DE102016225032A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Erfassen eines Wasserstands einer Wasserfalle einer Brennstoffzelle - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Erfassen eines Wasserstands einer Wasserfalle einer Brennstoffzelle Download PDF

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Abstract

Eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen eines Wasserstands einer Wasserfalle in einer Brennstoffzelle können einen Wasserstand des in der Wasserfalle durch die Reaktion der Brennstoffzelle gesammelten Wassers genau ausgeben. Die Vorrichtung und das Verfahren zum Erfassen eines Wasserstandes einer Wasserfalle können eine Veränderung der Umgebungstemperatur eines Wasserstandssensors durch Anbringen eines separaten Temperatursensors in dem Wasserstandssensor erfassen und den Wasserstand in der Wasserfalle exakt ausgeben, ungeachtet einer Änderung der Umgebungstemperatur, durch einen Wassersensor-Ausgangswert-Korrekturalgorithmus auf der Grundlage einer erfassten Temperatur.

Description

  • HINTERGRUND
  • (a) Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen eines Wasserstands einer Wasserfalle, insbesondere auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen eines Wasserstands einer Wasserfalle in einer Brennstoffzelle, die einen Wasserstand des in der Wasserfalle durch die Reaktion der Brennstoffzelle gesammelten Wassers genau ausgeben können.
  • (b) Beschreibung des Standes der Technik
  • Eine Primärenergiequelle eines Brennstoffzellenfahrzeugs wird von einer Erzeugungsvorrichtung, die Brennstoffzellenstapel genannt wird, bewirkt, und der Brennstoffzellenstapel ist eine Vorrichtung, in der Sauerstoff in Luft und Wasserstoff, die von außen zugeführt werden, chemisch miteinander reagieren, um Energie zu erzeugen.
  • Wenn Wasserstoff als Brennstoff einer Anode des Brennstoffzellenstapels zugeführt wird und Luft als Oxidationsmittel einer Kathode des Brennstoffzellenstapels zugeführt wird, wird der zugeführte Wasserstoff durch eine Oxidationsreaktion der Katalysatorschicht in der Anode in Wasserstoffionen und Elektronen gespalten. Die erzeugten Wasserstoffionen werden der Kathode durch eine Polymerelektrolytmembran in dem Brennstoffzellenstapel zugeführt, und die Elektronen werden der Kathode über eine externe Schaltung zugeführt. Als Ergebnis wird in der Kathode Elektrizität durch ein Prinzip erzeugt, in dem der zugeführte Sauerstoff und die Elektronen sich treffen, um Sauerstoffionen durch eine Katalysatorschichtreduktionsreaktion zu erzeugen, und die Wasserstoffionen und die Sauerstoffionen werden kombiniert, um Wasser zu erzeugen.
  • Da das in dem Brennstoffzellenstapel erzeugte Wasser den Fluss des Sauerstoffs und des Wasserstoffs unterbricht, muss in diesem Fall das Wasser aus dem Brennstoffzellenstapel entfernt werden. Daher fällt das erzeugte Wasser durch die Schwerkraft gemäß einer Konstruktionsstruktur des Brennstoffzellenstapels runter, um in einer Wasserfalle gesammelt zu werden.
  • Wenn das in der Wasserfalle gesammelte Wasser einen vorbestimmten Wasserstand oder mehr erreicht, wird eine Öffnungssteuerung eines Ablassventils durchgeführt, um das Wasser nach außen abzugeben, indem durch einen Wasserstandssensor erfasst wird, dass das gesammelte Wasser den vorbestimmten Wasserstand oder mehr erreicht hat.
  • Wie oben beschrieben, kann nur durch genaues Erfassen des Wasserstands des Wassers, das in der Wasserfalle gespeichert ist, der aktuelle Wasserstand in der Wasserfalle genau bestimmt werden, und darüber hinaus kann ein Zeitpunkt des Ablassens des Wassers nach außen genau gesteuert werden.
  • Der auf der Wasserfalle angebrachte Wasserstandssensor als kapazitiver analoger Wasserstandssensor zeigt jedoch einen Wasserstand, der in einem normalen Bereich einer Raumtemperaturbedingung ausgegeben wird, jedoch eine Ausgabe zeigt, die sich von einem tatsächlichen Wasserstand unterscheidet, wenn sich die Temperatur des Wassers und eine Umgebungstemperatur verändert.
  • Zum Beispiel hat der Wasserstandssensor die Tendenz, einen Wasserstand auszugeben, der höher ist als der tatsächliche Wasserstand, wenn die Temperatur des Wassers zunimmt.
