DE2944433C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Grenzwertgeber für Flüssigkeiten, insbe­ sondere für Öl oder Brennstoff, mit einem von der Flüssigkeit getrage­ nen Schwimmer.

Aus der CH-PS 3 20 367 ist ein Aufnehmer für Flüsigkeitsanzeigen be­ kannt, der nach dem induktiven Prinzip arbeitet. Die dabei in der Se­ kundärspule induzierte Spannung beruht auf der Änderung des magne­ tischen Feldes, wobei nur während der Bewegung des ferromagnetischen Körpers eine Spannung induziert wird. Somit können nur Flüssigkeits­ schwankungen aufgenommen werden. Ferner ist die Höhe der induzierten Spannung von der Änderungsgeschwindigkeit abhängig. Es ist nur eine kontinuierliche Messung während der Bewegung des Schwimmers bzw. des ferromagnetischen Körpers möglich.

Ferner ist auch aus der DD-PS 1 21 380 ein induktiv arbeitender Aufneh­ mer für Flüssigstandsanzeigen bekannt. Auch hier wird eine kontinuier­ lich verlaufende Kurve aufgenommen, wobei sich kein scharfer oberer bzw. unterer Grenzwert ergibt. Es kann nicht geprüft werden, ob ein Grenzwert erreicht ist oder nicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrisch arbeitenden Grenzwertgeber zu schaffen, der einen geringen Raumbedarf hat, einfach und billig herstellar ist und einen geringen Innenwiderstand auf­ weist. Auch bei Stillstand der Flüssigkeit soll eine genaue Erfassung des Grenzwertes möglich sein.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Flüssigkeitsstandmelder klein, leicht, einfach im Aufbau und daher billig in der Herstellung ist. Er hat außerdem einen geringen Innenwiderstand und erlaubt daher eine lange Leitungsführung; vor allem ist eine direkte Ansteuerung von bipolaren Transistoren möglich. Ein weiterer erheblicher Vorteil ist seine Eigensicherheit, weil bei Lei­ tungsunterbrechungen bzw. Spulenbeschädigungen oder Kurzschlüssen auto­ matisch eine Fehleranzeige entsteht. Ferner ist es möglich, auch bei Stillstand der Flüssigkeit dessen Höhe relativ genau zu bestimmen. Es ergibt sich ein scharfer oberer bzw. unterer Grenzwert. Dadurch kann nach dem digitalen Verfahren gearbeitet werden und in einfacher Weise überprüft werden, ob der Grenzwert erreicht ist oder nicht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und aus den Zeichnungen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Hysterese-Kurve B = f (H) für einen Wieganddraht,

Fig. 2 den prinzipiellen Aufbau eines Gebers nach der Er­ findung,

Fig. 3 das Schaltbild eines Maximum-Minimum-Füllstandgebers,

Fig. 4 das Schaltbild eines mehrstufigen Füllstandgebers und

Fig. 5 einen anderen Füllstandgeber in schematischer Dar­ stellung mit einer in ihrem Schaltbild dargestellten Auswerteschaltung.

Unter einem "Wiegand-Draht" versteht man einen speziell be­ handelten dünnen, ferromagnetischen Draht, bisher üblicher­ weise aus Vicalloy, welcher beim Ummagnetisieren bei den in Fig. 1 mit -H _s und +H _s bezeichneten Sprungfeldstärken je­ weils einen einzigen, hohen Barkhausen-Sprung in seiner Hysteresekurve zeigt, dessen Höhe durch eine an den Draht angelegte Zugspannung und/oder Verdrillung vergrößert wer­ den kann. Im Gegensatz zu bisher untersuchten Drähten, die ebenfalls einzelne, hohe Barkhausen-Sprünge unter Zug- und/ oder Torsionsspannung zeigten, sind bei Wiegand-Drähten durch die spezielle Behandlung innere Strukturveränderungen derart "eingebaut" worden, daß zur Erzielung der hohen Bark­ hausen-Sprünge beim Ummagnetisieren keine äußeren Zug- und/ oder Torsionsspannungen nötig sind.

