DE3115776C2

DE3115776C2 -

Info

Publication number: DE3115776C2
Application number: DE3115776A
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr.-Ing. 7107 Bad Friedrichshall De Boehme; Heinz Rinderle; Juergen 7100 Heilbronn De Sieber
Original assignee: Telefunken Electronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 1981-04-18
Filing date: 1981-04-18
Publication date: 1988-10-27
Also published as: GB2097932A; FR2504261B1; FR2504261A1; DE3115776A1; IT1150838B; GB2097932B; IT8220694A0; JPS585617A; US4449404A

Description

Die Erfindung betrifft eine thermoresistive Füllstands meßeinrichtung mit Widerstandssensoren in einem Behäl ter mit Füllgut und Freiraum, bei der ein Widerstands sensor vom Füllgut und ein Widerstandssensor vom Frei raum umgeben ist und bei der die Widerstandssensoren in Reihe geschaltet sind.

Füllstandsmeßeinrichtungen sind für die Überwachung und Steuerung technischer Prozesse erforderlich und weit verbreitet. Zum Beispiel hängt der Gebrauchswert von Kraftfahrzeugen auch von einer hinreichend genauen An zeige des Kraftstoffvorrates ab. Eine thermoelektrische Füllstandsmessung hat gegenüber der potentiometrischen den Vorteil, daß keine bewegten Teile notwendig sind und dadurch kleiner Fertigungsaufwand und hohe Zuver lässigkeit erreichbar sind. Im Gegensatz zur dielektri schen Füllstandsmessung ist die thermoelektrische von einer schwachen Leitfähigkeit der Füllung, wie sie bei Äthanol auftreten kann, und von Schwankungen der Zusam mensetzung des Kraftstoffes bzw. Füllgutes nahezu unab hängig. Ein entscheidendes Problem der thermoelektri schen Füllstandsmessung ist die Sicherung ausreichender Stabilität und Genauigkeit.

Deshalb wurde in der DE-AS 28 41 889 bereits vorgeschlagen, einen zweiten, nicht beheizten Widerstandssensor vorzusehen und die Diffe renz der Widerstände auszuwerten. Diese Lösung gestatt et zwar eine verhältnismäßig genaue Ermittlung des Füll standes bei vollem Behälter, mit sinkendem Füllzustand steigen jedoch die Meßungenauigkeiten an. In den mei sten Anwendungen ist aber gerade eine genaue Restmen genanzeige erwünscht, wie z. B. in der Kraftfahrzeugtech nik, da eine falsche Kraftstoffanzeige zu einer verhäng nisvollen Fehleinschätzung der mit dem vorhandenen Kraftstoff noch zu bewältigenden Wegstrecke führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Füll standsmeßeinrichtung anzugeben, die den jeweiligen Füll stand einer Flüssgkeit in einem Behälter möglichst genau angibt, die einfach in ihrem Aufbau ist und die möglichst unempfindlich gegenüber Schwankungen der Ver sorgungsspannung ist.

Diese Aufgabe wird bei einer thermoresistiven Füllstandsmeßeinrichtung der eingangs erwähnten Art nach der Erfindung durch die kenn zeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die thermoresistive Füllstandsmeßeinrichtung nach der Erfindung ermöglicht eine genaue Ermittlung des Füll standes, ist einfach in ihrem Aufbau, benötigt keine mechanisch bewegten Teile oder elektrische Kontakte und ist gegenüber Schwankungen der Versorgungsspannung un empfindlich.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungs beispiel erläutert.

Die Fig. 1 zeigt eine Füllstandsmeßeinrichtung nach der Erfindung. Die Widerstandssensoren sind in der Rei henfolge Widerstandssensor 1 für Füllgut, Widerstands sensor 3 für Freiraum und messender Widerstandssensor 2 angeordnet. Eine Reihenschaltung von drei Vergleichs widerständen 21, 23, 22 ist der Reihenschaltung der Widerstandssensoren parallel geschaltet. Am Verbindungs punkt 9 des zweiten und dritten Widerstandssensors 2, 3 ist der Steuereingang und am Verbindungspunkt 29 des zweiten und dritten Vergleichswiderstandes 22, 23 ist der Folgeeingang des Stromfolgers 24 angeschlossen, während der Ausgang zu einem Ausgangsklemmenpaar 26 führt. Ein Operationsverstärker 25 ist mit seinen Ein gängen am Verbindungspunkt 8 des ersten und dritten Widerstandssensors (1, 3) und am Verbindungspunkt 28 des ersten und dritten Widerstandssensors (1, 3) und am Verbindungspunkt 28 des ersten und dritten Vergleichs widerstandes (21, 23) angeschlossen. Als Stromregler 14 findet ein Transistor Verwendung, dessen Basis mit dem Ausgang 13 des Operationsverstärkers 25 verbunden ist.

