DE102004026396A1

DE102004026396A1 - Vorrichtung zur Messung der Füllstandshöhe und/oder der Temperatur in einem Behälter

Info

Publication number: DE102004026396A1
Application number: DE102004026396A
Authority: DE
Inventors: Carsten Dipl.-Ing. Heldberg
Original assignee: ITW Automotive Products GmbH
Current assignee: ITW Automotive Products GmbH
Priority date: 2004-05-29
Filing date: 2004-05-29
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2024-05-30
Also published as: EP1600747A1; DE102004026396B4; US7258483B2; US20050265425A1

Abstract

Vorrichtung zur Messung der Füllstandshöhen und/oder der Temperatur einer Flüssigkeit in einem Behälter, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: DOLLAR A È eine annähernd vertikal in die Flüssigkeit eintauchbare lineare Widerstandsanordnung aus drei in Reihe geschalteten Widerstandsstrecken, wobei jede Widerstandsstrecke mindestens ein temperaturabhängiges längliches Widerstandselement R¶rt¶, R¶G¶, R¶rn¶ aufweist und die Widerstandsstrecken einen gleichmäßigen Widerstandsbelag über ihre Länge haben, DOLLAR A È die Widerstandsstrecken bzw. -elemente haben eine vorgegebene Länge L¶rt¶, L¶G¶, L¶rn¶, wobei die obere und untere Widerstandsstrecke R¶rt¶, R¶rn¶ kurz ist gegenüber der mittleren, DOLLAR A È die Widerstandsanordnung liegt an einer Spannungsquelle Ub, DOLLAR A È eine Spannungsmeßvorrichtung mißt die an den Widerstandsstrecken abfallenden Spannungen, DOLLAR A È aus den Längenabmessungen der Widerstandsstrecken und der -elemente und aus den gemessenen Spannungen errechnet ein Rechner mit Hilfe bekannter Widerstandsgleichungen die in Flüssigkeit eingetauchte Länge L¶N¶, L¶U¶ der Widerstandsanordnung beziehungsweise die Temperatur der Flüssigkeit.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung der Füllstandshöhe und/oder der Temperatur einer Flüssigkeit in einem Behälter nach dem Patentanspruch 1.

Es sind die verschiedensten Verfahren zur Bestimmung der Füllstandshöhe einer Flüssigkeit in einem Behälter bekannt geworden. So ist etwa bekannt, ein Schwimmerelement auf verschiedene Art und Weise in seiner Lage zu detektieren. Die Detektion erfolgt zum Beispiel mechanisch, elektrisch oder dergleichen. Es ist ferner bekannt, die Füllstandshöhe der Flüssigkeit im Behälter durch Reflektionsmessung zu bestimmen, etwa mit elektromagnetischen oder Schallwellen. Die meisten Verfahren sind entweder aufwendig und/oder nicht besonders aussagekräftig. Auch besteht die Gefahr, dass sie nach einer gewissen Zeit ausfallen oder ungenau werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung des Füllstands in einem Behälter anzugeben, die mit einfachen Mitteln installiert werden kann und über einen unbegrenzten Zeitraum sicher arbeitet. Außerdem soll mit einer derartigen Vorrichtung auch die Messung der Temperatur im Behälter, beziehungsweise in der Flüssigkeit, ermöglicht werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 2 gelöst.

Bei der Erfindung nach Patentanspruch 1 ist eine lineare Widerstandsanordnung aus drei in Reihe geschalteten Widerstandsstrecken vorgesehen, von denen jede mindestens ein temperaturabhängiges längliches Widerstandselement aufweist mit gleichmäßigem Widerstandsbelag über die Länge. Die Reihenanordnung wird annähernd vertikal in die Flüssigkeit eingetaucht. Die Widerstandsstrecken bzw. -elemente haben eine vorgegebene Länge, wobei die obere und untere Widerstandsstrecke im Verhältnis zur mittleren relativ kurz ist. Die kurzen Widerstandsstrecken dienen als Referenz und die längere als Meßstrecke. Die Reihenanordnung liegt an einer Spannungsquelle, und eine Spannungsmeßvorrichtung mißt die an den Widerstandsstrecken abfallenden Spannungen. Aus den Längenmaßen der Widerstandsstrecken und -elemente und aus den gemessenen Spannungen errechnet ein Rechner mit Hilfe bekannter Widerstandsgleichungen die in Flüssigkeit eingetauchte Länge der Widerstandsanordnung, beziehungsweise die Temperatur der Flüssigkeit.

