DE1959801A1 - Fluessigkeitsstandanzeiger - Google Patents

Description

W/Yh-2583 25.11.69

General Motors Corppration, Detroit, Mich., V·St»Α. Flüssigkeitsstandanzeiger

Die Erfindung bezieht sich auf einen Flttssigkeitsstandaazeiger mit einem abhängig vom Flüssigkeitspegel in einem Behälter beweglichen Schwimmer, einem Gebor_? dessen Widerstand vondsr Stellung des Schwimmers im Bebalter abhängig veränderlich ist und einem mit dem Geber verbundenen Anzeigegerät,

Es sind verschiedene Sauarten von elektrischen Flüssigkeitsstandanzeigern für verschiedene Zwecke bekannt, die den Vorteil aufweisen, dass das Anzeigegerät entfernt von dem !Flüssigkeitsbehälter, dessen Flüssigkeitsstand angezeigt werden soll, angeordnet werden kann· Derartige Flüssigkeitsstandanzeiger können zvB* zur Anzeige des Flüssigkeitsinhaltes in einem

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BAD ORIGINAL Brennstoffbehälter eines Kraftfahrzeuge verwendet werden. Bei einer Bauart wird e,le Geber «»ia Thermistor verwendet, der

nach dem Prinzip arbeitet, dass ein in flüssigkeit eingetauoh-ί ter Thermistor eine andere Leitfähigkeit aufweist als im

nicht eingetaucht ei* ZQ'st&nel*,. iß dem die Kühlwirkung der \ Flüssigkeit fortfällt. Hierbei wird mit einem einzigen Ther- ^: mistor gearbeitet, der sich senkrecht über die Höbe des

Flüssigkeitsbehälter« erstreckt und dessen Widerstand von dem ί Ausmasa, in dem der Thermistor in die flüssigkeit eingetaucht j ist, abhängig ist. Dieser Thermistor 1st mit einem elektri-■ sehen Anzeigegerät verbunden und ermöglicht eine kontinuier-ί liehe Anzeige von Änderungen des Flüssigkeitspegels. Der eini zlge Thermistor muss jedoch, da er sich über die ganze Höhe des Flüssigkeitsbehälters erstreckt ₉ verhältnismässig gross

sein und benötigt daher eine verhältrismässig grosse elektri-, sehe Leistung.
I Es ist ferner auch bekannt, zur Flüssigkeitsanzeige

i . ■ _

' einen Schwimmer zu verwenden, der sich mit dem Flüssigkeits-

■(._■■'

j pegel im Flüsigkeitsbehälter bewegt. Der Schwimmer kann

: seVenkbar in dem Flüssigkeitsbehälter gelagert sein und mit einem veränderlichen Widerstand oder Potentiometer verbunden seih, wobei der Schwimmer abhängig von Änderungen des Flüssigkeitspegels unterschiedliche Widerstandswerte an dem veränderlichen Widerstand oder Potentiometer auswählt, die in einem

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elektriachen Anzeigekrele liegen· Die bekannten Bauarten mit Schwimmern und veränderlichen Widerständen oder Potentiometern aind verwickelt im Aufbau und haben auch den Fachte11, daaa Abnutsungen am Potentiometer während dea Betriebes eintreten.

Bei den erwähnten Gebern mit Thermistoren bestehen derartige AbnutEungapvobleme nicht. Jedoch ist die bereits erwähnte Gröase dea Thermistors bei einer kontinuierlichen Anzeige nachteilig. Man hat daher auch eine Anordnung vorgesehen, bei der eine Ansahl von Thermistoren in verschiedener Höhe dea Flüaeigkeltabehlltere befestigt sind, wodurch jedoch nur eine atUfanweise Anzeige bei sich änderndem Flüssigkeitspegel möglich let·

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen FlUsaigkeitaatandanzeiger der eingangs erwähnten Bauart ao weiter auszugestalten, daea bei Verwendung einea kleinen Thermiatora ein weiterer Anzeigebereich sur kontinuierlichen Anzeige dee Flüeeigkeitaatandee ermöglicht wird, wobei die ™ Nachteile der bekannten Bauarten vermieden sind.

