CN107923785A - 提供液体液位的气体组分和温度补偿声学测量的装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于提供液体表面(3)的液位的气体组分和温度补偿声学测量的装置，所述装置包括发送器(10)，接收器(10)，和用于引导声学信号的波导(30)。所述波导(30)包括：从第一端部(31)延伸到参考元件(33)的参考部分(34)；和从所述参考元件(33)朝向第二端部(32)延伸的测量部分(35)。所述装置还包括通道(42)，其从所述参考部分(34)中的至少一个入口(41)延伸到所述测量部分(35)中的至少一个出口(44)，所述通道与所述波导分开，以提供独立于所述波导的流体流；以及气体泵(40)，所述气体泵布置成在所述通道(42)中创建从所述至少一个入口(41)到所述至少一个出口(44)的气体流。

Description

提供液体液位的气体组分和温度补偿声学测量的装置
技术领域
本发明涉及一种用于提供箱体内液体液位的补偿测量的装置。
背景技术
在国际专利申请WO 2005/038415中公开了用于提供箱体中的液体液位的补偿测量的装置的示例。WO 2005/038415中的装置包括用于发送和接收声学信号的变送器，以及连接到变送器并延伸到液体中的波导。液体液位基本上是根据声速和声学信号从变送器到液体表面(声学信号被反射的位置)并再次返回到变送器的传送时间来确定的。由于声音的速度取决于气体组分和温度(这些气体组分和温度可能会不时地变化)，所以当前声速被用于确定液体液位，而声音的当前速度继而是通过波导中的参考系统确定。此外，由于参考系统中的气体组分和温度可能不同于波导中的液体之上的其余部分的气体组分和温度，例如，如果液体液位低，则与箱体有关的燃料泵被用于将来自箱体的流体流(即燃料)送入波导的在使用中位于液体上方的一部分。燃料流使得温度和气体组分均衡，从而使声音的速度在液体之上在整个波导中均衡，从而可以更精确地测量液体液位。
然而，通往燃油泵的通路可能受到限制，因此也需要其他解决方案。例如，使用例如在专利申请WO 2015/0041848中公开了毛细作用力。WO2015/0041848中的装置包括吸收元件，其借助于毛细管吸引收集箱体内的液体，以将来自箱体中的液体的气体释放到保持腔中，从而释放到波导的参考部分中。
已经看到，已知的装置可以缓慢地适应气体组分和/或温度的变化，该改变导致声速的非最佳的均衡效果。声速的均衡效应的延迟意味着装置在声学测量中的不期望的不准确性。特别是，当液体液位低时，液体液位与例如波导的参考部分之间的距离很大，这使得在参考部分中提供气体组分和/或温度比较困难，该参考部分确定与波导的测量部分中的声速基本相等的声速。
因此，本领域仍然需要提供一种用于提供箱体内液体液位的补偿声学测量的装置，其允许更精确的声学测量。
发明内容
本发明的一个目的是至少部分地克服现有技术中的问题，并提供一种改进的液体液位测量装置，其尤其允许更精确的声学测量。
从以下描述中将会变得明显的这些和其他目的通过根据所附权利要求的测量装置来实现。
根据本发明的一个方面，提供一种用于提供箱体中的液体表面的液位的气体组分和温度补偿声学测量的装置。所述装置包括：发送器，其适用于发送声学信号；接收器，其适于接收所述声学信号的反射；波导，其用于将来自所述发送器的声学信号引导到所述液体表面并用于将所述声学信号的反射引导回所述接收器。所述波导包括：连接到所述发送器的第一端部，适于延伸到液体中的第二端部，设置在所述波导中的参考元件；从所述第一端部延伸到所述参考元件的参考部分；和从所述参考元件朝向所述第二端部延伸的测量部分。所述装置还包括通道，其从所述参考部分中的至少一个入口延伸到所述测量部分中的至少一个出口，所述通道与所述波导分开，以提供独立于所述波导的流体流；以及气体泵，所述气体泵布置成在操作期间在所述通道中创建从所述至少一个入口到所述至少一个出口的气体流。
通道因此在参考部分和测量部分之间提供流体连接(除了波导本身之外)，气体泵产生通过该通道的气体流。需要说明的是，通道的至少一部分可以设置在波导的内部，只要与波导分离即可。例如，通道可以是波导内部的管道。
本发明基于以下认识：从波导的参考部分到波导的测量部分的流体流(主要但不一定是唯一的气体)将用于均衡整个波导中的气体组分。结果，根据本发明的装置在进行箱体内液体液位的声学测量时提高了准确性。因此，本发明背后的思想不同之处在于，与许多以前的解决方案都是通过不同的方式直接或间接地将流体从箱体引入参考部分，而本发明将流体(主要是气体)从参考部分到引导到测量部分。因此，参考部分和测量部分之间的气体组分的差异通过创建从参考部分到测量部分的流体流来均衡。
