于传感器线路的一个方向上延伸并且不在传感器构件63的高度方向上延伸。在优选的实施例中，支持场磁体以图32所示的方式被分配至传感器线路的每个传感器构件。

图33示出了具有两个中空柱形磁体72的浮子71的示意性侧视图，该两个中空柱形磁体以轴向平行的方式被磁化。通过使用两个中空柱形的磁体，磁场的强度可增加。

图34示出了具有径向磁化的两个条形磁体82的浮子81的平面图。条形磁体82彼此偏移180°设置。条形磁体92在与永磁体相交并且垂直于轴线的平面内以径向对称的方式设置。

图35示出了具有径向磁化的三个条形磁体92的浮子的平面图，条形磁体92彼此偏移120°设置。条形磁体92在与永磁体相交并且垂直于轴线的平面内以径向对称的方式设置。

图36示出了用于根据具有移位寄存器的实施例的本发明的测量装置的BUS系统100的示意图。测量装置的传感器构件3设置为沿着测量路径彼此隔开地设置。在每种情况下，八个传感器构件3逻辑上合并到一个区块中。在图36中，测量装置具有n个区块以及从而8n个传感器构件。每个区块具有多路复用器101。相应的多路复用器101的输入信号是分配至相应的区块的相应的传感器构件3的模拟测量值。作为输出信号，多路复用器在BUS系统100的DATA线上提供模拟测量值，并且实际上是对应于多路复用器101的当前存在的激活状态的应当被连接的那个传感器构件3的相应的模拟测量值。多路复用器101经由Sens+和Sens-线路而被提供电力。多路复用器可经由A0、A1、A2线路而被激活，使得其可将传感器构件的模拟测量值一个接一个载入到DATA线上。

图37示出了用于根据具有数字化BUS结构的实施例的本发明的测量装置的BUS系统110的示意图。与未示出的供给线一起，BUS还具有CLK线和DATA线。对每个传感器构件(在此未详细地示出)分配有集成电路“MR_IC”111，该集成电路处理传感器构件的相应的模拟测量值，并且将其转换为数字测量值，以从而当相应的电路111适当地激活时、将该数字测量值载入到DATA线上。

集成电路111可具有示于图38中的基本设计。据此，来自于传感器构件3的模拟测量值被馈送到电路111。模拟测量值通过放大器“OP”112被放大并且通过转换器113被转换为数字测量值。数字测量值被馈送到功能区块113。此外，来自于存储器115的标定值和来自于温度传感器116的温度信号被馈送到该功能区块114。使用该信息，功能区块可进行数字测量值的标定和温度补偿。适当调整的信号被馈送至通信构件117，该通信构件与BUS配合通信。集成电路111还具有供电单元118。用于传感器构件的集成电路的示意图(其中集成电路适合于处理传感器构件的模拟测量值，用于通过根据图37的数字化总线结构作为数字测量值输出)，

图39示出了用于传感器构件的进一步的集成电路的示意图，所述集成电路适合于处理传感器构件的模拟测量值，以通过根据图37的数字化总线结构作为数字测量值传输。

Claims (12)

1.一种用于测量容器内液体水平的测量装置，具有传感器线路(4、14、24、34、44、54)，所述传感器线路具有沿着测量路径彼此分隔开的至少两个磁场感应传感器构件(3、13、23、33、43、53、63)，

浮子(1、11、21、31、41、51)，其产生磁场、并且能够沿着测量路径从第一测量位置移动到至少第二测量位置，在第一测量位置中，浮子(1、11、21、31、41、51)占据相对于传感器线路(4、14、24、34、44、54)的第一相对位置，在第二测量位置中，浮子(1、11、21、31、41、51)占据相对于传感器线路(4、14、24、34、44、54)的第二相对位置，

其中，当浮子(1、11、21、31、41、51)位于第一测量位置时，由浮子(1、11、21、31、41、51)产生的磁场在第一位置沿着基本平行于测量路径的传感器线路(4、14、24、34、44、54)延伸，并且，当浮子(1、11、21、31、41、51)位于第二测量位置时，由浮子(1、11、21、31、41、51)产生的磁场在第二位置沿着基本平行于测量路径的传感器线路(4、14、24、34、44、54)延伸，

