DE19704683C2

DE19704683C2 - Vorrichtung zur Messung der Neigung eines Behälters relativ zu einem Flüssigkeitspegel in dem Behälter

Info

Publication number: DE19704683C2
Application number: DE1997104683
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr Leiderer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 1997-02-07
Filing date: 1997-02-07
Publication date: 1998-12-03
Anticipated expiration: 2017-02-08
Also published as: DE19704683A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Die Messung von Flüssigkeitsständen ist ein sich insbesondere in Kraftfahrzeugen stel lendes Problem, wo unterschiedlichste Flüssigkeitsstände, wie Kraftstoffstand, Ölstand oder Scheibenwaschwasserstand gemessen werden müssen. Die dabei herrschenden Be dingungen sind für eine Messung außerordentlich schwierig, da sich das Fahrzeug ständig in unterschiedlichsten Bewegungen befindet. Außerdem dürfen die Sensoren nicht viel Platz beanspruchen und müssen zusammen mit den zugehörigen Sensortreiber- und Aus werteschaltungen möglichst kostengünstig sein.

Die DE 37 42 783 C2 beschreibt eine Vorrichtung zum Messen des Flüssigkeitsstandes in Behältern, insbesondere des Ölstands in Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, bei der in die zu messende Flüssigkeit zwei Leiterbahnen mit temperaturabhängigem Widerstand eintauchen. Die eine Leiterbahn liegt ständig in Reihe mit einem weiteren, konstanten Widerstand und wird ständig von einem kleinen Strom durchflossen, von dem sie nicht aufgeheizt wird. Die andere Leiterbahn wird periodisch mit Heizleistung beaufschlagt und liegt bei nichterfolgender Heizleistungsbeaufschlagung in Reihe mit einem weiteren Wider stand. Die an den beiden Leiterbahnen mit temperaturabhängigem Widerstand abfallenden Spannungen werden in einem Komparator miteinander verglichen und einer Auswerte schaltung zugeführt. Die eine Leiterbahn wird jeweils solange aufgeheizt, bis die Span nungsdifferenz zwischen den beiden Leiterbahnen einen vorbestimmten Wert annimmt. Dann wird die Aufheizung unterbrochen und die Zeitdauer gemessen, die vergeht, bis die Spannungsdifferenz einen vorbestimmten tieferen Wert unterschreitet. Aus dieser Ab kühlzeitdauer wird auf den Flüssigkeitsstand geschlossen.

Eine Eigenart der bekannten Vorrichtung liegt darin, daß sie für die Füllstandsmessung zwei Leiterbahnen mit temperaturabhängigem Widerstand benötigt, was einerseits Platz erfordert und andererseits bei einer Neigung des Behälters relativ zum Flüssigkeitspegel zu Verfälschungen des Meßergebnisses führt.

Bekannt ist eine Vorrichtung, bei der äquidistant um 120° längs eines Umfangs eines Behälters versetzte elektrothermische Sensoren verwendet werden, die an eine Auswerte schaltung angeschlossen sind, mittels der die Flüssigkeitsmenge und die Neigung des Behälters relativ zu einer Bezugsebene ermittelt werden können (EP 0 303 874 A1). Die Gesamtmenge der Flüssigkeit wird dadurch ermittelt, daß die Sensorsignale addiert werden. Über die Auswerteschaltung zur Neigungserkennung ist nichts ausgesagt. Bei einer Verwendung dieser Vorrichtung zum Messen des Ölstandes in der Ölwanne eines Motors können dadurch Schwierigkeiten entstehen, daß das Öl in bestimmten Fahrzuständen in einer Ecke der Ölwanne zusammenläuft, so daß dort der Ölstand über den Meßbereich ansteigt, wohingegen er im entgegengesetzten Bereich der Ölwanne unter den Meßbereich absinkt. Dies führt einerseits zu einer Verfälschung der Summenmessung, das heißt der Ermittlung des Ölstandes, und andererseits dazu, daß die Neigung des Behälters nicht mehr zuverlässig gemessen werden kann.

