DE102011013687B4

DE102011013687B4 - Method for calibrating a level sensor

Info

Publication number: DE102011013687B4
Application number: DE102011013687.8A
Authority: DE
Inventors: Philippe Grass; Denny Schädlich; Stephan Heinrich
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2011-03-11
Filing date: 2011-03-11
Publication date: 2014-10-09
Anticipated expiration: 2031-03-12
Also published as: DE102011013687A1; WO2012123344A1

Abstract

Verfahren zur Kalibrierung eines Füllstandsensors (1), der zur Bestimmung des Füllstandes (2) einer Flüssigkeit (3) in einem Behälter (4) eingesetzt wird, wobei der Füllstandsensor (1) einen scheibenförmigen Ultraschallwandler (5) aufweist, der aus piezoelektrischem Material besteht und der von einer elektrischen Wechselspannung zu Schwingungen angeregt wird und der infolge seiner Schwingungen eine Ultraschallwelle (6) entlang einer Referenzstrecke (7) in Richtung eines Referenzreflektors (8) aussendet, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallwandler (5) in zwei unterschiedlichen Moden zu Schwingungen angeregt wird, wobei die erste Schwingungsmode (17) zur Kalibrierung des Füllstandsensors (1) verwendet wird und die zweite Schwingungsmode (18) zur Messung des Füllstandes (2) der Flüssigkeit (3) verwendet wird und wobei die Kalibrierung des Füllstandsensors (1) an Luft (9) erfolgt.Method for calibrating a fill level sensor (1) which is used to determine the fill level (2) of a liquid (3) in a container (4), the fill level sensor (1) having a disk-shaped ultrasound transducer (5) which is made of piezoelectric material and which is excited to vibrate by an electrical alternating voltage and which, as a result of its vibrations, emits an ultrasound wave (6) along a reference path (7) in the direction of a reference reflector (8), characterized in that the ultrasound transducer (5) vibrates in two different modes is excited, the first vibration mode (17) being used to calibrate the level sensor (1) and the second vibration mode (18) being used to measure the level (2) of the liquid (3) and the calibration of the level sensor (1) being started Air (9) takes place.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung eines Füllstandsensors, der zur Bestimmung des Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter eingesetzt wird, wobei der Füllstandsensor einen scheibenförmigen Ultraschallwandler aufweist, der aus piezoelektrischem Material besteht und der von einer elektrischen Wechselspannung zu Schwingungen angeregt wird und der infolge seiner Schwingungen eine Ultraschallwelle entlang einer Referenzstrecke in Richtung eines Referenzreflektors aussendet.The invention relates to a method for calibrating a level sensor, which is used for determining the level of a liquid in a container, wherein the level sensor comprises a disc-shaped ultrasonic transducer, which consists of piezoelectric material and which is excited by an AC electrical voltage to vibrate and due to its Vibrations emits an ultrasonic wave along a reference path in the direction of a reference reflector.

Die DE 600 13 403 T2 offenbart eine piezoelektrische Flüssigkeitsstandsmessvorrichtung. Die Flüssigkeitsstandsmessvorrichtung umfasst wenigstens eine Detektionseinheit, welche wenigstens zwei mit Steuermitteln verbundene piezoelektrische Zellen aufweist. Die piezoelektrischen Zellen senden zu einem Referenzreflektor, der in einem bekannten Abstand von der zugehörigen Zelle angeordnet ist, eine Ultraschallwelle aus. Verarbeitungsmittel sind dazu ausgestaltet, den Flüssigkeitsstand zu bestimmen, indem sie die jeweilige Laufzeit der durch jede der zwei Zellen ausgesendeten Ultraschallwellen auswerten.The DE 600 13 403 T2 discloses a piezoelectric liquid level gauge. The liquid level measuring device comprises at least one detection unit which has at least two piezoelectric cells connected to control means. The piezoelectric cells emit an ultrasonic wave to a reference reflector, which is arranged at a known distance from the associated cell. Processing means are arranged to determine the liquid level by evaluating the respective transit time of the ultrasonic waves emitted by each of the two cells.

Die DE 103 31 566 A1 offenbart einen Strömungsmittelniveausensor. Der Strömungsmittelniveausensor besitzt generell einen einzigen Sendeempfänger mit einem Messabschnitt und einem Referenzabschnitt, einer Impedanzschicht und einem Gehäuse mit einem Referenzelement und einer Öffnung. Der Messabschnitt und der Referenzabschnitt sind unabhängige Ultraschallsendeempfänger, die scheibenförmig und ringförmig und generell konzentrisch ausgebildet sind. Das Referenzelement ist ein ringförmiger Abschnitt des Gehäuses, der mit einer bekannten Distanz axial vom Referenzabschnitt beabstandet ist. Die Öffnung ist eine scheibenförmige Öffnung im Gehäuse, die axial vom Messabschnitt beabstandet ist.The DE 103 31 566 A1 discloses a fluid level sensor. The fluid level sensor generally has a single transceiver having a sensing portion and a reference portion, an impedance layer, and a housing having a reference element and an aperture. The measuring section and the reference section are independent ultrasonic transceivers which are disc-shaped and annular and generally concentric. The reference member is an annular portion of the housing which is axially spaced from the reference portion by a known distance. The opening is a disc-shaped opening in the housing, which is axially spaced from the measuring section.

