DE4016970A1

DE4016970A1 - Container liquid level measurement - using electrothermal sensor with sensor resistance subjected to constant voltage at intervals, measurement of time

Info

Publication number: DE4016970A1
Application number: DE19904016970
Authority: DE
Inventors: Henry Strobel; Klaus Wiese
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Mannesmann VDO AG
Priority date: 1990-05-25
Filing date: 1990-05-25
Publication date: 1991-11-28

Abstract

The method measures the level of a liquid in a container using an electrothermal sensor with a sensor resistance (RM) which is subjected to a constant electrical current at defined time points. The time is measured for the voltage across the resistance to rise by a defined voltage difference. the voltage difference is selected according to the initial temp. of the resistance. USE/ADVANTAGE Enables level of liquid in container to be measured simply and with compensation for temp. variations.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Flüssigkeits-Füllstandes in einem Flüssigkeitsbehälter mit Hilfe eines einen Sensorwiderstand aufweisenden elektrothermischen Sensors, dessen Sensorwiderstand zu vorbestimmten Zeitpunkten mit einem konstanten elek trischen Strom beaufschlagt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Schaltungsanordnung mit einem einen Sen sorwiderstand aufweisenden elektrothermischen Sensor, einer Konstantstromquelle, einem Schalter zum Verbinden von Konstantstromquelle und Sensorwiderstand, einem Abtast- und Halteglied zum Speichern eines Anfangswerts der Spannung über den Sensorwiderstand zum Zeitpunkt des Einschaltens des Schalters, einem Komparator und einer Steuereinrichtung. The invention relates to a method for determining a Liquid level in a liquid container with the help of a sensor resistor electrothermal sensor, its sensor resistance at predetermined times with a constant elec electric current is applied. Furthermore, the Invention a circuit arrangement with a Sen electrothermal sensor with sensor resistance, a constant current source, a switch to connect of constant current source and sensor resistance, one Sample and hold element for storing an initial value the voltage across the sensor resistance at the time switching on the switch, a comparator and a control device.

Bei einem bekannten Verfahren und einer bekannten Schal tungsanordnung dieser Art (EP 1 39 874 A1) wird der Sen sorwiderstand während einer Aufheizzeit zu Beginn einer Abtastperiode beheizt. Die Spannung über den Sensorwider stand am Beginn der Abtastperiode, d. h. die Anfangsspan nung, wird gemessen und gespeichert. Am Ende der Aufheiz periode wird die Spannung über den Sensorwiderstand, d. h. die Endspannung, erneut gemessen. Durch Division der Endspannung durch die Anfangsspannung wird eine der Füllhöhe eines den Widerstandsfühler umgebenden Mediums proportionale Größe gebildet, aus der die Füll höhe ermittelt werden kann.In a known method and a known scarf This type of arrangement (EP 1 39 874 A1) is the Sen resistance during a heating up period at the beginning of a Heated sampling period. The voltage across the sensor stood at the beginning of the sampling period, i. H. the initial chip measurement, is measured and saved. At the end of the heating period is the voltage across the sensor resistance, d. H. the final tension, measured again. By division the final tension by the initial tension becomes a the level of a surrounding the resistance sensor Medium formed proportional size from which the fill height can be determined.

Die Füllstandsmessung geht dabei von folgendem Prinzip aus: Der Wert des Sensorwiderstandes ist, wie praktisch alle Ohmschen Widerstände, temperaturabhängig. Durch den Stromfluß durch den Sensorwiderstand erfolgt eine Wärmezufuhr in den Sensorwiderstand, die zu einer Tempe raturerhöhung führt. Die Temperaturerhöhung ist anderer seits aber auch abhängig von der Wärmeabfuhr von dem Widerstand weg. Die Wärmeabfuhr wiederum ist abhängig von dem den Sensorwiderstand umgebenden Medium. Die Wärmeabfuhr durch eine Flüssigkeit ist größer als die Wärmeabfuhr durch beispielsweise Luft. Ein vollständig in die Flüssigkeit eingetauchter Sensorwiderstand wird sich daher bei gleichem Stromfluß nur in geringerem Maße aufheizen als ein vollständig in Luft befindlicher. Die Aufheizcharakteristik, d. h. der Verlauf der Tempera turerhöhung bei ansonsten konstantem Stromfluß wird sich zwischen diesen beiden Extrempositionen bewegen, wenn der Sensorwiderstand teilweise in die Flüssigkeit eingetaucht ist und teilweise von Luft umgeben ist. The level measurement is based on the following principle off: The value of the sensor resistance is how practical all ohmic resistances, temperature-dependent. By the current flows through the sensor resistor Heat input into the sensor resistor leading to a tempe rature increase leads. The temperature increase is different but also depending on the heat dissipation from the Resistance away. The heat dissipation is dependent of the medium surrounding the sensor resistor. The Heat dissipation through a liquid is greater than that Heat dissipation through air, for example. A completely sensor resistance immersed in the liquid therefore only in a smaller amount with the same current flow Heat up dimensions as a completely airborne one. The heating characteristic, i.e. H. the course of the tempera door increase with an otherwise constant current flow move between these two extreme positions, if the sensor resistance is partially in the liquid is immersed and partially surrounded by air.

Nachteilig bei der bekannten Anordnung ist, daß relativ genaue Spannungsmessungen durchgeführt werden müssen. Da zwei Spannungswerte durcheinander diviert werden, addieren sich die Fehler der beiden Spannungsmessungen. Das Verfahren und die Schaltungsanordnung müssen demnach relativ aufwendig realisiert werden.A disadvantage of the known arrangement is that relative accurate voltage measurements must be made. Since two voltage values are divided by each other, the errors of the two voltage measurements add up. The method and the circuit arrangement must accordingly can be realized relatively complex.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung anzugeben, mit denen der Flüssigkeits-Füllstand in einem Flüssigkeitsbehälter auf einfache Art und Weise ermittelt werden kann.The invention has for its object a method and specify a circuit arrangement with which the Liquid level in a liquid container can be determined in a simple manner.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Zeitdauer gemessen wird, in der die Spannung über den Widerstand um eine vorbestimmte Spannungsdifferenz ansteigt.This task is initiated in a procedure mentioned type in that the duration measured in which the voltage across the resistor is one predetermined voltage difference increases.