Ein bekannter Neigungssensor arbeitet mit insgesamt sechs Kondensatorplatten, wobei eine innere, allen Kondensatoren gemeinsame Platte als eine prismatische Innenelektrode mit quadratischem Querschnitt ausgebildet ist (DE 43 29 571 A1). Die Kondensatoren zur Neigungsmessung in X-Richtung, in Y-Richtung und zur Niveaumessung sind unter schiedlich verschaltet, was bei den insgesamt sechs Anschlüssen aufwendig ist. Jede Messung erfolgt als Brückenschaltung, bei der das Verhältnis der jeweiligen Kapazitäten der betroffenen Kondensatoren bestimmt wird. Eine solche Verhältnismessung liefert ohne Kenntnis des Füllstandes nicht die Differenz der Kapazitäten, die ein Maß für die Neigung des Flüssigkeitspegels ist.

Bekannt ist auch eine Anordnung von Streufeldsensoren in einem Behälter zur Messung oder Berechnung des Füllstandes, der Neigung oder weiterer Daten einer elektrisch leitenden Flüssigkeit (DE 40 36 263 A1). Die Streufeldsensoren eignen sich nur bei elektrisch leitenden Flüssigkeiten zur Messung außerdem bleibt offen, wie der Gesamt füllstand ermittelt wird.

Bei einer elektrischen Meß- und Regeleinrichtung für Flüssigkeitsstände ragt eine Sonde in ein Tauchrohr, das an seinem Boden eine Zulauföffnung und seitlich eine Überlauföffnung aufweist (DE-GM 19 41 505). Die Zulauföffnung befindet sich in einem Niveau unterhalb eines Sollpegels, in dessen Höhe die Sonde endet und der mit Hilfe der Sonde eingeregelt werden soll. Weder werden mit dieser Vorrichtung unterschiedliche Pegelstände gemessen, noch stellt sich in irgendeiner Weise das Problem der Neigungsbestimmung einer Flüssig keitsoberfläche.

Bei einer Schaltungsanordnung zur elektrothermischen Messung des Füllstandes in einem Tank wird ein Widerstandsfühler mittels eines Spannungsimpulses vorgegebener Dauer aufgeheizt und es werden die Spannungen am Widerstandsfühler zu Beginn und am Ende der Aufheizzeit zum Ermitteln des Füllstandes ausgewertet (DE 35 43 153 C1). Nach einer im Vergleich zur Aufheizzeit langen Abkühlzeit erfolgt eine neue Aufheizung.

Bekannt sind schließlich auch ein Verfahren und eine Einrichtung zur Füllstandsüberwach ung, bei der der temperaturabhängige Verlauf eines als Meßfühler dienenden beheizbaren elektrischen Widerstandes gemessen wird, der sich bei einer Aufheizung und Abkühlung des Meßfühlers ergibt (DE 42 32 043 A1). Dabei werden jeweils die Aufheizzeit und die Abkühlzeit gemessen, innerhalb der sich eine Meßgröße um einen vorbestimmten Betrag ändert, und daraus wird auf den Füllstand geschlossen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Messen der Neigung eines Behälters relativ zu einem Flüssigkeitspegel zu schaffen. Die Vorrichtung soll sich insbesondere auch als Ölstandsmeßvorrichtung eignen, die bei einfachem und preisgünsti gem Aufbau zuverlässige Meßergebnisse liefert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran sprüchen niedergelegt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet beispielsweise mit an sich bekannten Flüssig keitsstandsensoren, wie sie in Flüssigkeitsbehältern von Kraftfahrzeugen verwendet wer den. Wenn man mehrere solcher Sensoren in einem Behälter in gegenseitigem Abstand anordnet, kann aus Unterschieden der Sensorausgangssignale - oder der Ausgangssignale von den Sensoren zugeordneten Schaltungen - auf die Neigung eines Behälters relativ zu dem Flüssigkeitspegel in dem Behälter geschlossen werden, wobei bei starrem Einbau des Behälters in das Fahrzeug auch auf die Fahrzeugneigung und die Fahrzeugbeschleunigung geschlossen werden kann.