本发明的优点在于即使在液体液位低和/或液体液位与参考部分之间的距离大的情况下也能够进行精确的测量。因此，应该理解的是，较大的距离可能引起较大的测量误差。换句话说，如果参考部分中的气体组分与测量部分相比稍有不同，那么正确距离与测量距离之间的差值随着到测量部分的距离的增加而增加。在这种情况下，大距离应当被理解为大于50mm，大于100mm，甚至大于200mm。
当然应该注意的是，该系统可以被看作是一个闭环，使进入测量部分的流体流迫使气体，从而迫使测量部分的气体组分进入参考部分中并与参考部分的气体组分混合。换句话说，气体泵也引起气体从测量部分循环到参考部分。
在这种情况下，流体既可以是气体也可以是液体。本发明基于将参考部分的气体组分转移到测量部分的概念，或者将不同气体组分的致因(如蒸发的液体)从参考部分转移到测量部分的概念。因此，将参考部分内的任何液体也从参考部分中输送走也是有利的，因为参考部分中的液体可能对其中执行的参考测量是不利的。例如液体可能由于冷凝而存在于参考部分中。
需要说明的是，为了确定液体的液位，该装置还可以包括处理电路，其连接到发送器和接收器，并用于根据发送的声学信号和接收到的声学反射来确定液体的液位。替代地，关于发送的声学信号和接收到的声学信号的反射的信息通过诸如有线或无线通信等已知的通信手段被发送到远程处理电路，即与所述装置分开且不是装置的一部分。
在至少一个示例性实施例中，泵包括压电元件。因此，泵可以被称为压电泵。
在至少一个示例性实施例中，所述装置包括沿参考部分的纵向延伸部分布置的多个入口，多个入口通过通道连接到至少一个出口。为了提供沿着参考部分的纵向延伸部分呈现的气体组分的混合物，或者为了减小至少一个入口的尺寸，可以有利地使用多个入口。多个入口可沿着参考部分的纵向延伸部分有规律地或随机地分开。提供多个入口的另一个优点是即使一个入口堵塞了，仍然可以提供从参考部分到测量部分的流体流。
在至少一个示例性实施例中，该装置包括沿着测量部分的纵向延伸部分布置的且间隔开的多个分离的出口。例如，该装置还可以包括沿着波导的测量部分的纵向延伸部分设置的内部管道。内部管道既可以是单独的部件，也可以是与波导的壁一体形成的。沿测量部分的纵向延伸部分布置的且间隔开的多个分离的出口可以是在内部管道的壁中的到波导的测量部分的多个通孔。多个通孔允许来自参考部分的流体流进入测量部分。通过具有多个分离的通孔，可以减少多个出口中的每一个的尺寸。由此应注意流动方向的附加优点，在操作过程中，流体通过多个出口被排出，由此降低了出口被液体中的颗粒或污染物阻塞的风险，因为来自参考部分的流体是典型的气体。
在至少一个实施例中，所述通道沿测量部分延伸，所述至少一个出口是在通道与测量部分之间的通道中的狭槽。狭槽布置成沿测量部分的纵向延伸部分释放流体流。因此，沿着测量部分的纵向延伸部分的气体组分可能变得基本相似。
在至少一个示例性实施例中，多个出口的每个出口的尺寸或者狭槽的宽度被构造为使得气体的释放沿着测量部分的纵向延伸部分基本上是均匀的。例如，多个出口朝向第二端部可以具有增大的尺寸或直径，使得从靠近第二端部布置的出口流出的流体不会减少。这可能是有利的，因为液体表面通常更靠近第二端部，例如，一个箱体经常不满，并且从液体表面蒸发的气体将引入不同的气体组分。
例如，该装置还可以包括连接至通道的内部管道，内部管道沿着波导的测量部分的纵向延伸部分布置。内部管道既可以是单独的部件，也可以是与波导的壁一体形成的。沿着测量部分的纵向延伸部分布置成释放流体流的至少一个出口可以包括沿着内部管道的长度(即测量部分的纵向延伸部分)延伸的细狭槽。狭槽的宽度可以被配置为使得气体的释放沿着测量部分的纵向延伸部分是基本均匀的。例如，狭槽的宽度可以朝着第二端部增加
在至少一个示例性实施例中，单一出口可以布置在至少部分地设置在所述测量部分中的内部管道的下部端部处，使得当液体表面在单一出口上方时可以形成气泡。替代地，多个出口可以被构造成使得在操作期间至少一个出口可以布置在表面液体的下方并由此产生气泡。气泡不会干扰液位测量。然而，气泡可能会增加蒸发，从而改善波导内气体的循环。
在至少一个示例性实施例中，至少一个出口构造成沿着所述测量部分的纵向延伸部分在向下的方向上提供流体流，使得当表面在至少一个出口下方时，至少一个出口产生至少部分到达液体表面的流体射流。因此至少一个出口可以理解为在正常操作条件下布置在液体表面上方，并且提供至少部分到达表面的流体射流。至于到达待测量的液面的表面，应当理解，从出口提供的流可以具有足够的速度以沿着测量部分的纵向延伸部分行进以到达表面。气体组分可能越接近表面越浓密，例如由于箱体内液体的蒸发。使流体流到达表面可以因此改善气体组分在波导内的混合。
在至少一个示例性实施例中，至少一个出口被布置成在至少部分地与波导的测量部分的内壁相切的方向上引导流体流，使得在测量部分的至少一部分中获得螺旋流。螺旋流可以在测量部分中提供改进的流体(例如，气体)混合物，从而减少波导中气体组分的局部差异的发生。