Die Spannungswerte müssen hier nicht mehr ermittelt werden. Es reicht aus, beispielsweise durch eine Ver gleichsmessung festzustellen, ob die Spannung über den Sensorwiderstand um die vorbestimmte Spannungsdifferenz angestiegen ist. Dies läßt sich beispielsweise mit Kom paratoren, die auf den entsprechenden Wert eingestellt sind, relativ genau feststellen. Als Meßgröße dient hier die Zeit. Zeitgeber mit einer sehr hohen Auflösung sind aber mittlerweile relativ preiswert zu haben, so daß hier auf einfache Art und Weise eine Meßgröße ermit telt werden kann die einen dem Füllstand entsprechenden Wert darstellt. Darüber hinaus sind ohnehin in vielen Anwendungen bereits Zeitgeber vorhanden, so daß in der Regel ein zusätzliches Bauelement entfällt. The voltage values no longer have to be determined here will. It is sufficient, for example through a ver equal measurement to determine whether the voltage across the Sensor resistance by the predetermined voltage difference has risen. This can be done with Com parators set to the appropriate value are relatively accurate. Serves as a measurand here the time. Very high resolution timer but are now relatively inexpensive, so that a measured variable can be determined here in a simple manner The one that corresponds to the level can be allocated Represents value. In addition, many are in any case Applications already have timers, so that in the An additional component is usually not required.

Mit Vorteil wird die Spannungsdifferenz abhängig von der Anfangstemperatur des Widerstandes gewählt. Der Temperaturanstieg des Sensorwiderstands ist nämlich auch abhängig von der Temperatur der Umgebungsluft und der zu messenden Flüssigkeit. Bei einer höheren Tempera tur wird der Temperaturanstieg schneller erfolgen, da der Wärmestrom, der durch die umgebende Luft und die umgebende Flüssigkeit abgeführt werden kann, kleiner ist. Umgekehrt wird die Temperatur bei ansonsten gleicher Füllstandshöhe langsamer ansteigen, wenn die umgebende Luft und die umgebende Flüssigkeit kälter sind. Um die Temperatureinflüsse zu kompensieren, kann man die Span nungsdifferenz abhängig von der Anfangstemperatur machen. Es ist hervorzuheben, daß eine Kenntnis des Spannungs werts zu Beginn der Messung nicht erforderlich ist.The voltage difference is advantageously dependent on selected the initial temperature of the resistor. The The temperature rise of the sensor resistance is namely also depending on the temperature of the ambient air and the liquid to be measured. At a higher tempera The temperature rise will take place faster because the heat flow through the surrounding air and the surrounding liquid can be drained, smaller is. Conversely, the temperature is otherwise the same Fill level rise more slowly when the surrounding Air and the surrounding liquid are colder. To the To compensate for temperature influences, you can use the span Make the voltage difference dependent on the initial temperature. It should be emphasized that a knowledge of the tension value at the start of the measurement is not required.

Die Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der ein gangs genannten Art dadurch gelöst, daß an einem Eingang des Komparators die Ausgangsspannung des Abtast- und Halteglieds anliegt, am anderen Eingang des Komparators eine von der Spannung über den Sensorwiderstand abhängige Spannung anliegt und die Steuereinrichtung eine Zeitmeß einrichtung aufweist, die die Zeit vom Einschalten des Schalters bis zu dem Zeitpunkt mißt, an dem der Kompara tor die Gleichheit seiner Eingänge feststellt.The task is in a circuit arrangement of a gangs mentioned solved in that at an entrance of the comparator, the output voltage of the sampling and Holding member is present at the other input of the comparator one dependent on the voltage across the sensor resistance Voltage is present and the control device a time measurement has device that the time from turning on the To the point at which the Kompara gate determines the equality of its inputs.

Die Steuereinrichtung enthält also eine Information, wann der Schalter schließt, d.h. wann der Stromfluß und damit das Aufheizen beginnt. Die Spannung, die in diesem Augenblick festgestellt wird, d. h. die Anfangs spannung, wird durch das Abtast- und Halteglied gespei chert. Sie steht dem Komparator als eine Eingangsgröße zur Verfügung. Am anderen Eingang des Komparators liegt eine Spannung an, die von der Spannung über den Sensor widerstand abhängig ist. Sie kann beispielsweise im gleichen Verhältnis wie die Spannung am Sensorwiderstand ansteigen. Sie kann aber auch gegenläufig zum Spannungs anstieg am Komparator abfallen. Natürlich muß sich die Spannung am Komparator um einen gewissen Wert von der Spannung am Sensorwiderstand unterscheiden, da ansonsten der Komparator nach einem Spannungsanstieg über den Sensorwiderstand niemals die Gleichheit seiner beiden Eingänge feststellen könnte. Da sich jedoch die Spannung über den Sensorwiderstand und die Eingangsspannung am Komparator voneinander unterscheiden, ist zu einem be stimmten Zeitpunkt die Spannung über den Sensorwiderstand soweit angestiegen, daß die Spannung an dem Komparator eingang genau der Anfangsspannung entspricht. Zu diesem Zeitpunkt erzeugt der Komparator ein Ausgangssignal, das an die Steuereinrichtung weitergegeben wird. Die Steuereinrichtung muß lediglich die Zeit ermitteln, die zwischen dem Einschalten des Schalters und dem Um schalten des Komparators verstrichen ist, um einen der Füllstandshöhe proportionalen Wert ausgeben zu können. Die Spannungen als solche sind dabei unerheblich.The control device thus contains information when the switch closes, i.e. when the current flow and for the heating to start. The tension in at that moment, d. H. the beginning voltage is fed by the sample and hold member chert. It is available to the comparator as an input variable to disposal. Is at the other input of the comparator a voltage on by the voltage across the sensor resistance is dependent. For example, in same ratio as the voltage at the sensor resistor increase. But it can also counteract the tension increase on the comparator. Of course it has to Voltage at the comparator by a certain value from the Differentiate voltage at sensor resistor, otherwise the comparator after a voltage rise across the Sensor resistance never the equality of its two Could find inputs. However, since the tension via the sensor resistance and the input voltage on Differentiate comparator from one another to be the voltage across the sensor resistance was correct so far that the voltage at the comparator input corresponds exactly to the initial voltage. To this Point in time the comparator generates an output signal which is passed on to the control device. The Control device only has to determine the time between switching on the switch and the order switching of the comparator has elapsed to one of the Level value proportional value. The tensions as such are irrelevant.

