DE2512060B2

DE2512060B2 - Piezoelektrische druckempfindliche Vorrichtung zur Feststellung des Füllstandes

Info

Publication number: DE2512060B2
Application number: DE19752512060
Authority: DE
Inventors: Hideo Hirakata Mifune; Tomohiko Hirakata Niikawa; Kenroku Katano Tani
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1974-03-20
Filing date: 1975-03-19
Publication date: 1978-06-15
Also published as: GB1512233A; FR2265084A1; IT1032358B; FR2265084B1; DE2512060A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine piezoelektrische druckempfindliche Vorrichtung zur Feststellung des Füllstandes oder der Fülllmenge, insbesondere einer Flüssigkeit, wie in einem Behälter.

Eine Vorrichtung zur Messung des Flüssigkeitsstandes in einem Behälter ist beispielsweise aus der DE-PS 878723 bekannt. Diese Vorrichtung arbeitet nach der Echo-Methode, wobei auf der Meßstrecke mehrere Reflektoren in vorgegebenem Abstand angeorünet sind, die zusätzlich zum Echo des reflektierenden FlUssigkeitsspiegels, dessen Stand zu einer Ultraschallquelle gemessen werden soll, Echoanzeigen ergeben, die den wahren Maßstab für die Abstandsskala erkennen lassen. Dies ist eine recht aufwendige Anordnung, die für viele Anwendungen, z. B. für die Messung des Ölstandes eines Kraftfahrzeugmotors, nicht geeignet ist.

In »Rohrbach: Elektrische Messung mechanischer Größen (1967) S. 215-219« sind piezoelektrische Bauelemente und deren grundsätzliche Anwendungsmöglichkeiten, u. a. zur Messung von Drücken, beschrieben. Die Anwendung eines piezoelektrischen Baulementes zur Messung des Füllstandes, insbesondere einer Flüssigkeit, in einem Behälter wird jedoch nicht gezeigt. Ferner beruhen alle Anwendungen auf der unmittelbaren Messung der druckproportionalen Spannung des piezoelektrischen Kristalls, wenn der Kristall als Fühler verwendet wird.

Bei anderen bekannten Vorrichtungen zur Messung des Füllstandes, insbesondere des ölstandes in Kraftfahrzeugmotoren, wird eine Halbleiteranordnung, beispielsweise unter Verwendung eines Thermistors, herangezogen, wobei die durch eine Temperatursteigerung der nicht von der Flüssigkeit bedeckten Halbleiteranordnung hervorgerufene Widerstandsänderung mittels einer elektronischen Spaltung od. dgl. festgestellt wird, um so den Flüssigkeitsstand oder die Flüssigkeitsmenge zu ermitteln. Da diese Vorrichtungen in ihrer Wirkweise auf der Temperaturerhöhung der Halbleiteranordnung beruhen, unterliegen sie jedoch den Einflüssen der Umgebungstemperatur, wodurch es zu Funktionsstörungen kommen kann.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine von eier Umgebungstemperatur nicht beeinflußte, einfach aufgebaute Vorrichtung zur Feststellung des Füllstandes oder der Füllmenge, insbesondere einer Flüssigkeit, in einem Behälter zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

a) ein piezoelektrisches Bauelement an der Innenfläche des Bodens eines rohrförmigen Körpers befestigt ist, der größtenteils in das Innere des Behälters ragt,

b) das piezoelektrische Bauelement Bestandteil einer Oszilliatorschaltung ist und bei Erregung durch eine Wechselspannung zusammen mit dem Boden des rohrförmigen Körpers in Vibration versetzt wird,

c) eine Ansprechschaltung zur Feststellung von Änderungen am Ausgang der Osziallatorschaltung vorgesehen ist, die sich auf Grund von Impedanzänderungen des piezoelektrischen Bauelementes ergeben, sobald der rohrförmige Körper aus der Füllmenge in eine Gasatmospähre taucht oder umgekehrt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung beruht also auf der Ausnutzung von Impedanzänderungen eines in einer Oszillatorschaltung befindlichen piezoelektrischen Bauelementes.