Bei der Lösung nach Patentanspruch 2 sind ebenfalls drei Widerstandsstrecken linear angeordnet und können vertikal in eine Flüssigkeit eingetaucht werden, im Unterschied zur Lösung nach Patentanspruch 1 sind jedoch die Widerstandsstrecken parallel geschaltet. Die Widerstandsstrecken haben wiederum eine vorgegebene Länge, wobei die obere und untere Widerstandsstrecke, die als Referenz dienen, relativ kurz sind im Verhältnis zur mittleren Widerstandsstrecke. Eine Strommeßvorrichtung mißt die in den Widerstandsstrecken fließenden Ströme, und aus den Längenabmessungen der Widerstandsstrecken und den gemessenen Strömen errechnet ein Rechner mit Hilfe bekannter Widerstandsgleichungen die in die Flüssigkeit eingetauchte Länge der Widerstandsanordnung beziehungsweise die Temperatur der Flüssigkeit.

Bei der Erfindung werden die Widerstandsanordnungen so gewählt, dass sich durch Bestromen eine Temperaturerhöhung des trockenen Bereiches von zum Beispiel einigen 10° C ergibt. Dort, wo der Widerstand in die Flüssigkeit eintaucht, wird sich eine deutlich geringere Temperatur einstellen, da die Wärme von der Flüssigkeit sehr viel besser abgeleitet wird. Es ist vorteilhaft, wenn das Material des Widerstands einen möglichst stark ausgeprägten Temperaturkoeffizienten aufweist, wobei es jedoch gleich ist, ob dieser positiv (PTC-Verhalten) oder negativ (NTC-Verhalten) ist.

Da die Länge der Widerstandsstrecken bzw. -elemente bekannt ist, und die abfallenden Spannungen oder die Ströme gemessen werden können, ist es mit Hilfe der bekannten Widerstandsgleichungen möglich, die eingetauchte Länge der Widerstandsanordnung zu bestimmen.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Widerstandsanordnungen ist es möglich, eine Temperaturmessung vorzunehmen, wobei hierzu die Temperaturabhängigkeit der Widerstände herangezogen wird. Mit Hilfe der kürzeren Widerstandsstrecke, die als Referenz dient, wird mittels eines sehr kleinen Meßstromes, welcher noch keine Eigenerwärmung hervorruft, der Widerstand gemessen. Die Kennlinie der Widerstandsstrecke ist bekannt, beziehungsweise kann bei der Herstellung bestimmt werden. Auch wenn diese Kennlinie stark nichtlinear ist, so kann durch Nachschlagen in einer Zuordnungstabelle die tatsächliche Temperatur bestimmt werden. Eine solche Nachschlagetabelle kann im Speicher eines Mikrocontrollers, welcher auch die Messungen und Auswertungen vornimmt, abgelegt sein.

Wie schon erwähnt, dienen obere und untere Widerstandsstrecke als Referenz. Jede Widerstandsstrecke kann aus einer Mehrzahl von Widerstandselementen bestehen, die gleich groß sind und einen gleichmäßigen Widerstandsbelag haben. Die Widerstandselemente sind entweder in Reihe oder parallel geschaltet. Sie haben jeweils den gleichen Abstand voneinander.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Patentanspruch 1 ist nicht erforderlich, dass separate Widerstandselemente verwendet werden, vielmehr kann ein durchgehendes Widerstandselement, zum Beispiel ein Draht oder eine Widerstandsbahn, verwendet werden, welche mittels Anzapfungen in einzelne Widerstandselemente bzw. -strecken unterteilt wird. Bei elektrisch leitenden Flüssigkeiten ist der Draht oder die Widerstandsbahn mit einer entsprechenden isolierenden Schicht zu überziehen. Besonders vorteilhaft ist auch die Verwendung einer Widerstandswendel, da sich hierdurch die Leiterlänge deutlich erhöht.