Mit Vorteil ist zwischen Sensorwiderstand und Komparator ein Widerstandsnetzwerk angeordnet. Dieses Widerstands netzwerk führt dazu, daß am Komparator ein kleinerer Spannungswert anliegt als über den Sensorwiderstand. Die Spannungsdifferenz zwischen der Spannung über den Sensorwiderstand und der Spannung am Komparator ist über das Widerstandsnetzwerk sehr genau einzustellen.The advantage is between the sensor resistor and the comparator a resistor network is arranged. This resistance network leads to a smaller one at the comparator Voltage value is present as across the sensor resistance. The voltage difference between the voltage across the Sensor resistance and the voltage at the comparator set very precisely via the resistor network.

Bevorzugterweise ist zwischen dem Sensorwiderstand und dem Komparator ein Spannungsteiler angeordnet, wobei am Eingang des Komparators eine niedrigere Spannung als über den Sensorwiderstand anliegt. Mit dem Spannungs teiler läßt sich also die Spannungsdifferenz, die zur Ermittlung der Aufheizzeit verwendet wird, einstellen. Zusätzlich hat der Spannungsteiler den Vorteil, daß damit die Spannungsdifferenz abhängig vom Wert der Aus gangsspannung gemacht werden kann. Wie oben ausgeführt, ist der Wert der Spannung über den Sensorwiderstand abhängig von der Umgebungstemperatur. Mit dem Spannungs teiler läßt sich in gleichem Maße die Spannungsdifferenz abhängig von der Umgebungstemperatur machen. Die Steuer einrichtung ermittelt also in weiten Grenzen unabhängig von der Temperatur die korrekte Füllstandshöhe.Is preferably between the sensor resistance and the comparator a voltage divider arranged, wherein a lower voltage at the input of the comparator than is present via the sensor resistance. With the tension divider can be the voltage difference to Determine the heating time used. In addition, the voltage divider has the advantage that thus the voltage difference depends on the value of the off output voltage can be made. As stated above is the value of the voltage across the sensor resistance depending on the ambient temperature. With the tension the voltage difference can be divided to the same extent depending on the ambient temperature. The tax So the facility determines independently within wide limits the correct level from the temperature.

Mit Vorteil weist das Abtast- und Halteglied einen Kon densator und einen Abtastschalter auf. Der Abtastschalter wird zu Beginn der Füllstandsmessung kurzzeitig geschlos sen. Der Kondensator wird dann auf die Anfangsspannung aufgeladen. Da der Abtastschalter daraufhin wieder ge öffnet wird, kann sich der Kondensator nicht entladen. Seine Spannung liegt an dem anderen Eingang des Kompara tors an und dient dazu, einen Grenzwert für die Span nungsdifferenz festzulegen.The sample and hold member advantageously has a con capacitor and a sampling switch. The sampling switch is closed briefly at the beginning of the level measurement sen. The capacitor will then go to the initial voltage charged. Since the sampling switch then again ge opens, the capacitor cannot discharge. Its tension lies at the other entrance of the Kompara tors and serves to set a limit for the span difference.

Mit Vorteil erzeugt der Komparator ein Signal, das den Stromfluß durch den Sensorwiderstand unterbricht, sobald an seinen Eingängen die gleichen Spannungen anliegen. Die Aufheizzeit des Sensorwiderstands wird also auf das unbedingt Notwendige beschränkt. Dies hat den Vor teil, daß die Messungen in kurzen Abständen durchgeführt werden können, ohne daß die Gefahr besteht, daß sich die Temperatur der Flüssigkeit bzw. der umgebenden Luft unnötig erhöht. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn der Flüssigkeitsstand einer leicht entzündlichen Flüssigkeit ermittelt werden soll, beispielsweise im Tank eines Kraftfahrzeugs. Trotz einer in kurzen Abstän den wiederholbaren Messung kann mit dem bevorzugten Ausführungsbeispiel gewährleistet werden, daß die Tempe ratur praktisch nicht ansteigt.The comparator advantageously generates a signal that corresponds to the Current flow through the sensor resistor stops as soon as the same voltages are present at its inputs. The heating-up time of the sensor resistor is therefore up limited the absolutely necessary. This has the intent partly that the measurements are carried out at short intervals can be without the risk that the temperature of the liquid or the surrounding air increased unnecessarily. This is particularly important if the fluid level is a highly flammable Liquid should be determined, for example in Tank of a motor vehicle. Despite one in short intervals The repeatable measurement can be made with the preferred Embodiment can be ensured that the tempe practically does not increase.

Bevorzugterweise weist die Steuereinrichtung einen Mikro controller auf, der mit Hilfe der gemessenen Zeit den Füllstand ermittelt. Ein Mikrocontroller ist ein Bauteil, der integriert eine Verarbeitungseinheit, einen Fest wertspeicher, einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff, Ein- und Ausgangseinheiten und Treiberstufen enthält. Der Mikrocontroller kann mit Hilfe von Tabellen, die in einem Speicher abgespeichert sind, Füllstandshöhen ermitteln, wenn er die zugehörige Zeitdauer der Aufheiz zeit ermittelt hat.The control device preferably has a microphone controller that uses the measured time to set the Level determined. A microcontroller is a component which integrates a processing unit, a festival value memory, a random access memory, Contains input and output units and driver stages. The microcontroller can use tables that are stored in a memory, fill levels determine if he the associated duration of the heating time has determined.

