DE3914637A1 - Fluessigkeitsbehaelter mit hydrostatischem fuellstandsmesser - Google Patents
Fluessigkeitsbehaelter mit hydrostatischem fuellstandsmesserInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Flüssigkeitsbehälter mit
hydrostatischem Füllstandsmesser, insbesondere
Kraftstofftank mit Tankstandsgeber, der im Oberbegriff des
Anspruchs 1 definierten Gattung.
Füllstandsmesser im Kraftfahrzeugbau zur Überwachung des
Tankinhalts im Kraftstofftank sind in vielfältigen
Ausführungen bekannt. Wegen der immer komplizierter
werdenden Formen des Kraftstofftanks verläßt man mehr und
mehr die mit einem Schwimmer arbeitenden Füllstandsmesser
und geht zu flexibleren, nicht mechanischen Meßsystemen
über. So kennt man bereits elektrothermische Tankstandsgeber
oder solche nach dem piezoelektrischen, akustischen oder
hydrostatischen Prinzip arbeitende Tankstandsgeber bzw.
Füllstandsmesser.
Bei hydrostatischen Füllstandsmessern wird der
hydrostatische Druck der zu messenden Flüssigkeit gemessen
und daraus durch Einbeziehung der Flüssigkeitsdichte auf den
Füllstand geschlossen. Um den hydrostatischen Druck der
Flüssigkeit im Behälterinnern messen zu können, muß der
Differenzdruck zwischen dem Flüssigkeitsdruck am
Behälterboden und dem Luftdruck oberhalb des
Flüssigkeitsspiegels gemessen werden, wozu im allgemeinen
ein Differenzdrucksensor verwendet wird. Ein wesentlicher
Nachteil dieser Differenzdruckmethode ist die
Temperaturabhängigkeit und die Langzeitinstabilität des
Nullpunktes bei käuflichen Differenzdrucksensoren.
Der erfindungsgemäße Flüssigkeitsbehälter mit
hydrostatischem Füllstandsmesser mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß durch den
erfindungsgemäßen konstruktiven Aufbau ein Nullabgleich des
Differenzdrucksensors ohne weiteres möglich ist und
jederzeit durchgeführt werden kann. Dabei werden zum
Nullabgleich die beiden Meßeingänge des
Differenzdrucksensors dem gleichen Druck ausgesetzt. Das
unter diesen Bedingungen vom Differenzdrucksensor
ausgegebene elektrische Signal wird gespeichert, und bei der
anschließenden Füllstandsmessung wird das Ausgangssignal des
Differenzdrucksensors um diesen Speicherwert je nach dessen
Vorzeichen nach unten oder oben korrigiert. Aus dem so um
die Nullpunktsdrift kompensierten Ausgangssignal wird dann
von der Auswerteeinheit der momentane Füllstand im
Behälterinnern unter Berücksichtigung der Flüssigkeitsdichte
und der Fallbeschleunigung bestimmt. Auf diese Weise wird
nicht nur eine hohe Meßgenauigkeit erzielt, sondern auch die
Möglichkeit zu Kosteneinsparungen eröffnet, da für den
Differenzdrucksensor keine Nullpunkts- und
Alterungsstabilität mehr gefordert werden muß und dieser
dadurch wesentlich kostengünstiger beschafft werden kann.
Wegen des Verzichts auf die Nullpunktstabilität können
nunmehr auch preisgünstigere Differenzdrucksensoren in
Dickschichttechnik verwendet werden.
Weiterhin wird keine vorbestimmte Anordnung des
Differenzdrucksensors am Behälterboden erzwungen, vielmehr
kann dieser, ebenso wie die Luftpumpe, auch außerhalb des
Behälters angeordnet werden. Als Übertragungsstrecke des
hydrostatischen Drucks ist nur ein kleines Röhrchen
erforderlich. Die Pumpe kann klein gehalten werden, so daß
der technische Aufwand gering ist.