Die DE 103 50 084 A1 offenbart eine Sensoreinrichtung zum Erfassen eines Füllstandes und ein Verfahren zum Betreiben der Sensoreinrichtung. Die Sensoreinrichtung zum Erfassen eines Füllstandes eines Fluides in einem Behälter hat ein scheibenförmiges Piezoelement, das so angeordnet ist, dass seine Achse im Wesentlichen senkrecht zu einer Trennfläche verläuft. Ferner ist ein Reflektor vorgesehen, der im Wesentlichen senkrecht zu der Achse des Piezoelementes zugewandt zu der Scheibenoberfläche des Piezoelementes angeordnet ist. Der Reflektor ist so zu dem Piezoelement beabstandet, dass innerhalb des Füllstandsbereiches, der von der Sensoreinrichtung zu erfassen ist, das Echo eines Wellenpaketes, das für eine vorgeschriebene Zeitdauer durch die axiale Resonanzschwingung des Piezoelementes erzeugt wird und an dem Reflektor reflektiert wird, vollständig wieder bei dem Piezoelement eingetroffen ist und danach eine Abklingzeit abgelaufen ist, bevor das Echo des gleichzeitig ausgesandten Wellenpaketes, das an der Trennfläche reflektiert wird, bei dem Pieozelement eintrifft.The DE 103 50 084 A1 discloses a sensor device for detecting a fill level and a method for operating the sensor device. The sensor device for detecting a level of a fluid in a container has a disk-shaped piezo element, which is arranged so that its axis is substantially perpendicular to a parting surface. Further, a reflector is provided, which is arranged substantially perpendicular to the axis of the piezoelectric element facing the disk surface of the piezoelectric element. The reflector is spaced apart from the piezo element such that within the fill level region to be detected by the sensor device, the echo of a wave packet generated for a prescribed period of time by the axial resonant vibration of the piezoelectric element and reflected at the reflector completely reopens the piezoelectric element has arrived and then a decay time has expired before the echo of the simultaneously transmitted wave packet, which is reflected at the separation surface, arrives at the piezo element.

Aus der DE 40 25 326 A1 ist eine Vorrichtung zur Messung der Füllstandhöhe von Öl in einer Ölwanne eines Kraftfahrzeugs bekannt. Der bekannte Füllstandsensor weist eine Ultraschall-Laufzeit-Messvorrichtung mit einem an einer Bodenwand der Ölwanne außen befestigten Ultraschallwandler in Form eines Piezokristalls auf. Ein vom Ultraschallwandler zur Öloberfläche hin ausgesendetes Ultraschallsignal wird nach dessen Reflexion an der Öloberfläche wieder vom Ultraschallwandler empfangen. Dem Ultraschallwandler ist eine Auswertelektronik nachgeschaltet, die die Füllstandhöhe des Öls in der Ölwanne aus der gemessenen Laufzeit des Ultraschallsignals ermittelt.From the DE 40 25 326 A1 a device for measuring the level of oil in an oil pan of a motor vehicle is known. The known fill level sensor has an ultrasonic transit time measuring device with an ultrasonic transducer attached to the outside of a bottom wall of the oil pan in the form of a piezocrystal. A transmitted from the ultrasonic transducer to the oil surface out ultrasonic signal is received by the ultrasonic transducer after its reflection on the oil surface again. The ultrasonic transducer is followed by an electronic evaluation, which determines the level of the oil in the oil pan from the measured transit time of the ultrasonic signal.

Ein Nachteil des bekannten Füllstandsensors ist, dass er zur Kalibrierung in einen Behälter eingebaut werden muss und der Behälter mit einer Flüssigkeit gefüllt werden muss. Dies ist zeitaufwendig, teuer und nicht umweltschonend.A disadvantage of the known level sensor is that it must be installed in a container for calibration and the container must be filled with a liquid. This is time consuming, expensive and not environmentally friendly.

Ausgehend von dem Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kalibrierung eines Füllstandsensors anzugeben, das schnell, kostengünstig und umweltschonend ist.Starting from the prior art, the invention is therefore an object of the invention to provide a method for calibrating a level sensor, which is fast, inexpensive and environmentally friendly.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhangigen Anspruchs gelöst. In davon abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben.This object is achieved by a method having the features of the independent claim. In dependent claims advantageous embodiments and developments are given.