Eine besonders bevorzugte Anordnung besteht nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung darin, dass die Widerstandsordnung als gedruckte Widerstandsbahn vorgesehen wird, zum Beispiel in Siebdrucktechnik, welche zum Beispiel auf ein gegebenenfalls flexibles Trägermaterial aufgebracht wird. Die Anschlüsse können ebenfalls als gedruckte Leiterbahnen (Leitsilber oder ähnliches) oder als geätzte Kupferbahnen aufgebracht werden. Die gesamte Anordnung kann mit einer dünnen Isolierfolie kaschiert werden. Derartige Ausführungen sind zum Beispiel in Verbindung mit elektrischen Heizfolien in Kraftfahrzeugen im Einsatz.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung können mehrere Widerstandsreihenan-ordnungen von temperaturabhängigen Widerständen im Behälter angeordnet sein. Dies ist insbesondere bei Behältern sinnvoll, wie beispielsweise Kraftfahrzeugtanks, wenn diese am Boden nicht plan sind, sondern eine beliebige Kontur, zum Beispiel Sattelkontur, aufweisen und sich der Flüssigkeitsvorrat nicht mehr nur durch einen Sensor genau genug bestimmen läßt.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich auch die Neigung des Flüssigkeitsspiegels bestimmen, indem nach einer Ausgestaltung der Erfindung jeweils beabstandete Widerstandsreihenanordnungen auf je zwei orthogonalen Achsen angeordnet werden.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert werden:
1 zeigt schematisch die erfindungsgemäße Vorrichtung in Form eines elektrischen Ersatzschaltbildes.
2 zeigt die Anordnung nach 1 mit den gemessenen Spannungen.
3 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Messung mit der Vorrichtung nach den 1 und 2.
4 zeigt eine besonders einfache Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
5 zeigt eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
6 zeigt eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung als gedruckte Folie.
7 zeigt einen Schnitt durch die Anordnung nach 6.
8 zeigt eine Mehrfachanordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Auswerteelektronik.
9 zeigt die Anordnung von zwei erfindungsgemäßen Vorrichtungen in einem Kraftfahrzeugtank.
10 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Neigungswinkelbestimmung.
11 zeigt die Draufsicht auf die Anordnung nach 10.
12 zeigt eine bezüglich 1 abgewandelte Ausführungsform der Erfindung in Form eines elektrischen Schaltbildes.
13 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Form eines Ersatzschaltbildes.
14 zeigt eine mögliche Verwirklichung der Ausführungsform nach 13.
15 zeigt eine weitere Möglichkeit einer Verwirklichung der Ausführungsform nach 13.
In den 1 und 2 ist ein Behälter 10 dargestellt, der teilweise mit einer Flüssigkeit 12 gefüllt ist. In dem Behälter 10 ist eine Widerstandsanordnung aus den Widerständen R_rt, R_rn und R_G angeordnet. Die genannten Widerstände haben eine vorgegebene Länge von L_rt, L_rn beziehungsweise L_G. Wie erkennbar, ist die Länge der Widerstände R_rt und R_rn deutlich kürzer als der Widerstand R_G. Die genannten Widerstände haben eine vorgegebene Länge und einen vorgegebenen Widerstandsbelag und sind außerdem temperaturabhängig. Wenn ein Strom durch die Widerstandsanordnung fließt, der zu einer gewissen Eigenerwärmung führt, dann hat der Teil der Widerstandsanordnung, der sich im trockenen Bereich befindet, die Temperatur T1. Der andere Teil der Widerstandsanordnung, der sich im nassen Bereich