DE3148533C2

DE3148533C2 - Vorrichtung zur Messung des Füllstandes in einem eine Flüssigkeit enthaltenden Behälter

Info

Publication number: DE3148533C2
Application number: DE19813148533
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr. 8000 München Heywang
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-12-08
Filing date: 1981-12-08
Publication date: 1986-08-21
Also published as: DE3148533A1

Abstract

Eine Vorrichtung zur Messung des Füllstandes in einem eine Flüssigkeit enthaltenden Behälter besteht aus einem Meßwiderstand (W ↓I) und einem Vergleichswiderstand (W ↓I ↓I), die aus Metallschichten (2 bzw. 5) auf einer Isolierstoffolie (3) gebildet sind. Die Metallschicht (2) des Meßwiderstandes (W ↓I) weist eine Anzahl von Einschnürungen (4) auf. Unterhalb des Flüssigkeitsniveaus (7) erfolgt keine Erwärmung des Meßwiderstandes (W ↓I), oberhalb des Flüssigkeitsniveaus (7) wird der Meßwiderstand (W ↓I) hautpsächlich bei den Einschnürungen (4) erwärmt. Da die Metallschicht (2) einen hohen Temperaturkoeffizienten besitzt, ist die Änderung des Widerstandswertes ein Maß für den Füllstand. Der Vergleichswiderstand (W ↓I ↓I) dient zur Kompensation der Schwankungen der Umgebungstemperatur. Die Vorrichtung ist insbesondere zur Messung des Füllstandes in einem Kraftstofftank in Kraftfahrzeugen geeignet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des Füllstandes in einem eine Flüssigkeit enthaltenden Behälter, insbesondere einem Kraftstofftank in Kraftfahrzeugen, die einen durch eine Konstantstromquelle beheizbaren Meßwiderstand mit hohem Temperaturkoeffizienten aufweist, der durch die ihn zumindest teilweise umgebende Flüssigkeit keinen unzulässigen elektrischen Nebenschluß erfährt, die einen Vergleichswiderstand aufweist, der von einer zweiten Konstantstromquelle mit einem Strom versorgt wird, der keine störende Erwärmung des Vergleichswiderstandes bewirkt, wobei der Meßwiderstand und der Vergleichswiderstand aus auf einer gemeinsamen Isolierstoffolie angeordneten Metallschichten gebildet sind, und die ferner ein Meßgerät enthält, welches die durch eine Änderung des Füllstandes bewirkte Änderung des Widerstandswertes des Meßwiderstandes anzeigt, wobei als Meßsignal die Differenz aus dem Spannungsabfall am Meßwiderstand und am Vergleichswiderstand ausgewertet wird.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-B2-28 41 889 bekannt. Dabei wird der Meßwiderstand durch den Meßstrom in der Flüssigkeit kaum, oberhalb der Flüssigkeit aber deutlich erwärmt, wodurch sich sein Widerstandswert entsprechend ändert. Der nicht beheizte Vergleichswiderstand erwärmt sich nicht, er ändert aber seinen Widerstandswert mit der Umgebungstemperatur und dient so zur Kompensation. Die bekannte Vorrichtung liefert jedoch nur ein relativ niedriges Ausgangssignal. Ferner können Schwierigkeiten beim Messen des Füllvolumens in Behältern mit ungleichem Querschnitt auftreten. Weiterhin ist eine Korrektur der unterschiedlichen Wärmeübergangszahl durch das Hochströmen erwärmter Luft erforderlich.

Ein ausreichendes Signal läßt sich zwar durch sehr dicke Metallschichten erhalten, jedoch sind derartige Schichten schwieriger herstellbar und teurer als dünne. Gefäßquerschnitt und Luftströmung könnte man durch unterschiedliche Breite der Metallschichten korrigieren, jedoch sind die Toleranzen nicht leicht zu halten.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die einerseits ein ausreichend hohes Ausgangssignal liefert und die andererseits die Messung des Füllstandes in Gefäßen mit unterschiedlichen¹ Querschnitten gestattet und bei der weiterhin eine Kompensation für das Hochströmen erwärmter Luft vorgenommen ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Meßwiderstand eine Anzahl von Einschnürungen aufweisi.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angeführt.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß der Meßwiderstand bei den Einschnürungen vergleichsweise einen höheren Widerstandswert aufweist als an den breiten Stellen. Entsprechend wird an diesen Einschnürungen dann mehr Leistung verbraucht. Da die Flächen zudem viel kleiner sind, erwärmen sich diese Stellen entsprechend weit höher. Obgleich sich die breiten Stellen nur wenig erwärmen, wird das Gesamtsignal des Meßwiderstands erheblich höher. Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden anhand der folgenden Ausführungsbeispiele erläutert.
In der Zeichnung ist schematisch ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem ein Meßwiderstand W\ aus einer Metallschicht 2 auf einer Isolierstoffolie 3 gebildet ist. Die Metallschicht 2 weist eine Anzahl von Einschnürungen 4 auf. Ferner ist auf der gleichen Isolierstoffolie 3 ein Vergleichswiderstand Wn angeordnet, der aus einer Metallschicht 5 besteht. Die Metallschichten 2 und 5 sind in der Figur schraffiert dargestellt. Eine Konstantstromquelle 6 läßt durch den Meßwiderstand IVj einen zur Erwärmung des über dem Flüssigkeitsspiegel 7 befindlichen Teiles ausreichenden Strom fließen. Die Einschnürungen werden — beispielsweise — so ausgebildet, daß das Verhältnis Breite zu Länge eben dasselbe ist wie in den dazwischenliegenden breiten Abschnitten. Sind beispielsweise 50% des Widerstandswerles (es können auch 10% oder fast 100% sein) bei den Einschnürungen 4, so wird dort auch die halbe Leistung verbraucht. Diese Flächen erwärmen sich entsprechend höher. Eine zweite Konstantstromquelle 8 bewirkt im Vergleichswiderstand Wn einen vom Füllstand unabhängigen Strom, wobei dieser Strom keine störende Erwärmung des Vergleichswiderstands Wu ergibt. Ein Meßinstrument 9 mißt die Differenz zwischen dem Spannungsabfall an W\ und dem im Verhältnis des Stromes durch IVi zum Ström durch Wu verstärkten Spannungsabfall an W\\.

