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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsdichtesensor, insbesondere einen Flüssigkeitsdichtesensor mit hoher Genauigkeit.
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Stand der Technik
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Für gewöhnlich umfasst ein Hochdruckflüssigkeitsspeichergerät einen Flüssigkeitsdichtesensor zur Messung einer Dichte einer in dem Hochdruckflüssigkeitsspeichergerät gespeicherten Flüssigkeit.
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Die Druckschriften
CN 102 519 553A ,
WO2010/080809A1 ,
US 2006/0248952 A1 zeigen unterschiedliche Flüssigkeitsdichtesensoren.
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Mit Verweis auf 8 umfasst ein konventioneller Flüssigkeitsdichtesensor ein Messmodul 50, einen Messstab 60, einen ersten Schwimmball 70 und einen zweiten Schwimmball 80.
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Das Messmodul 50 umfasst einen Kontroller 51 mit Rechenfunktionen.
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Der Messstab 60 umfasst ein hohles Rohr mit zwei entgegengesetzten Enden und einer in dem hohlen Rohr ausgebildeten Messleitung 61, wobei ein Ende der Messleitung 61 mit dem Kontroller 51 des Messmoduls 50 verbunden ist.
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Der erste Schwimmball 70 umfasst ein Gehäuse 71, einen Schwimmteil 72, eine erste magnetische Einheit 73 und eine zweite magnetische Einheit 74. Das Gehäuse weist eine erste Öffnung 711 auf, wobei der Messstab 60 durch die erste Öffnung 711 montiert ist. Somit ist der Schwimmball 70 am Messstab 60 ausgebildet und ist in axialer Richtung zum Messstab 60 beweglich. Das Schwimmteil 72 ist im Gehäuse 71 und nahe dem Messmodul 60 montiert, so dass der erste Schwimmball 70 auf einer Oberfläche der Flüssigkeit aufschwimmt. Die erste magnetische Einheit 73 und die zweite magnetische Einheit 74 sind im Gehäuse 71 und um den Messstab 60 montiert, wobei die erste magnetische Einheit in der Nähe des Schwimmteils 72 und die zweite magnetische Einheit 74 entfernt vom Schwimmteil 72 ausgebildet ist.
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Der zweite Schwimmball 80 ist im Gehäuse 71 des ersten Schwimmballs 70 und um den Messstab 60 montiert und umfasst eine zweite Öffnung 81 und eine dritte magnetische Einheit 82. Der zweite Schwimmball 80 ist in axialer Richtung zum Messstab 60 beweglich. Die dritte magnetische Einheit 82 ist um den Messstab 60 und zwischen der ersten magnetischen Einheit 73 und der zweiten magnetischen Einheit 74 montiert. Zwei magnetische Pole der dritten magnetischen Einheit 82 weisen jeweils in Richtung der ersten magnetischen Einheit 73 und der zweiten magnetischen Einheit 74, wobei die dritte magnetische Einheit 82 sowohl die erste magnetische Einheit 73 als auch die zweite magnetische Einheit 74 abstößt, um zu verhindern dass die dritte magnetische Einheit 82 während der Bewegung entlang der axialen Richtung des Messstabs 60 von der ersten magnetischen Einheit 73 oder der zweiten magnetischen Einheit 74 angezogen wird.
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Während des Betriebs des konventionellen Flüssigkeitsdichtesensors ist der Messstab 60 in die Flüssigkeit getaucht und das Messmodul 50 liegt frei außerhalb der Flüssigkeit. Da die erste magnetische Einheit 73 in der Nähe des Schwimmteils 72 ausgebildet ist, kann die erste magnetische Einheit 73 horizontal zu der Oberfläche der Flüssigkeit ausgerichtet werden. Der Kontroller 51 des Messmoduls 50 gibt ein Pulssignal an die Messleitung 61 aus. Passiert das Pulssignal eine Position, an der die erste magnetische Einheit 73 ausgebildet ist, wird an der Stelle durch das magnetische Feld der ersten magnetischen Einheit 73 ein induziertes Signal erzeugt. Wenn der Kontroller 51 das induzierte Signal empfängt, kann basierend auf einer Zeitdifferenz zwischen der Ausgabe des Pulssignals und dem Empfang des induzierten Signals die Position der ersten magnetischen Einheit 73 bestimmt und dadurch weiter ein Flüssigkeitsniveau der Flüssigkeit errechnet werden.