  • Die obigen Informationen, die in diesem Hintergrundabschnitt offenbart sind, dienen lediglich der Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und können daher Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden, der in diesem Land bereits einem Durchschnittsfachmann bekannt ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen eines Wasserstands einer Wasserfalle bereit, die eine Veränderung der Umgebungstemperatur eines Wasserstandsensors durch Anbringen eines separaten Temperatursensors in dem Wasserstandsensor erfassen und den Wasserstand in der Wasserfalle unabhängig von der Änderung der Umgebungstemperatur durch einen Wassersensor-Ausgangswert-Korrekturalgorithmus auf der Grundlage einer erfassten Temperatur exakt ausgeben können.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Erfassen eines Wasserstands einer Wasserfalle zur Verfügung gestellt, wobei die Vorrichtung aufweist: einen Wasserstandsensor, der an der Wasserfalle angebracht ist; einen auf dem Wasserstandsensor angebrachten Temperatursensor; und eine Steuereinheit, die einen Ausgangswert des Wasserstandssensors in Abhängigkeit von einer aktuell erfassten Temperatur des Temperatursensors zu einem Ausgangswert des Wasserstandssensors in Abhängigkeit von einer Referenztemperatur korrigiert.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Temperatursensor an einem Rand einer Elektrode des Wasserstandsensors montiert sein.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Steuereinheit einen Korrekturwert zum Korrigieren eines Ausgangswerts des Wasserstandssensors für jede vom Temperatursensor erfasste aktuelle Temperatur zu dem Ausgangswert des Wasserstandssensors in Abhängigkeit von der Referenztemperatur speichern.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Erfassen eines Wasserstands einer Wasserfalle zur Verfügung gestellt, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: i) Erfassen von Daten eines Wasserstandssensors bei einer Referenztemperatur durch eine Steuereinheit; ii) Erfassen von Ausgangswertdaten des Wasserstandssensors für jede Umgebungstemperatur durch eine Steuereinheit; iii) Berechnen eines Korrekturwerts für den Ausgangswert des Wasserstandssensors für jede Umgebungstemperatur auf der Basis eines Ausgangswerts des Wasserstandssensors bei der Referenztemperatur durch eine Steuereinheit; und iv) Korrigieren des Ausgangswertes des Wasserstandssensors für jede Umgebungstemperatur durch eine Steuereinheit auf der Grundlage des berechneten Korrekturwerts.
  • In Schritt i) können als Ausgangssignal des Wasserstandssensors ein Ausgangswert des Wasserstandssensors für einen Zustand, in dem ein Wasserstand in der Wasserfalle ein niedriger Wasserstand ist oder ein voller Wasserstand ist bei der Referenztemperatur, und ein Ausgangswert des Wasserstandssensors in einem Bereich zwischen dem niedrigen Wasserstand und dem vollen Wasserstand erfasst werden.
  • In Schritt ii) können die Ausgangswertdaten des Wasserstandssensors für jede Umgebungstemperatur unter der Bedingung erfasst werden, dass der Wasserstand in der Wasserfalle den niedrigen Wasserstand aufweist.
  • Der Schritt iii) kann beinhalten: iii-1) ein Verfahren des Einstellens einer Temperatur in einer Kammer auf eine Temperatur, die niedriger als die Referenztemperatur (Ta) ist, und danach Erhöhen der Temperatur in der Kammer auf eine vorbestimmte Temperatur, die höher als die Referenztemperatur (Ta) ist, in einem vorbestimmten Temperaturstufenintervall, in einem Zustand bei dem die Wasserfalle, auf der der Wasserstandssensor mit einem Temperatursensor montiert ist, in einer Umgebungskammer eingesetzt wird, wobei die Temperatur in der Umgebungskammer erhöht wird, während jeder Temperaturschritt für eine vorbestimmte Zeit aufrechterhalten wird; iii-2) ein Verfahren des Aufzeichnens des Ausgangswerts des Wasserstandssensors und der aktuellen Temperaturdaten zu dem Zeitpunkt, zu dem jeder Temperaturschritt endet; und iii-3) ein Verfahren des Subtrahierens des Ausgangswerts des Wasserstandssensors zu dem Zeitpunkt, wenn jeder Temperaturschritt endet, von dem Ausgangswert des Wasserstandssensors bei der Referenztemperatur, um den Korrekturwert zum Korrigieren des Ausgangswertes des Wasserstandssensors zu berechnen.
  • Das Verfahren kann ferner beinhalten: nach Schritt iii-3), iii-4) ein Verfahren des Einstellens der Temperatur in der Umgebungskammer auf die Temperatur, die höher als die Referenztemperatur ist, und danach Absenken der Temperatur in der Umgebungskammer auf die vorbestimmte Temperatur, die niedriger als die Referenztemperatur ist, mit dem vorbestimmten Temperaturschrittintervall, wobei die Temperatur in Umgebungskammer verringert wird, während jeder Temperaturschritt für eine vorbestimmte Zeit aufrechterhalten wird;
    • iii-5) ein Verfahren des Aufzeichnens des Ausgangswerts des Wasserstandssensors und der aktuellen Temperaturdaten zu dem Zeitpunkt, zu dem jeder Temperaturschritt endet;
    • iii-6) ein Verfahren des Subtrahierens des Ausgangswerts des Wasserstandssensors zu dem Zeitpunkt, wenn jeder Temperaturschritt endet, von dem Ausgangswert des Wasserstandssensors bei der Referenztemperatur, um den Korrekturwert zum Korrigieren des Ausgangswertes des Wasserstandssensors zu berechnen; und
    • iii-7) Berechnen eines endgültigen Korrekturwerts durch Mittelung des in Schritt iii-3) berechneten Korrekturwerts und des in Schritt iii-6) berechneten Korrekturwerts.
