DE3330059C2

DE3330059C2 -

Info

Publication number: DE3330059C2
Application number: DE19833330059
Authority: DE
Inventors: Valentin Dipl.-Phys. 8000 Muenchen De Magori
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-08-19
Filing date: 1983-08-19
Publication date: 1991-11-28
Also published as: DE3330059A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Messung des Füllstands, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben ist.

Eine derartige Anordnung ist aus der DE-AS 21 52 675 bekannt. Der dort beschriebene Behälter hat eine regelmäßige Form, das Flüssigkeitsvolumen im Behälter verhält sich linear zur Laufzeit des Ultraschalles vom Ultraschallsender bis zur Meßgrenze, nämlich dem Flüssigkeitsspiegel.

Bei unregelmäßig geformten Flüssigkeitsbehältern besteht kein linearer Zusammenhang zwischen Laufzeit und Flüssigkeitsvolumen im Behälter. Solche unregelmäßig geformten Flüssigkeitsbehälter werden bevorzugt in Kraftfahrzeugen verwendet. Dort ist der Kraftstoffbehälter möglichst geschützt innerhalb der Karosserie angebracht und der unregelmäßigen Form der ihn umgebenden Blechteile anpaßt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung für unregelmäßig geformte Flüssigkeitsbehälter anzugeben, mit der ohne großen Aufwand bezüglich Anschaffung und/oder Betrieb einwandfreie Meßergebnisse erzielt werden können, die ohne mechanisch bewegte Teile zu realisieren ist, und die in einfacher Weise in den Behälter ein- und ausgebaut werden kann.

Diese Aufgabe läßt sich mit einer Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 lösen, die erfindungsgemäß die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 aufweist. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Prinzip zugrunde, den zur Messung der Flüssigkeitsstandshöhe, d. h. zum Anpeilen des Flüssigkeitsspiegels verwendeten Ultraschallstrahl abweichend von bisher verwendeten Echolot-Verfahren auf einem vorzugebenden Weg zu führen. Hierzu dient eine in dem Flüssigkeitsbehälter angeordnete Leitung, die sich mit der Flüssigkeit nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren bis ebenfalls zur Höhe des Flüssigkeitsspiegels mit Flüssigkeit füllt.

Des einfacheren Verständnisses halber wird die Erfindung nachfolgend anhand der Figuren zu Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen ersten Flüssigkeitsbehälter mit unregelmäßiger Form und

Fig. 2 einen zweiten Behälter mit unregelmäßiger Form, in denen eim Flüssigkeitsstands-Messer eingebaut ist.

Mit 2 ist in Fig. 1 der Behälter im Schnitt dargestellt, der einen wie angedeuteten Einzug 3 besitzt. Es kann dies z. B. ein Treibstofftank in einem Fahrzeug sein, wobei der vorgesehene Einzug 3 mit Rücksicht auf eine am Aufbau der Karosserie des Fahrzeugs vorhandene Strebe vorgesehen ist. Ein derart geformter Flüssigkeitsbehälter 2 ermöglicht gute Raumausnutzung, ohne daß sein Ein-und Ausbau durch das Vorhandensein der erwähnten Strebe behindert ist.

Mit 4 ist der Einfüllstutzen des Behälters 2 und mit 5 eine Luft-Ausgleichsleitung bezeichnet.

Der Behälter 2 ist in der Darstellung der Fig. 1 bis zur Höhe des Flüssigkeitsspiegels 6 mit einer Flüssigkeit 7 gefüllt.

Mit 8 ist eine Hohlleitung bezeichnet. Es kann dies ein Rohr, ein Schlauch oder dgl. sein. Für die meisten Anwendungsfälle wird zu fordern sein, daß diese Leitung 8 - nach entsprechender Formgebung - für den weiteren Betrieb genügend formstabil ist oder formstabil gehaltert ist. Die Leitung 8 kann ein Metallrohr aus einem mittelharten Metall sein, wie es z. B. für Treibstoffleitungen in Fahrzeugen verwendet wird. Es kann hierfür auch ein warmverformter und/oder duroplastischer Kunststoff verwendet sein, der im kalten Zustand die genügende Steifigkeit hat.