Dadurch, dass der Ultraschallwandler in zwei unterschiedlichen Moden zu Schwingungen angeregt wird, wobei die erste Schwingungsmode zur Kalibrierung des Fullstandsensors verwendet wird und die zweite Schwingungsmode zur Messung des Füllstandes der Flüssigkeit verwendet wird und wobei die Kalibrierung des Füllstandsensors an Luft erfolgt, ist es unnotig, den Füllstandsensor vor der Kalibrierung mit dem Behälter zu verbinden. Auch die Befüllung des Behälters mit einer Flüssigkeit kann vermieden werden, und die darauf folgende Entleerung und Reinigung entfällt. Die hier eingesparten Ressourcen kommen der Umwelt zugute und sind okonomisch relevant, weil Herstellungszeit und -kosten gespart werden.By causing the ultrasonic transducer to oscillate in two different modes, the first mode of vibration being used to calibrate the level sensor and the second mode of vibration being used to measure the level of the fluid, and with the level sensor being air calibrated, it is unnecessary to connect the level sensor to the tank before calibration. The filling of the container with a liquid can be avoided, and the subsequent emptying and cleaning is eliminated. The resources saved here benefit the environment and are economically relevant because manufacturing time and costs are saved.

Bei einer Ausführungsform wird die erste Mode, namlich die zur Kalibrierung des Füllstandsensors, durch eine Radialschwingung des scheibenförmigen Ultraschallwandlers erzeugt. Die Radialschwingung des scheibenförmigen Ultraschallwandlers ist deutlich niederfrequenter als seine Dickenschwingung. Die Radialschwingung des scheibenförmigen Ultraschallwandlers eignet sich besonders gut zur Kalibrierungsmessung an Luft, weil sich eine so erzeugte niederfrequente Ultraschallwelle ausreichend gut an Luft ausbreitet, um eine Kalibrierung des Füllstandsensors an Luft zu ermöglichen. Diese Radialschwingung des scheibenförmigen Ultraschallwandlers kann zum Beispiel eine Frequenz von 400 kHz aufweisen.In one embodiment, the first mode, namely that for calibrating the fill level sensor, is generated by a radial vibration of the disk-shaped ultrasound transducer. The radial vibration of the disk-shaped Ultrasonic transducer is significantly lower frequency than its thickness vibration. The radial vibration of the disc-shaped ultrasonic transducer is particularly well suited for calibration measurement in air, because a thus generated low-frequency ultrasonic wave propagates sufficiently well in air to allow calibration of the level sensor in air. This radial vibration of the disc-shaped ultrasonic transducer may, for example, have a frequency of 400 kHz.

Bei einer weiteren Ausfuhrungsform wird die zweite Mode, nämlich die zur Messung des Füllstandes der Flüssigkeit, durch eine Dickenschwingung des scheibenförmigen Ultraschallwandlers erzeugt. Die Dickenschwingung des scheibenförmigen Ultraschallwandlers ist deutlich hochfrequenter als seine Radialschwingung. Die Dickenschwingung des scheibenformigen Ultraschallwandlers eignet sich besonders gut zur Füllstandmessung in der Flüssigkeit, da sich hochfrequente Ultraschallwellen gut in der Flüssigkeit ausbreiten. Die Dickenschwingung des scheibenförmigen Ultraschallwandlers kann zum Beispiel eine Frequenz von 2 MHz aufweisen.In a further embodiment, the second mode, namely that for measuring the fill level of the liquid, is generated by a thickness oscillation of the disk-shaped ultrasonic transducer. The thickness vibration of the disk-shaped ultrasonic transducer is significantly higher than its radial frequency. The thickness vibration of the disc-shaped ultrasonic transducer is particularly well suited for level measurement in the liquid, since high-frequency ultrasonic waves propagate well in the liquid. The thickness vibration of the disc-shaped ultrasonic transducer may, for example, have a frequency of 2 MHz.

Bei einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Kalibrierung des Füllstandsensors außerhalb des Behalters, der die Flüssigkeit aufnimmt, deren Fullstand mit dem Füllstandsensor bestimmt wird. Damit muss der erfindungsgemäß außerhalb des Behälters und an Luft kalibrierte Füllstandsensors zur Kalibrierung nicht mit dem Behälter verbunden werden. Stellt sich bei der Kalibrierung heraus, dass der Füllstandsensor defekt ist, kann nur der Fullstandsensor selber entsorgt werden, und der relativ große und teure Behalter kann mit einem intakten Füllstandsensor dauerhaft verbunden werden.In a further, preferred embodiment, the calibration of the level sensor outside the Behalters takes place, which receives the liquid whose fullness is determined by the level sensor. Thus, the calibrated according to the invention outside the container and in air fill level sensor for calibration does not have to be connected to the container. If the calibration reveals that the level sensor is defective, only the full-level sensor itself can be disposed of, and the relatively large and expensive container can be permanently connected to an intact level sensor.

