DD282515A5 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR MEASURING THE LEVEL OF NON-LEADING FLUIDS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Messung des Fuellstandes nichtleitender Fluessigkeiten. Der Sensor dient der Messung des Fuellstandes nichtleitender Fluessigkeiten insbesondere von Kraftstoff in Fahrzeugtanks. Die Erfindung beinhaltet den Einsatz eines kapazitiven Fuehlers, der in Reihe mit einem Festkondensator als kapazitiver Spannungsteiler wirkt, wodurch mittels wechselspannungsmaesziger Ansteuerung ein dem Fuellstand indirekt proportionales Meszsignal erzeugt wird. Weiterhin wird mit Hilfe einer Kondensator/Dioden-Spaltung die Amplitude des Meszsignals erzeugt. Mit Hilfe eines invertierenden Verstaerkers mit verschobener Transferkennlinie wird das indirekt proportionale Signal in ein dem Fuellstand direkt proportionales Signal umgewandelt, welches zur Ansteuerung von Anzeigegeraeten verwendet werden kann. Der Sensor kann zur Messung von Fuellstaenden beliebiger nichtleitender Fluessigkeiten angewendet werden.{Fuellstand; nichtleitende Fluessigkeiten; kapazitiver Fuehler; Festkondensator; kapazitiver Spannungsteiler; Meszsignal; invertierender Verstaerker; Transferkennlinie; indirekt proportionales Signal; direkt proportionales Signal; Anzeigegeraet}The invention relates to a circuit arrangement for measuring the filling level of non-conductive liquids. The sensor is used to measure the filling level of non-conductive liquids, in particular of fuel in vehicle tanks. The invention involves the use of a capacitive sensor, which acts in series with a fixed capacitor as a capacitive voltage divider, whereby means of Wechselspannungsmaesziger a filling level indirectly proportional Meszsignal is generated. Furthermore, the amplitude of the Meszsignals is generated by means of a capacitor / diode cleavage. With the aid of an inverting amplifier with a shifted transfer characteristic, the indirectly proportional signal is converted into a signal directly proportional to the filling level, which signal can be used to drive display devices. The sensor can be used to measure the fill levels of any non-conductive fluid. {Fill level; non-conductive liquids; capacitive sensor; Fixed capacitor; capacitive voltage divider; Meszsignal; inverting amplifier; Transfer characteristic; indirectly proportional signal; direct proportional signal; Anzeigegeraet}
Description
Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur kapazitiven Messung des Füllstandes nichtleitender Flüssigkeiten, insbesondere von Kraftstoff in Fahrzeugtanks.The invention relates to a circuit arrangement for the capacitive measurement of the level of non-conductive liquids, in particular of fuel in vehicle tanks.
Es ist bekannt, Füllstände kapazitivzu messen, indem die Änderung der Dielektrizitätszahl in einem Meßkondensator infolge der Füllhöhe des Meßmediums ausgewertet wird. Die Auswertung kann dabei so erfolgen, daß die Kapazität direkt mit Hilfe von Brückenschaltungen oder über die Ausnutzung der Ladezeitkonstanten oder über die Auswertung der Güteänderung eines Schwingkreises oder über die Auswertung der Änderung des komplexen Widerstandes gemessen wird. Weiterhin ist bekannt, daß der Meßkondensator in Reihe mit einen. Festkondensator geschaltet und die Spannung über dem Meßkondensator ausgewertet wird. Darüber hinaus ist bekannt, daß dieser kapazitive Spannungsteiler mit einer Wechselspannung angesteuert und die Mbßspannung über einem Spannungsverdoppler ausgewertet und angezeigt wird. Diese bekannten Verfahren besitzen hinsichtlich des Einsatzes in Kraftfahrzeugen folgende Nachteile:It is known to measure fill levels capacitively by the change in the dielectric constant is evaluated in a measuring capacitor due to the filling level of the medium to be measured. The evaluation can be carried out so that the capacitance is measured directly by means of bridge circuits or by the utilization of the charging time constant or by the evaluation of the quality change of a resonant circuit or by the evaluation of the change of the complex resistance. Furthermore, it is known that the measuring capacitor in series with a. Fixed capacitor switched and the voltage across the measuring capacitor is evaluated. In addition, it is known that this capacitive voltage divider is driven by an AC voltage and the Mbßspannung is evaluated and displayed via a voltage doubler. These known methods have the following disadvantages with regard to use in motor vehicles:
- Die Meßspannung bzw. die Anzeige ist der Füllhöhe umgekehrt proportional und wird durch Bordspannungsschwankungen beeinflußt.- The measuring voltage or the display is the fill level inversely proportional and is influenced by on-board voltage fluctuations.