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Darüber hinaus fließt Flüssigkeit durch die erste Öffnung 711 in das Gehäuse 71. Der zweite Schwimmball 80 bleibt an einer Position zwischen der ersten magnetischen Einheit 73 und der zweiten magnetischen Einheit 74, aufgrund eines Kräftegleichgewichts zwischen der Auftriebskraft, dem Gewicht des zweiten Schwimmballs 80 (Schwerkraft) und der magnetischen Abstoßung zwischen der dritten magnetischen Einheit 82, der ersten magnetischen Einheit 73 und der zweiten magnetischen Einheit 74. Der Kontroller 51 kann jeweils die Position der ersten magnetischen Einheit 73, der zweiten magnetischen Einheit 74 und der dritten magnetischen Einheit 82 mittels des oben beschriebenen Pulssignals bestimmen, und zusätzlich eine Distanz zwischen der ersten magnetischen Einheit 73 und der dritten magnetischen Einheit 82 und eine Distanz zwischen der zweiten magnetischen Einheit 74 und der dritten magnetischen Einheit 82 bestimmen. Daraufhin kann der Kontroller 51 basierend auf den bestimmten Distanzen eine Dichte der Flüssigkeit bestimmen.
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Mit Verweis auf 9 repräsentiert eine vertikale Achse die Dichte der Flüssigkeit (Kilogramm/Kubikzentimeter) und eine horizontale Achse repräsentiert die Distanzen zwischen der dritten magnetischen Einheit 82, der ersten magnetischen Einheit 73 und der zweiten magnetischen Einheit 74 (Zoll). Besitzt die Flüssigkeit eine relativ hohe Dichte, steigt der zweite Schwimmball 80 aufgrund der erhöhten Auftriebskraft an, wodurch die dritte magnetische Einheit 82 sich der ersten magnetischen Einheit 73 nähert und die zweite magnetische Einheit 74 verlässt. Besitzt die Flüssigkeit hingegen eine relativ geringe Dichte, sinkt der zweite Schwimmball 80 aufgrund der Verringerung der Auftriebskraft ab, wodurch die dritte magnetische Einheit 82 die erste magnetische Einheit 73 verlässt und sich der zweiten magnetischen Einheit 74 nähert. Der Kontroller 51 berechnet die Dichte der Flüssigkeit basierend auf den zwei charakteristischen Kurven aus 9.
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Da jedoch die dritte magnetische Einheit 82 sowohl die erste magnetische Einheit 73 als auch die zweite magnetische Einheit 74 abstößt, sind die beiden in 9 gezeigten Kurven nicht linear. Berechnungen von nicht-linearen, charakteristischen Kurven sind sehr schwierig und kompliziert und somit muss die Berechnung der Dichte der Flüssigkeit mittels komplexer Berechnungen durchgeführt werden oder aber Rechenfehler können auftreten und die Genauigkeit der Messresultate verringern.
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KURZFASSUNG
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Das Hauptziel der Erfindung ist es, einen Flüssigkeitsdichtesensor mit hoher Genauigkeit bereitzustellen. Der Flüssigkeitsdichtesensor mit hoher Genauigkeit umfasst dabei ein Messmodul, einen Messstab und ein Schwimmelement.
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Das Messmodul umfasst einen Kontrollschaltkreis, der in der Lage ist, Rechenfunktionen auszuführen.
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Der Messstab umfasst ein erstes Ende, welches ausgebildet ist, in die Flüssigkeit einzutauchen, und ein zweites Ende, welches am Messmodul ausgebildet ist, wobei der Messstab ein hohles Rohr und eine Messleitung umfasst, welche im hohlen Rohr ausgebildet ist und elektrisch mit dem Kontrollkreislauf verbunden ist.
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Das Schwimmelement umfasst ein Gehäuse, eine erste magnetische Einheit und einen Schwimmball.
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Das Gehäuse weist zwei entgegengesetzt durch das Gehäuse ausgebildete erste Öffnungen auf, wobei der Messstab durch die zwei entgegengesetzten ersten Öffnungen ausgebildet ist und das mindestens eine Schwimmelement entlang des Messstabs beweglich ist und wobei mindestens ein Seitenloch im Gehäuse ausgebildet ist.