befindet, hat die Temperatur T2. Wird zur Messung ein Strom verwendet, der noch nicht zu einer merkbaren Eigenerwärmung führt, so läßt sich die Eigentemperatur der Referenzwiderstände R_rt und R_rn bestimmen. Dieses sind dann die gesuchten Temperaturen der Flüssigkeit 12, beziehungsweise der Umgebungsluft. Der hierzu verwendete Strom ist sehr klein, damit er eine Eigenerwärmung noch nicht hervorruft. Die Kennlinie der genannten Widerstände (Widerstand über Temperatur) ist bekannt, beziehungsweise kann bei der Herstellung bestimmt werden. Auch wenn diese Kennlinie sehr stark nichtlinear ist, so kann durch Nachschlagen in einer Zuordnungstabelle die tatsächliche Temperatur bestimmt werden. Die Nachschlagetabelle ist im Speicher eines Mikroprozessors abgelegt, welcher zur Messung herangezogen werden kann, worauf weiter unten noch eingegangen wird.
Die Widerstandsanordnung nach den 1 und 2 besitzt einen temperaturabhängigen Widerstandsbelag von W_T für die Temperatur T1 und W_N für die Temperatur T2. Somit ergeben sich folgende Widerstände: Referenzwiderstand „trocken" Rrt = Lrt·WT (1) Referenzwiderstand „nass" Rrn = Lrn·WN (2) Messwiderstand „trocken" RT = LT·WT (3) Messwiderstand „nass" RN = LN· WN (4)
Die Längen der Referenzwiderstände sind konstant und bekannt und lassen sich somit später leicht additiv berücksichtigen. Die Längen der Messwiderstände folgen der Beziehung LG = LT + LN (5), umgestellt ist dann LT = LG – LN (6)
Der Widerstand der Messstrecke L_G ist dann die Reihenschaltung der Widerstandsanteile „trockene" Bahn und „nasse" Bahn RG = RT + RN (7)
Mit den Materialparametern „Länge der Widerstandsbahnen" sowie den jeweils gültigen „Widerstandsbelägen" für den „trockenen" Anteil beziehungsweise „nassen" Anteil ist RG = LT· WT + LN·WN (8)
Setzen wir nun (6) in (8) ein, so erhalten wir RG = LG·WT – LN·WT + LN·WN (9)
Nach Auflösung der Gleichung (9) nach L_N erhalten wir
Der aktuelle Widerstandsbelag für den „trockenen" Anteil und der andere Widerstandsbelag für den „nassen" Anteil der Widerstandsbahn läßt sich leicht bestimmen, da die Längen der Referenzwiderstände konstant und bekannt sind.
Wählen wir noch die Längen L_rn gleich L_rt und setzen in Gleichung (10) ein, so folgt
Gleichung (13) lässt sich dann vereinfachen zu
Berücksichtigen wir nun, dass in der Reihenschaltung der Widerstände alle Widerstände vom selben Strom i durchflossen werden und sich die Widerstände durch
beschreiben lassen, erhalten wir
Der Strom i hebt sich heraus und Gleichung (18) vereinfacht sich zu
Nun haben wir eine Gleichung für die gesuchte Länge L_N gefunden, die nur noch von den leicht messbaren Spannungen und den bekannten Größen L_rt sowie L_G abhängt. Die Spannung U_rt kann gemäß Urt = UG – Ul (20) bestimmt werden. Damit sind alle Spannungen auf ein Potential bezogen und lassen sich leicht messen.
Die gesuchte Füllhöhe ist die Summe der Längen L_N und der Länge des Referenzwiderstandes L_rn.