Die Leitung 8 ist an ihrem nach erfolgten Einbau oberen Ende 9 offen. Außerdem hat sie an ihrem Ende wenigstens eine Ausgleichsöffnung 10, die es der Flüssigkeit ermöglicht, in das Innere der Leitung 8 zu gelangen und bis jeweils zum Flüssigkeitsspiegel 6 in der Leitung aufzusteigen und auch abzufallen. Vorzugsweise wird die eine oder werden die mehreren Ausgleichsöffnungen 10 mit einem so kleinen Durchmesser bemessen, daß sie keinen wesentlichen Durchlaß für Ultraschall darstellen, jedoch nicht die Gefahr einer Verstopfung durch insbesondere Ablagerungen besteht.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, reicht das untere Ende der Leitung 8 bis zur tiefsten Stelle des Behälters 2. Dort befindet sich ein Ultraschall-Wandler 11, der als Sender und als Empfänger dient. Lediglich andeutungsweise ist mit 12 eine an sich bekannte elektronische Schaltung bezeichnet. Diese Schaltung 12 erfüllt verschiedene Funktionen, nämlich dem Ultraschall-Wandler 11 elektrische Signalspannung zuzuführen, mit der der Wandler 11 zu impulsweiser Ultraschallstrahlung angeregt wird, und vom Ultraschall-Wandler 11 kommende Empfangssignale auszuwerten, die auf Ultraschall-Echosignalen beruhen. Mit Hilfe der Schaltung 12 oder einer weiteren nachgeschalteten elektronischen Schaltung erfolgt die Auswertung, wobei die Echo-Laufzeit des Ultraschalls vom Wandler 11 bis zur Echostelle in Höhe des Flüssigkeitsspiegels 6 und zurück zum Wandler 11 die auszuwertende Meßgröße ist. Lediglich der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, daß das Echosignal des Endes 9 der Leitung 8, wofür die Echo-Laufzeit unabhängig vom Flüssigkeitsstand 6 stets konstant bleibt, z. B. elektronisch ausgeblendet wird.

Für die den Ultraschall einschließende und damit führende Leitung 8 ist ein solches Material mit z. B. einer solchen Wandstärke verwendet, daß praktisch kein Ultraschall aus dem Innern der Leitung 8 herausdringt, sondern der Ultraschall auch den Krümmungen folgt, die die Leitung 8 auf ihrem Verlauf vom unteren Ende zum oberen Ende 9 im Behälter 2 hat. Die Wahl solcher Materialien ist an sich unproblematisch. Insbesondere empfiehlt sich darauf zu achten, daß die Leitung auf vorzugsweise ihrer Innenseite möglichst keine Inhomogenitäten, wie Vorsprünge, Rücksprünge, hat und vorzugsweise auch ohne scharfe Knicke ist.

Fig. 2 zeigt eine andere Form des Behälters 22, wobei jedoch im übrigen weitere Merkmale der Ausführungsform der Fig. 2 denjenigen der Fig. 1 entsprechen und gleiche Bezugszeichen mit im Rahmen der Erfindung gleiche Bedeutung haben. Die Leitung 28 entspricht der Leitung 8 der Fig. 1 und hat hier in Fig. 2 lediglich anderen Verlauf ihrer Krümmungen.

Beim Behälter 22 spielt die nicht lineare Abhängigkeit der Menge des Flüssigkeitsvorrates im Behälter 22 von der Füllstandshöhe des Flüssigkeitsspiegels 6 eine Rolle. Die Form der Leitung 28 ist ihr so angepaßt, daß die Weglänge für den Ultraschall in der Hohlleitung 28, jeweils gemessen bis zum augenblicklichen Flüssigkeitsspiegel 6 eine mathematisch lineare Beziehung zum Flüssigkeitsvorrat mit der entsprechenden augenblicklichen Höhe des Flüssigkeitsspiegels 6 im Behälter 22 ist. Wie ersichtlich, ist bei Füllung des Behälters 22 die Änderung der Flüssigkeitsmenge bei einer Änderung der Flüssigkeitsstandshöhe Δx₁ eine andere als bei einer Flüssigkeitsstandsänderung Δx₂, obwohl Δx₁ und Δx₂ gleich groß sind, jedoch lediglich in verschiedener absoluter Höhe bezogen auf den Behälter 22 gemessen sind. Die Hohlleitung 28 weist einen solchen Verlauf im Behälter 22 auf bzw. sie ist mit einer solchen Formgabe im Behälter 22 gehaltert, daß die für den Ultraschall maßgeblichen Weglängenänderungen Δl₁ und Δl₂ im Inneren der Leitung 28 linear proportional der Flüssigkeitsmengenänderung bei entsprechenden Änderungen Δx₁ und Δx₂ sind. Ersichtlich verläuft die Leitung 28 in Bereichen, in denen der Flüssigkeitsspiegel im Behälter 22 große Flächenausdehnung hat, relativ flach geneigt, und in Bereichen mit kleiner Fläche des Flüssigkeitsspiegels dagegen entsprechend steiler. Wenn - aus welchen Gründen auch immer - für im Behälter 22 in seitlicher Richtung gehende Erstreckung der Leitung 28 kein genügender Raum vorhanden sein sollte, kann diese durch flacheren Verlauf erzeugte Wegverlängerung für den Ultraschall auch dadurch realisiert sein, daß man der Leitung 28 eine Wendelung gibt, wie dies gestrichelt mit 28′ angedeutet ist. Es ist durch wenn auch mehr oder weniger steilen, jedoch kontinuierlichen Anstieg dafür zu sorgen, daß sich in der Leitung keine Luftpolster bilden.