Dazu ist vorteilhafterweise der Ausgang des Komparators mit einem Eingang der Steuereinrichtung verbunden. Das Umschaltsignal des Komparators erreicht somit die Steuer einrichtung unmittelbar ohne zeitliche Verzögerung und ohne Verfälschungen. Der Komparator kann deswegen an die Steuereinrichtung ein Signal mit einer relativ stei len Flanke weitergeben, so daß sich in die Zeitmessung praktisch keine Fehler einschleichen können.For this purpose, the output of the comparator is advantageously connected to an input of the control device. The Switchover signal from the comparator thus reaches the control set up immediately without delay and without adulteration. The comparator can therefore the control device receives a signal with a relatively steep pass on the flank so that the time measurement practically no mistakes can creep in.

Bevorzugterweise betätigt die Steuereinrichtung den Schalter und den Abtastschalter. Die Steuereinrichtung übernimmt damit auch die Ablaufsteuerung.The control device preferably actuates the Switch and the sample switch. The control device thus also takes over the process control.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorge sehen, daß der Ausgang des Komparators eine Schaltein richtung betätigt, die in Reihe mit dem Sensorwiderstand und Masse liegt, daß in Reihe mit der Konstantstromquelle und dem Sensorwiderstand eine Stromerfassungseinrichtung angeordnet ist, das feststellt, ob Strom fließt, und diese Information an die Steuereinrichtung weitergibt, und daß der Abtastschalter von einer durch den Strom aus der Konstantstromquelle erzeugten Spannung betätigbar ist. Diese Anordnung erlaubt, die "Intelligenz", d. h. die Steuereinrichtung, vom Sensorwiderstand räumlich entfernt anzuordnen, ohne daß eine große Anzahl von Leitungen notwendig sind, um die beiden Teile miteinander zu verbinden. Genauer gesagt reicht es aus, die Steuer einrichtung und den Sensorwiderstand mit einer einzigen Leitung zu verbinden, wenn Sensorwiderstand und Steuer einrichtung mit einer gemeinsamen Masse verbunden sind, wie dies beispielsweise im Kraftfahrzeug in der Regel der Fall ist. Die Steuereinrichtung ermittelt hierbei lediglich die Zeit, in der ein Strom fließt. Der Strom fluß wiederum wird gesteuert durch das Ausgangssignal des Komparators. Das Ausgangssignal des Komparators steuert nämlich eine Schalteinrichtung, die den Stromfluß durch den Sensorwiderstand unterbrechen oder freigeben kann.In a further preferred embodiment, it is provided see that the output of the comparator is a switch direction actuated in series with the sensor resistor and ground that is in series with the constant current source and the sensor resistor a current detection device is arranged, which determines whether current flows, and passes this information on to the control device, and that the sampling switch by one by the current Voltage generated from the constant current source can be actuated is. This arrangement allows the "intelligence", i.e. H. the control device, spatially from the sensor resistance to be arranged remotely without a large number of Lines are necessary to connect the two parts together connect to. More precisely, the tax is enough device and the sensor resistance with a single Connect wire if sensor resistance and control device are connected to a common ground, as is usually the case, for example, in motor vehicles the case is. The control device determines just the time a current flows. The stream flow is in turn controlled by the output signal of the comparator. The output signal of the comparator namely controls a switching device that the current flow interrupt or enable by the sensor resistance can.

Dabei ist bevorzugt, daß der Abtastschalter mit Hilfe einer Verzögerungseinrichtung länger geschlossen bleibt als die Schalteinrichtung zum Durchschalten benötigt. Damit wird auf einfache Art und Weise ein Anfangszustand hergestellt, der den Stromfluß ermöglicht.It is preferred that the sampling switch using a delay device remains closed longer than the switching device needed for switching. This easily becomes an initial state manufactured that allows the current to flow.

Dabei ist bevorzugt, daß die Verzögerungseinrichtung durch einen Kondensator gebildet ist.It is preferred that the delay device is formed by a capacitor.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:The invention is based on preferred in the following Embodiments in connection with the drawing described. In it show:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform, Fig. 1 a first embodiment,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform, Fig. 2 shows a second embodiment,

Fig. 3a und 3b Zeitverläufe für verschiedene Füllstands höhen. Fig. Heights 3a and 3b time curves for different level.

Die Ausführungsform nach Fig. 1 weist eine Konstantstrom quelle 1 auf, die von einer Spannung U versorgt ist. Die Spannung U versorgt ebenfalls eine durch einen Mikro controller gebildete Steuereinrichtung 2. In Reihe mit der Konstantstromquelle 1 liegt ein Schalter S1 und ein Sensorwiderstand RM. Der Sensorwiderstand RM ist mit Masse verbunden. Der Sensorwiderstand RM kann bei spielsweise als Widerstandsdraht oder Widerstandsfolie ausgebildet sein. Wenn der Schalter S1 geschlossen wird, fließt Strom von der Konstantstromquelle 1 durch den Sensorwiderstand RM und heizt diesen auf. Damit verändert sich der Widerstandswert des Sensorwiderstands RM. Am Beginn der Bestromung, d. h. am Beginn der Aufheizzeit, ist die Spannung niedriger als am Ende. Die Spannung über den Sensorwiderstand RM wird einerseits über einen Schalter S2 an einen Kondensator C weitergegeben, der mit seinem anderen Ende mit Masse verbunden ist. Wenn der Schalter S2 geschlossen ist, wird der Kondensator C auf die über den Sensorwiderstand RM abfallende Spannung aufgeladen. Der Abgriff zwischen Schalter S1 und Sensor widerstand RM ist ebenfalls mit einem aus zwei Widerstän den R2 und R1 gebildeten Spannungsteiler 4 verbunden. The embodiment of FIG. 1 has a constant current source 1 , which is supplied by a voltage U. The voltage U also supplies a control device 2 formed by a micro controller. In series with the constant current source 1 there is a switch S 1 and a sensor resistor RM. The sensor resistor RM is connected to ground. The sensor resistor RM can, for example, be designed as a resistance wire or a resistance foil. When the switch S 1 is closed, current flows from the constant current source 1 through the sensor resistor RM and heats it up. This changes the resistance value of the sensor resistance RM. At the beginning of the energization, ie at the beginning of the heating-up time, the voltage is lower than at the end. The voltage across the sensor resistor RM is passed on the one hand via a switch S 2 to a capacitor C which is connected at its other end to ground. When the switch S 2 is closed, the capacitor C is charged to the voltage drop across the sensor resistor RM. The tap between switch S 1 and sensor resistance RM is also connected to a voltage divider 4 formed from two resistors R 2 and R 1 .