- Die Übertragung der Meßwerte ist unter den Bedingungen eines Kraftfahrzeuges Störeinflüssen unterworfen.- The transmission of the measured values is subjected to interference under the conditions of a motor vehicle.
- Die Realisierung dieser Verfahren ist kostenaufwendig.- The realization of these methods is costly.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Ziel der Erfindung ist es, eine Meßanordnung zu schaffen, die es ermöglicht, unter den besonderen Bedingungen des Einsatzes in Fahrzeugen und selbstfahrenden Landmaschinen, den Füllstand von Kraftstoff in Tanks zu messen und direkt proportional anzuzeigen.The aim of the invention is to provide a measuring arrangement which makes it possible, under the particular conditions of use in vehicles and self-propelled agricultural machinery, to measure the level of fuel in tanks and display it directly in proportion.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zu entwickeln, die den Füllstand von nichtleitenden Flüssigkeiten in ein direkt proportionales elektrisches Signal umformt.The object of the invention is to develop a circuit arrangement which transforms the level of non-conductive liquids into a directly proportional electrical signal.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Meßfühler als Kondensator ausgebildet ist, dessen Feldraum so mit dem Meßmedium gefüllt ist, daß sich dessen Kapazität füllstandsabhängig ändert. Dieser Meßkondensator wird in Reihe mit einem Festkondensator geschaltet, die beide als kapazitiver Spannungsteiler auf die von einem Generator erzeugte Rechteckspannung konstanter Amplitude und Frequenz wirken. Die über dem Meßkondensator liegende Spannung ändert sich in Abhängigkeit vom Füllstand indirekt proportional. Mit Hilfe einer Diodon/Kondensator-Schaltungskombination wird die Amplitude dieser Spannung gewonnen, die hochohmig mit einem Spannungsfolger belastet und anschließend einem Anzeigeverstärker zugeführt wird. Der Anzeigeverstärker muß invertierend arbeiten, damit die gegenläufige Tendenz zwischen Füllstand und Meßspannung au' =hoben und eine direkte Proportionalität zwischen beiden Größen hergestellt wird. Ausgangsseitig erzeugt der Anzt.geverstärker wahlweise ein Strom- oder Spannungssignal, das mit Hilfe eines Meßinstrumentes angezeigt wird.According to the invention the object is achieved in that the sensor is designed as a capacitor whose field space is filled with the measuring medium, that changes its capacity depending on the filling level. This measuring capacitor is connected in series with a fixed capacitor, both of which act as a capacitive voltage divider on the generated by a generator square wave constant amplitude and frequency. The voltage across the measuring capacitor changes in proportion to the level indirectly proportional. With the help of a Diodon / capacitor circuit combination, the amplitude of this voltage is obtained, which is loaded high-impedance with a voltage follower and then fed to a display amplifier. The display amplifier must operate in an inverted manner so that the opposite tendency between level and measuring voltage is raised and a direct proportionality between the two quantities is established. On the output side, the power amplifier generates either a current or voltage signal, which is displayed with the help of a measuring instrument.
Ausführungsbeispielembodiment
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung zeigen:The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing show:
Fig. 1: MeßkondensatorFig. 1: measuring capacitor
Fig. 2: Blockschaltbild der SensorelektronikFig. 2: Block diagram of the sensor electronics
Fig.3: Stromlaufplan der SensorelektronikFig.3: Circuit diagram of the sensor electronics
Fig.4: Transferkennlinie des Meßverstärkers.Fig.4: Transfer characteristic of the measuring amplifier.
Ein koaxialer Meßkondensator 1 befindet sich senkrecht in der Flüssigkeit 2, deren Füllstand h zu messen ist (Fig. 1). Der Vorteil der koaxialen Anordnung besteht in der störungssicheren Betriebsart und in der Dämpfungswirkung auf die im Inneren befindliche Flüssigkeit bei Erschütterung des Flüssigkeitsbehälters 3. Die Innenelektrode 4 ist mit der Sensorelektronik, die Außenelektrode 5 mit Masse verbunden.A coaxial measuring capacitor 1 is located vertically in the liquid 2, whose level h is to be measured (FIG. 1). The advantage of the coaxial arrangement is in the fail-safe mode and in the damping effect on the liquid inside in case of vibration of the liquid container 3. The inner electrode 4 is connected to the sensor electronics, the outer electrode 5 to ground.
