DE2930051A1 - Kapazitive fuellstandsmessvorrichtung - Google Patents

Kapazitive fuellstandsmessvorrichtung

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DE2930051A1
DE2930051A1 DE19792930051 DE2930051A DE2930051A1 DE 2930051 A1 DE2930051 A1 DE 2930051A1 DE 19792930051 DE19792930051 DE 19792930051 DE 2930051 A DE2930051 A DE 2930051A DE 2930051 A1 DE2930051 A1 DE 2930051A1
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electrodes
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capacitor
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DE19792930051
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Hans Leo Dipl Ing Ditscheid
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/26Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields
    • G01F23/263Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors

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Description

  • Kapazitive Füllstandsmeßvorrichtung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine kapazitive Meßvorrichtung zur Bestimmung des Füllstandes flüssiger Medien in Behältnissen, bestehend aus einem dauernd mit dem Medium gefüllten Meßkondensator und einem dem jeweiligen Füllstand entsprechend mit dem Medium gefüllten Meßkondensator.
  • Der Füllstand von Tankbehältnissen, z. B. in Kraftfahrzeugen, wird bekanntlich auf elektromechanischem Wege bestimmt, indem ein an einem Hebel befestigter Schwimmer nach Maßgabe des Treibstoff-Füllstandes steigt oder absinkt und dabei rotatorisch einen Schleifer auf einen Potentiometer verstellt. Die von dem Schleifer abgegriffene Spannung wird als Maß für den-Füllstand herangezogen. Diese Art der Füllstandsmessung ist sowohl nicht linear als auch recht ungenau; dies insbesondere im Bereich kleiner Füllstandsmengen.
  • Es wurde bereits vorgeschlagen, den Füllstand durch die Anwendung von Meßkondensatoren auf rein elektrischem Wege zu messen. Hierzu ist es erforderlich, daß mit Hilfe eines Meßkondensators, der permanent mit Treibstoff gefüllt ist, die relative Dielektrizitätszahl des zu messenden Mediums bestimmt wird, während ein zweiter Meßkondensator der Bestimmung des Füllstandes dient. Hierbei sind die Elektroden der Meßkondensatoren aus Metallteilen gebildet, die in eine Kunststoffhülle eingelagert sind. Meßsonden dieser Konzeption unterliegen bekanntlich Fertigungsstreuung, thermischer Ausdehnung, Maßänderungen durch Relaxation und schließlich Meß- und Kapazitätsänderungen durch Quellung im Treibstoff. Um eine möglichst genaue Füllstandsmessung zu erreichen, darf die Füllstandsmessung nur mit einem Meßfehler von etwa l % behaftet sein.
  • Meßsonden der vorgeschlagenen Art erfüllen diese Forderung nicht und sind daher ungeeignet.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine kapazitive Füllstandsmeßvorrichtung zu schaffen, mit der der Füllstand mit größtmöglicher Genauigkeit gemessen werden kann, und die eine kleinstmögliche Alterung und Temperaturabhängigkeit aufweist und wirtschaftlich herstellbar ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Jede Kondensatorelektrode aus einem einteiligen Metallteil gebildet ist, das zumindest teilweise mit einer im Vergleich zur Dicke der Elektrode dünnen,nicht leitenden Isolierschicht im Bereich der gegenseitigen Abstandhalterung überzogen ist. Dabei kann es von Vorteil sein, wenn die Elektroden-Metallteile ganzflächig mit der Isolierschicht überzogen sind. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung sind die zur Positionierung der Elektroden dienenden Abstandhalter aus den Elektroden selbst ausgeformt. Damit wird erfindungsgemäß eine FUllstandsmeßvorrichtung geschaffen, deren Elektroden so wenig wie möglich Kunststoff aufweisen, wodurch eine hohe Meßgenauigkeit, Temperaturunabhängigkeit und Langzeitkonstanz der Füllstandsanzeige erreicht wird. Die Elektroden selbst und die Positionierung bzw. Abstandhalterung ihres gegenseitigen Abstands ist nämlich so wenig wie möglich durch Kunststoffe gebildet oder beeinflußt. Durch die Ausbildung der Abstandhalter aus den Elektroden selbst werden auch weitere, das Produkt verteuernde Bauteile vermieden.