Die Erfindung eignet sich in besonderer Weise zum Einsatz für Ölniveausensoren, die zu sätzlich mit einer Neigungserkennung ausgerüstet sind. Ölstandssensoren werden zur Ver meidung von Motorschäden zunehmend eingesetzt. Im realen Fahrbetrieb ergeben sich häufig Schwierigkeiten, da das Öl in bestimmten Fahrzuständen beispielsweise in einer Ecke der Ölwanne zusammenläuft und in den anderen Bereichen der Ölstand deshalb be sonders stark absinkt. Solange solche Fahrzustände nur kurz anhalten, können sie durch Filterung herausgeglättet werden oder es kann die Fahrzeugbeschleunigung über eine Änderung der Motordrehzahl ermittelt werden und zur Kompensation herangezogen werden. Bei Fahrten in Bergabschnitten mit längeren Steigungen bzw. Gefällen ist eine solche Kompensation jedoch kaum möglich. An einem zuverlässigen, preisgünstigen und neigungskompensierten Ölniveausensor besteht daher großes Interesse, wobei das Nei gungssignal eines solchen Sensors auch für solche Zwecke verwendet werden kann, wie z. B. Korrektur anderer Füllstandsanzeigen, automatische Betätigung der Handbremse am Berg nach Abstellen des Fahrzeugs, Laststeuerung bei Automatikgetrieben usw.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise, und mit weiteren Einzelheiten erläutert.

Es stellen dar:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Sensorschutzhülse mit darin angeordneten Sensoren,

Fig. 2 eine Auswerteschaltung für die Sensoranordnung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht, teilweise im Schnitt, der Anordnung gemäß Fig. 1,

Fig. 4 ein Schaltbild einer Sensorschaltung, wie sie für einen lediglich aus einer Leiterbahn bestehenden Sensor verwendbar ist, und

Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der Sensorschaltung gemäß Fig. 4.

Gemäß Fig. 1 sind innerhalb einer Schutzhülse 2, die beispielsweise innerhalb einer Öl wanne eines Kraftfahrzeugmotors angebracht ist, drei Flüssigkeitsstandsensoren 3 im Ab stand von der Innenseite der Schutzhülse 2 in den Ecken eines gleichseitigen Dreiecks (ge strichelt eingezeichnet) angeordnet. Die Flüssigkeitsstandsensoren 3, die sich senkrecht mindestens über den Bereich der zu messenden Flüssigkeitsstände erstrecken, können in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein, beispielsweise als Kondensatoren, Leiterbahnen mit Mäanderstruktur, Widerstandsdrähte usw.. Besonders vorteilhaft ist die Ausbildung jedes Flüssigkeitssensors als Widerstandsdraht mit einer gleichmäßigen, insbesondere längenproportionalen Zunahme des Widerstands über seine Länge und hoher Temperatur abhängigkeit des Widerstands.

Typische Abmessungen sind beispielsweise ein Durchmesser der Schutzhülse 2 von 3,8 cm und ein Umkreis-Radius des gleichseitigen Dreiecks von 2,8 cm, so daß der Abstand eines Sensors 3 von der Innenwand der Schutzhülse etwa 0,5 cm beträgt. Der gegenseitige Ab stand der Sensoren 3 beträgt dann 2,4 cm.

Bei einer Neigung von 2,4° in einer von zwei Sensoren aufgespannten Ebene ergibt sich dann ein Flüssigkeitsunterschied von etwa 1 mm bei diesen Sensoren. Bei entsprechend genauen Sensoren mit geeigneter Kalibrierung ist eine solche Auflösung erreichbar.

