DE2949459A1

DE2949459A1 - Vorrichtung zur anzeige eines fluessigkeitsniveaus in einem behaelter

Info

Publication number: DE2949459A1
Application number: DE19792949459
Authority: DE
Inventors: Tony James Wood
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1978-12-21
Filing date: 1979-12-08
Publication date: 1980-06-26
Also published as: GB2043260B; US4176553A; GB2043260A

Description

Patentanmeldung Vorrichtung zur Anzeige eines Flüssigkeitsniveaus in einem Behälter

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anzeige eines Flüssigkeits niveaus in einem Behälter, insbesondere von Kraftstoff im Tank eines Kraftfahrzeuges, wobei an mindestens zwei Stellen des Behälters eine MeQstelle mit je einem Meßgerät angeordnet ist, das, abhängig vom Flüssigkeitsniveau, unterschiedliche Kapazitäten aufweist.

Zur Messung von Flüssigkeitsständen, insbesondere in Flüssigkeits tanks von Kraftfahrzeugen, ist es bekannt, Schwimmer einzusetzen, die über einen Arm einen veränderlichen Widerstand vers teilen. Die unterschiedlichen Widerstandswerte sind sodann ein Maß für den Stand der Flüssigkeit. Diese Anordnungen sind jedoch dann nicht verläßlich, wenn das Fahrzeug in einer Steigung oder im Gefälle fährt. Auch eine Seitenneigung des Kraftfahrzeuges wirkt sich ungünstig auf die Messung aus. Zudem sind Beschleunigungen und Verzögerungen sowie das Fahren in Kurven der Grund dafür, daß sich der Flüssigkeits·

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Sitz der Gesellschaft Köln Registergericht Köln,HRB 84 ■ Vorsitzender des Aufsichtsrates: Robert A.Lutz

Vorstand Peter Weiher. Vorsitzender Hermann Dederichs Waldemar Ebers · Hans Wilhelm Gab Paul A Guckel ■ Wilhelm Inden Alfred Langer Hans-Joachim Lehmann Dieter Ullsperger

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spiegel rasch verändert und somit eine exakte Momentanmessung nicht möglich ist. Um diese Schwierigkeiten zu bewältigen, ist bereits vorgeschlagen worden, an mindestens zwei Stellen des Behälters eine Meßstelle mit je einem Meßgerät anzuordnen, das abhängig vom Flüssigkeitsniveau unterschiedliche Kapazitäten aufweist. Abhängig von der unterschiedlichen Ladung bei diesen Meßstellen ist sodann der Flüssigkeitsstand er mittelbar. Die Erfindung schlägt nunmehr vor, in einer besonderen Vorrichtung, verbunden mit einer entsprechenden Schaltung, eine Verarbeitung der Meßwerte dieser Meßstellen so vorzunehmen, daß unabhängig von der jeweiligen Situation des Kraftfahrzeuges eine sichere Bestimmung des Kraftstoffstandes im Tank möglich ist.

Dieses Ziel der Erfindung wird durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale erreicht.

Zweckmässige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich durch die Anwendung der Merkmale der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer

Flüssigkeit8Standemeßeinrichtung, wie

sie in Verbindung mit der erfindungsgemäßen

Vorrichtung verwendet werden kann;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Anordnung

gemäß Fig. 1;

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Fig. 3 einen Querschnitt durch eine andere

Ausführungsform der Meßeinrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine weitere Aus

führungsform einer Meßeinrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines

Schaltbildes zur Verarbeitung der Signale gemäß der Erfindung;

Fig. 6 eine Darstellung der verschiedenen Signale,

wie sie in dem Schaltbild gemäß Fig. 5 auftreten.