Die Erfindung vermittelt die folgenden Vorteile: 1. Da der erfindungsgemäße Fühler in seiner Wirkweise auf der Ausnutzung von Impedanzänderungen eines piezoelektrischen Bauelementes

beruht, wird er im Unterschied zu den nach dem Stand der Technik bekannten Fühlern von der Umgebungstemperatur nicht beeinflußt.

2. Er hat ein rasches Ansprechvermögen, da er im Unterschied zu den bekannten Fühlern in seiner Wirkweise nicht auf der Ausnutzung einer Temperaturerhöhung beruht.

3. Er ist einfach aufgebaut.

4. Da der Fühler verkapselt ist, wird das piezoelektrische Bauelement der Einwirkung der Flüssigkeit oder einer umgebenden Atmosphäre nicht unmittelbar ausgesetzt, was der Dauerhaftigkeit der Vorrichtung zugute kommt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nun an Ausführungsbeispielen und an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen druckempfindlichen Fühlers zur Feststellung des Flüssigkeitsstandes,

Fig. 2 eine Darstellung der Frequenzcharakteristik des bei dem Fühler der Fig. 1 vorgesehenen piezoelektrischen Bauelements,

Fig. 3 eine elektrische Ersatzschaltung des piezoelektrischen Bauelements,

Fig. 4 A, 4B und 4C Darstellungen der bei der Zuführung eines Wechselstromsignals zu dem erfindungsgemäßen Fühler hervorgerufenen Biegeschwingungen,

Fig. 5 eine elektrische Ersatzschaltung des piezoelektrischen Bauelements für den Fall des Auftretens von Biegeschwingungen des Fühlers,

Fig. 6 eine Darstellung der Frequenzcharakteristik des piezoelektrischen Bauelementes bei den Biegeschwingungen des Fühlers,

Fig. 7 eine Darstellung der Frequenzcharakteristik des piezoelektrischen Bauelementes beim Eintauchen des Fühlers in eine Flüssigkeit und bei der Nichteintauchung,

Fig. 8 eine Schnittansicht, die den Fühler im Einbau in einen Flüssigkeitsbehälter zeigt,

Fig. 9 ein Verdrahtungsschema einer mit dem Fühler verbundenen Oszillatorschaltung,

Fig. 1OA und 1OB Darstellungen des Spannungsverlaufs der Oszillationsausgänge der Oszillatorschaltung beim Einwirken eines hohen und eines niederen Flüssigkeitsdrucks auf den Fühler,

Fig. 11 ein Verdrahtungsschema einer mit Oszillatorschaltung der Fig. 9 verbundenen Anzeigeschaltung,

Fig. 12 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen druckempfindlichen Fühlers zur Feststellung des Flüssigkeiibstandes,

Fig. 13 eine Schnittansichteines wesentlichen Teils des Fühlers bei einer dritten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 14 eine Schnittansicht des zum Feststellen des Flüssigkeitsstandes dienenden Teils eines Fühlers bei einer vierten Aüsführungsform der Erfindung, wobei in der zeichnerischen Darstellung Teile weggebrochen sind,

Fig. 15 ein Blockschaltbild des in Fig. 14 dargestellten Fühlers,

Fig. 16 ein elektrisches Detailschaltbild zur Konkretisierung des Blockschaltbilds der Fig. 15,

Fig. 17 eine graphische Darstellung der zwischen dem Widerstand eines temperaturabhängigen Elements des Fühlers und dem Ausgang der·Oszillatorschaltung bestehenden Beziehungen, und

Fig. 18 eine Schnittansicht einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen druckempfindlicher Fühlers, wobei in der zeichnerischen Darstellung Teile weggebrochen sind.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 soll nun die. erste

Ausführungsform der Erfindung beschrieben werden.