In 3 ist eine Meßschaltung zur Bestimmung der Temperaturen T1 und T2 sowie der Füllhöhe L = L_rn + L_N gezeigt. Sie weist einen Mikroprozessor 14 auf, welcher einen Meßverstärker und einen Analog-Digital-Wandler enthält. Die Anschlüsse a, b, d, c entsprechen den Anschlüssen beziehungsweise Anzapfungen der Widerstandsanordnung nach 2. Durch wahlweise Betätigung der Schalter S1, S2 können die Betriebsmodi „Temperaturmessung" und „Füllhöhenmessung" gewählt werden. Der Mikroprozessor 14 führt die oben angegebenen Rechenoperationen durch, um die Füllhöhe beziehungsweise die Temperaturen zu ermitteln.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Widerstandsanordnung nach den 1 und 2. In 4 ist eine Wendel 18 aus einem geeigneten, vorzugsweise isolierten (Lakkisolierung) Widerstandsdraht auf einem isolierenden Dorn 20 aufgewickelt. Der Dorn wird von einer isolierenden Halterung 22 gehalten. Ein erster Leiter 24 ist mit dem unteren Ende und ein zweiter Leiter 26 mit dem oberen Ende der Widerstandswendel verbunden. Die Leiter 24, 26 können an eine geeignete Spannungsquelle geschaltet werden. Die Widerstandswendel 18 weist eine obere Anzapfung 28 und eine untere Anzapfung 30 auf, welche mit Leitern 32, 34 verbunden sind. Die Leiter 24, 26, 32, 34 sind innerhalb der isolierenden Halterung 22 geführt. Mit Hilfe der Anzapfungen 28, 30 werden die im Ersatzschaltbild nach 1 dargestellten Widerstände R_T, R_G und R_rn nachgebildet.
In 5 ist lediglich ein dünner Kupferdraht 36, der mit einer Lackisolierung versehen ist, in der Halterung 22 eingespannt. Die übrigen Merkmale entsprechen denen nach 4, so dass auch gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Es versteht sich, dass die Widerstandslänge der Wendel 18 um ein Vielfaches größer ist als die Länge des Widerstandsdrahtes 36, so dass die Meßvorrichtung nach 4 deutlich empfindlicher ist als die nach 5.
In den 6 und 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Widerstandsmeßanordnung dargestellt. Auf einer flexiblen Trägerfolie 40 ist eine Widerstandsbahn 42 mit ausgeprägter NTC- oder PTC-Charakteristik aufgedruckt, zum Beispiel in Siebdrucktechnik. Außerdem sind Leiterbahnen 44 beziehungsweise 46 aufgebracht, etwa als geätzte oder gedruckte Bahnen. Die gesamte Anordnung ist mit einer Isolierfolie 48 bedeckt. Die Beschaltung der Widerstandsordnung nach den 6 und 7 entspricht derjenigen nach den 4 und 5, so dass sie im Einzelnen nicht mehr erläutert werden muß. Man erkennt, dass die oberen und unteren Referenzwiderstände der gedruckten Widerstandsbahn 42 sehr kurz sind, im Verhältnis zur Länge der Widerstandsbahn dazwischen (siehe auch 1 und 2).
In 8 sind vier Widerstandsanordnungen 50 bis 56 schematisch dargestellt, entsprechend dem Aufbau nach den 1 und 2 beziehungsweise 3 bis 7. Sie können an verschiedenen Orten in einem Behälter angeordnet werden. Mit Hilfe einer Auswer teelektronik 58 können die einzelnen Widerstandsanordnungen 50 bis 56 mit Hilfe eines Drehschalters 60 nacheinander abgefragt werden. Die Abfrageelektronik ist in ähnlicher Weise aufgebaut wie dies in Verbindung mit 3 kurz erläutert wurde. Eine Mehrzahl von derartigen Widerstandsanordnungen oder Sensoren zur Bestimmung der Füllstandshöhe kann von Vorteil sein, wenn, wie in 9 dargestellt, ein Behälter 62 einen deutlich unebenen Boden 64 aufweist (Satteltank). Im Beispiel von 9 sind zwei Widerstandsanordnungen 66, 68 oder Sensoren vorgesehen, mit denen eine bessere Füllstandshöhenbestimmung und damit Volumenbestimmung im Behälter 62 durchgeführt werden kann.
Im Ausführungsbeispiel nach den 10 und 11 sind vier Füllstandssensoren X1, X 2, Y1, Y2 paarweise auf orthogonalen Achsen angeordnet. Die genannten Sensoren entsprechen im Aufbau den Widerstandsanordnungen, wie sie anhand der vorstehenden Figuren beschrieben sind. Es ist daher möglich, mit den vier Sensoren vier Füllstände X1, X2, Y1, Y2 zu bestimmen. Auf diese Weise ist es möglich, auch die Neigung des Flüssigkeitsspiegels in einem Behälter zu ermitteln. In 10 ist die Neigung durch die stark ausgezogene Linie 70 angedeutet.