Die Höhe dieser Barkhausen-Sprünge, die mittels einer um den Wiegand-Draht gewickelten Spule in elektrische Impulse umgewandelt werden können und beim Überschreiten der Sprung­ feldstärken H _s nahezu unabhängig von der zeitlichen Änderung des in Längsrichtung auf den Wiegand-Draht einwirkenden Mag­ netfeldes erzeugt werden, hängt unter anderem vom in das er­ regende Magnetfeld eintauchenden Volumen des Wiegand-Drahtes ab.

Daraus wird ersichtlich, daß sowohl durch Auswerten der Höhe der Wiegand-Impulse als auch durch Feststellen des Vorhanden­ seins dieser Impulse Grenzwerte erfaßt und verarbeitet werden können.

Nach Fig. 2 wird zunächst auf ein dünnes Glasröhrchen 10 mit einem Außen-Durchmesser von zum Beispiel 0,8 mm eine Lesespule 11 aus dünnem Draht und auf diese dann eine Erregerspule 12 aus dickerem Draht gewickelt. Das Röhrchen 10 wirkt dabei sowohl als Spulenkörper wie auch als Führung für den durch das Röhrchen hindurchgeführten, mit einem Schwimmer 14 versehenen Wiegand-Draht 13.

Die Erregerspule 12 wird mit einem Wechselstrom gespeist, dessen Frequenz unterhalb von 400 Hz liegt. Wenn der Wiegand- Draht genügend tief innerhalb der Spulenanordnung liegt, er­ hält man hohe elektrische Impulse in der Lesespule 11. Die Amplituden dieser Signale sinken unter einen einstellbaren Schwellwert, wenn der mit dem Schwimmer 14 verbundene Wie­ gand-Draht 13 nicht mehr tief genug in die Spulenanordnung eintaucht, weil beispielsweise der zur Signalerzeugung zur Verfügung stehende Volumenanteil des Wiegand-Drahtes 13 sich infolge einer Absenkung des bei 15 angedeuteten Pegelstandes einer Flüssigkeit 16 verringert hat. Hieraus kann erkannt werden, daß der Flüssigkeitsstand einen unteren Grenzwert erreicht hat. Das gleiche gilt, wenn auf Vorhandensein/Aus­ bleiben der Impulse untersucht wird.

Fig. 3 zeigt den schematischen Aufbau eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Grenzwertgebers, mit welchem ein oberer und ein unterer Grenz­ wert eines Flüssigkeitspegels mit einem einzigen Wiegand- Draht 13 und einem Schwimmer 14 erfaßt werden können. Hierzu ist wie beim vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel eine obere Erregerwicklung 12 und eine obere Lesewicklung 11 vor­ gesehen, welche den unteren Grenzwert erfassen. Für den oberen Grenzwert ist eine zweite Lesewicklung 21 und eine zweite Erregerwicklung 22 vorgesehen. Beide sind derart an­ geordnet, daß bei Annäherung an den oberen Grenzwert der Wiegand-Draht 13 den Bereich dieser beiden Wicklungen 21 und 22 zu verlassen beginnt, bis schließlich bei Erreichen des oberen Grenzwertes die Amplituden der in der Lesewicklung 21 erzeugten Signale unter einen eingestellten Schwellwert ab­ sinken bzw. ausbleiben.

Anstelle je einer Erregerspule und einer von dieser getrenn­ ten Lesespule kann man sowohl zur Ansteuerung wie auch zum Lesen ein- und dieselbe Spule verwenden, wenn man die je­ weiligen elektrischen Signale in geeigneter Weise, beispiels­ weise durch Frequenzweichen, trennt.

Mit einem Aufbau der Spulenanordnung nach Fig. 4 läßt sich mittels mehrerer über die Länge des Wiegand-Drahtes 13 ver­ teilt angeordneten Lesespulen 23, die wie beim dargestellten Ausführungsbeispiel zueinander parallelgeschaltet oder auch hintereinander geschaltet sein können, eine quasianaloge Mes­ sung des Flüssigkeitsstandes durchführen. Hierbei stellt dann die Anzahl der vom Wiegand-Draht 13 aktivierten und Signal­ impulse abgebenden Lesespulen 23 ein Maß für den Füllstand dar.

In Fig. 5 ist ein nach dem Wiegand-Prinzip arbeitender Be­ stands-Grenzwertgeber für eine Brennkraftmaschine und eine zugehörige Auswerteschaltung dargestellt.