Der mit dem Schalter S2 verbundene Anschluß des Kondensa tors C ist mit dem nicht-invertierenden Eingang + eines Komparators 3 verbunden. Der Abgriff zwischen den beiden Widerständen R2 und R1 des Spannungsteilers 4 ist mit dem invertierenden Eingang - des Komparators 3 verbunden. Der Komparator schaltet durch, d. h. er erzeugt beispiels weise ein positives Signal an seinem Ausgang, sobald die beiden an den beiden Eingängen + und - anliegenden Spannungen gleich sind. Der Ausgang des Komparators 3 ist mit einem Eingang der Steuereinrichtung 2 verbunden.The connection of the switch S 2 of the capacitor C is connected to the non-inverting input + of a comparator 3 . The tap between the two resistors R 2 and R 1 of the voltage divider 4 is connected to the inverting input - of the comparator 3 . The comparator switches through, ie it generates, for example, a positive signal at its output as soon as the two voltages at the two inputs + and - are equal. The output of the comparator 3 is connected to an input of the control device 2 .

Die Steuereinrichtung 2 betätigt den Schalter S1 und den Abtastschalter S2. Zu Beginn einer Meßperiode werden die beiden Schalter S1 und S2 geschlossen. Über den Sensorwiderstand RM fällt eine Spannung ab. Über den geschlossenen Abtastschalter S2 wird der Kondensator C auf genau den gleichen Wert aufgeladen. Daraufhin wird der Abtastschalter S2 durch die Steuereinrichtung 2 wieder geöffnet. Am nicht-invertierenden Eingang + des Komparators 3 liegt somit die Anfangsspannung über dem Sensorwiderstand RM an. Am invertierenden Eingang - des Komparators 3 liegt eine der Spannung über den Sen sorwiderstand RM proportionale, aber durch den Spannungs teiler 4 verminderte Spannung an.The control device 2 actuates the switch S 1 and the sampling switch S 2 . At the beginning of a measurement period, the two switches S 1 and S 2 are closed. A voltage drops across the sensor resistor RM. The capacitor C is charged to exactly the same value via the closed sampling switch S 2 . Then, the sampling switch S 2 is opened by the control device 2 again. The initial voltage across the sensor resistor RM is thus present at the non-inverting input + of the comparator 3 . At the inverting input - of the comparator 3 there is a voltage proportional to the voltage across the sensor resistor RM, but reduced by the voltage divider 4 .

Durch den Stromfluß von der Konstantstromquelle 1 wird der Widerstand RM aufgeheizt. Sein Widerstandswert und damit die über ihn abfallende Spannung steigt. Gleich zeitig steigt die Spannung am Abgriff zwischen den beiden Widerständen R2 und Rl des Spannungsteilers 4 und damit die Spannung am invertierenden Eingang - des Komparators 3. Zu einem bestimmten Zeitpunkt ist die Spannung am Sensorwiderstand RM um eine Spannungsdifferenz dU ange stiegen, die genau dem Spannungsabfall über den Wider stand R2 dea Spannungsteilers 4 entspricht. Die Spannung über den Widerstand R1 entspricht damit der im Kondensa tor C gespeicherten Anfangsspannung. Der Komparator 3 stellt die Gleichheit seiner Eingänge fest und schaltet um bzw. gibt ein Signal aus.The resistance RM is heated by the current flow from the constant current source 1 . Its resistance value and thus the voltage drop across it increases. At the same time, the voltage at the tap between the two resistors R 2 and Rl of the voltage divider 4 and thus the voltage at the inverting input - of the comparator 3 . At a certain point in time, the voltage across the sensor resistor RM rose by a voltage difference dU, which corresponded exactly to the voltage drop across the resistor R 2 dea voltage divider 4 . The voltage across resistor R 1 thus corresponds to the initial voltage stored in capacitor C. The comparator 3 determines the equality of its inputs and switches over or outputs a signal.

Die Steuereinrichtung hat die Zeit festgehalten, die zwischen dem Einschalten des Schalters S1 und dem Um schalten des Komparators 3 verstrichen ist. Diese Zeit differenz ist ein Maß für die Füllstandshöhe. Die Steuer einrichtung kann einen zu der entsprechenden Zeitdiffe renz gehörigen Wert beispielsweise aus einer in einem Speicher der Steuereinrichtung abgelegten Tabelle ent nehmen und ausgeben.The control device has recorded the time that has passed between the switching on of the switch S 1 and the switching of the comparator 3 . This time difference is a measure of the level. The control device can extract and output a value belonging to the corresponding time difference, for example from a table stored in a memory of the control device.

