DE10312101A1 - Vorrichtung zur Messung eines Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter - Google Patents

Vorrichtung zur Messung eines Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter Download PDF

Info

Publication number
DE10312101A1
DE10312101A1 DE10312101A DE10312101A DE10312101A1 DE 10312101 A1 DE10312101 A1 DE 10312101A1 DE 10312101 A DE10312101 A DE 10312101A DE 10312101 A DE10312101 A DE 10312101A DE 10312101 A1 DE10312101 A1 DE 10312101A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
guide channel
sound guide
level
sound
container
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE10312101A
Other languages
English (en)
Inventor
Mathias Rollwage
Klaus Marx
Peter Traub
Stefan Muelders
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE10312101A priority Critical patent/DE10312101A1/de
Priority to US10/790,844 priority patent/US7213456B2/en
Publication of DE10312101A1 publication Critical patent/DE10312101A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/296Acoustic waves
    • G01F23/2962Measuring transit time of reflected waves

Abstract

Bekannte Vorrichtungen zur Messung eines Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter messen den Füllstand mittels eines Ultraschallwandlers, wobei ein niedriger Füllstand nahe einem Behälterboden nicht oder nur ungenau gemessen werden kann, da die Laufzeit des ausgesendeten Schallimpulses bei niedrigem Füllstand so kurz ist, daß der ausgesendete Schallimpuls noch nicht abgeklungen ist, bevor das Echo bereits zurückkommt. Der ausgesendete Schallimpuls überschneidet sich dann mit dem Echo, so daß die tatsächliche Laufzeit des Schallimpulses nicht exakt ermittelt werden kann. DOLLAR A Die Montage der erfindungsgemäßen Vorrichtung in dem Behälter wird vereinfacht, indem ein Schallführungskanal (2) und ein Ultraschallwandler (3) an einer Flüssigkeitsfördereinrichtung (6) vorgesehen sind.

