DE102013010547B4 - Electrical level indicator and method of operating an electrical level indicator - Google Patents
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Abstract
Elektrischer Füllstandsgeber (1), umfassend einen Schwenkhebel (2) mit einem Schwimmkörper (3), der sich in Abhängigkeit von einem Füllstand über ein Widerstandselement (4) bewegt, wobei auf dem Widerstandselement (4) abschnittsweise Kontaktabschnitte (5) angeordnet sind, wobei eine Messeinrichtung (7) elektrisch mit beiden Enden (12, 16) des Widerstandselements (4) und dem Schwenkhebel (2) verbunden ist, wobei über die Messeinrichtung (7) das Widerstandselement (4) mit einer Messspannung beaufschlagt wird und ein resultierender Widerstandswert zwischen einem ersten Ende (12) und dem Schwenkhebel (2) und ein resultierender Widerstandswert zwischen einem dem zweiten Ende (16) und dem Schwenkhebel (2) ermittelt werden, wobei in Abhängigkeit mindestens eines Ereignisses eine Stromstärke I und/oder eine zeitliche Dauer eines Stromflusses durch das Widerstandselement (4) erhöht wird, wobei das Ereignis ein erfasster erhöhter Kontaktwiderstand zwischen dem Schwenkhebel (2) und den Kontaktabschnitten (5) ist, wobei die Messspannung mit einer Frequenz f getaktet ist, wobei zur Erhöhung der zeitlichen Dauer des Stromflusses eine Pulseinzeit (PEIN) der Messspannung zu einer Pulsauszeit (PAUS) der Messspannung vergrößert wird oder zeitlich beschränkt die Messspannung als Gleichspannung angelegt wird.Electrical level sensor (1), comprising a pivoted lever (2) with a floating body (3) which moves depending on a level over a resistance element (4), contact sections (5) being arranged in sections on the resistance element (4), wherein a measuring device (7) is electrically connected to both ends (12, 16) of the resistance element (4) and the pivoted lever (2), with a measurement voltage being applied to the resistance element (4) via the measuring device (7) and a resulting resistance value between a first end (12) and the pivoted lever (2) and a resulting resistance value between the second end (16) and the pivoted lever (2) are determined, with a current intensity I and/or a time duration of a current flow depending on at least one event is increased by the resistance element (4), the event being a detected increased contact resistance between the pivoting lever (2) and the contact abs cut (5), the measurement voltage being clocked at a frequency f, a pulse on time (PEIN) of the measurement voltage being increased to a pulse off time (PAUS) of the measurement voltage to increase the duration of the current flow, or the measurement voltage being applied as direct voltage for a limited period of time .
Description
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Füllstandsgeber und ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Füllstandsgebers.The invention relates to an electric level indicator and a method for operating an electric level indicator.
Ein gattungsgemäßer Füllstandsgeber ist beispielsweise aus der
Aus der
Aus der
Aus der
Weitere Füllstandsgeber sind aus der
Aus der
Aus der
Aus der
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, einen elektrischen Füllstandsgeber zu schaffen, der sich bei hoher Zuverlässigkeit kostengünstig realisieren lässt, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen elektrischen Füllstandsgebers zur Verfügung zu stellen.The invention is based on the technical problem of creating an electrical fill level indicator that can be implemented cost-effectively with high reliability, and to provide a method for operating such an electrical fill level indicator.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 8. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The technical problem is solved by the objects with the features of
Hierzu umfasst der elektrische Füllstandsgeber einen Schwenkhebel mit einem Schwimmkörper. Der Schwenkhebel bewegt sich in Abhängigkeit von einem Füllstand über ein Widerstandselement, wobei auf dem Widerstandselement abschnittsweise Kontaktabschnitte angeordnet sind. Weiter umfasst der elektrische Füllstandsgeber eine Messeinrichtung, die elektrisch mit beiden Enden des Widerstandselements und dem Schwenkhebel verbunden ist, wobei über die Messeinrichtung das Widerstandselement mit einer Messspannung beaufschlagt wird und ein resultierender Widerstand zwischen einem ersten Ende und dem Schwenkhebel und ein resultierender Widerstand zwischen dem zweiten Ende und dem Schwenkhebel ermittelt werden. Dadurch lassen sich sehr einfach zwei resultierende Widerstände erfassen, deren Summe den Gesamtwiderstand