DE4326373C2 - Vorrichtung zum Erfassen des Alkoholgehalts einer Flüssigkeit - Google Patents
Vorrichtung zum Erfassen des Alkoholgehalts einer FlüssigkeitInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Alkoholgehalt-
Erfassungsvorrichtung zum Erfassen oder Messen eines
Alkoholgehalts, wie z. B. Methanol einer mit Alkohol
vermischten Flüssigkeit, beispielsweise Flüssigkraftstoff für
eine Brennkraftmaschine eines Motorfahrzeugs oder dergleichen.
In den vergangenen Jahren wurde eine Mischung von Benzin mit
Methanol in steigendem Maße benutzt als Kraftstoff für
Brennkraftmaschinen (im weiteren der Einfachheit halber als
Motoren bezeichnet) von Motorfahrzeugen u. a. in den USA und
europäischen Ländern angesichts des Sparens von Rohölreserven
und zum Reduzieren der Luftverschmutzung, welche dem Abgas der
Motorfahrzeuge zugeschrieben werden kann.
Wenn solch ein Kraftstoff unter Zumischung von Methanol
benutzt wird, wie er ist, in dem Motor, welcher entworfen
ist, mit einem Benzinkraftstoff zu arbeiten, wird die Luft-
Kraftstoff-Mischung mager, was es schwierig oder unmöglich
macht, den Motor zu betreiben, da der Kraftstoff mit
Zumischung von Methanol im Vergleich mit dem Benzinkraftstoff
ein kleineres theoretisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis hat.
Unter diesen Umständen ist es allgemein üblich, den
Methanolgehalt im Kraftstoff mit Zumischung von Methanol zu
erfassen, um dadurch entsprechend das Luft-Kraftstoff-
Verhältnis, den Zündzeitpunkt oder andere Steuergrößen zum
Motorenbetrieb zu regeln.
In Zusammenhang mit der Erfassung des Methanolgehalts des
Kraftstoffs ist deshalb ein Verfahren vorgeschlagen worden,
welches basiert auf der Erfassung einer
Dielektrizitätskonstanten des Kraftstoffs mit Zumischung von
Methanol, und ein Verfahren basierend auf einer Erfassung eines
Brechungsindex des Kraftstoffs.
Aus DE 39 22 851 A1 ist ein Verfahren zur Feststellung des
Alkoholgehalts und/oder des Heizwerts von Kraftstoffen bekannt,
bei dem die Dielektrizitätszahl eines in einer Zelle
enthaltenen Gemisches als Kenngröße des Alkoholgehaltes
verwendet wird. Es ist vorgesehen, daß die Messung in einer
schwingungsfähigen Schaltung erfolgt und die Meßfrequenz derart
eingestellt bzw. angepaßt wird, daß der Einfluß von Größen auf
das Meßergebnis, welche die Kapazitätsmessung beeinträchtigen,
verringert wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in
dieser Offenlegungsschrift wird dabei die Meßfrequenz in
wenigstens zwei Stufen derart umgeschaltet, daß sie in einem
für den Einfluß die Kapazitätsmessung störender Größen
unempfindlichen Bereich gehalten wird.
Der Anmelder hat ebenfalls bereits eine Vorrichtung zum
Erfassen des Methanolgehalts auf der Basis der Erfassung der
Dielektrizitätskonstanten des Kraftstoffs vorgeschlagen (siehe
japanische Patentanmeldung Nr. 22488/1991). Zum besseren
Verständnis der Hintergrundtechniken der vorliegenden Erfindung
wird diese Vorrichtung mit Bezug auf Fig. 6 beschrieben werden.
Mit Bezug auf die Figur enthält die Methanolgehalt-
Erfassungsvorrichtung eine Senscreinheit im allgemeinen mit A
bezeichnet, welche eine zylindrische Isolationsröhre 1
gebildet aus einem Isolationsmaterial, wie z. B. Keramik, ein
ölwiderstandsfähiges Plastikmaterial mit einem inneren
Hohlraum oder einem Raum, in den eine Kraftstoffpassage
definiert ist, wie im weiteren erklärt, umfaßt. Angeordnet
innerhalb des Innenraums 2 ist eine zylindrische Elektrode 3
mit einer zylindrischen Außenoberfläche, welche sich im
wesentlichen parallel zu einer inneren zylindrischen
Wandoberfläche der Isolationsröhre 1 erstreckt und koaxial zur
letzteren angeordnet ist. Eine Spule mit einer
Einzelschichtwicklung 4 ist vorgesehen gewunden um die äußere
Oberfläche der Isolationsfläche 1 gegenüberliegend der
Elektrode 3. Eine Kraftstoffpassage 2 ist definiert zwischen
der äußeren peripherischen Oberfläche der Elektrode 3 und der
inneren Peripherie der Spule 4, wobei die Wand der
Isolationsröhre 1 dazwischen liegt.
