DE3706453A1

DE3706453A1 - Liquid-level signal transmitter for motor vehicles

Info

Publication number: DE3706453A1
Application number: DE19873706453
Authority: DE
Inventors: Walter Weishaupt; Hans Lamberty
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1987-02-27
Filing date: 1987-02-27
Publication date: 1988-09-08

Abstract

In a liquid-level signal transmitter for motor vehicles operating on the basis of propagation time measurement of a measurement signal reflected at the surface of the liquid, part of the measurement signal passes through a reference propagation path of defined length in the same medium as the measurement signal. The propagation time of this part of the measurement signal is related to that of the measurement signal itself and provides a result, which is independent of the propagation speed of the measurement signal, for the level of the liquid. Thus, influences on the propagation speed such as, for example, the temperature of the liquid do not have any influence on the measurement result.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Füllstandsgeber nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a level sensor according to the Preamble of claim 1.

Derartige Füllstandsgeber sind im Prinzip aus der DE-OS 34 40 513, der DE-OS 34 05 080 und der DE-OS 24 33 133 bekannt. Das Meßsignal ist vorzugsweise ein Ultraschallsignal. Es kann aber auch ein sichtbares oder unsichtbares Lichtsignal Anwendung finden. Mit Hilfe der Laufzeit wird die Laufstrecke bestimmt. Maßgeblich hierfür ist der lineare Zusammenhang zwischen beiden größen. Der zugehörige Proportionalitätsfaktor ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Meßsignals in dem jeweiligen Medium. Diese ist jedoch von verschiedenen Einflußgrößen abhängig. Hierzu zählt die Dichte und insbesondere die Temperatur des Mediums. Um einen derartigen Einfluß zu elimieren, ist bereits vorgeschlagen worden, die Temperatur des Mediums mit Hilfe eines separaten Temperaturgebers zu bestimmten (vgl. Siemens-Kundenschrift "Füllstandsanzeige mit Ultraschall von 7/86"). Ein derartiger Füllstandsgeber ist jedoch besonders aufwendig und besitzt darüber hinaus den Nachteil, daß Änderungen hinsichtlich der charakteristik des Temperaturgebers einen unvorhergesehenen negativen Einfluß auf das Meßergebnis besitzen.Such level sensors are in principle from the DE-OS 34 40 513, DE-OS 34 05 080 and DE-OS 24 33 133 known. The measurement signal is preferably a Ultrasound signal. But it can also be a visible or invisible light signal find application. With the help of Running time, the running distance is determined. The decisive factor here is the linear relationship between the two quantities. The the corresponding proportionality factor is Speed of propagation of the measurement signal in the respective Medium. However, this is of various influencing factors dependent. This includes density and especially that Temperature of the medium. To have such an influence to eliminate, the temperature has already been suggested the medium with the help of a separate temperature sensor certain (see Siemens customer specification "Level indicator with Ultrasound of 7/86 "). However, such a level sensor is particularly complex and also has the disadvantage that changes in the characteristics of the Temperature sensor an unforeseen negative influence own the measurement result.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Füllstandsgeber der eingangs genannten Art zu schaffen, der auf konstruktiv einfache Weise eine präzise Aussage über die zu bestimmende Laufzeit und damit über den Füllstand liefert.The invention has for its object a To create level sensor of the type mentioned, the a precise, constructive statement about the delivers the runtime to be determined and thus the fill level.

Die Erfindung löst die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.The invention solves the problem by the characterizing Features of claim 1.

Durch die Erfindung wird die Bestimmung der Laufzeit des Meßsignals mit der des Referenzsignals in Beziehung gesetzt. Dieser in der Regel als Quotient vorliegende Bezug ist identish mit der Beziehung zwischen der Laufstrecke des Meßsignals und der des Referenzsignals. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Meßsignals ist dabei ohne Belang. Damit entfällt auch der Einfluß jeglicher Störgrößen auf diese Aufbreitungsgeschwindigkeit. Wesentlich ist lediglich, daß Meß- und Referenzsignal, zumindest soweit es für die genannte Beziehung von Bedeutung ist, in ein und demselben Medium verlaufen.The invention determines the duration of the Measurement signal related to that of the reference signal. This reference is usually present as a quotient identical with the relationship between the running distance of the Measurement signal and that of the reference signal. The The speed of propagation of the measurement signal is without Matter. This also eliminates the influence of any disturbance variables to this spreading speed. The only essential thing is that measurement and reference signal, at least as far as it is for the referred relationship is important in one and the same Medium run.