在至少一个示例性实施例中，波导的内壁的至少一部分沿着测量部分的内壁形成螺旋轨道。螺旋轨道可以将来自出口的流动重定向为螺旋流动。例如，螺旋轨道可以与至少一个出口一起使用，该出口布置成在至少部分地与波导的测量部分的内壁相切的方向上引导流体流。因此，可以在测量部分的较大部分中提供螺旋流。
在至少一个示例性实施例中，所述装置还包括布置在与参考部分流体连接的保持腔中的吸收元件，所述吸收元件适于收集来自箱体中的液体的液体并释放源自所述液体的气体。吸收元件可以是与WO 2015/0041848中所述的吸收元件相同的吸收元件，并且包括与其中描述的材料和功能相同的材料和功能。因此，吸收元件可以具有适于延伸到箱体中的液体中并通过毛细管吸引收集液体的部分。吸收元件布置成与参考部分流体连接，使得气体的释放可能影响参考部分内的气体组分。吸收元件的适于延伸到箱体内的液体中并通过毛细吸引收集液体的一部分可以延伸穿过波导。
在至少一个示例性实施例中，发送器和接收器被集成到单一声学变送器中。因此节省空间，并且可以使液体液位测量装置更小。此外，单一声学变送器允许发送和接收功能共享电线和/或其他组件。例如，发送器和接收器可共享声学变送器元件，例如，双作用压电元件。
在至少一个示例性实施例中，发送器由第一驱动频率驱动，并且泵由第二驱动频率驱动。第一和第二频率在此应该被理解为两个分开的频率或频率范围。第一和第二频率或者第一和第二频率范围被分开，使得不存在重叠，并且可以将第一频率提供的测量与以第二频率进行的泵送区分开。
驱动频率可能分别与发送器和泵的膜的不同谐振模式有关，使得发送器和泵仅由相应的谐振频率激活。
这使得能够通过单一共享信号线连接泵和发送器，其中共享信号线上的控制信号的频率确定泵和发送器中的哪一个是可操作的。换句话说，具有第一频率的控制信号将激活变送器，而具有第二信号的控制信号将激活泵。可选地，单一共享信号线也连接到接收器。希望减少穿过可以布置有液体液位测量装置的箱体的壁的线的数量。换句话说，通过将泵，发送器和可能的接收器连接成使得它们共享单个信号线，可以减少穿过箱体壁的开口的数量或开口的尺寸。
在至少一个示例性实施例中，第一频率和第二频率在操作期间以交替方式在单一共享信号线上发送。因此，在操作期间在单一共享信号线上发送的信号可以包括两个频率，例如被分时共享，使得在第一时间段期间发送第一频率，并且在第二时间段期间发送第二频率，随后以交替方式发送第一和第二频率。
在一个可能的实施例中，气体泵由所述发送器形成(即，发送器适于也作为泵运行)。因此，有可能使用与泵功能相同的声学变送器功能的压电元件，有可能使液位测量装置更紧凑和/或更便宜。与不同谐振模式相关联的不同驱动频率的激活在本实施例中是特别有利的。
在至少一个示例性实施例中，气体泵可以替代地产生从测量部分到参考部分的流体流，即由气体泵产生的流动的方向可以被颠倒。虽然这样的实施例被发明人在欧洲专利1676102中所做的发明所涵盖，但是本发明提供了具有不同可选细节的替代解决方案。该实施例当然可以与前面和下文中描述的实施例组合。
一般而言，除非在本文中另外明确地定义，否则说明书或权利要求中使用的所有术语将根据其在本技术领域中的普通含义来解释。所有对“一个/一个/所述[元件，装置，组件，部件，步骤等]”的引用应被公开地解释为指的是所述元件，装置，组件，部件，步骤等的至少一个实例，除非另有明确说明。
当研究所附权利要求书和以下描述说明书时，本发明的进一步的特征和优点将变得显而易见。本领域技术人员认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可以组合本发明的不同特征以创建除以下说明之外的实施例。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的说明性和非限制性的详细描述，将更好地理解本发明的上述以及其他目的，特征和优点，其中相同的附图标记将被用于类似的元件。
图1示意性地示出了根据本发明的一个实施例的装置的至少部分截面侧视图。
图2示意性地示出了根据本发明另一实施例的装置的至少部分截面侧视图。
图3a示意性地示出了根据本发明另一实施例的装置的至少部分截面侧视图。
图3b示意性地示出了根据本发明另一实施例的装置的至少部分截面侧视图。
图4示意性地示出了根据本发明另一实施例的装置的至少部分截面侧视图。
图5a-e示出了可以与根据前述实施例中的任一个的液体液位测量装置一起使用的波导和出口的至少部分截面透视图。
具体实施方式
在本详细描述中，参照示出根据本发明的各种实施例的液体液位测量装置的视图主要讨论根据本发明的液体液位测量装置的实施例。应该注意的是，这并不意味着限制了本发明的范围，本发明的范围也可应用于其他情况下，例如波导，泵和出口的其他类型或变体，而不是在附图中所示的实施例。此外，结合本发明的实施例提及的具体特征并不意味着这些组件不能与本发明的其他实施例一起使用。
