DE10038792C1

DE10038792C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung des Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter

Info

Publication number: DE10038792C1
Application number: DE2000138792
Authority: DE
Inventors: Gottfried Domorazek
Original assignee: Kromberg and Schubert GmbH and Co KG
Current assignee: DOMORAZEK, GOTTFRIED, PROF. DR., DE
Priority date: 2000-08-09
Filing date: 2000-08-09
Publication date: 2002-01-31
Anticipated expiration: 2020-08-10

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie Vorrichtungen zur Messung des Füllstandes einer Flüssigkeit im Innern eines Behälters, insbesondere des Tanks eines Kraftfahrzeuges. Auf einem Träger sind in unterschiedlicher Höhe Thermoelemente angeordnet, wobei Verbindungsstellen der die Thermoelemente bildenden Materialien, z. B. Metalle oder Halbleiter, zur Erzeugung einer Thermospannung durch einen Heizleiter beheizt ist. Die Ermittlung des Füllstandes erfolgt durch Verrechnung der gemessenen Thermospannung mit gespeicherten Kennlinien in einer elektronischen Datenverarbeitungseinheit. Dem Problem der Abhängigkeit der Thermospannung von der absoluten Temperatur im Innern des Behälters wird erfindungsgemäß begegnet durch die alternierende Abfolge von Messungen der Thermospannung und Messungen des temperaturabhängigen, elektrischen Widerstandes eines im Rahmen der Thermospannungsmessung anderweitig genutzten Leiterabschnitts. Die hieraus gewonnenen Informationen über die Temperatur im Innern des Behälters werden erfindungsgemäß genutzt, um die Kennlinien zur Berechnung des Füllstandes aus der Thermospannung anzupassen. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung des Heizleiters oder der Thermoelementkette zur Durchführung der Widerstandsmessung, insbesondere, wenn letztere um einen besonderen Widerstandsmeßbereich aus einem Material mit hohem, positivem Widerstand/Temperatur-Koeffizienten besteht. Letztgenannte Anordnung ist besonders vorteilhaft, wenn die ...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung des Füllstan des einer Flüssigkeit in einem Behälter, insbesondere dem Kraftstofftank eines Kraftfahrzeuges, der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art. Ein solches Verfahren ist beispielsweise bekannt aus DE 40 30 401 C2 oder DE 44 34 646 A1. Eine Schar von Thermoele menten ist dabei in unterschiedlicher Höhe im Innern eines Flüssigkeits behälters auf einem Träger, vorzugsweise einem Folienträger, angebracht. Die Thermoelemente bestehen jeweils aus miteinander verbundenen Schenkeln, unterschiedlicher Materialien, insbesondere unterschiedlicher Metalle, Halbleiter oder Legierungen hiervon. Wird eine der Verbindungsstellen, d. h. einer der Bereiche, in welchen die Schenkel unterschiedlicher Materialien einander berühren, vorzugsweise flächig überlappen, gegenüber einer benachbarten Verbindungsstelle z. B. durch einen in der Nähe elektrisch isoliert verlaufenden, stromführenden Heizleiter aufgeheizt, so entsteht zwischen den beiden Bereichen aufgrund des physikalisch gut verstandenen, thermoelektrischen Effektes (Seebeck-Effekt) eine sog. Thermospannung, die an den zuführenden Leitungen abgegriffen werden kann. Die Höhe der Thermospannung ist abhängig von der Temperaturdifferenz der beiden Bereiche des Thermo elementes. Aufgrund der unterschiedlichen Leitfähigkeiten bzw. Wärmeübergangswiderstände von Gas und Flüssigkeit, wird bei einem Thermoelement, das sich in thermischem Kontakt zu der Flüssigkeit im Behälter befindet, die von dem Heizleiter gelieferte Wärme schneller abgegeben, als bei einem oberhalb des Flüssigkeitspegels gelegenen Thermoelement. Diese beiden Thermoelemente liefern also unterschied lich hohe Thermospannungen. Vielfach ist eine Schar von Thermoele menten miteinander in Reihe geschaltet, sodaß an den Zuleitungen ein einziger Spannungswert, nämlich die Summe der einzelnen Thermospan nungen abgegriffen werden kann. Dieser Wert ist abhängig von der Anzahl der jeweils unterhalb und oberhalb des Flüssigkeitspegels liegenden Thermoelemente. Üblicherweise ist eine elektronische Datenverarbeitungseinheit, z. B. ein Mikrocontroller vorgesehen, die aus dem gemessenen Spannungswert unter Heranziehung abgespeicherter Kennlinien, die die Eigenschaften der Thermoelementkette sowie die Behältergeometrie repräsentieren, den Füllstand errechnet und ggf. zur Anzeige bringt. Normalerweise wird dem Mikrocontroller auch die Aufgabe der Steuerung des Heizstroms, üblicherweise eines geregelten Gleichstroms, zugewisen.