Description

  • Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Messung eines Füllstandes nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine Vorrichtung zur Messung eines Füllstandes aus der DE 199 42 378 A1 bekannt, bei der ein Ultraschallwandler außerhalb eines Kraftstoffbehälters nahe einem Ende eines zwischen einem Behälterboden und einer Deckenwandung vorgesehenen Schallführungskanals angeordnet ist. Der Ultraschallwandler sendet Ultraschallwellen in den Schallführungskanal, wobei die Ultraschallwellen an einem Flüssigkeitsspiegel reflektiert werden. Die reflektierten Ultraschallwellen werden von dem Ultraschallwandler empfangen und in einer Auswerteeinheit ausgewertet. Aus einer Laufzeit der Ultraschallwellen wird ein Füllstand ermittelt. Nachteilig daran ist, dass ein niedriger Füllstand nahe dem Behälterboden nicht mehr gemessen werden kann, da die Laufzeit der ausgesendeten Ultraschallwelle bei niedrigem Füllstand so kurz ist, daß die ausgesendete Ultraschallwelle noch nicht abgeklungen ist bevor die reflektierte Ultraschallwelle bereits zurückkommt. Die Vorrichtung weist somit einen vergleichsweise hohen minimal meßbaren Füllstand auf.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung eines Füllstandes mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß auf einfache Art und Weise eine Verbesserung dahingehend erzielt wird, daß trotz der Möglichkeit der Messung auch kleinster Füllstandshöhen eine einfache Anordnung der Vorrichtung im Behälter möglich ist, da die erfindungsgemäße Vorrichtung an einer in den Behälter ragenden Flüssigkeitsfördereinrichtung angeordnet ist. Dadurch müssen die Hersteller von Behältern keine Halterungen mehr für die Befestigung von Vorrichtungen zur Messung eines Füllstandes in oder an dem Behälter vorsehen. Die Montage der erfindungsgemäßen Vorrichtung an der Flüssigkeitsfördereinrichtung ist wesentlich kostengünstiger und einfacher als die Montage an dem Behälter.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung zur Messung eines Füllstandes möglich.
  • Vorteilhaft ist es, den Schallführungskanal und/oder den Ultraschallwandler an einem Außenumfang der Flüssigkeitsfördereinrichtung anzugießen, anzukleben, anzuschweißen, anzuclipsen oder anzuschrauben, da dies besonders kostengünstige Verbindungen sind.
  • Besonders vorteilhaft ist, wenn der Schallführungskanal im Anschluß an den Vorlaufbereich wenigstens eine Biegung mit einer Umlenkung und wenigstens einen geraden Bereich mit einem Kanalsteigungswinkel aufweist, da auf diese Weise die Laufzeit der ausgesendeten Schallimpulse an die Geometrie des jeweiligen Behälters angepaßt werden kann. Dies ist notwendig, da die heutigen Behälter sehr unterschiedlich konstruiert sind. Aus der Laufzeit des Schallimpulses wird der Füllstand bestimmt und mittels einer in einer Auswerteeinheit gespeicherten Kennlinie auf ein Füllvolumen geschlossen. Abhängig von der Geometrie des Behälters kann sich eine ungünstige große Steigung der Kennlinie ergeben. Die große Steigung der Kennlinie bedeutet eine niedrige Empfindlichkeit der Messung des Füllstandes, da eine geringe Änderung der Laufzeit des Schallimpulses eine große Änderung des Füllvolumens bedeutet. Bei einer großen Steigung der Kennlinie ist ein Intervall der Laufzeit vom minimal meßbaren Füllstand bis zum maximalen Füllstand klein, so daß die Empfindlichkeit der Messung und damit die Meßgenauigkeit geringer ist. Durch Variation der Anzahl der Biegungen und der Anzahl der geraden Bereiche, des Winkels der Umlenkung an der jeweiligen Biegung und durch Variation des Kanalsteigungswinkels des jeweiligen geraden Bereichs des Schallführungskanals ist es beispielsweise möglich, die Laufzeit der ausgesendeten Schallimpulse und damit die Steigung der Kennlinie so anzupassen, daß sich möglichst über den gesamten Bereich des Füllvolumens eine hohe Empfindlichkeit und damit niedrige Steigung der Kennlinie ergibt. Besonders bei niedrigen Füllständen ist eine hohe Empfindlichkeit erforderlich, damit ein Fahrer eines Kraftfahrzeugs eine genaue und zuverlässige Füllstandsanzeige bekommt.
  • Darüber hinaus vorteilhaft ist, einen Ultraschallwandler einzusetzen, der Sender und Empfänger und damit besonders kostengünstig ist und die Vorrichtung vereinfacht.
  • Vorteilhaft ist, wenn der Schallführungskanal wenigstens eine Referenzreflektionsfläche aufweist, da auf diese Weise Störeinflüsse, wie beispielsweise die die Schallgeschwindigkeit und damit die Laufzeit der Schallimpulse beeinflussende Temperatur der Flüssigkeit, nachträglich in einer Auswerteeinheit kompensiert werden können.
  • Desweiteren vorteilhaft ist es, wenn der Schallführungskanal wenigstens zwei Öffnungen aufweist, damit Flüssigkeit in den Schallführungskanal einströmen und sich der gleiche Füllstand wie in dem Behälter einstellen kann. Durch diese Öffnungen ist ein Druckausgleich zwischen dem Schallführungskanal und dem Behälter sichergestellt.