  • Eine weitere Lösung der obigen Aufgabenstellung kann erfindungsgemäß darin bestehen, daß die Elektroden der Kondensatoren als Streifenleitungen ausgebildet sind, wobei jede Elektrode aus mehreren, nebeneinander angeordneten Streifenleitungen besteht und die Streifenleitungen zur großen Querschnittsachse des dielektrischen Trägerwerkstoffes beidseitig symmetrisch angeordnet und die Leiterbahnen durch eine oder mehrere isolierende Schichten gegenüber dem zu messenden Medium isoliert sind. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn die zusammengehörigen Leiterbahnen auf der Leiterplatte miteinander verbunden sind.
  • Der Einfluß der Temperatur auf die Eigenkapazität der Meßkondensatoren muß so gering wie möglich gehalten werden, da normalerweise mit zunehmender Temperatur das Volumen des Mediums größer, die Eigenkapazität der Kondensatoren aber bei reinen Kohlenwasserstoffen wie Polyäthylen, Polypropylen, Polystyrol und Polytetrafluoräthylen usw. kleiner wird. Dagegen haben polare Werkstoffe wie PETP einen positiven Temperaturkoeffizienten der Kapazität. Dieser gegenläufige, zu einem doppelten Meßfehler führende Effekt wird nun in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch verringert, daß in das die Leiterbahnen tragende Substrat Elemente eingelagert sind, die zur Verringerung des bei verlustarmen Kunststoffen negativen Temperaturkoeffizienten der wirksamen relativen Dielektrizitätszahl führen. In Betracht komm*dihieP beiFplelsWeisel Glasfasern oder -fäden, die ein- oder mehrachsig angeordnet sind. In weiterer Ausgestaltung dieses Erfindungsgedankens werden Werkstoffe als Trägermaterial für die Leiterbahnen verwandt, die alleine oder in einer geeigneten Mischung im Bereich von -400 C bis + 700 C von der Temperatur nahezu unabhängige, also konstante Kapazitätswerte der Elektroden in Luft als umgebendem Dielektrikum ergeben.
  • Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Bestimmung des Volumens flüssiger Medien in Behältnissen und der bezogenen Volumenänderung vorgeschlagen, wobei mit Hilfe eines Meßkondensators, der stets mit dem zu messenden Medium gefüllt ist, eine der relativen Dielektrizitätskonstante des Mediums proportionale Größe erzeugt wird, daß mit einem zweiten Meßkondensator, der sich stets im Mediumdampf-Luftgemisch über dem Medium befindet, eine der relativen Dielektrizitätskonstante des Mediumdampf-Luftgemisches proportionale Größe erzeugt wird, daß mit einem dritten, sich über die gesamte Tanktiefeerstreckenden Meßkondensator eine der relativen Dielektrizitätskonstante des dem Verhältnis der Flüssigkeitstiefe und des darüber befindlichen Medium-Luftgemisches proportionale Größe erzeugt wird, daß aus diesen drei Größen die wahre Füllstandshöhe berechnet wird. Hierbei kann es weiterhin von Vorteil sein, wenn mit Hilfe der Füllstandshöhe das dieser Höhe zuzuordnende, auf eine bestimmte Temperatur bezogene Volumen berechnet wird, daß über einen in dem Treibstoff befindlichen Temperaturfühler eine Korrekturgröße für das Bezugsvolumen erzeugt wird und mit deren Hilfe das bezogene Volumen auf die Betriebstemperatur umgerechnet wird. Dabei ist es zudem vorteilhaft, wenn die Messung durch von einem Streckenmeßgerät nach bestimmten Strekkenabschnitten erzeugte Impulse selbsttätig ausgeführt wird und die Ergebnisse in einem Schieberregister abgespeichert werden, mit Hilfe dessen in definierter Weise auf verschiedene Streckenabschnitte zu beziehende Volumendifferenzen gebildet werden.
  • Anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele wird nun die Erfindung näher erlkutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Ansicht, zul Teil geschnitten, einer erfindungs£emäßen Vorrichtung in einem mit Medium gefüllte Behältnis1 Fig. 2 eine Teilansicht, zu Teil geschnitten, einer erf indungs geeäßen Vorrichtung aus drei zueinander konzentrisch angeordneten Elektroden, Fig. 3 eine Teilansicht, zum Teil geschnitten, einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung gemäß Detail III in Fig. 1, Fig. 4 eine erfindungsgemäße Meßvorrichtung mit kammartig ausgebildeten Elektroden, zum Teil geschnitten, Fig. 5 einen Schnitt durch ein mit einem Medium gefülltes Behältnis mit eingesetzter erfindungsgemäßer Meßvorrichtung, Fig. 6 einen Schnitt durch ein mit Medium gefülltes Behältnis mit eingesetzter erfindungsgemäßer Meßvorrichtung, Fig. 7 eine erfindungsgemäße Meßvorrichtung mit als Streifenleitungen ausgebildeten Meßkondensatoren, Fig. 8 ein Detail von Fig. 7 bei VIII im Schnitt, Fig. 9 ein Blockschaltbild zur Durchführung des erfindungsgemäßen Meßverfahrens.
  • Wie in Fig.1,2 und 3 dargestellt ist, besteht eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung aus drei konzentrischen Ganzmetallelektroden 1,2,3, die so angeordnet sind, daß die inneren beiden Elektroden 2,3 der Messung der Dielektrizitätskonstante des im Behältnis 17 befindlichen Mediums 18 und zur Förderung des Mediums dienen und die mittlere Elektrode 2 und die äußere Elektrode 1 der Füllstandsmessung dienen. Hierbei werden durch die Elektroden 1,2,3 praktisch zwei Kondensatoren gebildet, und zwar ein Kondensator zwischen den Elektroden 1 und 2 und ein weiterer Kondensator zwischen den Elektroden 2 und 3. Dabei dient der äußere, aus den Elektroden 1 und 2 gebildete Kondensator zur Füllstandsmessung, während der innere Kondensator aus den Elektroden 2 und 3 zur Messung der Dielektrizitätskonstante des Mediums erforderlich ist. Bei dieser Anordnung ist es zweckmäßig, wenn die gemeinsame mittlere Elektrode querdicht ist, so daß sich eine vorteilhafte Abdichtung in dem Elektrodenadapter ergibt. Die Verwendung z. B. dreier konzentrischer rohrförmiger Elektrodenwie im dargestellten Beispiel - ermöglicht die außerordentlich wirtschaftliche Zentrierung und Fixierung der Elektroden 1,2,3 zueinander mit einem Optimum an Präzision und Konstanz des Kapazitätswertes, indem an den Enden der rohrförmigen Elektroden, vorzugsweise an dem inneren und äußeren Elektrodenrohr, drei oder mehr auf die mittlere Elektrode 2 zuweisende Laschen4, siehe Fig. 3, oder Eindrücke 5, siehe Fig. 2, ausgebildet sind, die sich mittels einer Oberflächenschicht 6 auf der Oberflächenschicht der Nachbarelektrode abstützen. Diese Oberflächenschicht 6 besteht aus einer im Verhältnis zur Elektrodendicke dünnen elektrisch isolierenden Beschichtung gegenüber dem zu messenden Medium und zur galvanischen Trennung der Elektroden voneinander. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, kann es besonders zweckmäßig sein, wenn die Metallelektroden z. B. tauchlackiert sind, wodurch die isolierende Beschichtung geschaffen wird,so daß eine temperaturfeste Schicht 8 geschaffen wird, und anschliessend auf diese eine dünne heißschmelzende Schicht 9 aufgebracht wird, die der Verklebung der Elektroden miteinander dient. Ggf. kann im verklebten Zustand der Elektroden die gesamte Vorrichtung nochmals tauchbeschichtet werden, wobei die dadurch erzeugte letzte Beschichtung 10 ggf. besonders beständig gegenüber dem zu messenden Medium sein kann, so daß die übrigen Schichten nach völlig anderen Kriterien ausgesucht werden können, da die äußere Schicht wirksam gegen Quellen oder Zerstören durch das zu messende Medium schützt.