des Widerstandselements bildet. Ist dieser vorab bekannt, kann bei Abweichungen in der Summenbildung auf einen erhöhten Kontaktwiderstand geschlossen werden. Dabei wird von der Messeinrichtung in Abhängigkeit eines Ereignisses eine Stromstärke und/oder eine zeitliche Dauer des Stromflusses durch das Widerstandselement erhöht. Das Ereignis ist ein erfasster, erhöhter Kontaktwiderstand zwischen dem Schwenkhebel und den Kontaktabschnitten. Die Erhöhung der Stromstärke und/oder die Erhöhung der zeitlichen Dauer bewirken eine kurzzeitige Erwärmung des Widerstandselements, sodass den Kontaktwiderstand beeinflussende Beläge weggedampft werden. Weiter ist die Messspannung mit einer Frequenz f getaktet, wobei zur Erhöhung der zeitlichen Dauer des Stromflusses eine Pulsein- zu einer Pulsauszeit vergrößert wird oder zeitlich beschränkt die Messspannung als Gleichspannung angelegt wird. Anschließend wird dann die Messspannung wieder getaktet, um den elektrischen Energieverbrauch zu reduzieren. Die Gleichspannung kann dabei beispielsweise 0,5s - 10s anliegen, vorzugsweise zwischen 3s bis 10s. Dabei kann weiter vorgesehen sein, dass die Zeit, die die Gleichspannung anliegt, in Abhängigkeit des ermittelten erhöhten Kontaktwiderstandes gewählt wird. Beispielsweise liegt bei höheren Kontaktwiderständen die Gleichspannung länger an. Die Größe der Erhöhung ist geeignet zu wählen, um eine ausreichende Temperaturerhöhung zu gewährleisten, was wiederum von der Art des Belages abhängig ist, der wiederum von der Flüssigkeit abhängig ist, deren Füllstand gemessen wird. Dabei sei angemerkt, dass die Richtung des Stromes im Gegensatz zu einigen Ausführungen im Stand der Technik nicht umgekehrt wird. Da die Beläge weggebrannt werden, kann beispielsweise auf Gold in den Kontaktabschnitten verzichtet werden. Die Kontaktabschnitte weisen daher vorzugsweise Silber oder Silberlegierungen auf. Das Widerstandselement wird vorzugsweise in Dickschichttechnik realisiert.For this purpose, the electric fill level indicator includes a pivoting lever with a floating body. The pivoted lever moves depending on a filling level over a resistance element, with contact sections being arranged in sections on the resistance element. The electrical fill level indicator also includes a measuring device that is electrically connected to both ends of the resistance element and the pivoting lever, with the resistance element being subjected to a measurement voltage via the measuring device and a resulting resistance between a first end and the pivoting lever and a resulting resistance between the second End and the swivel lever are determined. As a result, two resulting resistances can be detected very easily, the sum of which forms the total resistance of the resistance element. If this is known in advance, deviations in the calculation of the sum can indicate an increased contact resistance. In this case, the measuring device increases a current strength and/or a time duration of the current flow through the resistance element as a function of an event. The event is a sensed increased contact resistance between the pivot lever and the contact portions. The increase in the current and/or the increase in the duration cause the resistance element to heat up for a short period of time, so that deposits influencing the contact resistance are vaporized away. Furthermore, the measurement voltage is clocked at a frequency f, with a pulse-on time being increased to a pulse-off time to increase the duration of the current flow, or the measurement voltage being applied as a DC voltage for a limited period of time. The measuring voltage is then clocked again in order to reduce the electrical energy consumption. The DC voltage can be applied for 0.5s to 10s, for example, preferably between 3s and 10s. It can also be provided that the time during which the DC voltage is applied is selected as a function of the increased contact resistance that has been determined. For example, with higher contact resistances, the DC voltage is applied longer. The size of the increase should be chosen appropriately to ensure a sufficient temperature increase, which in turn depends on the type of coating, which in turn depends on the liquid whose level is being measured. It should be noted that the direction of the current is not reversed, in contrast to some prior art designs. Since the deposits are burned away, gold in the contact sections can be dispensed with, for example. The contact sections therefore preferably have silver or silver alloys. The resistance element is preferably implemented using thick-film technology.
