DE3728042A1

DE3728042A1 - Fuellstandsanzeiger fuer verschliessbare behaelter

Info

Publication number: DE3728042A1
Application number: DE19873728042
Authority: DE
Inventors: Walter Janschke; Erich Dr Dipl Ing Zabler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1987-08-22
Filing date: 1987-08-22
Publication date: 1989-03-02

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Füllstandsanzeiger für verschließ bare Behälter nach der Gattung des Anspruchs 1. Bei bekannten Füll standsanzeigern wird ein von der Flüssigkeit getragener Schwimmer mit einem Zeiger in einem Sensor hin- und herbewegt, wodurch ein Meßsignal erzeugt wird. Diese Füllstandsanzeiger bauen aber auf wendig und kompliziert.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Füllstandsanzeiger mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß er be sonders einfach und kostengünstig baut. Es kann nicht nur die Füll standshöhe und das Volumen der Flüssigkeit bestimmt werden, sondern auch gleichzeitig bei bekanntem spezifischem Gewicht die für die Verbrennung in der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs wichtige Masse der Flüssigkeit. Es sind keine mechanisch bewegten Teile vor handen, so daß der Füllstandsanzeiger besonders störsicher und lang lebig ist. Ferner mißt er unabhängig von der Tankform und ist leicht und schnell in Tanks beliebiger Form einbaubar. Er hat einen gerin gen Platzbedarf und ist mit der Kraftstoffpumpe integrierbar. Im Restmengenbereich, im sogenannten Reservebereich, kann der Meßbe reich zusätzlich gespreizt werden, wodurch eine genauere Bestimmung und Anzeige der noch vorhandenen Restmenge möglich ist. Die vorhan dene Flüssigkeitsmenge kann dadurch optimal ausgenutzt werden. Be sonders vorteilhaft ist die Verwendung von mikromechanischen Druck sensoren, mit denen niedrige Drücke von ca. 100 mbar bei besonders kleiner Bauweise gemessen werden können. Je niedrigere Drücke gemes sen werden können, desto feiner und genauer kann die Füllstandshöhe bestimmt werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 an gegebenen Merkmale möglich.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung darge stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Füllstandsanzeiger in vereinfachter Darstellung, Fig. 2 eine Abwandlung des Ausführungs beispiels, Fig. 3 einen Füllstandsanzeiger mit Messung des jeweili gen absoluten Druckes und Fig. 4 ein Blockschaltbild.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist mit 10 der Tank für den Kraftstoff eines Kraftfahr zeugs bezeichnet, in den flüssiger Kraftstoff über einen Füllstut zen 12 eingeleitet werden kann. Der Füllstutzen 12 ist mit Hilfe ei nes Deckels 13 verschließbar, so daß der Tank 10 außer beim Auffül len mit Kraftstoff ständig verschlossen ist, und sich im Tank 10 über der Flüssigkeit ein Dampfdruck aufbauen kann. In den Tank 10 ragt ein Glasrohr 14 eines Füllstandsanzeigers 15 für die Kraft stoffmenge im Tank 10. Das Glasrohr 14 ist mittels einer Druckaus gleichsöffnung 16 im Tank 10 mit dem Außendruck verbunden. Im Glas rohr 14 befindet sich im oberen Bereich, d.h. möglichst dicht unter halb der Tankoberfläche im Bereich der sich über dem Kraftstoff bil denden Atmosphäre eine weiche Membran 17, auf die der sich über der Flüssigkeit aufbauende Dampfdruck einwirken kann. Die Rückseite der Membran 17 ist über eine Leitung 18 mit einem möglichst dicht am Bo den des Tanks 10 angeordneten Drucksensor 19 verbunden. In der Lei tung 18 darf sich nicht z.B. durch Kondensation oder Schwappvorgänge Kraftstoff ansammeln. Die Leitung 18 wird daher vorteilhaft mit ei nem inkompressiblen Übertragungsmedium wie