Die Widerstandssensoren X1, X2, Y1, Y2 können, wie oben beschrieben, auf einer Trägerfolie aufgeklebt sein. Die Folie kann dann, wie in 10 dargestellt, auf einem Trägerrohr 72 aufgeklebt sein, wobei sich eine gleichmäßige Verteilung auf dem Umfang des Trägerrohrs 72 ergibt. Wird ein derartiger Sensor in der Tankmitte plaziert, läßt sich durch einfache Mittelung der gemessenen Füllstände eine neigungsabhängige Füllstandsmessung ermöglichen.
Bei der Ausführungsform nach 12 wird eine obere Referenzwiderstandsstrecke von einem Widerstandselement R_w1 mit der Länge L_wl gebildet. Eine mittlere Widerstandsstrecke wird von einzelnen Widerstandselementen R_w2 bis R_k(m-1) gebildet. Eine untere Widerstandsstrecke wird vom Widerstandselement R_km mit der Länge L_km gebildet. Die lineare Widerstandsanordnung ist wiederum in Flüssigkeit eingetaucht über eine Höhe von L_k. Die Gesamtlänge der drei Widerstandsstrecken beträgt L_g, sodass die „trockene" Länge L_N beträgt. Sämtliche Widerstandselemente sind von gleicher Länge und haben einen gleichen Abstand voneinander. Außerdem haben sie einen gleichmäßigen Widerstandsbelag und sind untereinander von der Widerstandsgröße gleich. An den Punkten 2 und 4 kann die Spannung gemessen werden, welche auf Widerstand R_km abfällt. An den Punkten 3 und 1 wird die Spannung gemessen, welche an den Widerstand R_W1 abfällt. Die an der Widerstandsanordnung insgesamt anliegende Spannung ist U_g. Sie erzeugt den Strom i. s ist die Gesamtanzahl der Widerstandselemente, m die in Flüssigkeit eingetauchten und n die in Luft befindlichen Widerstandselemente. Die Spannung, die an der gesamten Widerstandsanordnung oder -kette abfällt, ist daher
Wird eingesetzt n = s – m, ergibt sich Ug = (s – m)·Uw1 + m·Ukm = s·Uw1 – m·Ulw + m·Ukm
Daraus ergibt sich
U_w und U_k können leicht gemessen werden, wie oben angegeben. Auch U_g kann in einfacher Weise gemessen werden. Da m die Anzahl der in Flüssigkeit eingetauchten Widerstandselemente ist, ergibt sich aus m die eingetauchte Länge, denn die Länge der Widerstandselemente bzw. ihr Abstand voneinander ist bekannt. Es versteht sich, dass die Feinheit der Messung von der Anzahl und der Länge der Widerstandselemente abhängt.
Bei der Ausführungsform nach 13 ist eine Vielzahl von Widerstandselementen G_w1 bis G_km vorgesehen. Da sie parallel geschaltet sind, werden sie mit ihrer Leitfähigkeit gekennzeichnet. Die obere Widerstandsstrecke mit der Länge l_wl wird vom Widerstandselement G_w1 gebildet. Die mittlere Widerstandsstrecke wird von einer Vielzahl parallel geschalteter Widerstandselemente G_w ₂ bis G_k(m-1) gebildet. Die untere Widerstandsstrecke wird vom Widerstandselement Gkm gebildet. Die jeweils parallel geschalteten Widerstandsstrecken liegen über Vorwiderstände R_mg, R_mrk und R_mrw an der Spannungsquelle U_S. An den Punkten 3 und 4 wird der Strom i_w1 bzw. i_km durch die obere bzw. untere Strecke gemessen. Der Gesamtstrom ist i_g, der ebenfalls gemessen wird. Die Widerstandselemente sind von gleicher Größe und haben einen vorgegebenen Abstand voneinander. Die Gesamtlänge der Widerstandsanordnung ist mit l_g bezeichnet und die in Flüssigkeit eingetauchte Länge mit l_k, sodass die Restlänge l_w beträgt. Für den Strom ig ergibt sich mithin folgende Gleichung:
Da s = n + m ist, entsprechend der obigen Darlegung, ergibt sich für den Strom ig = s·iw1 – n·iw1 + m·ikm
Daraus ergibt sich für m, das heißt die Anzahl der in Flüssigkeit eingetauchten Widerstände, die folgende Formel:
In 14 ist eine längliche Trägerfolie 80 gezeigt, auf welche drei Widerstandsbahnen 82, 84 und 86 aufgedruckt sind. Die Widerstandsbahn 82 ist ebenso von kurzer Länge wie Widerstandsbahn 86, während die Widerstandsbahn 84 relativ lang ist. Die Widerstandsbahnen 82 bis 86 sind linear angeordnet, mithin vertikal übereinander, wenn die Folie vertikal in Flüssigkeit eingetaucht wird. Auf der rechten Seite der genannten Widerstandsbahnen ist eine Leiterbahn 88 aufgebracht, mit der in gleichmäßigen Abständen Leiterabschnitte 90 verbunden sind, die sich fingerförmig senkrecht zur Leiterbahn 88 erstrecken. Auf der gegenüberliegenden Seite sind zwei Leiterbahnen 92, 94 auf die Folie 80 aufgebracht. Die Leiterbahn 92 weist eine Reihe von fingerförmigen Leiterabschnitten 96 auf, die sich quer in Richtung der anderen Leiterbahn 88 erstrecken. Die Leiterbahn 94 weist am unteren Ende zwei Leiterabschnitte 98 auf, die mit den Leiterabschnitten 90 der Leiterbahn 88 einander abwechseln und kammartig verschränkt sind. Eine vierte Leiterbahn 100 weist fingerförmige Leiterabschnitte auf, die mit den Leiterabschnitten 90 der Leiterbahn 82 abwechseln, mithin ebenfalls kammartig ineinander greifen. Die mittlere Widerstandsstrecke wird mithin von einer Vielzahl parallel geschalteter Widerstände gebildet, indem die Leiterabschnitte 90, 96 kammartig ineinander greifen und dabei einander abwechseln. Somit realisiert 14 das Ersatzschaltbild nach 13. Die Anschlüsse 102 der Leiterbahnen 88, 92, 94 und 100 sind in gleicher Weise geschaltet, wie dies in 13 dargestellt ist.
Es sei erwähnt, dass eine derartige Widerstandsanordnung zur Beheizung von Automobilscheiben oder – spiegeln an sich bekannt ist, nicht aber in der Anordnung von getrennten Widerstandsstrecken, wobei die mittlere Widerstandsstrecke eine große Länge aufweist, während die obere und untere Widerstandsstrecke eine kurze Länge haben und zur Referenz dienen.
Die Ausführungsform nach 15 stellt eine Alternative zu der nach 14 dar. Auf eine Folie 110 sind drei jeweils durchgehende Widerstandsbahnen im Druckverfahren aufgebracht. Eine erste obere kurze Widerstandsbahn 112 wird gefolgt von einer langen Widerstandsbahn 114. Dieser folgt wiederum eine kurze Widerstandsbahn 116. Eine mittlere Leiterbahn 118 erstreckt sich längsmittig durch die genannten Widerstandsbahnen. Die Leiterbahn 118 entspricht der Leiterbahn 88 nach 14. Beidseits der Widerstandsbahn 114 erstrecken sich Leiterbahnen 120 bzw. 122. Sie entsprechen der Leiterbahn 92 nach 14. Eine Leiterbahn 124 parallel zur Leiterbahn 122 dient zum Anschluß an die Widerstandsbahn 116. Eine weitere Leiterbahn 126 dient zum Anschluß an die Widerstandsbahn 112. Die Anschlußpunkte 128 an die genannten Widerstandsbahnen werden in gleicher Weise mit der Spannungsquelle verbunden, wie dies anhand von 13 dargestellt und beschrieben ist. Somit realisiert auch diese Ausführungsform das Ersatzbild nach 13, allerdings mit einer durchgehenden mittleren Widerstandsstrecke, statt einzelner parallel geschalteter Widerstandselemente.
Die Länge, über welche die Widerstandsanordnung von 15 in Flüssigkeit eingetaucht ist, ergibt sich aus