  • Der Schritt iv) kann erhalten werden durch Auffinden, wenn eine von einem Temperatursensor erfasste aktuelle Temperatur von der Referenztemperatur verschieden ist, des Korrekturwerts, der der aktuellen Temperatur entspricht, in einem Speicher einer Steuereinheit, und Ausgeben eines Ausgangswert des Wasserstandsensors, auf dem der gefundene Korrekturwert reflektiert wird.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Nicht-flüchtiges computerlesbares Medium, das Programmbefehle enthält, die von einem Prozessor ausgeführt werden, bereitgestellt, wobei das computerlesbare Medium umfasst: Programmbefehle, die Ausgangsdaten eines Wasserstandssensors bei einer Referenztemperatur erfassen; Programmbefehle, die Ausgangswertdaten des Wasserstandssensors für jede Umgebungstemperatur erfassen; Programmbefehle, die einen Korrekturwert für den Ausgangswert des Wasserstandssensors für jede Umgebungstemperatur basierend auf einem Ausgangswert des Wasserstandssensors bei der Referenztemperatur berechnen; und Programmbefehle, die den Ausgangswert des Wasserstandssensors für jede Umgebungstemperatur auf der Basis des berechneten Korrekturwerts korrigieren.
  • Die vorliegende Erfindung liefert die folgenden Wirkungen durch die Mittel zum Lösen der Probleme.
  • Zuerst wird ein separater Temperatursensor in einem Wasserstandssensor angebracht, um eine Änderung einer aktuellen Umgebungstemperatur des Wasserstandssensors zu erfassen, und einen Ausgangswert des Wasserstandssensors für jede aktuell erfasste Temperatur entsprechend einem Ausgangswert des Wasserstandssensors bei einer Referenztemperatur zu korrigieren und auszugeben, und als Ergebnis kann der Wasserstandssensor kontinuierlich einen Wasserstand in einer Wasserfalle ungeachtet der Änderung der Umgebungstemperatur exakt ausgeben.
  • Zweitens kann die Genauigkeit eines Ausgangswerts, der den Wasserstand eines kapazitiven analogen Wasserstandssensors anzeigt, verbessert werden, und ein Problem, dass ein Wasserstandsensor im Stand der Technik eine Ausgabe zeigt, die sich von einem tatsächlichen Wasserstand unterscheidet, wenn die Temperatur von Wasser und einer Umgebungstemperatur geändert werden, kann behoben werden.
  • Weitere Aspekte und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend erläutert.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die obigen und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail unter Bezugnahme auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, die im Folgenden nur zur Veranschaulichung gegeben sind und somit die vorliegende Erfindung nicht beschränken und in denen:
  • 1 (Verwandte Technik) eine schematische Ansicht ist, die eine Wasserfalle eines Brennstoffzellensystems und einen Wasserstandssensors gemäß der verwandten Technik darstellt, der an der Wasserfalle angebracht ist;
  • 2 eine schematische Ansicht ist, die eine Wasserfalle eines Brennstoffzellensystems und eines Wasserstandssensors der vorliegenden Erfindung darstellt, der an der Wasserfalle angebracht ist;
  • 3 ein Graph ist, der eine Änderung eines Ausgangswertes des Wasserstandssensors bei einer Referenztemperatur gemäß einem Wasserstand in der Wasserfalle zeigt;
  • 4 ein Graph ist, der eine Änderung eines Ausgangswertes des Wasserstandssensor für jede Umgebungstemperatur zeigt, wenn der Wasserstand in der Wasserfalle einen Zustand mit niedrigem Wasserstand aufweist;
  • 5 ein Graph ist, der ein Beispiel der Korrektur des Ausgangswertes des Wasserstandssensors gemäß einer aktuellen Temperatur als ein Verfahren zum Erfassen eines Wasserstands gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 6 ein Graph ist, der einen Vergleich des Ausgangswertes des Wasserstandssensors für jede Umgebungstemperatur der vorliegenden Erfindung für einen spezifischen Wasserstand und den Ausgangswert des Wasserstandssensors gemäß der verwandten Technik zeigt; und
  • 7 ein Flussdiagramm ist, das ein Beispiel für die Berechnung eines Korrekturwerts K für den Ausgangswert des Wasserstandssensors in der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • Es versteht sich, daß die beigefügten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind und eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener bevorzugter Merkmale darstellen, die die Grundprinzipien der Erfindung darstellen. Die spezifischen Ausgestaltungsmerkmale der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin offenbart sind, einschließlich beispielsweise spezifischer Abmessungen, Ausrichtungen, Positionen und Formen, werden teilweise durch die spezielle beabsichtigte Anwendungs- und Nutzungsumgebung bestimmt.