  • Wie sich aus Fig. 4 ergibt, können die Elektroden auch aus kammartig ineinandergreifenden Formteilen 12 bestehen, und dabei ist es bei dieser Ausführungsform besonders vorteilhaft, daß die Elektroden 12 so ausgebildet sind, daß sie bei Drehung um 1800 um ihre Längsachse ineinandergefügt werden können, wobei die Basis der Stege 13 und die Randstege 14 zusammen eine geschlossene Hülle bilden. Die kammartigen Elektroden stützen sich auf den Schmal seiten 15 ab, wobei hierbei die galvanische Trennung wiederum durch die die Elektroden umgebende isolierende Beschichtung 16 erfolgt.
  • Aus mehrerlei Gründen können Kraftstoffbehälter in Kraftfahrzeugen nicht streng quaderförmig ausgebildet werden, so daß der Tankinhalt also nicht linear proportional dem Füllstand ist. Diese Erscheinung kann gemäß der Erfindung dadurch berücksichtigt werden, daß die der Füllstandsmessung dienenden Elektrcden so ausgebildet sind, daß ihr örtlicher gegenseitiger Abstand, siehe Fig. 6, oder ihre örtliche Elektrodenfläche, siehe Fig. 5, so bemessen sind, daß die örtliche Kapazität in einem linearen Verhältnis zum örtlichen, also differenziellen Tankvolumen steht.
  • In Fig. 5 ist der Tank mit 17, das im Tank befindliche Medium mit 18 und die dieser Füllstandsmessung dienenden Elektroden mit 19 beziffert. In Fig. 6 ist dieselbe Numerierung vorgesehen, wobei jedoch hier eine andere Ausgestaltung der Elektroden mit 19a beziffert ist. Hierdurch wird erreicht, daß Hohlräume in der Kraftfahrzeug-Konstruktion mit Tankelementen genutzt werden können, die Füllstandsanzeige aber dennoch stets den wahren Inhalt des gesamten Tankvolumens angibt.
  • Wird über den Kondensator 2,3, siehe Fig. 2,3, der der kontinuierlichen Ermittlung der relativen Dielektrizitätszahl des zu messenden Mediums dient, gleichzeitig Kraftstoff z. B.
  • in den Kraftfahrzeugmotor befördert, so muß dieser Kondensator mit einem rohrförmigen Gebilde, das den Kraftstoff außerhalb des Tanks weiterleitet, verbunden werden. Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die den Füllstand messenden Elektroden1,2, siehe Fig. 2,3, kraftschlüssig bzw. formschlüssig mit dem Tankboden verbunden sind. Damit wird dem Umstand Rechnung getragen, daß die Tanktiefe stets gewissen Toleranzen unterliegt. Durch die kraftschlüssige bzw. formschlüssige Verbindung des Meßkondensatcrs mit dem Tankboden wird aber stets die Restfüllung genau angezeigt. Die Meßunsicherheit infolge der Tanktiefentoleranz geht somit zu Lasten des Gesamtvolumens, was weniger kritisch ist.