其特征在于，

传感器线路(4、14、24、34、44、54)的至少一个传感器构件(3、13、23、33、43、53、63)使用磁阻效应，或者是霍尔效应传感器或者磁阻器或者EMR传感器。

2.用于测量容器内液体水平的测量装置，具有传感器线路(4、14、24、34、44、54)，所述传感器线路具有沿着测量路径彼此分隔开的至少两个磁场感应传感器构件(3、13、23、33、43、53、63)，

浮子(1、11、21、31、41、51)，其产生磁场、并且能够沿着测量路径从第一测量位置移动到至少第二位置，在第一测量位置中，浮子(1、11、21、31、41、51)占据相对于传感器线路(4、14、24、34、44、54)的第一相对位置，在第二位置中，浮子(1、11、21、31、41、51)占据相对于传感器线路(4、14、24、34、44、54)的第二相对位置，

其中，当浮子(1、11、21、31、41、51)位于第一测量位置时，由浮子(1、11、21、31、41、51)产生的磁场在第一位置沿着基本平行于测量路径的传感器线路(4、14、24、34、44、54)延伸，并且，当浮子(1、11、21、31、41、51)位于第二测量位置时，由浮子(1、11、21、31、41、51)产生的磁场在第二位置沿着基本平行于测量路径的传感器线路(4、14、24、34、44、54)延伸，特别优选地根据权利要求1，

其特征在于，

传感器线路(4、14、24、34、44、54)的传感器构件(3、13、23、33、43、53、63)不包含可移动的部件。

3.根据权利要求1或2中的任意一项所述的测量装置，其特征在于，测量路径是线性延伸的测量路径。

4.根据权利要求1到3中的任意一项所述的测量装置，其特征在于，传感器线路的至少一个传感器构件(3、13、23、33、43、53、63)使用各向异性的磁阻效应。

5.根据权利要求1到4中的任意一项所述的测量装置，其特征在于，传感器线路的至少一个传感器构件(3、13、23、33、43、53、63)能够产生取决于场强度的、但基本上独立于场方向的输出信号。

6.根据权利要求1到5中的任意一项所述的测量装置，其特征在于，传感器线路具有支持场装置，其在传感器构件(3、13、23、33、43、53、63)中产生磁支持场。

7.根据权利要求1到6中的任意一项所述的测量装置，其特征在于，浮子(71、81、91)具有不止一个永磁体，其中浮子的所有的永磁体或者相对于轴线轴向平行地对齐、或者所有的永磁体相对于轴线径向地对齐，并且其中所有的永磁体在与永磁体相交并且垂直于轴线的平面中径向对称地布置。

8.根据权利要求1到6中的任意一项所述的测量装置，其特征在于，浮子(1、11、21、31、41、51、61、71、81、91)具有中空-柱形磁体(2、12、22、32、42、52、62、72、82、92)，所述中空-柱形磁体的纵向轴线平行于测量路径指向或者位于测量路径上，并且磁体径向或轴向平行于纵向轴线被磁化。

9.根据权利要求1到8中的任意一项所述的测量装置，其特征在于，温度测量装置(36)，其能够测量容器内液体的温度。

10.根据权利要求1到9中的任意一项所述的测量装置，其特征在于，电导体设置在传感器线路附近，其中所述电导体被配置为使得，当电流流过所述电导体时，所述电导体产生场，所述场在传感器线路的传感器构件中产生信号，所述信号独立于传感器线路相对于电导体在第一接近方向上的位置。

11.一种用于测量容器内液体平面的方法，所述容器具有根据权利要求1-10中的任意一项所述的测量装置，其特征在于，当确定浮子(1、11、21、31、41、51、61、71、81、91)沿着测量路径的位置时，传感器构件(3、13、23、33、43、53、63)的输出信号与存储在存储器中的数值相比较，并且比较的结果是用于确定浮子(1、11、21、31、41、51、61、71、81、91)的位置的基础。

12.根据权利要求1-10中的任意一项的测量装置的使用，以及根据权利要求11的方法的使用，用于测量容器内墨水的水平，用于测量容器内溶剂的水平，或是用于测量容器内含尿素液体的水平。