  • Vorteilhaft ist, wenn der an der Flüssigkeitsfördereinrichtung vorgesehene Schallführungskanal an seinem oberen Ende einen flexiblen Abschnitt aufweist, damit er sich in der Länge an den veränderlichen Abstand zwischen einer Deckenwandung und einem Behälterboden des Behälters anpassen kann.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. 1 zeigt eine Flüssigkeitsfördereinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Messung eines Füllstandes in einem Behälter eines Kraftfahrzeugs, 2 eine Flüssigkeitsfördereinrichtung mit einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem mehrere Biegungen aufweisenden Schallführungskanal und 3 eine Kennlinie, die das Füllvolumen des Behälters als Funktion der Laufzeit darstellt.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • 1 zeigt eine Flüssigkeitsfördereinrichtung, beispielsweise eine Kraftstofffördereinrichtung, mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Messung eines Füllstandes in einem Behälter, beispielsweise einem Kraftstoffbehälter eines Kraftfahrzeugs.
  • Die Vorrichtung kann den Füllstand und das Füllvolumen des Kraftstoffs in dem Kraftstoffbehälter messen.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem Schallführungskanal 2 und einem Ultraschallwandler 3. Der Schallführungskanal 2 und der Ultraschallwandler 3 sind an einer Flüssigkeitsfördereinrichtung 6, beispielsweise einer Kraftstofffördereinrichtung 6, angeordnet, die in einen Behälter 1, beispielsweise in einen Kraftstoffbehälter 1, eingesetzt ist.
  • Die Kraftstofffördereinrichtung 6 weist wenigstens eine Kraftstoffpumpe auf, beispielsweise eine Elektrokraftstoffpumpe. Sie kann aber auch weitere Komponenten, wie beispielsweise Filterelemente, Druckregler und Rückschlagventile enthalten.
  • Eine Kraftstofffördereinrichtung ist beispielsweise in der DE 44 35 508 A1 und in der DE 196 17 496 C2 veröffentlicht, wobei die Inhalte dieser Anmeldungen ausdrücklich Teil der Offenbarung der vorliegenden Anmeldung sein sollen.
  • In dem Kraftstoffbehälter 1 befindet sich als Flüssigkeit Kraftstoff bis zu einem Füllstand 4. Der Kraftstoff in dem Kraftstoffbehälter 1 hat ein Füllvolumen V. Auf der Höhe des Füllstands 4 befindet sich der Kraftstoffspiegel 5 als Grenzfläche zwischen Kraftstoff und einem darüber liegenden Leervolumen 8, das mit einem Gasgemisch beispielsweise bestehend aus Luft und verflüchtigtem Kraftstoff ausgefüllt ist. Der Kraftstoffbehälter 1 kann eine beliebige Form haben und beispielsweise als Satteltank oder Mehrkammertank ausgebildet sein.
  • Der Ultraschallwandler 3 ist an einem unteren Ende 7 der Kraftstofffördereinrichtung 6 an einem Außenumfang angeordnet. Der Ultraschallwandler 3 ist beispielsweise an der Außenwand der Kraftstofffördereinrichtung 6 angegossen, angeklebt, angeclipst, angeschweißt oder angeschraubt. An den Ultraschallwandler 3 schließt sich ein Vorlaufbereich 11 des Schallführungskanals 2 unmittelbar an. Der Schallführungskanal 2 ist an dem Ultraschallwandler 3 beispielsweise angegossen, angeklebt, angeclipst oder angeschweißt.
  • Der Schallführungskanal 2 verläuft von dem Ultraschallwandler 3 ausgehend in dem Vorlaufbereich 11 beispielsweise geradlinig in gleicher horizontaler Richtung wie ein Behälterboden 12 des Kraftstoffbehälters 1. Der Vorlaufbereich 11 kann aber auch geschlungen mit Biegungen oder schräg mit einer Steigung vorgesehen sein. Der Schallführungskanal 2 weist an den Vorlaufbereich 11 anschließend einen Meßrohrbereich 16 auf. Der Meßrohrbereich 16 weist an den Vorlaufbereich 11 anschließend eine erste Biegung 15 mit einem Biegeradius 14 und einer Umlenkung 13 auf. Die Umlenkung 13 beträgt beispielsweise neunzig Grad, kann aber auch kleiner oder größer neunzig Grad betragen. Unter der Umlenkung 13 wird im Folgenden immer ein Winkel verstanden. An die erste Biegung 15 des Meßrohrbereichs 16 anschließend verläuft der Meßrohrbereich 16 beispielsweise geradlinig in Richtung einer Deckenwandung 9 des Kraftstoffbehälters 1. Der Meßrohrbereich 16 kann neben der ersten Biegung 15 mit beliebig vielen weiteren Biegungen 27 (2) versehen sein.
  • Nahe an den zwei Enden des Schallführungskanals 2 ist jeweils eine Öffnung 17 in der Wandung des Schallführungskanals 2 angeordnet. Es kann aber auch eine Vielzahl von Öffnungen 17 vorgesehen sein, die über die gesamte Länge des Schallführungskanals 2 verteilt angeordnet sind und gleichzeitig als Filter wirken und keine Verunreinigungen in den Schallführungskanal 2 einströmen lassen. Die Öffnungen 17 können beispielsweise rund, oval, rechteckig oder vieleckig sein. In dem Schallführungskanal 2 befindet sich Kraftstoff bis zu einem Füllstand 4.1. Auf der Höhe des Füllstands 4.1 befindet sich im Schallführungskanal 2 der Kraftstoffspiegel 5.1 als Grenzfläche zwischen Kraftstoff und einem darüber liegenden Leervolumen 8.1, das mit einem Gasgemisch beispielsweise bestehend aus Luft und verflüchtigtem Kraftstoff ausgefüllt ist.
  • Der Schallführungskanal 2 bestehend aus Vorlaufbereich 11 und Meßrohrbereich 16 ist beispielsweise einteilig ausgeführt und beispielsweise aus Kunststoff hergestellt, kann aber auch aus Metall sein.
  • Der Ultraschallwandler 3 soll möglichst nahe an der Innenseite des Behälterbodens 12 liegen.
