DE2645716A1

DE2645716A1 - Einrichtung zum kontinuierlichen messen des fluessigkeitsstandes in einem behaelter

Info

Publication number: DE2645716A1
Application number: DE19762645716
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Jung; Horst Kister
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Mannesmann VDO AG
Priority date: 1976-10-09
Filing date: 1976-10-09
Publication date: 1978-04-13
Also published as: GB1562138A; FR2402193B1; JPS5346765A; US4142415A; AU2950577A; FR2402193A1; DE2645716C2; AU504449B2

Description

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I/DO Adalf Schindling AG 6D00 Frankfurt/Main

GräfstraBe 103

Einrichtung zum kontinuierlichen Messen des Flüssiqkeitsstandes in einem Behälter

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum kontinuierlichen Messen des Flüssigkeitsstandes in einem Behälter, insbesondere einem Kraftstoffbehälter eines Kraftfahrzeuges, mit einem kapazitiven Fühler, der ein schwingungsbestimmendes Element eines Oszillators ist, dessen Ausgang mit einer Steuer- und/oder Anzeigestufe in Verbindung steht.

Es sind Einrichtungen zum kontinuierlichen Messen des Flüssigkeitsstandes in einem Behälter bekannt, die einen Schwimmer und ein von diesem beeinflußtes üJiderstandselement enthalten, dessen veränderlicher Teil in einem Anzeigestromkreis liegt. Diese Einrichtungen haben den Wachteil, daß ihr Anwendungsbereich auf bestimmte Behälterformen beschränkt ist und sie bei unregelmäßig geformten Behältern eine nicht lineare Kennlinie besitzen, was in vielen Fällen unerwünscht ist. Zudem ist ihr Gewicht relativ hoch und ihr Bauvolumen groß.

Des weiteren sind Meßeinrichtungen bekannt, die einen kapazitiven Fühler mit zwei zueinander parallelen und voneinander und von der Meßflüssigkeit isolierten Elektroden enthalten, der ein schwingungsbestimmendes Element eines Oszillators ist. Die auf der Änderung der Kapazität beruhende Frequenzänderung des Oszillators wird in einer Anzeigestufe angezeigt. Zwar können diese Einrichtungen wesentlich umfassender eingesetzt werden als die zuvor beschriebenen, jedoch arbeiten sie nur dann zufriedenstellend, wenn die relative

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Dielektrizitätskonstante der zu messenden Flüssigkeit verhältnismäßig groß ist, wie dies beispielsweise bei Wasser der Fall ist.

Diese Nachteile der bekannten Einrichtungen sollen durch die Erfindung überwunden uierden. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Füllstandsmeßeinrichtung zu schaffen, die sowohl hinsichtlich der Formgebung der Behälter als auch im Hinblick auf die relative Dielektrizitätskonstante der zu überwachenden Flüssigkeit umfassend eingesetzt werden kann. Insbesondere soll sie in möglichst einfacher Weise an unregelmäßig geformte Behälter sd angepaßt werden können, daß eine lineare Eichkennlinie erreicht wird, und zur Füllstandsmessung in Kraftstoffbehältern verwendet werden können.

Diese Aufgabe wird ausgehend von der eingangs beschriebenen Einrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Fühler aus einer Anzahl länglicher Elektroden besteht, die in einem Isolierstoffkörper angeordnet sind, dergestalt , daß das sich zwischen den Elektroden'aufbauende elektrische Feld durch die Flüssigkeit wirksam von beiden Seiten des Isolierstoffkörpers beeinflußbar ist, und der Oszillator aus einem oder mehreren Stromkreisen in die Erzeugung hochohmiger Eingangsimpedanzen gestattender, integrierter Bauweise besteht.

Durch einen derartigen Aufbau des Fühlers und des Oszillators wird erreicht, daß auch bei einer kleinen relativen Dielektrizitätskonstanten, wie sie beispielsweise Kraftstoff besitzt, eine für eine einwandfreie Auswertung genügend große Kapazitätsänderung zwischen vollem und leerem Behälter auftritt. Darüberhinaus erlaubt der erfindungsgemäße Aufbau des Fühlers bei entsprechender Dimensionierung die Erzeugung nahezu jeder

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Eichkennlinie, also nicht nur einer linearen Eichkennlinie bei Behältern komplizierterer Form sondern auch bestimmter nichtlinearer Hennlinien wie sie beispielsweise für eine Restmengenanzeige mit großer Genauigkeit erforderlich ist.