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Ein Flüssigkeitsstandsmesser 10, der die elektrische Ladung zur Messung des Flüssigkeitsstandes benutzt, ist in den Figuren 1 und dargestellt. Der Flüssigkeitsstandsmesser 10 ist in einem Flüssigkeitstank 6 angeordnet, der eine bestimmte Menge einer Flüssigkeit 30 enthält. Der Flüssigkeitsstandsmesser 10 weist ein Gehäuse 20 auf, das sich entlang einer Linie erstreckt, im Bereich derer ein Stand der Flüssigkeit 30 erwartet wird. Da in der statischen Position die Flüssigkeit eine Oberfläche besitzt, die parallel zu einer Horizontalen verläuft, ist das Gehäuse 20 senkrecht auf einer solchen Horizontalen angeordnet.

Öffnungen 17 und 18 sind nahe den obersten und untersten Bereichen des Gehäuses 20 so angeordnet, daß die Flüssigkeit 30 in das Gehäuse eintreten kann und in diesem Gehäuse einen Flüssigkeitsstand einnehmen kann, der dem Flüssigkeitsstand außerhalb des Gehäuses im Flüssigkeitstank 6 entspricht. Das Gehäuse 20 weist im Querschnitt eine sternförmige Configuration mit drei Ecken auf und enthält eine Reihe von Platten, die im Folgenden als Kapazitätsplatten 11, 12 und bezeichnet werden. Jede der Kapazitätsplatten 11, 12 und 13 erstreckt sich in einem entsprechenden Arm des Gehäuses 20, so daß der Flüssigkeitsstand in verschiedenen Punkten, die voneinander getrennt liegen, gemessen werden kann. Die Kapazitätsplatten 11, 12 und 13 sind in der Mitte an einem Isolationsteil 22 in entsprechenden Schlitzen 26, 27 und 28 befestigt. Das Isolationsteil 22 weist ebenfalls drei Abstandsarme 23, 24 und 25 auf, die sich zur Innenwand des Gehäuses 20 erstrecken und die für eine stabile Halterung sorgen. Darüberhinaus ist durch sie sichergestellt, daß die Platten einen gleichbleibenden Abstand vom Gehäuse einhalten.

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Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Flüssigkeitsstandsmesser in einem Kraftstofftank eines Kraftfahrzeuges angeordnet und ist als Kraftstoffanzeiger bezeichnet. Normalerweise wirkt die Flüssigkeit 30, also hier der Kraftstoff, als ein Dielektrikum, zwischen den Kapazitätsplatten 11, 12 und 13 und dem Gehäuse 20. Da jedoch bekannt ist, daß Feuchtigkeit eintreten kann und sich mit dem Kraftstoff vermischt, sind die Kapa zitätsplatten mit einem Isolationsfilm bedeckt, der mit 14, 15 und 16 bezeichnet ist. Dieser Isolationsfilm ist sehr dünn ausgeführt, verglichen mit dem Abstand der Platten zum Gehäuse und hat einen vernachlässigbaren Effekt auf den Betrag der Ladung beim erfindungsgemäßen Flüssigkeitsstandsmesser.

Bei einem System, in dem die Menge an Flüssigkeit in einem Flüssigkeitstank 6 gemessen werden soll, wird zur Messung der vertikalen Höhe des Flüssigkeitsstandes das zylinderische Gehäuse 20 sowie auch die Kapazitätsplatten 14, 15 und 16 so angeordnet werden, daß die vom oberen Bereich des gewünschten Messbereiches zum unteren Bereich des gewünschten Messbereiches reichen.

Eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Flüssigkeits-Standsmessers ist in der Fig. 3 dargestellt und mit 110 bezeichnet. Hier ist der Querschnitt des Flüssigkeitsstandsmessers kreisförmig auegeführt. Beim Flüssigkeitsstandsmesser 110 ist ein zylinder is ehe s Gehäuse 120 aus elektrisch leitendem Material gefertigt. Ein konzentrisches Innenteil 122 besteht aus Isolationsmaterial und dient als Halteteil für eine Reihe von Kapazitätsplatten 111, 112 und 113; diese Kapazitätsplatten messen den Flüssigkeitsspiegel an verschiedenen Stellen innerhalb des Gehäuses 120. Arme 123, 124 und 125 sind ebenfalls aus Isolationsmaterial hergestellt, wie auch das Innenteil 122; dabei erstrecken sich die Arme 123, 124 und 125 zwischen dem Innenteil 122

