DE3703658A1 - Einrichtung zur ermittlung des fuellstandes einer fluessigkeit in einem behaelter, insbesondere in einem kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art (Deutsche Offenle­ gungsschrift DE 34 14 513 A1) gibt ein Umsetzer ein Meßsignal an eine Auswerteeinheit ab, die aus dem Meßsignal den Füllstand der Flüssigkeit im Behälter ermittelt. Der Umsetzer wertet hier­ bei die Laufzeit eines reflektierten Ultraschallsignals in der Flüssigkeit aus.

Die Erfindung geht von der Feststellung aus, daß die Schallge­ schwindigkeit in einer Flüssigkeit erheblich von der Temperatur der Flüssigkeit abhängig ist und daher die Temperatur das Meß­ ergebnis verfälscht.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Einrichtung anzuge­ ben, bei der mit einfachen Mitteln die Temperaturabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit bei der Ermittlung des Füllstands berücksichtigt wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in Anspruch 1 gekennzeichnet. Er­ findungsgemäß wird ein Temperatursensor eingesetzt, der die Temperatur der Flüssigkeit in ein entsprechendes Temperatursig­ nal umsetzt. Um den Aufwand für den Kabelbaum eines Fahrzeuges minimal zu halten, werden das Meßsignal und das Temperatursig­ nal auf einer einzigen Signalleitung zur Auswerteeinheit über­ tragen, die bei der Ermittlung des Füllstands neben der Lauf­ zeit auch die Temperatur der Flüssigkeit auswertet.

Vorzugsweise befindet sich in unmittelbarer Nähe von Umsetzer und Temperatursensor eine Verknüpfungseinrichtung, die aus dem Meßsignal und aus dem Temperatursignal ein Übertragungssignal bildet, welches die relevanten Informationen über die Laufzeit und die Temperatur der Flüssigkeit enthält.

Vorzugsweise ist der Auswerteeinheit eine Trenneinrichtung vor­ geschaltet, die das ankommende Übertragungssignal wieder in das Meßsignal und das Temperatursignal auftrennt. Als Auswerteein­ heit kann dann ein handelsüblicher Mikroprozessor mit Anlogein­ gang und Digitaleingang verwendet werden.

Von Vorteil ist ein Übertragungssignal, das in der Amplitude die Information über die Temperatur der Flüssigkeit und in der Impulsdauer - wie bei dem Meßsignal - die Information über die Laufzeit enthält, da sich bei Verwendung eines solchen Signals mit einfachen Mitteln eine Verknüpfungseinrichtung und eine Trenneinrichtung aufbauen läßt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels das in den nachfolgenden Figuren dargestellt ist, näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 eine Einrichtung mit Verknüpfungseinrichtung und Trenn­ einrichtung,

Fig. 2 ein Funktionsdiagramm, das das Meßsignal und das Über­ tragungssignal zeigt.

In Fig. 1 ist ein Behälter 1 zu sehen, der eine Flüssigkeit ent­ hält, deren Füllstand (=Inhalt) über eine Messung mit Ultra­ schallimpulsen ermittelt wird.

Hierzu wird ein Piezowandler in einer Wandlereinrichtung 2 als Antwort auf ein Auslösesignal 4 erregt und gibt Schallsignale 40 in die Flüssigkeit ab. Etwa gleichzeitig mit jedem Schallsi­ gnal 40 gibt die Wandlereinrichtung 2 ein Sendesignal 5 aus. Das an der Oberfläche der Flüssigkeit reflektierte Schallsi­ gnal 40 wandert zum Piezowandler am Boden des Behälters 1 zu­ rück und wird von diesem in ein elektrisches Signal umgesetzt, das die Wandlereinrichtung 2 zu einem impulsförmigen Empfangs­ signal 6 weiter aufbereitet. Die Wandlereinrichtung 2 ist mit einem Umsetzer 3 verbunden, der zyklisch das Auslösesignal 4 an die Wandlereinrichtung 2 abgibt und von der Wandlereinrichtung 2 in Reihenfolge das Sendesignal 5 und das Empfangssignal 6 entgegennimmt. Der Umsetzer 3 gibt ein impulsförmiges Meßsignal 7 aus, dessen Dauer gleich dem Abstand zwischen dem Sendesignal 5 und dem Empfangssignal 6 und somit ein Maß für die Laufzeit T des Schallsignales 40 ist.

Der Umsetzer 3 ist mit der Verknüpfungseinrichtung 8 verbunden, die einen Schalttransistor 81 hat. Die Basis des Schalttransis­ tors 81 ist mit den üblichen Widerständen 83, 84 versehen und wird mit dem Meßsignal 7 vom Umsetzer 3 aus angesteuert. Der Schalttransistor 81 liegt mit dem Emitter an einem Bezugspunkt 10 mit Bezugspotential und mit dem Kollektor über einen Schutz­ widerstand 82 an einer Ausgangsklemme 85 der Verknüpfungsein­ richtung 8.