Zur Messung der Füllstandshöhe von elektrisch nicht leitenden Flüssigkeiten können die Widerstandsschichten 2 bzw. 5 frei liegein. Sollen aber Flüssigkeiten mit störender elektrischer Leitfähigkeit gemessen werden,

so empfiehlt es sich, über den Widerstandsschichten 2 bzw. 5 eine elektrisch isolierende Schicht, beispielsweise durch Auflackieren, anzubringen.

Die erzeugte Wärme diffundiert auf der Folie ab, wodurch die heiße Fläche bei gesenkter Temperatur erheblich vergrößert wird. Außerdem strömt warme Luft am Fühler entlang, so daß am oberen Ende verminderte Kühlwirkung besteht Diese beiden Effekte vermindern das Ausgangssignal. Sie lassen sich jedoch weitgehend ausschalten, wenn die einzelnen Abschnitte 2 zwischen den Einschnürungen 4 ausreichend lang gewählt werden. Hierbei ist jedoch zu beachten, daß das Ausgangssigna] durch diese Maßnahme in immer größeren Stufen digitalisiert wird. Wegen der endlichen Ausdehnung der Einschnürungen 4 und dem Leistungsbeitrag der dazwischenliegenden Breitenzonen wird durch eine Stufe von p% durch Abschrägung und Abrundung ein Fehler von ca. p/3% verursacht. Bei ρ = 6%, d. h. einem tolerierten Fehler von 2%, läßt sich somit eine Verdopplung des Signals erreichen.

Die Anpassung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ' zur Messung des Füllstandes in Gefäßen mit ungleichem Querschnitt ist nun ohne weiteres möglich, indem die Abstände zwischen den Einschnürungen 4 im Gebiet großen Querschnitts eng und bei schmalem Querschnitt weit gesetzt werden. Dadurch erreicht man eine linearisierte Meßkurve.

In gleicher Weise läßt sich die Kaminwirkung der warm aufstreichenden Luft kompensieren.

Schließlich ist es möglich, bei der erfindungsgemäß.en Vorrichtung ein Layout zu finden, das auf gleichen Ätzfehler beim Meßwiderstand Wi und beim Vergleichswiderstand 1V|| mit gleichen relativen Fehlern reagiert.

Dies läßt sich erreichen, wenn die Einschnürungen 4 schmaler, die Breitenabschnitte jedoch breiter gewählt werden als beim Vergleichswiderstand Wn.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird somit in einfacher Weise ein ausreichend hohes Ausgangssignal bei Kompensation der den Meßvorgang beeinflussenden Fehler erreicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Messung des Füllstandes in einem eine Flüssigkeit enthaltenden Behälter, insbesondere einem Kraftstofftank in Kraftfahrzeugen, die einen durch eine Konstantstromquelle (6) beheizbaren Meßwiderstand (Wi) mit hohem Temperaturkoeffizienten aufweist, der durch die ihn zumindest teilweise umgebende Flüssigkeit keinen unzulässigen elektrischen Nebenschluß erfährt, die einen Vergleichswiderstand (Wu) aufweist, der von einer zweiten Konstantstromquelle (8) mit einem Strom versorgt wird, der keine störende Erwärmung des Vergleichswiderstandes (Wu) bewirkt, wobei der Meßwiderstand (W\) und der Vergleichswiderstand (Wn) aus auf einer gemeinsamen Isolierstoffosie (3) angeordneten Metallschichten (2, 5) gebildet sind, und die ferner ein Meßgerät (9) enthält, welches die durch eine Änderung des Füllstandes bewirkte Änderung des Widerstandswertes des Meßwiderstandes (W\) anzeigt, wobei als Meßsignal die Differenz aus dem Spannungsabfall am Meßwiderstand (Wi) und am Vergleichswiderstand (Ww) ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwiderstand (W\) eine Anzahl von Einschnürungen (4) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ca. 10% bis ca. 95% des Gesamtwiderstandes des Meßwiderstandes (W\) bei den Einschnürungen (4) liegt.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnürungen (4) in gleichmäßigen Abständen angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnürungen (4) in unregelmäßigen Abständen angeordnet sind.