Die Flüssigkeitsfreiheit des entleerten Meßrohrs kann in
verschiedener Weise aufrechterhalten werden. Bei einer
ersten Ausführungsform der Erfindung wird ein Absperrventil
in Reihe zur Luftpumpe vorgesehen, das zum Fluten des
Meßrohrs bei abgeschalteter Pumpe geöffnet und nach
Entleeren des Meßrohrs bei laufender Pumpe geschlossen wird,
wonach die Pumpe wieder abgeschaltet wird. Man kann dabei
vor jeder Füllstandsmessung eine Flutung des Meßrohrs durch
Öffnen des Absperrventils durchführen, aber auch nur in
längeren Zeitabständen, wenn auf Grund veränderter
Umweltparameter (Temperatur) eine Nullpunktdrift vermutet
werden kann.
Während dieser längeren Zeitabstände würde durch die
Komprimierung der Luftsäule im Meßrohr (z.B. durch
Beschleunigen der Flüssigkeit oder durch
Temperaturschwankungen) Flüssigkeit im Meßrohr aufsteigen
und das Meßergebnis verfälschen. Dieser Fehler wird klein
gehalten, wenn nach einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung das untere Ende des Meßrohrs in einem kleinen
axialen Endabschnitt so extrem erweitert ist, daß das
Volumen der Erweiterung wesentlich größer ist als das
Volumen des Meßrohrs.
Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die
Aufrechterhaltung der Entleerung des Meßrohrs dadurch, daß
die Pumpe ständig im Betrieb bleibt und den Druck im Meßrohr
hält. Dadurch kann das Absperrventil eingespart werden. Da
das Meßergebnis durch den von der Pumpenleistung abhängigen
Druckabfall im Meßrohr verfälscht würde, wird der zeitliche
Druckverlauf im Meßrohr, also das zeitkontinuierliche
Ausgangssignal des Differenzdrucksensors, überwacht. Nach
einer kurzen Zeit nach Einschalten der Pumpe weist das
Ausgangssignal eine etwa zeitkonstante Amplitude auf, d.h.
der Druck im Meßrohr ist annähernd konstant. Nunmehr wird
die Pumpenleistung soweit zurückgenommen, bis gerade keine
Flüssigkeit im Meßrohr aufsteigen kann. Der Druck im Meßrohr
sinkt. Da die Pumpenleistung jetzt ein Minimum ist, ist auch
der verfälschende Druckabfall im Meßrohr ein Minimum. Aus
dem vom Differenzdrucksensor ausgegebenen elektrischen
Signal kann nach Nullpunktdriftkorrektur unmittelbar der
Füllstand abgeleitet werden.
Der erfindungsgemäße Flüssigkeitsbehälter mit
hydrostatischem Füllstandsmesser mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 7 hat die gleichen Vorteile wie
eingangs dieses Kapitels beschrieben und ermöglicht darüber
hinaus die Einsparung der Luftpumpe und des Absperrventils.
Dadurch sinkt der fertigungstechnische Aufwand noch weiter.
Allerdings ist diese Erfindungsvariante auf
Flüssigkeitsbehälter beschränkt, bei welchen über einen
Ablauf und einen Rücklauf eine Flüssigkeitszirkulation
stattfindet, so daß sie bevorzugt als Kraftstofftank mit
Tankstandsgeber für Kraftfahrzeuge eingesetzt wird, bei
welchem Kraftstoff aus dem Kraftstofftank abgesaugt wird und
überflüssiger Kraftstoff wieder in den Kraftstofftank
zurückfließt.
Bei unterbrochener Flüssigkeitszirkulation, was bei
stehendem Fahrzeugmotor der Fall ist, ist das Meßrohr
aufgrund der Gesetzes der kommunizierenden Röhren bis in
Höhe des momentanen Flüssigkeitsspiegels im Behälterinnern
gefüllt. Auf den Differenzdrucksensor wirkt in beiden
Meßeingängen der gleiche Druck. Der vom Differenzdrucksensor
ausgegebene Meßwert wird als Korrekturwert gespeichert.
