DE102007001192A1 - Apparatus and method for determining a level and a temperature of a fluid - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung eines Füllstandes und einer Temperatur eines Fluids. Um eine noch kompaktere Vorrichtung und ein effizienteres Messverfahren bereitzustellen, wird vorgeschlagen, dass eine Sensorspannung (U<SUB>mess</SUB>) und ein Messstrom (I<SUB>mess</SUB>) vor und nach einer durch einen Strom (I<SUB>heiz</SUB>) bewirkten Erwärmung des Heizdrahts (21) zur Berechnung eines elektrischen Widerstands (R) gemessen werden.The present invention relates to an apparatus and a method for determining a level and a temperature of a fluid. In order to provide an even more compact device and a more efficient measuring method, it is proposed that a sensor voltage (U <SUB> mess </ SUB>) and a measuring current (I <SUB> mess </ SUB>) before and after a current ( I <SUB> heating </ SUB>) caused heating of the heating wire (21) for calculating an electrical resistance (R) are measured.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung eines Füllstandes und einer Temperatur eines Fluids.The The present invention relates to an apparatus and a method for determining a fill level and a temperature of a Fluid.

Insbesondere aus dem Kraftfahrzeugbereich ist die Notwendigkeit bekannt, den Füllstand und die Temperatur eines Motoröls zu überwachen. Dieser Anwendungsbereich ist zahlenmäßig und damit auch wirtschaftlich von großer Bedeutung. Motoröle werden andererseits aufgrund ihrer Aufgabe als Schmiermittel und gleichzeitig Abtransportmedium für Abwärme auch über einen sehr großen Temperaturbereich betrieben und können über Dauer verschiedene Werkstoffe angreifen. In dem Kraftfahrzeugbereich werden zudem hohe Anforderungen an Zuverlässigkeit und Langlebigkeit einer derartigen Vorrichtung auch in Kontakt mit einem relativ aggressiven Fluid gestellt. Da ein Einsatz im Kraftfahrzeugbereich ein sehr hartes Anforderungsprofil stellt, wird die vorliegende Erfindung nachfolgend ohne Beschränkung in ihrem Einsatzbereich nur vor dem Hintergrund des speziellen Einsatzes zur Überwachung von Füllstand und Temperatur eines Motoröls in einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs dargestellt.Especially from the motor vehicle sector, the need is known, the To monitor the level and temperature of an engine oil. This scope is numerical and thus also economically important. engine oils On the other hand, because of their role as lubricants and at the same time transport medium for waste heat also over operate over a very wide temperature range and can over Duration attack various materials. In the automotive field In addition, high demands are placed on reliability and reliability Longevity of such a device also in contact with a put relatively aggressive fluid. As an application in the automotive sector A very hard requirement profile, the present becomes Invention hereinafter without limitation in its field of application only against the background of the special use for monitoring Level and temperature of an engine oil in an internal combustion engine a motor vehicle shown.

Für die elektrothermische Füllstandsmessung wird eine Messanordnung zugrunde gelegt, bei der ein Heiz- bzw. Hitzdraht senkrecht oder unter einem gewissen Winkel in dem Motoröl angebracht ist. Die Länge des Hitzdrahts ist dabei so zu wählen, dass sowohl bei maximalem als auch bei minimalem Ölstand der Messbereich des Drahts nicht über- oder unterschritten wird. Der Widerstand des Hitzdrahts ist proportional zur Temperatur des Drahts, besitzt also PTC-Charakteristik. Nach dem Stand der Technik wird der Hitzdraht zur Füllstandsmessung mit einem zeitlich begrenzten Strompuls mit konstanter Strom stärke aufgeheizt. Die zu Beginn des Strompulses und am Ende des Strompulses am Hitzdraht abfallenden Spannungen werden gemessen und zur Füllstandsbestimmung verwendet. Bei einem hohen Ölstand wird die dem Draht zugeführte elektrische Heizleistung zum großen Teil an das umgebende Öl abgegeben. Der Draht heizt sich also nur unwesentlich auf, so dass auch nur eine geringe Widerstandserhöhung messbar ist. Bei niedrigem Ölfüllstand hingegen befindet sich der Draht größtenteils in Luft. Da Luft ein schlechter Wärmeleiter ist, wird nur wenig elektrische Heizleistung abgegeben und das Fluid kann den Heizdraht nur in geringem Maße abkühlen. So heizt sich der Draht vergleichsweise stark auf. Diese große Erwärmung hat eine große Spannungsdifferenz zwischen den beiden gemessenen Spannungen zur Folge. Die Spannungsdifferenz ist also umgekehrt proportional zur Füllstandshöhe.For the electrothermal level measurement becomes a measuring arrangement based on a heating or hot wire perpendicular or is mounted at a certain angle in the engine oil. The Length of the hot wire is to be chosen so that both at maximum and at minimum oil level the Measuring range of the wire not exceeded or fallen below becomes. The resistance of the hot wire is proportional to the temperature of the wire, so it has PTC characteristics. According to the state of Technology is the hot wire for level measurement with a time limited current pulse with constant current strength heated. The at the beginning of the current pulse and at the end of the current pulse on the hot wire falling voltages are measured and for level determination used. At a high oil level, the wire is supplied electrical heating power delivered to a large extent to the surrounding oil. The wire heats up so only slightly, so that only a small increase in resistance is measurable. At low oil level, however the wire is mostly in the air. There Air is a poor conductor of heat, is little electric Heat output and the fluid can the heating wire only in small Cool the measurements. This heats the wire comparatively strong. This big warming has a big one Voltage difference between the two measured voltages Episode. The voltage difference is thus inversely proportional to Filling level.

Aus der EP 1 180 667 A2 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Füllstandes bekannt, bei der in Abhängigkeit von einem jeweiligen Füllstand eines Fluids Messwerte eines über einen unterschiedlich großen Bereich von dem Fluid gekühlten Heizdrahts aufgenommen werden. Betrieben wird dieses Bauteil in der Form, dass zu Beginn und zum Ende einer definierten Bestromung des Heizdrahts ein jeweiliger Spannungsabfall gemessen wird. Zur Temperaturmessung ist ein entsprechendes Sensorelement in Form eines NTC-Widerstands vorgesehen. In sehr kompakter Bauweise sind die Vorrichtungen für beide Messungen in einem gemeinsamen länglichen Gehäuse angeordnet, das in einer Ölwanne eines Kraftfahrzeugmotors in Form nur eines Bauteils angeordnet ist. Eine Vorrichtung gemäß der Offenbarung der EP 1 180 667 A2 hat sich im praktischen Einsatz grundsätzlich bewährt.From the EP 1 180 667 A2 a device for determining a filling level is known in which, as a function of a respective fill level of a fluid, measured values of a heating wire cooled over a different sized area by the fluid are recorded. This component is operated in the form that a respective voltage drop is measured at the beginning and at the end of a defined energization of the heating wire. For temperature measurement, a corresponding sensor element in the form of an NTC resistor is provided. In a very compact design, the devices for both measurements are arranged in a common elongate housing, which is arranged in an oil pan of a motor vehicle engine in the form of only one component. A device according to the disclosure of EP 1 180 667 A2 has basically proven itself in practical use.