Die Auswerteschaltung wird vorzugsweise so ausgebildet, daß die Widerstandsverhältnisse R ₃/R ₂₃ und R ₂/R ₂₂ - gemeint sind die den Bezugszeichen zugeordneten Wi derstände und im Falle der Widerstandssensoren deren Kaltwiderstand - untereinander gleich sind. Das Wider standsverhältnis R ₃/R ₂₃ ist kleiner als das Widerstands verhältnis R ₁/R ₂₁ (bei positivem TK), aber bei Erwär mung durch den vorgesehenen Strom gleich. Es ergibt sich, daß der Operationsverstärker 25 durch den Strom regler 14 einen Strom so hoch einstellt, daß die Dif ferenzspannung der Verbindungspunkte 8 und 28 vernach lässigbar klein wird. Bei diesem Strom entsteht die vorgesehene Temperaturerhöhung und damit Widerstands erhöhung des Widerstandssensors 3 im Freiraum gegenüber dem Widerstandssensor 1 im Füllgut. Ist der Füllstand ein Minimum und der messende Widerstandssensor 2 völlig im Freiraum, erfahren alle Teile dieses Sensors die gleiche Temperaturerhöhung wie die des Widerstandssen sors 3. Dann sind die Widerstandsverhältnisse R ₃/R ₂₃ und R ₂/R ₂₂ wie im Kaltzustand untereinander gleich, der Verstärker 24 bleibt stromlos. Mit steigendem Füllstand wird ein Teil des Widerstandssensors gekühlt und im Widerstandswert erniedrigt. Der Spannungsabfall über dem Widerstand vermindert sich, gleichbedeutend damit steigt das Potential am Verbindungspunkt 9. Der Stromfolger 24 leitet Strom in den Verbindungspunkt 29 bis zur angenäherten Potentialgleichheit mit dem Verbindungspunkt 9. Der Strom ist proportional zum Bedeckungsgrad des Widerstandssensors 2. Er steht im Ausgangsklemmenpaar 26 als Meßsignal zur Verfügung.

Für Füllstandsmeßeinrichtungen gemäß der Erfindung ist eine spezielle Verstärkerschaltung zweckmäßig. Sie kann nach Fig. 2a aus einem Operationsverstärker 16 mit angeschlossenem Feldeffekt transistor 17 gebildet werden. Sie zeichnet sich dadurch aus, daß der invertierende Eingang 19 durch den Feldeffekttransistor 17 das am nicht invertierenden Eingang 18 angelegte Potential näherungs weise annimmt und daß ein der Klemme 19 zugeführter Strom die Schaltung nur über die Klemme 20 verlassen kann. Statt des Feld effekttransistors können auch nach Fig. 2b zwei bipolare Tran sistoren verwendet werden. Auch hier ist der einfließende Strom in guter Nährung gleich dem ausfließenden Strom. Der Leitfähig keitstyp der verwendeten Transistoren muß der vorgesehenen Strom richtung entsprechen. Für die allgemeine Darstellung wird das Schalt zeichen nach Fig. 2c benutzt, wobei für die Klemme 18 die Be zeichnung Steuereingang oder einfach Eingang, für die Klemme 19 Folgeeingang und für die Klemme 20 Ausgang verwendet wird.

Claims

1. Thermoresistive Füllstandsmeßeinrichtung mit Widerstands sensoren in einem Behälter mit Füllgut und Freiraum, bei der

a) ein Widerstandssensor vom Füllgut und ein Widerstandssensor vom Freiraum umgeben ist und bei der die Widerstandssensoren in Reihe geschaltet sind,

dadurch gekenn zeichnet, daß

b) ein Widerstandssensor (2) verwendet ist, der zu einem Teil vom Füllgut (5), zu einem anderen Teil vom Freiraum umgeben ist,
c) die drei Widerstandssensoren (1, 2, 3) elektrisch in Reihe ge schaltet sind,
d) eine Reihenschaltung von drei Vergleichswiderständen (21, 22, 23) verwendet ist,
e) ein Operationsverstärker (25), ein Stromfolger (24) und ein Stromregler (14) vorgesehen sind, und
f) die Eingänge des Operationsverstärkers (25) mit dem ersten Ver bindungspunkt (8) der Widerstandssensoren (1, 3) und dem Verbindungs punkt (28) der Vergleichswiderstände (21, 23) verbunden sind, und
g) der Ausgang (13) des Operationsverstärkers (25) mit dem Eingang des Stromreglers (14) verbunden ist, und ferner
h) der Steuereingang des Stromfolgers (24) mit dem zweiten Verbindungs punkt (9) der Widerstandssensoren (3, 2) und der Folgeeingang des Stromfolgers (24) mit dem zweiten Verbindungspunkt (29) der Vergleichs widerstände (23, 22) verbunden ist.

2. Thermoresistive Füllstandsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß der dritte, für den Freiraum vorgesehene Widerstandssensor (3) in der Reihenschaltung der Widerstandssen soren zwischen den ersten Widerstandssensor (1) und den zweiten Widerstandssensor (2) geschaltet ist.

3. Thermoresistive Füllstandsmeßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltung der drei Ver gleichswiderstände der Reihenschaltung der Wider standssensoren parallel geschaltet ist, wobei der erste Vergleichs widerstand (21) dem ersten Widerstandssensor (1), der dritte Ver gleichswiderstand (23) dem dritten Widerstandssensor (3) und der zweite Vergleichswiderstand (22) dem zweiten Widerstandssensor (2) zugeordnet ist.

4. Thermoresistive Füllstandsmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromregler (14) in Reihe zur Parallelschaltung der Widerstandssensoren (1, 2, 3) und der Ver gleichswiderstände (21, 22, 23) geschaltet ist.