根据本发明的装置适合于提供箱体内液体的液位的气体组分和温度补偿声学测量。当源自箱体内的液体(特别是汽油或石油，如果箱体是一个燃料箱体的话)的流体会蒸发到装置的波导中，重要的是尽可能快地消除气体组分和温度的差异以免扰乱箱体内液体液位的声学测量。
在根据本发明的装置中，所述装置包括用于将源自波导的参考部分的流体流供给到波导的测量部分中的部件。因此，通过建立从参考部分到测量部分的流体流(例如气体)来均衡参考部分和测量部分之间的气体组分之间的差异。当然应该注意的是，该系统可以看作是一个闭环，这样进入测量部分的流体流将迫使气体并且因此迫使测量部分中的气体组分进入参考部分中并与参考部分的气体组分混合。换句话说，将源自波导的参考部分的流体流供给到波导的测量部分的部件也引起从测量部分到参考部分的循环或气体。
下面讨论的至少一个入口和至少一个出口的截面尺寸优选与波导的截面尺寸相比较小，因为它们因此对遍布波导的声学信号和反射声学信号没有影响或者具有最小影响。
图1示出了根据本发明的第一实施例布置在箱体1中的液体液位测量装置。液体液位测量装置是提供箱体内的液体的气体组分和温度补偿声学测量的装置。箱体1例如可以是诸如汽车，卡车，公共汽车，船等车辆的燃料箱体。
液体液位测量装置包括变送器10，处理电路20，泵40和外壳50。变送器10和泵布置在外壳50内。波导30至少部分地设置在外壳50内。在图1中，处理电路20布置在外壳50的外部。替代地，处理电路20可布置在外壳50的内部。作为另一替代方案，泵40可布置在外壳50的外部。
当然应该注意的是，虽然处理电路20此后被描述为液体液位测量装置的一部分，但是处理电路也可以远程布置，并且声学变送器10和泵40的激活和控制可以由布置在那些组件内的电路执行。
变送器10适用于发送声学信号并接收声学信号的反射。变送器10可以是通常适用于将电信号转换成声学信号或声音脉冲的电声学变送器，反之亦然。例如，频率可以是允许平面波传播的频率。平面波传播通常取决于波导的频率和直径。变送器10可以例如包括双作用压电部件。变送器10可以包括分开的声音发送器和声音接收器。
在图1中，变送器10放置在箱体1的内部，更具体地说，放置箱体的在液体液位表面3上方的上部。替代地，变送器10可放置在箱体1的外面。
处理电路20连接到变送器10，以用于向其提供电信号并由此评估来自该变送器的电信号。处理电路20用于根据传输的声学信号和接收到的声学信号的反射来确定液体的液位。处理电路20可以包括集成电路，AD电路，频率滤波器等，以便确定箱体1中液体的液位。当然也可以并且在本发明范围内，处理电路20的至少部分或全部的功能被包含在软件中。处理电路20因此可以包括用于在其上存储指令的处理器和存储器。存储器可能是一个非暂时性的存储器。
在图1中，处理电路20布置在箱体1的外部。替代地，处理电路20可以布置在箱体内，并且可选地与变送器10集成。
波导30通常用于将来自变送器10的声学信号引导至液体液位表面3，并将声学信号的反射引导回变送器。波导30例如可以是其中可以引导声学信号的管或管道。
波导包括第一端部31和第二端部32。第一端部31连接到变送器10，以将声学信号引导到变送器10和从变送器10引导声学信号。第二端部32适于伸入或浸没在箱体1内的液体2中，使得声学信号在工作时可被液体液位表面3反射。
波导30还包括位于第一端部和第二端部之间的参考元件33。参考元件33优选地在距波导30中的预定点上方布置在与变送器10相距已知的距离的位置处，液体通常被允许达到该预定点。因此，参考元件33在操作中通常位于液体液位表面3的上方。
参考元件33能够反射声学信号，由此提供参考反射，允许处理电路20确定在第一端部31和参考元件33之间延伸的参考部分34中的声音的参考速度。
参考元件33例如可以是一个小突起，例如一个针或一个抽头或一个环，适于部分反射在波导30中沿着从第一端部31朝向第二端部32的方向行进的声学信号32。可选地，参考元件33可以是例如波导的截面积的变化。
波导还可以包括类似于第一参考元件33的第二参考元件(图1中未示出)，从而提供第二参考反射，从而允许所述处理电路20确定在所述第一端部31和所述第二参考元件之间延伸的第二参考部分中的第二参考速度。第二参考元件位于参考元件33和第二端部32之间。
该装置可以包括附加的参考元件，其可以分别与第一参考元件33和第二参考元件类似地使用。
波导的参考部分34即在第一端部31和参考元件33之间延伸的部分包括用于在操作期间面对液体液位表面3的底表面37以及用于在操作期间远离液体液位表面3的顶表面38。至少一个入口，在此示出单个入口41，用于将流体从参考部分34供给到泵40。入口41布置在底表面37处。替代地，入口可以布置在顶表面38，或者在参考部分34的侧壁(未示出)上。