Die Elektrode 3 ist angebracht an einem Flansch 5, welcher
wiederum flüssigkeitsdicht an die Isolationsröhre 1 mit einer
dazwischengesetzten Kraftstoffdichtung 7 gekoppelt ist,
wodurch sozusagen ein Kraftstoffbehälter im ganzen realisiert
ist. Im Fall des illustrierten Beispiels ist der Flansch 7
einheitlich mit der Elektrode ausgebildet. Nippel 6 sind
vorgesehen zum Einführen des Kraftstoffs in den
Kraftstoffbehälter der Sensoreinheit A.
Eine Erfassungsschaltung zum Verarbeiten des durch die
Sensoreinheit A erzeugten Ausgangssignals ist im allgemeinen
durch ein Referenzsymbol B bezeichnet. Die
Einzelschichtwicklungs-Spule 4 hat einen Zuführungsdraht 4a
verbunden mit einem Ende eines Widerstands 10, welcher einen
Teil der Erfassungsschaltung B darstellt, wobei der andere
Zuführungsdraht 4b geerdet ist.
Signale, die auftreten an den Enden des Widerstandes 10,
werden einem Phasenkomperator 11 zugeführt, um miteinander
verglichen zu werden. Das Ausgangssignal des
Phasenkomperators 11 wird zugeführt an einem
Vergleichsintegrator 13, und zwar über einen Tiefpaßfilter 12.
Der Integrator 13 wird zusätzlich versorgt mit einer
Bezugsspannung Vref entsprechend einer Phasendifferenz von 0°.
Eine Differenz zwischen dem Ausgangssignal des Filters 12 und
der Referenzspannung Vref wird durch den Vergleichsintegrator
13 integriert, dessen Ausgabe einem spannungsgesteuerten
Oszillator 14 als Steuersignal zugeführt wird. Ein
Oszillationssignal SVCO einer hohen Frequenz ausgegeben von dem
spannungsgesteuerten Oszillator 14 wird zugeführt an einen
Frequenzteiler 16.
Als nächstes wird der Betrieb dieser Methanolgehalt-
Erfassungsvorrichtung beschrieben werden.
Fig. 7 zeigt eine Äquivalenzschaltung der Sensoreinheit A in
der Figur repräsentiert L eine Induktivität der
Einzelschichtwicklungs-Spule 4, Cf eine Kapazität, welche
zwischen der Spule 4 und der Elektrode 3 wirksam ist. Diese
Kapazität Cf wird variieren in Abhängigkeit von einer
Elektrizitätskonstanten e eines Kraftstoffs, der durch die
Kraftstoffpassage 2 fließt. Weiterhin repräsentiert Cf eine
Kapazität vorgesehen durch das die Röhre 1 bildende
Isolationsmaterial, welches dazu dient, die
Einzelschichtwicklungs-Spule 4 vor dem Kraftstoff zu schützen,
und Cp repräsentiert im allgemeinen eine Streukapazität
parasitisch zum Zuführungsdraht 4a, eine Eingangskapazität des
Phasenkomparators 11 usw., welche unempfänglich für den
Einfluß der die Elektrizitätskonstanten epsilon des
Kraftstoffs sind.
Wenn die Frequenz eines an den Zuführungsdraht 4a der
Sensoreinheit A angelegten Spannungssignals variiert wird,
zeigt die Sensoreinheit A eine LC-Parallelresonanz-
Charakteristik, wobei eine Parallelresonanzfrequenz f
näherungsweise durch folgenden Ausdruck angegeben werden kann:
f = 1 / [2 pi {L(Cp + 1 / (1/Cs + 1/Cf))}]
= k / (a + b x epsilon) (1)
wobei k, a und b Konstanten darstellen, welche bestimmt sind
durch strukturelle und geometrische Faktoren der Sensoreinheit
A wie zum Beispiel den Durchmesser und die Dicke der
Isolationsröhre 1, die die Elektrizitätskonstante des
Isolationsmaterials der Röhre 1, die Distanz zwischen der
Elektrode 3 und der Einzelschichtwicklungs-Spule 4, die
Selbstinduktivität davon usw.
Wie aus Gleichung (1) ersichtlich, hängt diese Resonanzfrequenz
f von der die Elektrizitätskonstanten epsilon des Kraftstoffs
ab. Demzufolge wird die Resonanzfrequenz niedriger, wenn die
die Elektrizitätskonstante epsilon des Kraftstoffs ansteigt.