Eine Auswerteschaltung zur Ermittlung der Neigung ist in Fig. 2 dargestellt:

Die Flüssigkeitsstandsensoren 3, dargestellt als Widerstände, sind jeweils in Reihe mit Vorwiderständen 5 geschaltet, wobei jede Reihenschaltung an der Versorgungsspannung U_B liegt. Abgriffspunkte zwischen den Flüssigkeitssensoren 3 und den Vorwiderständen 5 sind jeweils paarweise mit den Eingängen von zwei Komparatoren 7 verbunden, denen Verstärker 9 nachgeschaltet sind, die mit Eingängen einer Auswerteschaltung 11 verbunden sind. Die Verstärker 9 können bei entsprechender Auslegung der Komparatoren 7 und der Auswerteschaltung 11 entfallen.

Der Verbindungspunkt zwischen einem der Flüssigkeitssensoren 3 und dem zugehörigen Vorwiderstand 5 ist über eine Leitung 13 unmittelbar mit der Auswerteschaltung 11 ver bunden. Die Auswerteschaltung 11 weist einen Ausgang 15 zur Abgabe eines der Neigung der Schutzhülse 2 relativ zum Flüssigkeitspegel entsprechenden Neigungssignals und einen Ausgang 17 zur Abgabe eines dem Flüssigkeitsfüllstand entsprechenden Flüssigkeits füllstandssignals auf.

Die Funktion der beschriebenen Schaltung ist folgende:

Eine Neigung der Schutzhülse 2 mit den darin angebrachten Flüssigkeitssensoren 3 relativ zur Senkrechten führt zu unterschiedlichen Flüssigkeitsständen an den Flüssigkeitssensoren 3. Die Unterschiede der Flüssigkeitsstände machen sich durch unterschiedliche Spannungen an den Abgriffspunkten bemerkbar, die in den Komparatoren 7 miteinander verglichen werden. Aus der Größe der Spannungsunterschiede kann auf die Größe der Flüssigkeits standunterschiede geschlossen werden, die wiederum wegen der bekannten geometrischen Anordnung der Flüssigkeitsstandsensoren 3 mittels in der Auswerteschaltung 11 abgelegten Algorithmen in ein Neigungssignal umgerechnet werden kann, das die Neigung der Schutz hülse 2 relativ zu einer X- und Y-Richtung enthält. Es versteht sich, daß die Neigung auch durch Vergleich der Spannungsunterschiede mit Werten ermittelt werden kann, die in ei nem empirisch ermittelten Kennfeld in einem Speicher der Auswerteschaltung 11 abgelegt sind.

Aus dem über die Leitung 13 der Auswerteschaltung 11 zugeführten Absolutsignal und dessen Korrektur mit den Neigungen kann der mittlere Flüssigkeitsfüllstand innerhalb der Schutzhülse 3 ermittelt und am Füllstandssignal 17 angezeigt werden. Es versteht sich, daß der Füllstand bei entsprechender Abänderung der Schaltung auch durch direkte Mittelwert bildungen der Spannungen an den Abgriffspunkten ermittelt werden kann.

Die Verwendung der Komparatoren zur Neigungsermittlung hat den Vorteil, daß die Span nungen an den Flüssigkeitssensoren 3 bzw. den Abgriffspunkten zwischen den Flüssig keitssensoren 3 und den Vorwiderständen 5 in analoger Technik direkt miteinander vergli chen werden können. Am Ausgang der Komparatoren kann ein Signal abgegriffen werden, das direkt den unterschiedlichen Füllstand an den beiden Flüssigkeitssensoren widergibt. Um eine höhere Auflösung zu erreichen, können den Komparatoren 7 die Verstärker 9 nachgeschaltet werden. Anschließend reicht ein A-D-Wandler mit 8 Bit Auflösung aus, um ein brauchbares Neigungssignal zu detektieren und zur weiteren Berechnung bzw. Aus wertung weiter zu geben.