Eine für die Erfindung vorgesehene Hohlleitung für den Ultraschall kann auch insgesamt gewendelte Form mit z. B. der Behälterform angepaßt wechselnder Steigung der Wendel haben.

Es ist an sich unproblematisch zu erreichen, daß der vom Wandler 11 ausgehende Ultraschall im wesentlichen im Innenraum der Hohlleitung und nicht in der Wandung selbst läuft und somit auch zuverlässig jeweils den Flüssigkeitsspiegel erfaßt und detektiert.

Claims

1. Anordnung zur Messung des Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter,

- mit einer Hohlleitung, die in dem Behälter angeordnet ist und wenigstens eine Ausgleichsöffnung besitzt und die gewährleistet, daß sich die Hohlleitung (8, 28) nach Art kommunizierender Röhren in dem Behälter (2, 22) mit der im Behälter vorhandenen Flüssigkeit (7) bis zu jeweiligen Höhe des Flüssigkeitsspiegels (6) füllt,
- mit enem Ultraschallwandler, der als Sender und Empfänger zu betreiben ist und in dem Behälter am unteren Ende der Hohlleitung so angebracht ist, daß er Ultraschall in das Innere der Hohlleitung aussenden kann und der in der Hohlleitung verlaufende Ultraschall am Flüssigkeitsspiegel eine Reflexion erfährt,
- mit einer elektronischen Einrichtung zur Auswertung der Ultraschallaufzeit in der Flüssigkeit,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Wandung der Hohlleitung (8, 28) für diesen Ultraschall im wesentlichen schallundurchlässig ist und eine glatte Innenoberfläche besitzt,
- der Behälter eine unregelmäßige Form und die Hohlleitung eine von der Geraden abweichende gekrümmte Form haben, und daß der Verlauf der Hohlleitung (8, 28) im Behälter (2, 22) derart ist, daß die Weglängenänderung für den Ultraschall in der Leitung (8, 28) zwischen zwei voneinander verschiedenen Flüssigkeitsständen proportional zu der Flüssigkeitsmenge zwischen diesen beiden Flüssigkeitsständen ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Hohlleitung (8, 28) in einem unregelmäßig geformten Behälter derart eingebaut ist, daß sie ausgehend von ihrem mit dem Ultraschall-Wandler (11) versehenen Ende von der tiefsten zu berücksichtigenden Stelle des Behälters auf einem solchen Wege bis zum höchsten zu berücksichtigenden Ort des Behälters verläuft, auf dem ein in die geradlinige Verbindung dieser Orte hereinragendes Hindernis (3) des Behälters (2) von der Hohlleitung (8) umgangen ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Hohlleitung (28′) eine wenigstens teilweise Wendelform mit abhängig von der Form des Behälters (22) sich ändernder, aber stetiger Wendelsteigung hat.

4. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die eine oder mehreren Ausgleichsöffnungen (10) so klein bemessen sind, daß kein störender Anteil der Ultraschallenergie aus dem Inneren der Hohlleitung (8, 28) austreten kann.

5. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Größe der einen oder der mehreren Ausgleichsöffnungen (10) so klein bemessen ist, daß Schwappbewegungen der Flüssigkeit (7) im Behälter (2, 22) sich in der Leitung (8, 28) noch nicht nennenswert als Flüssigkeitsstandänderung im Inneren der Hohlleitung (8, 28) auswirken.