In der experimentellen Messung des Methanolgehalts einer
Kraftstoffmischung von Methanol und Benzin, welche von den
Erfindern durchgeführt wurde, zeigte die Resonanzfrequenz f
eine in Fig. 8 illustrierte Änderung als Funktion des
Methanolgehalts. Somit ist es durch Erfassen eines Signals
entsprechend der Resonanzfrequenz f möglich, die die
Elektrizitätskonstante epsilon des Kraftstoffs zu erfassen,
und somit den Methanolgehalt des Kraftstoffs mit Zumischung
von Methanol.
Die Erfassungsschaltung B ist so konfiguriert, daß sie die
oben erwähnte Resonanzfrequenz f erfaßt. Insbesondere werden,
wenn das Oszillationssignal SVCO angelegt wird an das andere
Ende des Widerstands 10 vom spannungsgesteuerten Oszillator 14
durch den Verstärker 15, und zwar im Zustand, in dem ein
Kraftstoff mit Zumischung von Methanol durch die
Kraftstoffpassage 2 fließt, Hochfrequenz-Spannungssignale
jeweils an beiden Enden des Widerstands 10 erhalten (1 von der
Spule 4 und das andere von der Reihenschaltung des Widerstands
10 und der Einzelschichtwicklungs-Spule 4). Diese zwei
Hochfrequenz-Spannungssignale werden zugeführt an den
Phasenkomparator 11 zum Phasenvergleich.
In diesem Fall, wenn die Frequenz des von dem
spannungsgesteuerten Oszillator 14 ausgegebenen
Oszillationssignals SVCO gleich der oben erwähnten
Resonanzfrequenz f ist ist der Strom in Phase mit der
Spannung, was darin resultiert, daß die Differenz in der Phase
zwischen den zwei Hochfrequenz-Spannungssignalen, die jeweils
an beiden Enden des Widerstands 10 auftreten, 0 wird.
Demzufolge wird ein Signal entsprechend der Phasendifferenz 0
von dem Phasenkomparator 11 und somit vom Vergleichsintegrator
13 ausgegeben, wodurch die Oszillationsfrequenz des
spannungsgesteuerten Oszillators 14, wie sie ist, konstant
gehalten wird.
Im Gegensatz dazu wird, wenn die Frequenz des von dem
spannungsgesteuerten Oszillator 14 ausgegebenen
Oszillationssignals SVCO abweicht von der Resonanzfrequenz f der
Sensoreinheit A, der Strom außer Phase mit der Spannung sein,
woraus resultierend die Differenzen in der Phase zwischen den
zwei Hochfrequenz-Spannungssignalen, welche an beiden Enden
des Widerstandes 10 auftreten, einen Wert ungleich 0 annehmen.
Daher wird ein Signal entsprechend der Phasendifferenz
ausgegeben von dem Phasenkomparator 11 und daher von dem
Vergleichsintegrator 13, wodurch der spannungsgesteuerte
Oszillator 14 so gesteuert wird, daß die Oszillationsfrequenz
davon gleich der Resonanzfrequenz f wird und daß die
Phasendifferenz zwischen den zwei Hochfrequenz-
Spannungssignalen, wie oben erwähnt, 0 Grad wird.
Auf diese Art und Weise wird der spannungsgesteuerte
Oszillator 14 so gesteuert, daß die Oszillationsfrequenz
konstanterweise gleich der Resonanzfrequenz f bleibt, wodurch
ein Ausgangssignal Sout einer Frequenz in Eins-zu-Eins
Übereinstimmung mit der Resonanzfrequenz f erhalten wird von
dem Frequenzteiler 16.
Die bisher bekannte Methanol-Erfassungsvorrichtung der oben
beschriebenen Struktur leidet jedoch insofern unter einem
Problem, als daß, da die Dicke der Isolationsröhre 1 sowie der
Abstand zwischen der Isolationsröhre 1 und der Elektrode 3 und
somit die parasitische Kapazität unvermeidlich empfänglich
sind für eine Varianz von einer Vorrichtung zur anderen, eine
entsprechende Änderung in der Resonanzfrequenz f und daher in
der Frequenz fout des Ausgangssignals Sout abhängig von den
benutzten Vorrichtungen sogar für einen gleichen
Methanolgehalt (siehe Fig. 8) auftritt, wodurch eine
Schwierigkeit vorhanden ist beim genauen Erfassen des
Methanolgehalts des Kraftstoffs mit Zumischung von Methanol,
und zwar ohne merklichen Einfluß der vorrichtungsabhängigen
Varianz.