Bei Flüssigkeitszirkulation, also bei laufendem
Fahrzeugmotor, steigt die Flüssigkeitssäule im Meßrohr bis
zur Überlauföffnung, da aufgrund des passend gewählten
Querschnitts der Ablauföffnung am unteren Ende des Meßrohrs
ein größeres Flüssigkeitsvolumen pro Zeiteinheit dem Meßrohr
zufließt als aus dem Meßrohr abfließt. Der
Differenzdrucksensor mißt den Differenzdruck zwischen dem
hydrostatischen Druck am Boden des Meßrohrs und am Boden des
Behälters, wobei der Einfluß des Luftdruckes oberhalb des
Flüssigkeitsspiegels eliminiert ist, da dieser in gleicher
Weise sowohl auf die Flüssigkeit im Meßrohr als auch auf die
Flüssigkeit im Behälter wirkt. Aus diesem Differenzdruck
läßt sich unter Berücksichtigung der bekannten Höhe der
Überlauföffnung über dem Behälterboden, der
Flüssigkeitsdichte und der Fallbeschleunigung die momentane
Füllstandshöhe ohne weiteres ermitteln.
Will man auf die Unterbrechung der Flüssigkeitszirkulation
zwecks Nullpunktabgleich verzichten, so ist gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung an der Ausflußöffnung
des Meßrohrs ein Ventil mit steuerbarem Querschnitt
vorzusehen. Zum Nullpunktabgleich wird der Querschnitt
soweit aufgesteuert, daß das pro Zeiteinheit über den
Querschnitt auslaufende Flüssigkeitsvolumen größer ist als
das dem Meßrohr zulaufende Flüssigkeitsvolumen. Die Höhe der
Flüssigkeitssäule stimmt dann mit dem Flüssigkeitsspiegel im
Behälterinnern überein. Wird der Querschnitt dann wieder
verengt, so kann die Füllstandsmessung durchgeführt werden,
sobald die Flüssigkeit im Meßrohr soweit angestiegen ist,
daß sie über die Überlauföffnung austritt.
Auch hier kann der Nullpunktabgleich bei jeder
Füllstandsmessung oder zweckmäßigerweise nur in längeren
Zeitabständen durchgeführt werden. Zwischen diesen
Zeitpunkten ist das um die Nullpunktsdrift kompensierte
zeitkontinuierliche Ausgangssignal des Differenzdrucksensors
ein unmittelbares Maß für den momentanen Füllstand, so daß
eine kontinuierliche Anzeige zur Verfügung steht, die nur
vorübergehend durch einen Nullpunktabgleich unterbrochen
wird.
Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipskizze eines Kraftstofftanks
mit hydrostatischem Tankstandsgeber,
Fig. 2 ein Zeitdiagramm des Ausgangssignals eines
Differenzdrucksensors in einem gegenüber
Fig. 1 modifizierten Tankstandsgeber,
Fig. 3 ein Diagramm der Pumpenkennlinie im
modifizierten Tankstandsgeber,
Fig. 4 eine Prinzipskizze eines Kraftstofftanks
mit hydrostatischem Tankstandsgeber gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel.
In Fig. 1 ist ein mit 10 bezeichneter Kraftstofftank mit
Tankstandsgeber 11 als Prinzipskizze dargestellt. Er steht
als Beispiel für einen allgemeinen Flüssigkeitsbehälter mit
hydrostatischem Füllstandsmesser. Der Kraftstofftank 10
weist ein Gehäuse 12 mit Einfüllstutzen 13 und Tankdeckel 14
auf. Der Einfüllstutzen 13 ist mit einem Tankverschluß 15
versehen. Am Tankdeckel 14 ist die Kraftstoffansaugleitung
16 und die Kraftstoffrücklaufleitung 17 angeschlossen. Die
Kraftstoffansaugleitung 16 mündet in einem Ansaugstutzen 18,
der sich bis unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 20 nahe dem
Gehäuseboden 121 erstreckt, während die
Kraftstoffrücklaufleitung 17 an einem oberhalb des
Flüssigkeitsspiegels 20 mündenden Rücklaufstutzen 19
angeschlossen ist.