Vorzugsweise weist der Füllstandsensor eine elektronische Schaltung auf, die eine elektrische Wechselspannung erzeugt, die den Ultraschallwandler zu Schwingungen in der zweiten Mode, namlich der zur Messung des Fullstandes der Flüssigkeit, anregt. Damit bildet der Fullstandsensor ein sehr kompaktes Bauteil, das mit vollem Funktionsumfang sofort vom Automobilhersteller in einem Fahrzeug verbaut werden kann.Preferably, the level sensor has an electronic circuit which generates an electrical alternating voltage, which excites the ultrasonic transducer to oscillations in the second mode, namely for measuring the level of the liquid. Thus, the full-level sensor forms a very compact component, which can be installed with full functionality immediately by the car manufacturer in a vehicle.

Im Rahmen einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Füllstandsensor nur wahrend der Kalibrierung mit einer externen elektronische Schaltung verbunden, die eine elektrischen Wechselspannung erzeugt, die den Ultraschallwandler zu Schwingungen in der ersten Mode, nämlich der zur Kalibrierung des Füllstandsensors, anregt. Dadurch ist die elektronische Schaltung, die eine elektrische Wechselspannung erzeugt, die den Ultraschallwandler zu Schwingungen in der ersten Mode anregt, nur dann angeschlossen, wenn sie wirklich benötigt wird. Mit der elektronischen Schaltung, die eine elektrische Wechselspannung erzeugt, die den Ultraschallwandler zu Schwingungen in der ersten Mode anregt, kann somit eine Vielzahl von Füllstandsensoren kalibriert werden. Auch durch diese Ausgestaltung werden Herstellungskosten für den Füllstandsensor gespart.In the context of one embodiment of the invention, the level sensor is connected only during the calibration with an external electronic circuit which generates an electrical alternating voltage, which excites the ultrasonic transducer to vibrations in the first mode, namely the calibration of the level sensor. As a result, the electronic circuit that generates an AC electrical voltage that excites the ultrasonic transducer to vibrate in the first mode is connected only when it is really needed. With the electronic circuit that generates an electrical alternating voltage that excites the ultrasonic transducer to oscillations in the first mode, thus, a plurality of level sensors can be calibrated. Also by this design manufacturing costs are saved for the level sensor.

Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung im Einzelnen erlautert werden. Es zeigen:Further advantages and features of the invention will become apparent from the following description, will be explained in the exemplary embodiments of the invention with reference to the drawings in detail. Show it:

1: einen Füllstandsensor, 1 a level sensor,

2: einen Fullstandsensor, der sich in seiner Bauform von dem aus 1 bekannten Füllstandsensor unterscheidet, 2 : a full-level sensor, which in its design from the 1 known level sensor distinguishes,

3: einen Füllstandsensor nach dem Einbau in einen Behälter, three a level sensor after installation in a container,

4: einen scheibenförmigen Ultraschallwandler, 4 a disk-shaped ultrasonic transducer,

5: einen Füllstandsensor zur Kalibrierung an Luft. 5 : a level sensor for calibration in air.

1 zeigt einen Füllstandsensor 1, wie er zur Messung des Füllstandes von Flüssigkeiten in Behaltern verwendet wird. Bei diesen Flüssigkeiten kann es sich zum Beispiel um Öl in einer Ölwanne einer Brennkraftmaschine oder um eine Harnstofflosung in einem Behälter für diese Losungen handeln. 1 shows a level sensor 1 as used to measure the level of liquids in containers. These liquids may be, for example, oil in an oil pan of an internal combustion engine or a urea solution in a container for these solutions.

Der Füllstandsensor 1 weist einen scheibenförmigen Ultraschallwandler 5 auf. Der scheibenförmige Ultraschallwandler 5 besteht aus einem piezoelektrischen Material, das von einer Wechselspannung zu Schwingungen angeregt wird. Die Wechselspannung wird hier von einem ersten Wechselspannungsgenerator 10 erzeugt. In diesem Beispiel ist der erste Wechselspannungsgenerator 10 in den Fullstandsensor 1 integriert. Es ist aber auch durchaus denkbar, dass der erste Wechselspannungsgenerator 10 in einem Steuergerät im Kraftfahrzeug untergebracht ist, und die Wechselspannung uber eine elektrischen Leitung und die elektrischen Anschlusspins 15 dem Füllstandsensor 1 zugeführt wird. Darüber hinaus ist in diesem Beispiel im Füllstandsensor 1 eine Auswerteelektronik 12 integriert, die die Signale vom scheibenförmigen Ultraschallwandler 5 auswertet und die entsprechenden Ergebnisse der Auswertung über die Anschlusspins 15 einem nachfolgenden Steuergerät zur Verfügung stellt. In diesem Ausführungsbeispiel wird der scheibenformige Ultraschallwandler 5 sowohl als Generator für die Ultraschallwellen verwendet als auch als Empfänger für die zuruckreflektierten Ultraschallwellen benutzt. Es ist aber auch denkbar, dass zwei Ultraschallwandler vorhanden sind, von denen der eine die Schallwelle aussendet und der andere die reflektierte Schallwelle empfängt.The level sensor 1 has a disk-shaped ultrasonic transducer 5 on. The disk-shaped ultrasonic transducer 5 consists of a piezoelectric material, which is excited by an AC voltage to vibrate. The AC voltage is here from a first AC voltage generator 10 generated. In this example, the first AC generator is 10 in the level sensor 1 integrated. But it is also quite conceivable that the first AC voltage generator 10 is housed in a control unit in the motor vehicle, and the AC voltage via an electrical line and the electrical connection pins 15 the level sensor 1 is supplied. In addition, in this example, in the level sensor 1 an evaluation 12 which integrates the signals from the disk-shaped ultrasonic transducer 5 evaluates and the corresponding results of the evaluation via the connection pins 15 a subsequent control unit provides. In this embodiment, the disc-shaped ultrasonic transducer 5 both used as a generator for the ultrasonic waves and used as a receiver for the reflected back ultrasonic waves. But it is also conceivable that two ultrasonic transducers one of which emits the sound wave and the other receives the reflected sound wave.