Angesichts des Standes der Technik, ist es Aufgabe der
liegenden Erfindung, eine Alkoholgehalt-
Erfassungsvorrichtung zu schaffen, welche im wesentlichen
immun gegenüber den Nachteilen der bisher bekannten
Vorrichtung ist und welche in der Lage ist, einen
Alkoholgehalt einer Flüssigkeit mit Zumischung von Alkohol mit
hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit ohne Berücksichtigung
der Variationen in der Resonanzfrequenz zu erfassen.
Angesichts der obigen und anderen Aufgaben, welche mit
fortschreitender Beschreibung klarer erscheinen schafft die
Erfindung nach Anspruch 1 eine Vorrichtung zum Erfassen eines
Alkoholgehalts einer Flüssigkeit mit einer
Erfassungseinrichtung für eine Dielektrizitätskonstante
einschließlich einer Resonanzschaltung, deren Resonanzfrequenz
sich in Übereinstimmung mit einer Dielektrizitätskonstanten
einer Alkoholenthaltenden Flüssigkeit ändert, eine
Resonanzfrequenz-Erfassungseinrichtung zum Ausgeben eines
Frequenzsignals mit einer gleichen Frequenz wie der
Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung der
Erfassungseinrichtung für eine Dielektrizitätskonstante, einer
Frequenzteiler-Einrichtung zum Teil der Ausgabefrequenz der
Resonanzfrequenz-Erfassungseinrichtung und einer
Frequenzteilungsverhältnis-Einstellungseinrichtung zum
Einstellen eines Frequenzteilungsverhältnisses der
Frequenzteiler-Einrichtung.
Mit der obigen Anordnung der Alkoholgehalt-
Erfassungsvorrichtung nach der Erfindung ist es möglich, die
Ausgabefrequenz des Frequenzteilers so einzustellen, daß sie
eine 1-zu-1 Übereinstimmung zur Dielektrizitätskonstanten der
Flüssigkeit ohne Rücksicht auf eine vorrichtungsabhängige
Varianz in der Varianzfrequenz der Resonanzschaltung, welche
die Erfassungseinrichtung für die Dielektrizitätskonstante
darstellt, aufweist, und zwar mittels der Fähigkeit des
Einstellens des Frequenzteilungsverhältnisses des
Frequenzteilers durch die Frequenzteilungsverhältnis-
Einstellungseinrichtung. Somit ist es mit der Vorrichtung nach
der vorliegenden Erfindung möglich, mit hoher Genauigkeit den
Alkoholgehalt einer Flüssigkeit, wie z. B. einen Methanolgehalt
eines Kraftstoffes mit Zumischung von Methanol, zu erfassen.
Dies und andere Vorteile und Errungenschaften der vorliegenden
Erfindung werden den Fachleuten klar erscheinen beim Lesen der
folgenden detaillierten Beschreibung in Zusammenhang mit der
Zeichnung.
Die Figuren zeigen im einzelnen:
Fig. 1 ein Diagramm zum Zeigen einer Alkoholgehalt-
Erfassungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ein Blockdiagramm zum Zeigen einer exemplarischen
Schaltungskonfiguration eines Frequenzteilers und
einer Frequenzteilungsverhältnis-
Einstellungseinrichtung;
Fig. 3 ein Signalwellenformdiagramm zum Illustrieren eines
Betriebs der in Fig. 2 gezeigten Schaltung;
Fig. 4 eine Ansicht zum graphischen Zeigen einer
Ausgabecharakteristik der in Fig. 1 gezeigten
Vorrichtung;
Fig. 5 eine Ansicht zum graphischen Illustrieren eines
Erfassungsfehlers in der in Fig. 1 gezeigten
Vorrichtung im Vergleich mit dem einer bisher
bekannten Vorrichtung;
Fig. 6 ein Diagramm zum Zeigen einer Struktur einer bisher
bekannten Vorrichtung zum Erfassen eines
Methanolgehalts eines Kraftstoffs mit
Methanolzumischung für eine Brennkraftmaschine;
Fig. 7 eine Äquivalentschaltung einer Sensoreinheit A der
in Fig. 1 und 6 gezeigten Vorrichtung; und
Fig. 8 eine Ansicht zum graphischen Zeigen einer
Ausgabecharakteristik der bisher bekannten
Vorrichtung.
Jetzt wird die vorliegende Erfindung detailliert beschrieben
werden in Verbindung mit bevorzugten oder exemplarischen
Ausführungsformen davon, und zwar mit Bezug auf die
Zeichnung.