Als problematisch hat sich erwiesen, daß die Thermospannung an den Thermoelementen nicht nur abhängig ist von der Temperaturdifferenz der der beheizten und unbeheizten Verbindungsstellen, sondern auch von der absoluten Temperatur im Behälter - normalerweise ober- und unterhalb des Flüssigkeitspegels annähernd gleich - ist. Diese Temperatur kann z. B. im Tankinnenraum von Kraftfahrzeugen zwischen etwa -40°C und +80°C schwanken. Dies kann zu erheblichen Fehlberechnungen des Füllstandes führen. Zur Vermeidung von fehlerhaften Füllstandangaben ist daher die Messung der absoluten Temperatur im Behälterinnenraum und die Anpassung der Berechnung des Füllstandes aus den gemessenen Thermospannungswerten erforderlich. Bei bekannten Verfahren wird diese Temperaturmessung vermittels eines gesonderten Thermometers im Behälterinnenraum durchgeführt. Andere bekannte Verfahren verwenden einen andernorts gemessenen Temperaturwert, wie z. B. die Ansaugtemperatur bei Kraftfahrzeugen mit Einspritzmotor, und legen diesen als Schätzwert der Füllstandberechnung zugrunde. Letzeres Verfahren kann ebenfalls zu erheblichen Fehlern führen, da die Temperatur im Tank durch rücklaufenden, heißen Kraftstoff erheblich höher sein kann als die Ansaugtemperatur. Bei erstgenanntem Verfahren dagegen sind der zusätzliche technische Aufwand und die damit verbundenen Mehrkosten offensichtlich.

Aus der DE 38 02 225 A1 ist eine Füllstandsmessanordnung bekannt, bei der die in unterschiedlichen Höhen des Behälters angeordneten Thermoelemente parallel geschaltet sind, wobei jeweils eine Lötstelle eines Thermoelementes mit einer durch den Heizstrom beaufschlagten Zuleitung und die jeweils andere Lötstelle mit je einem Schaltelement verbunden ist. Der Heizstrom wird als getakteter Gleichstrom zugefügt. In dem Intervall, wo Heizstrom eingespeist wird, erwärmen sich die betreffenden Lötstellen, wobei die in der Flüssigkeit eingetauchten Lötstellen schnell ihre Wärme abgeben können und ein Ausgangssignal "0" erzeugen. Die darüber liegenden nicht in der Flüssigkeit eingetauchten Thermoelemente erzeugen aufgrund der schlechten Wärmeableitung jedes ein meßbares Signal. Diese meßbaren Signale können dann sequenziell durch entsprechende Schaltung abgefragt werden. In dem stromfreien Intervall liegen an der gemeinsamen Zuleitung von Heizstrom und Thermoelementen nur die Ausgangssignale der Thermoelemente an, die dann zur Füllstandsmessung ausgewertet werden können. Es erfolgt jedoch kein Abgleich mit der Behältertemperatur. Die gemessenen Füllstände sind damit wie bereits oben beschrieben fehlerbehaftet.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit Hilfe dessen präzise Füllstandmessungen ermöglicht werden, ohne daß besondere Meßfühler in den Behälter eingeführt oder außerhalb des Behälters gewonnene, möglicherweise die Temperatur im Behälterinnenraum nicht zuverlässig wiedergebende Temperaturmeßwerte der Füllstandberechnung zugrundegelegt werden müßten. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale von Anspruch 1.