Zwischen der Ausgangsklemme 85 und dem Bezugspunkt 10 ist als Temperatursensor 9 ein Heißleiter 91 angeschlossen, dessen elektrischer Widerstand sich mit der Temperatur der Flüssigkeit im Behälter 1 ändert. Mit dem Widerstand variiert am Heißleiter 91 auch der Spannungsabfall, der dem Temperatursignal 11 ent­ spricht.

Der Umsetzer 3, die Verknüpfungseinrichtung 8 und die Wandler­ einrichtung 2 - bis auf den Piezowandler - können auf einer ge­ meinsamen Leiterplatte aufgebaut sein, die in der Nähe des Be­ hälters 1 oder direkt am Behälter 1 befestigt ist. Insbesondere der Heißleiter 91 ist, um einen guten Wärmekontakt zur Flüssig­ keit herstellen zu können, am Behälter 1 angebracht.

In Entfernung vom Behälter 1, z.B. hinter dem Armaturenbrett eines Kraftfahrzeugs, ist eine Auswerteeinheit 15 befestigt, der eine Trenneinrichtung 14 vorgeschaltet ist. Die Trenneinrichtung 14 weist einen Vorwiderstand 142 auf, der zwischen einer Referenzquelle 16 mit Referenzpotential und ei­ ner Eingangsklemme 143 liegt. Zudem hat die Trenneinrichtung 14 einen Impulsformer 141, der aus einem Schmitt-Trigger be­ steht und mit der Eingangsklemme 143 verbunden ist.

Die Auswerteeinheit 15 weist intern einen Mikroprozessor mit Analog-Digital-Wandler auf, der über einen Analogeingang 151 mit der Eingangsklemme 143 der Trenneinrichtung 14 verbunden ist. Ein Digitaleingang 152 des Mikroprozessors ist mit dem Ausgang des Impulsformers 141 verbunden.

Der Mikroprozessor ermittelt aus den Daten, die ihm am Analog­ eingang 151 und am Digitaleingang 152 zur Verfügung gestellt sind, den Füllstand der Flüssigkeit im Behälter und bringt diesen Füllstand z.B. auf einer LCD (Liquid Cristal Display) zur Anzeige.

Immer wenn das digitale Meßsignal 7 (vgl. Fig. 2) an der Basis des Schalttransistors 81 mit einem Impuls anliegt - d.h. an der Basis liegt ein High-Pegel an - ist die Kollektor-Emitter- Strecke des Schalttransistors 81 leitend; es fließt von der Referenzklemme 16 über den Vorwiderstand 142 und über die Si­ gnalleitung 12 ein Strom zur Ausgangsklemme 85, die in etwa auf Bezugspotential 10 (entspricht Low-Pegel) liegt. Der Schalttransistor 81 invertiert somit das Meßsignal 7. Dieser Sachverhalt ist auch aus der Fig. 2 ersichtlich, die im oberen Diagramm den zeitlichen Verlauf des Meßsignals 7 und im darun­ ter stehenden Diagramm das Übertragungssignal 13 zeigt, das invertiert zum Meßsignal 7 verläuft. Der Schalttransistor 81 bleibt gesperrt, solange das Meßsignal 7 Low-Pegel hat. Jetzt fließt der Strom von der Referenzklemme 16 aus über den Vorwi­ derstand 142, über die Signalleitung 12 und über die Ausgangs­ klemme 85 durch den Heißleiter 91 zur Bezugsklemme 10. Der Vor­ widerstand 142 bildet damit zusammen mit dem Heißleiter 91 (unter Vernachlässigung der Ohmschen Verluste der Signalleitung 12) einen Spannungsteiler. Entsprechend der temperaturbedingten Widerstandsänderung des Heißleiters 91 ändert sich der Span­ nungsabfall am Heißleiter 91. Das Übertragungssignal 13 nimmt demnach während des Low-Pegels des Meßsignals 7 eine Amplitude a an, die dem Spannungsabfall am Heißleiter 91 und damit der Temperatur der Flüssigkeit entspricht. Dieser Sachverhalt ist in Fig. 2 im unteren Zeitdiagramm dargestellt. Der zeitliche Verlauf des Übertragungssignals 13 zeigt etwas übertrieben die zunehmende Abnahme der Amplitude a. Dies entspricht dem Verhal­ ten des Heißleiters 91, der bei ansteigender Temperatur der Flüssigkeit einen immmer geringeren Widerstand hat. Mit abneh­ menden Widerstand des Heißleiters 91 sinkt auch der Spannungs­ abfall am Heißleiter 91 ab.

Die Amplitude des Übertragungssignals 13 variiert demnach durch die Widerstandsänderung des Heißleiters 91 in einem relativ großen Schwankungsbereich s, der in Fig. 2 schraffiert angegeben ist.