Sobald der Komparator 3 die Gleichheit seiner Eingänge feststellt und dies an die Steuereinrichtung 2 weiter meldet, kann die Steuereinrichtung 2 den Schalter S1 öffnen und den Stromfluß durch den Sensorwiderstand RM unterbrechen. Ein weiteres Aufheizen des Sensorwider stands und damit der Flüssigkeit, deren Füllstandshöhe ermittelt werden soll, unterbleibt. Die Messung, d. h. das erneute Einschalten des Schalters S1, kann daher in relativ geringen Zeitabständen von wenigen Sekunden erfolgen. Die Steuereinrichtung kann also quasi konti nuierlich ein Füllstandshöhen-Meßsignal ausgeben.As soon as the comparator 3 determines the equality of its inputs and reports this to the control device 2 , the control device 2 can open the switch S 1 and interrupt the current flow through the sensor resistor RM. There is no further heating of the sensor resistance and thus of the liquid whose level is to be determined. The measurement, ie the switching on of the switch S 1 again , can therefore take place at relatively short time intervals of a few seconds. The control device can quasi continuously output a level measurement signal.

Der Spannungsteiler 4 gewährleistet, daß die Spannungs differenz dU abhängig von der Anfangsspannung UO ist. Wie eine einfache Betrachtung lehrt, ergibt sich nämlich dU=UO×R2. Da die Anfangsspannung UO temperaturabhän gig ist, d. h. von der Temperatur der zu messenden Flüs sigkeit und der Umgebungsluft beeinflußt wird, wird auch die Spannungsdifferenz dU von der gleichen Tempera tur auf die gleiche Art beeinflußt. Auf diese Art läßt sich der Einfluß der Umgebungstemperatur weitgehend kompensieren.The voltage divider 4 ensures that the voltage difference dU is dependent on the initial voltage UO. As a simple observation teaches, dU = UO × R 2 results. Since the initial voltage UO is temperature-dependent, ie is influenced by the temperature of the liquid to be measured and the ambient air, the voltage difference dU is also influenced by the same temperature in the same way. In this way, the influence of the ambient temperature can be largely compensated for.

In einigen Fällen kann es erwünscht sein, die Steuerein richtung 2 räumlich von dem Sensorwiderstand RM und der zugehörigen Auswerteschaltung (Abtast- und Halte glied, Widerstandsnetzwerk 4 und Komparator 3) zu tren nen. In diesem Fall sind mindestens drei Leitungen not wendig, um die elektrischen Verbindungen sicherzustellen. Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem zur Verbindung zwischen der Steuereinrichtung 2 und dem Sensor 5 nur eine einzige Leitung notwendig ist, solange Sensor 5 und Steuereinrichtung 2 eine gemeinsame Masse aufweisen. Elemente, die denen der Fig. 1 entspre chen, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.In some cases, it may be desirable to separate the control device 2 from the sensor resistor RM and the associated evaluation circuit (sample and hold element, resistor network 4 and comparator 3 ). In this case, at least three lines are necessary to ensure the electrical connections. FIG. 2 shows a further exemplary embodiment in which only a single line is required for the connection between the control device 2 and the sensor 5 , as long as the sensor 5 and control device 2 have a common ground. Elements that correspond to those of FIG. 1 are provided with the same reference numerals.

Die Konstantstromquelle 1 ist mit einer Stromerfassungs einrichtung 6, dem Schalter S1, dem Sensorwiderstand RM und einem Schalter S3 in Reihe geschaltet. Die Strom erfassungseinrichtung 6 hat dabei die Aufgabe, festzu stellen, ob ein Strom aus der Konstantstromquelle 1 herausfließt oder nicht. Wie groß dieser Strom ist, ist dabei ohne Belang, d. h. die Stromerfassungseinrich tung kann ebenfalls relativ einfch aufgebaut sein.The constant current source 1 is connected to a current detection device 6 , the switch S 1 , the sensor resistor RM and a switch S 3 in series. The current detection device 6 has the task of determining whether a current flows out of the constant current source 1 or not. How large this current is is irrelevant, ie the Stromernahmeinrich device can also be relatively simple.

Der mit dem Sensorwiderstand RM verbundene Ausgang des Schalters S1 ist mit einem Kondensator C2 verbunden, dessen anderer Anschluß mit dem Steuereingang des Schal ters S2 verbunden ist. The output of the switch S 1 connected to the sensor resistor RM is connected to a capacitor C 2 , the other connection of which is connected to the control input of the switch S 2 .

Der Ausgang des Komparators 3 ist nicht mehr, wie in Fig. 1, mit der Steuereinrichtung 2 verbunden, sondern mit dem Steuereingang des Schalters S3. Im vorliegenden Fall ist der Schalter S3 als Bipolar-Transistor ausgebil det. In diesem Fall ist der Ausgang des Komparators 3 mit dem Basisanschluß des Transistors verbunden.The output of the comparator 3 is no longer connected to the control device 2 , as in FIG. 1, but to the control input of the switch S 3 . In the present case, the switch S 3 is designed as a bipolar transistor. In this case, the output of the comparator 3 is connected to the base terminal of the transistor.