  • Innerhalb des Schallführungskanals 2 ist eine Referenzreflektionsfläche 19 vorgesehen, die beispielsweise eben ist und quer teilweise in den Schallführungskanal 2 hineinragt. Die Referenzreflektionsfläche 19 kann aber auch uneben sein und in beliebiger Richtung teilweise in den Schallführungskanal 2 hineinragen. Sie ist beispielsweise einteilig mit dem Schallführungskanal 2 verbunden. Die Referenzreflektionsfläche 19 kann beispielsweise auch ein in den Schallführungskanal 2 hineinragender und als Öffnung 17 dienender Kanal sein, der einen Schallimpuls reflektiert. Es können auch mehrere Referenzreflektionsflächen 19 im Schallführungskanal 2, sowohl im Vorlaufbereich 11 als auch im Meßrohrbereich 16, angeordnet sein.
  • Durch die Öffnungen 17 kann Kraftstoff in den Schallführungskanal 2 hinein bzw. aus dem Schallführungskanal 2 heraus strömen. Dies geschieht, sobald der Füllstand 4 und der Füllstand 4.1 unterschiedlich hoch sind. Ist der Füllstand 4 höher als der Füllstand 4.1, beispielsweise nach einem Betanken des Kraftstoffbehälters 1, strömt Kraftstoff durch die unterhalb des Kraftstoffspiegels 5 liegenden Öffnungen 17 in den Schallführungskanal 2. Ist der Füllstand 4.1 höher als der Füllstand 4, beispielsweise durch den Verbrauch an Kraftstoff durch eine Brennkraftmaschine, strömt umgekehrt Kraftstoff aus dem Schallführungskanal 2 in den Kraftstoffbehälter 1. Durch den Kraftstoffaustausch zwischen dem Kraftstoffbehälter 1 und dem Schallführungskanal 2 stellt sich aber immer nach einer gewissen Zeit ein Gleichgewicht mit gleich hohen Füllständen 4 und 4.1 ein, solange der Füllstand 4 oberhalb der in Bezug zum Behälterboden 12 untersten Öffnung 17 liegt. Der in den Schallführungskanal 2 einfließende Kraftstoff verdrängt mit seinem Volumen Gas, das durch die Öffnungen 17, die oberhalb des Kraftstoffspiegels 5 liegen, aus dem Schallführungskanal 2 in den Kraftstoffbehälter 1 ausströmt. Umgekehrt strömt auch Gas durch die oberhalb des Kraftstoffspiegels 5 liegenden Öffnungen 17 in den Schallführungskanal 2 ein, wenn Kraftstoff aus dem Schallführungskanal 2 ausströmt. Durch die Öffnungen 17 erfolgt somit ein Druckausgleich zwischen Kraftstoffbehälter 1 und Schallführungskanal 2 sowohl in Bezug auf den flüssigen Kraftstoff als auch auf das Gas.
  • Sinkt der Kraftstoffspiegel 5 unter die in Bezug zum Behälterboden 12 unterste Öffnung 17, kann kein Kraftstoff mehr in den Schallführungskanal 2 einfließen.
  • Der Schallführungskanal 2 verringert bzw. dämpft die durch Schwappbewegungen hervorgerufenen Änderungen des Füllstands 4.1, da sich der Füllstand 4.1 durch Kraftstoffaustausch zwischen dem Kraftstoffbehälter 1 und dem Schallführungskanal 2 mittels der Öffnungen 17 dem Füllstand 4 erst zeitverzögert und allmählich anpaßt. Auf diese Weise wird erreicht, daß das gemessene Füllvolumen V des Kraftstoffes durch Schwappbewegungen im Kraftstoffbehälter 1, die beispielsweise bei Kurvenfahrten oder bei Beschleunigung eines Kraftfahrzeugs auftreten können, weniger stark verfälscht wird als bei herkömmlichen Vorrichtungen.
  • Der Ultraschallwandler 3 ist beispielsweise ein Impuls-Echo-Sensor, der getaktet kurze Schallimpulse erzeugt und aussendet und eine Laufzeit t zwischen dem Zeitpunkt des Aussendens des Impulses und dem Zeitpunkt des Wiederkehrens des reflektierten Schallimpulses, des sogenannten Echos, mißt. Es kann aber auch ein anderer Sensor eingesetzt werden, der beispielsweise kontinuierlich Schallwellen erzeugt: und aussendet, wobei hier nicht die Laufzeit t ermittelt, sondern eine Phasenverschiebung zwischen den ausgesendeten und reflektierten Schallwellen gemessen wird. Der Ultraschallwandler 3 ist beispielsweise gleichzeitig Sender und Empfänger. Es kann aber auch ein Ultraschallwandler eingesetzt werden, bei dem Sender und Empfänger räumlich getrennt sind.
  • Der von dem Ultraschallwandler 3 erzeugte Schallimpuls mit einer vorbestimmten Intensität überträgt sich hauptsächlich auf den Kraftstoff in dem Schallführungskanal 2. Der Schallimpuls breitet sich in dem Kraftstoff mit einer Schallgeschwindigkeit in der Richtung des Schallführungskanals 2 aus, wird geleitet durch die Kanalwandung 22 des Schallführungskanals 2, trifft schließlich auf den Kraftstoffspiegel 5.1 und wird dort reflektiert. Der reflektierte Schallimpuls bewegt sich nun mit Schallgeschwindigkeit in Richtung des Schallhührungskanals 2 in entgegengesetzter Richtung zurück zum Ultraschallwandler 3, der den reflektierten Schallimpuls detektiert und die Laufzeit t des Schallimpulses registriert.
  • Wichtige ist, daß die Laufzeit t des Schallimpulses nicht zu kurz ist und der reflektierte Schallimpuls schon nach zu kurzer Zeit wieder am Ultraschallwandler 3 ankommt, da dann der Ultraschallwandler 3 mit seiner charakteristischen Ausschwingdauer noch von dem zuletzt erzeugten Schallimpuls ausschwingt und noch nicht für die Detektion des Echos bereit ist. Um die Laufzeit aber gerade bei niedrigen Füllständen 4 zu verlängern, ist bei dem Schallführungskanal 2 der horizontal bzw. waagerecht verlaufende Vorlaufbereich 11 vorgesehen, der den Weg des Schallimpulses bis zu dem Kraftstoffspiegel 5.1 verlängert. Durch den Vorlaufbereich 11 reicht die Laufzeit t aus, die ein Schallimpuls für das Durchlaufen des Schallführungskanals 2 bis zu einem minimalen Füllstand 4, der gerade noch meßbar ist, und zurück zum Ultraschallwandler 3 benötigt, um den erzeugten ausschwingenden Schallimpuls von seinem reklektierten Schallimpuls, seinem Echo, sicher zu trennen. Die Länge des Vorlaufbereichs 11 hängt also von einer Mindestlaufzeit ab, die der Ultraschallwandler 3 zum Ausschwingen benötigt, um anschließend sicher den reflektierten Schallimpuls zu detektieren.