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Die erste magnetische Einheit ist im Gehäuse und an einer zum Messmodul entfernten Seite ausgebildet.
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Der Schwimmball weist eine geringere relative Dichte als die des Gehäuses auf. Der Schwimmball ist beweglich um den Messstab und innerhalb des Gehäuses montiert und weist eine zweite magnetische Einheit auf, die an einem zu der ersten magnetischen Einheit entfernten Ende ausgebildet ist.
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Der Kontrollschaltkreis erfasst jeweils eine Position der ersten magnetischen Einheit auf der Messleitung und eine Position der zweiten magnetischen Einheit auf der Messleitung und berechnet eine Distanz zwischen der ersten magnetischen Einheit und der zweiten magnetischen Einheit.
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Während des Gebrauchs des Flüssigkeitsdichtesensors mit hoher Genauigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung ist das erste Ende des Messstabs in die Flüssigkeit getaucht. Die Flüssigkeit fließt über das mindestens eine Seitenloch in das Schwimmelement, so dass das Schwimmelement und der Schwimmball beide auf einer Oberfläche der Flüssigkeit aufschwimmen. Die erste magnetische Einheit und die zweite magnetische Einheit befinden sich auf unterschiedlichen Höhen und die Distanz zwischen der ersten magnetischen Einheit und der zweiten magnetischen Einheit ist linear proportional zu einer Flüssigkeitsdichte der Flüssigkeit. Somit kann der Kontrollkreislauf basierend auf der Distanz zwischen der ersten magnetischen Einheit und der zweiten magnetischen Einheit und mittels linearer Gleichungen die Flüssigkeitsdichte berechnen, womit die Genauigkeit des Messresultats erhöht werden kann.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Querschnittsansicht eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Flüssigkeitsdichtesensors mit hoher Genauigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 2 ist eine perspektivische Querschnittsansicht des Flüssigkeitsdichtesensors mit hoher Genauigkeit aus 1;
- 3 ist ein Schaltkreisdiagramm eines Kontrollschaltkreises des Flüssigkeitsdichtesensors mit hoher Genauigkeit aus 1;
- 4A ist eine seitliche Querschnittsansicht des Flüssigkeitsdichtesensors mit hoher Genauigkeit aus 1 im Betrieb;
- 4B ist eine weitere seitliche Querschnittsansicht des Flüssigkeitsdichtesensors mit hoher Genauigkeit aus 1 im Betrieb;
- 5A bis 5C sind Diagramme von Ausgabewellenformen entsprechend 4A;
- 5D bis 5F sind Diagramme von Ausgabewellenformen entsprechend 4B;
- 6 zeigt eine charakteristische Kurve des Flüssigkeitsdichtesensors mit hoher Genauigkeit aus 1;
- 7A ist eine seitliche Querschnittsansicht eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Flüssigkeitsdichtesensors mit hoher Genauigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 7B bis 7D sind Diagramme von Ausgabewellenformen entsprechend 7A;
- 8 ist eine seitliche Querschnittsansicht eines konventionellen Flüssigkeitsdichtesensors; und
- 9 zeigt eine charakteristische Kurve des Flüssigkeitsdichtesensors aus 8.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Mit Verweis auf 1 und 2 umfasst ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Flüssigkeitsdichtesensors mit hoher Genauigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung ein Messmodul 10, einen Messstab 20 und ein Schwimmelement 30.
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Das Messmodul 10 umfasst einen Kontrollschaltkreis 11 mit Rechenfunktionen.
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Der Messstab 20 umfasst ein hohles Rohr und eine Messleitung 21. Ein Ende des hohlen Rohrs ist mit dem Messmodul 10 verbunden und das andere Ende des hohlen Rohrs wird in die Flüssigkeit getaucht. Die Messleitung 21 ist im Messstab 20 ausgebildet und elektrisch mit dem Kontrollschaltkreis 11 des Messmoduls 10 verbunden.
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Das Schwimmelement 30 umfasst ein Gehäuse 31, eine erste magnetische Einheit 32 und einen Schwimmball 33.