Zu einem Zeitpunkt t1 schließt die Steuereinrichtung 2 den Schalter S1. Der Ausgang des Komparators 3 ist auf einem Pegel, bei dem der Schalter S3 noch geschlossen ist, d. h. die Spannung am nicht-invertierenden Eingang + ist kleiner als die Spannung am invertierenden Eingang -. Der Kondensator C2 wird aufgeladen. Sobald eine vorbe stimmte Spannung erreicht hat, schließt er den Schalter S2. Daraufhin wird der Kondensator C1 ebenfalls aufge laden, und zwar durch den Strom der Konstantstromquelle. Die Spannung am Kondensator C1 steigt also mit der Zeit an. Nach einer kurzen Zeit ist die Spannung am nicht-in vertierenden Eingang + des Komparators 3 größer geworden als die Spannung am invertierenden Eingang -. Der Kompa rator erzeugt an seinem Ausgang ein Signal, das den Schalter S3 öffnet. In diesem Augenblick ist ein Strom fluß durch den Sensorwiderstand RM möglich. Der Kondensa tor C1 lädt sich auf den Wert der Spannung auf, die in diesem Augenblick, d. h. zu Beginn der Aufheizzeit, über den Sensorwiderstand RM abfällt. Der Kondensator C2 entlädt sich über den Sensorwiderstand RM. Der Schal ter S2 wird wieder geöffnet. Am invertierenden Eingang - des Komparators 3 liegt nun die durch den Spannungsteiler 4 verminderte Spannung über den Sensorwiderstand RM an. Durch den Stromfluß heizt sich der Sensorwiderstand RM auf und die Spannung, die über ihn abfällt, steigt. Zu einem Zeitpunkt t2 hat die Spannung über den Sensor widerstand RM den Wert UO + dU erreicht, d. h. über den Widerstand R1 fällt genau die Spannung UO ab. Zu diesem Zeitpunkt ändert der Komparator 3 seinen Ausgang, so daß der Schalter S3 wieder geschlossen wird. Die Stromer fassungseinrichtung 6 stellt fest, daß kein Strom mehr fließt und meldet diese Tatsache an die Steuereinrichtung 2. Da durch das Schließen des Schalters S3 und die Fest stellung, daß kein Strom mehr fließt, nur eine zu ver nachlässigende Zeit verstreicht, erhält die Steuerein richtung 2 auch die Information über den Zeitpunkt t2, so daß sie die Zeitdifferenz zwischen den beiden Zeit punkten t1 und t2 leicht ermitteln kann. Wie im Zusammen hang mit Fig. 1 erläutert, kann die Steuereinrichtung nun, beispielsweise durch Zuordnung der Zeitdifferenz zu einem gespeicherten Tabellenwert, eine Füllstandshöhe ausgeben.At a time t 1 , the control device 2 closes the switch S 1 . The output of the comparator 3 is at a level at which the switch S 3 is still closed, ie the voltage at the non-inverting input + is less than the voltage at the inverting input -. The capacitor C 2 is charged. As soon as a pre-determined voltage has been reached, it closes the switch S 2 . Thereupon, the capacitor C 1 is also charged, namely by the current of the constant current source. The voltage across capacitor C 1 therefore rises over time. After a short time, the voltage at the non-in inverting input + of the comparator 3 has become greater than the voltage at the inverting input -. The Kompa rator generates at its output a signal that opens the switch S 3 . At this moment, a current flow through the sensor resistor RM is possible. The capacitor C 1 charges to the value of the voltage which drops at this moment, ie at the beginning of the heating-up time, via the sensor resistor RM. The capacitor C 2 discharges through the sensor resistor RM. The switch ter S 2 is opened again. At the inverting input - of the comparator 3 , the voltage reduced by the voltage divider 4 is now present via the sensor resistor RM. Due to the current flow, the sensor resistance RM heats up and the voltage that drops across it rises. At a point in time t 2 , the voltage across the sensor resistance RM has reached the value UO + dU, ie the voltage UO drops exactly via the resistor R 1 . At this time, the comparator 3 changes its output so that the switch S 3 is closed again. The current detection device 6 determines that no current is flowing and reports this fact to the control device 2 . Since by closing the switch S 3 and the fixed position that no more current flows, only a negligible time passes, the Steuerein device 2 also receives the information about the time t 2 , so that it the time difference between the two times can easily determine points t 1 and t 2 . As explained in connection with FIG. 1, the control device can now output a fill level, for example by assigning the time difference to a stored table value.

Die Speicherung in Tabellenform hat den Vorteil, daß damit Nichtlinearitäten des Gefäßes ausgeglichen werden können, in dem sich die Flüssigkeit befindet. Dies ist insbesondere bei den Kraftstofftanks moderner Kraftfahr zeuge von Vorteil, da diese sich immer weiter von regu lären Formen, wie Quader oder Zylinder, entfernen. Die Höhe des Füllstandes ist daher nicht mehr linear abhängig von dem im Tank befindlichen Flüssigkeitsvolumen.Storage in tabular form has the advantage that to compensate for nonlinearities in the vessel in which the liquid is located. This is especially in the fuel tanks of modern motor vehicles This is an advantage because it is becoming more and more regu Remove linear shapes such as cuboids or cylinders. The The level is therefore no longer linearly dependent of the volume of liquid in the tank.

Der Sensorwiderstand RM kann beispielsweise als Wider standsdraht ausgebildet sein. Vorteilhafterweise ist er jedoch als Widerstandsfolie ausgebildet. Die Wider standsfolie hat eine relativ große Fläche, um die erzeug te Wärme an die Flüssigkeit bzw. die Umgebungsluft abzu geben. Darüber hinaus lassen sich durch eine geeignete Verteilung des Widerstands auf der Oberfläche der Folie Nichtlinearitäten kompensieren, so daß die Auswertung durch die Steuereinrichtung noch einfacher gestaltet werden kann. The sensor resistance RM can, for example, be a counter standing wire be formed. It is advantageous however, it was designed as a resistance film. The cons foil has a relatively large area to produce dissipate heat to the liquid or the ambient air give. In addition, a suitable Distribution of the resistance on the surface of the film Compensate for non-linearities so that the evaluation made even easier by the control device can be.