Diesen kommt im einzelnen folgende Bedeutung zu: Die Messung der Thermospannung der Thermoelemente und die Berechnung des Füllstandes erfolgt nicht kontinuierlich, sondern in Intervallen. Zeitlich zwischen den einzelnen Füllstandmessungen erfolgen Messungen zur wenigstens indirekten Bestimmung der Temperatur im Behälterinnenraum. Diese basieren auf der Messung des temperaturabhängigen, elektrischen Widerstandes einer Leiterbahn. Erfindungsgemäß wird hierzu eine Leiterbahn verwendet, der auch im Rahmen der Messung der Thermospannung der Thermoelemente bereits eine Aufgabe zugewiesen ist, so daß sich der Einsatz eines zusätzlichen Meßfühlers erübrigt. Die Zuweisung einer Aufgabe zu einer Leiterbahn im Rahmen einer elektrischen Messung entspricht ihrer Beaufschlagung mit einer Spannung, die eine Meß-, Steuer-, Heiz-, oder ähnliche Spannung sein kann, bzw. mit einem entsprechenden Strom.

Vorteilhafterweise nutzt man als Leiterbahn mit der beschriebenen Doppelfunktion den Heizleiter. Dieser ist zur Erzeugung der Heizspannung ohnehin an eine Stromquelle, vorteilhafterweise eine geregelte Konstantstromquelle, etwa einen Ausgang des Mikrocontrollers, angeschlossen. Im Rahmen der Widerstandsmessungen wird der Heizleiter ebenfalls mit einem Konstantstrom beschickt, der allerdings deutlich niedriger sein sollte als der Heizstrom um ein Aufheizen über die zu messende Behälterinnentemperatur zu verhindern. Ist der Heizleiter zusätzlich an einen Spannungs-Meßeingang des gleichen Mikrocontroller angeschlossen, läßt sich sein elektrischer Widerstand als Maß für die Behälterinnentemperatur bequem feststellen. Dabei empfiehlt es sich zwischen je einer Messung der Thermospannung und einer nachfolgenden Messung des Heizleiterwiderstandes so viel Zeit verstreichen zu lassen, daß sich der Heizleiter wieder auf die Umgebung stemperatur im Innern des Behälters abgekühlt hat. Die Messung läßt sich besonders einfach und wenig störanfällig durchführen, wenn für den Heizleiter ein Material mit hohem, positivem Widerstand/Temperatur- Koeffizienten, d. h. ein Material, das bei steigender Temperatur einen großen Anstieg des elektrischen Widerstandes zeigt, gewählt wird. Ein solches Material, das darüberhinaus eine hohe Wärmeleitfähigkeit, wie sie für einen Heizleiter wünschenswert ist, aufweist, ist beispielsweise Silber.

Nicht immer muß jedoch der Heizleiter aus einem Material gefertigt sein, das sich aufgrund eines hohen Widerstand/Temperatur-Koeffizienten gut zur Temperaturmessung eignet. Vielmehr weisen solche Materialien den Nachteil einer Temperaturabhängigkeit der Heizleistungsaufnahme auf. Dennoch findet z. B. Silber eine breite Anwendung, da es einen sehr viel niedrigeren, spezifischen, elektrischen Widerstand aufweist als z. B. Konstantan, das sich wegen seines niedrigen Widerstand/Temperatur- Koeffizienten als Heizleitermaterial anbieten würde. Der niedrigere, spezifische Widerstand des Silbers erlaubt die Verwendung sehr viel dünnerer Leiterbahnen, was sich insbesondere im Hinblick auf die Kosten bei der Aufbringung der Leiterbahn auf den Träger mit Hilfe der Sputtertechnik vorteilhaft auswirkt.

Insbesondere in Fällen, in denen die vorgenannte Nutzenabwägung zugunsten eines Heizleiters aus einem Material mit niedrigem Wider stand/Temperatur-Koeffizienten ausfällt, kann die Temperatur im Behälterinnenraum auch durch Messung des temperaturabhängigen, elektrischen Widerstandes der Thermoelementkette, d. h. die in Reihe geschalteten Thermoelemente einschließlich ihrer sie verbindenden und anschließenden Leiterbahn, ermittelt werden. Allerdings weisen auch die Materialien, die sich zur Herstellung von Thermoelementen besonders eignen, wie z. B. Konstantan und Chromnickel, nur einen sehr niedrigen. Widerstand/Temperatur-Koeffizienten auf. Es empfiehlt sich daher die Thermoelementkette um einen besonderen Widerstandsmeßbereich aus geeigneterem Material, z. B. Silber oder Eisen, zu verlängern. Die Widerstandsmessung kann dann über die gesamte Thermoelementkette oder auch nur über den besonderen Widerstandsmeßbereich erfolgen. Der hohe Widerstand/Temperatur-Koeffizient wirkt sich hierbei - anders als beim Heizleiter - nicht negativ aus. Im übrigen gelten bezüglich der Abfolge der Meßintervalle dieselben Überlegungen wie bei der erstge nannten Alternative.