Diese Aufgabe wird erfindungegemäaa dadurch ge- ! löst, daaa der Geber einen am Schwimmer befestigten Thermistor; enthält und der Schwimmer im Flüssigkeitsbehälter ao auge- . ordnet iet, dass der Thermistor abhängig vom Flüssigkeitspegel im Behälter unterschiedlich in die Flüssigkeit eintaucht. Auf diese Welse ist jegliche Abnutzung, die bei Potentiometern

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unvermeidlich ist, ausgeschlossen und eine kontinuierliche Anzeige mit einem kleinen !Thermistor erreicht, der eine geringere Leistungsaufnahme aufweist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schwimmer um einen Zapfen schwenkbar im Flüssigkeitsbehälter gelagert ist und die Schwingbewegung des Sehwimmere das Ausmass des Eintauchens des Thermistors in die Flüssigkeit bestimmt. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn ein Gegengewicht eine veränderliche Belastung in Aufwärtsrichtung auf den Schwimmer ausübt. Hierdurch ändert der Schwimmer selbst seine Eintauchtiefe in die Flüssigkeit entsprechend der Höhe der Flüssigkeit in dem Behälter. Durch seine schwenkbare Aufhängung ändert der Schwimmer das Ausmass des Eintauchens des Thermistors in die Flüsigkeit in Abhängigkeit von der Eintauchtiefe des Schwimmers.

Bei einer Aueführungsform hat der Thermistor halbkreisförmige Gestalt. Bei einer anderen Ausführungeform ist vorgesehen, dass der Thermistor aus zwei im rechten Winkel zueinander stehenden Schenkeln besteht.

Um das Ansprechen der Anzeigeeinrichtung über einen weites. Temperaturbereich zu verbessern, ist vorgesehen, dass am Schwimmer eine Heizeinrichtung in wärmeübertragender Verbindung mit dem Thermistor vorgesehen ist. Der

Thermistor nimmt, übrigens ebenso wie bei Fortfall einerHeiz-

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ι einrichtung, im wesentlichen im eingetauchten Teil die Tempera- , ' tür der Flüssigkeit an, während der ausgetauchte Teil des j I Thermistors eine höhere a&peratur aufweist. j Sei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Thermistor aus einem Kern besteht, mit dessen einer fläche ein Belag aus einem Thermistorwerkstoff ! verbunden ist, auf welchem in dessen Längsrichtung sich er- I ¹ streckend- zwei voneinander getrennte Leiter angeordnet sind, 4| ' während auf der dieser fläche gegenüberliegenden fläche des Kerns sich über deren Länge erstreckend eine Heizeinrichtung vorgesehen ist.

Ia der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele von flüssigkeitsstandanzeigern nach der Erfindung dargestellt. In der Zeichnung ist

fig. 1 eine scheisatische geschnitten© Seitenansicht eines flüssigkeitsstanuan£seigers, flg. 2 eine geschnittene Seitenansicht einer ande- »

ren Ausführunisform, i

: fig. 3 eine vergröseerte Ansicht des Gebers der j

Einrichtung gemäss fig. 2, fig. 4 ein Schnitt nach der Linie 4-4 in flg. 3,

i I

fig. 5 eine Ansicht in Richtung der Pfeile 5-5 !

in fig. 4 gesehen, j

fig. 6 ein Schaubild der Charakteristik ein·a

Thermistorwerkstoffes, der in dem Geberverwendet ist und j 0 09626/1618 "⁶" I

Pig. 7 ein achematieohes Schaltbild des Aazeigakreises der Anlag· gemies Pig. 1.

Eine» .Flüssigkeitsbehälter 12 ist ein

10 zag?ioräa<s$, &®r $±ά®ώ. $öber 14

und.einen Messkreis 16 anfasst. Im Auaführun&sbeiepiel ist der JPlüssigkeitsstandanseiger zur Aussige des Brennetoffiabaits «ices Breacstoffbehältere aiiiss IraXtfmhraaag® bestimmt.

Der geber 14 ist in dem Plüsslgkeiteb®~

kälter 12 angeordnet und besteht aus einem Schwimmer 18_s einem Thermistor 20 uad einem HeiiSYfiä©rßt©ad 22, der bei der Darstellung in Pig. 1 dureh den i'hermist^oi? 20 verdeckt ist. In noch au beschreibender Weise ändert eich der Widirstand des Thermistors 20 in Ifebäagigkeit mit der Flussigkeitsmenge, die in dem flüssigkeitsbehälter 12 vorhanden 1st. Diese Änderungen, des Widerstandes werden von dem Hesskreis 16 erfasst, ™ der geeicht ist, um den Flüssigkeitspegel in dem flüssigkeits-( behälter 12 anzuzeigen« Im Aueführungsbeispiel ist der Schwimmer 18 über einen Zapfen 26 an einer Stütze 24 gelagert, . die mit dem Behälter 12 beispielsweise durch Schweissen verbunden ist. Der Schwimmer 18 trägt ein Gegengewicht 28, dessen Zweok noch erläutert wird. Bei der Ausführungsform nach Pig.l hat der Thermistor 20 halbkreisförmige Geste! und ist mit dem Schwimmer 18 so verbunden, dass er zum Teil in die

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₍ Flüssigkeit dee Flüssigkeitsbehälter 12 eingetaucht ist.