Diesem Meßkondensator 1 in Reihe liegt ein Festkondensator 6, wobei beide mit einer Rechteckspannung beaufschlagt werden, die der Generator 7 erzeugt (Fig. 2). Die über dem Meßkondensator liegende Spannung Um ist umgekehrt proportional der Füllhöhe h der Flüssigl-.eit, da gilt:This measuring capacitor 1 in series is a fixed capacitor 6, wherein both are supplied with a square wave voltage, which generates the generator 7 (Fig. 2). The voltage U m across the measuring capacitor is inversely proportional to the filling level h of the liquid side, since the following applies:
Cx (h) + C1 C x (h) + C 1
Mit Hilfe der Spitzenwertauswertung 8 wird die Amplitude der Meßspannung Um einem Anzeigeverstärker 9 zugeführt, der als invertierender Verstärker arbeitet. Dadurch wird erreicht, daß zwischen Füllstand h und Ausgangsspannung U, des Anzeigeverstärkers ein proportionales Verhalten existiert. Mit Hilfe eines Meßwerkes 10 kann diese Ausgangsspannung zur Anzeige gebracht werden.With the help of the peak value evaluation 8, the amplitude of the measuring voltage U m is supplied to a display amplifier 9, which operates as an inverting amplifier. This ensures that between level h and output voltage U, the display amplifier, a proportional behavior exists. With the help of a measuring mechanism 10, this output voltage can be displayed.
Der Rechteckgenerator 7 ist in CMOS-Technik ausgeführt, wobei die Minimalvariante um R1 ergänzt wird, um eine sofortiges Anschwingen zu erreichen (Fig. 3). Nach der Gleichrichtung und der Glättung mittels der Dioden/Kondensator-Schaltung 11 liegt die Amplitude der Meßspannung am Eingang des Spannungsfolgers 12, der diesen Schaltungsteil hochohmig abschließt. Dadurch wird die Spannung über C2 nicht belastet. Am Ausgang des Spannungsfolgers liegt eine füllstandsabhängige Gleichspannung, die jedoch umgekehrt proportional dem Füllstand h ist. Der Anzeigeverstärker 9 wird als invertierender Verstärker realisiert und erzeugt dadurch einen direkt proportionalen Zusammenhang zwischen Ausgangsspannung und Füllstand. Um jedoch eine Aussteuerung bei „leerem" Meßkondensator, d. h. bei maximaler Meßspannung U,n zu verhindern, muß die Transferkennlinie des invertierenden Verstärkers um den Wert der maximalen Eingangsspannung U, m,x des invertierenden Verstärkers aus dem Koordinatenursprung ve schoben werden (Fig. 4). Dies geschiel it mit Hilfe der Widerstände R 2 und R 3. Die Ausgangsspannung U, kann beispielsweise für Anzeigeinstrumente in Kraftfahrzeugen in ein Stromsignal umgeformt oder aber direkt angezeigt werden.The square-wave generator 7 is implemented in CMOS technology, the minimum variant being supplemented by R1 in order to achieve instantaneous oscillation (FIG. 3). After the rectification and the smoothing by means of the diode / capacitor circuit 11, the amplitude of the measuring voltage at the input of the voltage follower 12, which terminates this circuit part high impedance. This will not stress the voltage across C2. At the output of the voltage follower is a level-dependent DC voltage, which, however, is inversely proportional to the level h. The display amplifier 9 is realized as an inverting amplifier and thereby generates a directly proportional relationship between output voltage and level. However, in order to prevent modulation in the case of an "empty" measuring capacitor, ie at maximum measuring voltage U, n , the transfer characteristic of the inverting amplifier must be shifted out of the coordinate origin ve by the value of the maximum input voltage U, m , x of the inverting amplifier (FIG This geschiel it with the help of the resistors R 2 and R 3. The output voltage U, can be converted, for example, for display instruments in motor vehicles in a current signal or directly displayed.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DD32779789A DD282515A5 (en) | 1989-04-20 | 1989-04-20 | CIRCUIT ARRANGEMENT FOR MEASURING THE LEVEL OF NON-LEADING FLUIDS |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DD32779789A DD282515A5 (en) | 1989-04-20 | 1989-04-20 | CIRCUIT ARRANGEMENT FOR MEASURING THE LEVEL OF NON-LEADING FLUIDS |
Publications (1)
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---|---|
DD282515A5 true DD282515A5 (en) | 1990-09-12 |
Family
ID=5608585
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DD32779789A DD282515A5 (en) | 1989-04-20 | 1989-04-20 | CIRCUIT ARRANGEMENT FOR MEASURING THE LEVEL OF NON-LEADING FLUIDS |
Country Status (1)
Country | Link |
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DD (1) | DD282515A5 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4320357A1 (en) * | 1993-06-19 | 1994-12-22 | Ier Mes Und Regeltechnik Eberh | Filling level transmitter for the limiting value registration of electrically or capacitively conductive liquids, and circuit arrangement suitable for its operation |
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1989
- 1989-04-20 DD DD32779789A patent/DD282515A5/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE4320357A1 (en) * | 1993-06-19 | 1994-12-22 | Ier Mes Und Regeltechnik Eberh | Filling level transmitter for the limiting value registration of electrically or capacitively conductive liquids, and circuit arrangement suitable for its operation |
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