  • Durch die Verwendung vollständig aus Metall gebildeter Elektroden sowie deren vorbeschriebene Ausgestaltung und Abstandhalterung und durch das erfindungsgemäße Beschichtungs- und Montageverfahren wird eine Präzision und Langzeitkonstanz erreicht, die alle Anforderungen an die Genauigkeit der Meßwerte erfüllt. Gleichzeitig werden Lösungsmöglichkeiten mit der Erfindung angegeben, die eine rationelle Fertigung mit einem Höchstmaß an Mechanisierung ermöglichen. Es werden darüber hinaus Wege aufgezeigt, die gegenüber dem Stand der Technik völlig neue Möglichkeiten für die Tankgestaltung eröffnen, ohne daß die Meßgenauigkeit durch die Abweichungen von der Quaderform verringert wird.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Verwendung eines Meßkondensators vorgesehen sein, der im Zieren Tankbereich derart angeordnet ist, daß er sich stets im Bereich ohne Mediumfüllung befindet, wobei er iann der Messung der Dielektrizitätszahl des Medium-Wftgemisches, insbesondere des Kraftstoff-Luftgemisches, lient. Ein derartiger Kondensator ist deshalb erforder-Lich, da im Temperaturbereich von z. B. - 400 bis + 700 C icht nur die Dichte des flüssigen Mediums und damit des-3en Dielektrizitätskonstante stark schwankt, sondern auch iie relative Dielektrizitätszahl des "Luft"-Anteils im 'ank bzw. im Meßkondensator weist eine von 1 stark abreichende, temperaturabhängige und damit die Meßgenauigeit wesentlich bestimmende Dielektrizitätskonstante auf.
  • damit wird durch diesen dritten Vergleichskondensator lem höheren Kraftstoffdampfanteil im Tank im Sommer geenüber im Winter Rechnung getragen, wodurch ein weiterer beitrag zur Erhöhung der Meßgenauigkeit geleistet wird.
  • ie in Fig. 7 gezeigt ist, kann eine erfindungsgemäßge usgestaltung der Meßvorrichtung auch darin bestehen, daß die Elektroden 20 der Kondensatoren als Streifenleitungen 21 ausgebildet sind, und zwar derart, daß jede Elektrode aus mehreren nebeneinander angeordneten derartigen Streifenleitungen 21 besteht. Dabei sind die Streifenleitungen 21 zur großen Querschnittsachse des aus dielektrischem Material bestehenden Trägerteils 22 beidseitig symmetrisch angeordnet,und die Leiterbahnen sind durch eine oder mehrere isolierende Schichten 23 gegenüber dem sie umgebenden Medium isoliert.
  • Die je eine Elektrode bildenden Leiterbahnen bzw. Streifenleitungen 21 müssen an einer geeigneten Stelle galvanisch miteinander verbunden werden. Dies kann beispielsweise in einem Adapter geschehen, der an die Meßkondensatoren angekoppelt wird, indem in diesem jede einzelne Bahn kontaktiert wird. Günstiger ist es jedoch, wie dies in den Fig. 7,8 dargestellt ist, die Verbindung der Streifenleitungen 21 auf der Trägerplatte 22 durch querverlaufende leitende Stege 24 durchzuführen, die zweckmäßigerweise im oberen Tankraum, also am oberen Leiterplattenende, bei vertikaler Elektrodenanordnung vorgesehen sind.
  • Die Trägerplatten22 bestehen zweckmäßigerweise aus einem Material, das möglichst konstante Kapazitätswerte in einem weiten Temperaturbereich, z. B. von -400 C bis +700 C, garantiert. Die Ermittlung des Füllstandes respektive der Füllstandsänderung des Mediums im Behälter erfolgt - wie bereits erwähnt - unter Verwendung mehrerer Meßkondensatoren, wovon einer permanent mit dem Medium bzw. dem Treibstoff umgeben und daher erfindungsgemäß in die Förderleitung integriert ist, wobei er der Bestimmung der relativen Dielektrizitätszahl des flüssigen Mediums dient. Ein weiterer Meßkondensator ist vertikal oder definiert geneigt im Behälter bzw. dem Tank angeordnet und erfaßt diesen von der höchsten bis zur tiefsten Stelle des möglichen Flüssigkeitsstandes, so daß mit diesem der tatsächliche Füllstand registriert wird. Zur Durchführung der jeweiligen Funktionen der Meßkondensatoren ist derjenige, der zur Messung der Dielektrizitätskonstante des flüssigen Mediums dient, in einem Rohr, das gleichzeitig der Treibstofförderung dient, im Tank oder auf dem Tankboden oder außerhalb desselben untergebracht, wobei jedoch immer gewährleistet sein muß, daß eine permanente Umspülung mit dem Treibstoff erfolgt. Auch die übrigen Elektroden können im Tankgefäß oder außerhalb desselben untergebracht sein. Im letzteren Fall ist die höchste und die tiefste Stelle des Tankes mit dem die Meßelektroden enthaltenden Gehäuse verbunden. Erstrecken sich die den Füllstand messenden Elektroden und möglicherweise die mit einem Rohr umgebenen, die Dielektrizitätskonstante messenden Elektroden im Innern des Tanks von dessen Boden zur Tankdecke, so kann es zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen erforderlich sein, die Elektroden geneigt statt senkrecht anzuordnen. Vorteilhafterweise wird in einem solchen Fall das umgebende Rohr mit einer gewellten Wandung ausgestattet, was die seitliche Auslenkung erleichtert.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann es zweckmäßig sein, wenn das umgebende Rohr eine etwa elliptische, jedenfalls jedoch abgeflachte Querschnittsform mit eindeutiger Biegeebene aufweist, in die etwa symmetrisch die Leiterplatte eingelegt ist.