Weiter sind aus den nicht vorveröffentlichen Patentanmeldungen DE 10 2005 053 278.0 und 10 2005 053 539.9 Verfahren zur kombinierten Messung von Füllstand und Temperatur eines Motoröls und sehr kompakt bauende Vorrichtungen zur Umsetzung derartiger Verfahren bekannt. Anhand der Aufheizcharakteris tik des Hitz- und Sensordrahtes wird die Öltemperatur und der Ölfüllstand bestimmt. Diese Lehren basieren auf einer genauen Regelung eines Heizstromes, um eine unter definierten elektrischen Rahmenbedingungen gemessene Aufheizkurve anhand von Widerstandswerten analysieren zu können.Next are from the unpublished patent applications DE 10 2005 053 278.0 and 10 2005 053 539.9 A method for the combined measurement of level and temperature of an engine oil and very compact devices for implementing such methods known. Based on the heating characteristics of the heat and sensor wires, the oil temperature and oil level are determined. These teachings are based on precise regulation of a heating current in order to be able to analyze a heating curve measured under defined electrical conditions by means of resistance values.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine noch kompaktere Vorrichtung und ein effizienteres Messverfahren unter Verwendung eines Heizdrahtes mit PTC- bzw. Kaltleiter-Charakteristik bereitzustellen.task It is the object of the present invention to provide an even more compact device and a more efficient measuring method using a heating wire to provide PTC or PTC resistor characteristics.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche dadurch gelöst, dass eine Messspannung und ein Messstrom vor und nach einer durch einen Heizstrom bewirkten Erwärmung des Heizdrahts zur Berechnung eines elektrischen Widerstands des Heizdrahts gemessen werden. Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch aus, dass eine Auswerteschaltung Mittel zur Spannungsmessung bei Beaufschlagung des Sensordrahtes als Fluidtemperatur-Sensor mit einem Messstrom aufweist und durch Verbindung mit einem Rechenwerk mit Integrator zugleich über Bestimmung eines Abkühlverhaltens als Füllstandssensor ausgebildet ist.These The object is achieved by the features of the independent claims solved by a measuring voltage and a measuring current before and after heating caused by a heating current of the heating wire for calculating an electrical resistance of Heating wire to be measured. Accordingly, a device according to the invention is characterized characterized in that an evaluation circuit means for voltage measurement when exposed to the sensor wire as a fluid temperature sensor with having a measuring current and by connection to a calculator with integrator at the same time via determination of a cooling behavior is designed as a level sensor.

Nach einem erfindungsgemäßen Verfahren wird bei einer Bestromung des Heiz- und Sensordrahtes zwischen einem Heizstrom und einem Sensor- bzw. Messstrom unterschieden. Insbesondere ist der Heizstrom ein ungeregelter, vergleichsweise hoher Strom, während der Messstrom ein geregelter und sehr geringer Strom ist, der nur einer Widerstandsmessung außerhalb eines Aufheizens des Heiz- und Sensordrahtes dient. Es wird also erfindungsgemäß nicht länger während der durch Anlegen eines Strompulses bewirkten Erwärmung des Heizdrahts auch eine Berechnung oder Bestimmung eines elektrischen Widerstands durchgeführt. Bei einer hier vorgeschlagenen Abkühlmethode erfolgt die Aufheizung des thermoelektrischen Sensordrahtes und die Messung der Widerstandscharakteristik des Sensordrahtes während der Abkühlphase durch zeitlich getrennte und zu dem unterschiedlich große Ströme. Durch die Widerstandsbestimmung ist das Messergebnis weitgehend unempfindlich gegenüber Toleranzschwankungen im verwendeten Messstrom/Messspannung.According to a method of the invention, a distinction is made between energizing the heating and sensor wires between a heating current and a sensor or measuring current. In particular, the heating current is an unregulated, relatively high current, while the measuring current is a regulated and very low current, the only resistance measurement outside a heating of the Heating and sensor wire is used. Thus, according to the invention, calculation or determination of an electrical resistance is no longer carried out during the heating of the heating wire caused by the application of a current pulse. In a cooling method proposed here, the heating of the thermoelectric sensor wire and the measurement of the resistance characteristic of the sensor wire during the cooling phase is carried out by temporally separate and the different sized streams. By determining the resistance, the measurement result is largely insensitive to tolerance fluctuations in the measuring current / measuring voltage used.

Der Heizstrom beträgt in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung einige 100 mA und kann ein- und ausgeschaltet werden. Eine Regelung des Heizstroms ist dabei vorzugsweise nicht notwendig, so dass eine z. B. in Form eines Transistors ausgeführte regelbare Strom- oder Spannungsquelle entfallen kann. Der Messstrom und/oder die Messspannung werden dagegen hinreichend klein gewählt, so dass die im Sensordraht umgesetzte elektrische Leistung diesen nur unwesentlich zusätzlich erwärmt und toleranzbedingte Schwankungen des Messstroms und/oder der Messspannung damit einen vernachlässigbaren Einfluss auf das Messergebnis haben.Of the Heating current is in a preferred embodiment The invention some 100 mA and can be turned on and off. A regulation of the heating current is preferably not necessary so that a z. B. executed in the form of a transistor adjustable current or voltage source can be omitted. The measuring current and / or the measuring voltage are chosen on the other hand sufficiently small, so that the converted in the sensor wire electrical power this only insignificantly heated additionally and tolerance-related Fluctuations of the measuring current and / or the measuring voltage thus a have negligible influence on the measurement result.

Vorzugsweise wird in einem Messintervall unter Verwendung einer Mehrzahl von Messungen eine entsprechende Zahl von Messpunkten bestimmt. Aus den Messpunkten kann durch Multiplikation mit der Breite eines jeweiligen Abtastintervalls eine Fläche unter der Abkühlkurve approximiert werden.Preferably is measured at a measuring interval using a plurality of Measurements determined a corresponding number of measuring points. Out The measuring points can be multiplied by the width of each Sampling interval is an area under the cooling curve be approximated.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren arbeitet auch bei hohen Füllständen zuverlässig, da sich bedingt durch die unterschiedlichen Wärmeleitkoeffizienten zwischen Luft und Fluid bei unterschiedlichen Fluid-Füllstandshöhen verschiedene Erwärmungskurven des Heizdrahts ergeben. Diese Abkühlkurven schließen über der Zeitachse gesehen in den Messintervallen definierter Länge folglich auch unterschiedlich große Flächen ein, die einen leicht zu bestimmenden thermischen Energiegehalt des Heiz- bzw. Sensordrahts angeben. Damit werden Ungenauigkeiten gerade bei hohen Fluid-Füllständen weitgehend vermieden, wie sie bei bekannten Vorrichtungen und Verfahren auftreten.One inventive method also works at high levels reliably, since due to the different heat conduction coefficients between air and fluid at different fluid level heights give different heating curves of the heating wire. These Cooling curves close over the time axis thus seen in the measuring intervals of defined length also different sized areas, the one easily determined thermal energy content of the heating or Specify sensor wire. Thus, inaccuracies are just at high Fluid levels largely avoided as they occur in known devices and methods.

Erfindungsgemäß wird neben der Füllstandsmessung für die Messung der Temperatur des Fluids kein zusätzlicher Temperatursensor vorgesehen, z. B. in Form eines separaten NTC-Widerstands. In einem erfindungsgemäßen Kombinationssensor ist für beide Messungen damit vorteilhafterweise nur noch ein Sensorelement in Form eines Heizdrahts vorhanden, der im Kontakt mit dem zu überwachenden Fluid steht.According to the invention in addition to the level measurement for the measurement of Temperature of the fluid no additional temperature sensor provided, z. B. in the form of a separate NTC resistor. In one inventive combination sensor is for Both measurements thus advantageously only one sensor element in the form of a heating wire in contact with the to be monitored Fluid is.

Damit kann mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zusätzlich zur Bestimmung einer Füllstandshöhe auch eine jeweilige Fluidtemperatur mit ausreichender Genauigkeit bestimmt werden. Zur Bestimmung von Fluidtemperatur und Füllstandshöhe des Fluids ist vorteilhafterweise auch nur noch ein Messintervall erforderlich, das mindestens in einem Anfangsbereich von zwei unterschiedlichen Auswertungsverfahren quasi gemeinsam genutzt wird.In order to can additionally with a device according to the invention to determine a level height also a respective fluid temperature determined with sufficient accuracy become. For determination of fluid temperature and filling level of the fluid is advantageously only one more measurement interval required, that at least in an initial range of two different Evaluation process is used as it were.