  • In den Figuren beziehen sich die Bezugszeichen auf die gleichen oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung in den verschiedenen Figuren der Zeichnung.
  • GENAUE BESCHREIBUNG
  • Es versteht sich, dass der Ausdruck „Fahrzeug” oder „Fahrzeug-” oder andere ähnliche Ausdrücke, wie hierbei verwendet, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen einschließen, wie etwa Personenkraftfahrzeuge, einschließlich Geländefahrzeuge (SUV), Busse, Lastwagen, verschiedene gewerbliche Fahrzeuge, Wasserkraftfahrzeuge einschließlich einer Vielzahl von Booten und Schiffen, Luftfahrzeuge und Ähnliches, und Hybridfahrzeuge, elektrische Fahrzeuge, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und andere alternative Brennstoffahrzeuge (beispielsweise Brennstoffe, welche aus anderen Ressourcen als Erdöl gewonnen werden) umfassen. Wie hierin verwendet, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug mit zwei oder mehr Antriebsquellen, beispielsweise sowohl mit Benzin also auch elektrisch betriebene Fahrzeuge.
  • Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich dem Zwecke der Beschreibung von speziellen Ausführungsformen und soll die Offenbarung nicht einschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen ”ein”, ”eine” und ”der/die/das” ebenfalls die Pluralformen umfassen, außer wenn es der Kontext klar anders anzeigt. Darüber hinaus versteht sich, dass die Ausdrücke ”umfasst” und/oder ”umfassend”, wenn sie in dieser Spezifizierung verwendet werden, das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten spezifiziert, jedoch nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen von einem oder mehreren anderen Merkmalen, Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen derselben ausschließt. Wie hierin verwendet, umfasst der Ausdruck ”und/oder” jede und sämtliche Kombinationen von einem oder mehreren der zugeordneten aufgelisteten Elemente. In der Beschreibung versteht es sich, außer es wird explizit anders beschrieben, dass das Wort „umfassen” und Variationen wie „umfasst” oder „umfassend” das Einschließen angegebener Elemente aber nicht das Ausschließen anderer Elemente impliziert. Zusätzlich bedeuten die in der Spezifizierung beschriebenen Ausdrücke „Einheit”, „-er”, „-or” und „Modul” Einheiten zum Ausführen von mindestens einer Funktion und Operation, und können durch Hardware-Komponenten oder Software-Komponenten und Kombinationen dieser implementiert sein.
  • Darüber hinaus kann die Steuerlogik der vorliegenden Erfindung als nichtflüchtige, computerlesbare Medien auf einem computerlesbaren Medium ausgeführt werden, welche ausführbare Programmanweisungen, welche von einem Prozessor, einer Steuerung/Steuerungseinheit oder dergleichen ausgeführt werden, enthalten. Beispiele des computerlesbaren Mediums umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, ROM, RAM, Compact Disc(CD)-ROMs, Magnetbänder, Disketten, Speichersticks, Speicherkarten und optische Datenspeicherungsvorrichtungen. Das computerlesbare Aufzeichnungsmedium kann ebenfalls in über ein Netzwerk verknüpften Computersystemen verteilt werden, sodass die computerlesbaren Medien in einer verteilten Weise gespeichert und ausgeführt werden, beispielsweise durch einen Telematik-Server oder ein Controller Area Network (CAN).
  • Nachstehend wird nun im Detail auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und nachfolgend beschrieben sind. Während die Erfindung in Verbindung mit Ausführungsbeispielen beschrieben wird, versteht es sich, dass die vorliegende Beschreibung die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränken soll. Im Gegenteil, die Erfindung soll nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen umfassen, die innerhalb des Geistes und Schutzbereichs der Erfindung, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, enthalten sein können.
  • Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • Zunächst wird ein Betriebsablauf einer Wasserfalle, die in einem Brennstoffzellensystem angebracht ist, und ein Wasserstandssensor, der an der Wasserfalle angebracht ist, unter Bezugnahme auf 1 (Stand der Technik) beschrieben, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu unterstützen.
  • Zuerst wird, wenn Wasserstoff einer Anode des Brennstoffzellenstapels zugeführt wird, nicht umgesetzter Wasserstoff, der nicht reagiert, an einen Auslassanschluss der Anode abgeführt, und in diesem Fall fällt Wasser, das in dem nicht umgesetzten Wasserstoff enthalten ist, durch Schwerkraft ab, um in der Wasserfalle gesammelt zu werden, und Wasserstoff, von dem Tröpfchen entfernt wurden, wird zu einem Einlassanschluss der Anode zurückgeführt.