Der nach dem hydrostatischen Prinzip arbeitende
Tankstandsgeber 11 weist einen Differenzdruckmesser 21 mit
zwei Meßeingängen 211 und 212, eine an dem Ausgang 213 des
Differenzdrucksensors 21 angeschlossene Steuer- und
Auswerteeinheit 22 und eine Anzeigeeinheit 23 auf. Zum
Tankstandsgeber 11 gehört ferner ein durchmesserkleines
Meßrohr 24, das im Gehäuse 12 vertikal angeordnet ist und
von oberhalb des maximalen Flüssigkeitsspiegels 20′, der
durch eine strichpunktierte Linie gekennzeichnet ist, bis
zum Gehäuseboden 121 reicht. Der Endabschnitt des Meßrohrs
24 ist über eine sehr kleine axiale Länge extrem
aufgeweitet, und zwar derart, daß das Volumen der
Meßrohraufweitung 25 größer ist als das Volumen des Meßrohrs
24. Am oberen Ende des Meßrohrs 24 ist einerseits der
Meßeingang 211 des Differenzdrucksensors 21 und andererseits
eine Luftpumpe 26 angeschlossen. In Reihe mit der Luftpumpe
26 liegt ein Absperrventil 27. Die über das Absperrventil 27
freigebbare bzw. verschließbare Ansaugöffnung der Luftpumpe
26 liegt ebenso wie die Luftpumpe 26 selbst und das
Absperrventil 27 oberhalb des maximalen Flüssigkeitsspiegels
20′ im Gehäuse 12. Der Meßeingang 212 des
Differenzdrucksensors 21 liegt ebenfalls oberhalb des
maximalen Flüssigkeitsspiegels 20′, so daß der
Differenzdrucksensor 21 einerseits dem gleichen Luftdruck,
der auf die Flüssigkeitsoberfläche wirkt und andererseits
dem Druck im Meßrohr 24 ausgesetzt ist. Das Öffnen und
Schließen des Absperrventils 27 sowie das Ein- und
Ausschalten der Luftpumpe 26 wird von der Steuer- und
Auswerteeinheit 22 gesteuert.
Die Funktionsweise des Tankstandsgebers 11 ist wie folgt:
Zu Beginn der Füllstandsmessung wird zunächst bei
abgeschalteter Luftpumpe 26 von der Steuer- und
Auswerteeinheit 22 das Absperrventil 27 geöffnet. Damit wird
das Meßrohr 24 geflutet, wodurch das Meßrohr 24 sich mit
einer Flüssigkeit bis zur Höhe h füllt, die gleich der Höhe
h des Flüssigkeitsspiegels im Gehäuse 12 ist. An den
Meßeingängen 211 und 212 des Differenzdrucksensors 21 liegt
der gleiche Druck p 0 an, der im nicht mit Kraftstoff
gefüllten Teil des Gehäuses 12 herrscht und auf den
Flüssigkeitsspiegel 20 des im Gehäuse 12 befindlichen
Kraftstoffs 28 wirkt. Das Ausgangssignal U 0 des
Differenzdrucksensors 21, das ein Maß für die
Nullpunktverschiebung oder -drift des Differenzdrucksensors
21 ist, wird in der Steuer- und Auswerteeinheit 22
gespeichert.
Nunmehr wird von der Steuer- und Auswerteeinheit 22 bei
geöffnetem Absperrventil 27 die Luftpumpe 26 eingeschaltet.
Diese pumpt Luft in das Meßrohr 24 und drückt den darin
befindlichen Kraftstoff in die Kraftstoffmenge 28 zurück.
Nach einer bestimmten Zeit, die so bemessen ist, daß das
Meßrohr 24 mit Sicherheit kraftstoffrei ist, wird von der
Steuer- und Auswerteeinheit 22 das Absperrventil 27
geschlossen und die Luftpumpe 26 abgeschaltet. Nunmehr wirkt
auf den Meßeingang 211 des Differenzdrucksensors 21 der
hydrostatische Druck der Kraftstoffmenge 28 am Gehäuseboden
121. Das Ausgangssignal u(t) des Differenzdrucksensors 21
steht fortlaufend an der Steuer- und Auswerteeinheit 22 an.
Letztere bestimmt aus der Differenz der Ausgangssignale
u(t) und U 0 des Differenzdrucksensors 21 bei entleertem und
geflutetem Meßrohr 24 die Füllstandshöhe h als Funktion der
Zeit gemäß
wobei g die Fallbeschleunigung und ρ die Flüssigkeitsdichte
des Kraftstoffs ist. Das zeitkontinuierliche Ausgangssignal
der Steuer- und Auswerteeinheit 22 wird der Anzeigeeinheit
23 zugeführt, an welcher der Füllstand h(t) über eine
beliebige Zeitspanne abgelesen werden kann.