In Fig. 1 ist mit der Bezugszahl 1 ein Metallrohr

mit einem geschlossenen und einem offenen Ende bezeichnet, das einen erweiterten Teil 2 aufweist, und mit der Bezugszahl 3 ein piezoelektrisches Bauelement, beispielsweise in Form eines piezoelektrischen Keramikplättchens, an dessen beiden Seitenflächen Elektroden 4 und 4' angeordnet sind. Das piezoelektrische Bauelement 3 ist durch eine elektrisch leitende Klebemasse 5 mit der Innenfläche des Bodenteils des Rohres 1 verbunden. Doch ist es nicht zwingend erforderlich, das piezoelektrische Bauelement 3 am Bodenteil anzubringen, sondern es könnte erwünschtenfalls auch an die Seitenwandinnenfläche des Rohres 1 angeklebt sein.

Die eine Elektrode 4 des piezoelektrischen Bauelements 3 und das Rohr 1 sind durch die elektrisch leitende Klebemasse 5 leitend verbunden. Die Bezugszahl 6 bezeichnet eine Halterungsschraube, in deren öffnung das Rohr 1 eingeschoben ist, wobei am äußeren Umfang dieser Schraube ein Halterungsgewinde 7 vorgesehen ist. Mit der Bezugszahl 8 ist eine ringförmige Packung bezeichnet und mit der Bezugszahl 9 eine Kappe, die zum Einpassen in das Rohr 1 mit einem Vorsprung 10 ausgebildet ist. Durch die Kappe 9 sind zwei Leitungen 11 und 12 hindurchgeführt. Die Leitung 11 ist mit der Elektrode 4' des piezoelektrischen Bauelements 3 verbunden und die Leitung 12 mit dem Rohr 1. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, wird das Rohr 1 so weit in die Öffnung der Halterungsschraube 6 eingeführt, daß der Erweiterungsteil 2 gegen eine Schulter der Halterungsschraube 6 anliegt, worauf die Packung 8 und die Kappe 9 eingeführt werden und das Ende der Halterungsschraube 6 umgebördelt wird, um das Rohr 1 starr mit der Halterungsschraube 6 zu verbinden.

Es soll nun an Hand der Fig. 2 und 3 auf die elektrischen Eigenschaften des piezoelektrischen Bauelements 3 näher eingegangen werden.

In Fig. 2 ist die Frequenzcharakteristik des piezoelektrischen Bauelements 3 dargestellt, und es ist daraus zu entnehmen, daß die Impedanz des piezoelektrischen Bauelements bei einer Resonanzfrequenz f_r abrupt abfällt, um bei einer Gegenresonanzfrequenz f„ abrupt anzusteigen. In Fig. 3 ist eine elektrische Ersatzschaltung gezeigt, in der die Verhältnisse im Bereich der Resonanzfrequenz /_r des piezoelektrischen Bauelements veranschaulicht sind.

Wird über die Leitungen 11 und 12 des in Fig. 1 gezeigten Druckfühlers eine Wechselspannung angelegt, so kommt es in bezug auf die Bindefläche des piezoelektrischen Bauelements 3 zu Dehnungs- und Einziehbewegungen des Bodenteils des Rohrs 1, wie dies in Fig. 4A, 4B und 4C dargestellt ist. Genauer gesagt, wird das piezoelektrische Bauelement 3 in der Weise polarisiert, daß die der Bindefläche zugekehrte Seite positiv wird, so schrumpft das piezoelektrische Bauelement 3, wie dies in Fig. 4B für die angelegte positive Spannung gezeigt ist, und der Bodenteil des Rohrs 1 dreht sich nach außen, wohingegen sich das piezoelektrische Bauelement 3 beim Anlegen einer nevativen Spannung dehnt und der Bodenteil des

Rohrs linderinFig. 4 C gezeigten Weise eingezogen wird, was also das Auftreten von Biegeschwingungen an der Bindefläche des piezoelektrischen Bauelements 3 und des Rohrs 1 zur Folge hat.

In Fig. 5 ist eine elektrische Ersatzschaltung eines piezoelektrischen Bauelements 3 für den Fall des Auftretens von Biegechwingungen gezeigt, während in Fig. 6 die Frequenzcharakteristik des piezoelektrischen Bauelements 3 beim Auftreten von Biegeschwingungen dargestellt ist. In Fig. 6 bezeichnet f'_r eine Resonanzfrequenz bei den Biegeschwingungen und R'_o bezeichnet eine Resonanzimpedanz.