z.B. Silikonöl, gefüllt. Die Membran 17 soll die Leitung 18 so abschließen, daß sich davor keine Flüssigkeit sammeln kann. Hierzu können Wellmembranen oder Wellrohrbälge verwendet werden. Auf die Membran 17 wirkt dabei der Atmosphärendruck und auf die Membran 21 des Sensors 19 der Druck des Kraftstoffs am Tankboden ein. Dadurch wirkt auf die eine Seite der Membran 21 des Sensors 19 der Atmosphärendruck und auf die andere Seite der Membran 21 der Druck des Kraftstoffs am Tankboden. Der Sensor 19 bestimmt deshalb die Druckdifferenz zwischen den beiden Drücken. Mit Hilfe der somit meßbaren Druckdifferenz kann über die Formel Δp=γ×h, wobei γ das spezifische Gewicht der Flüssigkeit und h die zu bestimmende Füllstandshöhe ist, auf die Füllstandshöhe rückgeschlossen werden. Zum Meßprinzip sei auf das Prinzip eines offenen oder eines geschlossenen Manometers hingewiesen. Ist der Tank 10 abgeschlossen, so ist der Druck über dem Kraftstoff nahezu konstant, und aus der Druckdifferenz kann proportional auf die Flüs sigkeitshöhe h geschlossen werden. Der Füllstandsanzeiger 15 ist bei jeder Tankform verwendbar, da der Schweredruck der Flüssigkeit unab hängig ist von der Gestalt des jeweiligen Tanks. Entsprechend dem sogenannten hydrostatischen Paradoxon ist der Druck auf den Boden unterschiedlicher Gefäße gleich, wenn die Bodengröße und die Flüs sigkeitshöhe übereinstimmt. Dagegen sind die auf die Seitenwände ausgeübten Kräfte bei unterschiedlicher Gefäßform auch verschieden.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind gleiche Bauteile wieder mit den gleichen Ziffern bezeichnet. Zusätzlich zum Sensor 19 ist ein zweiter Sensor 25 zur Bestimmung des Füllstandes in seinem Restbe bereich, oder eines sogenannten Reservebereichs vorhanden. Dieser Sensor 25 ist entsprechend dem Sensor 19 der Fig. 1 aufgebaut. Die Membran 17 a befindet sich im Bereich einer Grenze, ab der eine Min destmenge im Tank 10 angezeigt werden soll. Solange der Flüssig keitsstand höher ist als dieser Grenzbereich, wirkt auf die beiden Seiten des Sensors 25 ständig dieselbe Druckdifferenz ein, so daß sich ein von Null abweichendes konstantes Drucksignal ergibt. Der Sensor 25 soll aber eine höhere Empfindlichkeit haben, z.B. zehnmal empfindlicher ausgelegt sein, als der Sensor 19. Dadurch kann der Meßbereich im Reservebereich aufgespreizt und der Restmengenbereich genauer und empfindlicher bestimmt werden.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wird jeweils der Absolutdruck im Bereich der Atmosphäre über dem Kraftstoff mit Hilfe eines Sensors 29 und der Druck am Tankboden mit Hilfe eines zweiten Sensors 30 be stimmt. Über eine Leitung 31 sind die beiden Referenzkammern der beiden Sensoren 29, 30 miteinander verbunden. Die Leitung 31 ist mit einem möglichst trockenen Referenzgas von ca. 1 bar gefüllt. Dadurch können auf die Meßmembranen der beiden Sensoren 29, 30 nur geringe Differenzdrücke einwirken, die die Meßmembranen nicht so stark be aufschlagen. Durch die Verbindung der beiden Referenzkammern über die Leitung 31 wirken sich eventuelle Druckänderungen bei den Sen soren 29, 30 identisch aus und beeinflussen dadurch nicht das Meß signal. Selbstverständlich ist es auch möglich, im Bereich der At mosphäre und am Tankboden jeweils einen eigenen Sensor anzuordnen, deren Referenzkammern nicht miteinander verbunden sind. Falls dabei die Referenzkammern Vakuum aufweisen, wären die Meßmembranen durch die ständige Last von ca. 1 bar für die kleinen hydrostatischen Meß drücke zu unempfindlich ausgelegt. Deshalb sollten in dieser Abwand lung auch wieder die Referenzkammern mit einem Referenzgas von 1 bar gefüllt sein.