Die Kontaktabschnitte können beispielsweise als
- - parallele,
- - radiale oder
- - annähernd radiale (vorzugsweise mit wechselnder Winkelanordnung)
Dabei bedeutet radial, dass sich die Leiterbahnen in einem gemeinsamen Schnittpunkt treffen, beispielsweise im Drehpunkt des Schwenkhebels. Sollen die Leiterbahnen hingegen nur annähernd radial sein, so treffen sich nicht alle Leiterbahnen in einem gemeinsamen Schnittpunkt. Beispielsweise existieren mehrere gemeinsame Schnittpunkte für jeweils Gruppen von Leiterbahnen, wobei die Leiterbahnen jeweils abwechselnd einem Schnittpunkt zugeordnet sind.The contact sections can, for example, as
- - parallel,
- - radial or
- - approximately radial (preferably with changing angular arrangement)
In this case, radial means that the conductor tracks meet at a common point of intersection, for example at the pivot point of the pivoting lever. If, on the other hand, the conductor tracks are only to be approximately radial, then not all conductor tracks meet at a common point of intersection. For example, there are a number of common intersections for each group of conductor tracks, with the conductor tracks being alternately assigned to an intersection point.
Die Kontakabschnitte dienen dabei dazu, einen definierten Kontaktwiderstand zwischen Widerstandselement und Schwenkhebel zu gewährleisten. Je nach dem mit welchem Kontaktabschnitt der Schwenkhebel in Kontakt steht, stellt sich ein definierter resultierender Widerstand ein.The contact sections serve to ensure a defined contact resistance between the resistance element and the pivoting lever. Depending on which contact section the pivoted lever is in contact with, a defined resultant resistance occurs.
In einer Ausführungsform ist ein weiteres Ereignis, in dessen Abhängigkeit die Stromstärke und/oder die zeitliche Dauer des Stromflusses erhöht wird, ein Motorstart eines Kraftfahrzeugs und/oder ein sich während der Fahrt zeitlich fest definiert wiederholender Vorgang und/oder ein erfasster erhöhter Kontaktwiderstand zwischen dem Schwenkhebel und den Kontaktabschnitten. Somit wird insbesondere bei längeren Standzeiten ein sich möglicherweise gebildeter Belag bei Fahrbeginn vorsorglich „weggebrannt“. Zusätzlich oder alternativ kann die Messeinrichtung anhand der gemessenen Widerstandswerte auf einen erhöhten Kontaktwiderstand schließen.In one embodiment, another event, as a function of which the current strength and/or the duration of the current flow is increased, is an engine start of a motor vehicle and/or a process that is repeated at a fixed time while driving and/or a detected increased contact resistance between the Pivoting lever and the contact sections. This means that any deposits that may have formed when you start driving are “burned away” as a precaution, especially if the vehicle is parked for a longer period of time. Additionally or alternatively, the measuring device can use the measured resistance values to conclude that there is an increased contact resistance.
In einer weiteren Ausführungsform wird zusätzlich periodisch die Stromstärke I und/oder die zeitliche Dauer des Stromflusses durch das Widerstandselement erhöht.In a further embodiment, the current intensity I and/or the time duration of the current flow through the resistance element is also periodically increased.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Schwenkhebel über ein Masseelement mit der Messeinrichtung verbunden. Dadurch ist gewährleistet, dass der Schwenkhebel elektrisch auf einem definierten Potential liegt.In a further embodiment, the pivoting lever is connected to the measuring device via a mass element. This ensures that the pivoting lever is electrically at a defined potential.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Messeinrichtung in einem Kombiinstrument integriert, wo vorzugsweise auch der Füllstand angezeigt wird.In a further embodiment, the measuring device is integrated in an instrument cluster, where the filling level is preferably also displayed.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Messeinrichtung in einem separaten Steuergerät integriert, welches den Füllstand berechnet und an die Füllstandsanzeige sendet (z.B. an das Kombiinstrument).In a further embodiment, the measuring device is integrated in a separate control unit, which calculates the level and sends it to the level indicator (e.g. to the instrument cluster).