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Das Gehäuse umfasst zwei entgegengesetzte erste Öffnungen 311 und zwei Seitenlöcher 312, wobei der Messstab 20 durch die zwei ersten Öffnungen 311 montiert ist und das Schwimmelement 30 entlang des Messstabs 20 beweglich ist. Die erste magnetische Einheit 32 ist innerhalb des Gehäuses 31 an einer Seite entfernt vom Messmodul 10 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist die erste magnetische Einheit 32 an einer inneren Bodenfläche des Gehäuses 31 montiert.
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Der Schwimmball 33 ist innerhalb des Schwimmelements 30 ausgebildet und umfasst zwei entgegengesetzte zweite Öffnungen 331 und eine zweite magnetische Einheit 332. Der Messstab 20 ist durch die zwei zweiten Öffnungen 331 montiert und der Schwimmball 33 kann entlang der axialen Richtung des Messstabs 20 bewegt werden. Die zweite magnetische Einheit 332 ist innerhalb des Schwimmballs 33 und an einem zu der ersten magnetischen Einheit 32 entfernten Ende des Schwimmelements 30 angeordnet. Eine spezifische Dichte des Schwimmballs 33 ist geringer als eine spezifische Dichte des Gehäuses 31.
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Im ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Schwimmball 33 aus Schaummaterial gefertigt. Die erste magnetische Einheit 32 und die zweite magnetische Einheit 332 sind aus Materialien umfassend Nickel (Ni), Kobalt (Co) oder Eisen (Fe) gefertigt. Formen der ersten magnetischen Einheit 32 und der zweiten magnetischen Einheit 332 können ringförmig, zylindrisch, kubisch oder unregelmäßig sein.
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Mit Verweis auf 3 umfasst im ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Kontrollschaltkreis 11 des Messmoduls 10 einen internen Schaltkreis 12 und eine externen Schaltkreis 13, wobei der externe Schaltkreis 13 elektrisch mit der Messleitung 21 des Messstabs 20 verbunden ist.
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Der interne Schaltkreis 12 ist über den externen Schaltkreis 13 elektrisch mit der Messleitung 21 verbunden. Der interne Schaltkreis 12 umfasst ein Empfangsmodul 121, ein Vergleichsmodul 122 und ein Ausgabemodul 124. Das Empfangsmodul 121 empfängt ein erstes induziertes Signal und ein zweites induziertes Signal vom externen Schaltkreis 13. Das Vergleichsmodul 122 ist elektrisch mit dem Empfangsmodul 121 verbunden, um das erste induzierte Signal und das zweite induzierte Signal zu empfangen, und berechnet daraufhin basierend auf dem ersten induzierten Signal und dem zweiten induzierten Signal ein Flüssigkeitsniveau und eine Flüssigkeitsdichte der Flüssigkeit. Ist der Flüssigkeitsdichtesensor der vorliegenden Erfindung angeschaltet, gibt das Ausgabemodul 124 ein Triggersignal an den externen Schaltkreis 13 aus.
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Der externe Schaltkreis 13 ist elektrisch mit dem internen Schaltkreis 12 und der Messleitung 21 verbunden. Der externe Schaltkreis 13 umfasst einen Transistor 131, ein Pulsmodul 132, eine Spule 133, einen Verstärker 134 und einen Vergleicher 135. Der Transistor 131 ist elektrisch mit dem Pulsmodul 132 und dem Ausgabemodul 124 verbunden, wobei der Transistor 131 als Schalter verwendet wird. Empfängt der Transistor 131 das Triggersignal, steuert der Transistor 131 das Pulsmodul 132, ein Pulssignal an die Messleitung 21 auszugeben. Im ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Transistor 131 ein MOSFET.
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Passiert das Pulssignal eine erste Position auf der Messleitung 21, an der sich die erste magnetische Einheit 32 befindet, wird an der ersten Position aufgrund einer elektromagnetischen Induktion zwischen dem Pulssignal und der ersten magnetischen Einheit 32 das erste induzierte Signal erzeugt. Passiert das Pulssignal eine zweite Position auf der Signalleitung 21, an der sich die zweite magnetische Einheit 332 befindet, wird an der zweiten Position aufgrund einer elektromagnetischen Induktion zwischen dem Pulssignal und der zweiten magnetischen Einheit 332 das zweite induzierte Signal erzeugt. Eine Übertragungsgeschwindigkeit des ersten induzierten Signals entspricht einer Übertragungsgeschwindigkeit des zweiten induzierten Signals.