Durch den Fortfall eines separaten NTC-Widerstands zur Temperaturmessung eines Fluids, wie nach dem Stand der Technik bekannt, wird bereits direkt eine Kostenersparnis erzielt, wobei zudem auch keine zusätzliche Auswerteschaltung für die Auswertung der stark nichtlinearen Kennlinie eines NTC-Sensorausgangssignals mehr erforderlich ist. Der Fortfall dieser separat anzuordnenden Auswertelogik für das NTC-Sensorausgangssignal führt zu einer Reduzierung in der Größe des Sensors bzw. Sensorgehäuses und auch zu einer Größenreduzierung im Hinblick auf eine Auswerteschaltung. Die Auswerteschaltung kann nun auf einer vergleichsweise kleineren Schaltungsplatine bzw. PCB untergebracht werden. Weiter führt nun auch die Einsparung einer Regelung für den Heizstrom zu Vorteilen hinsichtlich Energieaufwand und Herstellungskosten.By the elimination of a separate NTC resistor for temperature measurement a fluid, as known in the art, is already directly achieved a cost saving, but also no additional Evaluation circuit for the evaluation of highly nonlinear Characteristic curve of an NTC sensor output signal is required. Of the Elimination of this separately to be arranged evaluation logic for the NTC sensor output leads to a reduction in the size of the sensor or sensor housing and also to a reduction in size in terms of to an evaluation circuit. The evaluation circuit can now on a accommodated comparatively smaller circuit board or PCB become. Next leads now the saving of a scheme for the heating current to advantages in terms of energy consumption and manufacturing costs.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel anhand von Abbildungen der Zeichnung zur Darstellung weiterer Merkmale und Vorteile näher erläutert.following the invention with reference to an embodiment Based on illustrations of the drawing to show other features and advantages explained in more detail.

In der Zeichnung zeigen in jeweils skizzierten Schnittdarstellungen:In the drawing show in each sketched sectional views:

1: eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; 1 an embodiment of a device according to the invention;

2: eine Darstellung der Ausführungsformen von 1 senkrecht geschnitten in einer Ebene, die zu der Ebene der Schnittdarstellung von 1 senkrecht steht; 2 : A representation of the embodiments of 1 Vertically cut in a plane leading to the plane of the sectional view of 1 is vertical;

3: eine Darstellung einer bekannten Vorrichtung in der Schnittebene von 1; 3 : An illustration of a known device in the section plane of 1 ;

4: eine Darstellung der bekannten Vorrichtung in einer Schnittebene gemäß 2; 4 : A representation of the known device in a sectional plane according to 2 ;

5a und 5b: je ein Diagramm zur Darstellung prinzipieller Temperaturverläufe über der Zeit mit einer Anzahl von Messpunkten zur Ermittlung einer Aufheizkurve nach einem nicht vorveröffentlichen verfahren; 5a and 5b : a diagram for representing basic temperature profiles over time with a number of measuring points for determining a heating curve according to a method not previously published;

6a und 6b: je ein Diagramm zur Darstellung prinzipieller Temperaturverläufe über der Zeit mit einer Anzahl von Messpunkten zur Ermittlung einer Abkühlkurve nach einem erfindungsgemäßen Verfahren mit Darstellung von Mess- und Heizstrom in den verschiedenen Phasen; 6a and 6b : one diagram each for Representation of fundamental temperature curves over time with a number of measuring points for determining a cooling curve according to a method of the invention with representation of measurement and heating current in the various phases;

7: ein Diagramm mit schematischen Darstellungen von Abkühlkurven bei zwei unterschiedlichen Füllstandsniveaus eines Fluids; 7 FIG. 4 is a diagram showing schematic diagrams of cooling curves at two different level levels of a fluid; FIG.

8: ein Diagramm einer zeitdiskreten Widerstandsmessung eines Anfangszustandes und einer Abkühlkurve eines thermoelektrischen Drahtes und 8th FIG. 4: a diagram of a discrete-time resistance measurement of an initial state and a cooling curve of a thermoelectric wire and FIG

9a und 9b: zwei Diagramme zur Bestimmung eines Ölstandes als Funktion mehrerer Variabler und 9a and 9b Two diagrams for determining an oil level as a function of several variables and

10: ein Blockschaltbild einer Elektronik mit angeschlossenem Sensordraht. 10 : a block diagram of an electronics with connected sensor wire.

Über die verschiedenen Abbildungen hinweg werden nachfolgend für gleiche Elemente stets die gleichen Bezugszeichen verwendet. Ohne Beschränkung der Erfindung auf diesen speziellen Einsatzfall wird nachfolgend nur ein Einsatz der Vorrichtungen zur Bestimmung von Füllstandsniveau und Temperatur von Motoröl in einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs dargestellt und beschrieben.about the different pictures will become below for the same elements always use the same reference numerals. Without Limitation of the invention to this particular application below only one use of the devices for the determination of Level and temperature of engine oil in an internal combustion engine of a motor vehicle and described.

3 zeigt eine Sensorvorrichtung 0 zur Bestimmung von Füllstand und Fluidtemperatur mit einem Gehäuse 1 aus Kunststoff, welches aus zwei Halbschalen 2, 3 aufgebaut ist. Die beiden Halbschalen 2, 3 haben jeweils in einem oberen Bereich einen im Durchmesser vergrößerten Verbindungsbereich 4, 5, der nahe seines oberen Endes mit einem nach innen gerichteten Bund 6 in eine umlaufende Nut 7 eines Kontaktsockels 8 eingreift. Das Gehäuse 1 ist zusammen mit dem Kontaktsockel 8 in ein Anschlussstück 9 eingesetzt, das außenseitig mit einem Einschraubgewinde 10 versehen ist und bekannte Dichtmittel aufweist. 3 shows a sensor device 0 for determining the level and fluid temperature with a housing 1 made of plastic, which consists of two half shells 2 . 3 is constructed. The two half shells 2 . 3 each have an enlarged diameter in a connecting region in an upper area 4 . 5 which is near its upper end with an inward-facing waistband 6 in a circumferential groove 7 a contact socket 8th intervenes. The housing 1 is along with the contact socket 8th in a connector 9 used, the outside with a screw thread 10 is provided and has known sealing means.

Jeder Verbindungsbereich 4, 5 weist eine radiale Durchbrechung 11, 12 auf. Bis in den Bereich dieser Durchbrechungen 11, 12 ragen vom Kontaktsockel 8 her Paare von elektrischen Leitern 13, 14 und vom Gehäuse 1 her Paare elektrischer Lei ter 15, 16 hinein und sind dort durch Schweißungen 17 miteinander verbunden.Each connection area 4 . 5 has a radial opening 11 . 12 on. Up to the area of these openings 11 . 12 protrude from the contact socket 8th here are pairs of electrical conductors 13 . 14 and from the case 1 Her pairs of electric wires 15 . 16 into it and are there by welds 17 connected with each other.

Die Halbschale 3 ist für die Niveaumessung konzipiert. Dafür befindet sich nahe ihrem unteren Ende ein Spannkörper 18, welcher in Längsrichtung der Halbschale 3 in ihr verschieblich gehalten und von einer Feder 19 vom Verbindungsbereich 4 weg vorgespannt ist. Dieser Spannkörper 18 hat einen Zapfen 20, durch den ein Heizdraht 21 um 180° umgelenkt wird, der in der Halbschale 3 über einen wesentlichen Bereich ihrer Länge verläuft und mit den beiden Leitern 15 verbunden ist. Dieser Heizdraht 21 ist bei der Niveaumessung stromdurchflossen. Er wird durch das zu messende Medium in Abhängigkeit vom Füllstand mehr oder weniger gekühlt, so dass sich sein elektrischer Gesamtwiderstand entsprechend ändert und dadurch über eine Messung der elektrischen Größen der Füllstand ermittelt werden kann.The half shell 3 is designed for level measurement. There is a tensioning body near its lower end 18 , which in the longitudinal direction of the half-shell 3 held in it and held by a spring 19 from the connection area 4 is biased away. This clamping body 18 has a pin 20 through which a heating wire 21 is deflected by 180 °, in the half shell 3 extends over a substantial portion of its length and with the two ladders 15 connected is. This heating wire 21 is current flowing through the level measurement. It is more or less cooled by the medium to be measured depending on the level, so that its total electrical resistance changes accordingly and can be determined by measuring the electrical variables of the level.

Die Halbschale 2 hat in ihrer unteren Stirnfläche eine Ausnehmung 22 mit einem auf Temperatur ansprechenden Sensorelement 23, hier ein NTC-Element. Dieses NTC-Sensorelement 23 ist nach außen über die Leiter 16 verbunden, durch die entsprechende Temperatursignale übertragen werden.The half shell 2 has a recess in its lower end face 22 with a temperature responsive sensor element 23 , here an NTC element. This NTC sensor element 23 is outward over the ladder 16 connected, are transmitted by the corresponding temperature signals.