Fig. 1 zeigt eine Struktur einer Alkoholgehalt-
Erfassungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der
Erfindung, welche angepaßt ist, den Methanolgehalt eines
Kraftstoffs mit Methanolzumischung zu erfassen. In der Figur
sind Komponenten, welche entsprechend oder äquivalent sind zu
denen, die vorher beschrieben worden sind mit Bezug auf Fig.
6, bezeichnet mit gleichen Bezugszeichen oder -symbolen, und
eine wiederholte Beschreibung davon wird unterlassen.
Die Methanol-Erfassungsvorrichtung nach der vorliegenden
Ausführungsform unterscheidet sich insofern von der in Fig. 6
gezeigten, als daß eine Frequenzteilungsverhältnis-
Einstellungsschaltung 17 vorgesehen ist in Verbindung mit dem
Frequenzteiler 16 der Erfassungsschaltungseinheit B1 zum
Ermöglichen, daß das Frequenzteilungsverhältnis des
Frequenzteilers 16 variabel und somit einstellbar ist.
Fig. 2 ist ein Schaltungsdiagramm zum Zeigen von
exemplarischen Schaltungskonfigurationen des Frequenzteilers
16 und der Frequenzteilungsverhältnisses-Einstellungsschaltung
17. Wie aus der Figur ersichtlich, besteht der Frequenzteiler
16 aus einem Binärzähler 16a und einem Flip-Flop 16b.
Andererseits besteht die Frequenzteilungsverhältnis-
Einstellungsschaltung 17 aus einem digitalen Komparator 17a
und einem digitalen Komparator 17b.
Der Binärzahler 16a, welcher einen Teil des Frequenzteilers 16
darstellt, hat einen Zeittaktanschluß CK, an den das von dem
spannungsgesteuerten Oszillator 14 ausgegebene
Oszillationssignal SVCO angelegt wird. Der Binärzähler 16a ist
darauf ausgelegt, ansprechend auf eine ansteigende Flanke
(Anstiegsflanke) oder eine abfallende Flanke
(Abfallflanke) des Oszillationssignals SVCO inkrementiert zu
werden. Eine Zählausgabe P dieses Zählers 16a wird angelegt an
einen Eingangsanschluß des digitalen Komparators 17a, welcher
einen Teil der Frequenzteilungsverhältnis Einstellschaltung 17
darstellt. Der andere Eingangsanschluß des Komparators 17a
wird versorgt mit einem digitalen Signal darstellend einen
Digitalwert Q, welcher an dem Digitalschalter 17b eingestellt
wird.
Der Komparator 17a vergleicht die digitalen Eingabewerte P und
Q um dadurch ein Gleichheitssignal Seq, beispielsweise von
hohem "H" Pegel auszugeben, wenn eine Koinzidenz zwischen den
beiden Eingaben gefunden wird. Das Gleichheitssignal Seq, das
von dem Komparator ausgegeben wird, wird angelegt an einen
Löschanschluß CLR des Zählers 16a und gleichzeitig an den
Zeittaktanschluß CK des Flip-Flop 16b. Die Ausgabe des Flip-
Flop 16b wird jedesmal dann, wenn das Gleichheitssignal Seq
angelegt wird an den Zeittaktanschluß CK, invertiert. Das
Ausgangssignal des Flip-Flop 16b wird als das Ausgangssignal
Sout des Frequenzteilers 16 geliefert.
Beim oben beschriebenen Aufbau wird der Zähler 16a
inkrementiert durch das Oszillationssignal SVCO. Jedesmal dann,
wenn die Zählausgabe P des Zählers 16a gleich dem am
Digitalschalter 17b eingestellten digitalen Signal Q wird,
wird der Zähler 16a zurückgesetzt, wobei die Ausgabe des Flip-
Flop 16b invertiert ist. Somit hat das Ausgangssignals Sout des
Frequenzteilers 16 eine Frequenz gleich einem Quotienten
herrührend von der Teilung der von dem spannungsgesteuerten
Oszillator 14 ausgegebenen Oszillationsfrequenz SVCO durch zwei
Q (wobei Q dem am Digitalschalter 17b eingestellten Wert
repräsentiert). Somit kann das Frequenzteilungsverhältnis R
des Frequenzteilers 16, welches gegeben ist durch
R = 1/ (2 x Q), eingestellt werden mittels des Digitalschalters
17b, welcher einen Teil der Frequenzteilungsverhältnis
Einstellschaltung 17 darstellt.
Mit Bezug auf Fig. 3 sind die Wellenformen des
Oszillationssignals SVCO des spannungsgesteuerten Oszillators
14, das Gleichheitssignal Seq ausgegeben von dem Komparator 17b
und das Ausgangssignal Sout des Frequenzteilers 16 bei A, B,
und C jeweils illustriert.