Der Fullstandsensor 1 weist weiterhin einen Reflektor 8 auf, der in einer genau definierten Entfernung von dem scheibenförmigen Ultraschallwandler 5 angeordnet ist. Die Entfernung zwischen dem Ultraschallwandler 5 und dem Reflektor 8 wird als Referenzstrecke 7 bezeichnet. Zudem ist am Füllstandsensor 1 ein Flansch 13 ausgebildet, mit dem der Füllstandsensor 1 mit einem in 3 dargestellten Behälter verbunden werden kann.The filling level sensor 1 also has a reflector 8th at a well-defined distance from the disk-shaped ultrasonic transducer 5 is arranged. The distance between the ultrasonic transducer 5 and the reflector 8th is called the reference route 7 designated. In addition, at the level sensor 1 a flange 13 formed, with which the level sensor 1 with an in three shown container can be connected.

Auch 2 zeigt einen Füllstandsensor 1, der sich in seiner Bauform etwas von dem aus 1 bekannten Füllstandsensor 1 unterscheidet. Auch hier ist ein scheibenförmiger Ultraschallwandler 5 zu erkennen, der mit einem ersten Wechselspannungsgenerator 10 elektrisch verbunden ist. Über dem scheibenförmigen Ultraschallwandler 5 ist ein Messrohr 14 angeordnet, das sich als besonders vorteilhaft erwiesen hat, wenn der Füllstand 2 von stark bewegten Flüssigkeiten 3 ermittelt werden soll. Der Füllstandsensor 1 nach 2 eignet sich zum Beispiel besonders gut zur Messung des Olfüllstandes in einer Ölwanne einer Brennkraftmaschine. In dem Messrohr 14 sind zwei Reflektoren 8 zu erkennen. Der Abstand zwischen den Reflektoren 8 und dem scheibenförmigen Ultraschallwandler 5 bildet, wie auch schon in 1, die Referenzstrecke 7. Die Auswerteelektronik 12 erfasst die Signale vom scheibenförmigen Ultraschallwandler 5 und liefert somit Messergebnisse zum Füllstand der zu vermessenden Flüssigkeit an ein hier nicht dargestelltes Steuergerät im Kraftfahrzeug.Also 2 shows a level sensor 1 , which in its design something of that 1 known level sensor 1 different. Again, a disk-shaped ultrasonic transducer 5 to recognize that with a first alternating voltage generator 10 electrically connected. Above the disk-shaped ultrasonic transducer 5 is a measuring tube 14 arranged, which has proved to be particularly advantageous when the level 2 of strong moving liquids three to be determined. The level sensor 1 to 2 For example, it is particularly suitable for measuring the oil level in an oil sump of an internal combustion engine. In the measuring tube 14 are two reflectors 8th to recognize. The distance between the reflectors 8th and the disc-shaped ultrasonic transducer 5 forms, as already in 1 , the reference route 7 , The evaluation electronics 12 detects the signals from the disk-shaped ultrasonic transducer 5 and thus provides measurement results for the level of the liquid to be measured to a control device not shown here in the motor vehicle.

3 zeigt den aus 1 bekannten Füllstandsensor 1 nach dem Einbau in einen Behälter 4, der mit einer Flüssigkeit 3 gefullt ist. Diese Flüssigkeit 3 kann zum Beispiel eine Harnstoff-Wasserlösung, die auch als Urea- oder Add Blue-Lösung bezeichnet wird, sein. Um nun den Füllstand 2 der Flussigkeit 3 im Behälter 4 zu bestimmen, wird der scheibenförmige Ultraschallwandler 5 von einem ersten Wechselspannungsgenerator 10 in einer zweiten Schwingungsmode 18 angeregt. Diese zweite Schwingungsmode 18 dient zur Messung des Füllstandes 2 der Flüssigkeit 3 in dem Behälter 4. Hierbei wird die Ultraschallwelle 6 in Richtung des Reflektors 8 ausgesendet und am Reflektor 8 zurück zum scheibenförmigen Ultraschallwandler 5 reflektiert. Da sich die Ultraschallwelle 6 in der Flüssigkeit 3 ausbreitet, kann anhand der bekannten Referenzstrecke 7 leicht auf die Schallgeschwindigkeit der Ultraschallwelle 6 in der Flussigkeit 3 geschlossen werden. three shows that off 1 known level sensor 1 after installation in a container 4 that with a liquid three is filled. This liquid three For example, a urea-water solution, also called urea or Add Blue solution, may be. Now to the level 2 the fluid three in the container 4 to determine is the disk-shaped ultrasonic transducer 5 from a first AC generator 10 in a second vibration mode 18 stimulated. This second vibration mode 18 serves to measure the level 2 the liquid three in the container 4 , This is the ultrasonic wave 6 in the direction of the reflector 8th sent out and at the reflector 8th back to the disk-shaped ultrasonic transducer 5 reflected. Because the ultrasonic wave 6 in the liquid three can propagate, based on the known reference distance 7 easy on the speed of sound of the ultrasonic wave 6 in the liquid three getting closed.