Wird das Rohr 1 des in Fig. 1 dargestellten Fühlers mit den obigen Eigenschaften in eine Flüssigkeit eingetaucht, so werden die Biegeschwingungen durch den Flüssigkeitsdruck unterdrückt, so daß sich die Resonanzimpedanz des piezoelektrischen Bauelements 3 erhöht. Mit anderen Worten, das piezoelektrische Bauelement hat die in Fig. 7 durch die Kurve α wiedergegebene Frequenzcharakteristik, wenn das Rohr 1 von Luft umgeben ist, wohingegen sich die Frequenzcharakteristik in der durch die Kurve b veranschaulichten Weise ändert, wenn das Rohr 1 in Flüssigkeit eintaucht, so daß sich die Resonanzimpedanz erhöht.

Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, den Füllstand oder die Menge der Flüssigkeit an Hand der Änderungen in der Größe der Impedanz des piezoelektrischen Bauelements 3 in Luft und beim Eintauchen in die Flüssigkeit festzustellen.

In der Darstellung der Fig. 8 ist der Fühler der Fig. 1 in einen Flüssigkeitsbehälter 30 einmontiert, und Fig. 9 zeigt den elektrischen Schaltungsaufbau eines Flüssigkeitsstandmessers.

In Fig. 9 ist mit dem Bezugssymbol Tr ein Schwingtransistor bezeichnet, der als Bestandteil eines Eigenschwingkreises vorgesehen ist, mit der Bezugszahl 3 das piezoelektrische Bauelement, mit den Bezugszeichen Al, Rl und R3 sind Widerstände in dem Eigenschwingkreis bezeichnet und mit den Bezugszeichen Cl, Cl, C3 und CA Kondensatoren.

In F i g. 10 A und 10 B ist der Spannungsverlauf des Schwingungsausgangs für die beiden in Fig. 8 gezeigten Flüssigkeitsstände A und B dargestellt. Beim Flüssigkeitsstand A der Fig. 8 ist der Fühler von Luft umgeben, und es wird der in Fig. 1OA dargestellte Schwingungsausgang mit hoher Amplitude erzeugt. Bei dem Flüssigkeitsstand B der Fig. 8 schwingt die Oszillatorschaltung der in Fig. 9 nicht mehr und in Fig. 10B erscheint mithin kein Schwingungsausgang.

In dieser Weise kann also der Flüssigkeitsstand in dem Behälter 30 an Hand der Amplitudengröße des Schwingungsausgangs ermittelt werden.

In Fig. 11 ist eine Warnanzeigeschaltung dargestellt, die erkennen läßt, wenn der Flüssigkeitsstand in dem Behälter 30 eine vorbestimmte Höhe erreicht hat, da in diesem Fall eine Lampe aufleuchtet oder ein Summzeichen ertönt. In Fig. 11 sind mit den Bezugszeichen Dl und Dl Dioden bezeichnet, die eine Gleichrichter-Ansprechschaltung darstellen, mit den Bezugszeichen RA, CS und C6 ein Widerstand bzw. Kondensatoren, die einen Filterkreis bilden, das Bezugszeichen TrI bezeichnet einen Schalttransistor und das Bezugszeichen L eine an den Kollektor des Transistors TrI gelegte Lampe. Ein Eingangsanschluß Tl der Anzeigeschaltung der Fig. 11 ist mit dem Ausgangsanschluß TQ der Oszillatorschaltung der Fig. 9 verbunden.

Erscheint an dem Eingangsanschluß Tl der Fig. 11 ein Schwingungsausgangssignal, dessen Amplitude einen vorbestimmten Wert überschreitet, so wird dieses Signal über die Gleichrichter-Ansprechschaltung und den Filterkreis der Basis des Transistors TrI zugeleitet, worauf der Transistor TrI in den leitenden Zustand übergeht, so daß die Lampe L aufleuchtet. Erscheint dagegen an dem Eingangsanschluß 71 ein Schwingungsausgang mit einer Amplitude unter dem

ίο vorbestimmten Wert, so bleibt die Lampe L ausgeschaltet. In dieser Weise kann der Flüssigkeitsstand in dem Behälter 30 an Hand des Ein- oder Ausschaltzustandes der Lampe L ermittelt werden.