Jetzt wird sich die Beschreibung richten auf die Einstellung
des Frequenzteilungsverhältnisses des Frequenzteilers 16, und
zwar ebenfalls mit Bezug auf Fig. 1. Die Kraftstoffpassage
zwei der Sensoreinheit A ist gefüllt mit einem vorbestimmten
Kraftstoff, welcher eine spezifische Dielektrizitätskonstante
in einem Bereich von beispielsweise von 10 bis 25 hat, oder
mit einer Testflüssigkeit, wie z. B. Isopropylalkohol. In
diesem Zustand wird das Frequenzteilungsverhältnis R des
Frequenzteilers 16 eingestellt mit Hilfe der
Frequenzteilungsverhältnis-Eintellungseinrichtung 17, so daß
die Frequenz fout des Ausgangssignal Sout des Frequenzteilers 16
eine Referenzfrequenz fref annimmt, welche der vorbestimmten
Dielektrizitätskonstante des Kraftstoffs oder der oben
erwähnten Testflüssigkeit entspricht. Diese Einstellung kann
bewirkt werden durch variieren des großen digitalen Werts Q
eingestellt am Digitalschalter 17b der Frequenzteilungs
einstellungsschaltung 17.
An diesem Punkt sei durch f° die Oszillationsfrequenz des
spannungsgesteuerten Oszillators 14 in dem Zustand
dargestellt, in dem die Kraftstoffpassage 2 der Sensoreinheit
A gefüllt ist mit dem vorbestimmten Kraftstoff oder der oben
erwähnten Testflüssigkeit. Dann kann das
Frequenzteilungsverhältnis R des Frequenzteilers 16 durch den
folgenden Ausdruck erhalten werden:
R = INT (fo/fref + 0,5) (2)
Bei dem obigen Ausdruck wird mit der Addition von 0,5
versucht, die Rundung des Quotienten resultierend aus einer
Division von fo durch fref zu berücksichtigen, so daß das
erhaltene Frequenzteilungsverhältnis gegeben werden kann in
Einheiten einer natürlichen Zahl.
Somit ist unter der Annahme, daß beispielweise die
Referenzfrequenz fref 4 kHz ist, und daß das
Basisfrequenzteilungsverhältnis des Frequenzteilers 16 1/2000
ist, die Feinheit der realisierten Einstellung von der
Größenordnung 2 Hz (= 4000/2000), was bedeutet, daß eine
ausreichend große Genauigkeit gewährleistet werden kann für
die Erfassung oder Messung des Methanol- oder Alkoholgehalts.
Durch Einstellung des Frequenzteilungsverhältnisses des
Frequenzteilers 16 in der oben beschriebenen Art und Weise wird
die in Fig. 8 gezeigte Charakteristik auf die in Fig. 4
gezeigte modifiziert. Insbesondere wird die in Fig. 4
gezeigte Charakteristik erhalten durch Einstellen des
Frequenzteilungsverhältnisses gemäß der technischen Lehre der
Erfindung, und zwar in dem Fall, in dem eine Testflüssigkeit
mit Methanol mit einem Gehalt von 60% benutzt wird als
Referenzflüssigkeit.
Fig. 5 zeigt Fehler bei der Erfassung des Methanolgehalts,
wobei die Charakteristik in Fig. 4 vergleichshalber gezeigt
ist mit der der Alkoholgehaltserfassung basierend auf der in
Fig. 8 illustrierten Charakteristik. Wie aus Fig. 5
ersichtlich, kann die Genauigkeit der Erfassung des
Methanolgehalts bemerkenswert verbessert werden durch die
Einstellbarkeit des Frequenzteilungsverhältnisses des
Frequenzteilers 16.
Viele Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
erscheinen klar aus der detaillierten Beschreibung, und es ist
beabsichtigt, durch die angehängten Patentansprüche alle
solchen Merkmale und Vorteile des Systems abzudecken, welche
in den wahren Gehalt der Erfindung fallen. Da weiterhin
zahlreiche Modifikationen und Änderungen den Fachleuten klar
erscheinen werden, ist es nicht beabsichtigt, die Erfindung
auf die genaue Konstruktion und Operation zu beschränken,
welche illustriert und beschrieben wurde.