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und dem äußeren Gehäuse 120 und sorgen für eine festere Halterung und einen gleichmässigen Abstand zwischen den Kapazitätsplatten 112, 113 und 114 vom Gehäuse 120. Wie bei der Ausführungsform in den Figuren 1 und 2 auch, ist ein Isolations film 114, 115 und 116 auf den Kapazitätsplatten 111, 112 und 113 angeordnet.

Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsstandsmessers ist in der Fig. 4 dargestellt. Hier ist der Flüssigkeitsstandsmesser 210 so ausgebildet, daß er einen dreieckigen Querschnitt besitzt. Bei diesem System ist das dreieckige Gehäuse mit 220 und eine Reihe von Kapazitätsplatten mit 211, 212 und 213bezeichnet. Die Platten besitzen einen gleichmässigen Abstand vom Gehäuse 220 und messen den Flüssigkeitsstand 230 in verschiedenen Punkten innerhalb des Gehäuses 220. Arme 223, 224 und 225 dienen als Halterung und sorgen dafür, daß das Innenteil 222 eine bestimmte Position einnimmt. Die Kapazitätsplatten 211, 212 und 213 sind am Innenteil 222 befestigt und weisen ebenfalls einen Isolationsfilm 214, 215 und 216 auf.

In jeder der dargestellten Ausführungsformen ist der Flüssigkeitsstands messer so ausgebildet, daß das äußere Gehäuse als eine Platte und die Kapazitätsplatten als die anderen Platten einer Kapazität wirken, wobei beide Plattenarten in einem Abstand zueinander stehen. Als Folge davon wird die Kapazität der Einrichtung verändert, wenn die Platten mehr oder weniger von der Flüssigkeit, also etwa vom Kraftstoff, bedeckt sind. Auf der anderen Seite ist jedoch zu beachten, daß gemäß der Anordnung von drei Meßpunkten innerhalb des erfindungs ge mäßen Flüssigkeitsstandsmessers die drei gemessenen Werte voneinander abweichen können.

In der Fig. 1 ist ein elektrisches Kabel rnit 8 bezeichnet; es weist eine Reihe von Leitungen auf, die mit C. , C und C bezeichnet sind.

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Diese Leitungen verlaufen zu den Kapazitätsplatten 14, 15 und 16 entsprechend dem Schaltbild in der Fig. 5. Eine vierte Leitung, die Erdleitung, ist an das Gehäuse 20 angeschlossen.

Der Schaltkreis gemäß Fig. 5 dient dazu, bei den drei Kapazitäten die Kapazitätswerte, also die Ladung, abzufragen und daraus entsprechende Rückschlüsse auf den Flüssigkeitsstand zu ziehen. Das gezeigte Schaltbild vergleicht die gemessenen Flüssigkeitslevel an den verschiedenen Punkten miteinander und bildet ein Differenzsignal. Daraufhin wird dieses Differenzsignal mit einem vorherbestimmten maximalen Differenzsignal verglichen, um festzustellen, ob die gemessenen Flüssigkeitslevel im Verhältnis zueinander innerhalb einer erlaubten Differenz bleiben. Die vorherbestimmte erlaubte Differenz wird festgesetzt während der Eichung des ganzen Systems, um den notwendigerweise auftretenden Abweichungen Rechnung zu tragen. Liegt die gemessene Differenz innerhalb eines erlaubten Limits, so wird ein Signal erzeugt, das es erlaubt, daß einer der gemessenen Werte innerhalb der Messung des Flüssigkeitstandes weitergegeben wird. Dieser Wert ist sodann ein Maß für die Quantität an Flüssigkeit innerhalb des Tanks.