lrr: = l eines Referenzwiderstandes wenn diese gleiche Länge haben
l_wl: = l_km= l_rr

Claims

Vorrichtung zur Messung der Füllstandshöhen und/oder der Temperatur einer Flüssigkeit in einem Behälter, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: • eine annähernd vertikal in die Flüssigkeit (12) eintauchbare lineare Widerstandsanordnung aus drei in Reihe geschalteten Widerstandsstrecken, wobei jede Widerstandsstrecke mindestens ein temperaturabhängiges längliches Widerstandselement (R_rt, R_G, R_rn) aufweist und die Widerstandsstrecken einen gleichmäßigen Widerstandsbelag über ihre Länge haben, • die Widerstandsstrecken bzw. -elemente haben eine vorgegebene Länge (L_rt, L_G, L_rn), wobei die obere und untere Widerstandsstrecke (R_rt, R_rn) kurz ist gegenüber der mittleren, • die Widerstandsanordnung liegt an einer Spannungsquelle Ub, • eine Spannungsmeßvorrichtung mißt die an den Widerstandsstrecken abfallenden Spannungen, • aus den Längenabmessungen der Widerstandsstrecken und der -elemente und aus den gemessenen Spannungen errechnet ein Rechner (14) mit Hilfe bekannter Widerstandsgleichungen die in Flüssigkeit eingetauchte Länge (L_N, L_U) der Widerstandsanordnung, beziehungsweise die Temperatur der Flüssigkeit (12).
Vorrichtung zur Messung der Füllstandshöhen und/oder der Temperatur einer Flüssigkeit in einem Behälter, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: • Eine annähernd vertikal in die Flüssigkeit eintauchbare lineare Widerstandsanordnung aus drei parallel geschalteten Widerstandsstrecken, wobei jede Widerstandsstrecke mindestens ein temperaturabhängiges längliches Widerstandselement aufweist und die Widerstandswerte der Widerstandselemente gleich sind. • Die Widerstandsstrecken haben eine vorgegebene Länge, wobei die obere und untere Widerstandsstrecke kurz sind gegenüber der mittleren. • Die Widerstandsstrecken liegen parallel an einer Spannungsquelle. • Eine Strommeßvorrichtung mißt die in den Widerständen fließenden Ströme und • aus den Längenabmessungen der Widerstandsstrecken und aus den gemessenen Strömen errechnet ein Rechner mit Hilfe bekannter Widerstandsgleichungen die in die Flüssigkeit eingetauchte Länge der Widerstandsanordnung bzw. die Temperatur der Flüssigkeit.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Widerstandsstrecke aus einer großen Anzahl diskreter Widerstandselemente besteht, die jeweils gleiche Länge bzw. gleichen vertikalen Abstand voneinander haben.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsordnung einen Widerstandsdraht (36) oder eine Widerstandswendel (18) aufweist, bei dem beziehungsweise der durch Anzapfungen (28, 30) die Widerstandsstrecken bzw. -elemente gebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsstrecken als Widerstandsbahn (42) vorgesehen ist, die auf ein Trägermaterial (40) aufgedruckt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (44, 46) zu den Widerstandsbahnen (42) ebenfalls auf das Trägerelement (40) aufgedruckt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial eine dünne Kunststofffolie (40) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsanordnung mit einer Isolierschicht (42) beschichtet beziehungsweise bedeckt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Widerstandsstrecke eine längliche gedruckte Widerstandsbahn aufweist, die durch eine mittlere erste Leiterbahn unterteilt und an den Seiten durch jeweils eine weitere Leiterbahn begrenzt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Widerstandsstrecke eine länglich gedruckte Widerstandsbahn aufweist, an deren gegenüberliegenden Seiten jeweils eine Leiterbahn verläuft, mit jeder Leiterbahn fingerartige Leiterabschnitte verbunden sind, die sich annähernd senkrecht zur Widerstandsbahn in diese hinein erstrecken, wobei ein Abschnitt der ersten Leiterbahn mit einem fingerartigen Abschnitt der zweiten Bahn abwechselt und die Abstände zwischen den fingerartigen Leiterabschnitten gleich sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Widerstandsanordnungen (50 bis 56) von temperaturabhängigen Widerständen im Behälter angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass je zwei beabstandete Widerstandsanordnungen auf je zwei orthogonalen Achsen angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass vier Widerstandsanordnungen in gleichmäßigem Abstand auf einer dünnen Kunststofffolie aufgedruckt sind und die Kunststofffolie auf ein Trägerrohr (72) aufgewickelt ist.