DE2645716C2 - Einrichtung zum kontinuierlichen Messen des Flüssigkeitsstandes in einem Behälter - Google Patents

Description

gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

c) der Meßumformer besteht aus einer Mehrzahl länglicher Elektroden (1,2,3,4, S, 6,12,13,14), die nahezu vollständig in einem Isolierstoffkörper (9,11) angeordnet sind;

d) der Oszillator (16) ist in integrierter Bauweise ausgebildet, dessen Ausgang

e) über einen monostabilen Multivibrator (23) an ein Quotientenmeßwerk (24) angeschlossen ist

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßumformer 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.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Elektroden (1,2,3,4,5,6) einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen.

5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß der Meßumformer aus zwei Isolierstoffolien besteht von denen auf die eine die Elektroden (1,2,3,4,5,6) aufgedampft oder aufgedruckt sind.

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

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß der Oszillator (17,18, 19) in CMOS-Technik ausgeführt ist

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (16) aus drei in Reihe geschalteten Invertern (17, 18, 19) besteht, von denen der Ausgang des zweiten über den Meßumformer und einen ersten Widerstand (21) mit dem Eingang des ersten und einen zweiten Widerstand (22) mit dem Ausgang des dritten verbunden ist

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum kontinuierlichen Messen des Flüssigkeitsstandes in einem Behälter, insbesondere einem Kraftstoffbehälter eines Kraftfahrzeugs,

a) mit einem kapazitiven Meßumformer mit isoliert zueinander befestigten Elektroden,

b) der als ein schwingungsbestimmendes Element eines Oszillators verwendet 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 Widerstandselement enthalten, dessen veränderlicher Teil in einem Anzeigestromkreis liegt Diese Einrichtungen haben den Nachteil, 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 Meßumformer 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 Dielektrizitätskonstante der zu messenden Flüssigkeit verhältnismäßig groß ist wie dies beispielsweise bei Wasser der Fall ist

Des weiteren ist eine Meßeinrichtung bekannt (Elektronik 1957, Nr. 12, Seiten 360-363), die einen kapazitiven Meßumformer mit drei konzentrisch zueinander angeordneten, zylindrischen Elektroden aufweist, von denen die innere und die äußere Elektrode miteinander verbunden sind. Der Meßumformer befindet sich in einem Zweig einer Brückenschaltung, die bei Verstimmung durch eine Änderung des Flüssigkeitsniveaus mittels eines motorisch betätigten Nachlaufpotentiometers wieder in einen abgestimmten Zustand gebracht wird. Diese Einrichtung hat den Nachteil, daß insbesondere die Auswerteschaltung sehr bauteilaufwendig und teuer ist, weshalb sie allein schon aus diesem Grunde nicht für die Verwendung in Kraftfahrzeugen geeignet ist Ein weiterer erheblicher Nachteil besteht darin, daß die Anpassung des Fühlers an unregelmäßig geformte Behälter zur Erzielung einer linearen Eichkennlinie fertigungstechnisch schwierig ist, dies insbesondere dann, wenn die innere Elektrode mit Einschnürungen versehen werden muß.

Diese Nachteile der bekannten Einrichtungen sollen durch die Erfindung überwunden werden.

Es ist 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 so angepaßt werden können, daß eine lineare Eichkennlinie erreicht wird, und zur Füllstandsmessung in Kraftstoffbehältern von Kraftfahrzeugen verwendet werden können.

Diese Aufgabe wird ausgehend von der eingangs beschriebenen Einrichtung erfindungsgemäß durch die Kombination folgender Merkmale gelöst:

c) der Meßumformer besteht aus einer Mehrzahl länglicher Elektroden, die nahezu vollständig in einem Isolierstoffkörper angeordnet sind;

d) der Oszillator ist in integrierter Bauweise ausgebildet, dessen Ausgang

e) über einen monostabilen Multivibrator an ein Quotientenmeßwerk angeschlossen ist

Durch das Vorhandensein des erfindungsgemäßen Meßumformers, bei dem das sich zwischen den Elektroden aufbauende elektrische Feld durch die Flüssigkeit wirksam von beiden Seiten des Isolierstoffkörpers beeinflußbar ist, und eines Oszillators in integrierter Bauweise, also eines Oszillators mit hochohmigen Eingangsimpedanzen, wird erreicht, daß auch bei einer kleinen relativen Dielektrizitätskonstanten, wie sie insbesondere Kraftstoff besitzt, eine für eine einwandfreie Auswertung genügend große Kapazitätsänderung zwischen voHsm und leerem Behälter auftritt Die Auswertung des Ausgangssignals des Oszillators durch einen Multivibrator und ein Quotientenmeßwerk führt zudem zu einem geringen Bauvolumen und einem geringen Gewicht der Einrichtung, so daß sie in besonderem Maße zur Füllstandsmessung in Kraftfahrzeugen geeignet ist Darüber hinaus erlaubt der Aufbau der Einrichtung die Erzeugung nahezu jeder gewünschten Eichkennlinie, also nicht nur einer linearen Eichkennlinie bei Behältern komplizierterer Form sondern auch bestimmter nichtlinearer Kennlinien wie sie beispielsweise für die Anzeige der Kraftstoffmenge im Kraftfahrzeugtank mit großer Genauigkeit erforderlich ist