Fig. 3a und 3b zeigen schematisch die Spannungsverläufe in Abhängigkeit von der Zeit für zwei verschiedene Füll stände bei ansonsten unveränderten Bedingungen. In Fig. 3a wächst die Spannung U(RM) relativ schnell an. Dies ist ein Zeichen dafür, daß sich der Sensorwiderstand RM relativ schnell aufheizt, d. h. keine Wärme abgeführt wird. Dies ist immer dann der Fall, wenn die Umgebung des Sensorwiderstandes nicht aus Flüssigkeit, sondern aus Luft besteht. Luft ist ein wesentlich schlechterer Wärmeleiter als die Flüssigkeit. Zum Zeitpunkt t1 wird die Spannung UO festgestellt. Der Zeitpunkt t2 ergibt sich dann, wenn die Spannung über den Sensorwiderstand RM den Wert UO+dU erreicht hat. Bei einem steileren Spannungsanstieg ist dies nach einer relativ kurzen Zeit der Fall. In Fig. 3b ist der Fall dargestellt, wo die Temperaturerhöhung des Sensorwiderstandes RM und damit der Spannungsanstieg langsamer erfolgt. Dies ist dann der Fall, wenn der Sensorwiderstand RM weit gehend von Flüssigkeit umgeben ist und deswegen die im Sensorwiderstand erzeugte Wärme schnell abgeführt werden kann. Zwischen dem Zeitpunkt t1 des Beginns der Messung und dem Zeitpunkt t2, an dem die Spannung über den Sensorwiderstand RM den Wert UO+dU erreicht hat, verstreicht also eine längere Zeit. FIGS. 3a and 3b schematically show the voltage waveforms in function of time for two different filling levels at otherwise unchanged conditions. In Fig. 3a the voltage U (RM) increases relatively quickly. This is a sign that the sensor resistance RM heats up relatively quickly, ie no heat is dissipated. This is always the case when the surroundings of the sensor resistor are not made of liquid, but of air. Air is a much worse heat conductor than liquid. The voltage UO is determined at the time t 1 . The time t 2 results when the voltage across the sensor resistor RM has reached the value UO + dU. With a steeper voltage rise, this is the case after a relatively short time. In Fig. 3b shows the case where the temperature increase of the sensor resistor RM and the voltage rise is slower. This is the case when the sensor resistor RM is largely surrounded by liquid and therefore the heat generated in the sensor resistor can be dissipated quickly. A longer time thus elapses between the time t 1 at the start of the measurement and the time t 2 at which the voltage across the sensor resistor RM has reached the value UO + dU.

Die Steuereinrichtung 2 ist bevorzugterweise als Mikro controller ausgebildet, d. h. sie weist ein Bauteil auf, das eine zentrale Verarbeitungseinrichtung (CPU), einen Festwertspeicher, einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff, Ein- und Ausgabeeinrichtungen sowie Treiberstufen enthält.The control device 2 is preferably designed as a micro controller, ie it has a component that contains a central processing device (CPU), a read-only memory, a memory with random access, input and output devices and driver stages.

Die Steuereinrichtung 2 ist mit einer Anzeige 7 verbun den, die den Füllstand anzeigt.The control device 2 is connected to a display 7 which shows the fill level.

Claims

1. A method for determining a liquid level in a liquid container with the aid of an electrothermal sensor having a sensor resistance, the sensor resistance of which is acted upon by a constant electrical current at predetermined times, characterized in that the time period in which the voltage across the resistance is measured increases by a predetermined voltage difference.

2. The method according to claim 1, that the voltage difference depending on the initial temperature of the resistor is chosen.

3. Circuit arrangement, in particular for performing the method according to claim 1 or 2 with a sensor resistor having an electrothermal sensor, a constant current source, a switch for connecting constant current source and sensor resistor, a sample and hold element for storing an initial value of the voltage across the sensor resistor at the time the switch is turned on, a comparator and a control device, characterized in that the output voltage of the sample and hold element (S 2 , C 1 ) is present at an input (+) of the comparator ( 3 ), at the other input ( -) of the comparator ( 3 ) a voltage which is dependent on the voltage across the sensor (RM) and the control device ( 2 ) has a time measuring device which measures the time from switching on (t 1 ) of the switch (S 1 ) to Measure time (t 2 ) at which the comparator ( 3 ) determines the equality of its inputs (+, -).

4. A circuit arrangement according to claim 3, characterized in that a resistance network ( 4 ) is arranged between the sensor resistor (RM) and comparator ( 3 ).

5. Circuit arrangement according to claim 3 or 4, characterized in that between the sensor resistor (RM) and comparator ( 3 ) a voltage divider (R 1 , R 2 ) is arranged, with a lower voltage at the input (-) of the comparator ( 3 ) than is present via the sensor resistance (RM).

6. Circuit arrangement according to one of claims 3 to 5, characterized in that the sample and hold member (S 2 , C 1 ) has a capacitor (C 1 ) and a push-button switch (S 2 ).

7. Circuit arrangement according to one of claims 3 to 6, characterized in that the comparator ( 3 ) generates a signal which interrupts the current flow through the sensor (RM) as soon as the same voltages are present at its inputs.

8. Circuit arrangement according to one of claims 3 to 7, characterized in that the control device ( 2 ) has a microcontroller which determines the fill level with the aid of the measured time.

9. Circuit arrangement according to one of claims 3 to 8, characterized in that the output of the comparator gate ( 3 ) is connected to an input of the control device ( 2 ).

10. The circuit arrangement according to one of claims 3 to 9, characterized in that said control means (2) actuates the switch (S 1) and the sampling switch (S 2).

11. Circuit arrangement according to one of claims 3 to 8, characterized in that the output of the comparator gate ( 3 ) actuates a switching device (S 3 ) which is in series with the sensor resistance (RM) and ground, that in series with the constant current source ( 1 ) and the sensor resistor (RM), a Stromerfas measurement device ( 6 ) is arranged, which determines whether current flows, and this information to the control device ( 2 ) and that the scanning switch ter (S 2 ) by one the current generated by the constant current source ( 1 ) can be actuated.

12. Circuit arrangement according to claim 11, characterized in that the sampling switch (S 2 ) with the aid of a delay device (C 2 ) remains closed longer than the switching device (S 3 ) required for switching th.

13. Circuit arrangement according to claim 12, characterized in that the delay device (C 2 ) is formed by a capacitor.

14. Circuit arrangement according to one of claims 3 to 13, characterized in that the sensor resistance (RM) is designed as a film resistor, the Distribution of resistance over the level of dependence the amount of liquid in the liquid container from corresponds to the height.