In Fig. 12 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt, wobei die Bezugszahl 1 das Metallrohr bezeichnet, das ein geschlossenes und ein offenes Ende hat und den Erweiterungsteil 2 aufweist. Das Rohr 1 weist außerdem an einer mittleren Stelle eine Einschnürung 1' auf. Die Bezugszahl 3 bezeichnet das piezoelektrische Bauelement, an dessen beiden Seiten die Elektroden 4 und 4' vorgesehen sind. Das piezoelektrische Bauelement 3 ist mittels der elektrisch leitenden Klebemasse 5 auf die Innenfläche des Bodenteils des Rohrs 1 aufgeklebt. Die eine Elektrode 4 des piezoelektrischen Bauelements 3 ist mit dem Rohr 1 durch die leitfähige Klebemasse 5 elektrisch verbunden. Die Bezugszahl 6 bezeichnet die Halterung, in der die öffnung vorgesehen ist, in die das Rohr 1 eingeführt ist, und die am äußeren Umfang

jo das Halterungsgewinde 7 aufweist. Das Rohr 1 ist in die Öffnung in der Halterung 6 eingeschoben. Mit der Bezugszahl 8 ist die ringförmige Packung bezeichnet und mit der Bezugszahl 9 die in das Rohr 1 eingepaßte Kappe. Ein Anschluß 13 erstreckt sich von der Kappe 9 fort. Das eine Ende der Leitung 11 ist mit der Elektrode 4' des piezoelektrischen Bauelements 3 verbunden, während das andere Ende mit dem Anschluß 13 verbunden ist. Wie aus Fig. 12 hervorgeht, wird das Rohr 1 so in die öffnung der Halterung 6 eingepaßt, daß der Erweiterungsteil 2 gegen eine Schulter 20 der Halterung 6 anliegt, worauf die Pakkung 8 und die Kappe 9 eingeführt werden und das Ende der Halterung 6 verstemmt wird, um das Rohr 1 mit der Halterung 6 starr zu verbinden.

In Fig. 13 ist eine dritte Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei der ein unterer Teil des Rohres 1 einen kleineren Durchmesser aufweist, so daß eine Schulter 21 gebildet wird.

Wird in der Seitenwand des Rohres in der in den Fig. 12 und 13 veranschaulichten Weise ein verformier Abschnitt wie beispielsweise die Einschnürung 1', die Schulter 21 oder ein Vorsprung vorgesehen, so kann die Stemmkraft beim Befestigen des Rohres an der Halterungsschraube durch Verstemmen des oberen Endes der Halterungsschraube nicht auf den Verklebungsabschnitt des piezoelektrischen Keramikplättchens einwirken, so daß einer Änderung der Charakteristik des piezoelektrischen Bauelements vorgebeugt wird, da die Stemmkraft in diesem Fall von der Einschnürung 1', der Schulter 21 oder dem Vorsprung aufgenommen wird.

Fig. 14 zeigt eine vierte Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform betrifft einen Dnuckfühler für Flüssigkeiten, die unterhalb einer be-

bs stimmten Temperatur ein Gel bilden, wie beispielsweise Motoröl.

In Fig. 14 ist mit der Bezugszahl 1 das Metallrohr be2:eichnet, das ein geschlossenes Ende und ein offe-