Beispielshalber wird im Fall der oben beschriebenen
Ausführungsform der Erfindung angenommen, daß die
Einzelschichtwicklungs-Spule 4 und die Elektrode 3 der
Sensoreinheit A sich koaxial zueinander erstrecken. Es sollte
jedoch bemerkt werden, daß solche koaxiale Relationen nicht
notwendigerweise erforderlich ist, sondern es ausreicht, daß
eine elektrostatische Kapazität aufgrund eines Kraftstoffes
vorliegt zwischen der inneren Oberfläche der
Einzelschichtwicklungs-Spule 4 und der Elektrode.
Obwohl weiterhin die Erfindung beschrieben wurde im
Zusammenhang mit einer Erfassung des Methanolgehalts eines
Kraftstoffs mit Methanolzumischung, versteht sich, daß die
Erfindung niemals beschränkt ist auf die Erfassung des
Methanolgehalts, sondern ihre Anwendung finden kann auf eine
Erfassung des Alkoholgehalts in einer Vielzahl von
Flüssigkeiten im allgemeineren Sinn.
Claims (4)
1. Vorrichtung zum Erfassen eines Alkoholgehalts einer
Flüssigkeit mit:
einer Erfassungseinrichtung für eine Dielektrizitätskonstante einschließlich einer Resonanz schaltung, deren Resonanzfrequenz sich ändert in Übereinstimmung mit einer Dielektrizitätskonstanten einer Alkohol enthaltenden Flüssigkeit;
einer Resonanzfrequenz-Erfassungseinrichtung zum Ausgeben eines Frequenzsignals mit einer gleichen Frequenz wie der Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung der Erfassungsein richtung für eine Dielektrizitätskonstante;
einer Frequenzteilereinrichtung zum Teilen der Ausgangs frequenz der Resonanzfrequenz-Erfassungseinrichtung, um dadurch ein Signal auszugeben, welches die Dielektrizitäts konstante anzeigt, worauf basierend der Alkoholgehalt bestimmt werden kann; und
einer Frequenzteilungsverhältnis -Einstellungseinrichtung zum Einstellen eines Frequenzteilungsverhältnisses der Frequenzteilereinrichtung.
einer Erfassungseinrichtung für eine Dielektrizitätskonstante einschließlich einer Resonanz schaltung, deren Resonanzfrequenz sich ändert in Übereinstimmung mit einer Dielektrizitätskonstanten einer Alkohol enthaltenden Flüssigkeit;
einer Resonanzfrequenz-Erfassungseinrichtung zum Ausgeben eines Frequenzsignals mit einer gleichen Frequenz wie der Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung der Erfassungsein richtung für eine Dielektrizitätskonstante;
einer Frequenzteilereinrichtung zum Teilen der Ausgangs frequenz der Resonanzfrequenz-Erfassungseinrichtung, um dadurch ein Signal auszugeben, welches die Dielektrizitäts konstante anzeigt, worauf basierend der Alkoholgehalt bestimmt werden kann; und
einer Frequenzteilungsverhältnis -Einstellungseinrichtung zum Einstellen eines Frequenzteilungsverhältnisses der Frequenzteilereinrichtung.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Erfassungseinrichtung für eine Dielektrizitätskonstante
beinhaltet:
eine zylindrische Röhre gebildet aus einem Isolationsmaterial;
eine Spule mit einer Einzelschichtwicklung gewunden um eine äußere zylindrische Oberfläche der Röhre;
eine Elektrode angeordnet innerhalb der Röhre und sich im wesentlichen entlang der Längsachse der Röhre erstreckend; und
eine Flüssigkeitsströmungskammer definiert innerhalb der Röhre zwischen der Elektrode und einer inneren zylindrischen Oberfläche der Röhre;
wobei ein Ende der Spule verbunden ist mit einem Eingang der Resonanzfrequenz-Erfassungseinrichtung und das andere Ende der Spule und die Elektrode mit Massepotential verbunden sind.
eine zylindrische Röhre gebildet aus einem Isolationsmaterial;
eine Spule mit einer Einzelschichtwicklung gewunden um eine äußere zylindrische Oberfläche der Röhre;
eine Elektrode angeordnet innerhalb der Röhre und sich im wesentlichen entlang der Längsachse der Röhre erstreckend; und
eine Flüssigkeitsströmungskammer definiert innerhalb der Röhre zwischen der Elektrode und einer inneren zylindrischen Oberfläche der Röhre;
wobei ein Ende der Spule verbunden ist mit einem Eingang der Resonanzfrequenz-Erfassungseinrichtung und das andere Ende der Spule und die Elektrode mit Massepotential verbunden sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Resonanzfrequenz-Erfassungseinrichtung beinhaltet:
einen Widerstand mit einem Ende verbunden mit dem einen Ende der Spule und dem anderen Ende verbunden mit einem Ausgang eines spannungsgesteuerten Oszillators;
einen Phasenkomparator zum Durchführen eines Phasenvergleichs zwischen Signalen auftretend an beiden Enden des Widerstands; und
einen Integrator zum Integrieren der Ausgabe des Phasen komparators;
wobei die Ausgabe des Integrators angelegt wird an einen Steuereingangsanschluß des spannungsgesteuerten Oszillators, so daß die Ausgangsfrequenz gleich wird einer Resonanzfrequenz angelegt an das eine Ende des Widerstands und wobei die Ausgangsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators geteilt wird durch den Frequenzteiler, um ausgegeben zu werden als das Signal zum Anzeigen der Dielektrizitätskonstante und daher des Alkoholgehalts der Flüssigkeit.