  • Die Laufzeit t des Schallimpulses darf auch nicht zu lang sein, da die Intensität des Schallimpulses mit steigender Laufzeit abnimmt. Ist die Intensität des Schallimpulses zu gering, kann der Ultraschallwandler 3 den reflektierten Schallimpuls nicht mehr detektieren.
  • Der ausgesendete Schallimpuls wird sowohl an der Kanalwandung der ersten Biegung 15 als auch an eventuell weiteren Biegungen reflektiert. Der Biegeradius, beispielsweise der Biegeradius 14, muß dabei ausreichend groß sein, damit der Schallimpuls in Richtung Flüssigkeitsspiegel 5.1 reflektiert wird und sich weiter in diese Richtung bewegt. Der Biegeradius 14 der ersten Biegung 15 darf nicht zu klein sein, um die Leitung der Schallimpulse in Richtung Kraftstoffspiegel 5.1 nicht negativ zu beeinträchtigen. Ein zu kleiner Biegeradius 14 führt zu einer zumindest teilweisen Reflektion des Schallimpulses an der Kanalwandung 22 zurück in Richtung Ultraschallwandler 3, so daß ein unerwünschtes zusätzliches Echo auftritt und der am Kraftstoffspiegel 5.1 refektierte Schallimpuls zumindest sehr schwach ausfällt. Das zusätzliche Echo würde zu einer fehlerhaften Laufzeitmessung führen.
  • Über das Produkt aus Schallgeschwindigkeit und Laufzeit wird der Füllstand 4 bestimmt. Mittels einer in einer Auswerteeinheit 23 gespeicherten Kennlinie 24 wird auf das Füllvolumen V geschlossen.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mittels des Ultraschallwandlers 3 das Füllvolumen V des Kraftstoffbehälters 1 bis zu einem minimalen Füllstand 4 messen. Der minimale Füllstand 4 hängt davon ab, wie nah der Schallführungskanal 2 an der Innenseite des Behälterbodens 12 angeordnet ist, hängt außerdem ab von der Größe des Querschnitts des Schallführungskanals 2 und von der Lage der in Bezug auf den Behälterboden 12 untersten Öffnung 17, da die Laufzeit erst sicher gemessen werden kann, sobald der Vorlaufbereich 11 zumindest teilweise mit Kraftstoff gefüllt ist. Je höher der Schallführungskanal 2 in Bezug auf den Behälterboden 12 liegt, je höher die in Bezug auf den Behälterboden 12 unterste Öffnung 17 liegt und je größer der Querschnitt des Schallführungskanals 2 ist, desto höher muß der Kraftstoffspiegel 5 steigen, bevor der Kraftstoff über die in Bezug auf den Behälterboden 12 unterste Öffnung 17 in den Schallführungskanals 2 einströmen kann und bevor der minimale Füllstand 4 erreicht ist. Unterhalb des minimalen Füllstands 4 kann kein Füllvolumen V gemessen werden. Es versteht sich, daß der minimale Füllstand 4, ab dem ein Füllvolumen V gemessen werden kann, so klein wie möglich sein sollte. Daher muß der Schallführungskanal 2 so nah wie möglich an dem Behälterboden 12 angeordnet werden und daher ist der Querschnitt des Schallführungskanals 2 entsprechend klein zu wählen.
  • Der Querschnitt des Schallführungskanals 2 ist vorzugsweise so klein zu wählen, daß der Kraftstoffspiegel 5.1 aufgrund einer Oberflächenspannung des Kraftstoffs eine Kalottenform ausbildet. Auf diese Weise wird erreicht, daß der Kraftstoffspiegel 5.1 keine schräge Neigung annimmt. Sollte der Kraftstoffspiegel 5 des Kraftstoffbehälters 1 beispielsweise bei einer Bergauffahrt oder Bergabfahrt schräg, d.h. nicht parallel zu dem Behälterboden 12, verlaufen, behält der Kraftstoffspiegel 5.1 in dem Schallführungskanal 2 weiterhin seine Kalottenform bei und die Messung der Laufzeit t wird nicht durch einen geneigten Kraftstoffspiegel 5.1 verhindert.
  • Die Referenzreflektionsfläche 19 dient dazu, die die Messung des Füllvolumens V beeinträchtigenden Einflüsse, sogenannte Störeinflüsse, beispielsweise die Temperatur und der Druck des Kraftstoffs, zu vermindern bzw. zu kompensieren. Der Schallimpuls, der an der Referenzreflektionsfläche 19 reflektiert wird, wird als Referenzecho bezeichnet. Die Laufzeit des Referenzechos ist bekannt, da sie einmal bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck gemessen worden ist, und ist beispielsweise in der Auswerteeinheit 23 gespeichert. Auch eine von einem Schallimpuls zurückzulegende Entfernung zwischen der Referenzreflektionsfläche 19 und dem Ultraschallwandler 3 ist bekannt und beispielsweise in der Auswerteeinheit 23 gespeichert. Die Laufzeit der Schallimpulse ist abhängig von der Schallgeschwindigkeit im Kraftstoff. Die Schallgeschwindigkeit im Kraftstoff ist abhängig von der Temperatur und vom Druck des Kraftstoffs. Durch den Vergleich der in der Auswerteeinheit 23 gespeicherten Laufzeit eines Referenzechos mit der während einer Füllstandsmessung gemessenen Laufzeit eines Referenzechos können Störeinflüsse, wie beispielsweise eine Änderung der Temperatur, des Druckes oder der Dichte des Kraftstoffes, von der Auswerteeinheit 23 nachträglich herausgerechnet werden, so daß eine auf diese Weise korrigierte Messung des Füllvolumens nahezu unabhängig von Temperatur und Druck ist.