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Die Spule 133 ist an der Messleitung 21 und an einem entfernten Ende zum Messmodul 10 ausgebildet. Die Spule 133 ist elektrisch mit der Messleitung 21 verbunden, um das erste induzierte Signal und das zweite induzierte Signal zu empfangen.
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Der Verstärker 134 ist elektrisch mit der Spule 133 verbunden, um das erste induzierte Signal und das zweite induzierte Signal zu empfangen und zu verstärken.
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Der Vergleicher 135 ist elektrisch mit dem Verstärker 134 verbunden, um das verstärkte erste induzierte Signal und das verstärkte zweite induzierte Signal zu empfangen, wobei der Vergleicher 135 das verstärkte erste induzierte Signal und das verstärkte zweite induzierte Signal von einer analogen Form in eine digitale Form umwandelt und das umgewandelte erste induzierte Signal und das umgewandelte zweite induzierte Signal an den internen Schaltkreis 12 ausgibt.
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Mit Verweis auf 4A und entsprechend 5A bis 5C repräsentiert 5A das von dem Pulsmodul 132 ausgegebene Pulssignal, 5B das zweite induzierte Signal resultierend von der in 4A gezeigten zweiten magnetischen Einheit 332 und 5C das erste induzierte Signal resultierend von der in 4A gezeigten ersten magnetischen Einheit 32.
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Mit Verweis auf 4B und entsprechend 5D bis 5F, repräsentiert 5D die vom Pulsmodul 132 ausgegebenen Pulssignale, 5E das von der in 4B gezeigten, zweiten magnetischen Einheit 332 verursachte zweite induzierte Signal und 5C das von der in 4B gezeigten, ersten magnetischen Einheit 32 verursachte erste induzierte Signal. Alle horizontalen Achsen in 5A bis 5F repräsentieren die Zeit.
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Mit Verweis auf 6 ist eine inverse Beziehung zwischen einer Flüssigkeitsdichte der Flüssigkeit und einer Zeitdifferenz t1, t2 zwischen dem Empfang des ersten induzierten Signals und dem Empfang des zweiten induzierten Signals dargestellt. Je höher die Flüssigkeitsdichte ist, desto geringer fällt die Zeitdifferenz aus.
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Ist der Flüssigkeitsdichtesensor mit hoher Genauigkeit der vorliegenden Erfindung in Gebrauch, wird der Messstab 20 in die Flüssigkeit getaucht, wobei das Messmodul 10 außerhalb der Flüssigkeit freiliegt. Das Schwimmelement 30 schwimmt auf einer Oberfläche der Flüssigkeit auf, wobei eine Eintauchtiefe des Schwimmelements 30 von der Flüssigkeitsdichte der Flüssigkeit abhängt. Ferner fließt die Flüssigkeit über die zwei Seitenlöcher 312 in das Schwimmelement 30 ein bis ein Niveau der Flüssigkeit innerhalb des Schwimmelements 30 einem Niveau der Flüssigkeit außerhalb des Schwimmelements 30 entspricht. Folglich schwimmt der Schwimmball 33 auf der Oberfläche der Flüssigkeit innerhalb des Schwimmelements 30 auf.
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Beenden sowohl das Schwimmelement 30 als auch der Schwimmball 33 beide ihre Bewegung, so gibt das Ausgabemodul 124 des internen Schaltkreises 12 ein Triggersignal an den Transistor 131 des externen Schaltkreises 13 aus. Daraufhin treibt der Transistor 131 das Pulsmodul 132 an, das Pulssignal an die Messleitung 21 auszugeben. Sobald das Pulssignal die erste Position entsprechend der ersten magnetischen Einheit 32 passiert, wird das erste induzierte Signal erzeugt. Sobald das Pulssignal die zweite Position entsprechend der zweiten magnetischen Einheit 332 passiert, wird das zweite induzierte Signal erzeugt. Anschließend empfängt die Spule 133 das erste induzierte Signal und das zweite induzierte Signal. Der Verstärker 134 erhält und verstärkt das erste induzierte Signal und das zweite induzierte Signal. Der Vergleicher 135 wandelt das verstärkte erste induzierte Signal und das verstärkte zweite induzierte Signal von einer analogen Form in eine digitale Form um.