Aus dem erfindungsgemäßen Verfahren ergibt sich außer den Vorteilen der exakten Temperaturerfassung und damit der exakten Anpassung der Füllstandberechnung sowie dem Vorteil der Ersparnis eines besonderen Temperaturmeßfühlers auch der Vorteil einer wesentlichen Absenkung des Energiebedarfs, da der Heizstrom nur während der verhältnismäßig kurzen Intervalle der Thermospannungs-Messung fließen muß.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf zwei Vorrichtungen, die insbesondere zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens geeignet ist. Diese Vorrichtungen zeichnet sich aus durch die Merkmale der Ansprüche 12 und 13.

Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfin dungsgemäßen Vorrichtungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der speziellen Beschreibung sowie den Zeichnungen. Es zeigen

Fig. 1: eine schematische Darstellung einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach einer ersten Ausprä gung geeigneten Schaltung,

Fig. 2: eine Darstellung einer Meßfolie zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach einer zweiten Aus prägung mit einer um einen Widerstandsmeßbereich ver längerten Thermoelementkette,

Fig. 3: eine schematische Darstellung des Zeitverlaufs des bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach ei ner ersten Ausprägung den Heizleiter durchfließenden Stroms,

Fig. 4: eine schematische Darstellung der bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach einer ersten Ausprä gung an einem Eingang des Mikrocontrollers anliegenden Thermospannung,

Fig. 5: eine schematische Darstellung des bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach einer ersten Ausprä gung über den Heizleiter abfallenden Spannung.

Fig. 1 zeigt die bevorzugte Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach seiner ersten Ausprägung. Auf einer nicht dargestellten Meßfolie ist eine Thermoelementkette 10 angeordnet. Sie besteht aus einer Vielzahl von Thermoelementen 11 und der sie verbindenden Leiterbahn. Die Thermoelemente 11 sind in Reihe geschaltet und relativ zum Behälter in unterschiedlichen Höhen angeordnet. Sie bestehen jeweils aus zwei Schenkeln 111, 112 aus unterschiedlichen Materialien, wie z. B. Konstantan und Chromnickel, die einerseits miteinander und andererseits mit je einem Schenkel 112, 111 des benachbarten Thermoelementes aus dem jeweils anderen Material verbunden sind. Die Verbindungsstellen 14 der Schenkel eines Thermo elementes werden durch den auf der anderen Seites des Folienträgers verlaufenden Heizleiter 20 beheizt, während die Verbindungsstellen 15 zwischen den einzelnen Thermoelementen unbeheizt bleiben. Es ist allerdings zu beachten, daß bei der in Fig. 1 dargestellten, durchgehen den Folge von Thermoelementen die Zuordnung zu dem einen bzw. dem benachbarten Thermoelement willkürlich ist und hier aufgrund der sprachlichen Vereinfachung vorgenommen wurde. Selbstverständlich ist es auch denkbar, separate Thermoelemente zu verwenden und geeignet miteinander zu verbinden.

Zur Steuerung des Verfahrens und zur Auswertung der Meßergebnisse ist ein Mikrocontroller 40 vorgesehen. Er weist die Ausgänge 41 und 42 sowie die Eingänge 43, 44 und 45 auf.