Die Referenzlaufstrecke kann auf unterschiedliche Weise ausgebildet sein. Auf konstruktiv besonders einfache Weise kann diese mit Hilfe eines Reflektors im Wege des Meßsignals definiert sein. Dieser Reflektor kann die Referenzlaufstrecke gegenüber der Laufstrecke des Meßsignals verkürzen. Alternativ dazu kann er auch in Verbindung mit mindestens einem weiteren Reflektor diese Laufstrecke auch ausdehnen.The reference run can be done in different ways be trained. In a structurally particularly simple way can this with the help of a reflector in the way of the measurement signal be defined. This reflector can be the reference running distance shorten compared to the running distance of the measurement signal. Alternatively, it can also be used in conjunction with at least Another reflector can also extend this route.

Es kann dabei insbesondere eine Faltung der Referenzlaufstrecke erzielt werden. Damit ergibt sich die Möglichkeit, die Referenzlaufstrecke hinsichtlich ihrer Länge entsprechend den jeweiligen konstruktiven Gegebenheitnen, beispielsweise des Flüssigkeitsbehälters, einzustellen. Die damit erzielbare optimale Länge kann beispielsweise hinsichtlich des Meßfehlers eingestellt werden. Hierbei kann es besonders vorteilhaft sen, die Referenzlaufstrecke gleich der mittleren Laufstrecke des Meßsignals einzurichten. Der daraus resultierende minimale Meßfehler ist dadurch bedingt, daß Ein- und Ausschwingvorgänge für den Sender und den Empfänger des Meßsignals weitgehend ohne Einfluß auf das Ergebnis bleiben.It can in particular fold the Reference running distance can be achieved. This results in the Possibility of the reference distance in terms of its length according to the respective structural conditions, for example, the liquid container. The one with it achievable optimal length can, for example, with regard to the Measurement error can be set. Here it can be special advantageous sen, the reference distance equal to the middle Set up the route of the measurement signal. The one out of it resulting minimal measurement error is due to the fact that and swing-out processes for the transmitter and the receiver of the measurement signal largely without influence on the result stay.

In der Zeichnung ist ein Auführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigtIn the drawing is an embodiment of the invention shown. It shows

Fig. 1 schematisch einen Füllstandsgeber gemäß der Erfindung und Fig. 1 shows schematically a level sensor according to the invention and

Fig. 2 eine Alternative zum Füllstandsgeber von Fig. 1. FIG. 2 shows an alternative to the level sensor from FIG. 1.

Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 1 befindet sich in einem Flüssigkeitsbehälter, beispielsweise einem Kraftstofftank 1 ein Füllstandsgeber 2, der einen Ultraschallsender/-empfänger 3 sowie ein als akustischer Wellenleiter dienendes Schutzrohr 4 umfaßt. Ferner it als Teil des Füllstandsgebers 2 innerhalb des Schutzrohrs 4 ein als Reflektor dienender Vorsprung 5 ausgebildet, der sich in einem definierten Abstand 1 vom Teil 3 befindet.In the exemplary embodiment of FIG. 1, a level sensor 2 is located in a liquid container, for example a fuel tank 1 , which comprises an ultrasonic transmitter / receiver 3 and a protective tube 4 serving as an acoustic waveguide. Furthermore, as part of the level sensor 2, a protrusion 5 serving as a reflector is formed within the protective tube 4 and is located at a defined distance 1 from the part 3 .

Ein vom Ultraschallsender/-empfänger 3 ausgesandtes Ultraschall-Meßsignal wird einerseits am Vorsprung 5 und andererseits an der Oberfläche 6 der Flüssigkeit (hier: Kraftstoff) 7 reflektiert. Das an der Oberfläche 6 reflektierte Meßsignal gelangt nach einer von der Höhe h der Oberfläche abhängigen Laufzeit zum Ultraschallempfänger 3 zurück. Seine Laufzeit ergibt sich als der Quotient aus der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Meßsignals in der jeweiligen Flüssigkeit und der zweifachen Höhe h. Entsprechendes gilt für den Teil des Meßsignals, der am Vorsprung 5 reflektiert und mit dem Ultraschallempfänger 3 aufgenommen wird. Dessen Laufzeit ist der Quotient aus der Ausbreitungsgeschwindigkeit und dem zweifachen Wert der Entfernung l. Damit aber ergibt sich, daß der Quotient aus den beiden Laufzeiten unabhängig von der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Meßsignals in der jeweiligen Flüssigkeit und lediglich durch das Verhältnis der Entfernungen hk und l bestimmt ist. Da l konstant und bekannt ist, läßt sich damit die Höheh und damit der Füllstand innerhalbdes Flüssigkeitsbehälters 1 ohne weiteres bestimmen. Das Ergebnis ist unabhängig von der Ausbreitungsgeschwindigkeit und damit auch unabhängig von den Einflußgrößen, wie beispielsweise die Temperatur der Flüssigkeit.An ultrasound measurement signal emitted by the ultrasound transmitter / receiver 3 is reflected on the one hand on the projection 5 and on the other hand on the surface 6 of the liquid (here: fuel) 7 . The light reflected at the surface 6 measured signal reaches after a of the height of the surface dependent travel time for the ultrasonic receiver 3 h back. Its transit time results from the quotient of the speed of propagation of the measurement signal in the respective liquid and twice the height h . The same applies to the part of the measurement signal which is reflected on the projection 5 and recorded with the ultrasound receiver 3 . Its transit time is the quotient of the speed of propagation and twice the value of the distance l . However, this means that the quotient of the two transit times is determined independently of the speed of propagation of the measurement signal in the respective liquid and only by the ratio of the distances hk and l . Since l is constant and known, the height h and thus the fill level within the liquid container 1 can be determined without further ado. The result is independent of the speed of propagation and thus also independent of the influencing variables, such as the temperature of the liquid.

Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 2 ist innerhalb der Laufstrecke des Meßsignals zwischen dem Ultraschallsender/-empfänger 3 und der Oberfläche 6 ein Reflektor 8 angeordnet, der einen Teil des Meßsignals um 90° umlenkt und parallel zur Oberfläche 6 verlaufen läßt. Dieser Teil durchquert die Flüssigkeit und wird an einer gegenüberliegenden Wand 1′ reflektiert. Auf dem umgekehrten Weg gelangt dieser Teil des Meßsignals zum Ultraschallsender/-empfänger 3 zurück.In the embodiment of FIG. 2, a reflector 8 is arranged within the path of the measurement signal between the ultrasound transmitter / receiver 3 and the surface 6 , which deflects part of the measurement signal by 90 ° and allows it to run parallel to the surface 6 . This part crosses the liquid and is reflected on an opposite wall 1 ' . In the opposite way, this part of the measurement signal returns to the ultrasound transmitter / receiver 3 .

Die für den Teil des Meßsignals maßgebliche Referenzlaufstrecke 9, der durch den Reflektor 8 gestreut wird, ist gegenüber Fig. 1 wesentlich vergrößert. Damit aber wird der Meßfehler deutlich verringert. Dieser ist im wesentlichen bestimmt durch Ein- und Ausschwingvorgänge des Ultraschallsenders/-empfängers 3.The reference run 9 , which is relevant for the part of the measurement signal and which is scattered by the reflector 8 , is substantially enlarged compared to FIG. 1. But this significantly reduces the measurement error. This is essentially determined by the swing-in and swing-out processes of the ultrasound transmitter / receiver 3 .

Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 2 fehlt ein akustischer Wellenleiter entsprechend dem Schutzrohr 4 von Fig. 1. Dieses ist auch beim Ausführungsbeispiel von Fig. 1 entbehrlich. Bei seinem Fehlen ergibt sich der Vorteil, daß nur dann ein an der Oberfläche 6 reflektiertes Meßsignal in den Ultraschallempfänger 3 gelangt, wenn sich die Oberfläche zumindest annähernd in einer waagrechten Lage befindet. Das Auftreten eines reflektierten Meßsignals während aufeinanderfolgender Meßtakte bietet dadurch die Gewähr dafür, daß die Oberfläche 6 waagrecht verläuft und dieser Zustand für die durch die Meßtakte definierte Meßzeit vorliegt. Damit aber ergibt sich, daß das Meßergebnis exakt ist und nicht durch Veränderungen des Flüssigkeitsspiegels infolge von Beschleunigungen beeinflußt ist.In the embodiment of FIG. 2, an acoustic waveguide corresponding to the protective tube 4 of FIG. 1 is missing . This is also unnecessary in the embodiment of FIG. 1. In the absence of this, there is the advantage that a measurement signal reflected on the surface 6 only reaches the ultrasound receiver 3 when the surface is at least approximately in a horizontal position. The occurrence of a reflected measurement signal during successive measurement cycles thus guarantees that the surface 6 runs horizontally and that this state is present for the measurement time defined by the measurement cycles. However, this means that the measurement result is exact and is not influenced by changes in the liquid level as a result of accelerations.

Claims

1. Level sensor for motor vehicles on the basis of a transit time measurement of a measurement signal reflected on the liquid surface, characterized in that part of the measurement signal passes through a reference running distance ( 1, 9 ) of defined length in the same medium as the measurement signal and its transit time in relation to that of the measurement signal is set.

2. Level sensor according to claim 1, characterized in that the reference running distance ( 1, 9 ) by means of a reflector ( 5, 8 ) is formed in the way of the measurement signal.

3. Level sensor according to claim 2, characterized in that the reference run ( 9 ) is folded.

4. Level sensor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the reference running distance ( 9 ) is approximately equal to the mean running distance of the measurement signal.