Die 4 zeigt die Halbschale 3 nun alleine und gegenüber der Schnittdarstellung von 3 um 90° gedreht. Zu erkennen ist wiederum der Spannkörper 18 mit dem Zapfen 20, welcher den Heizdraht 21 spannt und umlenkt. Der Heizdraht 21 verläuft so U-förmig, wobei seine beiden jeweils einen Schenkel der U-Form bildenden Bereiche in 2 mit 21' und 21'' bezeichnet werden.The 4 shows the half shell 3 now alone and opposite to the sectional view of 3 turned by 90 degrees. To recognize is in turn the clamping body 18 with the pin 20 which the heating wire 21 spans and diverts. The heating wire 21 runs so U-shaped, with its two each one leg of the U-forming areas in 2 With 21 ' and 21 '' be designated.

Zur Montage der dargestellten Sensorvorrichtung 0 werden zunächst alle Einbauteile in die beiden Halbschalen 2, 3 und den Kontaktsockel 8 eingebaut. Dann schweißt man eine Halbschale 2, 3 an den Kontaktsockel 8 und verbindet anschließend die andere Halbschale 2, 3 mit der ersten Halbschale 2, 3, beispielsweise durch Klipsen, Schweißen, Verstemmen oder Klammern. Danach verschweißt man die so bereits verbundenen Halbschalen 2, 3, mit dem Kontaktsockel 8. In der Endmontage wird die Einheit in das Anschlussstück 9 mit Außensechskant-Kontur eingesetzt, das integrierte Dichtmittel aufweist. Anschließend wird die Anordnung mit den getrennt angeordneten Sensoren 21, 23 für Temperatur- und Niveaumessung durch Zurollen fertig gestellt. In einer Einbaulage erfolgt ein Anschluss über elektrische Leitungen am Kontaktsockel 8 in der in den 3 und 4 angedeuteten Art und Weise.For mounting the illustrated sensor device 0 First, all built-in parts in the two half shells 2 . 3 and the contact socket 8th built-in. Then you weld a half shell 2 . 3 to the contact socket 8th and then connects the other half shell 2 . 3 with the first half shell 2 . 3 For example, by clipping, welding, caulking or staples. Then you welded the already connected half shells 2 . 3 , with the contact socket 8th , In the final assembly, the unit is in the connector 9 used with external hexagon contour, which has integrated sealant. Subsequently, the arrangement with the sensors arranged separately 21 . 23 finished for temperature and level measurement by rolling. In a mounting position, a connection is made via electrical lines on the contact socket 8th in the in the 3 and 4 indicated way.

In dieser Ausführungsform ist nun für die Temperatur- und Niveaumessung nur noch ein Sensor 21 vorgesehen, dessen Signale nun durch zwei Verfahren unabhängig voneinander ausgewertet werden. Auf die Bestimmung einer Fluid-Temperatur und eine Fluid-Füllstandsmessung wird nachfolgend getrennt unter Bezug auf die Abbildungen der 5a, b und 6a, b eingegangen.In this embodiment, now only one sensor is required for the temperature and level measurement 21 whose signals are now evaluated independently by two methods. The determination of a fluid temperature and a fluid level measurement will be described below with reference to the figures 5a , Federation 6a , b received.

Durch einen erfindungsgemäßen Ansatz vereinfacht sich der von 3 her bekannte Aufbau in einem Ausführungsbeispiel in der in 1 dargestellten Weise: Die gegenüber dem Heizdraht 21 so weit als möglich thermisch entkoppelte Ausnehmung 22 mit dem darin geschützt angeordneten Sensorelement 23 entfällt ersatzlos. Damit kann die Halbschale 2 gekürzt werden. Die Halbschale 2 kann aber auch ganz entfallen, da auch ein Leiter 16 nicht mehr benötigt wird. Hierdurch würde der Heizdraht 21 ohne das Erfordernis von Flutlöchern unmittelbar in guten Kontakt mit dem Fluid gebracht werden, wobei durch eine konkrete Formgebung der Halbschale 3 in einer dem Fachmann geläufigen Art und Weise ein erforderlicher Schutz und eine mechanische Stabilität der Anordnung gewährleistet wird.By an approach according to the invention simplifies the of 3 Her known construction in an embodiment in the in 1 shown way: The opposite the heating wire 21 as far as possible thermally decoupled recess 22 with the sensor element arranged therein protected 23 deleted without substitution. This can be the half shell 2 be shortened. The half shell 2 But it can also be completely eliminated, as is also a leader 16 is no longer needed. This would make the heating wire 21 be brought into good contact with the fluid directly without the need of flood holes, whereby by a concrete shaping of the half shell 3 In a manner known to those skilled in a required protection and mechanical stability of the device is ensured.

Durch den Wegfall eines nach dem Stand der Technik benötigten zweiten Sensors vereinfacht sich ferner auch die Verdrahtung im Bereich der radialen Durchbrechungen 11, 12 erheblich. Schließlich wird im Kontaktsockel 8 nur noch ein Leiterpaar 13 nach außen geführt. Damit ist im Kontaktsockel 8 auch aus reichend Raum vorhanden, um hier eine nicht weiter dargestellte Auswerteschaltung unterzubringen. Die Auswerteschaltung ist in einer Ausführungsform der Erfindung auch gleich als Anschlussglied für einen LIN- oder CAN-Bus oder ein anderes Datennetz entsprechend ausgebildet.Furthermore, the elimination of a second sensor required according to the prior art also simplifies the wiring in the region of the radial openings 11 . 12 considerably. Finally, in the contact socket 8th only one pair of wires 13 led to the outside. This is in the contact socket 8th Also from reaching space available here to accommodate a not shown evaluation circuit. The evaluation circuit is formed in an embodiment of the invention also equal as a connection member for a LIN or CAN bus or other data network.

2 zeigt analog der Darstellung von 4 ein Ausführungsbeispiel, in dem die vorstehend genannten Vereinfachungen und Einsparungen von separaten Bauteilen konkreter umgesetzt worden sind, ohne dass dabei ein äußeres Erscheinungsbild oder Abmessungen der Sensorvorrichtung 0 verändert worden wären: Der Kontaktsockel 8 ist nun mit dem Anschlussstück 9 einstückig ausgeführt. Die Verbindungsbereiche 4, 5 entfallen. Die elektrischen Leiter 13, 15 sind einstückig ausgebildet und werden eingegossen. 2 shows analogously to the representation of 4 an embodiment in which the above-mentioned simplifications and savings of separate components have been implemented more concrete, without causing an external appearance or dimensions of the sensor device 0 would have been changed: the contact socket 8th is now with the connector 9 made in one piece. The connection areas 4 . 5 omitted. The electrical conductors 13 . 15 are integrally formed and are poured.

Prinzipiell könnte nun auch die Halbschale 3 mit dem Kontaktsockel 8 und dem Anschlussstück 9 einstückig gefertigt werden, so dass in einer Montage nur noch der Heizdraht 21 an einem freien Ende des Leiters 15 angeschlossen werden müsste. Statt durch einen Aufbau aus Spannkörper 18 mit separatem federelastischen Element 19 wird in einer nicht weiter konkret dargestellten Ausführungsform der Erfindung die Elastizität des Werkstoffs zum Spannen des Heizdrahtes 21 genutzt werden.In principle, now also the half shell 3 with the contact socket 8th and the fitting 9 be made in one piece, so that in an assembly only the heating wire 21 at a free end of the ladder 15 would have to be connected. Instead of a construction of clamping body 18 with separate elastic element 19 In a not further concretely illustrated embodiment of the invention, the elasticity of the material for tensioning the heating wire 21 be used.

Dabei ist in einer Ausführungsform ein Spannkörper 18 mit einem Federelement 19 einstückig ausgebildet und insbesondere auch einstückig mit dem Gehäuse 1 der Vorrichtung 0 verbunden oder an diese angeformt. Hierzu ist ein in den 1 und 2 gestrichelt eingezeichneter Bereich A um den Zapfen 20 C- oder S-förmig ausgebildet, beispielsweise durch Anordnung von Einkerbungen oder Ausnehmungen 24 mit entsprechenden Übergangsradien. Der Bereich A kann so in einem erforderlichen Bereich selber in vorbestimmter Weise federelastisch ausgelenkt oder gestaucht werden.In one embodiment, this is a tensioning body 18 with a spring element 19 formed in one piece and in particular integrally with the housing 1 the device 0 connected or molded to this. This is one in the 1 and 2 Dashed area A around the pin 20 C-shaped or S-shaped, for example by arrangement of notches or recesses 24 with corresponding transition radii. The area A can thus be deflected or compressed elastically in a required area itself in a predetermined manner.