为了节省空间，参考部分34的至少一部分可以具有螺旋形或扁平的螺旋形状(图1中未示出)，如国际专利申请公开号No.WO 2009/020424中所示的。参考部分34的至少一部分可以放置在箱体1的外面(未示出)。
参考部分34通常设置在波导中，以用于将声学信号从发送器(即声学变送器10)引导到液体液位表面，并且用于将声学信号的反射引导回到接收器(即声学变送器10)。然而，替代地，参考部分34也可以被安排在用作外部参考系统的单独波导中。
泵40布置在外壳50内，并且与入口41流体连通。通道42从泵40延伸到布置在测量部分35中的多个出口44。替代地，通道42也可以从入口41延伸到泵40。通道42因此在参考部分34和测量部分35之间形成流体连接。当泵40被操作时，流体从参考部分34被抽出并经由出口44被推出到测量部分35中。泵40连接到处理电路20，处理电路20在使用中操作泵40。泵40可以包括压电元件以提供泵送动作。因此泵可以被称为压电泵。
通道42连接到布置在测量部分35中的管道43。管道可以被称为内部管道43。内部管道43可以是单独的部分，由此在装置的组装期间允许内部管道43插入波导30中。替代地，内部管道43可以与波导的壁一体形成，例如，被突出作为波导30的一部分。
在图1中，多个出口44是内部管道43的壁中的通孔。重要的是要注意，在操作期间，流体通过出口44被排出，由此降低出口44将被液体2中的颗粒或污染物堵塞的风险。注意，多个分离的出口44沿着测量部分35的纵向延伸部分设置并间隔开。多个出口44的每个出口可以具有如此构造的尺寸或直径，使得沿着测量部分35的纵向延伸部分，流体流到测量部分35中的释放基本上是均匀的。例如，出口44可以具有朝向第二端部32增加的直径，使得从多个出口44流出的流体流不会朝着第二端部32减小。
图1中还示出了布置在内部管道43的下部端部处的单一出口45。在操作期间，单一出口45在操作中优选地布置在液体的表面3的下方，并且因此可以引起气泡形成。替代地，出口44中的一个或多个可被布置和构造成使得在操作期间在液体2的表面3下方布置一个或多个出口，并且因此可能导致气泡形成。因此，可能的组合是不同实施例中的内部管道43仅包括单一出口45，包括单一出口45和多个出口44，或者仅包括多个出口44。
外壳50具有用于使得波导30延伸到箱体内的开口。波导30的开口可以密封外壳50和波导之间的任何间隙。因此，波导30具有靠近外壳50的通气开口39，以便在液体2的表面3升降时在波导内进行通气和压力均衡。如果外壳50被液体2浸没，通气开口39和外壳50使外壳起到潜水钟的作用。因此，通气开口39被布置成靠近外壳50。通气开口39允许液体表面3在波导30内上升，直到它到达通气开口39，之后，外壳50可以起潜水钟的作用。因此，不期望的液体填充外壳50的一部分的风险较小，因为如果在外壳50中(特别是在参考部分34中)存在液体，测量可能因此变得不准确。
在替代实施例(未示出)中，外壳50还可以包括通气开口。替代地，波导30和外壳50都可以包括彼此靠近布置的通气开口，以允许外壳起到潜水钟的作用。
现在将首先参考使用声学变送器10的测量循环，其次参照泵40来描述图1中所示的液体液位测量装置的示例性操作。
首先，处理电路20将电信号或脉冲提供给声学变送器10，使得声学变送器10传送相应的声学信号或声音脉冲。所传输的声学信号由波导30沿着参考部分34朝着液体液位表面3引导。声学信号的一部分经由波导30的参考部分34被参考元件33反射回声学变送器10。声学信号的另一部分经由波导30被液体液位表面3反射回变送器10。响应于声学信号的两个反射部分，声学变送器10产生相应的由处理电路20处理的电信号。
处理电路20首先将声学信号的由参考元件33反射的一部分的传送时间与变送器10与参考元件33之间的已知距离一起用于计算声音的参考速度。处理电路20然后基于声音的参考速度和信号的由液体液位表面3反射的一部分的传送时间来计算箱体1中的液体2的液位。还可以在液位测量中计算和使用第二参考速度。
在测量循环期间，泵40连续或间歇地由处理电路20操作，处理电路20发送电信号或脉冲来操作泵40。替代地，泵40在测量循环期间不运行，而是在测量无效的同时在一段时间内连续或间歇地运行。由此，可以减少需要提供给装置的峰值功率的量。应当注意，声学变送器10与泵在图1中通过分开的电导线连接。
泵40的操作引起在参考部分34中的诸如气体的流体被抽送通过入口41，泵40，并被推动通过通道42并进入内部管道43中。在内部管道43处，流体从多个出口44被喷射到测量部分35中。流体(例如测量部分35中的气体)因此被移动，并且至少一部分流体被输送到参考部分34。因此，入口41、泵40和出口44实现了流体从参考部分34到测量部分35的循环。因此，参考部分34和测量部分35之间的气体组分之间的差别可以减小或最小化。