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Meßumformer 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 Verwendung in Kraftfahrzeugen geeigneten, robusten Aufbaus 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. Wird auf ein *o besonders geringes Gewicht des Meßumformers Wert 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 *5 miteinander verklebt oder verschweißt sind.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung besteht der Meßumformer aus einem starren, Elektroden mit entlang ihrer Längsachse unterschiedlicher Breite enthaltenden Isolierstoffkörper. Bei einem solchen Meßumformer erfolgt die Einstellung der gewünschten Eichkennlinie durch Veränderung der Elektrodenbreite entlang der Elektrodenlängsachse. Dieser Meßumformer hat gegenüber den zuvor beschriebenen den Vorteil, daß er besonders erschütterungsunempfindiich ist. Von gewissem Nachteil ist, daß die Erzeugung der Eichkennlinie etwas schwierig zu bewerkstelligen ist

Der Oszillator wird 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 Invertern aufzubauen, von denen der Ausgang des zweiten über den Meßumformer und einen ersten Widerstand mit dem Eingang des ersten und einen zweiten Widerstand mit dem Ausgang des dritten verbunden ist.

Der zur Auswertung des Oszill&torausgangssignals vorgesehene monostabile Multivibrator hat die Aufgabe, die vom Oszillator kommende Impulsfolge mit entsprechend dem Füllstandsniveau variierender Frequenz in sine Folge von Impulsen gleichen Energiegehaltes umzuformen, die die gleiche Frequenz besitzt wie die vom Oszillator abgegebene Impulsfolge. Die Impulse gleichen Energieinhaltes werden dann durch das Quotientenmeßwerk integriert. Hierbei kann in vorteilhafter Weise 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 wie die zugeführte Impulsfolge unter anderem auch eine Spannungsstabilisierung, die gleichzeitig zur Versorgung des Oszillators herangezogen werden kann. Dadurch werden die Kosten einer normalerweise erforderlichen Betriebsspannungsverblockung eingespart Dies ist ein weiterer besonderer Vorteil der Erfindung.

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

F i g. 1 eine Aufsicht auf einen Meßumformer nach Art eines flexiblen Bandkabels,

Fig.2 einen Querschnitt durch den Meßumformer gemäß F i g. 1 entlang der Linie H-II,

Fig.3 eine Aufsicht auf einen Meßumformer mit einem starren Isolierstoffkörper und

F i g. 4 ein Schaltbild der Einrichtung.

Der in den F i g. 1 und 2 dargestellte Meßumformer umfaßt sechs strangförmige Elektroden 1,2,3,4,5 und 6 rechteckigen Querschnitts, von denen die Elektroden 1, 3 und 5 und die Elektroden 2,4 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 9 beeinflußbar ist Die gesamte Anordnung ist flexibel aufgebaut wodurch die Einstellung bestimmter Eichkennlinien ohne Schwierigkeiten möglich ist

Der in Fig.3 dargestellte Meßumformer 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 wie bei dem zuvor beschriebenen Meßumformer.

Wie aus F i g. 4 ersichtlich, besteht die Einrichtung aus einem Oszillator 16, der aus drei in Reihe geschalteten Invertern 17,18 und 19 aufgebaut ist Der Ausgang des zweiten Inverters 18 steht über den Meßumformer, der nach Art eines flexiblen Bandkabels, wie es in F i g. 1 dargestellt ist ausgebildet und zur Erzielung einer linearen Eichkennlinie bei dem unregelmäßig geformten Behälter 20 entsprechend verformt ist, und einen ersten Widerstand 21 mit dem Eingang des Inverters 17 und über einen zweiten Widerstand 22 ir_it dem Ausgang des Inverters 19 in Verbindung. An den Ausgang des Inverters 19 ist über einen monostabilen Multivibrator 23 ein Anzeigeinstrument 24 angeschlossen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum kontinuierlichen Messen des Flüssigkeitsstandes in einem Behälter, insbesondere einem Kraftstoffbehälter eines Kraftfahrzeuges,

a) mit einem kapazitiven Meßumformer mit isoliert zueinander befestigten Elektroden,

b) der als ein schwingungsbestimmendes Element eines Oszillators verwendet ist, dessen Ausgang mit einer Steuer- und/oder Anzeigestufe in Verbindung steht,