  • In diesem Fall wird ein Wasserstand des in einer Wasserfalle 10 gesammelten Wassers durch einen Wasserstandssensor 12, der an der Wasserfalle 10 angebracht ist, in Echtzeit erfasst, und der Wasserstandssensor 12 besteht aus einer Wasserstandserfassungselektrode 12-1 und einer Leiterplatte (PCB) 12-2, die ein Wasserstandserfassungssignal an eine Steuereinheit überträgt.
  • Wenn daher die Steuereinheit ermittelt, dass der Wasserstand in der Wasserfalle 10 ein vorbestimmtes Niveau oder mehr ist, basierend auf dem Wasserstandserfassungssignal, das von dem Wasserstandssensor 12 gesendet wird, wird das Wasser in der Wasserfalle nach außen durch eine Öffnungssteuerung eines Ablassventils 14, das am Boden der Wasserfalle angeordnet ist, ausgelassen.
  • Der auf der Wasserfalle 10 als kapazitiver analoger Wasserstandssensor angebrachte Wasserstandssensor 12 zeigt einen Wasserstandsausgang innerhalb eines normalen Bereichs bei einem Raumtemperaturzustand, zeigt jedoch eine Ausgabe, die sich von einem tatsächlichen Wasserstand unterscheidet, wenn die Temperatur des Wassers und eine Umgebungstemperatur sich verändern.
  • Beispielsweise hat der Wasserstandssensor 12 die Tendenz, einen Wasserstand auszugeben, der höher als der tatsächliche Wasserstand ist, wenn die Temperatur des Wassers ansteigt.
  • Um das Problem zu lösen, legt die vorliegende Erfindung einen Schwerpunkt auf die Erfassung einer Änderung der Umgebungstemperatur eines Wasserstandssensors, indem ein separater Temperatursensor in dem Wasserstandssensor angebracht wird und der Wasserstand in der Wasserfalle unabhängig von der Änderung der Umgebungstemperatur genau ausgegeben wird durch einen Temperaturkorrekturalgorithmus auf der Grundlage einer erfassten Temperatur.
  • Der Wasserstandssensor für die Wasserfalle und ein Betriebsfluß davon gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend beschrieben.
  • Bezug nehmend auf 2 ist ein separater Temperatursensor 20 in dem Wasserstandssensor 12 angebracht, der in der Wasserfalle 10 montiert ist.
  • Der Wasserstandssensor 12 wird als der kapazitive, analoge Wasserstandssensor verwendet, der aus der Wasserstandserfassungselektrode 12-1 und der Leiterplatte (PCB) 12-2 besteht, die das Wasserstandsdetektionssignal an die Steuereinheit sendet, und der Temperatursensor 20 ist an einem angrenzenden Teil der Elektrode 12-1 des Wasserstandsensors 12 angebracht.
  • Der Grund für die Montage des Temperatursensors 20 auf dem angrenzenden Teil der Elektrode 12-1 des Wasserstandsensors 12 besteht darin, dass ein Ausgangswert des Wasserstandssensors 12 durch eine Temperatur der Elektrode 12-1 beeinflusst wird.
  • Daher wird der Ausgangswert des Wasserstandssensors 12, der durch die Temperatur beeinflusst wird, unter Verwendung eines Erfassungswerts des Temperatursensors 20 korrigiert, und als Ergebnis kann der Ausgangswert des Wasserstandssensors 12 ausgegeben werden, um einen Wasserstand in der Wasserfalle unabhängig von einer Änderung der Umgebungstemperatur genau auszugeben.
  • Nachstehend wird ein Verfahren zum Korrigieren des Ausgangswerts des Wasserstandssensors in Übereinstimmung mit der Umgebungstemperatur gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Zuerst werden die Ausgangsdaten des Wasserstandssensors für einen Zustand, in dem der Wasserstand in der Wasserfalle ein niedriger Wasserstand (leer) ist und ein voller Wasserstand (voll) ist, bei einer Referenztemperatur Ta erfasst.
  • Die Ausgangswerte C1 und C2 des Wasserstandssensors für den Zustand, in dem der Wasserstand in der Wasserfalle der niedrige Wasserstand (leer) und der volle Wasserstand (voll) bei der Referenztemperatur Ta ist, und ein Ausgangswert (C = F(x)) des Wasserstandssensors in einem Bereich zwischen dem unteren Wasserstand (leer) und dem vollen Wasserstand (voll), werden im Wesentlichen linear ausgegeben, wie in 3 dargestellt.