nes Ende aufweist und mit dem Erweitcrungsteil 2 ausgebildet ist, und mit der Bezugszahl 3 das piezoelektrische Bauelement, das beispielsweise aus einem piezoelektrischen Kcramikmatcrial besteht und an dessen beiden Seitenflächen die Elektroden 4 und 4' vorgesehen sind. Das piezoelektrische Bauelement 3 ist auf die Innenfläche des Bodcnteils des Rohres 1 aufgeklebt. Die Bezugszahl 6 bezeichnet die Haltcrungsschraubc, in der die Öffnung vorgesehen ist, in die das Rohr 1 eingeschoben ist, und die am Umfang das Halterungsgewindc 7 aufweist. Das Rohr 1 ist in der Haltcrungsschraube 6 abgestützt. Die Bezugszahl 9 bezeichnet die aus Kunstharz bestehende Kappe, und im Boden der Kappe 9 ist ein rohrförmiger Hohlraum für ein temperaturabhängiges Element ausgeformt. In diesem Hohlraum oder Aufnahmeraum 10 ist ein temperaturabhängiges Impedanzelement 17, wie etwa ein Thermistor mit positiver Charakteristik, mittels einer Harzmasse 18 befestigt. Die Bezugszahlen 13 und 13' bezeichnen Anschlüsse, die sich von der Kappe 9 forterstrecken, wobei die von dem temperaturabhängigen Impedanzelement 17 ausgehenden Leitungen an die Anschlüsse 13 bzw. 13' gelegt sind. Die eine Elektrode 4' des piezoelektrischen Bauelements 3 und der Anschluß 13' sind durch die Leitung 11 elektrisch miteinander verbunden. Die Kappe 9 ist unter Zwischenfügung eines elastischen Teils 8 auf dem Erweiterungsteil 2 des Rohrs 1 angeordnet. Die Bezugszahl 15 bezeichnet einen auf der Kappe 9 angeordneten Ring. Nach dem Einführen des Rings 15 in die Öffnung der Halterungsschraube 6 wird das obere Ende der Halterungsschraube 6 verstemmt, um die Kappe 9 in der Halterungsschraube 6 starr zu befestigen. Die Bezugszahl 16 bezeichnet eine Harzmasse, die in die öffnung der Haltcrungsschraube 6 eingespritzt wurde.

Der in Fig. 14 dargestellte Flüssigkcitsstandfühler kann in einer Öffnung angeordnet sein, die in der Seitenwand eines Bades nahe dem Boden vorgesehen ist, indem man sich hierzu des Halterungsgewindes 7 bedient, so daß das untere Ende des Rohres 1 hineinragt.

Bei der Darstellung der Fig. 15 handelt es sich um ein Blockschaltbild einer elektrischen Schaltung für einen Fühler zur Ermittlung des Flüssigkeitsstandes oder der Flüssigkeitsmenge, wobei diese Schaltung mit dem Flüssigkeitsstandfühler der Fig. 14 verbunden werden soll. In Fig. 15 ist mit dem Bezugszeichen E eine Oszillatorschaltung bezeichnet, die das piezoelektrische Bauelement 3 und das temperaturabhängige Impedanzelcmcnt 17 der Fig. 14 einbegreift, mit dem Bezugszeichen F ein Gleichrichter-Filterkreis zum Gleichrichten und Filtern des Ausgangssignals der Osziallatorschaltung E, mit dem Bezugszeichen Ci ein Schaltkreis, der je nach der Höhe des Ausgangspegels des Gleichrichter-Filterkreises F ein- oder ausgeschaltet wird, und mit dem Bezugszeichen H eine Anzeigeschaltung, bei der es sich um eine Lampe handeln kann, die im Ansprechen auf das Ein- und Ausschalten des Schaltkreises G aufleuchtet oder verlischt. Der Glcichrichter-Filterkrcis F, der Schaltkreis G und die Anzeigeschaltung H bilden eine Ausgangsdetektorschaltung / für die Oszillatorschaltung E.

In Fig. lr> ist ein elektrisches Dctailschaltbild für die Blöcke der Fig. 15 gezeigt. In Fig. S6 ist mit der Bezugszahl 3 das piezoelektrische Bauelement bezeichnet, mit der Bezugszahl 17 das temperaturabhängige Impudaii/.element, mit dem Be/.ugszcichen 7Vl ein Schwingtransistor, mit den Bezugszeichen Rl, Rl und /?3 sind Widerstände bezeichnet, die als Bauelemente der Oszillatorschaltung E vorgesehen sind, mit den Bezugszeichen Cl, C2 und C3 Kondensato-

"i ren als Bauelemente der Osziallatorschaltung E, mit dem Bezugszeichen C'4 ein Kondensator zum Blokkicren einer Gleichstromkomponente im Ausgang der Oszillatorschaltung E, mit den Bezugszeichen Dl und Dl Dioden zur Spannungsverdopplung und zum

in Gleichrichten des Ausgangssignals der Osziallatorschaltung E, mit den Bezugszeichen /?4, C5 und C'6 ein Widerstand bzw. Kondensatoren, die den Filterkreis bilden, und mit den Bezugszeichen TrI und 7/3 Transistoren, die den Schaltkreis darstellen, wobei die

r> Transistoren 7V2 und 7V3 als Darlington-Schaltung aufgebaut sind.