Um die Meßgenauigkeit zu erhalten, muß von Zeit zu Zeit die
Füllstandsmessung unterbrochen und ein erneuter
Nullpunktabgleich durchgeführt werden, wozu in gleicher
Weise durch Öffnen des Absperrventils 27 das Meßrohr 24
geflutet und erneut das Ausgangssignal U 0 des
Differenzdrucksensors 21 bei geflutetem Meßrohr 24
abgespeichert wird. Bei der nach Entleerung des Meßrohrs 24
sich anschließenden Füllstandsmessung wird nunmehr der neue
Speicherwert U 0 zur Korrektur des Ausgangssignals u(t)
verwendet.
In dem Füllstandsmesser 11 in Fig. 1 kann das Absperrventil
27 entfallen, wenn für die Dauer der Füllstandsmessung die
Luftpumpe 26 eingeschaltet bleibt und somit verhindert, daß
Kraftstoff in das Meßrohr 24 eintreten kann. Um den
Meßfehler bei laufender Luftpumpe 26 möglichst klein zu
halten, wird das Ausgangssignal u(t) des
Differenzdrucksensors 21 vom Einschalten der Luftpumpe 26 an
überwacht. Der zeitliche Verlauf dieses Ausgangssignals u(t)
ist in Fig. 2 dargestellt. Mit Einschalten der Luftpumpe 26
bei geflutetem Meßrohr 24 steigt zunächst der Druck im
Meßrohr 24 an, erreicht dann ein Maximum und fällt nach
kurzer Zeit auf einen etwa konstanten Wert ab. Ist dieser
Wert erreicht, so wird durch die Steuer- und Auswerteeinheit
22 die Pumpenleistung der Luftpumpe 26 soweit gedrosselt,
daß gerade kein Kraftstoff in das Meßrohr 24 eindringen
kann. Mit Reduzierung der Pumpenleistung reduziert sich auch
der Luftdurchfluß durch das Meßrohr 24 und dadurch der am
Meßrohr 24 auftretende Druckabfall. Wie in Fig. 2 und 3
ersichtlich, wird zum Zeitpunkt t 1 die Pumpenleistung
zurückgenommen, der Druck im Meßrohr 24 und entsprechend die
Amplitude des Ausgangssignals u(t) des Differenzdrucksensors
21 verkleinern sich entsprechend. Das Ausgangssignal des
Druckdifferenzsensors 21 ist nahezu unverfälscht ein Maß für
den Füllstand h im Kraftstofftank. Die Steuer- und
Auswerteeinheit 22 errechnet entsprechend Gl.(1) den
Füllstand h(t) im Kraftstofftank 10, der in der
Anzeigeeinheit 23 angezeigt wird. In Fig. 3 ist die
Pumpenkennlinie der Luftpumpe 26, also der Pumpendruck in
Abhängigkeit von der geförderten Luftmenge dargestellt. Zum
Zeitpunkt t = t 1 wird die Pumpenleistung zurückgenommen,
wodurch die Pumpenkennlinie sich parallel zu kleineren
Werten verschiebt.
Bei dem Kraftstofftank 10 in Fig. 4 ist der Füllstandsmesser
oder Tankstandsgeber 11′ gegenüber dem vorstehend
beschriebenen Tankstandsgeber 11 modifiziert. Soweit
Bauelemente mit denen in Fig. 1 übereinstimmen, sind sie mit
gleichen Bezugszeichen versehen. Das im Gehäuse 12
angeordnete stirnseitig offene Meßrohr 24 reicht wiederum
von oberhalb der maximalen Flüssigkeitshöhe 20′ bis zum
Gehäuseboden 121, ist allerdings mit seinem oberen Ende an
dem Rücklaufstutzen 19 angeschlossen. Außerdem weist das
Meßrohr 24 an seinem oberen Ende eine Überlauföffnung 30 und
an seinem dem Gehäuseboden 121 zugekehrten unteren Ende eine
Ausflußöffnung 31 auf, in welche eine Drossel 32 integriert
ist. Der Drosselquerschnitt ist so ausgebildet, daß die über
die Kraftstoffrücklaufleitung 17 dem Meßrohr 24 zulaufende
Flüssigkeitsmenge pro Zeiteinheit größer ist als die über
den Drosselquerschnitt aus der Ausflußöffnung 31 aus dem
Meßrohr 24 ausfließende Flüssigkeitsmenge. Das untere Ende
des Meßrohrs 24 ist an dem Meßeingang 212 des
Differenzdrucksensors 21 angeschlossen, während der
Meßeingang 211 des Differenzdrucksensors 21 dem
hydrostatischen Druck am Gehäuseboden 121 ausgesetzt ist.