Ein Impulsgenerator 402 erzeugt Rechteckimpulse, die sowohl für die Abfragung als auch für das Taktgeben verwendet werden können. Der Ausgang des Impulsgenerators ist mit einem Widerstand 404 durch parallel angeschlossene Dioden 406, 410 und 414 verbunden.

Die Kathode der Diode 406 ist mit der Kapazitätsplatte 11 mit der Kapazität C verbunden; weiterhin besteht eine Verbindung mit dem Widerstand 408 zum positiven Pol eines Gleichrichters A . Die gegenüberliegende Platte 20 der Kapazität C und der andere Anschluß des Widerstandes 408 sind mit der Erde verbunden.

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Die Kathode der Diode 410 ist mit der Kapazitätsplatte 12 der Kapazität C_ verbunden, sowie mit einem Anschluß des Widerstandes 412 und mit dem positiven Anschluß des Gleichrichters A . Die entgegengesetzte Kapazitätsplatte 20 der Kapazität C_? und der andere Anschluß des Widerstandes 412 sind mit der Erde verbunden.

Die Kathode der Diode 414 ist mit der Kapazitätsplatte 13 der Kapazität C verbunden sowie mit einem Anschluß des Widerstandes 416 und dem positiven Pol des Gleichrichters A . Die entgegengesetzte Kapazitätsplatte 20 der Kapazität C und der andere Anschluß des Widerstandes 416 sind mit der Erde verbunden.

Der Impuls des Impulsgenerators geht über den Widerstand 404 und gleichzeitig durch die parallel angeschlossenen Dioden 406, 410 und 414 und bewirk^,daß die Kapazitäten C , C und C entsprechend

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der bestehenden Möglichkeiten aufgeladen werden auf die ihnen eigenen Ladungen. Um die Situation zu verdeutlichen, wird angenommen, daß die Kapazitäten C₁ C_ und C etwas unterschiedlich sind. So ist beispielsweise die Kapazität C etwas größer als die Kapazität C und die Kapazität C_ ist größer als die Kapazität C . Entsprechend sind die relativen Ladungsbeträge in der Fig. 6 dargestellt, für die letztgenannten Kapazitäten etwas höher.

Die negativen Anschlußpole der Gleichrichter A » A und A sind mit einer Schwellenspannung V durch einen Spannungsteiler 418 verbunden. Wenn die Kapazitäten, die den Flüssigkeitsstand anzeigen, aufgeladen sind auf einen Wert, der der Schwellenspannung entspricht, wechselt das Ausgangssignal der Gleichrichter von einem niedrigen Wert auf einen hohen Wert, wie aus der Fig. 6 hervorgeht. Ist entsprechend die Entladung der Kapazitäten unterhalb der Schwellen-

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spannung, so verbleiben die Ausgangswerte der entsprechenden Gleichrichter auf einem normal niedrigen Level.

Eine Entladung der Kapazitäten zur Messung des Flüssigkeitsstandes beginnt gleichzeitig dann, wenn der Aus gangs impuls des Impulsgenerators 402 von einem hohen Wert auf einen niedrigen Wert übergeht. In diesem Falle werden die Dioden 406, 410 und 414 umgepolt und blockieren den Strom. Die entsprechenden Kapazitäten C , C. und C werden gleichzeitig entladen durch ihre Widerstände 408, 412 und 416. Die Widerstände 408, 412 und 416 sind gleich groß, wobei der Widerstandswert relativ hoch ist im Vergleich zum Widerstand 404. Entsprechend entladen die Kapazitäten C , C_ und C in Beträgen, die nur unterschiedlich sind in Bezug auf ihre Unterschiede in der Ladung. Daraus folgt auch, daß die Ausgangssignale der entsprechenden Gleichrichter A₁, A, und A die Form von Impulsen mit hohen Werten haben, solange die entsprechenden Kapazitäten auf einen Wert im Bereich oder oberhalb der Schwellenspannung aufgeladen werden. Die Größe dieser Impulse sind damit ein Maß für die Ladung der Kapazitäten, die wiederum ein MaQ für den Flüssigkeitsstand sind.