Die besondere Art der Befestigung des Thermistors 20 am j Schwimmer 18 selbst iet nicht kritisch, es kann dies bei- | spieleweise durch einen geeigneten Kleber erfolgen. ' Der Messkreis 16 enthält ein Anzeigegerät 30 und

eine Batterie 32· Das Anzeigegerät 30 ist eine übliche Brennst of fuhr, wie sie in Kraftfahrzeugen verwendet wird,und ist in Yolumeneinkeiten geeicht« Ton der Batterie 32 ist ein , Stromkreis durch das Anzeigegerät 30 dureh einen Leiter 34, : * der durch eine Isolierbtlchse 36 in den Flüssigkeitsbehälter 12 i geführt ist, den Thermistor 20, einen Leiter 38 zur Stütze ' 24 gebildet. Die Stütze 24 liegt über den Fluesigteitsbehälter I 12 an Hasse. Ein zweiter Stromweg führt von der Batterie 32 i durch einen Leiter 40, der durch eine Ieolierbüchse 42 in _; ! den Flüssigkeitsbehälter 12 geführt ist, den Heizwiderstand 22 \ und den Leiter 38 zur Stütze 24.

Ist der flüssigkeitspegel in dem Flüssigkeits-

I behälter 12 »ehr niedrig, so befindet sich der grösste Teil f , des Thermistors 20 oberhalb der flüssigkeit. Der Heizwiderstand ' 22 und der Strom durch den Thermistor 20 erhöhen die Temperatur :

f . i

1 des Thermistorse Dieser Heiswirkung steht in dem eingetauchten ! Teil des Thermistors 20 die Kühlwirkung der Flüssigkeit entj gegen. Bei niedrigem flüssigkeitspegel,'der durch die Stellung j des Schwimmers 18 in der strichpanktierten Lage in Fig. 1 dar-

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gestellt 1st, ist nur eia kleiner Teil des Thermistors 20 in die FlussigkeiteIngetaucht, so dass der grösste Teil des Thermistors 20 eine hohe Temperatur annimmt. Da der Thermistor 20 im Aufführungsbeispiel aus einem Werkstoff besteht, der einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist, stellt er bei niedrigen Brennstoffpegel einen kleinen Widerstand dar, der in Reihe mit dem Anzeigegerät 30 liegt. Der grosse Strom im Anzeigegerät 30 veranlasst eine Anzeige am Anzeigegerät 30, dass der Flüssigkeitsbehälter 12 nahezu leer ist.

Steigt der Flüssigkeitspegel im Flüssigkeitsbehälter 12, so hebt sich der Schwimmer 18 und gelangt in die voll ausgezogene Stellung, wodurch das Ausmass des Eintauchens des Thermistors 20 in die Flüssigkeit vergrössert wird. Das erhöhte Eintauchen des Thermistors 20 in die Flüssigkeit ergibt durch die vergrö'sserte Kühlwirkung der Flüssigkeit eine entsprechende Zunahme des Widerstandes des Thermistors 20, so dass der Strom durch das Anzeigegerät 30 auf den Kleinstwert verringert wird, wenn der Thermistor 20 vollständig in die Flüssigkeit eingetaucht ist. Bfes Anzeigegerät 30 ist so geeicht, dass bei kleinstem durch dieses fliessenden Strom angezeigt wird, dass der Flüssigkeitsbehälter 12 gefüllt ist.

Eine genaue Anzeige am Anzeigegerät 30 wird

dadurch erzielt, dass der eingetauchte Teil des Thermistors in direktem Verhältnis zum Flüssigkeitspegel steht. Dies kann

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j durch eataprecbeo.de Auslage und Auswuchtung des Schwimmers ! und seines Gegengewichts 28 bewirkt werden. Die Einheitage- ! wichte und Abmessungen des Schwimmers 18 und des Gegengewichts

' 28 werden so gewählt» dass der Schwimmer 18 halb in die j flüssigkeit eingetaucht ist, wenn der !Flüssigkeitsbehälter

zur Hälfte mit Flüssigkeit gefüllt ist. Der Thermistor 20 , 1st an dem Schwimmer 18 so angebracht, dass er zur Hälfte in 1 die flüssigkeit eingetaucht ist, wenn der Schwimmer 18 zur

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j Hälfte in die flüssigkeit eingetacht ist. Danach bewirkt die j symmetrische Anordnung des Thermistors 20, dass er in direkter ; Abhängigkeit von dem flüssigkeitspegel in die flüsigkeit einge- : taucht ist.