Zur Durchführung einer Füllstandermittlung wird zunächst die Ther mospannung der Thermoelementkette 10 gemessen. Hierzu wird gemäß Fig. 3 zunächst der Heizleiter während eines Thermospannungs- Meßintervalls 60, 60' über seine Anschlußkontakte 21 aus dem Konstant stromausgang 42 des Mikrocontrollers 40 mit einem Konstantstrom (I_const), nämlich dem Heizstrom I_h von beispielsweise ca. 200 mA beschickt. Zur Regelung des Konstantstroms wird der Spannungsab fall U₁ über dem Meßwiderstand 22 an den Spannungs- Abgriffspunkten 23 abgegriffen und am Regelspannungseingang 43 gemessen. Der Stromfluß im Heizleiter hat die Aufheizung der Verbin dungsstellen 14 gegenüber den unbeheizten Verbindungsstellen 15 zur Folge. Aufgrund des thermoelektrischen Effektes baut sich über jedem einzelnen Thermoelement 11 eine Einzel-Thermospannung ΔU auf, die sich in der gesamten Thermoelementkette 10 zur Gesamt- Thermospannung U_thermo addieren. U_thermo wird am Thermospannungsmeßeingang 45 des Mikrocontrollers gemessen, der mit den Anschluß kontakten 13 der Thermoelementkette 10 verbunden ist. Der Aufbau von U_thermo erfolgt nicht instantan, sondern nähert sich, wie in Fig. 4 schematisch dargestellt, asymptotisch seinem Grenzwert an. Dieser kann, je nach der Anzahl der unterhalb und oberhalb des Flüssigkeitspegels im Behälter liegenden Thermoelemente 11 unterschiedliche Werte zwischen dem Maximalwert U_thermo,max und dem Minimalwert U_thermo,min annehmen. Sinnvollerweise wird die tatsächliche Messung der Thermospannung, d. h. die Übernahme des am Eingang 45 anliegenden Spannungswertes in den Speicher des Mikrocontrollers, erst zu einem Zeitpunkt 63, 63' vorgenommen, wenn der Grenzwert im wesentlichen erreicht ist, beispielsweise ca. 10 s nach Einschalten von I_h. Der gemessene Wert der Thermospannung U_thermo ist aufgrund der Temperaturabhängigkeit des thermoelektrischen Effektes und des Widerstand/Temperatur- Koeffizieten des Heizleiters abhängig von der absoluten Temperatur im Innern des Behälters, weshalb vor der Umrechnung von U_thermo in einen Füllstandswert eine Temperaturanpassung der Berechnungsweise zu erfolgen hat.

Nach der Messung der Thermospannung U_thermo wird daher in einem nächsten Verfahrensschritt der Konstantstrom I_const während einer Zeitspanne 61, 61', die lang genung bemessen ist, um eine Abkühlung des Heizleiters 20 auf die Behälterinnentemperatur zu gestatten, ausgeschal tet. Während des folgenden Intervalls 62, 62' wird der Heizleiter 20 erneut mit einem Konstantstrom I_const, nämlich mit dem Meßstrom I_m beschickt, der allerdings erheblich niedriger ist als der Heizstrom I_h, beispielsweise ca. 10 mA. Der Meßstrom I_m verursacht keine Aufheizung des Heizleiters 20, so daß dieser die Temperatur des Behälterinnenrau mes aufweist. Wie in Fig. 5 dargestellt, kann durch Abgriff des Spannungsabfalls U₂ über dem Heizleiter 20 an den Abgriffspunkten 24, die mit dem Widerstandsmeßeingang 44 des Mikrocontrollers 40 verbunden sind, der temperaturabhängige Widerstand des Heizleiters 20 bestimmt und im Mikrocontroller anhand einer dort abgespeicherten Temperatur/Widerstands-Kennlinie 48 in die Temperatur im Innern des Behälters umgerechnet werden. Als bevorzugtes Material für den Heizleiter 20 kann wegen seines hohen, positiven Wider stand/Temperaturkoeffizienten Silber verwendet werden. Bei einer typischen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt der Heizleiterwiderstand ca. 50 Ω. Die Widerstand sänderung bei einer Temperaturschwankung zwischen -40°C und +100°C beträgt dann ca. 10 Ω. Der Widerstand der Kupferzuleitungen sowie deren Beitrag zur temperaturbedingten Widerstandsänderung kann dagegen vernachlässigt werden.