Der Ausgang 213 des Differenzdrucksensors 21 ist wiederum
mit der Steuer- und Auswerteeinheit 22 und diese wiederum
mit der Anzeigeeinheit 23 verbunden.
Die Wirkungsweise dieses modifizierten Tankstandsgebers 11
ist wie folgt:
Bei stillstehendem Kraftfahrzeugmotor findet keine
Flüssigkeitszirkulation statt, d.h. es wird kein Kraftstoff
über die Kraftstoffansaugleitung 16 aus dem Kraftstofftank
10 abgesaugt und über die Kraftstoffrücklaufleitung 17 dem
Kraftstofftank 10 wieder zugeführt. Aufgrund des Gesetzes
der kommunizierenden Röhren ist das Meßrohr 24 bis zum
Flüssigkeitsspiegel 20 mit Kraftstoff gefüllt. An den beiden
Meßeingängen 211 und 212 steht der gleiche hydrostatische
Druck der Kraftstoffmenge 28 im Kraftstofftank 10 an. Das
für die Nullpunktabweichung charakteristische Ausgangssignal
U 0 des Differenzdrucksensors 21 wird in der Steuer- und
Auswerteeinheit 22 gespeichert.
Mit laufendem Fahrzeugmotor findet eine
Kraftstoffzirkulation statt, wobei der über die
Kraftstoffrücklaufleitung 17 dem Gehäuse 12 wieder
zulaufende Kraftstoff zunächst in das Meßrohr 24 fließt.
Durch den wie vorstehend beschrieben bemessenen Querschnitt
der Drossel 32 steigt das Kraftstoffniveau im Meßrohr 24 an,
bis die Überlauföffnung 30 erreicht ist und der Kraftstoff
über diese der Kraftstoffmenge 28 zufließt. Das Meßrohr 24
ist also stets bis zur Überlauföffnung 30 mit Kraftstoff
gefüllt. Die Überlauföffnung 30 befindet sich in einem
festen Abstand l 0 vom Gehäuseboden 121. Der
Differenzdrucksensor 21 ist nunmehr einmal dem
hydrostatischen Druck der Flüssigkeitsmenge 28 mit der
Füllhöhe h und andererseits dem hydrostatischen Druck der
Kraftstoffsäule mit der Höhe l 0 im Meßrohr 24 ausgesetzt.
Sein Ausgangssignal ist damit proportional der Differenz
dieser beiden hydrostatischen Drücke. Das Ausgangssignal
u(t) des Differenzdrucksensors 21 wird der Steuer- und
Auswerteeinheit 22 zugeführt, die daraus das Ausgangssignal
h(t) gemäß
berechnet. g ist wiederum die Fallgeschwindigkeit und ρ die
Dichte des Kraftstoffs. U 0 ist der die Nullpunktdrift
kennzeichnende abgespeicherte Wert des Ausgangssignals des
Differenzdrucksensors 21 bei abgestelltem Fahrzeugmotor. Das
Füllstandssignal h(t) der Steuer- und Auswerteeinheit 22
wird in der Anzeigeeinheit 23 dargestellt und kann
kontinuierlich abgelesen werden.