Da Fertigungstoleranzen die Genauigkeit und die Reproduzierbarkeit wesentlich beein flussen, ist es vorteilhaft, in einem oder mehreren Kalibrierschritten die einzelnen Flüssig keitsstandsensoren 3 abzugleichen bzw. geeignete Kalibrierfaktoren in einem Mikrocon troller (schaltungsmäßig nicht dargestellt) abzuspeichern. Wird zum Beispiel der Flüssig keitsstandsenor während der Endmontage senkrecht in ein geeignetes Flüssigkeitsbad getaucht und ein Off-set an den jeweiligen Komparatoren detektiert, kann dieser Off-set mit Hilfe geeigneter Abgleichwiderstände auf Null getrimmt werden oder durch einen Kor rekturfaktor innerhalb der Auswerteschaltung 11 berücksichtigt werden.

Ein Problem des bisher beschriebenen Systems mit drei Flüssigkeitssensoren 3 tritt bei Überflutung bzw. Absinken des Flüssigkeitsniveaus, vorzugsweise des Ölniveaus, über bzw. unter den Meßbereich auf. Während des Fahrzeugbetriebs treten starke Turbulenzen und Strömungen in der Ölwanne auf, so daß die Schutzhülse bisher bekannter Ölstands sensoren an ihrem unteren und oberen Ende mit Öffnungen versehen ist. Erfindungsgemäß sind diese in Fig. 1 in Aufsicht sichtbaren Öffnungen vorteilhafterweise als Röhrchen 19 ausgebildet, die sich von der Umfangswand der Schutzhülse 2 waagrecht radial einwärts erstrecken und vorteilhafterweise über den Kreis hinaus reichen, auf dem die Flüssigkeits sensoren 3 angeordnet sind. Der Abstand zwischen den Flüssigkeitssensoren ist vorteil hafterweise möglichst groß, jedoch durch den Durchmesser der Schutzhülze 2 begrenzt. Fig. 3 zeigt, daß die oberen dieser Röhrchen etwas unterhalb dieser Obergrenze des Meßbereiches (max) und die unteren der Röhrchen 19 etwas oberhalb der Untergrenze des Meßbereiches (min) angeordnet sind. Die Abstände betragen beispielsweise 5 mm. Der Meßbereich ist dadurch zwar um 2 × 5 mm, also etwa 1 cm, vermindert (normaler Meß bereich beispielsweise 5 cm). Bei geringer Neigung schwankt der Füllstand üblicherweise nur im Bereich der vorgeschriebenen Minimum-Maximum-Menge eines Fahrzeugs, bei spielsweise um etwa 2 cm.

Wird bei Fahrten in bergigen Gegenden die Schutzhülse außen über das Maximum hinaus überflutet, so läuft ihr Innenraum nur soweit mit Öl voll, wie es die oberen Röhrchen 19, die vom Außenraum in den Innenraum führende Kanäle bzw. Öffnungen oder Löcher bilden, geometrisch erlauben. Oberhalb der Röhrchen 19 bildet sich dann eine Gasblase GB, die ein Überfluten der Sensoren 3 verhindert und eine funktionierende Neigungs erkennung sicherstellt.

Ein Zahlenbeispiel: bei einem Abstand der Sensoren 3 von 24 mm und zum Beispiel 5 mm langen Röhrchen kann eine Neigung von bis zu 12° (5 × 2,4°) trotz überflutetem Sensor detektiert werden. Werden die Röhrchen weiter nach innen verlängert, so kann die detek tierbare Neigung weiter erhöht werden.

Ähnliches gilt für ein Absinken des Flüssigkeitsstandes unter das Minimum; hier bleibt wegen der unteren Röhrchen 19 ein Restvolumen R_Vol von Öl innerhalb der Schutzhülse 2, das die Funktionstüchtigkeit der Neigungserkennung sicherstellt.

Fig. 4 zeigt den Grundaufbau einer Sensorschaltung, wie sie vorteilhafterweise zur An steuerung und Auswertung eines einzelnen in Form einer Leiterbahn mit temperatur abhängigem Widerstand ausgebildeten Flüssigkeitsstandsensors verwendet wird.

