DE3151744C2

DE3151744C2 - Flüssigkeitsstandmesser

Info

Publication number: DE3151744C2
Application number: DE3151744A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Yokohama Kobayashi
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1981-01-09
Filing date: 1981-12-29
Publication date: 1986-04-10
Also published as: JPS6218004B2; GB2091425B; GB2091425A; JPS57114822A; US4497204A; DE3151744A1

Abstract

Bei einem kapazitiven Flüssigkeitsstandmesser mit einer Oszillator-Schaltung einschließlich eines Frequenzgenerators (14), einer Kapazitanz (10) und einem Widerstand (12), der mit der Kapazitanz in Reihe geschaltet ist, wobei die Kapazitanz ein Paar in die zu messende Flüssigkeit eingetauchte Elektrodenplatten umfaßt, ist zusätzlich ein mit der Kapazitanz in Reihe geschalteter Kondensator (18) vorgesehen.

Description

eine erheblich größere Kapazität als der er«- Kondensator(10)bei vollständig in di« Flüssigkeit eingstsschtsn Elsktredssplatien auf (C-^Ch
Ί. Flüssigkeitsstandmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kondensator (18) eine Kapazität hat, die angenähert lOOmal so groß wie diejenige der vollständig in die Flüssigkeit eingetauchten Elektrodenplatten des ersten Kondensators(!Q)is!

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Die Erfindung betrifft einen kapazitiven Flüssigkeitsstandsmesser mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Ein solcher kapazitiver Flüssigkeitsstandmesser wurde bei Kraftfahrzeugen zum Messen der Kraftstoffmenge in einem Brennstofftank eingesetzt. Dieser Flüssigkeitsstandmesser ist unter Ausnützung der vorteilhaften Erscheinung ausgebildet, daß sich die Kapazität zwisehen zwei parallelen Elektrodenplatten in einem Flüssigkeitsbehälter mit Vergrößern oder Verkleinern der Flüssigkeitsmenge im Behälter verändert. Die Kapazität C zwischen dem Paar Elektrodenplatten ist die Summe der Kapazitäten zwischen den entsprechenden Plattena/iteilen, von denen der eine Teil in die Flüssigkeit eingetaucht ist, während der verbleibende Teil in Luft ist. Die Gesamtkapazität Cist in der folgenden Gleichung angegeben.

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F ^S ' ^X J-

E_L —-y— +

(1)

worin El die Dielektrizitätskonstante der Flüssigkeit, Ea die Dielektrizitätskonstante von Luft, d der Abstand zwischen den Elektrodenplatten, 5 die wirksame Oberfläche einer Elektrodenplatte und χ der Anteil der in Flüssigkeit eingetauchten Fläche einer Elektrodenplatte bezogen auf die Gesamtfläche 5 bedeuten. Wie aus dieser Gleichung hervorgeht, ändert sich der Wert x, wenn der Flüssigkeitsstand im Behälter sich vergrößert oder verringert, wodurch eine Veränderung der aufsummierten Kapazitäten folgt. Durch zweckmäßiges Verarbeiten der Veränderung der summierten Kapazitäten kann der Flüssigkeitsstand im Behälter an einem Anzeigegerät angezeigt werden, das entweder analog oder digital arbeiten kann.

Bei praktisch ausgeführten Flüssigkeitsstandmessern der oben beschriebenen Bauart ist es üblich, die Veränderung der Kapazität Cdazu auszunutzen, die Frequenz eines von einem CR-Oszillator erzeugten Impulssignales zu verändern, wobei ein Widerstand R in Reihe mit der von den beiden Elektrodenplatten gebildeten Kapazitanz geschaltet ist, um eine Zeitkonstante zu schaffen. Die bisher benutzten Flüssigkeitsstandmesser der beschriebenen Bauart arbeiten zufriedenstellend hinsichtlich des Erfassens der Flüssigkeitsmenge insbesondere dann, wenn es sich um eine Flüssigkeit mit ve. hältnismäßig geringen dielektrischem Verlust handelt, wie Benzin.

Es ist an sich bekannt, zum Vermeiden von Fehlanzeigen bei betriebsbedingter Tankneigung von Flugzeugtanks zwei in eine Brückenschaltung geschaltete Kondensatoren so im Tank anzuordnen, daß die Tankneigung bei Messung des Flüssigkeitsstandes kompensiert wird (DE-Z. »Elektronik«, 1957,Nr. 12, S. 360,361).