  • Daher werden die Ausgangswerte C1 und C2 des Wasserstandssensors für den Zustand, in dem der Wasserstand in der Wasserfalle der niedrige Wasserstand (leer) und der volle Wasserstand (voll) bei der Referenztemperatur Ta ist, und der Ausgangswert (C = f(x)) des Wasserstandssensors im Bereich zwischen dem unteren Wasserstand (leer) und dem gesamten Wasserstand (voll) in einem Speicher der Steuereinheit gespeichert.
  • Als nächstes werden die Ausgangswertdaten des Wasserstandssensors für jede Umgebungstemperatur in dem Zustand, in der der Wasserstand in der Wasserfalle der niedrige Wasserstand ist, erfasst.
  • In diesem Fall ist der Grund für das Erfassen des Ausgangswertes des Wasserstandssensors für jede Umgebungstemperatur nur unter der Bedingung des niedrigen Wasserspiegels, dass die Ausgangswerte des Wasserstandssensors für jede Umgebungstemperatur in dem Zustand, in dem das Wasser in der Wasserfalle der niedrige Wasserstand ist, in dem Zustand zwischen dem niedrigen Wasserstand und dem vollen Wasserstand, und in dem Zustand des vollen Wasserstands in ähnlicher Weise geändert werden.
  • Bezug nehmend auf 4 wird im Fall der Änderung des Ausgangswerts des Wasserstandssensors für jede Umgebungstemperatur bei dem Zustand mit niedrigem Wasserstand (leer), der Ausgangswert bei einer Temperatur T_LOW, die niedriger als die Referenztemperatur Ta ist, ausgegeben, um niedriger zu sein als ein Ausgangswert C3 bei der Referenztemperatur Ta, und der Ausgangswert bei einer Temperatur T_HIGH, die höher als die Referenztemperatur Ta ist, wird ausgegeben, um höher als der Ausgangswert C3 zu sein. Dies zeigt, dass der Ausgangswert des Wasserstandssensors entsprechend der Umgebungstemperatur verändert wird.
  • Anschließend wird ein Korrekturwert K für den Ausgangswert des Wasserstandssensors für jede Umgebungstemperatur (beispielsweise für jede Umgebungstemperatur der Elektrode) basierend auf dem Ausgangswert des Wasserstandssensors bei der Referenztemperatur Ta berechnet.
  • Ein Beispiel eines Verfahrens zum Berechnen des Korrekturwerts K wird nachfolgend unter Bezugnahme auf ein Flußdiagramm gemäß 7 beschrieben.
  • Die Wasserfalle, auf der der Wasserstandssensor einschließlich des Temperatursensors angebracht ist, wird in einer Umgebungskammer (S101) eingesetzt.
  • Als nächstes wird eine Temperatur in der Kammer auf die Temperatur T_LOW eingestellt, welche niedriger als die Referenztemperatur Ta ist, und danach auf eine vorbestimmte Temperatur T_HIGH erhöht, die höher als die Referenztemperatur Ta ist, bei einem Temperaturstufenintervall von 2°C, wobei jeder Temperaturschritt mit einem Minimum von 180 Sekunden gehalten wird (S102).
  • In diesem Fall werden der Ausgangswert des Wasserstandssensors und die aktuellen Temperaturdaten zu dem Zeitpunkt aufgezeichnet, bei dem jeder Temperaturschritt endet (S103).
  • Anschließend wird der Ausgangswert des Wasserstandssensors zu dem Zeitpunkt, zu dem jeder Temperaturschritt endet, von dem Ausgangswert des Wasserstandssensors bei der Referenztemperatur subtrahiert, um den Korrekturwert K zum Korrigieren des Ausgangswertes des Wasserstandssensors zu berechnen (S104).
  • Währenddessen wird die Temperatur in der Kammer auf die Temperatur T_HIGH eingestellt, die höher als die Referenztemperatur Ta ist, und danach wird der Korrekturwert erneut berechnet, um die Genauigkeit der Berechnung des Korrekturwerts K zu erhöhen.
  • Zu diesem Zweck wird die Temperatur in der Kammer auf die Temperatur T_HIGH, die höher als die Referenztemperatur Ta ist, eingestellt und danach auf eine vorbestimmte Temperatur T_LOW verringert, die niedriger als die Referenztemperatur Ta ist, bei dem Temperaturschrittintervall von 2°C, wobei jeder Temperaturschritt für ein Minimum von 180 Sekunden pro Schritt gehalten wird (S105).
  • Selbst in diesem Fall werden der Ausgangswert des Wasserstandssensors und die aktuellen Temperaturdaten zu dem Zeitpunkt aufgezeichnet, bei dem jeder Temperaturschritt endet (S106).
  • In ähnlicher Weise wird der Ausgangswert des Wasserstandssensors zu dem Zeitpunkt, wenn jeder Temperaturschritt endet, von dem Ausgangswert des Wasserstandssensors bei der Referenztemperatur subtrahiert, um den Korrekturwert K zum Korrigieren des Ausgangswertes des Wasserstandssensors (S107) zu berechnen.