Ein Teil der Ultraschallwelle 6 tritt jedoch durch die Austrittöffnung 19 aus dem Füllstandsensor 1 aus und breitet sich bis zur Flüssigkeitsoberfläche 20 aus. An der Flüssigkeitsoberfläche 20 wird die Ultraschallwelle 6 reflektiert und läuft zum scheibenformigen Ultraschallwandler 5 zurück. Anhand der Laufzeit der Ultraschallwelle 6 vom scheibenförmigen Ultraschallwandler 5 durch die Austrittöffnung 19 hin zur Flüssigkeitsoberflache 20 und zurück zum scheibenformigen Ultraschallwandler 5 kann mit Hilfe der Auswerteelektronik 12 problemlos der Füllstand 2 der Flüssigkeit 3 im Behälter 4 ermittelt werden.Part of the ultrasonic wave 6 but passes through the outlet opening 19 from the level sensor 1 out and spreads to the liquid surface 20 out. At the liquid surface 20 becomes the ultrasonic wave 6 reflects and runs to disk-shaped ultrasonic transducer 5 back. Based on the duration of the ultrasonic wave 6 from the disk-shaped ultrasonic transducer 5 through the outlet opening 19 towards the liquid surface 20 and back to the disk-shaped ultrasonic transducer 5 can with the help of the transmitter 12 easily the level 2 the liquid three in the container 4 be determined.

Jeder Füllstandsensor 1, der zum ersten Mal in einem Behälter 4 zum Einsatz kommt, muss zuvor kalibriert werden. Nach dem Stand der Technik wird der Füllstandsensor 1 dazu mit dem Behälter 4 zum Beispiel durch Verkleben oder Verschweißen verbunden, dann wird der Behälter 4 mit einer Flüssigkeit 3 gefüllt, woraufhin der scheibenformige Ultraschallwandler 5 vom ersten Wechselspannungsgenerator 10 mit einer zweiten Schwingungsmode 18 zur Messung des Füllstandes 2 der Flüssigkeit 3 angeregt wird. Nach der Kalibrierungsmessung des Fullstandsensors 1 wird die Flussigkeit 3 aus dem Behälter 4 entfernt, woraufhin der Behälter 4 gereinigt wird und dann zusammen mit dem Fullstandsensor 1 an einen Abnehmer ausgeliefert wird.Each level sensor 1 , the first time in a container 4 must be calibrated beforehand. According to the prior art, the level sensor 1 with the container 4 For example, connected by gluing or welding, then the container 4 with a liquid three filled, whereupon the disk-shaped ultrasonic transducer 5 from the first AC generator 10 with a second vibration mode 18 for measuring the level 2 the liquid three is stimulated. After the calibration measurement of the level sensor 1 becomes the fluid three from the container 4 removed, whereupon the container 4 is cleaned and then together with the level sensor 1 delivered to a customer.

Das Befullen des Behalters 4 zur Kalibrierung des Füllstandsensors 1 mit der Flussigkeit 3 und das darauf folgende Entleeren und Saubern des Behalters ist sehr aufwandig und teuer, sowie umweltbelastend. Darüber hinaus stellt die Kalibrierungsmessung die erste Inbetriebnahme des Füllstandsensors 1 dar, bei der zum ersten Mal ein eventuell vorhandener Produktionsfehler am Fullstandsensor 1 erkannt werden kann. Wenn sich nun ein nach dem Stand der Technik kalibrierter Fullstandsensor 1 als defekt erweist, muss das Gesamtsystem aus Behalter 4 und Füllstandsensor 1 verschrottet werden, da beide Teile in der Regel schon untrennbar über den Flansch 13 miteinander verbunden sind. Auch dies ist sehr kostenintensiv und im Rahmen einer Massenproduktion, zum Beispiel für die Automobilherstellung, möglichst zu vermeiden. Daher weist das erfindungsgemaße Verfahren zur Kalibrierung des Fullstandsensors 1 an Luft wesentliche Vorteile auf, die mit einer Kalibrierung nach dem Stand der Technik nicht erreicht werden.Filling the container 4 for calibration of the level sensor 1 with the liquid three and the subsequent emptying and cleaning of the container is very expensive and expensive, as well as polluting. In addition, the calibration measurement is the first start-up of the level sensor 1 at which for the first time a possibly existing production error at the level sensor 1 can be recognized. If now a calibrated according to the prior art full-level sensor 1 proves to be defective, the entire system must be made of container 4 and level sensor 1 be scrapped because both parts are usually already inseparable from the flange 13 connected to each other. Again, this is very costly and in the context of mass production, for example, for the production of cars, as possible to avoid. Therefore, the inventive method for calibrating the level sensor 1 in air significant advantages that are not achieved with a calibration according to the prior art.