  • Da der Abstand zwischen der Deckenwandung 9 und dem Behälterboden 12 des Kraftstoffbehälters 1 unterschiedlich sein kann, ist an dem oberen Ende des Schallführungskanals 2 ein flexibler Abschnitt 39 vorgesehen, beispielsweise ein flexibler Schlauch. Der flexible Abschnitt 39 ist in der Länge dehnbar und kann einen unterschiedlichen Abstand zwischen der Deckenwandung 9 und dem Behälterboden 12 ausgleichen. Das obere Ende des Schallführungskanals 2 ist an einem Deckel 40 der Kraftstofffördereinrichtung 6 befestigt.
  • Durch die Integration von Schallführungskanal 2 und Ultraschallwandler 3 in die Kraftstofffördereinrichtung 6 wird die Montage der Vorrichtung zur Messung eines Füllstandes deutlich vereinfacht, da die Vorrichtung zusammen mit der Kraftstofffördereinrichtung 6 in den Kraftstoffbehälter 1 eingebaut wird. Die Hersteller von Kraftstoffbehältern müssen keine Halterungen mehr für die Befestigung von Vorrichtungen zur Messung eines Füllstandes in oder an dem Kraftstoffbehälter vorsehen.
  • Bei der Vorrichtung nach 2 sind die gegenüber der Vorrichtung nach 1 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • 2 zeigt eine Ansicht der Kraftstofffördereinrichtung 6 mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Füllstandsmessung mit einem mehrere Biegungen aufweisenden Schallführungskanal. Die Vorrichtung nach 2 unterscheidet sich von der Vorrichtung nach 1 darin, daß der Meßrohrbereich 16 neben der ersten Biegung 15 wenigstens eine weitere Biegung 27 mit einem Biegeradius 28 und einer vom Ultraschallwandler 3 wegweisenden Umlenkung 13.1 aufweist. Auch der Biegeradius 28 der weiteren Biegung 27 darf nicht zu klein sein, um die Leitung der Schallimpulse in Richtung Kraftstoffspiegel 5.1 nicht negativ zu beeinträchtigen. Die Umlenkung 13.1 ist beliebig, solange die Kanalsteigung positiv ist und der Schallführungskanal 2 in Richtung Deckenwandung 9 verläuft. Ein zu kleiner Biegeradius 28 führt zu einer zumindest teilweisen Reflektion des Schallimpulses an der Kanalwandung 22, so daß ein unerwünschtes zusätzliches Echo auftritt und der am Kraftstoffspiegel 5.1 refektierte Schallimpuls zumindest sehr schwach ausfällt. Der Meßrohrbereich 16 kann neben der ersten Biegung 15 mit beliebig vielen weiteren Biegungen 27 versehen sein. Vor und nach einer weiteren Biegung 27 kann jeweils ein mit einer Kanalsteigung geradlinig verlaufender Bereich 29 angeordnet sein. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Durch die weitere Biegung 27 ist die Kanalsteigung zweier benachbarter geradlinig verlaufender Bereiche 29 voneinander abweichend.
  • 3 zeigt die Kennlinie 24 der erfindungsgemäßen Vorrichtung, dargestellt mit dem Füllvolumen V auf der Ordinate und der Laufzeit t auf der Abszisse.
  • Die Kennlinie 24 stellt das Füllvolumen V als Funktion der Laufzeit t dar. Die Kennlinie 24 wird experimentell ermittelt, indem für bekannte und im Kraftstofftank befindliche Füllvolumen V die entsprechende Laufzeit t gemessen wird. Dabei ergibt sich ein Laufzeitintervall 33, das sämtliche Laufzeiten t vom minimal meßbaren Füllvolumen 34 bis zum maximalen Füllvolumen 35 des Kraftstoffbehälters 1 enthält. Die Kennlinie 24 wird dann beispielsweise mittels mehrerer Stützpunkte 31 in der Auswerteeinheit 23 gespeichert, so daß für jede Laufzeit t ein zugehöriges Füllvolumen V berechnet werden kann. Die Steigung der Kennlinie 24 entspricht einer Empfindlichkeit der Messung. Eine niedrige Steigung der Kennlinie 24 bedeutet eine hohe Empfindlichkeit, da eine kleine Änderung des Füllvolumens V bereits eine hohe Änderung der Laufzeit t bewirkt. Eine niedrige Kanalsteigung des Schallführungskanals 2 führt durch lange Laufzeiten t auch zu einer niedrigen Steigung der Kennlinie 24 und damit zu einer hohen Empfindlichkeit. Je größer das Laufzeitintervall 33 für ein fixes Füllvolumen V ist, desto flacher ist die Steigung der Kennlinie und desto höher ist eine Auflösung und die Empfindlichkeit des Meßwertes bezüglich des Füllstandes.
  • Da dem Fahrer des Kraftfahrzeuges bei niedrigem Füllstand 4 eine sehr genaue Information über den Füllstand im Kraftstoffbehälter zur Verfügung gestellt werden soll, muß die Kennlinie 24 bei kleinen Füllvolumen V und kurzen Laufzeiten t in einem Restmengenbereich 32 eine hohe Empfindlichkeit und daher eine niedrige Steigung aufweisen. Der Schallführungskanal 2 hat daher nahe dem Behälterboden 12 eine niedrige Kanalsteigung.
  • Durch die Variation der Anzahl der Biegungen 27 und/oder der Anzahl der geraden Bereiche 29 und/oder der Kanalsteigung der geraden Bereiche 29 des Meßrohrbereiches 16 und/oder der Umlenkung 13 und 13.1 kann somit die Empfindlichkeit der Vorrichtung zur Messung des Füllstands über den gesamten Bereich des Füllvolumens V an die jeweilige Form oder Geometrie des Kraftstoffbehälters 1 angepaßt werden.