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i Eine abgewandelte Ausführungsform des flüssig-

j keltsstandanzeigers 10 ist in flg. 2 bis 5 dargestellt» In i diesem falle hat der Thermistor 20* die form eines rechten Winkels aus zwei senkrecht zueinander stehenden Schenkeln. ! Der so ausgebildete Thermistor 20* arbeitet in der gleichen Weise wie der halbkreisförmige Thermistor 20 der ersten Ausführungsform, d.h. , dass der Thermistor 20* in die flüssigkeit in direktem Verhältnis zum Flüssigkeitsstand in dem flüssigkeitsbehälter 12 in die flüssigkeits eingetaucht ist· Dieses Eintauchen wird durch Anheben und Yerschwenken des Schwimmers 18 unter dem Einfluss der sich ändernden flüssigkeita j pegel bewirkt.

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Wie Fig. 4 zeigt, besteht der Thermistor 20* aus einem Kern 44 und einem an ihm befestigten Belag 46, zwei Leitern 48 und 50, die auf dem Bdlag 46 angeordnet sind, und dem Heizwiderstand 22· Der Kern 44 mass so ausgebildet sein, dass er in schlanker Form starr genug ist und wärmeleitend ist sowie an seiner Oberfläche elektrisch isolierend ist. Für den Kern 44 kann Nickel verwendet werden· Wird Nickel für den Kern 44 verwendet, so wird ein Nickeloxydüberzug 52 durch Oxydation gebildet, um den Kern 44 elektrisch zu isllie- j

ren· i

Der Belag 46 besteht aus einem Thermistor- j

werkstoff, der auf die eine Fläche des Kern 44 aufgebracht ist.j

Es kann hierzu die übliche (Technik von gedruckten Kreisen, ί

beispielsweise das Siebdruckverfahren, verwendet werden, um den Belag 46 auf dem Kern 44 zu befestigen. Der Thermistor- j

ί werkstoff für den Belag 46 kann einen positiven oder negativen j Widerstandsbeiwert aufweisen. Ein Werkstoff mit negativem Widerstandsbeiwert ist durch die Kurve in Fig. 6 dargestellt· Ein geeigneter Thermistorwerkstoff für den Belag 46 besteht aus gleichen Molarmengen von Manganoxyd, Kobaltoxyd und Zinkoxyd. Abgewandelte Thermistorwerkstoffe können verwendet werden; beispielsweise können in dem oben erwähnten Werkstoff Zinkoxyd durch Nickeloxyd oder Kupferoxyd ersetzt werden·

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- li -

In Pig. 6 ist der Widerstand über der Temperatar aufgetragen. Zwei Temperaturen. T₁ und T₂ ^{eiad mit} £^e" stricheltea Liaiea eingezeichnet. Temperaturen unterhalb T₁ und Temperaturen oberhalb T₂ beeinflussen den Widerstand dee Thermistorwerketoffes nicht wesentlich·

Der Heiswiderstand 22 ist auf der gegenüberliegenden fläche des Kerns 44 in wärmeleitender Verbindung mit dem Belag 46 angeordnet« Der durch den Heizwiderstand flieseende elektrische Strom bewirkt eine Erwärmung des Belages 46, Diese Erwärmung bedingt eine Erhöhung der Temperatur des Belag·β 46 la dem Teil, der aicht la die flüssigkeit eingetaucht ist, über die Temperatur T₂ hinaus, während der in die Flüssigkeit eingetaucht bleibende Teil des Belages infolge der Kühlung der Flüssigkeit eine Temperatur unterr halb T₁ beibehält. Diese Beheizung könnte auch in anderer Weise erfolgen, jedoch ist die Widerstandsheizung vorteilhaft, da sie einen gedrängten Aufbau und eine wirkungsvolle Arbeitsweise gewährleistet.