Dargestellt ist ein als Leiterbahn mit temperaturabhängigen Widerstand ausgebildeter Flüssigkeitsstandsensor 3, der innerhalb einer Schutzhülse 2 in innerhalb eines Behälters 21 befindliche Flüssigkeit, beispielsweise Motoröl, eintaucht. Der Flüssigkeitsstandsensor 3 ist an einem Ende mit einem Pol einer Fahrzeugspannungsversorgung, beispielsweise einer Batterie 23, verbunden und am anderen Ende mit dem Ausgang eines Schalters 25, einem Vorwiderstand R_V 27 und einem Eingang einer Steuer- und Auswerteschaltung 29 ver bunden, die ähnlich wie die Auswerteschaltung 11 der Fig. 2 vorteilhafterweise von einem Mikroprozessor gesteuert ist. Ein Steuerausgang der Steuer- und Auswerteschaltung 29 ist mit einem Eingang des Schalters 25 verbunden, der über einen Zündschalter 31 mit der Batterie 23 verbunden ist. Der Vorwiderstand 27 ist an seinem vom Sensor 3 abge wandten Ende ebenfalls mit dem Zündschalter 31 verbunden, über den auch die Steuer- und Auswerteschaltung 29 mit Strom versorgt wird. Ein weiterer Ausgang der Steuer- und Auswerteschaltung 29 ist mit einer Anzeigeeinheit 33 verbunden.

Das Funktionsprinzip der dargestellten Schaltung ist folgendes:

Bei geschlossenem Zündschalter 31 ist die Steuer- und Auswerteschaltung 29 aktiviert. Bei Vorliegen bestimmter Bedingungen, die von einem internen Zeitgeber und/oder dem vom Verbindungspunkt zwischen dem Vorwiderstand 27 und dem Sensor 3 kommenden Signal abhängen, liefert die Steuer- und Auswerteschaltung 29 ein Signal an den Schalter 25, der bei Vorliegen eines Signals den Sensor 3 unmittelbar an die Batteriespannung 23 legt, so daß der Sensor 3 während dieser Phase aufgeheizt wird. Fehlt das Ausgangssignal von der Steuer- und Auswerteschaltung 29, so liegt der Verbindungspunkt zwischen dem Vorwi derstand 27 und dem Sensor 3 in einer Spannungsteilerschaltung, so daß dessen Spannung ein Maß für den Widerstand und damit in gewisser Weise die Temperatur des Flüssig keitsstandsensors 3 ist. Innerhalb der Steuer- und Auswerteschaltung 29 erfolgt eine Signalverarbeitung, die ein der Anzeigeeinheit 33 zugeführtes Füllstandsignal ermittelt.

Anhand Fig. 5 werden nun Funktionsbeispiele erläutert:

In dem Diagramm gemäß Fig. 5 ist senkrecht die am Verbindungspunkt zwischen dem Vorwiderstand 27 und dem Sensor 3 abgegriffene Spannung bzw. die Temperatur des Sensors 3 dargestellt, für die diese Spannung ein Maß ist. Die Waagrechte bildet die Zeitachse.

T₀ stellt die Flüssigkeitstemperatur bzw. Öltemperatur dar. Nach einer kurzen Aufheiz phase erreicht der Sensor 3 eine Starttempertur T_1min, die etwas oberhalb der Flüssig keitstemperatur T₀ liegt. Wenn T_1min erreicht wird, wird der Flüssigkeitssensor 3 unter Steuerung der Steuer- und Auswerteschaltung 29 durch Schließen des Schalters 25 während einer vorbestimmten Zeitdauer t_G aufgeheizt. Dabei kann dem Sensor 3 die definierte elek trische Energiemenge Q = t_G U²/R zugeführt werden, wobei t_G die gesamte Heizdauer ist, U die anliegende Spannung, R der Widerstand des Sensors 3. Wird nach der Zeitdauer t_G die Aufheizung durch Öffnen des Schalters 25 beendet, so kann die durch das Aufheizen erreichte Temperatur T_1max gemessen werden, die ein Maß für den Füllstand ist. Bei niedrigem Füllstand wird eine höhere Temperatur erreicht, bei höheren Füllständen eine niedrigere Temperatur. Der Füllstand kann aus der erreichten Temperatur T_1max beispiels weise durch Auslesen eines in der Steuer- und Auswerteschaltung abgelegten, empirisch ermittelten Kennfeldes ermittelt werden, in dem die bei bekannten Füllständen erzielten Temperaturen T_1max abgelegt sind.