Ein nicht vorveröffentlichtes Messverfahren wird nun unter Bezugnahme auf die skizzierten Abbildungen der 5a und 5b beschrieben: In einem stationären Fall entspricht die Temperatur des mit dem Fluid in Kontakt stehenden Heizdrahtes 21 der des Fluids. Nach den Eingangs genannten nicht vorveröffentlichen Ansätzen wird über die Dauer eines Messintervalls ein Rechteckpuls mit konstant geregelter Stromstärke an den Heizdraht 21 angelegt, um eine Aufheizkurve zu messen. Bei einer Messung der Fluidtemperatur wird der Heizdraht 21 während eines Messintervalls für eine Zeitdauer Δt von etwa 400 ms von einem konstanten Strom I durchflossen. Durch den Stromfluss erwärmt sich der Heizdraht 21 und sein ohmscher Widerstand Rsens steigt an. In Abhängigkeit einer jeweiligen Ausgangs- bzw. stationären Starttemperatur und eines hohen oder niedrigen Fluidfüllstandes FS ergibt sich bei kontinuierlicher Messung jeweils ein in seinem Anfangsbereich bis zu einer Erwärmungs- bzw. Stromflussdauer von T = 100 ms in einem Bereich B im Wesentlichen quadratischer Kurvenverlauf des Widerstandes Rsens bzw. der Temperatur des Heizdrahtes 21 über der Zeit t.A non-pre-published measuring method will now be described with reference to the drawings of FIG 5a and 5b In a stationary case, the temperature of the heating wire in contact with the fluid corresponds 21 that of the fluid. According to the non-pre-published approaches mentioned in the introduction, a rectangular pulse with a constant current is applied to the heating wire over the duration of a measuring interval 21 created to measure a heating curve. When measuring the fluid temperature, the heating wire 21 a constant current I flows through it during a measuring interval for a period Δt of approximately 400 ms. Due to the current flow, the heating wire heats up 21 and its ohmic resistance R sens rises. Depending on a respective initial or stationary starting temperature and a high or low fluid level FS, the continuous measurement results in a substantially square curve of the resistance in a range B up to a heating or current flow time of T = 100 ms R sens or the temperature of the heating wire 21 over time t.

In 5a ist ein Verlauf entsprechender Spannungs- bzw. Widerstandswerte eines Heizdrahtes 21 bei einer hohen und einer niedrigen Fluidtemperatur über der Zeit t eingezeichnet. In einem Bereich B gilt mit ausreichend guter Näherung ein quadratischer Zusammenhang einer zu jeweiligen Zeitpunkten t an dem Heizdraht 21 abgegriffenen Spannung Usens und der Zeit t. Gemäß 5b wird ab einem Zeitpunkt to bis zu einem Zeitpunkt t1 ein Strom Isens in Form eines geregelten Rechteckpulses an den Heizdraht 21 der Vorrichtung 0 angelegt.In 5a is a curve corresponding voltage or resistance values of a heating wire 21 drawn at a high and a low fluid temperature over time t. In a region B, with a sufficiently good approximation, there is a quadratic relationship between a respective time t at the heating wire 21 tapped voltage U sens and time t. According to 5b is from a time t o to a time t 1, a current I sens in the form of a regulated rectangular pulse to the heating wire 21 the device 0 created.

Gemäß der in 5a ab einem Zeitpunkt t' dargestellten Punkte wird nun keine kontinuierliche Messung, sondern eine Messung der über dem Heizdraht 21 abfallenden Spannung Usens zu mehreren Zeitpunkten vorgenommen. Diese Messpunkte weisen zueinander einen äquidistanten Abstand von ca. 1 bis etwa 4 ms auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der zeitli che Abstand zwischen Messpunkten zu 2 ms gewählt. Durch die Messwerte zu den jeweiligen Abtastzeitpunkten t werden Werte Usens(t') ermittelt, die sich durch Rsens(t) = Usens(t)/Isens umrechnen lassen. Nun wird unter Anwendung bekannter Approximationsverfahren eine Ausgleichskurve f als Funktion zweiter Ordnung durch diese ermittelten Werte Rsens(t) hindurchgelegt. Hier findet ein Verfahren mit Minimierung des Quadrates der Abweichungen der jeweiligen Messpunkte zu der Kurve f Anwendung. Da ein Abstand vom Start der definierten Bestromung des Heizdrahtes 21 bei to bis zu einem ersten Messpunkt bei einem Zeitpunkt t' genau bekannt ist, kann nun anhand dieser Ausgleichskurve f bzw. des Widerstandverlaufes Rsens(t) rückwärts ein Widerstandwert Rsens(to) ermittelt werden. Der anhand des Widerstandverlaufes Rsens(t) errechnete Widerstandwert Rsens(to) gibt dann über einen Festspeicher bzw. Look-up table eine stationäre Anfangstemperatur des Heizdrahtes 21 an, die mit der Fluidtemperatur übereingestimmt hat.According to the in 5a From a point in time t 'points now no continuous measurement, but a measurement of the above the heating wire 21 decreasing voltage U sens at several times. These measuring points have an equidistant spacing of approximately 1 to approximately 4 ms from each other. In the present embodiment, the temporal distance between measuring points is selected to be 2 ms. Values U sens (t '), which can be converted by R sens (t) = U sens (t) / I sens, are determined by the measured values at the respective sampling instants t. Now, using known approximation methods, a compensation curve f as a function of second order is passed through these determined values R sens (t). Here is a method with minimization of the square of the deviations of the respective measuring points to the curve f application. As a distance from the start of the defined energization of the heating wire 21 is accurately known at t o up to a first measuring point at a point in time t ', a resistance value R sens (t o ) can now be determined backwards on the basis of this compensating curve f or of the resistance profile R sens (t). The calculated based on the resistance curve R sens (t) Wi The resistance R sens (t o ) then outputs a stationary start temperature of the heating wire via a read-only memory or look-up table 21 which has coincided with the fluid temperature.

In einem Verfahren zur Ermittlung eines Fluid-Füllstandes werden nun die vorstehend zur Bestimmung einer stationären Anfangstemperatur des Heizdrahtes 21 bzw. einer Fluidtemperatur Messwerte bis zu einem Zeitpunkt t1 über eine Gesamtszeit Δt der Bestromung von hier etwa 400 ms betrachtet. Gemäß der Darstellung von 5a ergeben sich bei größeren Füllstandsunterschieden zu dem Zeitpunkt t1 deutliche Unterschiede bei der gemessenen Spannungsdifferenz ΔU1 bei niedrigem und ΔU2 bei hohem Füllstand FS. Dieses Verhalten wurde in bekannten Verfahren genutzt: Der Hitzdraht wird demnach mit einem zeitlich begrenzten Strompuls mit konstanter Stromstärke aufgeheizt. Die zu Beginn des Strompulses und am Ende des Strompulses am Hitzdraht abfallenden Spannungen werden gemessen und zur Füllstandsbestimmung verwendet. Bei niedrigem Füllstand erwärmt sich der Draht stark, was eine große Spannungsdifferenz ΔU zwischen den beiden gemessenen Spannungen zur Folge hat. Bei hohem Füllstand ist die Spannungsdifferenz vergleichsweise gering. Die Spannungsdifferenz ist also umgekehrt proportional zur Füllstandshöhe. Bei geringeren Füll standsunterschieden fällt ein Unterschied in der Spannungsdifferenz zum Zeitpunkt t1 jedoch wesentlich weniger deutlich aus. Damit ist eine Auflösung bekannter Verfahren also in dem kritischen Bereich zu hoher Fluid-Füllstände nicht ausreichend sicher. Auch würde eine Betrachtung einer Steigung der Ausgleichskurve f zu einem extrapolierten Startzeitpunkt to oder einem anderen fest vorgegebenen Zeitpunkt als Maß für einen Füllstand FS schon aufgrund der eingesetzten Approximation nur relativ ungenaue Werte.In a method for determining a fluid level, the above for determining a stationary initial temperature of the heating wire 21 or a fluid temperature measured values up to a time t 1 over a total time .DELTA.t of the energization viewed from here about 400 ms. As shown by 5a With larger level differences at time t 1, significant differences in the measured voltage difference ΔU1 at low and ΔU2 at high level FS occur. This behavior was used in known methods: The hot wire is thus heated with a temporary current pulse with constant current. The voltages dropping on the hot wire at the beginning of the current pulse and at the end of the current pulse are measured and used to determine the filling level. At low levels, the wire heats up, resulting in a large voltage difference ΔU between the two measured voltages. At high level, the voltage difference is comparatively low. The voltage difference is thus inversely proportional to the level height. At lower level differences, however, a difference in the voltage difference at time t 1 is much less pronounced. Thus, a resolution of known methods is therefore not sufficiently secure in the critical range of high fluid levels. Also, considering a slope of the compensation curve f at an extrapolated start time t o or another fixed predetermined time as a measure of a level FS would already be relatively inaccurate due to the approximation used.