Erhält der Heizwiderstand 22 Strom, so entspricht der Widerstand des Belages 46 zwischen den Leitern 48 und 50 etwa dem Widerstand des,Belages 46 bei einer Temperatur oberhalb T₂* Dies ist deshalb der Fall, weil der Widerstand dee Belages 46 bei Temperaturen oberhalb T₂ beträchtlich niedriger 1st als bei Temperaturen unterhalb T₁*

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■ '

Der tatsächliche Widerstandswert 1st wie bei allen Widerständen γόη seiner Länge abhängig, in diesem Falle von der Länge des Thermistors 20', der nicht in die Flüssigkeit eingetaucht 1st. Da der Widerstand des Belages 46 zunimmt, wenn sein nicht eingetauchter Teil abnimmt, ist der Widerstand des Belages 46 direkt proportional der Länge des in die Flüssigkeit eingetauchten Teils des Belages 46. Andere Einflüsse, die den Widerstand des Belages 46 bestimmen, wie

Breite und Dicke, sind entweder Eonstanten oder können

' wirkungsmässig vernachlässigt werden.

' Die Fig. 3 und 5 zeigen die Verbindungen des

Thermistors 20*. Der Leiter 48 1st mit dem Anzeigegerät 30 über eine Klemme 54 und der Leiter 50 über eine Klemme 56 j mit !fasse verbunden. Hierdurch wird der durch den Belag 46 gebildete Widerstand zwischen das Anzeigegerät 30 und Hasse gelegt. Der Heizwiderstand 22 ist über eine Klemme 58 mit

t · ■ ■

j der Batterie 32 und mit Masse über die Klemme 56 verbunden.

■ . ■

j Flg. 7 zeigt sohematisch deß FlfteBigkfitestand-

anzeiger 10'.Das Anzeigegerät besteht in diesem Falle aas zwei Spulen 60 und 62. Der Strom durch die Spule 60 und damit ; die Anzeige des Anzeigegeräts 30 hängt von dem Widerstand des Belages 46 ab, der direkt proportional dem Flüssigkeitspegel in dem Flüssigkeitsbehälter 12 ist. Für jeden Flüssigkeitspegel im Flüssigkeitsbehälter 12 gibt es ein entsprechen-

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des Aasnase dee Eintauchen» dee Thermistors 20· und damit einen entsprechenden Widerstand des Belages 46 und da der Widerstand des Belages 4-6 die Anzeige des Anzeigegerätes "bestimmt, ist hiermit eine Anzeige des Flüssigkeitspegels geschaffen, wenn das Anzeigegerät in !Flüssigkeitseinheiten geeicht ist.

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Claims (1)

1. Patentansprüche :

   ... Iy Flüesigkeitestandanseiger mit einem abhängig vom Flüssigkeitspegel in einem Behälter beweglichen Schwimmer, einem Geber, dessen Widerstand von der Stellung des Schwimmers im Behälter abhängig rerKnderlich ist um! einem mit dem Geber verbundenen Anzeigegerät, ä&durch gekennzeichnet, dass der Geber (14) einen am Sehwimmer (18) befestigten Thermistor (20,20*) enthält und der Schwimmer im Flüssigkeitsbehälter (12) so angeordnet isst, dass der Thermistor abhängig -rom Flüssigkeitspegel Im Behälter unterschiedlich in die Flüssigkeit eintaucht.

   2. Fltissigkeitestandaiizeiger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmer (18) um einen Zapfen (26) schwenkbar im Flüssigkeitsbehälter (12) gelagert

   ' ist und die Sohwi&gbeweguug des Schwimmers das Außsiass des Eintauchens des fhermietors (20,2O¹) in die Flüssigkeit bestimmt.

   3. Flüssigkeitffstandaüseiger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gegengewicht (28) eine veränderliche Belastung in Aufwärtsricbtung auf den Sehwimmer

   (18) ausübt.

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   4. Flüssigkeitsetandanteiger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadaroh gekennzeichnet, dass der Thermistor (20) h&lbkrtiafuraige gestalt hat.

   5* Flüseigkeitaetandattzeiger nach einem der (

   Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass der !Eher- j

   nlstor (2O^f) aus zwei im rechten Winkel zueinander stehenden !

   Sohenkeln besteht« j

   6. Flüssigkeltsstandaftzeiger nach einem der

   Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet« dass am Schwimmer ' (18) eine Heizeinrichtung (22) in wärmeübertragender Verbin- j dung mit dem Thermistor (20) vorgesehen ist· ■ j

   7· Flüssigkeiteetaadaazeiger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der ftiermlsitor (20·) aus einem ! Kern (44) besteht, Mit dessen eimer Fläche ®1e Belag (46) aus einem Theteeistorwerketoif verbunden. 1st, auf welchem in dessen ü&ngsriohtBng sich erstreckend zwei voneinander getrennte Leiter (48,50) angeordnet sind, während auf der dieser Fläche gegenüberliegenden Fläche des Kerns sich über deren Länge erstreckend eine Heiseinrichtung (22) vorgesehen ist.

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