  • Wie oben beschrieben, wird der Schritt des Berechnens des Korrekturwerts zweimal wiederholt, und die resultierenden Werte, die zweimal wiederholt wurden, werden gemittelt, um einen endgültigen Korrekturwert K zu berechnen (S108).
  • Der schließlich berechnete Korrekturwert K wird auf eine Tabelle oder eine Gleichung, die in dem Speicher der Steuereinheit gespeichert werden soll, angewendet.
  • Dementsprechend kann der Ausgangswert des Wasserstandssensors für jede Umgebungstemperatur basierend auf dem berechneten Korrekturwert korrigiert werden.
  • Insbesondere wenn eine durch den Temperatursensor erfasste aktuelle Temperatur Tb von der Referenztemperatur Ta verschieden ist, wie in 5 dargestellt, wird der Korrekturwert K, der der aktuellen Temperatur Tb entspricht, in dem Speicher der Steuereinheit gefunden und ein Ausgangswert des Wasserstandssensors, auf dem der gefundene Korrekturwert K reflektiert wird, wird ausgegeben.
  • Beispielsweise, wenn angenommen wird, dass die Referenztemperatur Ta 10°C ist und der Ausgangswert des Wasserstandssensors bei der Referenztemperatur Ta von 10°C 100 ist, und unter der Annahme, dass die aktuelle Temperatur Tb, die durch den Temperatursensor erfasst wird, –10°C ist und dass der Ausgangswert des Wasserstandssensors bei der aktuellen Temperatur Tb von –10°C 50 beträgt, der Korrekturwert 50 wird, und demzufolge wird der Ausgangswert des Wasserstandsensors, auf dem der Korrekturwert von 50 reflektiert wird, 100.
  • Wie oben beschrieben, ist der separate Temperatursensor in dem Wasserstandssensor angebracht, um die Änderung der aktuellen Umgebungstemperatur des Wasserstandssensors zu erfassen, und den Ausgangswert des Wasserstandssensors für jede aktuell detektierte Temperatur entsprechend dem Ausgang des Wasserstandssensors bei der Referenztemperatur zu korrigieren und auszugeben, und dadurch kann der Wasserstandssensor kontinuierlich den Wasserstand in der Wasserfalle ungeachtet der Änderung der Umgebungstemperatur exakt ausgeben.
  • Mit anderen Worten variiert der Ausgangswert des Wasserstandssensors für jede Umgebungstemperatur für einen spezifischen Wasserstand im Vergleich zu dem Ausgangswert bei der Referenztemperatur Ta, wie in 6 gemäß dem der verwandten Technik dargestellt, jedoch kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein konstanter Ausgangswert des Wasserstandssensors bei dem spezifischen Wasserstand im Vergleich zu dem Ausgangswert bei der Referenztemperatur Ta unabhängig von der Umgebungstemperatur ausgegeben werden, wobei die Genauigkeit des Ausgangswerts, der den Wasserstand des kapazitiven analogen Wasserstandssensors anzeigt, verbessert werden kann.
  • Die Erfindung wurde im Detail unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben. Es ist jedoch für Fachleute ersichtlich, dass Änderungen an diesen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne von den Prinzipien und dem Geist der Erfindung abzuweichen, deren Umfang in den beigefügten Ansprüchen und ihren Äquivalenten definiert ist.

Claims (10)

  1. Vorrichtung zum Erfassen eines Wasserstands einer Wasserfalle, wobei die Vorrichtung aufweist: einen Wasserstandsensor, der an der Wasserfalle angebracht ist; einen auf dem Wasserstandsensor angebrachten Temperatursensor; und eine Steuereinheit, die einen Ausgangswert des Wasserstandssensors in Abhängigkeit von einer aktuell erfassten Temperatur des Temperatursensors zu einem Ausgangswert des Wasserstandssensors in Abhängigkeit von einer Referenztemperatur korrigiert.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Temperatursensor an einem Rand einer Elektrode des Wasserstandsensors montiert ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit einen Korrekturwert zum Korrigieren eines Ausgangswerts des Wasserstandssensors für jede vom Temperatursensor erfasste aktuelle Temperatur zu dem Ausgangswert des Wasserstandssensors in Abhängigkeit von der Referenztemperatur speichert.
