DE2028833B2

DE2028833B2 - Füllstandanzeiger

Info

Publication number: DE2028833B2
Application number: DE19702028833
Authority: DE
Inventors: Frederick Norman Gaerwen Anglesey Hill (Grossbritannien)
Original assignee: Thomas Electronics Ltd
Current assignee: Thomas Electronics Ltd
Priority date: 1969-06-11
Filing date: 1970-06-11
Publication date: 1979-04-26
Also published as: GB1287148A; DE2028833C3; DE2028833A1; ES380614A1; FR2045992A1; FR2045992B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Füllstandsanzeiger der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher bezeichneten Art. Ein derartiger Füllstandsanzeiger ist aus dem Buch von H. F. Grave »Elektrische Messungen nichtelektrischer Größen«, 1962, S. 260 bis bekannt.

Bei dem bekannten Füllstandsanzeiger ist eine in den Flüssigkeitsbehälter eintauchende kapazitive Sonde in dem einen Zweig einer Brückenschaltung angeordnet, die in ihrem Nullzweig ein Spannungsmeßgerät und einen Gleichrichter enthält und induktiv mit einem Hochfrequenzoszillator zur Einspeisung der Betriebsspannung gekoppelt ist. Die der Flüssigkeitshöhe proportionale Kapazität zwischen der Sonde und der Behälterwand führt zu einer entsprechenden Verstimmung der zuvor abgeglichenen Brückenschaltung und damit zu einem entsprechenden Ausschlag des Spannungsmeßgerätes. Der Nullabgleich des bekannten Füllstandsanzeigers erfolgt durch einen Drehkondensator und ein Potentiometer und erfordert neben einem guten Fingerspitzengefühl eine oftmalige Neueinstellung, da klimatisch bedingte Änderungen der Umgebungstemperatur zu Änderungen der Bauelementewerte und damit zu Fehljustierungen führen. Ferner führen Störspannungen auf den Stromversorgungsleitungen des Hochfrequenzoszillators, wie sie z. B. in Bordnetzen von Kraftfahrzeugen beim Einschalten und Betrieb elektrischer Verbraucher wie Anlasserspulen, Lüftermotoreii, Scheinwerfer u. dgl. auftreten, zu Änderungen der Brückenbetriebsspannung und damit zu Fehlanzeigen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, einen Füllstandsanzeiger der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welcher verhältnismäßig unempfindlich gegen Störspannungen ist und in einem breiten Umgebungstemperaturbereich ohne Nach- oder Neujustierungen verwendbar ist

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Füllstandsanzeigers nach Anspruch 1 ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der erfkidungsgemäße Füllstandsanzeiger benutzt zur Erzlaugung der Betriebsspannung einen Kipp-Schwingungsoszillator, welcher unter anderem auf Grund seiner Tiefbandcharakteristik unempfindlich gegen eiiagestreute Störspannungen auf den Stromversorgungsleitungen ist. Des weiteren sind durch das Fehlen von Brückenschaltungen Abgleichvorgänge entbehrlich.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein elektrisches Schaltbild eines ersten Ausführuingsbeispiels eines erfindungsgemäßen Füll-■äs Standsanzeigers,

F i g. 2 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Füllstandsanzeigers,

F i g. 3 ein elektrisches Schaltbild des Füllstandsanzeige gers nach F i g. 2,

Fig.4 ein elektrisches Schaltbild eines in dem erfindumgsgemäßen Füllstandsanzeiger verwendeten Oszillators,

F i g. ;> ein elektrisches Schaltbild eines weiteren Ausführiingsbeispiels eines erfindungsgemäßen Füllstandsanzeigers, welches einige Abwandlungen gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 aufweist,

F i g. 6 ein elektrisches Schaltbild eines in dem Ausführiingsbeispiel nach F i g. 1 wahlweise verwendbare renOsziillatorsund

F i g. 7 ein elektrisches Schaltbild ähnlich wie F i g. 6, jedoch mit einem Betätigungselement ähnlich wie in Fig. 3.

Der Füllstandsanzeiger nach Fig. 1 umfaßt einen Oszillator mit einem Transistor TI, Widerständen R 1, R2, Kondensatoren Cl, C2 sowie Luftkernspulen L 1, L 2. Die Spulen Ll, L 2 sind in fester Kopplung zueinander angeordnet. Die Spule L 2 ist mit der Basis des Transistors Tl über einen Kondensator Cl gekoppelt, um Schwingungen aufrechtzuerhalten. Der Oszillator liefert an einen Spannungsteiler mit den Widerständen R3, R4 eine Ausgangswechselspannung.

Das Potential am Abgriff zwischen den Widerständen R 3, R 4 gelangt an die Basis eines Transistors T2 eines Betätigungselements, das in Form einer Verstärkerstufe mit Transistoren T2, T3 sowie einem Widerstand R 5 ausgeführt ist. In der Kollektorleitung des Transistors 73 liegt eine Meldeeinrichtung mit einer Lampe 1 sowie

einem Summer 2.