  • Wie bereits im obigen ausgeführt ist, kann durch Veränderung der örtlichen Kapazität der Elektroden eine Anpassung an nicht regelmäßige Tankquerschnitte erfolgen. Dies geschieht bei dem Anbringen von Streifenleitungen auf Trägerplatten zweckmäßigerweise dadurch, daß der Abstand der Leiterbahnen verändert wird oder aber durch zusätzliche Elektrodenpaare dort, wo der Tankquerschnitt vergrößert ist.
  • Anhand des in Fig. 9 dargestellten Blockschaltbildes wird nun das Meßverfahren gemäß der Erfindung näher erläutert.
  • Ein Meßkondensator C 40 ist derart im oberen Tankbereich angebracht, daß er immer, auch bei gefülltem Tank, in einer Gasblase aus Treibstoffdampf und Luft verbleibt. Eine elektronische Meßeinrichtung 41 vergleicht den gemessene Kapazitätswert des Kondensators 40 mit dem gespeicherten Wert C01 der Kapazität für Luft als Dielektrikum und erzeugt aus beiden Werten eine der relativen Dielektrizitätszahl des Treibstoffdampf-Luftgemisches £rD = C1/COl proportionale Größe.
  • Der MeSkondensator C2 42 ist so angeordnet, daß er immer mit Treibstoff gefüllt ist. Analog dem vorstehend Gesagten wird mit Hilfe dieses Kondensators 42 mittels der elektronischen Schaltung 43 eine der relativen Dielektrizitätskonstante grT = C2/COS proportionale Größe erzeugt; hierbei ist C02 der Kapazitätswert in Luft. Der Meßkondensator C3 = CO3 [1 + h/h max (#rD - 1) + (1 - h/hmax) (#rT - 1)] 44 erstreckt sich vom tiefstmöglichen bis zum höchstmöglichen Füllstand und ist daher zeitweise sowohl mit Treibstoff als auch mit dem Treibstoffdampf-Luftgemisch umgeben; Co3 ist die Kapazität in Luft, h ist momentane Füllstandshöhe, hmax ist maximale Füllstandshöhe. Eine Elektronik 45 erzeugt die diesem Mischdielektrikum zuzuordnende effektive Dielektrizitätskonstante C3/Co3.
  • Mit einer rechnenden Einheit 46 wird die wahre Füllstandshöhe H wie folgt berechnet: C 3/CO3 - #rD H = #rT - #rD Eine rechnende Einheit 47 rechnet den Höhenwert in das die exakte Tankkontur berücksichtigende, auf eine Bezugstenperatur bezogene Volumen V (H, # O) um. Mit Hilfe eines Temperaturfühlers 48, der sich im Treibstoff befindet, wird in der Einheit 49 eine Korrekturgröße K(>;) erzeugt und mit deren Hilfe in einer Einheit 50 das für eine Bezugstemperatur #0 errechnete Volumen auf das Volumen der Betriebstemperatur umgerechnet.