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Danach empfängt das Empfangsmodul 121 das erste induzierte Signal und das zweite induzierte Signal vom externen Schaltkreis 13 und das Vergleichsmodul 122 erhält das erste induzierte Signal und das zweite induzierte Signal und berechnet daraufhin basierend auf dem ersten induzierten Signal und dem zweiten induzierten Signal die Flüssigkeitsdichte der Flüssigkeit.
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Details zur Berechnung der Flüssigkeitsdichte der Flüssigkeit basierend auf der Zeitdifferenz zwischen dem Empfang des ersten induzierten Signals und dem Empfang des zweiten induzierten Signals werden im Folgenden erläutert werden.
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Eine Betrachtung der 4A und 4B zeigt, dass die Flüssigkeitsniveaus der zwei verschiedenen in den beiden Beispielen gezeigten Flüssigkeiten identisch sind. Eine erste Distanz zwischen der ersten magnetischen Einheit 32 und der zweiten magnetischen Einheit in 4A beträgt d1 und eine zweite Distanz zwischen der ersten magnetischen Einheit 32 und der zweiten magnetischen Einheit in 4B beträgt d2.
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Da der Schwimmball 33 eine geringere spezifische Dichte besitzt als das Schwimmelement 30, ist die zweite magnetische Einheit 332 horizontal zu der Oberfläche der Flüssigkeit ausgerichtet, während die erste magnetische Einheit 32 des Schwimmelements 30 in die Flüssigkeit in unterschiedlicher Tiefe eingetaucht sein kann, abhängig von der Flüssigkeitsdichte der Flüssigkeit. Besitzt die Flüssigkeit eine höhere Flüssigkeitsdichte, so ist aufgrund des starken Auftriebs des Schwimmelements 30 die Eintauchtiefe des Schwimmelements 30 niedrig, und somit ist die Distanz zwischen der ersten magnetischen Einheit 32 und der zweiten magnetischen Einheit 332 gering, wie in 4B gezeigt.
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Eine weitere Betrachtung der 4A und 4b zeigt, dass die Distanz d1 zwischen der ersten magnetischen Einheit 32 und der zweiten magnetischen Einheit 332 aus 4A größer ist als die Distanz d2 zwischen der ersten magnetischen Einheit 32 und der zweiten magnetischen Einheit 332 aus 4B, was bedeutet, dass die Flüssigkeitsdichte der Flüssigkeit aus 4A geringer ist als die Dichte der Flüssigkeit aus 4B.
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In Bezug auf 5A bis 5F werden die in 5A und 5D gezeigten Pulssignale simultan ausgegeben. Die zwei zweiten magnetischen Einheiten 332 in 4A und 4B bleiben auf gleicher Höhe, so dass die in 5B und 5E gezeigten zweiten induzierten Signale simultan erzeugt werden. Lediglich die Höhe der ersten magnetischen Einheit 32 in 4A und die Höhe der ersten magnetischen Einheit 32 in 4B unterscheiden sich aufgrund der unterschiedlichen Dichten der Flüssigkeiten in 4A und in 4B. Daher werden das in 5C gezeigte erste induzierte Signal und das in 5F gezeigte erste induzierte Signal nicht simultan ausgegeben, wobei das in 5C gezeigte erste induzierte Signal später erzeugt wird als das in 5F gezeigte erste induzierte Signal.
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In 5B, 5C, 5E und 5F ist eine Zeitdifferenz t1 größer als eine Zeitdifferenz t2. Eine Distanz zwischen der ersten magnetischen Einheit 32 und der zweiten magnetischen Einheit 332 ist linear proportional zu der Zeitdifferenz. Daher kann das Vergleichsmodul 122 des internen Schaltkreises 12 die Flüssigkeitsdichte der Flüssigkeit anhand der Zeitdifferenz berechnen.