Die Oszillator-Ausgangsspannung an den Widerständen R 3, RA wird ferner einer Elektrode 3 innerhalb eines Radiators 4 eines Kühlsystems zugeführt Die Ankopplung dieser Spannung an den Radiator 4 erfolgt durch Kondensatoren C3, CA.

Die Elektrode 3 endigt an einer Stelle innerhalb des Radiators 4, die einem gewünschten minimalen Wass^rpegel in dem Radiator 4 entspricht Wenn der Wasserpegel auf oder über dem gewünschten minima- ίο len Wasserpegel liegt, befindet sich das Wasser in Berührung mit der Elektrode 3 und schließt einen ersten Stromkreis über den Oszillatorausgang. Die Stromkreiselemente mit den Kondensatoren C3, CA sowie dem Wasser haben eine elektrische Impedanz, welche is niedriger als die Impedanz von weiteren Stromkreiselementen mit den Widerständen A3, RA sowie dem Betätigungselement ist, das ebenfalls an dem Oszillatorausgang liegt Bei dieser Anordnung liegi nur eine geringe Spannung an dem Widerstand R 4 an. Dies ergibt einen Stromfluß in der Kollektorleitung des Transistors 73, welcher für eine Betätigung der Meldeeinrichtung nicht ausreicht

Wenn der Wasserpegel unter den vorgegebenen Stand fällt, ist der erste Stromkreis offen, wodurch die Belastung oder Phasenverschiebung des Oszillators abnimmt und die Spannung an dem Widerstand rf 4 auf einen verhältnismäßig großen Wert ansteigt Hierdurch fließt ein ausreichend großer Strom in der Kollektorleitung des Transistors 73, um die Meldeeinrichtung zu m betätigen.

Der Oszillator erzeugt eine Ausgangsgröße mit einer ausreichend hohen Frequenz, um das Auftreten einer Polarisierung in dem Radiator zu verhindern. In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Oszilla- -J5 tor bei allen Betriebszuständen des Radiators in Betrieb. Folglich können Bauteile mit schlechten Toleranzen, beispielsweise von ±20%, verwendet werden. Des weiteren ist das der Basis des Transistors 72 zugeführte Potential lediglich von den Widerständen des ersten <to Schaltkreiselements abhängig, so daß nur eine geringe Neigung zur Erzeugung von Störsignalen, beispielsweise auf benachbarten Energieversorgungsleitungen besteht, welche die Meldeeinrichtung fälschlicherweise auslösen.

Die Spulen LX, L2 können geeignet dimensioniert werden, um einen zuverlässigen Betrieb des Anzeigers auch bei verhältnismäßig großen Versorgungsspannungsschwankungen zu gewährleisten.

Bei dem vorangehend beschriebenen Anzeiger können folgende Transistoren verwendet werden:

71	D29A5
72,73	2N3415
pische Werte ndermaßen:	der anderen B
Ri	22 Megaohm
R2	1,8 Kiloohm
R3	15 Kiloohm
RA	6,8 Kiloohm
R5	1 Kiloohm
Ci	0,01 μΡ
C2	25OpF
C3	0,1 μΡ
CA	0,1 μΡ
Anzeigelampe	24 V, 2,8 W
Summer	3500hm

65 Mit diesen Bauteilen liegt die Osziüatorfrequenz in der Größenordnung von 965 kHz.

Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel ermöglicht den Aufbau eines zuveriässigen und billigen Kühlmittelstandsanzeigers für das Kühlsystem eines Kraftfahrzeugs.

Der Füllstandsanzeiger nach Fig.2, 3 umfaßt eine Oszillatorschaltung, die identisch mit der Oszillatorschaltung nach F i g. 1 ist und an ein Betätigungselement angeschlossen ist Dieses umfaßt eine Anzeigeschaltung mit Dioden Di, D 2 sowie Kondensatoren CA, CS, ferner eine Klemmschaltung mit Widerständen R 5, R 6 sowie einem Transistor VT2, ferner einen Kippschwingungsoszillator mit Widerständen RT, RS, R9, R 10, All,einem Kondensator CSsowie einem Unijunctiontransistor PUTi bzw. Thyristor und schließlich einen Leistungsverstärker mit Transistoren VT3, V74 sowie Widerstände R12, R13. Das Betätigungselement dient zur Betriebssteuerung einer Lampe und eines Summers.