Claims (9)

  1. Vorrichtung zur Messung eines Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter mit einem Behälterboden, insbesondere in einem Kraftstoffbehälter eines Kraftfahrzeugs, mit einem in dem Behälter angeordneten Schallführungskanal und mit wenigstens einem nahe einem Ende des Schallführungskanals angeordneten Ultraschallwandler zur Erzeugung von Ultraschallimpulsen und zum Empfangen der im Bereich eines Flüssigkeitsspiegels im Behälter reflektierten Ultraschallimpulse, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung in dem Behälter (1) an einem Außenumfang einer Flüssigkeitsfördereinrichtung (18) angeordnet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallführungskanal (2) und/oder der Ultraschallwandler (3) an dem Außenumfang der Flüssigkeitsfördereinrichtung (18) angegossen, angeklebt, angeschweißt, angeclipst oder angeschraubt ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallführungskanal (2) einen waagerechten oder schrägen und nahe dem Behälterboden (12) angeordneten Vorlaufbereich (11) aufweist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorlaufbereich (11) geradlinig oder geschlungen ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallführungskanal (2) wenigstens eine Biegung (15) mit je einer Umlenkung (13) und/oder wenigstens einen geraden Bereich (29) mit einem Kanalsteigungswinkel aufweist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallführungskanal (2) wenigstens eine Referenzreflektionsfläche (19) aufweist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallführungskanal (2) wenigstens zwei Öffnungen (17) aufweist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallführungskanal (2) einen flexiblen Abschnitt (39) aufweist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallwandler (3) gleichzeitig Sender und Empfänger ist.
DE10312101A 2003-03-19 2003-03-19 Vorrichtung zur Messung eines Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter Ceased DE10312101A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10312101A DE10312101A1 (de) 2003-03-19 2003-03-19 Vorrichtung zur Messung eines Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter
US10/790,844 US7213456B2 (en) 2003-03-19 2004-03-03 Device for measuring the level of a fluid in a fuel tank of a motor vehicle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10312101A DE10312101A1 (de) 2003-03-19 2003-03-19 Vorrichtung zur Messung eines Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10312101A1 true DE10312101A1 (de) 2004-09-30