  • V ($,H) = (K() + 1) x V Ein Streckenmesser 51 erzeugt in bestimmten Steckenabschnitten, vorzugsweise in Vielfachen von 100, Impulse, die zu einer Volumenberechnung und Abspeicherung des Wertes V(s) in einem Schieberegister führen. Die Ausführung des Registers erlaubt es, mit Hilfe einer Recheneinheit 52 auf unterschiedliche Streckeneinheiten bezogene Volumendifferenzen V(s2) - V(sl) zu bilden, d. h. unterschiedliche Verbrauchsmittelwerte V(s2) - V(sl) zu bilden.
  • Im Vergleich zum Stand der Technik werden alle die Meßgenauigkeit beeinflussenden Größen erfaßt und die Auswertung mit einbezogen. Die erfindungsgemäße Anordnung und das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Messung und Anzeige des Füllstandes des Treibstoffes sowie u. U. auch die Messung und Anzeige beliebiger Verbrauchsmittelwerte mit der zu fordernden Genauigkeit von etwa 1 %.

Claims (32)

  1. Ansprüche: ½) Kapazitive Meßvorrichtung zur Füllstands- und/oder Füllstandsänderungsmessung flüssiger Medien in Behältnissen, bestehend aus einem dauernd mit dem Medium gefüllten Meßkondensator und einem dem jeweiligen Füllstand entsprechend mit dem Medium gefüllten zweiten Meßkondensator d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß jede Kondensatorelektrode (1,2,3,12,19,19a,20) aus einem einteiligen Metallteil gebildet ist, das zumindest teilweise mit einer im Vergleich zur Dicke der Elektroden dünnen,nicht leitenden Isolierschicht (6,8,9,10,16,23) im Bereich der gegenseitigen Abstandhalterung überzogen ist.
  2. 2. Meßvorrichtung nach Anspruch l, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Elektroden (1,2,3,12,19, 19as20)ganzflächig mit der Isolierschicht überzogen sind.
  3. 3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Abstandhalter (4,5) aus den Elektroden (1,3) ausgeformt sind.
  4. 4. Meßvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die örtliche Kapazität des den Füllstand messenden Kondensators in einem über die ganze Tiefe des Behältnisses linearen Verhältnis zur örtlichen Querschnittsfläche des Behältnisses steht.
  5. 5. Meßvorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die örtliche Anpassung der Meßkapazität(16a) an den Tankquerschnitt durch Abstandsänderungen der Elektroden (19a) bewirkt wird.
  6. 6. Meßvorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die örtliche Anpassung der Meßkapazität an den Tankquerschnitt durch Veränderungen der wirksamen Elektrodenflächen (19) bewirkt wird.
  7. 7. Meßvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Elektroden (1,2,3) aus zylindrischen Elementen bestehen, die konzentrisch angeordnet sind.
  8. 8. Meßvorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß mindestens eine der mindestens drei konzentrisch angeordneten Elektroden (1,2,3) querdicht ist.
  9. 9. Meßsonde nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß der der Füllstandsmessung dienende Kondensator (l,2) außerhalb desjenigen Kondensators (2,3) konzentrisch angeordnet ist, der der Bestimmung der relativen Dielektrizitätszahl des Mediums dient.
  10. 10. Meßvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Elektroden (12) kammartig ausgebildet sind und die Abstandhalterung auf ihrer Schmalseite (15) erfolgt.
  11. ii. Meßvorrichtung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die kammartigen Elektroden (12) derartig angeordnet sind, daß die beiden Kondensatoren nebeneinander parallel verlaufen.
  12. 12. Meßvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der der Messung der Dielektrizitätszahl des Mediums dienende Meßkondensator querdicht ist.
  13. 13. Meßvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die den Füllstand messenden Elektroden in dem Behältnis derart angeordnet sind, daß sie form- und/oder kraftschlüssig mit dem Behältnisboden verbunden sind.