Will man den Nullpunktabgleich des Differenzdrucksensors 21
unabhängig vom Abstellen des Fahrzeugmotors und der damit
unterbundenen Kraftstoffzirkulation durchführen, so kann
anstelle der Drossel 30 ein Ventil vorgesehen werden, dessen
Querschnitt veränderbar ist. Die Steuerung des Ventils
erfolgt über die Steuer- und Auswerteeinheit 22. Für den
Nullpunktabgleich des Differenzdrucksensors 21, d.h. der
Speicherung des Ausgangssignals U 0 des Differenzdrucksensors
21 bei geflutetem Meßrohr 24, wird der Querschnitt des
Ventils soweit aufgesteuert, daß die Flüssigkeitsmenge, die
über die Ausflußöffnung 31 pro Zeiteinheit aus dem Meßrohr
24 theoretisch abzufließen vermag größer ist als die über
den Rücklaufstutzen 19 dem Meßrohr 24 zufließende
Flüssigkeitsmenge. Bei dieser Bemessung des
Ventilquerschnitts wird das Kraftstoffniveau im Meßrohr sich
auf den Flüssigkeitsspiegel 20 einstellen, so daß an beiden
Meßeingängen 211, 212 des Differenzdrucksensors 21 der
gleiche hydrostatische Druck liegt. Nachdem nunmehr das
Ausgangssignal U 0 des Differenzdrucksensors 21 in der
Steuer- und Auswerteeinheit 21 abgespeichert ist, wird das
Ventil so angesteuert, daß sein Durchflußquerschnitt wie die
Drossel 32 in Fig. 4 bemessen ist, damit pro Zeiteinheit die
über den Rücklaufstutzen 19 in das Meßrohr 24 zufließende
Kraftstoffmenge größer ist als die über das Ventil in der
gleichen Zeiteinheit aus dem Meßrohr 24 ausfließende
Kraftstoffmenge.
Claims (9)
1. Flüssigkeitsbehälter mit hydrostatischem
Füllstandsmesser, insbesondere Kraftstofftank mit
Tankstandsgeber, der einen Differenzdrucksensor und eine
aus dessen elektrischen Ausgangssignalen den momentanen
Füllstand bestimmende Auswerteeinheit aufweist, dadurch
gekennzeichnet, daß im Behälterinnern ein stirnseitig
offenes, von oberhalb der maximalen Flüssigkeitshöhe
(20′) bis zum Behälterboden (121) reichendes,
durchmesserkleines Meßrohr (24) angeordnet ist, daß der
Differenzdrucksensor (21) mit seinem einen Meßeingang
(211) an dem oberen Ende des Meßrohrs (24) angeschlossen
und mit seinem anderen Meßeingang (212) dem auf dem
Flüssigkeitsspiegel wirkenden Luftdruck (p 0) ausgesetzt
ist, daß an dem oberen Ende des Meßrohrs (24) eine
Luftpumpe (26) angeschlossen ist, die zur
Füllstandsmessung das bei Meßbeginn geflutete, d.h. bis
zum Flüssigkeitsspiegel (20) flüssigkeitsgefüllte,
Meßrohr (24) durch Lufteinpumpen entleert, und daß die
Füllstandsbestimmung in der Auswerteeinheit (22) aus der
Differenz der Ausgangssignale (u(t), U 0) des
Differenzdrucksensors (21) bei entleertem und geflutetem
Meßrohr (24) erfolgt.
2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in
Reihe mit der Luftpumpe (26) ein Absperrventil (27)
angeordnet ist, das zum Fluten des Meßrohrs (24)
geöffnet und nach Entleeren des Meßrohrs (24)
geschlossen wird, und daß das dem entleerten Meßrohr
(24) zugeordnete Ausgangssignal (u(t)) des
Differenzdrucksensors (21 erst nach Schließen des
Absperrventils (27) abgenommen ist.
3. Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Meßrohr (24) an seinem unteren Ende über eine kleine
Axialerstreckung eine Aufweitung (25) aufweist, deren
Durchmesser so groß gewählt ist, daß das Volumen der
Aufweitung (25) groß gegenüber dem Volumen des Meßrohrs
(24) ist.
4. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in
der Auswerteeinheit (22) der zeitliche Verlauf des
Ausgangssignals des Differenzdrucksensors (21) überwacht
und bei Erkennen einer zeitlich im wesentlichen
konstanten Amplitude ein Steuersignal für die Luftpumpe
(26) generiert wird, daß eine Steuereinheit (22) zur
Steuerung der Pumpenleistung vorgesehen ist, die
aufgrund des Steuersignals die Pumpenleistung soweit
reduziert, daß Flüssigkeit gerade nicht in das entleerte
Meßrohr (24) einzudringen vermag, und daß das dem im
entleerten Meßrohr (24) zugeordnete Ausgangssignal
(u(t)) des Differenzdrucksensors (21) erst nach
Rücknahme der Pumpenleistung abgenommen ist.