Die Ausgangswerte der Gleichrichter A , A_ und A sind mit einem OR-Glied 420 verbunden, das ein Differenzausgangssignal erzeugt, in einer Größe, das der Zeit zwischen dem zuerst auftretenden Impuls und dem zuletzt auftretenden Impuls der Gleichrichter A , A. und A entspricht. Die meßbare Zeitdifferenz entsteht während der Entladung der Kapazitäten und daher ist das Differenzausgangssignal des OR-Gliedes 420 ein Maß für die Zeitdifferenz zwischen dem Beginn des Ausgangssignales eines der Gleichrichter A , A_ und A und dem Ende dieses Signals. Das Differenzsignal des OR-Gliedes 420 wird sodann einer Impulsbreite-Vergleicheeinrichtung 430 zugeführt, die diesen Wert mit einem Maximaldifferenzsignal vergleicht, um

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festzustellen, ob die Ausgangswerte der Gleichrichter A , A und A Impulsbreiten besitzen, die so nahe beieinander liegen, da 13 sie als identisch bezeichnet werden können. Das Differ en zsignal wird dem Eingang eines Multivibrators 432 zugeführt, innerhalb der Impulsbreite-Vergleichseinrichtung 430. Der Multivibrator 432 enthält einen einstellbaren Widerstand 434, durch den die Impulsbreite der Einrichtung bestimmbar ist. Dieser Aus gangs impuls wird als maximales Differenzsignal benutzt. Das Maximaldifferenzsignal wird durch einen Inverter 435 umgedreht und einem AND-Glied 436 zugeführt. Das umgedrehte Maximaldifferenzsignal wird im AND-Glied verarbeitet mit dem Differenzsignal des OR-Gliedes 420. Wenn daher das Differenzsignal eine Impulsbreite hat, die kleiner ist als das umgekehrte Maximaldifferenzsignal, befindet sich das Aus gangs signal des AND-Gliedes 436 auf einem niedrigen Level; wenn die Impulsbreite des Differenzsignals größer ist als das umgekehrte Maximaldifferenzsignal, erzeugt das AND-Glied 436 ein Signal mit hohem Ausgangewert, das dem Eingang eines bistabilen Multivibrators 438 zugeleitet wird.

Ein Multivibrator 444 empfängt die Impulse des Impulsgeneratore 402 und antwortet auf den Anfange wert des Signals. Der Ausgang des Multivibrators 444 stellt ein "CLEAR" - Signal dar und wird zugeleitet dem Eingang eines Multivibrators 438 und auch dem Eingang des Multivibrators oder Zerhackers 432.

Der Impulsgenerator 402 ist weiterhin an einen Multivibrator oder Zerhacker 442 angeschlossen, um diesem Taktimpulse zuzuführen. Der Zerhacker 442 spricht auf den Eingangswert der Impulse an und erzeugt einen Datentransfer-Impuls des Zerhackers 438, wenn er nicht zurückgestellt ist.