  14. 14. Meßvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein dritter Meßkondensator vorhanden ist, der der Messung der relativen Dielektrizitätszahl des Luft-Mediumdampfgemisches dient und im mediumfreien Raum des Behältnisses angeordnet ist.
  15. 15. Meßvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Elektroden (1,2,3,12,20) jedes Meßkondensators ein gleiches Querschnittsprofil aufweisen.
  16. 16. Meßvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die isolierende Oberflächenbeschichtung (8,9,10) aus unterschiedlichen Materialien besteht.
  17. 17. Meßvorrichtung nach Anspruch 16, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß mindestens eine dieser Schichten (9) heißschmelzend ist.
  18. 18. Meßvorrichtung, insbesondere gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t, daß die Elektroden (20) der Kondensatoren als Streifenleitungen (21) ausgebildet sind, und daß jede Elektrode aus mehreren nebeneinander angeordneten derartigen Streifenleitungen besteht, sowie die Streifenleitungen zur größeren Querschnittsachse des dielektrischen Trägerteils (22) beidseitig symmetrisch angeordnet sind und daß die Streifenleitungen (21) durch eine oder mehrere isolierende Schichten (23) gegenüber dem Medium isoliert sind.
  19. 19. Meßvorrichtung nach Anspruch 18, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß zusammengehörige Streifenleitungen auf der Trägerplatte (22) miteinander verbunden sind.
  20. 20. Meßvorrichtung nach Anspruch 19, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Verbindung nur am oberen Rand der Trägerplatte (22) erfolgt.
  21. 21. Meßvorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Streifenleitungen (21) der Vorder- und Rückseite der Trägerplatte (22) miteinander galvanisiert verbunden sind.
  22. 22. Meßvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der thermische Ausdehnungskoeffizient der Trägerplatten (22) durch Einlagerung eines oder mehrerer Werkstoffe in Faser- oder Fadenform ein- oder mehrachsig herabgesetzt ist.
  23. 23. Meßvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sie aus mindestens zwei voneinander unabhängigen Elektrodenpaaren besteht, von denen mindestens ein Elektrodenpaar von einem seitlich geschlossenen rohrförmigen Gebilde umgeben ist.
  24. 24. Meßvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 23, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sie aus drei Elektrodenpaaren gebildet ist.
  25. 25. Meßvorrichtung nach Anspruch 23, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß mindestens ein Elektrodenpaar von einem rohrförmigen Gebilde mit gewellter Wandung umgeben ist.
  26. 26. Meßvorrichtung nach Anspruch 25, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß das rohrförmige Gebilde eine etwa elliptische Querschnittsform aufweist und die jeweilige Leiterplatte symmetrisch im Bereich der großen Querschnittsachse eingelagert ist.
  27. 27. Meßvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 26, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Meßkondensatoren außerhalb des Behältnisses angeordnet und mit diesem über Rohrleitungen oder Schläuche verbunden sind.
  28. 28. Meßvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 27, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die der Messung der relativen Dielektrizitätszahl des flüssigen Mediums dienenden Elektroden in der Treibstoffförderleitung untergebracht sind.
  29. 29. Meßvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 28, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die die Dielektrizitätszahl des zu messenden Mediums erfassenden Elektroden in der Treibstoffleitung außerhalb des Behältnisses angeordnet sind.
  30. 30. Meßvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche l9 bis 29, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Elektroden auf dem Boden des Behältnisses angeordnet sind.
  31. 31. Meßvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 30, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß Breite und Dicke der Streifenleitungen (21) und ihr gegenseitiger Abstand derart bemessen sind, daß die Kapazitätsänderung durch das flüssige oder gasförmige Medium im Vergleich zur Luft als umgebenden Dielektrikum maximal ist.
  32. 32. Meßvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 31, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das die Streifenleitungen (21) tragende Trägerteil (22) aus einem Material besteht mit einem annähernd zu 0 kompensierten Temperaturkoeffizienten der wirksamen Dielektrizitätszahl.
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