Unabhängig von dem oben Beschriebenem wurde heutzutage angesichts der Energiekrise vorgeschlagen, eine Substitution für Benzin in Form eines Gemisches von Benzin und Alkohol einzusetzen (sog. »Gasohol«). Der bisher verwendete kapazitive Flüssigkeitsstandmesser zeigt jedoch nicht seine normale Leistung bei Verwendung von »Gasohol« weil ^"aufgrund des Zusatzes von Alkohol einen erheblich größeren dielektrischen Verlust aufweist als Benzin.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten kapazitiven Flüssigkeitsstandmesser zu schaffen, der die Flüssigkeitsmenge selbst dann mit hinreichender Genauigkeit erfassen kann, wenn der dielektrische Verlust verhältnismäßig groß ist

Zur Lösung dieser Aufgabe sind gemäß der Erfindung bei einem kapazitiven Flüssigkeitsstandmesser die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen.

Mit dem Flüssigkeitsstandmesser nach der Erfindung lassen sich Flüssigkeitsstände auch bei Flüssigkeiten, die einen hohen dielektrischen Verlust aufweisen, ζ. Β. »Gasohol«, exakt erfassen, wobei Meßfehler auch bei veränderlicher Zusammensetzung der Flüssigkeit (verursacht durch Verunreinigungen im Tank) vermieden werden.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen am Stand der Technik und an einem Ausführungsbeispiel mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schaltung eines kapazitiven Flüssigkeitsstandmessers mit einem C7?-Oszillator bisher verwendeter Bauart;

Fig. 2 einen wesentlichen Schaltungsteil der Schaltung nach F i g. f, der dort mit einer gestrichelten Linie eingerahmt ist, und

Fig.3 die Schaltung eines verbesserten kapazitiven Flüssigkeitsstandmessers gemäß der Erfindung.

Vor der Beschreibung der Erfindung selbst soll die Ursache erläutert werden, aufgrund deren der konventionelle kapazitive Flüssigkeitsstandmesser bei der Flüssigkeitsmengenmessung versagt, wenn die Flüssigkeit im Vergleich zu Benzin einen größeren dielektrischen Verlust aufweist.

In den Fig. 1 und 2, insbesondere in Fig. 1 ist eine Schaltung eines konventionellen kapazitiven Flüssigkeitsstandmessers gezeigt, der einen Kondensator 10 mit einem Paar beabstandete parallele Eleklrodenplatten in einem Flüssigkeitsbehälter, einen mit dem Kondensator 10 in Reihe geschalteten Widerstand 12, einen /C14 der Bauart 555 für einen Zeitgeber, mit welchem der Kondensator 10 und der Widerstand 12 zusammengeschaltet sind, und eine Anzeigevorrichtung 16 umfaßt,

/~3ieses

mittels der der Flüssigkeitsstand oder die Flussigkeitsmenge visuell oder akustisch angezeigt wird. Der Kondensator 10, der Widerstand 12 und der /C14 bilden einen CÄ-Oszillator. Wie oben erwähnt wird die Frequenz des von dem CÄ-Oszillator erzeugten lmpulssignals durch die Zeitkonstante gesteuert, welche von dem Kondtnsator Cund dem Widerstand R bestimmt ist.

Bei Verwendung des oben beschriebenen konventionellen Flüssigkeitsstandmesser zum Messen einer Flüssigkeit wie »Gasohol« mit einem relativ hohen dielektrischen Verlust kann ein unerwünschter Osziilationsstop insbesondere dann auftreten, wenn die Elektrodenplatten des Kondensators 10 vollständig in die Flüssigkeit eingetaucht sind, d. h, wenn der Flüssigkeitsbehälter vollständig gefüllt ist Dies führt natürlich zu einem Fehler bzw. zum Versagen beim Erfassen der im Behälter befindlichen Flüssigkeitsmenge.