Der Verlauf des in Fig. 2 dargestellten Übertragungssignals 13 gibt den Fall wider, daß mit zunehmender Entleerung des Behäl­ ters 1, die einer Abnahme der Impulsdauer p entspricht, die Temperatur der Flüssigkeit ansteigt, was aus dem Absinken der Amplitude a der Impulse zu entnehmen ist.

Das Übertragungssignal 13 verzweigt an der Eingangsklemme 143 der Trenneinrichtung 14 zum Analogeingang 151 der Auswerteein­ heit 15 und zum Impulsformer 141, der aus dem Übertragungssi­ gnal 13 ein digitales Signal mit konstantem High-Pegel macht, das dem Meßsignal 7 entspricht und dem Digitaleingang 152 der Auswerteeinheit 15 zugeführt ist. Aus dem Signal am Digitalein­ gang 152 ermittelt die Auswerteeinheit 15 die Laufzeit T. Zu jeder Laufzeit T bestimmt die Auswerteeinheit 15 den zugeordne­ ten Wert für die Temperatur aus der Amplitude a des Übertra­ gungssignal 13 am Analogeingang 151. Aus der Lautzeit T und der Temperatur bestimmt die Auswerteeinheit 15 anschließend die Füllstandshöhe der Flüssigkeit im Behälter. Zuletzt entnimmt die Auswerteeinheit 15 aus einer Tankkennlinie den Wert für den Inhalt des Behälters (wenn Füllstandshöhe und Inhalt einander nicht linear zugeordnet sind) und gibt diesen auf einem Display aus.

Claims (7)

1. Einrichtung zur Ermittlung des Füllstandes einer Flüssig­ keit in einem Behälter (1), insbesondere in Kraftfahrzeugen,

• - mit einer Wandlereinrichtung (2),
  • - die durch ein Auslösesignal (4) angeregt ein Sendesignal (5) erzeugt,
  • - die gleichzeitig mit dem Sendesignal (5) ein Schallsignal (40) in die Flüssigkeit abgibt, und
  • - die das an der Flüssigkeitsoberfläche reflektierte Schallsignal (40) wieder detektiert und in ein Empfangssignal (6) umwandelt, und
• - mit einem Umsetzer (3),
  • - der zyklisch das Auslösesignal (4) an die Wandlereinrichtung (2) abgibt und
  • - der eine Laufzeit (T) zwischen dem Sendesignal (5) und dem Empfangssignal (6) ermittelt und in ein Meßsignal (7) umsetzt,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß ein Temperatursensor (9) vorgesehen ist, der ein der Temperatur der Flüssigkeit entsprechendes Tempe­ ratursignal (11) abgibt,
• - daß eine Auswerteeinheit (15) eingesetzt ist, die aus dem Meßsignal (7) und dem Temperatursignal (11) den Füllstand ermittelt und anzeigt, und
• - daß das Meßsignal (7) und das Temperatursignal (11) über dieselbe Signalleitung (12) der Auswerteeinheit (15) zugeführt sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verknüpfungseinrichtung (8) vorgesehen ist, die aus Meßsignal (7) und Temperatursignal (11) ein Übertragungssignal (13) bildet, das die Verknüpfungseinrichtung (8) in die Signalleitung (12) einspeist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswerteeinheit (15) eine Trenneinrichtung (14) vorgeschaltet ist, die aus dem Übertragungssignal (13) das Meßsignal (7) und das Temperatursignal (11) zurückge­ winnt.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Amplitude (a) des Übertragungssignals (13) ein Maß für die Temperatur und die Impulsdauer (p) des Übertragungssignals (13) ein Maß für die Laufzeit (T) ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet,

• - daß die Verknüpfungseinrichtung (8) einen Schalttransistor (81) hat, an dessen Basis das Meßsignal (7) anliegt, dessen Emitter mit einem Bezugspunkt (10) verbunden ist, und dessen Kollektor an einer Ausgangsklemme (85) liegt,
• - daß der Temperatursensor (9) zwischen Ausgangsklemme (85) und Bezugspunkt (10) verbunden ist,
• - daß die Trenneinrichtung (14) einen Vorwiderstand (142) und einen Impulsformer (141) hat,
• - daß der Vorwiderstand (141) zwischen einer Referenzklemme (16) und einer Eingangsklemme (143) liegt, die mit einem Ana­ logeingang (151) der Auswerteeinheit (15) verbunden ist,
• - daß der Impulsformer (141) zwischen der Eingangsklemme (143) und einem Digitaleingang (152) der Auswerteeinheit (15) liegt, und
• - daß die Signalleitung (12) die Ausgangsklemme (85) der Ver­ knüpfungseinrichtung (8) und die Eingangsklemme (143) der Trenneinrichtung (14) verbindet.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Temperatursensor (9) ein Heißleiter (91) eingesetzt ist.