Zur Berechnung des Füllstandes aus der im vorangeangenen Schritt ermittelten Thermospannung U_thermo sind weitere Kennlinien 46, 47 im Mikrocontroller abgespeichert. Sie repräsentieren temperaturunabhängi ge (47) Eigenschaften der Anordnung, wie z. B. die Behältergeometrie sowie temperaturabhängige (46) Eigenschaften. Anhand des aus der Widerstandsmessung ermittelten Temperaturwertes läßt sich die letztgenannte Kennlinie 46 an die tatsächlichen Verhältnisse anpassen. Dies ist in Fig. 1 durch den Pfeil 49 symbolisiert. Dabei ist es unerheb lich, ob eine echte Anpassung einer einzigen gespeicherten Kennlinie oder aber eine Auswahl einer bestimmten aus einer Vielzahl gespeicher ter Kennlinien erfolgt. Ebenso ist es ohne grundsätzliche Bedeutung, ob die Kennlinien als diskrete Datensätze oder in Form einer mathemati schen Formel mit anpassbaren Parametern gespeichert sind.

Nach Temperaturanpassung der Kennlinien kann der zuvor gemessene Wert der Thermospannung U_thermo zuverlässig in einen Füllstandswert umgerechnet und dieser ggf. über den Anzeigeausgang 41 des Mikrocon trollers 40 auf dem Anzeigegerät 50 angezeigt werden. Selbstverständ lich ist es zur Erreichung der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens völlig unerheblich, ob der im Intervall 62 ermittelte Temperaturwert zur Korrektur der Füllstandberechnung aus der nachfolgenden Messung (im Intervall 60') der Thermospannung U_thermo herangezogen wird oder ob die Füllstandberechnung aus einem zuvor (im Intervall 60) ermittelten Thermospannungswert hierdurch korrigiert wird.

In einer besonders vorteilhaften Ausprägung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Anschluß der Spannungs-Abgriffspunkte 24 des Heizleiters 20 an den Eingang 44 des Mikrocontrollers 40 auch während der Intervalle 60, 60', in denen vorrangig die Thermospannung U_thermo gemessen wird, genutzt. Fig. 5 zeigt schematisch die über dem Heizleiter abfallende Spannung U₂. Mit einer einfachen Plausibilitätskontrolle im Mikrocontroller 40 während des Thermospannungs-Meßintervalls 60, 60' kann festgestellt werden, ob etwa Defekte des Heizleites 20 oder der Stromregelung vorliegen, was dann eine Fehlermeldung auslösen kann.

Bei einer alternativen Ausprägung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird während der Widerstands-Meßintervalle 62, 62' nicht der Wider stand des Heizleiters 20, sondern der Widerstand der Thermoelement kette 10 gemessen. Diese wird zu diesem Zweck mit dem niedrigen Meßstrom I_m beschickt. Die Widerstandsmessung und Berechnung der Temperatur erfolgt analog zur Messung des Heizleiterwiderstandes bei der zuvor beschriebenen Ausprägung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die üblicherweise bei der Herstellung von Thermoelementen 11 verwendeten Materialien, wie Konstantan und Chromnickel, weisen jedoch nur einen sehr geringen Widerstands/Temperaturkoeffizienten auf, was die Temperaturbestimmung anhand des Widerstandes erschwert. Erfindungsgemäß wird daher die Thermoelementkette 10, wie in Fig. 2 dargestellt, um einen besonderen, in Reihe geschalteten Widerstands meßbereich 12 verlängert, der aus einer auf den Folienträger 30 aufgesputterten Bahn aus geeigneterem Material, wie z. B. Silber oder Eisen besteht. Der Widerstandsmeßbereich erstreckt sich vorzugsweise über die gesamte Höhe des Folienträgers 30. Bei einem typischen Widerstand der Thermoelementkette 10 von ca. 1 kΩ könnte ein typischer, zusätzlicher Widerstand des Widerstandsmeßbereiches 12 bei ca. 100-200 Ω liegen. Eine solche Leiterbahnverlängerung könnte typischerweise eine Widerstandänderung von ca. 20-40 Ω bei einer Temperaturschwankung zwischen -40°C und +100°C aufweisen. Bei ausreichend hochohmigem Abschluß des Meßeingangs 45 für die Thermospannung U_thermo am Mikrocontroller 40 läßt sich der Widerstand der verlängerten Leiterbahn bequem messen, ohne daß der zusätzlich eingebrachte Widerstand zu einem Meßfehler führen würde.