图2示出了根据本发明另一实施例的液体液位测量装置。如上所述，相同的附图标记表示相同或相似的元件。现在将仅描述与图1中所示的液体液位测量装置的关键区别。
在图2中，液体液位测量装置包括设置在参考部分34中的多个入口41’。多个入口41’沿着参考部分34的纵向延伸部分有规律地间隔开地布置。替代地，多个入口41’可以沿着参考部分34的纵向延伸部分随机地间隔开。多个入口41’沿着参考部分的纵向延伸部分提供气体组分的混合物。此外，通过使用多个入口41’可以减小每个入口的大小。即使多个入口41′中的一个或多个堵塞，多个入口41′也允许提供从参考部分34到测量部分35的流体流。
另外，声学变送器10和泵40由来自处理电路20的单一共享信号线连接。此处，液体液位测量装置包括用于将电力引导至声学变送器10或泵40的电组件21。例如，声学变送器10的发送器可以由第一频率驱动，泵可以由第二频率驱动。因此，组件21可以是用于分离具有不同频率的控制信号的一个或多个电滤波器。
另一种选择是变送器10和泵40由不同的驱动频率激活。在这种情况下，组件21可以简单地是用于将共享信号线分离到声学变送器10和泵40的电连接。一个单一控制信号可以直接连接到变送器10和泵40，并且控制信号的频率将决定变送器和泵中的哪一个将被激活。变送器和泵的驱动频率可以分别与泵和变送器的膜的不同谐振模式相关联。例如，泵的驱动频率可以是变送器的驱动频率的两倍或三倍。频率通常在几十kHz的量级。
第一和第二驱动频率可以在单一共享信号线上以交替的方式发送。因此，在单一共享信号线上发送的信号可以包括例如被分时共享的两个频率，使得在第一时间段期间发送第一频率，并且在第二时间段期间发送第二频率，随后以交替方式发送第一和第二频率。在其它方面，声学变送器10在第一时间段内由第一驱动频率激活，然后在第二时间段内通过第二驱动频率激活泵40。如上所述，泵可以是用于仅响应所述第二频率，所述发送器被构造为仅响应所述第一频率。然而，当然可能的是，泵40以第一频率被激活到很小的程度，尽管这样很小的程度不会干扰测量。
图3a示出了根据本发明另一个实施例的液体液位测量装置。如上所述，相同的附图标记表示相同或相似的元件。现在将仅描述与图2中所示的液体液位测量装置的关键区别。
图3中的液体液位测量装置还包括吸收元件60和用于吸收元件60的保持腔61。保持腔61通过入口41′与参考部分34流体连接。吸收元件60适于收集来自箱体的液体并释放源自所述液体的气体。通过毛细管吸引收集液体。在操作期间保持腔61至少暂时将液体保持在装置中。液体优选保持在靠近入口41′的吸收元件60中，使得入口41′可以在操作期间用作保持腔61和参考部分34之间的流体连接。在操作期间，保持的液体可能会慢慢蒸发。
泵40通过单一入口41连接到参考部分，并且进一步经由通道42和出口45连接到测量部分35。
如图3a所示，吸收元件60具有布置在保持腔61内的部分60a。吸收元件60可以是诸如海绵状材料，多孔材料，毛毡等的液体吸收材料片。吸收元件60用于收集来自箱体内液体的液体并释放源自所述液体的气体。吸收元件60还具有适于延伸到箱体1中的液体2中的部分60b。吸收元件60可以通过毛细管吸引收集来源于箱体内的液体的液体并将来自液体的气体输送到波导30中，特别是输送到波导30中的参考部分34。吸收元件60通过外壳50的开口62进入保持腔61。开口62优选靠近波导30的开口设置，使得外壳50浸没在液体2中时起到潜水钟的作用。
替代地，保持腔61可以包括至少一个适于延伸到箱体内的液体的管(未示出)。所述至少一个管可以足够窄以通过毛细管吸引收集来源于箱体内的液体的液体，并将源自液体的气体输送到波导中。
由吸收元件60或由至少一个管收集的液体可以任选地被预先收集在一个设置在例如箱体的底部处的敞口容器(未示出)中。通常，敞口容器的直径比箱体小。敞口容器例如可以是包括燃料泵的容器。包括燃料泵的敞口容器的高度通常在5厘米至15厘米的范围内。敞口容器通常连续地填充燃料，例如主动通过燃料泵来填充或被动地通过至少部分地设置在敞口容器中的另外的吸收元件来填充。例如，附加的吸收元件可以设置有在敞口容器内的位于底座箱体的第一半部中的第一端部和位于底座箱体的第二半部中的第二端部，底座箱体的第二半部典型地包括比底座箱体的第一半部更多的液体。如果底座箱体的第二半部包括附加的敞口容器(该容器包括泵)，则吸收材料的第二端部可以布置在附加的敞口容器中。
当箱体内的液体液位非常低时，包括这种敞口容器的装置可能是有利的，但仍然需要来自箱体内的液体的气体，以便成功地均衡液体液位表面以上的整个波导中的气体组分和温度以获得准确的声学测量。
图3b示出了根据本发明另一实施例的液体液位测量装置。液体液位测量装置与图3a所示的装置类似。不同之处在于，适于延伸到箱体1中的液体2中的部分60b在波导30内部(即测量部分35内部)延伸。因此，不需要提供额外的开口，例如，图3a中的开口62。