Auch in der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung wird ein nach dem Hitzdrahtprinzip funktionierender Füllstandsensor verwendet, bei dem ein vorgegebener Stromfluss durch den Sensordraht einen Temperaturanstieg im Draht bewirkt. Da auch der in der vorliegenden Ausführungsform verwendete Draht eine Kaltleiter- bzw. PTC-Charakteristik besitzt, erfolgt bei einer Temperaturerhöhung im Draht auch eine Erhöhung des elektrischen Widerstands, wie in 6a angedeutet. Während dieses Aufheizprozesses wird die elektrische Heizenergie teilweise an die umgebenden Medien abgegeben. Die Energiedifferenz aus der zugeführten elektrischen Energie und der abgegebenen Heizenergie erwärmt den Hitzdraht. Bedingt durch die unterschiedlichen Wärmeleitkoeffizienten von Luft und Fluid bewirken unterschiedliche Füllstandshöhen verschiedene Erwärmungskurven des Hitzdrahts, wie bereits vorstehend beschrieben. Im Gegensatz zu dem unter Bezugnahme auf die Abbildungen der 5a und 5b beschriebenen Verfahren wird erfindungsgemäß nun zwischen einem Messstrom Imess und einem Heizstrom Iheiz unterschieden. Er ergibt sich damit nach 6b ein deutlich von 5b abweichender Stromverlauf.In the present embodiment of the invention, a fill-level sensor operating according to the hot-wire principle is used, in which a predetermined current flow through the sensor wire causes a temperature increase in the wire. Since the wire used in the present embodiment also has a PTC characteristic, when the temperature of the wire increases, an increase in electrical resistance occurs, as in FIG 6a indicated. During this heating process, the electrical heating energy is partially released to the surrounding media. The energy difference from the supplied electrical energy and the heat energy emitted heats the hot wire. Due to the different coefficients of thermal conductivity of air and fluid, different fill level heights cause different heating curves of the hot wire, as already described above. In contrast to that with reference to the illustrations of 5a and 5b described method is now differentiated according to the invention between a measuring current I mess and a heating current I. He follows it up 6b a clear of 5b deviating current course.

Die zeitlichen Diagramme der 6a und 6b zeigen den prinzipiellen zeitlichen Ablauf einer Messung nach einem erfindungsgemäßen Verfahren: Der Sensorwiderstand hat zu Beginn der Messung die Temperatur des umgebenden Öls, und somit den zu einer bestimmten Temperatur gehörigen Widerstand Ro. Zunächst wird also während einer Zeit tmess1 der Anfangswider stand Ro des Sensordrahts mit einem kleinen Messstrom Imess und einer kleinen Messspannung Umess gemessen. Da der Widerstand des verwendeten Sensordrahtes im Wesentlichen linear mit der Temperatur ansteigt, kann aus dieser Messung die Anfangstemperatur des Drahtes und somit die Öltemperatur ermittelt werden, ohne dass die Messung selber das Ergebnis durch zusätzliche Erwärmung nennenswert beeinflusst. Während einer anschließenden Zeitspanne theiz wird der Sensor durch einen gegenüber dem Messstrom Imess wesentlich größeren Heizstrom Iheiz erwärmt. Dadurch vergrößert sich der elektrische Widerstand R des Drahtes. Daraufhin wird während einer Phase tmess2 der elektrische Widerstand des Sensordrahts mit Hilfe eines kleinen Messstroms Imess2 bestimmt. Da so wiederum nur eine geringe elektrische Leistung an den Sensordraht abgegeben wird, kühlt der Sensordraht ab. Damit verringert sich auch der Drahtwiderstand gut messbar. Nach einer Wartezeit, nach der der Sensordraht wieder die Temperatur des Öls angenommen hat, kann die Messung neu gestartet werden.The temporal diagrams of 6a and 6b show the basic timing of a measurement by a method according to the invention: The sensor resistance has the temperature of the surrounding oil at the beginning of the measurement, and thus the resistance R o associated with a specific temperature. First, therefore, during a time t mess1, the initial resistance R o of the sensor wire is measured with a small measurement current I mess and a small measurement voltage U mess . Since the resistance of the sensor wire used increases substantially linearly with the temperature, the initial temperature of the wire and thus the oil temperature can be determined from this measurement, without the measurement itself significantly influencing the result by additional heating. During a subsequent period t heating of the sensor is heated by a heating compared to the measurement current I measured substantially larger heating current I. This increases the electrical resistance R of the wire. Then, during a phase t mess2, the electrical resistance of the sensor wire is determined with the aid of a small measuring current I mess2 . As this again only a small electrical power is delivered to the sensor wire, the sensor wire cools. This also reduces the wire resistance well measurable. After a waiting period, after which the sensor wire has resumed the temperature of the oil, the measurement can be restarted.

Die Auswirkungen von Füllstandsänderungen auf die Abkühlcharakteristik des Sensordrahtes sind in der Abbildung von 7 in Form einer Skizze für hohen und niedrigen Ölfüllstand bei gleicher Öltemperatur und gleichem Heizstrom skizziert. Bei niedrigem Ölfüllstand kühlt der Draht nur langsam ab, der Sensorwiderstand ändert sich also nur langsam. Bei hohem Ölstand kühlt der Draht sehr schnell ab, der Widerstand des Sensors hat sich also schnell wieder auf den Anfangswert Ro verringert.The effects of level changes on the cooling characteristics of the sensor wire are shown in the figure of 7 sketched in the form of a sketch for high and low oil level with the same oil temperature and the same heating current. When the oil level is low, the wire cools slowly, so the sensor resistance changes slowly. When the oil level is high, the wire cools down very quickly, so the resistance of the sensor has quickly decreased to the initial value R o .

Auf Basis einer Ermittlung folgender Messgrößen kann nun ein jeweils aktueller Ölstand bestimmt werden. Es ist nach dem dargestellten Abkühlverfahren die Bestimmung von drei Messgrößen erforderlich:

  • 1. Der Anfangswiderstand Ro wird vor Beginn des Heizens gemessen, aus dem Anfangswiderstand Ro wird eine ursprüngliche Öltemperatur bestimmt. Die Bestimmung des Anfangswiderstands Ro erfolgt mit mehreren Widerstandsmessungen während der Zeit tmess1 auch in Form zeitdiskreter Messung gemäß der Abbildung von 8.
  • 2. Ein Widerstandswert Rmax wird zum Abschluss der Heizphase bestimmt, also nach Ablauf der Phase theiz. Durch unterschiedliche Heizströme Iheiz und/oder Heizspannungen Uheiz und verschiedene Füllstände wird der Sensordraht während der Heizperiode unterschiedlich stark aufgeheizt. Dementsprechend ist auch ein maximal erreichter Sensorwiderstand Rmax verschieden. Dieser maximale Sensorwiderstand Rmax wird aus den gemessenen Widerstandswerten der Abkühlkurve ermittelt. Dazu wird in zeitlich äquidistanten Abständen Δa der Widerstand des Drahtes während der Abkühlphase gemessen, wie in 8 angedeutet. Aus diesen Werten ist mit geeigneten Methoden, hier durch Ermittlung einer Ausgleichskurve unter Anwendung bekannter Approximationsverfahren, der maximale Widerstand Rmax nach dem Heizvorgang zu bestimmen.
  • 3. Schließlich wird eine Widerstandssumme Rsum bestimmt. Durch Summation der gemessenen Widerstandswerte der Abkühlkurve des thermoelektrischen Drahtes erhält man eine Messgröße, aus der mit Hilfe der bekannten Öltemperatur und des maximal gemessenen Widerstands Rmax der Ölstand bestimmt werden kann. Um die Verarbeitung in einem Mikrocontroller zu erleichtern, kann eine Verkleinerung der Widerstandssumme erfolgen, indem jeweils der Anfangswert Ro vom gemessenen Widerstand subtrahiert wird.
Based on a determination of the following measured variables, a current oil level can now be determined. According to the illustrated cooling method, the determination of three measured quantities is required:
  • 1. The initial resistance R o is measured before the start of heating, from the initial resistance R o , an original oil temperature is determined. The determination of the initial resistance R o is carried out with several resistance measurements during the time t mess1 also in the form of time-discrete measurement according to the illustration of 8th ,
  • 2. A resistance value R max is determined at the end of the heating phase, ie after the end of the phase t heating . By different heating currents I heating and / or heating voltages U heater and different levels of the sensor wire is heated to different degrees during the heating season. Accordingly, a maximum reached sensor resistance R max is different. This maximum sensor resistance R max is determined from the measured resistance values of the cooling curve. For this purpose, the resistance of the wire during the cooling phase is measured in time equidistant intervals Δa, as in 8th indicated. From these values, by means of suitable methods, here by determining a compensation curve using known approximation methods, the maximum resistance R max can be determined after the heating process.
  • 3. Finally, a resistance sum R sum is determined. By summation of the measured resistance values of the cooling curve of the thermoelectric wire, a measured variable is obtained from which the oil level can be determined with the aid of the known oil temperature and the maximum measured resistance R max . In order to facilitate the processing in a microcontroller, a reduction of the resistance sum can be carried out by subtracting in each case the initial value R o from the measured resistance.

Das vorstehend beschriebene Verfahren wird in einer nicht weiter dargestellten Ausführungsform dadurch von der Abtastzeit unabhängig gemacht, dass der jeweilige Widerstandswert mit dem Abtastintervall multipliziert wird. Graphisch gesehen ist diese Vorgehensweise als Integration der Fläche unter der Abkühlkurve zu interpretieren, wie durch die schraffierte Fläche in 7 angedeutet. Das vorstehend beschriebene Verfahren weist schon aufgrund einer Verwendung einer Viel zahl von einzelnen Messpunkten eine geringere Empfindlichkeit der Füllstandsbestimmung gegenüber Störungen auf. Es wird also fortlaufend eine Berechnung R(t)= Umess(t)/Imess(t) mit automatischem Fehlerausgleich durchgeführt. Ein jeweiliges Software-Rechenkonzept ist in einem Mikrocontroller bei Anwendung verschiedener Integrationsverfahren integrierbar, z. B. eines Newton-Ansatzes.The method described above is made independent of the sampling time in a non-illustrated embodiment in that the respective resistance value is multiplied by the sampling interval. Graphically, this approach is interpreted as integration of the area under the cooling curve, as indicated by the hatched area in 7 indicated. The method described above has already due to a use of a lot of individual measuring points on a lower sensitivity of the level measurement against interference. Thus, a calculation R (t) = U mess (t) / I mess (t) is carried out continuously with automatic error compensation. A respective software computing concept can be integrated in a microcontroller using various integration methods, eg. B. a Newton approach.

Zur Bestimmung des Ölstands wird folgendes Verfahren angewendet: Der Ölstand bzw. level ist als Funktion von drei Variablen als level = f(Ro, Rsum, Rmax) zu berechnen. Die Abbildungen der 9a, 9b zeigen typische Verläufe einer Widerstandssumme bei hohen und niedrigen Füllständen als Funktion von Rmax bei einer bestimmten Temperatur. Eine Darstellung als Kennlinienschar ist in 9a und als 3-dimensionale Fläche in 9b skizziert. Die Berechnung des Ölstandes erfolgt nach dieser Funktion mit den gemessenen Eingangsgrößen in einem Mikrocontroller. Dazu kann eine geeignete Look-up-table verwendet werden.The following procedure is used to determine the oil level: The oil level or level is to be calculated as a function of three variables as level = f (R o , R sum , R max) . The pictures of the 9a . 9b show typical curves of a resistive sum at high and low levels as a function of R max at a certain temperature. A representation as a family of characteristics is in 9a and as a 3-dimensional area in 9b outlined. The oil level is calculated according to this function with the measured input variables in a microcontroller. For this purpose, a suitable look-up table can be used.

Hinsichtlich einer Einsparung von Speicherplatz im Controller zweckmäßiger wird jedoch eine Berechnung des Füllstandes über ein multivariates Polynom angewendet. So müssen nur die Koeffizienten der einzelnen Terme gespeichert werden. Diese Koeffizienten bzw. die Werte der Look-up-table sind durch geeignete Messungen zu ermitteln.Regarding a saving of space in the controller expedient However, a calculation of the level over applied a multivariate polynomial. So only the Coefficients of each term are stored. These coefficients or the values of the look-up table are by suitable measurements to investigate.

Das Blockschaltbild von 10 zeigt eine mögliche Realisierung einer zu dem Verfahren passenden Schaltung als Teil einer Vorrichtung. Ein Mikrocontroller schaltet dabei den Heizstrom Iheiz und/oder die Heizspannung Uheiz, der aus der Versorgungsspannung des gesamten Sensors bezogen wird, über einen Schalttransistor S1. Der Messstrom Imess und/oder die Messspannung Umess kann aus der geregelten Spannung aus dem Spannungsregler bezogen werden und ist ebenfalls durch den Controller über einen Schalttransistor S2 schaltbar. Nach der Widerstandsmessung und der Berechnung des Füllstands erfolgt die Ausgabe des Ergebnisses z. B. über ein PWM-Signal oder über ein geeignetes Bussystem, wie z. B. LIN.The block diagram of 10 shows a possible realization of a circuit suitable for the method as part of a device. A microcontroller switches the heating current I heating and / or the heating voltage U heating , which is obtained from the supply voltage of the entire sensor, via a switching transistor S 1 . The measuring current I mess and / or the measuring voltage U mess can be obtained from the regulated voltage from the voltage regulator and can also be switched by the controller via a switching transistor S 2 . After the resistance measurement and the calculation of the level, the output of the result z. B. via a PWM signal or via a suitable bus system, such. B. LIN.

Das vorstehend beschriebene Verfahren ist besonders für Hochtemperaturanwendungen geeignet, da der Heizstrom nur ein- bzw. ausgeschaltet wird, d. h. die Verlustleistung in einem Steuertransistor ist minimal, wodurch sich auch die Probleme mit der Eigenerwärmung des Leistungstransistors verringern. Zudem sind Kostenreduzierungen an mehreren Stellen möglich, da keine Spannungsreferenz erforderlich ist, ein Heiz-Ansteuertransistor vergleichsweise kleiner dimensioniert werden kann, eine Stromregelschaltung nicht zwingend erforderlich ist und auch eine Anzahl von Präzisionsbauteilen in Form von Widerständen oder Widerstandsarrays reduziert und zudem Leiterplattenfläche durch geringere Bauelementeanzahl Eingespart wird. Schließlich wird eine weitere Verbesserung der Messgenauigkeit dadurch erreicht, dass bei der vorstehenden Methode die Größe des Messstroms nicht in das Messergebnis mit eingeht, wodurch ein wesentlicher Ungenauigkeitsfaktor im Vergleich zu bisherigen Methoden entfällt.The The method described above is especially for high temperature applications suitable because the heating current is only switched on or off, d. H. the power loss in a control transistor is minimal, thereby also the problems with the self-heating of the power transistor reduce. In addition, cost reductions are possible in several places, since no voltage reference is required, a heater drive transistor can be dimensioned comparatively small, a current control circuit is not mandatory and also a number of precision components reduced in the form of resistors or resistor arrays and also PCB area due to smaller number of components Is saved. Finally, another improvement the measurement accuracy achieved by that in the above Method the size of the measuring current is not in the Result of the measurement, which results in a significant factor of inaccuracy Compared to previous methods is eliminated.