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Die Ablesung des Flüssigkeitslevels wird so vorgenommen, daß einer der Ausgangswerte der Gleichrichter untersucht wird. Im vorliegenden Fall wird der Ausgangswert des Gleichrichters A als das Signal betrachtet, das den Flüssigkeitsstand angibt; entsprechend wird dieses Signal einer 8-bit -Zähleinrichtung 448 zugeleitet, worauf diese Zähleinrichtung eine Serie von Hochfrequenzimpulsen vom Oszillator 446 empfängt. Der Eingangswert des "CLEAR" - Signal des Zerhackers 444 setzt die Zähleinrichtung 448 auf Null und erlaubt somit, die Impulse während der Entladung des Signals zu zählen. Der Ausgangs wert der Zähleinrichtung 448 erzeugt ein Signal für den Meßwert (Zähleinrichtung für Meßwert); dieses Signal wird einem 8-bit-Schalter 450 zugeführt, wenn das Ausgangs signal des AND-Gliedes 440 einen hohen Wert aufweist, und zwar vor dem nächsten Meßwertzyklus. Daraus geht hervor, daß der Schalter 415 mit einem neuen Signal versehen wird immer dann, wenn das Datentransfer-Signal und das Signal zur freigebenden Übertragung des Datentransfersignales auftreten. Der Inhalt des Schalters 450 wird dann einem Wiedergabegerät 452 zugeleitet, wo der übetragene Wert in Form eines Stromes, einer Spannung, einer Impulsbreite, einer Frequenz oder eines anderen Wertes angegeben werden kann, wobei dieser Wert ein Maß für den Flüssigkeitslevel im Tank ist. Welcher Wert zur Wiedergabe benutzt wird, hängt von den Gegebenheiten ab und ist nicht Gegenstand dieser Erfindung. Es wird jedoch daraufhingewiesen, daß mit dieser Einrichtung auch Einrichtungen zur Feststellung des Kraftstoffverbrauches, abhängig von gefahrenen Distanzen, Kraftstoffverbrauch, abhängig von der Zeit, Angaben über Restbestände im Tank und Angaben darüber, wieviel Distanz noch mit dem Restbestand im Tank zurückgelegt werden kann, verbunden werden können.

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Claims

Ford/US-1034/26. November 1979 Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Anzeige eines Flüssigkeitsniveaus in einem Behälter, insbesondere von Kraftstoff im Tank eines Kraftfahrzeuges, wobei an mindestens zwei Stellen des Behälters eine MeQstelle mit je einem Meßgerät angeordnet ist, das, abhängig vom Flüssigkeitsniveau, unterschiedliche Kapazitäten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, durch die unterschiedlichen Kapazitäten jeweils abfragbar und ihre Werte miteinander vergleichbar sind und daß Mittel vorgesehen sind, durch die einer der angezeigten Werte nur dann als Maß für das Flüssigkeitsniveau benutzt wird, wenn die Differenz aus dem Vergleich der gemessenen Werte unterhalb eines vorgegebenen Wertes liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte der verschiedenen Meßstellen für das Flüssigkeitsniveau parallel geschaltete Kapazitäten sind, deren Kapazitäten abhängig vom Niveau der Flüssigkeit an der jeweiligen Meßstelle sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfrageeinrichtung für die Kapazitäten einenNiederfrequenzoszillator enthält, der Impulse mit bekannter Amplitude und Impulslänge aussendet, wobei diese Impulse den Kapazitäten zugeleitet werden und daß jede Kapazität eine Entlademöglichkeit über einen Widerstand besitzt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfrageeinrichtung Mittel enthält, verbunden mit jeder Kapazität, wodurch jeweils ein Signal erzeugbar ist, sofern die Ladung der Kapazität einen vorherbestimmten Wert überschreitet.

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ORIGINAL INSPECTED

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5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung ein OR-Glied (420) enthält, das die Abfragesignale erhält und durch das ein Aus gangs impuls erzeugbar ist, dessen Länge korrespondiert zu der Differenz zwischen dem grössten und dem kleinsten Wert, der von den verschiedenen Kapazitäten ausgeht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, durch die ein Vergleich des Ausgangssignals des OR-Gliedes (420) mit einem vorbestimmten Wert möglich ist und durch die die Erzeugung eines Signals durchführbar ist, wenn der Vergleich ergibt, daß das Signal kleiner ist als der vorherbestimmte Wert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die für den Fall der Feststellung, daß das Signal kleiner ist als ein vorgegebener Wert, einen der von den Kapazitäten ausgehenden Werte einer Vorrichtung zuleitet, durch die dieser Wert als Maß für das Flüssigkeitsniveau wiedergebbar ist.

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