Wenn die Elektrode bzw. Sonde 3 mit Flüssigkeit bedeckt ist Hegt die vom Oszillator erzeugte Schwingung auf einem sehr niedrigen Pegel, wodurch auch die Spannung am Kondensator C5 einen sehr niedrigen Wert besitzt Der dann durch den Widerstand Λ 6 fließende Strom sperrt den Transistor V72, so daß die Spannung an dem Kollektor des Transistors VT2 auf einem Wert nahe der negativen Versorgungsspannung liegt. Hierdurch werden wiederum der Kippschwingungsoszillator und die Transistoren VT3, VT4 gesperrt so daß die Meldeeinrichtung außer Betrieb ist.

Wenn die Elektrode bzw. Sonde 3 nicht mit Flüssigkeit bedeckt ist liegt die vom Oszillator erzeugte Schwingung auf einem hohen Pegel, wodurch die Ausgangsgröße des Oszillators eine Gleichspannung ist, welche durch den Kondensator C 4 sowie die Diode D1 wieder in eine Wechselspannung umgewandelt wird, die dann durch die Diode D 2 sowie den Kondensator D 5 spitzengleichgerichtet wird. Hierdurch ergibt sich eine Spannung an der Verbindungsstelle des Kondensators C5 mit dem Widerstand RS, welche gegenüber dem negativen Pol der Versorgungsspannungsquelle negativ ist. Dies bewirkt, daß der Transistor VT2 sperrt und die Klemmspannung an der positiven Belegung des Kondensators C% abschaltet, welcher sich über die Widerstände R 11, R 12, R 13 sowie die Diode D 3 auf die positive Versorgungsspannung auflädt. Wenn die Spannung an der Anode des steuerbaren Unijunctiontransistors PUTi die durch die Widerstände R 9, R 10 definierte Scheitelspannung erreicht, zündet der Unijunctiontransistor PUTi, wodurch die positive Belegung des Kondensators C6 eine Spannung nahe dem Wert der negativen Versorgungsspannur.g annimmt. Dieser negative Spannungsabfall wird auf die negative Belegung des Kondensators C6 übertragen, wodurch die Diode D 3 in Sperrichtung vorgespannt wird. Dadurch fließt ein Strom durch die Bauelemente RT, C6, die Anode und Kathode des Unijunctiontransistors PUTi sowie die Basis des Transistors VT3. Der Transistor V73 schaltet durch, womit sich das Potential an dem Kollektor des Transistors V73 auf einen Wert bis in die Nähe des negativen Potentials der Versorgungsspannung ändert. Dadurch schaltet der Transistor VTA durch und betätigt die Lampe sowie den Summer. Gleichzeitig wird der Strom durch den Widerstand Λ 11 reduziert, wobei der Transistor PUTi !ediglich durch den Strom leitend gehalten wird, welcher durch die Bauelemente RT, C 6 fließt. Wenn die Spannung an der negativen Belegung des Kondensators

C6 eine Differenz von annähernd 0,6 V gegenüber der negativen Versorgungsspannung erreicht, beginnt die Diode D 3 zu leiten und der Strom, der zuvor durch den Kondensator C6 floß, wird nunmehr durch die Diode D 3 geführt. Somit sperren der Unijunctiontransistor PUTi sowie die Transistoren VT3, VT4. Die Lampe sowie der Summer werden abgeschaltet, worauf sich der Kondensator C6 über die Widerstände R 11, R 12, R 13 aufzuladen beginnt und der Zündzyklus wiederholt wird.

In der beschriebenen Anordnung arbeiten der Kippschwingungsoszillator sowie die Klemmschaltung in der Weise, daß ein Fehlalarm infolge von Schwankungen in benachbarten elektrischen Systemen vermieden wird.

Der Füllstandsanzeiger nach Fig.4 umfaßt eine Oszillatorschaltung mit gekoppelten Ferritkernspulen Tl, Widerständen R 1, R2, R3, R4, Kondensatoren C2, C3 sowie einem Transistor VTl. Eine der Spulen ist über einen Kondensator Ci mit der Elektrode bzw. Sonde 3 und einem Vorratsbehälter verbunden. Die ferner vorgesehenen Betätigungselemente umfassen eine Anzeigeschaltung mit einer Diode D1, einem Kondensator C 4 sowie einem Widerstand R 5. Eine Schalteranordnung umfaßt Widerstände R 6, R 7 sowie Transistoren VT2. Ein Kippschwingungsoszillator umfaßt Widerstände RS, R9, RiO, eine Diode D 2, einen Kondensator CS, einen Unijunctiontransistor U]Ti sowie einen veränderlichen Widerstand VT? 1. Ein Leistungsverstärker umfaßt Transistoren VT3, VT4.

Wenn die Sonde 3 mit Flüssigkeit bedeckt ist, erzeugt der Oszillator eine Schwingung mit sehr niedrigem Pegel, wodurch eine sehr geringe Spannung an den Bauelementen C4, CS anliegt und damit der Transistor VT2 gesperrt wird. Hierdurch liegt die Spannung am Kollektor des Transistors VT2 auf oder nahe an dem Wert der negativen Versorgungsspannung, so daß kein Strom durch die Widerstände RS, R9 fließt und die Transistoren VJTi, VTi, VT4 gesperrt werden.