Damit wird erfindungsgemäß neben einer leichten Montage in einer Ölwanne auch ein vereinfachter Aufbau mit deutlichen Einsparpotentialen bei einem Herstellungs- und einem Betriebsverfahren offenbart. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist in existierende Systeme zudem gut integrierbar.In order to is inventively in addition to a simple installation in a sump also a simplified construction with clear Potential savings in a manufacturing and an operating method disclosed. An inventive device is Moreover, it can be easily integrated into existing systems.

00
Sensorvorrichtung insgesamtsensor device all in all
11
Gehäuse aus Kunststoffcasing made of plastic
22
Halbschalehalf shell
33
Halbschalehalf shell
44
Verbindungsbereichconnecting area
55
Verbindungsbereichconnecting area
66
BundFederation
77
Nutgroove
88th
KontaktsockelContact socket
99
Anschlussstück/Verbindungsstück mit AußensechskantFitting / connector with external hexagon
1010
Einschraubgewinde an 9 Screw thread on 9
1111
radiale Durchbrechungradial perforation
1212
radiale Durchbrechungradial perforation
1313
elektrische Durchführungsleitungelectrical Through line
1414
elektrische Durchführungsleitungelectrical Through line
1515
elektrisches Leiterpaarelectrical conductor pair
1616
elektrisches Leiterpaarelectrical conductor pair
1717
Verschweißungwelding
1818
Spannkörpertensioning body
1919
Federelementspring element
2020
Zapfen/Umlenkungshaken für HeizdrahtPin / deflection hooks for heating wire
2121
Heizdrahtheating wire
2222
Ausnehmungrecess
2323
Sensorelementsensor element
2424
Ausnehmungrecess
FSFS
Füllstandlevel
AA
elastischer Bereich von 3 elastic range of 3
BB
Anfangsbereichinitial region
Isens I sens
Messstrommeasuring current
Usens U sens
Messspannungmeasuring voltage
Rsens R sens
Heizdraht-WiderstandHeat wire resistance
ΔU.DELTA.U
Spannungsdifferenzvoltage difference
tt
Zeit (Zeitachse)Time (Time axis)
t0 t 0
AnfangszeitpunktStart time
t1 t 1
Endzeitpunktend time
t't '
Zeitpunkt eines ersten Messpunktestime a first measuring point
TT
Endbereich einer Approximationend an approximation
Δt.delta.t
Gesamtzeit der definierten Bestromungtotal time the defined current supply
f(t)f (t)
Ausgleichskurveregression curve
Imess I mess
Messstrommeasuring current
Umess U mess
Messspannungmeasuring voltage
Iheiz I am heating
Heizstromheating
Uheiz U heating
Heizspannungheating voltage
RR
gemessener Widerstand des Drahtesmeasured Resistance of the wire
Ro R o
Anfangswiderstandinitial resistance
Rmax R max
maximaler Widerstandswertmaximum resistance
tmess1 t mess1
Messintervall vor der Erwärmung des Drahtesmeasurement interval before heating the wire
theiz t heating
Heizintervallheating interval
tmess2 t mess2
Messintervall nach der Erwärmung des Drahtesmeasuring interval after heating the wire
Δa.DELTA.a
diskreter Zeitschrittdiscreet time step
S1 S 1
Transistor als Schalter für die Heizstrom/Heizspannungtransistor as a switch for the heating current / heating voltage
S1 S 1
Transistor als Schalter für den Messstrom/Messspannungtransistor as a switch for the measuring current / measuring voltage

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - EP 1180667 A2 [0004, 0004] - EP 1180667 A2 [0004, 0004]
  • - DE 102005053278 [0005] - DE 102005053278 [0005]
  • - DE 102005053539 [0005] - DE 102005053539 [0005]

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Verfahren zur Bestimmung eines Füllstandes und einer Temperatur eines Fluids, bei der in Abhängigkeit von einem jeweiligen Füllstand elektrische Messwerte an einem über einen unterschiedlich großen Bereich von dem Fluid gekühlten Heizdraht aufgenommen werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messspannung (Umess) und ein Messstrom (Imess) vor und nach einer durch einen Heizstrom (Iheiz) bewirkten Erwärmung des Heizdrahts (21) zur Berechnung eines elektrischen Widerstands (R) des Heizdrahts (21) gemessen werden.Method for determining a fill level and a temperature of a fluid, in which, as a function of a respective filling level, electrical measured values are recorded at a heating wire which is cooled by the fluid over a variable range, characterized in that a measuring voltage (U mess ) and a measuring current ( I mess ) before and after heating by a heating current (I heating ) heating of the heating wire ( 21 ) for calculating an electrical resistance (R) of the heating wire ( 21 ) are measured. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass über die Zeit einer Abkühlung eine Fläche unter einer Kurve (R(t)) des Sensordrahtwiderstands (R) als Maß für einen aktuellen Fluid-Füllstand (level) bestimmt wird.Method according to the preceding claim, characterized characterized in that over the time of cooling an area under a curve (R (t)) of the sensor wire resistance (R) as a measure of a current fluid level (level) is determined. Vorrichtung zur Bestimmung eines Füllstandes und einer Temperatur eines Fluids, bei der Mittel vorgesehen sind, um in Abhängigkeit von einem jeweiligen Füllstand elektrische Messwerte an einem über einen unterschiedlich großen Bereich von dem Fluid gekühlten Heizdraht aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Umsetzung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch ausgebildet ist, dass Mittel zum Ein- und Ausschalten eines Heizstroms (Iheiz) und eines davon verschiedenen geregelten Messstroms (Imess) vorgesehen sind, der Heizdraht (21) eine PTC- bzw. Kaltleiter-Charakteristik aufweist und der Heizdraht (21) mit einer Auswerteschaltung durch Mittel zur Spannungsmessung bei Beaufschlagung mit dem Messstrom (Imess) als Fluidtemperatur-Sensor und durch Verbindung mit einem Rechenwerk ausgebildet ist.Device for determining a filling level and a temperature of a fluid, in which means are provided for receiving, as a function of a respective fill level, electrical measured values at a heating wire cooled over a different sized range by the fluid, characterized in that the device for implementing a method according to one of the preceding claims, characterized in that means are provided for switching on and off a heating current (I heating ) and a regulated measuring current (I mess ) different therefrom, the heating wire ( 21 ) has a PTC or PTC characteristic and the heating wire ( 21 ) is formed with an evaluation circuit by means for voltage measurement when exposed to the measuring current (I mess ) as a fluid temperature sensor and by connection to an arithmetic unit. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizdraht (21) U-förmig in oder an einem länglichen Gehäuse (1) unter Zugspannung mit einer Umlenkung in einen Bereich (A) angeordnet ist und über zwei Anschlusselemente mit der Auswerteschaltung verbunden ist, wobei ein Spannkörper (18) und ein Federelement (19) einstückig ausgebildet sind und insbesondere auch einstückig mit einem Gehäuse (1) der Vorrichtung (0) verbunden oder an diese angeformt sind.Device according to the preceding claim 1, characterized in that the heating wire ( 21 ) U-shaped in or on an elongated housing ( 1 ) is arranged under tension with a deflection in a region (A) and is connected via two connection elements with the evaluation circuit, wherein a clamping body ( 18 ) and a spring element ( 19 ) are integrally formed and in particular also integrally with a housing ( 1 ) of the device ( 0 ) are connected or formed on this. Vorrichtung nach einem der beiden vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung zur Untersuchung eines zeitlichen Verlaufs eines Abkühlverhaltens des Heizdrahts (21) bei Beaufschlagung mit konstantem Messstrom (Imess) über Messintervalle (tmess1, tmess2) von jeweils etwa 200 ms bis ca. 800 ms, vorzugsweise aber ca. 400 ms zeitlicher Länge, bei Ermittlung von Wertpaaren aus Zeitpunkt und zugehörigem Widerstandswert ausgebildet ist.Device according to one of the two preceding claims, characterized in that the evaluation circuit for investigating a time course of a cooling behavior of the heating wire ( 21 ) when exposed to a constant measuring current (I mess ) over measuring intervals (t mess1 , t mess2 ) of about 200 ms to about 800 ms, but preferably about 400 ms in length, is formed when determining value pairs of time and associated resistance , Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung einen Integrator umfasst.Device according to one of the preceding claims 3 to 5, characterized in that the evaluation circuit a Integrator includes.
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