Natürlich sind die beschriebenen Ausführungsbeispiele nur exemplari sche Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtungen. Vielfältige Abwandlungen sind denkbar. Beispielsweise ist es zur erfolgreichen Durchführung des Verfahrens nicht zwingend notwendig, den gemessenen, temperaturab hängigen Widerstand explizit in eine Temperatur umzurechenen. Vielmehr können durch Verwendung geeigneter Eichkurven auch die am Meßeingang anliegenden Spannungen oder andere abhängige Werte zur Anpassung der Berechnung des Füllstandes verarbeitet werden. Darüberhinaus ist es selbstverständlich auch möglich, die Widerstands messung nicht an den gesamten Leiterbahnen des Heizleiters 20 bzw. der verlängerten Thermoelementkette 10/12, sondern lediglich an einzelnen Abschnitten hiervon, z. B. allein an dem Widerstandsmeßbereich 12 vorzunehmen.

Bezugszeichenliste

10

Thermoelementkette

11

Thermoelement

111

erster Schenkel von

11

112

zweiter Schenkel von

11

12

Widerstandsmessbereich

13

Anschlußkontakt von

11

14

Beheizte Verbindungsstelle

15

Unbeheizte Verbindungsstelle

20

Heizleiter

21

Anschlußkontakt von

20

22

Meßwiderstand

23

Spannungs-Abgriffspunkt

24

Spannungs-Abgriffspunkt

30

Trägerfolie

40

Mikrocontroller

41

Anzeigeausgang von

40

42

Konstantstromausgang von

40

43

Regelspannungseingang von

40

44

Widerstandsmeßeingang von

40

45

Thermospannungsmeßeingang von

40

46

gespeicherte Kennlinie (temperaturabhängig)

47

gespeicherte Kennlinie (temperaturunabhängig)

48

gespeicherte Kennlinie (Temperatur/Widerstand)

49

Anpassungspfeil

50

Anzeigegerät

60

,

60

' Thermospannungs- Meßintervall

61

,

61

' Abkühlphase

62

,

62

' Widerstands-Meßintervall

63

,

63

' Meßzeitpunkt

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung des Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter, insbesondere im Kraftstofftank eines Kraftfahrzeuges,
bei welchem unter Verwendung einer elektronischen Datenverarbeitungseinheit (40) die Thermospannung einer Schar von Thermoelementen (11) gemessen und hieraus der Füllstand in dem Behälter errechnet wird,
wobei die Thermoelemente (11), bei denen Verbindungsstellen (14) von Schenkeln (111, 112) zur Erzeugung der Thermospannung mit einem Heizleiter (20) beheizt werden, eine Thermospannung liefern, deren Wert abhängig ist von der absoluten Temperatur im Innern des Behälters,
und wobei ein diese Temperatur repräsentierender Wert zur Anpassung der Berechnung des Füllstandes aufgenommen wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Messung der Thermospannung in Intervallen (60, 60') erfolgt, die abwechseln mit Intervallen (62, 62') zur Messung des temperaturabhängigen elektrischen Widerstandes wenigstens eines Bereiches einer Leiterbahn (20, 10/12), wobei die Leiterbahn entweder durch den Heizleiter (20) oder die Thermoelementkette (10/12) gebildet ist, und wobei der Zeitraum (61, 61') zwischen einer Messung der Thermospannung und einer Widerstandsmessung hinreichend lang ist, um eine Abkühlung der der Widerstandsmessung unterworfenen Leiterbahn auf die Temperatur im Inneren des Behälters zu gewährleisten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Widerstandsmessung verwendete Meßstrom so klein gewählt ist, daß höchstens eine vernachlässigbare Erwärmung der zur Widerstandsmessung herangezogenen Leiterbahn (20, 10/12) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß während der Widerstands-Meßintervalle (62, 62') die zur Widerstandsmessung herangezogene Leiterbahn (20, 10/12) mit einem geregelten Konstantstrom beaufschlagt wird, während der Spannungsabfall über wenigstens einem Bereich dieser Leiterbahn gemessen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung des Füllstandes aus der gemessenen Thermospannung mit gespeicherten Kennlinien (46, 47, 48) erfolgt, wobei die Anpassung der Berechnung des Füllstandes einer Änderung einer temperaturabhängige Eigenschaften repräsentierenden Kennlinie (46) oder einer besonderen Auswahl einer von mehreren solcher Kennlinien entspricht.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennlinien (46, 47, 48) in Form von diskreten Datensätzen und/oder in Form mathematischer Formeln gespeichert sind.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der bei der Widerstandsmessung zur Erfassung des Spannungsabfalls am Heizleiter (20) verwendete Eingang der elektronischen Datenverarbeitungseinheit während der Messung der Thermospannung zur Spannungskontrolle des Heizleiters (20) genutzt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter (20) bzw. der Widerstandsmeßbereich (12) der Thermoelementkette (10) aus einem Material mit betragsmäßig hohem Widerstand/Temperatur- Koeffizienten besteht.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter (20) bzw. der Widerstandsmeßbereich (12) der Thermoelementkette (10) aus einem Material mit positivem Widerstand/Temperaturkoeffizienten, insbesondere Silber, besteht.