GemäB einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Fühler nach Art eines flexiblen Bandkabels ausgebildet. Eine derartige Ausbildung erlaubt eine' besonders einfache und rasche Veränderung der Eichkennlinie in weiten Grenzen. Zur Erzielung eines zur l/eruiendung in Kraftfahrzeugen geeigneten, robusten Aufbaues empfiehlt es sich, die einzelnen Elektroden strangförmig auszubilden und in einer Isolierstoffmasse einzubetten. Des weiteren hat es sich als zweckmäßig erwiesen, Elektroden mit einem rechteckförmigen Querschnitt zu verwenden. Hierdurch kann die Kapazitätsänderung zwischen vollem und leerem Behälter weiter vergrößert werden. üJird auf ein besonders geringes Gewicht des Fühlers tüert gelegt, so kann dieser auch aus zwei Isolierstoffolien hergestellt werden, von denen auf die eine die Elektroden aufgedampft oder aufgedruckt sind und die beide die Elektroden zwischen sich einschließend miteinander verklebt oder verschweißt sind«

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung besteht der Fühler aus einem starren, Elektroden mit entlang ihrer Längsachse unterschiedlicher Breite enthaltenden Isolierstoffkörper. Bei einem solchen Fühler erfolgt die Einstellung der gewünschten Eichkennlinie durch V/eränderung der Elektrodenbreite entlang der Elektrodenlängsachse. Ein derartiger Fühler hat gegenüber den zuvor beschriebenen den l/orteil, daß er besonders erschütterungsunempfindlich ist. Von gewissem Nachteil ist, daß die Erzeugung der Eichkennlinie etwas schwieriger zu bewerkstelligen ist.

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Der bzw. die Dszillatarstrümkreise werden am zweckmäßigsten in CMOS-Technik ausgeführt. Als besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Produktkosten hat es sich erwiesen, den Oszillator aus drei in Reihe geschalteten Im/ertern aufzubauen, von denen der Ausgang des zweiten über den Fühler und einen ersten Widerstand mit dem Eingang des ersten und einen .zuleiten Widerstand mit dem Ausgang des dritten verbunden ist.

Die Auswertung des Dszillatorausgangssignals erfolgt am zweckmäßigsten durch einen dem Oszillator nachgeschalteten monostabilen Multivibrator, an dessen Ausgang ein QuDtientenmeßiuerk zur Meßwertanzeige angeschlossen ist. Der monostabile Multivibrator hat hierbei die Aufgabe, die vom Oszillator kommende Impulsfolge mit entsprechend dem Füllstandsniveau variierender Frequenz in eine Folge von Impulsen gleichen Energieinhaltes umzuformen, die die gleiche Frequenz besitzt WXE die vom Oszillator abgegebene Impulsfolge. Die Impulse gleichen Energieinhaltes werden dann durch das Quotientenmeßwerk integriert. Hierbei kann in vorteilhafter LJeisE ein handelsüblicher IC-Baustein, der normalerweise in Drehzahlmessern benutzt wird, verwendet werden. Ein solcher Baustein enthält neben einem monostabilen Multivibrator zur Umwandlung einer Impulsfolge variierender Frequenz in eine Folge von Impulsen gleichen Energieinhaltes und gleicher Frequenz uie die zugeführte Impulsfolge unter anderem auch eine Spannungsstabilisierung, die gleichzeitig zur Versorgung des Oszillators herangezogen werden kann. Dadurch werden die Hosten einer normalerweise erforderlichen Betriebsspannungsverblockung eingespart.

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Die Erfindung sei anhand der Zeichnung, die Ausführungsbeispiele enthält, näher erläutert.

Ea zeigen

Figur 1 eine Aufsicht auf einen Fühler nach Art eines flexiblen Bandkabels,

Figur 2 einen Querschnitt durch den Fühler

gemäß Figur 1 entläng der Linie II-II,

Figur 3 eine Aufsicht auf einen Fühler mit einem starren Isolierstoffkürper und

Figur k ein Schaltbild der Einrichtung.

Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Fühler umfaßt sechs strangförmige Elektroden 1, 2, 3, k, 5 und 6 rechteckigen Querschnitts,von denen die Elektroden 1, 3 und 5 und die Elektroden 2, k und 6 jeweils elektrisch miteinander und mit einem Anschlußstück 7 bzw . 8 verbunden sind. Die Elektroden befinden sich in einem Isolierstoffkörper 9, der sie sowohl voneinander als auch von der zu messenden Flüssigkeit isoliert. Die die Elektroden von der Flüssigkeit isolierenden Schichten des Isolierstoffkörpers 9 sind so dünn ausgebildet, daß das sich zwischen den Elektroden aufbauende elektrische Feld 10 von beiden Seiten des Isolierstoffkörpers beeinflußbar ist. Die gesamte Anordnung ist flexibel aufgebaut, wodurch die Einstellung bestimmter Eichkennlinien ohne Schwierigkeiten möglich ist.

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Der in Figur 3 dargestellte Fühler besitzt einen starren Isolierstoffkörper 11, in dem vier Elektroden 12, 13, 14 und 15 angeordnet sind, deren Breite zur Erzielung einer bestimmten Eichkennliniencharakteristik sich entlang ihrer Längsachse ändert. Die Verschaltung der Elektroden 12, 13, 14 und 15 erfolgt idie bei dem zuvor beschriebenen Fühler.

Wie aus Figur h ersichtlich ist, besteht die Einrichtung aus einem Oszillator 16, der aus drei in Reihe geschalteten Invertern 17, 18 und 19 aufgebaut ist. Der Ausgang des zueiten Inverters 18 steht über dem Fühler, der nach Art eines flexiblen Bandkabels, uie es in Figur 1 dargestellt ist, ausgebildet und zur Erzielung einer linearen Eichkennlinie bei dem unregelmäBig geformten Behälter 2D entsprechend verformt ist, und einen ersten Widerstand 21 mit dem Eingang des Inverters 17 und über einen zueiten Widerstand mit dem Ausgang des Inverters 19 in Verbindung. An den Ausgang des Inverters 19 ist über einen monostabilen Multivibrator 23 ein Anzeigeinstrument 2h angeschlossen.

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Claims

Patentansprüche

1. Einrichtung zum kontinuierlichen Messen des Flüssigkeitsstandes in einem Behälter, insbesondere einem Kraftstaffbehälter eines Kraftfahrzeuges, mit einem kapazitiven Fühler, der ein schuingungsbestimmendes Element eines Oszillators ist, dessen Ausgang mit einer Steuer- und/ oder Anzeigestufe in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler aus einer Anzahl länglicher Elektroden ( 1, 2, 3, 4, 5, S, 12, 13, 14) besteht, die in einem Isolierstoffkörper (9, 11) angeordnet sind, dergestalt, daß das sich zwischen den Elektroden aufbauende elektrische Feld (10) durch die Flüssigkeit wirksam von beiden Seiten des Isolierstoffkörpers beeinflußbar ist, und der Oszillator (1G) aus einem oder mehreren Stromkreisen (17, 1B,19) in die Erzeugung hochohmiger Eingangsimpedanzen gestattender,integrierter Bauweise besteht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler nach Art eines flexiblen Bandkabels ausgebildet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Elektroden {1, 2, 3, 4, 5, 6) strangförmig ausgebildet und in einer Isolierstoffmasse (9) eingebettet sind.

k. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Elektroden (1, 2, 3, 4, 5, G) einen rachteckförmigen Querschnitt aufweisen.

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5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch geksnnzEJchnEt, daß der Fühler aus zuei Isolierstaffalien besteht von denen auf die eine die Elektroden (1, 2, 3, h, 5, 6) aufgedampft adsr aufgedruckt sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler aus einem starren Elektroden (12, 13, 14, 15) mit entlang ihrer Längsachse unterschiedlicher Breite enthaltenden Isalierstoffkörpern (11) besteht.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis G, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Dszillatorstromkreise (17, 1B,19) in CMGS-Technik ausgeführt sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (16) aus drei in Reihe geschalteten Im/ertern (17, 18, 15) besteht, von denen der Ausgang des zweiten über den Fühler und einen ersten Widerstand (21) mit dem Eingang des ersten und einen zweiten Widerstand (22) mit dem Ausgang des dritten verbunden ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Oszillator (1S) ein monostabiler Multivibrator (23) nachgeschaltet ist, an dessen Ausgang ein Quotientenmeßuerk (24) zur Meßujertanzeige angeschlossen ist.

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