Family

ID=32920938

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10312101A Ceased DE10312101A1 (de) 2003-03-19 2003-03-19 Vorrichtung zur Messung eines Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter

Country Status (2)

Country Link
US (1) US7213456B2 (de)
DE (1) DE10312101A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009034009A1 (de) * 2007-09-07 2009-03-19 Continental Automotive Gmbh Kraftstofffördereinheit mit einem auf ultraschallwellen basierten füllstandsgeber

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10310114A1 (de) * 2003-03-06 2004-09-16 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur hydrostatischen Druckbestimmung in einem Hochdruckbehälter mittels Ultraschalllaufzeitmessung
DE602004014631D1 (de) * 2003-10-15 2008-08-07 Axsensor Ab Messeinrichtung für fluidpegel
US8602744B2 (en) * 2005-03-25 2013-12-10 Diversitech Corporation Condensate pump
US9057638B2 (en) 2012-11-09 2015-06-16 Robert H. Cameron System and method for determining the level of a substance in a container based on measurement of resonance from an acoustic circuit that includes unfilled space within the container that changes size as substance is added or removed from the container
US9322697B2 (en) 2012-11-09 2016-04-26 Robert H. Cameron System and method for determining the level of a substance in a container based on measurement of resonance from an acoustic circuit that includes unfilled space within the container that changes size as substance is added or removed from the container
US10184821B2 (en) 2012-11-09 2019-01-22 Robert H. Cameron System and method for determining the level of a substance in a container based on measurement of resonance from an acoustic circuit that includes unfilled space within the container that changes size as substance is added or removed from the container
EP2848814B1 (de) * 2013-09-12 2018-02-28 Grundfos Holding A/S Vorrichtung zur Trockenlauferkennung
DE102016118225A1 (de) * 2016-09-27 2018-03-29 HELLA GmbH & Co. KGaA Vorrichtung zum Messen eines Füllstands einer Flüssigkeit in einem Behälter mit einem Ultraschallsensor

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4090407A (en) * 1977-09-19 1978-05-23 T. W. Salisbury, III Water level measurement device
IT1187521B (it) * 1985-01-09 1987-12-23 Zanussi Zeltron Inst Procedimento di misurazione del livello di un liquido tramite onde elastiche e dispositivo effettuante tale procedimento
US4909080A (en) * 1987-10-31 1990-03-20 Toyoda Gosei Co., Ltd. Ultrasonic level gauge
EP0489051B1 (de) * 1989-08-22 1995-11-22 Siemens Aktiengesellschaft Messeinrichtung und verfahren zur bestimmung des füllstandes in flüssigkeitsbehältern, vorzugsweise für tankanlagen.
US5085077A (en) * 1991-01-07 1992-02-04 Capscan Sales Incorporate Ultrasonic liquid measuring device for use in storage tanks containing liquids having a non-uniform vapor density
US5172594A (en) * 1991-10-29 1992-12-22 The Boeing Company Externally removable liquid level sensor system
US5471872A (en) * 1994-01-07 1995-12-05 Semitool, Inc. Acoustic liquid level measuring apparatus
DE19942378A1 (de) * 1999-09-04 2001-03-08 Mannesmann Vdo Ag Vorrichtung zur Messung eines Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter
US6951131B2 (en) * 2002-09-06 2005-10-04 Delphi Technologies, Inc. Fuel level indication assembly
DE10312100A1 (de) * 2003-03-19 2004-09-30 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur Messung eines Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009034009A1 (de) * 2007-09-07 2009-03-19 Continental Automotive Gmbh Kraftstofffördereinheit mit einem auf ultraschallwellen basierten füllstandsgeber
US8302472B2 (en) 2007-09-07 2012-11-06 Continental Automotive Gmbh Fuel delivery unit with a filling level sensor operating with ultrasonic waves

Also Published As

Publication number Publication date
US20040187569A1 (en) 2004-09-30
US7213456B2 (en) 2007-05-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10312100A1 (de) Vorrichtung zur Messung eines Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter
DE102007059853B4 (de) Vorrichtung zur Messung eines Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter
DE4307635C2 (de) Füllstandsmeßvorrichtung
EP2059773B1 (de) Kraftstofffördereinheit mit einem auf ultraschallwellen basierten füllstandsgeber
DE19942378A1 (de) Vorrichtung zur Messung eines Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter
EP1081470B1 (de) Vorrichtung zur Messung eines Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter
DE10312101A1 (de) Vorrichtung zur Messung eines Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter
DE4328046A1 (de) Ultraschall-Flüssigkeitsstandsensor
DE102005049278B4 (de) Vorrichtung zur Messung von Füllständen mittels geführter Wellen in einem Kraftstoffbehälter
DE102011118711A1 (de) Messvorrichtung
DE4306193B4 (de) Füllstandssensor
DE102007028217A1 (de) Ultraschall-Füllstandsmessvorrichtung mit Grenzstandserkennung
DE10360107B3 (de) Ultraschall-Peilstab
DE10350084A1 (de) Sensoreinrichtung zum Erfassen eines Füllstands und Verfahren zum Betreiben der Sensoreinrichtung
EP0175904A1 (de) Vorrichtung zur Messung des Füllstandes von Flüssigkeiten
DE3806129C2 (de)
WO2019011497A1 (de) Vorrichtung zum messen der konzentration eines reduktionsmittels
DE10060007B4 (de) Kombinierte Entnahme- und Messeinrichtung für Kraftstoffbehälter von Fahrzeugen
DE102006017284A1 (de) Vorrichtung zur Messung des Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter
DE102006032346A1 (de) Vorrichtung zur Messung von Füllständen in einem Kraftstoffbehälter
DE102010040314A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung eines Füllstandes eines Mediums in einem Vorratsbehälter
WO2018050880A1 (de) Füllstandsmessvorrichtung mit einem messrohr und abdeckvorrichtung für die füllstandsmessvorrichtung
EP3737921B1 (de) Ultraschallsensor und fluidtank mit ultraschallsensor
DE4206477A1 (de) Dosierungsvorrichtung fuer fluessige katalysatoren und haerterkomponenten
WO2020038797A1 (de) Verfahren zum betreiben einer fluidsensorvorrichtung und fluidsensorvorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final