Diese unerwünschte Erscheinung kann durch folgende Ursache bedingt sein. Wenn der Kondensator Caus einem unterschiedlichen Winkel betrachtet wird, kann sie einem theoretischen Schaltungsaufbau gemäß F i g. 2 entsprechend wirksam werden, welche eine Kondensatorkapazität CV und einen damit parallel geschalteten Widerstand R_x umfaßt Die Größen C_x und R_x sind in den folgenden Gleichungen dargestellt

C_x = E₁. ^x+E_A -§ (1-4

R_x =

ω Ctan δ'

C =

c- a

C+ C₀ 1 + C/Co

möglich zu machen. Mit anderen Worten ist es erforderlich, eine Beziehung Ci > C zu realisieren. Versuche haben gezeigt, daß bei Wahl der Kapazität Cdes Kondensators 18 um das Hundertfache der Kapazität C des Kondensators 10 zwischen den Elektrodenplatten bei voll in die Flüssigkeit eingetauchtem Zustand in der praktischen Anwendung kaum Probleme bestehen.

Beim Messen des Standes einer Flüssigkeit mit hohen dielektrischen Verlusten mittels des Flüssigkeitsstand-

io. messers gemäß der Erfindung wird ein Laden und Entla-. den vom Kondensator 18 bewirkt, wodurch der Kondensator 10 zum Laden und Entladen gezwungen wird, so daß die Oszillation sich ohne Halt fonsetzt.
Selbstverständlich kann mit dem Flüssigkeitsstandmesser nach der Erfindung ohne Schwierigkeiten auch Stand oder Menge einer Flüssigkeit mit geringen dielektrischen Verlusten erfaßt v/erden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

worin ω die Winkelfrequenz und tan <Jder dielektrische Verlustfaktor bedeuten. Wenn daher die Elektrodenplatten weitgehend in die Flüssigkeit mit einem hohen dielektrischen Verlust eingetaucht sind, nimmt die Kondensatorkapazität C_x zu, während der Widerstand R_x abiiiriiiiH. Der in dem Kondensator 10 fließende Strom wird sowohl zum Kondensator C_x als auch zum Widerstand R_x als geteilter Strom /cund Ir geleitet. Hierbei ist jedoch der über den Widerstand R_x fließende Strom Ir viel größer als der zum Kondensator C_x geleitete Strom /r. so daß der Kondensator C_x seine normale Wirksamkeit verliert. Aus diesem Grund scheint die Oszillation bei gefülltem Flüssigkeitsbehälter zu stoppen.

Die Erfindung wurde unter Berücksichtigung des oben beschriebenen Prinzips geschaffen: Im folgenden ist ein verbesserter Flüssigkeitsstandmesser gemäß der Erlindung anhand der F i g. 3 beschrieben.

In F i g. 3 ist eine Schaltung eines Flüssigkeitsstandmessers gemäß der Erfindung gezeigt, wobei gleiche Bezugszeichen wie in F i g. I entsprechende Bauteile bezeichnen. Wie dargestellt ist ein Kondensator 18 mit einer Kapazität Co in Reihe mit dem Kondensator 10 geschaltet. Bei dieser Anordnung läßt sich die gesamte 5" Kapazität C ties C7?-Oszillators durch die folgende Gleichung ermitteln.

Die Frequenz eines vom C7?-Osziilator abgegebenen Impulssignals wird somit durch die Zeitkonstante gesteuert, welche sowohl durch den Widerstand R air. auch durch die Gesamt-Kapazität C bestimmt ist. Um zu bewirken, daß das Vorhandensein des Kondensators 18 praktisch keinen Einfluß auf die Oszillations-Frequenz hat, ist es erforderlich: die Größe von C/C6 so klein wie

Claims

Patentansprüche:

1. Kapazitiver Flüssigkeitsstandmesser mit Oszillatormitteln, welche einen Frequenzgenerator (14), einen ersten Kondensator (10) mit in die Flüssigkeit eintauchenden Elektrodenplatten und einen mit dem ersten Kondensator in Reihe geschalteten Widerstand (12) aufweisen, sowie mit einer Anzeigevorrichtung (16) zum visuellen oder akustischen Anzeigendes Flüssigkeitsstandes durch Verarbeiten eines von den Oszillatormitteln erzeugten Signals, gekennzeichnet durch die Vereinigung der folgenden Merkmale:

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a) dem ersten Kondensator (10) ist ein zweiter Kondensator (18) in Reihe vorgeschaltet,

b) der zweite Kondensator (18) weist