4 zeigt einen scheibenformigen Ultraschallwandler 5 in einer schematischen Darstellung. Eingezeichnet sind zwei unterschiedliche Schwingungsmoden, in denen der scheibenförmige Ultraschallwandler 5 schwingen kann. Die erste Schwingungsmode 17 wird als sogenannte Radialschwingung bezeichnet. Mit der ersten Schwingungsmode 17 kann der Füllstandsensor 1 kalibriert werden, ohne dass der Fullstandsensor 1 in den Behalter 4 eingebaut werden muss und ohne dass der Behälter mit der Flüssigkeit 3 befüllt werden muss. Die Kalibrierung mit der ersten Schwingungsmode 17 des Ultraschallwandlers 5 erfolgt an Luft, wie in 5 dargestellt. Hierzu wird der scheibenförmige Ultraschallwandler 5 mit der Radialschwingung angeregt, die eine Resonanzmode bei zum Beispiel 400 kHz aufweist. Der scheibenförmige Ultraschallwandler 5 wird mit einem zweiten Wechselspannungsgenerator 11 verbunden, der die Frequenz von 400 kHz erzeugt und der zum Beispiel als externes Gerät außerhalb des Fullstandsensors 1 angeordnet sein kann und nur zur Kalibrierung des Füllstandsensors 1 angeschlossen wird. 4 shows a disc-shaped ultrasonic transducer 5 in a schematic representation. Shown are two different vibration modes, in which the disk-shaped ultrasonic transducer 5 can swing. The first vibration mode 17 is referred to as so-called radial vibration. With the first vibration mode 17 can the level sensor 1 be calibrated without the fullness sensor 1 in the container 4 must be installed and without the container with the liquid three must be filled. The calibration with the first vibration mode 17 of the ultrasonic transducer 5 takes place in air, as in 5 shown. For this purpose, the disk-shaped ultrasonic transducer 5 excited by the radial vibration having a resonance mode at, for example, 400 kHz. The disk-shaped ultrasonic transducer 5 comes with a second AC generator 11 which generates the frequency of 400 kHz and, for example, as an external device outside the level sensor 1 can be arranged and only for calibration of the level sensor 1 is connected.

Im Gegensatz dazu erzeugt der erste Wechselspannungsgenerator 10 zum Beispiel eine Frequenz von 2 MHz, die die zweite Schwingungsmode 18 anregt. Die zweite Schwingungsmode 18 wird zur Messung des Füllstandes 2 der Flüssigkeit 3 in dem Behalter 4 verwendet. Diese zweite Schwingungsmode 18 des Ultraschallwandlers 5 entsteht aus seiner Dickenschwingung.In contrast, the first AC generator generates 10 for example, a frequency of 2 MHz, which is the second vibration mode 18 stimulates. The second vibration mode 18 is used to measure the level 2 the liquid three in the container 4 used. This second vibration mode 18 of the ultrasonic transducer 5 arises from its thickness vibration.