In einer weiteren Ausführungsform ist zwischen der Messeinrichtung und dem Widerstandselement ein Vorwiderstand angeordnet, der einen Kurzschlussstrom verhindert. Dabei kann dem Vorwiderstand ein Schaltelement zugeordnet sein, mittels dessen der Vorwiderstand kurzschließbar ist, um so beispielsweise temporär die Stromstärke zu erhöhen. Der elektrische Füllstandsgeber wird vorzugsweise in einem land-, luft- oder wassergestützen Kraftfahrzeug eingesetzt.In a further embodiment, a series resistor, which prevents a short-circuit current, is arranged between the measuring device and the resistance element. In this case, the series resistor can be assigned a switching element, by means of which the series resistor can be short-circuited in order to temporarily increase the current intensity, for example. The electrical filling level sensor is preferably used in a land, air or water-based motor vehicle.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines elektrischen Füllstandsgebers und -
2 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Darstellung der Stromstärke über der Zeit.
-
1 a schematic representation of an electric level sensor and -
2 a schematic representation of an exemplary representation of the current over time.
In der
Wird über die Messeinrichtung 7 eine Spannung zwischen den Leitungen 11 und 17 angelegt, so fließt ein Strom I von der Messeinrichtung 7 über den Vorwiderstand 13 in das erste Ende 12 des Widerstandselements 4 bis zum ersten Kontaktelement 9, von dort über den Schwenkhebel 2 zum zweiten Kontaktelement 10 und schließlich über das Masseelement 6 und die Leitung 17 zur Messeinrichtung 7 zurück. Bei Kenntnis des Vorwiderstandes 13 unter Vernachlässigung der Kontaktwiderstände (bzw. Berücksichtigung eines bekannt definierten Kontaktwiderstandes) kann dann aus der gemessenen Stromstärke I oder über einen gemessenen Spannungsabfall über den Vorwiderstand 13 der resultierende Widerstand (vom ersten Ende 12 bis zum Kontaktelement 9) des Widerstandselements 4 bestimmt werden. Aus diesem resultierenden Widerstand kann dann auf die Stellung des Schwenkhebels 2 und damit auf den Füllstand geschlossen werden. Dabei ist es leicht einsehbar, dass eine Erhöhung der Kontaktwiderstände zwischen den Kontaktabschnitten 5 und dem ersten Kontaktelement 9 bzw. auch zwischen dem zweiten Kontaktelement 10 und dem Masseelement 6 zu Fehlern führt.If a voltage is applied between the
Zur Erkennung solcher erhöhter Kontaktwiderstände wird eine Spannung zwischen der zweiten Leitung 15 und der dritten Leitung 17 angelegt und der Strom oder die Spannung über dem Vorwiderstand 18 gemessen. Der damit erfassbare Widerstand zwischen dem zweiten Ende 16 und dem ersten Kontaktelement 9 muss in Summe mit dem zuvor erfassten resultierenden Widerstand den vorab bekannten Gesamtwiderstand des Widerstandselements 4 ergeben. Ist die Summe hingegen größer, müssen die Kontaktwiderstände sich erhöht haben.To detect such increased contact resistances, a voltage is applied between the
Als Gegenmaßnahme kann dann die Messeinrichtung die Stromstärke I erhöhen, beispielsweise indem die Spannung erhöht wird und/oder indem über das Schaltelement 14 der Vorwiderstand 13 kurzgeschlossen wird. Dies kann solange durchgeführt werden, bis wieder ein niedriger Kontaktwiderstand durch die Messeinrichtung 7 erfasst wird. Dabei kann die Stromstärkenerhöhung auch für den Strom über die zweite Leitung 15 erfolgen. Die Erhöhung der Stromstärke I kann dabei sowohl bei Ausführungsformen erfolgen, wo die Spannung der Messeinrichtung 7 eine Gleichspannung ist als auch wenn diese Spannung getaktet ist.As a countermeasure, the measuring device can then increase the current intensity I, for example by increasing the voltage and/or by short-circuiting the
Ist die Spannung der Messeinrichtung 7 getaktet, so kann darüber hinaus auch die Dauer des Stromflusses erhöht werden, was anhand von
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