Der Sensor kann anschließend auf die Temperatur T_1min abkühlen, woraufhin der Vorgang erneut beginnt. Es kann auch die Zeitdauer t_A ermittelt werden, die zum Abkühlen des Sensors 3 auf eine vorbestimmte Temperatur T_2min erforderlich ist und aus dieser Zeitdauer in ähnlicher Weise der Füllstand ermittelt werden usw.

Da im Auto die Versorgungsspannung üblicherweise schwankt, ist die Heizdauer für eine definierte Energiezufuhr unterschiedlich. Um in allen Betriebsfällen eine möglichst kon stante Aufheizphase bzw. definierte Energie zu erreichen, kann es vorteilhaft sein, mittels Pulsbreitenmodulation bei hohen Versorgungsspannungen die Heizdauer eines Impulses zu verkürzen, wobei gilt:

Q = nt_H U²/R wobei
n = Anzahl der Pulsbreiten-/modulierten Impulse für die Dauer des Heizvorgangs,
t_H = Heizzeit während eines Impulses.

Es gilt: t_G = n (t_H + t_p).

Hierbei bezeichnet t_P = heizfreie Periode während eines Impulses.

Ein alternatives Meßverfahren erfolgt folgendermaßen:

In einem Kennfeld in der Steuer- und Auswerteschaltung 29 werden Temperaturdifferenzen abgelegt, die bei einer gegebenen Temperatur T_1min bei konstanter, bekannter Heizleistung und bekannten Füllständen nach unterschiedlichen Zeitdauern erreicht werden. Wird nun entsprechend Fig. 5 bei der gleichen konstanten Heizleistung nach der Zeit t_G die Tem peratur T_1max erreicht, so kann aus dem empirisch ermittelten Kennfeld anhand der benö tigten Zeit t_G der Füllstand ausgelesen werden. Wird mit einer anderen Heizleistung als der bei der Ermittlung des Kennfelds verwendeten Heizleistung gearbeitet, so muß die Heiz leistung entsprechend korrigiert werden.

Zur Steigerung der Genauigkeit ist es vorteilhaft, auch die Abkühldauer t_A mit in die Er mittlung des Füllstandes einzubeziehen. Nachdem die Temperatur T_1max erreicht ist, wird die Heizung abgeschaltet. In einem weiteren Kennfeld sind die empirisch ermittelten Zeit dauern abgelegt, in denen der Meßfühler ausgehend von T_1max bei unterschiedlichen Füll ständen um eine bestimmte Temperaturdifferenz abkühlt. Wird die Temperatur T_1min nach der für den bei der Aufheizphase ermittelten Füllstand nach der Zeit t_A wieder erreicht, so sind Temperatur und Füllstand während des Meßzyklus gleich geblieben. Stellt sich eine höhere Temperatur ein, hat entweder der Füllstand abgenommen oder die Temperatur ist angestiegen. Ist nur die Temperatur gestiegen, erfolgt der nächste Meßzyklus auf einem entsprechend höheren Temperaturniveau usw.

Da sich die Temperatur im Mittel wesentlich langsamer ändert als der Füllstand, liefert der Füllstand den dominierenden Meßbeitrag, während die Temperatur nur kleinere Korrek turen liefert. Eine Ausnahmesituation stellt lediglich die Kaltstart- und Aufwärmphase (Aufwärmung des Motors auf 80°C) dar. Hier kann durch geeignete Algorithmen der Temperatureffekt ermittelt und korrigiert werden, oder auf hohe Genauigkeit der Anzeige verzichtet werden. In einer abgeänderten Ausführungsform kann der Algorithmus so gewählt werden, daß nur innerhalb eines bestimmten Temperaturbereiches eine genaue Anzeige erfolgt.