Als Sensoren können besonders vorteilhaft mikromechanische Sensoren verwendet werden, mit deren Hilfe man bei besonders kleiner Bauweise kleinste Drücke bestimmt werden können. Mikromechanische Sensoren sind bekanntlich mit Hilfe aus der Chip-Herstellung bekannten Ver fahren wie z.B. Ätzen, aus einem monokristallinen Material, insbe sondere Silizium, hergestellt.

Vorteilhaft können auf die beiden Membranen der Sensoren 29, 30 Dehnmeßstreifen 35, 36 aufgebracht sein und in einer in Fig. 4 dar gestellten Wheatstone′schen Brücke 37 verschaltet sein. Auf jeder Membran sind zwei in einer sogenannten Halbbrücke (Spannungsteiler) verschalteten Dehnmeßstreifen angeordnet, die auch die beiden Äste der Brücke 37 bilden. An der Brücke 37 wird nur dann eine Ausgangs differenzsspannung U _h abgegriffen, wenn sich die Drücke an den Membranen der beiden Sensoren 29, 30 unterscheiden.

Claims

1. Füllstandsanzeiger (15) für verschließbare Behälter (10), insbe sondere für Kraftstoffbehälter von Kraftfahrzeugen, dadurch gekenn zeichnet, daß sich am oder in der Nähe des Bodens des Behälters (10) ein erster Drucksensor (19, 30) und an einer zweiten Stelle eine Meßstelle (17) befindet, so daß über den Differenzdruck die Füll standshöhe (h) im Behälter (10) bestimmbar ist.

2. Füllstandsanzeiger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die zweite Meßstelle (17) im Bereich der sich über der Flüs sigkeit bildenden Gasatmosphäre befindet.

3. Füllstandsanzeiger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die zweite Meßstelle (17 a) in einem vorbestimmten Reservebe reich für die Flüssigkeit des Behälters (10) befindet.

4. Füllstandsanzeiger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß im Behälter (10) eine zweite Meßstelle (17) nach Anspruch 2 und eine zweite Meßstelle (17 a) nach Anspruch 3 angeord net sind.

5. Füllstandsanzeiger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die zweite Meßstelle (17, 17 a) und die Referenz kammer des ersten Drucksensors (19, 30) mit Hilfe einer mit einem inkompressiblen Übertragungsmedium gefüllten Leitung (18) verbunden sind.

6. Füllstandsanzeiger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß sich in der zweiten Meßstelle (17) ein zweiter Drucksensor (29) befindet.

7. Füllstandsanzeiger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die beiden Drucksensoren (29, 30) mit Hilfe einer mit möglichst trockenem Referenzgas von ca. 1 bar gefüllten Leitung (31) verbunden sind.

8. Füllstandsanzeiger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, daß auf den Membranen der Drucksensoren (29, 30) sich elektrische Aufnahmeelemente befinden, die in einer Wheatstone′schen Brücke (37) verschaltet sind.

9. Füllstandsanzeiger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, daß die Drucksensoren (19, 29, 30) mikromechanische Drucksensoren, hergestellt aus einem monokristallinen Material, sind.

10. Füllstandsanzeiger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, daß die Empfindlichkeit des ersten Drucksensors (25), der mit der Meßstelle (17 a) im Reservebereich verbunden ist, größer ist als die Empfindlichkeit des ersten Drucksensors (19), der mit der Meßstelle (17) in der Gasatmosphäre verbunden ist.

11. Verfahren zur Bestimmung des Füllstands einer Flüssigkeit in ei nem verschließbaren Behälter (10), insbesondere in einem Kraftstoff behälter für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe hydrostatischer Druckmessung der Unterschied zwischen dem Druck in der Nähe oder am Tankboden und an einer vorwählbaren Stelle, die sich im Zeitpunkt der Messung in der sich über der zu messenden Flüssigkeit bildenden Atmosphäre befindet, bestimmt wird.