Der Ölstandgeber nach Fig. 5 enthält ein in den Ölstand 25 der Brennkraftmaschine eingetauchtes Schutzrohr 26, in welchem der Schwimmer 14 frei beweglich geführt ist. Am unteren Ende des Schutzrohres 26 wird durch einen aufgesetzten Deckel 27, der eine kleine Bohrung 28 enthält, eine mechanische Ver­ zögerung erzielt, mit welcher verhindert wird, daß schnelle Änderungen des Flüssigkeitspegels - beispielsweise infolge von Beschleunigungskräften beim Bremsen, Kurvenfahren und dergleichen - sich nicht sofort auf den sich im Schutzrohr 26 einstellenden Füllstand auswirken können. Vielmehr stellt sich der Schwimmer 14 auf das beruhigte Flüssigkeitsvolumen im Meßrohr 26 ein und hebt den Wiegand-Draht 13 bei aus­ reichendem Füllstand soweit an, daß der Wiegand-Draht die Erregerspule 12 und die Lesespule 11 mit einer ausreichenden Länge durchsetzt.

An die Lesespule 11 ist ein Vollweg-Gleichrichter 30 ange­ schlossen, der es erlaubt, positive und negative Impulse, die eine gewisse Schwellenspannung überschreiten, auszuwer­ ten. Zur weiteren Beruhigung der Anzeige ist an den Gleich­ richter 30 ein Schmitt-Trigger 31 angeschlossen. Dieser kann so eingestellt sein, daß er zum Beispiel eine Fehleranzeige bei 30% des Nutzsignals über ein Verzögerungsglied 32 und einen Treiber 33 an einer Anzeigelampe 34 liefert, jedoch ein Ausschalten des Fehlersignals dann bewirkt, wenn 50% des Nutzsignals erreicht oder überschritten werden.

Da die Höhe der Barkhausen-Sprünge und somit der elektri­ schen Ausgangssignale vom Volumen des im Magnetfeld der Er­ regerwicklung befindlichen Drahtes und somit von der Eintauch­ tiefe des Drahtes in die Erregerspule abhängen, läßt sich in der angegebenen Weise ein Flüssigkeitsstandmelder bzw. -grenz­ wertgeber herstellen. Bei diesem spielt somit nur die sich in der Spule befindende Drahtlänge eine Rolle, nicht aber die Gesamtlänge des Wiegand-Drahtes.

Claims (6)

1. Grenzwertgeber für Flüssigkeiten, insbesondere für Öl oder Brennstoff, mit einem von der Flüssigkeit getragenen Schwimmer, an dem ein ferro­ magnetischer Körper befestigt ist, mit einem Rohr aus nicht magneti­ sierbarem Werkstoff, das als Führung für den in dem Rohr beweglichen ferromagnetischen Körper wirkt und um das wenigstens eine von Wechsel­ strom durchflossene Spule gewickelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der ferromagnetische Körper ein Wiegand-Draht (13) ist, daß die Fre­ quenz des Wechselstroms höchstens bei 400 Hz liegt und daß durch Be­ stimmen der in der oder den Spulen (11) induzierten elektrischen Im­ pulse ein Grenzwert für den Flüssigkeitsstand erfaßt wird.

2. Grenzwertgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das Rohr (10) aus Glas hergestellt ist.

3. Grenzwertgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf dem Rohr (10) jeweils eine aus dünnem Draht gewickelte Lesespule (11) und auf dieser eine aus dickerem Draht bestehende Erregerspule (12) angeordnet ist.

4. Grenzwertgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß mehrere Lesespulen (11, 21, 23) zu einer gemeinsamen Erregerspule (12, 22) vorgesehen sind.

5. Grenzwertgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für einen oberen Grenzwert eine Lesespule (11) und eine Erregerspule (12) und für einen unteren Grenz­ wert eine hiervon getrennte Erregerspule (22) und Lesespule (21) vorgesehen ist.

6. Grenzwertgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme des Schwimmers (14) ein Schutzrohr (26) vorgesehen ist, dessen Innenraum mit der zu überwachenden Flüssigkeit (25) durch eine Drosselbohrung (28) in Verbindung steht.