Fig. 17 gibt die Beziehungen wieder, die zwischen der Ausgangsspannung K, (Spitze-Spitze) der Oszillatorschaltung E und den durch Tcmperaturänderun-

2i) gen in der Umgebung des Flüssigkeitsstandfühlers bedingten Änderungen des Widerstandes R, des temperaturabhängigen Impedanzelementes bestehen. Ist der Widerstandswert R, des temperaturabhängigen Impedanzelementes 17 kleiner als /■ (R, < /), so

_>-) schwingt die Oszillatorschaltung E, doch schwingt sie nicht, wenn der Widerstandswert R, größer als /· ist

Im folgenden sei auf die Betriebsvorgänge bei dieser Ausführungsform rsühcr eingegangen.

so (a) Unterscheidet die Umgebungstemperatur

einen bestimmten Temperaturwert und ist der Widerstandswert R, des temperaturabhängigen Impcdanzelementes 17 größer als r (R, > r), so schwingt die Oszillatorschal-

j-, tung /T nicht und die Lampe //leuchtet nicht

auf.

(b) Überschreitet die Umgebungstemperatur einen bestimmten Temperaturwert und ist der Widerstandswert R, des tempcraturab-

4(i hängigen Impedanzelements 17 kleiner als

r (R, < r), so befindet sich die Oszillatorschaltung E im Schwingungszustand und
(b-1) wenn die Flüssigkeit in dem in Fig. 8 gezeigten Bad den Flüssigkeitsstand B hat, wirkt

4-, der Flüssigkeitsdruck auf das Rohr 1 ein, so

daß die Biegeschwingungen des piezoelektrischen Bauelementes 3 unterdrückt werden, was zu einer Erhöhung der Resonanzimpedanz des piezoelektrischen Bauelc-

-,(i ments 3 führt, wodurch wiederum eine Ver

ringerung der Amplitude des Oszillatorausgangs hervorgerufen wird, so daß der Schaltkreis G abgeschaltet wird und die Lampe H verlischt;

y, (b-2) ist R, < r und hat die Flüssigkeit in dem in Fig. K gezeigten Bad den Flüssigkeitsstand A, so wirkt auf das Rohr 1 kein Flüssigkeitsdruck ein, so daß die Biegeschwingungen des piezoelektrischen Bauelements 3

ho nicht unterdrückt werden und die Amplitude

des Schwingungsausgangs der Oszillatorschaltung E größer wird, was das Anschalten des Schaltkreises G und das Aufleuchten der Lampe H zur Folge hat.

₍,r, Motoröle bilden normalerweise unterhalb einer bestimmten Temperatur Gele. Ist das Motoröl in den Gelzustand übergegangen, so kann das aus dem Moloröl gebildete Gel als Ablagerung auf dem Rohr 1

verbleiben, wenn der Flüssigkeitsstand einen vorgegebenen Wert unterschreitet, und die Biegeschwingungen des piezoelektrischen Bauelementes 3 werden dann unterdrückt. In einem solchen Fall kommt es zu einer Fühlfunktion des Fühlers, und es wird der Anschein erweckt, der Flüssigkeitsstand sei noch oberhalb des vorgegebenen Wertes.