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Zusätzlich ist die Position der zweiten magnetischen Einheit 332 horizontal zu der Oberfläche der Flüssigkeit ausgerichtet, so dass die Höhe der zweiten magnetischen Einheit 332 mit dem Flüssigkeitsniveau der Flüssigkeit übereinstimmt. Somit kann das Vergleichsmodul 122 des internen Schaltkreises 12 basierend auf der Zeitdifferenz zwischen Ausgabe des Pulssignals und dem Empfang des zweiten induzierten Signals ebenfalls das Flüssigkeitsniveau der Flüssigkeit berechnen.
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Mit weiterer Betrachtung der 4A und 4B zeigt sich, dass der Schwimmball 33 in 4A sich in der Nähe des Messmoduls 10 befindet. Falls sich nun die Flüssigkeitsdichte der Flüssigkeit aus 4 weiter verringert, würde das Schwimmelement 30 weiter absinken und den Schwimmball 33 unter die Oberfläche der Flüssigkeit drücken, was schlussendlich zu einem fehlerhaften Messergebnis führen würde.
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Schließlich zeigt 4A eine zulässige niedrigste Dichte, die durch den Flüssigkeitsdichtesensor gemessen werden kann.
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Steigt die Dichte der Flüssigkeit aus 4B an, würde sich das Schwimmelement 30 weiter anheben und den Schwimmball 33 über die Oberfläche der Flüssigkeit heben, was ebenfalls zu einem fehlerhaften Messresultat führen würde. Schließlich zeigt 4B eine zulässige höchste Dichte, die durch den Flüssigkeitsdichtesensor gemessen werden kann.
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Der Flüssigkeitsdichtesensor der vorliegenden Erfindung ist zur Messung einer Flüssigkeit mit einer Flüssigkeitsdichte zwischen der niedrigsten Dichte und der höchsten Dichte, wie zuvor beschrieben, geeignet. Mit Verweis auf
6 ist eine Distanz zwischen der ersten magnetischen Einheit
32 und der zweiten magnetischen Einheit
332 linear proportional zu einer Zeitdifferenz zwischen dem Empfangen des ersten induzierten Signals und dem Empfangen des zweiten induzierten Signals. Die Zeitdifferenz t1 entspricht der niedrigsten Dichte und die Zeitdifferenz t2 entspricht der höchsten Dichte. Misst der Flüssigkeitsdichtesensor eine andere Art von Flüssigkeit mit einer Flüssigkeitsdichte im Bereich zwischen der niedrigsten Dichte und der höchsten Dichte, bestimmt der Flüssigkeitsdichtesensor eine Zeitdifferenz t (t1 < t < t2). Die der Zeitdifferenz t entsprechende Flüssigkeitsdichte kann mittels einer einfachen linearen Formel errechnet werden:
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Im Vergleich mit der konventionellen nicht-linearen Kurve liefert die einfache lineare Formel der vorliegenden Erfindung einfache Berechnungen der Flüssigkeitsdichte.
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Darüber hinaus kann die Temperatur der Flüssigkeit das Volumen der Flüssigkeit beeinflussen. Für gewöhnlich vergrößert sich das Volumen der Flüssigkeit bei steigender Temperatur. Sinkt die Temperatur, so verringert sich das Volumen der Flüssigkeit und das Flüssigkeitsniveau sinkt. Dadurch ist der benötigte Speicherplatz für die Flüssigkeit schwer vorherzusagen, folglich wird eine Standardtemperatur (z.B. 25 Grad Celsius) angenommen und das Flüssigkeitsniveau der Flüssigkeit bei Standardtemperatur als Standardniveau der Flüssigkeit gesetzt.
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Mit Bezug auf 3 umfasst in einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel des Kontrollschaltkreises 11 der Kontrollschaltkreis 11 zusätzlich ein Temperaturmodul 40 und der interne Schaltkreis 12 umfasst weiter ein Kompensationsmodul 123.
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Das Temperaturmodul 40 kann einen Temperaturkompensator 41, einen Kaltpunktkompensator 42, zwei Zunahmeverstärker 43 und zwei Analog-Digital-Wandler 44 umfassen. Der Temperaturkompensator 41 und der Kaltpunktkompensator 42 sind jeweils elektrisch mit den zwei Zunahmeverstärkern 43 verbunden, wobei die zwei Zunahmeverstärker 43 jeweils mit den zwei Analog-Digital-Wandlern 44 elektrisch verbunden sind.