图4示出了根据本发明另一实施例的液体液位测量装置。如上所述，相同的附图标记表示相同或相似的元件。现在将仅描述实施例之间的关键区别。
在图4所示的实施例中，泵和声学变送器集成在同一单元100中。双作用压电元件110设置在该单元中并连接到泵膜112。当以对应于第一谐振模式的第一驱动频率(或第一频率范围)操作时，所述膜将作为声波的发送器，并且当以对应于第二谐振模式的第二驱动频率(或第二频率范围)操作时，膜将充当气体泵。驱动频率通常在几十kHz的量级。第二驱动频率可以是第一驱动频率的大约两倍或三倍。
更具体地，当压电元件110以第二驱动频率振动时，膜112使得泵室114中的空气被推出到单元100的与内部管道43流体连接的出口中。单元100连接到波导30的第一端部31，其使得单元100的泵送动作能够将空气从参考部分34抽到测量部分35，如图4中的箭头所示。
当压电元件110以第一驱动频率振动时，膜112产生由图4中的弧形波表示的声波，其用于以与上面结合图1所述相同的方式测量距离。
图5a-e示出口、通道和测量部分的一部分的不同设计的示意图，。如上所述，相同的附图标记表示相同或相似的元件。现在将仅描述实施例之间的关键区别。
图5a示出了一个出口46，该出口布置成在操作期间在液体的表面液位之上。出口46构造成提供流体流，使得其到达待测量的液体表面液位。出口46具有锥形形状，以便为出口46处的流体提供增加的压力，使得从出口流出的流体的速度可以增加，从而达到足够的速度以到达液体表面。
图5b示出了一个出口47，该出口布置成至少部分地与测量部分35的内壁36相切地引导流体流。由出口47引起的流动的方向可以在测量部分35的至少一部分中获得螺旋流，螺旋流可以在测量部分35中提供流体(例如，气体)的改进的混合物，从而减少了测量部分35中并且因此波导30中的气体组分的局部差异的产生。
图5c示出与图5b中的出口类似的出口48，即出口48布置成至少部分地与测量部分35的内壁36相切地引导流体流。然而，在图5c中，在测量部分35的内壁36中形成螺旋形轨道360。螺旋轨道360允许流体流被重新导向成螺旋流，并且还使得可以靠近待被测量的液体表面获得螺旋流。螺旋轨道360可以延伸测量部分35的纵向延伸部分的至少四分之一，或者测量部分35的纵向延伸部分的至少一半或者测量部分35的基本整个纵向延伸部分。
图5d示出了根据本发明的替代实施例的测量部分500的透视图。在图5d中，波导的测量部分500包括第一区段510和第二区段520。第一区段510是箱体中的液体表面的液位的声学测量的测量区段510。第二区段520被构造为接收来自通道42的流动并沿着测量部分的纵向延伸部分经由连接第一区段510和第二区段520的狭槽530将上述流动释放到第一区段510中。狭槽530可以具有沿着测量部分35的长度基本一致的宽度。替代地，狭槽530可以是锥形的，使得宽度朝向波导的第二端部32更大。
在图5d中，第二区段可以由具有纵向狭槽530的内部管道形成。替代地，第二区段可以由波导形成，使得两个弧形部分从内壁朝向彼此延伸并在两个弧形部分之间形成狭槽。
图5e示出类似于图5d的波导550的实施例。不同之处在于，第二区段520由外部管道形成，该外部管道构造成接收来自通道42的流动并且沿着测量部分的纵向延伸部分经由连接第一区段和第二区段510、520的狭槽530将上述流动释放到第一区段510中。换句话说，在与测量部分的纵向延伸部分垂直的截面中可以看到，测量部分可以看起来与数字8的形状相似。狭槽530可以具有沿着测量部分35的长度基本一致的宽度。替代地，狭槽530可以是锥形的，使得宽度朝向波导的第二端部32更大。所示的外部管道与波导的壁一体形成，使得波导550可以通过挤压制造。替代地，外部管道例如第二区段520可以由单独的管道形成，该管道通过合适的连接装置(例如，焊接，胶合等)连接到波导上。
在图中未示出的实施例中，两个装置可以一起布置。这样的布置可以例如适合于底座箱体中。替代地，该装置可以只包括一个公共的变送器，但是以类似于国际专利申请WO08/008019中所示的装置的方式包括两个波导。
在附图中未示出的至少一个示例性实施例中，测量部分可以是渐缩的，使得它朝向第二端部更宽。测量部分因此可以形成一个测量锥体，基部是波导的第二端部。
本领域技术人员认识到，本发明决不限于上述优选实施例。相反，在所附权利要求的范围内可以进行许多修改和变化。例如，尽管在所描述的实施例中已经使用声学脉冲，但是本发明的测量装置也可以与其他测量模式一起使用，例如驻波测量。而且，上述实施例和变体可以以几种方式组合。

Claims (16)

1.一种用于提供箱体(1)中的液体表面(3)的液位的气体组分和温度补偿声学测量的装置，所述装置包括：
-发送器(10)，其适用于发送声学信号；