  4. Verfahren zum Erfassen eines Wasserstands einer Wasserfalle, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: i) Erfassen von Ausgangsdaten eines Wasserstandssensors bei einer Referenztemperatur durch eine Steuereinheit; ii) Erfassen von Ausgangswertdaten des Wasserstandssensors für jede Umgebungstemperatur durch eine Steuereinheit; iii) Berechnen eines Korrekturwerts für den Ausgangswert des Wasserstandssensors für jede Umgebungstemperatur auf der Basis eines Ausgangswerts des Wasserstandssensors bei der Referenztemperatur durch eine Steuereinheit; und iv) Korrigieren des Ausgangswertes des Wasserstandssensors für jede Umgebungstemperatur durch eine Steuereinheit auf der Grundlage des berechneten Korrekturwerts.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei in Schritt i) als Ausgangsdaten des Wasserstandssensors ein Ausgangswert des Wasserstandssensors für einen Zustand, in dem ein Wasserstand in der Wasserfalle ein niedriger Wasserstand ist oder ein voller Wasserstand ist bei der Referenztemperatur, und ein Ausgangswert des Wasserstandssensors in einem Bereich zwischen dem niedrigen Wasserstand und dem vollen Wasserstand erfasst werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei in Schritt ii) die Ausgangswertdaten des Wasserstandssensors für jede Umgebungstemperatur unter der Bedingung erfasst werden, dass der Wasserstand in der Wasserfalle der niedrige Wasserstand ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 4, wobei Schritt iii) beinhaltet: iii-1) ein Verfahren des Einstellens einer Temperatur in einer Kammer auf eine Temperatur, die niedriger als die Referenztemperatur (Ta) ist, und danach Erhöhen der Temperatur in der Kammer auf eine vorbestimmte Temperatur, die höher als die Referenztemperatur (Ta) ist, in einem vorbestimmten Temperaturschrittintervall, in einem Zustand bei dem die Wasserfalle, auf der der Wasserstandssensor mit einem Temperatursensor montiert ist, in einer Umgebungskammer eingesetzt wird, wobei die Temperatur in der Umgebungskammer erhöht wird, während jeder Temperaturschritt für eine vorbestimmte Zeit aufrechterhalten wird; iii-2) ein Verfahren des Aufzeichnens des Ausgangswerts des Wasserstandssensors und der aktuellen Temperaturdaten zu dem Zeitpunkt, zu dem jeder Temperaturschritt endet; und iii-3) ein Verfahren des Subtrahierens des Ausgangswerts des Wasserstandssensors zu dem Zeitpunkt, wenn jeder Temperaturschritt endet, von dem Ausgangswert des Wasserstandssensors bei der Referenztemperatur, um den Korrekturwert zum Korrigieren des Ausgangswertes des Wasserstandssensors zu berechnen.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, ferner aufweisend: nach Schritt iii-3), iii-4) ein Verfahren des Einstellens der Temperatur in der Umgebungskammer auf die Temperatur, die höher als die Referenztemperatur ist, und danach Absenken der Temperatur in der Umgebungskammer auf die vorbestimmte Temperatur, die niedriger als die Referenztemperatur ist, mit dem vorbestimmten Temperaturschrittintervall, wobei die Temperatur in Umgebungskammer verringert wird, während jeder Temperaturschritt für eine vorbestimmte Zeit aufrechterhalten wird; iii-5) ein Verfahren des Aufzeichnens des Ausgangswerts des Wasserstandssensors und der aktuellen Temperaturdaten zu dem Zeitpunkt, zu dem jeder Temperaturschritt endet; iii-6) ein Verfahren des Subtrahierens des Ausgangswerts des Wasserstandssensors zu dem Zeitpunkt, wenn jeder Temperaturschritt endet, von dem Ausgangswert des Wasserstandssensors bei der Referenztemperatur, um den Korrekturwert zum Korrigieren des Ausgangswertes des Wasserstandssensors zu berechnen; und iii-7) Berechnen eines endgültigen Korrekturwerts durch Mittelung des in Schritt iii-3) berechneten Korrekturwerts und des in Schritt iii-6) berechneten Korrekturwerts.
  9. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt iv) erhalten wird durch Auffinden, wenn eine von einem Temperatursensor erfasste aktuelle Temperatur von der Referenztemperatur verschieden ist, des Korrekturwerts, der der aktuellen Temperatur entspricht, in einem Speicher einer Steuereinheit, und Ausgeben eines Ausgangswert des Wasserstandsensors, auf dem der gefundene Korrekturwert reflektiert wird.
  10. Nicht-flüchtiges computerlesbares Medium, das Programmbefehle enthält, die von einem Prozessor ausgeführt werden, wobei das computerlesbare Medium umfasst: Programmbefehle, die Ausgangsdaten eines Wasserstandssensors bei einer Referenztemperatur erfassen; Programmbefehle, die Ausgangswertdaten des Wasserstandssensors für jede Umgebungstemperatur erfassen; Programmbefehle, die einen Korrekturwert für den Ausgangswert des Wasserstandssensors für jede Umgebungstemperatur basierend auf einem Ausgangswert des Wasserstandssensors bei der Referenztemperatur berechnen; und Programmbefehle, die den Ausgangswert des Wasserstandssensors für jede Umgebungstemperatur auf der Basis des berechneten Korrekturwerts korrigieren.
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