5. Behälter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Entleerung des Meßrohrs (24) nur einmal zu
Beginn eines längeren Zeitraums nach einmaliger Abnahme
und Speicherung des Ausgangssignals (U 0) des
Differenzdrucksensors (21) (Nullabgleichswert) bei
geflutetem Meßrohr (24) vorgenommen und der Füllstand
(h(t)) kontinuierlich aus dem um den Nullabgleichswert
(U 0) reduzierten zeitkontinuierlichen Ausgangssignal
(u(t)) des Differenzdrucksensors (21) abgeleitet wird.
6. Behälter nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Differenzdrucksensor (21) und
die Luftpumpe (26), einschließlich des ggf. in Reihe
liegenden Absperrventils (27), im Behälterinnern oberhalb
der maximalen Flüssigkeitshöhe (20′) angeordnet sind.
7. Behälter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, in
welchem über einen Flüssigkeitsablauf und einem
Flüssigkeitsrücklauf eine Flüssigkeitszirkulation
stattfindet, dadurch gekennzeichnet, daß im
Behälterinnern ein stirnseitig offenes, von oberhalb der
maximalen Flüssigkeitshöhe (20′) bis zum Behälterboden
(121) reichendes Meßrohr (24) angeordnet und mit seinem
oberen Ende an den Flüssigkeitsrücklauf (17, 19)
angeschlossen ist, daß der Differenzdrucksensor (21) mit
seinem einen Meßeingang (212) mit dem unteren Ende des
Meßrohrs (24) verbunden und mit seinem anderen
Meßeingang (211) dem Flüssigkeitsdruck am Behälterboden
(121) ausgesetzt ist, daß am unteren Ende des Meßrohrs
(24) eine Ausflußöffnung (31), der eine Drossel (32)
oder ein Ventil mit steuerbarem Querschnitt zugeordnet
ist, und am oberen Ende des Meßrohrs (24) eine
Überlauföffnung (30) vorgesehen ist und daß die
Füllstandsbestimmung in der Auswerteeinheit (22) aus der
Differenz der Ausgangssignale (u(t), U 0) des
Differenzdrucksensors (21) bei bis zur Überlauföffnung
(30) flüssigkeitsgefülltem Meßrohr (24) und bei
geflutetem, d.h. bis zum Flüssigkeitsspiegel (20)
flüssigkeitsgefülltem, Meßrohr (24) erfolgt.
8. Behälter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
der Öffnungsquerschnitt der Drossel (32) bzw. des
steuerbaren Ventils so bemessen ist, daß bei
Flüssigkeitszirkulation die pro Zeiteinheit über den
Flüssigkeitsrücklauf (17, 19) dem Meßrohr (24)
zufließende Flüssigkeitsmenge größer ist als die aus der
Ausflußöffnung (31) aus dem Meßrohr (24) ausfließende
Flüssigkeitsmenge, und daß zur Gewinnung des
Ausgangssignals (U 0) des Differenzdrucksensors (21) bei
geflutetem Meßrohr (24) die Flüssigkeitszirkulation
vorübergehend unterbunden oder der Querschnitt des
steuerbaren Ventils soweit vergrößert wird, daß die
Flüssigkeitsmenge, die über die Ausflußöffnung (31) pro
Zeiteinheit aus dem Meßrohr (24) theoretisch abzufließen
vermag, größer ist als die über den Flüssigkeitsrücklauf
(17, 19) dem Meßrohr (24) zufließende Flüssigkeitsmenge.
9. Behälter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die Unterbindung der Flüssigkeitszirkulation bzw. die
Aufsteuerung des Ventilquerschnitts nur einmal zu Beginn
eines längeren Zeitraums durchgeführt und das
Ausgangssignal (U 0) des Differenzdrucksensors (21)
(Nullabgleichswert) abgenommen und gespeichert wird, und
daß der Füllstand (h(t)) kontinuierlich bei
stattfindender Flüssigkeitszirkulation und wirksamer
Drossel (32) bzw. wieder verkleinertem
Öffnungsquerschnitt des steuerbaren Ventils aus dem um
den Nullabgleichswert (U 0) reduzierten
zeitkontinuierlichen Ausgangssignal (u(t)) des
Differenzdrucksensors (21) abgeleitet wird.
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