-接收器(10)，其适于接收所述声学信号的反射；
-波导(30)，其用于将来自所述发送器(10)的声学信号引导到所述液体表面(3)并用于将所述声学信号的反射引导回所述接收器(10)，所述波导(30)包括：
-连接到所述发送器(10)的第一端部(31)，
-适于延伸到液体(2)中的第二端部(32)，
-设置在所述波导(30)中的参考元件(33)；
-从所述第一端部(31)延伸到所述参考元件(33)的参考部分(34)；和
-从所述参考元件(33)朝向所述第二端部(32)延伸的测量部分(35)；
其特征在于，所述装置还包括：
通道(42)，其从所述参考部分(34)中的至少一个入口(41、41′)延伸到所述测量部分(35)中的至少一个出口(44、45、46、47、48、530)，所述通道与所述波导分开，以提供独立于所述波导的流体；以及
气体泵(40)，所述气体泵布置成在操作期间在所述通道(42)中创建从所述至少一个入口(41、41′)到所述至少一个出口(44、45、46、47、48、530)的气体流。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述通道的至少一部分布置在所述波导内。
3.根据权利要求1或2所述的装置，包括沿所述参考部分(34)的纵向延伸部分布置的多个入口(41′)，所述多个入口(41′)经由所述通道(42)连接到所述至少一个出口(44、45、46、47、48、530)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，包括沿着所述测量部分(35)的纵向延伸部分布置且间隔开的多个分离的出口(44)。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，所述通道(42)的一部分沿着所述测量部分(35)延伸，并且所述至少一个出口是所述通道和所述测量部分(35)之间的细长的狭槽(530)。
6.根据权利要求4或5所述的装置，其中每个出口(44)的尺寸或所述狭槽(530)的宽度被配置为使得气体的释放沿着所述测量部分(35)的纵向延伸部分是基本上均匀的。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，包括在所述测量部分(35)的下部端部中的一个单一出口(45)，使得当液体的表面(3)高于所述单一出口(45)时能够形成气泡。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述通道(42)包括至少部分地设置在所述测量部分(35)中的内部管道(43)，并且其中所述单一出口(45)由所述内部管道(43)的下部开口形成。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其中，所述至少一个出口(46)构造成沿着所述测量部分(35)的纵向延伸部分在向下的方向上提供气体流，使得当所述表面位于所述出口(46)的下方，所述出口(46)产生至少部分到达所述液体表面的射流。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述至少一个出口(47、48)布置成在至少部分地与所述波导的所述测量部分(35)的内壁(36)相切的方向上引导所述流体流，从而在所述测量部分(35)的至少一部分中获得螺旋流。
11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，还包括布置在与所述参考部分(34)流体连接的保持腔(61)中的吸收元件(60)，所述吸收元件(60)适于收集来自箱体(1)内的液体(2)的液体，以及释放来自所述液体的气体。
12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述发送器和所述接收器被集成到单一声学变送器(10)中。
13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述气体泵由所述发送器(100)形成。
14.根据权利要求13所述的装置，其中所述发送器和气体泵包括一个单一的压电元件(110)。
15.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述发送器(10、100)由第一驱动频率驱动，并且所述泵(40、100)由第二驱动频率驱动。
16.根据权利要求15所述的装置，其中所述泵(40、100)和所述发送器(10、100)通过单一共享信号线连接，其中所述共享信号线上的控制信号的频率确定所述泵和所述发送器中的哪一个是可操作的。
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