5 zeigt nun den aus 1 bekannten Füllstandsensor 1, der jedoch nicht, wie in 3, in einem Behalter 4 verbaut ist, sondern der an Luft 9 gelagert ist. Im Bereich der Referenzstrecke 7 befindet sich nun keine Flussigkeit 3, sondern Luft 9, und auch außerhalb des Fullstandsensors 1 befindet sich Luft 9. Der Füllstandsensor 1 wird nun über Anschlusspins 15 mit einem zweiten Wechselspannungsgenerator 11 verbunden. Dieser zweite Wechselspannungsgenerator 11 kann ein externes Gerät sein, das in einer Produktionslinie des Füllstandsensors 1 angeordnet ist. Der zweite Wechselspannungsgenerator 11 erzeugt eine Wechselspannung mit einer Frequenz von zum Beispiel 400 kHz, die die Radialschwingungsmode des piezoelektrischen Ultraschallwandlers 5 anregt. Diese 400 kHz Ultraschallwelle setzt sich in Luft über die Referenzstrecke 7 hin zum Reflektor 8 fort und wird dort reflektiert, wobei das Echo von dem scheibenförmigen Ultraschallwandler 5 mit ausreichender Intensitat aufgefangen wird. Mit Hilfe der Auswerteelektronik kann nun eine Kalibrierung des Füllstandsensors 1 erfolgen. Die vom ersten Wechselspannungsgenerator 10 erzeugte Frequenz von 2 MHz würde Ultraschallwellen erzeugen, die in Luft derart gedämpft werden, dass eine Kalibrierung des Fullstandsensors 1 an Luft nicht möglich wäre. Daher ist es notwendig, den Füllstandsensor 1 mit Hilfe der niederfrequenteren Radialschwingungsmode, also der ersten Schwingungsmode 17, des piezoelektrischen Ultraschallwandlers 5 zu kalibrieren. Nach der Kalibrierung des Fullstandsensors 1 kann der zweite Wechselspannungsgenerator 11 elektrisch abgetrennt werden, und der Füllstandsensor 1 wird von nun an für seine Messfunktion in der Flussigkeit vom ersten Wechselspannungsgenerator 10 mit einer hoherfrequenten Wechselspannung von zum Beispiel 2 MHz angeregt. Diese 2 MHz Wechselspannung erzeugt dann am scheibenformigen Ultraschallwandler 5 eine Dickenschwingung, also die zweite Schwingungsmode 18, mit der eine Ultraschallwelle 6 erzeugt wird, die sich hervorragend zur Messung des Füllstandes 2 der Flüssigkeit 3 in dem Behalter 4 eignet. 5 now shows the off 1 known level sensor 1 but not, as in three in a container 4 is blocked, but in the air 9 is stored. In the area of the reference route 7 there is no liquid now three but air 9 , and also outside the level sensor 1 there is air 9 , The level sensor 1 will now have connection pins 15 with a second AC generator 11 connected. This second AC generator 11 can be an external device that is in a production line of the level sensor 1 is arranged. The second AC generator 11 generates an AC voltage having a frequency of, for example, 400 kHz, which is the radial vibration mode of the piezoelectric ultrasonic transducer 5 stimulates. This 400 kHz ultrasonic wave settles in air over the reference distance 7 towards the reflector 8th and is reflected there, with the echo from the disk-shaped ultrasonic transducer 5 is collected with sufficient intensity. With the help of the transmitter can now be a calibration of the level sensor 1 respectively. The first AC generator 10 generated frequency of 2 MHz would produce ultrasonic waves that are attenuated in air such that a calibration of the level sensor 1 would not be possible in the air. Therefore, it is necessary to use the level sensor 1 with the help of the lower frequency radial vibration mode, ie the first vibration mode 17 , the piezoelectric ultrasonic transducer 5 to calibrate. After calibration of the level sensor 1 can the second AC generator 11 electrically separated, and the level sensor 1 will from now on for its measuring function in the Flussigkeit of the first AC voltage generator 10 excited with a high frequency alternating voltage of, for example 2 MHz. This 2 MHz alternating voltage then generates at the disk-shaped ultrasonic transducer 5 a thickness vibration, so the second vibration mode 18 with which an ultrasonic wave 6 is generated, which is excellent for measuring the level 2 the liquid three in the container 4 suitable.

Claims

Method for calibrating a level sensor ( 1 ) used to determine the level ( 2 ) of a liquid ( three ) in a container ( 4 ) is used, wherein the level sensor ( 1 ) a disk-shaped ultrasonic transducer ( 5 ), which is made of piezoelectric material and which is excited by an AC electrical voltage to vibrate and due to its oscillations an ultrasonic wave ( 6 ) along a reference path ( 7 ) in the direction of a reference reflector ( 8th ), characterized in that the ultrasonic transducer ( 5 ) is excited to vibrate in two different modes, wherein the first vibration mode ( 17 ) for calibrating the level sensor ( 1 ) is used and the second vibration mode ( 18 ) for measuring the level ( 2 ) of the liquid ( three ) and wherein the calibration of the level sensor ( 1 ) in air ( 9 ) he follows.

Method for calibrating a level sensor ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the first oscillation mode ( 17 ), namely the calibration of the level sensor ( 1 ), by a radial vibration of the disc-shaped ultrasonic transducer ( 5 ) is produced.

Method for calibrating a level sensor ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the second vibration mode ( 18 ), namely for measuring the level ( 2 ) of the liquid ( three ), by a thickness vibration of the disk-shaped ultrasonic transducer ( 5 ) is produced.

Method for calibrating a level sensor ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the calibration of the level sensor ( 1 ) outside the container ( 4 ), which is the liquid ( three ) whose level ( 2 ) with the level sensor ( 1 ) is determined.

Method for calibrating a level sensor ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the filling level sensor ( 1 ) has an electronic circuit that generates an alternating electrical voltage that the ultrasonic transducer ( 5 ) to vibrations in the second vibration mode ( 18 ), namely that for measuring the level ( 2 ) of the liquid ( three ), stimulates.

Method for calibrating a level sensor ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the level sensor ( 1 ) is connected during calibration with an external electronic circuit which generates an alternating electrical voltage, which the ultrasonic transducer ( 5 ) to vibrations in the first vibration mode ( 17 ), namely the calibration of the level sensor ( 1 ), stimulates.