Wenn die Sonde 3 nicht mit Flüssigkeit bedeckt ist, erzeugt der Oszillator eine Schwingung mit hohem Pegel, wobei die an dem Kondensator C4 sowie dem Widerstand R 5 entstehende Spannung den Transistor VT2 durchschaltet. Hierdurch liegt die Spannung an dem Kollektor des Transistors VT2 auf einem Wert in der Nähe der positiven Versorgungsspannung, wodurch über die Bauelemente R9, CS, D2 ein Ladestrom für den Kondensator CS fließt. Wenn die Spannung an der positiven Belegung des Kondensators CS den Scheitelstromwert des Unijunctiontransistors U]Ti erreicht, zündet dieser. Dadurch wird die Spannung an der Basis des Transistors VT3 negativ und die Transistoren VT3, VT4 schalten durch, womit die Lampe L 1 sowie der Summer B1 eingeschaltet werden. Gleichzeitig wird der Emitter des Unijunctiontransistors L]Ti negativ, wobei diese negative Spannung über den Kondensator C5 zu der in Sperrichtung vorgespannten Diode D 2 zurück geführt wird. Der Kondensator CS beginnt sich über den Widerstand RS sowie die Emitter/Basis-Strecke des Unijunctiontransistors LJTi zu laden. Auf diese Weise ist der Gesamtstrom über die Emitter/Basis-Strecke des Unijunctiontransistors LJTi gleich der Summe des durch die Widerstände RS, R9 fließenden Stroms. Wenn die Spannung an der negativen Belegung des Kondensators CS annähernd +0,6V gegenüber dem negativen Anschluß der Versorgungsspannung erreicht, leitet die Diode D 2 und der in dem Widerstand R 8 fließende Strom wird durch die Diode D 2 geführt. Der Unijunctiontransistor sperrt die Transistoren VT3, VT4, wodurch die Lampe sowie der Summer abgeschaltet werden. Der Kondensator C5 lädt sich über den Widerstand R 9 auf, wonach der Zyklus wiederholt wird.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig.5 ist ähnlich demjenigen nach Fig. 1, umfaßt jedoch eine weitere Verstärkerstufe T4.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig.6 zeigt einen Oszillator mit Luftkernspulen ähnlich dem Oszillator nach F i g. 1 mit einem Betätigungselement einschließlich eines Unijunctiontransistors ähnlich demjenigen nach F i g. 4.

Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 7 zeigt einen Oszillator mit Ferritkprnsnijlp ähnlich demjenigen nach F i g. 4 sowie einem Betätigungselement ähnlich demjenigen nach F i g. 3.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Füllstandsanzeiger zur Anzeige der Abweichung des Spiegels eines flüssigen Kühlmittels in einem Vorratsbehälter eines Maschinenkühlsystems von einem vorgegebenen Pegel, mit einem ersten Anzeigeelement in Form einer in den Vorratsbehälter hineinragenden Sonde, einem zweiten Anzeigeelement, das mit dem Vorratsbehälter betriebsmäßig verbindbar ist, und mit einem ersten Oszillator, welcher mit den ersten und zweiten Anzeigeelementen verbunden ist und zur Erzeugung einer Ausgangsgröße dient, deren Amplitude ein Maß für die elektrische Impedanz zwischen den Anzeigeelementen darstellt, gekennzeichnet durch folgende weitere Merkmale:

(a) Ein Kippschwingungsoszillator (7? 7— RU, C 6, PUTl) zur Erzeugung eines Ausgangssignals entsprechend der Amplitude des an der eiektrischen Impedanz abfallenden Ausgangssignals des ersten Oszillators (T₁, R\, R₂, Q, C₂ ULi);

(b) eine Meldeeinrichtung (Lampe 1, Summer 2), welche in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Kippschwingungsoszillators eine intermittierende Anzeige oder Warnung erzeugt, und

(c) eine Klemmschaltung (RS, R6, VT2), welche betriebsmäßig zwischen der Impedanz und dem Kippschwingungsoszillator liegt und so ausgebildet ist, daß der Kippschwingungsoszillator gesperrt wird, wenn sich der Spiegel des flüssigen Kühlmittels bei dem vorgegebenen Pegel oder oberhalb desselben befindet.

2. Füllstandsanzeiger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Oszillator zwei gekoppelte Luftkernspulen (L 1, L 2) umfaßt.

3. Füllstandsanzeige ■ nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Oszillator zwei gekoppelte Ferritkernspulen (Tl) umfaßt.

4. Füllstandsanzeiger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kippschwingungsoszillator einen Unijunctiontransistor (PUTl, VJT1) umfaßt.