einen Widerstand mit einem Ende verbunden mit dem einen Ende der Spule und dem anderen Ende verbunden mit einem Ausgang eines spannungsgesteuerten Oszillators;
einen Phasenkomparator zum Durchführen eines Phasenvergleichs zwischen Signalen auftretend an beiden Enden des Widerstands; und
einen Integrator zum Integrieren der Ausgabe des Phasen komparators;
wobei die Ausgabe des Integrators angelegt wird an einen Steuereingangsanschluß des spannungsgesteuerten Oszillators, so daß die Ausgangsfrequenz gleich wird einer Resonanzfrequenz angelegt an das eine Ende des Widerstands und wobei die Ausgangsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators geteilt wird durch den Frequenzteiler, um ausgegeben zu werden als das Signal zum Anzeigen der Dielektrizitätskonstante und daher des Alkoholgehalts der Flüssigkeit.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Frequenzteiler beinhaltet:
einen Binärzähler mit einem Eingangsanschluß versorgt mit einem Oszillationssignal ausgegeben von dem spannungsgesteuerten Oszillator, wobei der Zähler inkrementiert wird ansprechend auf jede Eingabe des Oszillationssignals; und
einen Flip-Flop mit einem Eingangsanschluß verbunden mit einem Ausgangsanschluß des Zählers,
wobei die Frequenzteilungsverhältnis-Einstellungsein richtung beinhaltet:
einen Digitalschalter, an dem ein Digitalwert darstellend ein Frequenzteilungsverhältnis einstellbar gesetzt ist;
einen digitalen Komparator zum Vergleichen des Inhalts des Zählers und des digitalen Werts, gesetzt ist an dem Digitalschalter, um dabei ein Koinzidenzsignal auszugeben jedesmal dann, wenn eine Koinzidenz gefunden ist zwischen dem Inhalt des Zählers und dem digitalen Wert;
wobei der Zustand des Flip-Flops invertiert wird ansprechend auf das Koinzidenzsignal, wobei das Ausgangs signal des Flip-Flops als die Ausgabe des Frequenzteilers geliefert wird.
einen Binärzähler mit einem Eingangsanschluß versorgt mit einem Oszillationssignal ausgegeben von dem spannungsgesteuerten Oszillator, wobei der Zähler inkrementiert wird ansprechend auf jede Eingabe des Oszillationssignals; und
einen Flip-Flop mit einem Eingangsanschluß verbunden mit einem Ausgangsanschluß des Zählers,
wobei die Frequenzteilungsverhältnis-Einstellungsein richtung beinhaltet:
einen Digitalschalter, an dem ein Digitalwert darstellend ein Frequenzteilungsverhältnis einstellbar gesetzt ist;
einen digitalen Komparator zum Vergleichen des Inhalts des Zählers und des digitalen Werts, gesetzt ist an dem Digitalschalter, um dabei ein Koinzidenzsignal auszugeben jedesmal dann, wenn eine Koinzidenz gefunden ist zwischen dem Inhalt des Zählers und dem digitalen Wert;
wobei der Zustand des Flip-Flops invertiert wird ansprechend auf das Koinzidenzsignal, wobei das Ausgangs signal des Flip-Flops als die Ausgabe des Frequenzteilers geliefert wird.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP4214138A JPH0658897A (ja) | 1992-08-11 | 1992-08-11 | 液体のアルコール濃度検知装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE4326373A1 DE4326373A1 (de) | 1994-02-17 |
DE4326373C2 true DE4326373C2 (de) | 1995-09-07 |
Family
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Country Status (3)
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JP (1) | JPH0658897A (de) |
DE (1) | DE4326373C2 (de) |
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1992
- 1992-08-11 JP JP4214138A patent/JPH0658897A/ja active Pending
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1993
- 1993-07-26 US US08/096,270 patent/US5337017A/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-08-05 DE DE4326373A patent/DE4326373C2/de not_active Expired - Fee Related
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