Bei dieser Ausführungsform wird einer solchen Fehlfunktion dadurch vorgebeugt, daß in die Oszillatorschaltung E das temperaturabhängige Impedanzelement 17 eingegliedert wird. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die Anzeige des Unterschreitens oder Überschreitens eines vorgegebenen Wertes des Flüssigkeitsstandes nur dann möglich ist, wenn die Umgebungstemperatur den gegebenen Temperaturwert überschritten hat. In dieser Weise wird bei der beschriebenen Ausführungsform einer möglichen Fehlfunktion vorgebeugt, die dadurch bedingt ist, daß die Flüssigkeit in den Gelzustand übergegangen ist.

Fig. 18 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der am Boden des Rohres 1 ein schwingungsminderndes Teil 40 angeordnet ist. Das schwingungsmindernde Teil 40 ist so geformt, daß es einen größeren Flächenbereich darbietet, beispielsweise in Form einer Rundscheibe. Da der Boden des Rohres 1 als Ganzes mit dem schwingungsmindernden Teil 40 schwingt, falls ein solches Teil dort vorgesehen ist, wird der schwingende Flächenbereich hierdurch vergrößert, so daß die Schwingungsunterdrükkungdurch die Flüssigkeit ausgeprägter wird, was also bedeutet, daß auf diesem Wege einer Fehlfunktion wirksam vorgebeugt werden kann, wie sie andernfalls infolge einer ungenügenden Schwingungsunterdrükkung durch die Flüssigkeit eintreten könnte.

In der obigen Beschreibung wurde von Ausführungsformen der Erfindung ausgegangen, bei denen der Flüssigkeitsstand oder die Menge einer Flüssigkeit ermittelt wird. Doch kann die Erfindung auch dann Anwendung finden, wenn Änderungen im Füllstand eines Pulvers oder sonstiger fester Stoffe od. dgl. festgestellt werden sollen.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Piezoelektrische druckempfindliche Vorrichtung zur Feststellung des Füllstandes oder der Füllmenge, insbesondere einer Flüssigkeit, in einem Behälter, dadurch gekennzeichnet, daß

a) ein piezoelektrisches Bauelement (3) an der Innenfläche des Bodens eines rohrförmigen Körpers (1) befestigt ist, der größtenteils in to das Innere des Behälters (30) ragt,

b) das piezoelektrische: Bauelement Bestandteil einer Oszillatorschaltung ist und bei Erregung durch eine Wechselspannung zusammen mit dem Boden des rohrförmigen Körpers in Vibration versetzt wird,

c) eine Ansprechschalüung zur Feststellung von Änderungen am Ausgang der Oszillatorschaltung vorgesehen ist, die sich auf Grund von Impedanzänderungen des piezoelektrisehen Bauelements ergeben, sobald der rohrförmige Körper aus der Füllmenge in eine Gasatmosphäre taucht oder umgekehrt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Boden des rohrförmigen Körpers (1) gegenüberliegende Ende des rohrförmigen Körpers mit einem Erweiterungsteil versehen ist und daß der rohrförmige Körper (1) am Behälter mit Hilfe eines Halterungsteils (6) derart befestigt ist, daß der rohrförmige Körper mit seinem größeren, den Boden aufweisenden Teil durch eine öffnung in dem Halterungsteil in den Behälter ragt, und daß der Halterungsteil innerhalb der Öffnung zum Eingriff mit dem Erweiterungsteil des rohrförmigen Körpers eine Schulter aufweist sowie ein Außengewinde (7), mit dessen Hilfe der rohrförmige Körper am Behälter befestigt werden kann, und eine Kappe (8, 9), mit der die öffnung des Halterungsteils abgedeckt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein temperaturabhängiges Impedanzelement (17) im rohrförmigen Körper angeordnet ist und in Reihe mit dem piezoelektrischen Element (3) in der Oszillatorschaltung angeordnet ist, um eine Erregung des piezoelektrischen Elementes zu verhindern, sobald die Umgebungstemperatur unter einen vorgegebenen Wert sinkt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis so 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein schwingungsminderndes Teil (40) an der Außenfläche des Bodens des rohrförmigen Körpers (1) befestigt ist, wodurch die Außenfläche an diesem Ende des rohrförmigen Körpers und damit die Schwingungsdämpfung erhöht wird, wenn sich dieses Ende des rohrförmigen Körpers in einer Flüssigkeit befindet.