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Der Temperaturkompensator 41 misst die Temperatur der Flüssigkeit und gibt ein Temperatursignal basierend auf der gemessenen Temperatur an das Kompensationsmodul 123 des inneren Schaltkreises 12 aus. Der Kaltpunktkompensator 42 misst die Temperatur der Flüssigkeit und gibt ein Kaltpunktsignal basierend auf der Temperatur an das Kompensationsmodul 123 des inneren Schaltkreises 12 aus. Das Kompensationsmodul 123 gibt ein Kompensationssignal an das Vergleichsmodul 122 aus. Wenn die Temperatur höher ist als die Standardtemperatur, verringert das Vergleichsmodul 122 basierend auf dem Kompensationssignal den Wert des Flüssigkeitsniveaus. Wenn die Temperatur niedriger ist als die Standardtemperatur, erhöht das Vergleichsmodul 122 basierend auf dem Kompensationssignal den Wert des Flüssigkeitsniveaus. Schließlich passen das Temperaturmodul 40 und das Kompensationsmodul 123 den Wert des Flüssigkeitsniveaus gemäß der Standardtemperatur an.
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Des Weiteren umfasst mit Verweis auf 7A ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Flüssigkeitsdichtesensors mit hoher Genauigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung ein Messmodul 10, einen Messstab 20, ein erstes Schwimmelement 30a und ein zweites Schwimmelement 30b. Das zweite bevorzugte Ausführungsbeispiel kann zur Messung einer zweiphasigen Flüssigkeit umfassend eine erste Flüssigkeit L1 und eine zweite Flüssigkeit L2 verwendet werden.
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Das erste Schwimmelement 30a ist an einem ersten Übergang zwischen der Luft und der ersten Flüssigkeit L1 positioniert, und das zweite Schwimmelement 30b ist an einem zweiten Übergang zwischen der ersten Flüssigkeit L1 und der zweiten Flüssigkeit L2 positioniert.
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7B zeigt ein Pulssignal. 7C repräsentiert induzierte Signale des am ersten Übergang zwischen der Luft und der ersten Flüssigkeit positionierten ersten Schwimmelements 30a. 7D repräsentiert induzierte Signale des am zweiten Übergang zwischen der ersten Flüssigkeit und der zweiten Flüssigkeit positionierten zweiten Schwimmelements 30b.
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Die in 7C gezeigten induzierten Signale sind von links nach rechts gesehen ein zweites induziertes Signal und ein erstes induziertes Signal des ersten Schwimmelements 30a. Der Kontrollschaltkreis 11 kann basierend auf einer Zeitdifferenz zwischen dem Empfang des ersten induzierten Signals und dem Empfang des zweiten induzierten Signals des ersten Schwimmelements 30a eine erste Flüssigkeitsdichte der ersten Flüssigkeit berechnen. Zusätzlich kann der Kontrollschaltkreis 11 basierend auf einer Zeitdifferenz zwischen der Ausgabe des Pulssignals und dem Empfang des zweiten induzierten Signals des ersten Schwimmelements 30a ein Flüssigkeitsniveau der ersten Flüssigkeit berechnen.
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Die in 7D gezeigten induzierten Signale sind von links nach rechts gesehen ein zweites induziertes Signal und ein erstes induziertes Signal des zweiten Schwimmelements 30b. Der Kontrollschaltkreis 11 berechnet basierend auf einer Zeitdifferenz zwischen dem Empfang des ersten induzierten Signals und dem Empfang des zweiten induzierten Signals des zweiten Schwimmelements 30b eine zweite Flüssigkeitsdichte der zweiten Flüssigkeit. Zusätzlich kann der Kontrollschaltkreis 11 basierend auf einer Zeitdifferenz zwischen der Ausgabe des Pulssignals und dem Empfang des zweiten induzierten Signals des zweiten Schwimmelements 30b ein Flüssigkeitsniveau der zweiten Flüssigkeit berechnen.
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Schließlich kann der Flüssigkeitsdichtesensor angepasst werden, unter Verwendung von mehreren Schwimmelementen 30a, 30b Dichten und Niveaus von Flüssigkeiten mit mehreren Niveaus zu messen.