9. Vorrichtung zur Bestimmung des Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter, insbesondere im Kraftstofftank eines Kraftfahrzeuges,
umfassend eine Schar von Thermoelementen (11) mit jeweils wenigstens zwei miteinander verbundenen Bereichen (111, 112) aus unterschiedlichen Metallen und/oder Halbleitern bzw. unterschiedlichen Legierungen hiervon, deren Verbindungsstellen (14) vermittels eines elektrischen Heizleiters (20) heizbar sind und die einzeln oder gemeinsam zur Messung der an den Verbindungsstellen entstehenden Thermospannung an eine elektronische Datenverarbeitungseinheit (40), welche eine Berechnung des Füllstandes aus den Ergebnissen der Messung der Thermospannung durchführt, angeschlossen sind,
wobei die einzelnen Thermoelemente (11) bezogen auf den Behälter in unterschiedlicher Höhe auf einem Träger (30) angeordnet sind,
zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Heizleiter (20) aus einem Material mit betragsmäßig hohem Widerstand/Temperatur-Koeffizienten besteht und zur Erfassung seines temperaturabhängigen elektrischen Widerstandes mit einem Gleichstrom beaufschlagbar und der Spannungsabfall über dem Heizleiter meßbar ist.

10. Vorrichtung zur Bestimmung des Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter, insbesondere im Kraftstofftank eines Kraftfahrzeuges,
umfassend eine Schar von miteinander zu einer Thermoelementkette (10) in Reihe geschalteter Thermoelemente (11) mit jeweils wenigstens zwei miteinander verbundenen Bereichen (111, 112) aus unterschiedlichen Metallen und/oder Halbleitern bzw. unterschiedlichen Legierungen hiervon, deren Verbindungsstellen (14) vermittels eines elektrischen Heizleiters (20) heizbar sind und die zur Messung der an den Verbindungsstellen entstehenden Thermospannung an eine elektronische Datenverarbeitungseinheit (40), welche eine Berechnung des Füllstandes aus den Ergebnissen der Messung der Thermospannung durchführt, angeschlossen sind,
wobei die einzelnen Thermoelemente (11) bezogen auf den Behälter in unterschiedlicher Höhe auf einem Träger (30) angeordnet sind,
zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Thermoelementkette (10) einen besonderen Widerstandsmeß bereich (12) aus einem Material mit betragsmäßig hohem Widerstand/Temperatur-Koeffizienten aufweist und zur Erfassung des temperaturabhängigen elektrischen Widerstandes mit einem Gleichstrom beaufschlagbar und der Spannungsabfall über wenigstens diesem Bereich (12) meßbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die temperaturabhängige Widerstandsänderung der Thermo elementkette (10) ohne den Widerstandsmeßbereich (12) klein ist gegen die temperaturabhängige Widerstandsänderung des Widerstandsmeßbereiches (12).

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Widerstandsmeßbereich (12) nahezu über die gesamte Höhe des Trägers (30) erstreckt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Heizleiters (20) bzw. des Widerstandsmeßbereiches (12) einen positiven Widerstand/ Temperatur-Koeffizienten aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter (20) bzw. der Widerstandsmeßbereich (12) aus Silber oder einer Silberlegierung besteht.