Es versteht sich, daß die Schaltung gemäß Fig. 4 mit der der Fig. 2 zusammengefaßt werden kann, wobei die Flüssigkeitssensoren 3 während ihrer gleichzeitig erfolgenden Aufheizphasen in Reihe oder parallel zur Batterie 23 geschaltet sein können.

Claims

1. Vorrichtung zum Messen der Neigung eines Behälters relativ zu einem Flüssigkeits pegel in dem Behälter, enthaltend

1. wenigstens zwei in einem vorbestimmten gegenseitigem Abstand angeordnete, sich über einen vorbestimmten Bereich von Flüssigkeitsständen erstreckende Sensoren (3), deren Ausgangssignale vom Flüssigkeitsstand im Bereich des Sensors abhängen, und
2. eine Auswerteschaltung (11) zum Ermitteln eines aus dem Unterschied der Ausgangs signale und dem Abstand der Sensoren hergeleiteten Neigungssignals, dadurch gekennzeichnet, daß

die Sensoren (3) im Innenraum einer Schutzhülse (2) aufgenommen sind und daß der Innenraum des Schutzhülse (2) über Löcher (19) mit dem Behälterinneren verbunden ist, wobei die am tiefsten angeordneten Löcher oberhalb des niedrigsten, normalerweise zu erfassenden Flüssigkeitsstandes und die obersten Löcher unterhalb des höchsten, normalerweise zu erfassenden Flüssigkeitsstandes angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher durch Kanäle innerhalb von Röhrchen (19) gebildet sind, die von einer Umfangswand der Schutzhülse (2) in deren Inneres vorstehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhrchen (19) etwa im gleichen Abstand von der Umfangswand der Schutzhülse (2) enden, den die Sensoren (3) von der Umfangswand haben.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Sensoren (3) in den Ecken eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet sind und je zwei der drei Sensoren an je einen von zwei Komparatoren (7) angeschlossen sind, denen eine Auswerteschaltung (11) nachgeschaltet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (11) direkt mit dem Ausgangssignal eines der Sensoren (3) beaufschlagt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (11) ein Kennfeld enthält, in dem experimentell ermittelte, den Unterschieden der Ausgangssignale der Sensoren (3) zugeordnete Neigungswerte abgelegt sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (3) durch Leiterbahnen mit temperaturabhängigem Widerstand gebildet sind und daß die Eingänge der Komparatoren (4, 7) direkt mit einem Ende einer jeweiligen Leiterbahn verbunden sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch

1. eine Heizschaltung (23, 25) zum zeitweiligen Beaufschlagen der Leiterbahn mit einer vorbestimmten Heizleistung,
2. eine Meßschaltung (3, 27) zum Messen des Widerstandes der Leiterbahn und
3. eine Steuer- und Auswerteschaltung (29), die die Heizschaltung derart steuert, daß die Leiterbahn mit einer vorbestimmten Leistung während einer vorbestimmten Zeitdauer oder auf eine vorbestimmte Temperatur beheizt wird, daß die dabei erreichte Endtemperatur oder die erforderliche Zeitdauer gemessen wird, und daß der Flüssigkeitsstand an der Leiterbahn auf Basis der Meßwerte ermittelt wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die Zeitdauer gemessen wird, die die Leiterbahn zum Abkühlen von der vorbestimmten Temperatur auf eine vorbestimmte niedrigere Temperatur benötigt und diese Zeitdauer zusätzlich zum Ermitteln des Flüssigkeitsstandes herangezogen wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung des Flüssigkeitstandes an der Leiterbahn dadurch erfolgt, daß die gemessene Zeitdauer bzw. Temperatur mit empirisch bestimmten, in der Steuer- und Auswerteschaltung abgelegten Kennfeldern verglichen wird, die die entsprechenden, bei bekannten Füllständen ermittelten Zeitdauern oder Temperaturen enthalten.