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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen eines Fluidfüllstandes
durch Bestimmen eines Neigungswinkels einer Klammer, die drehbar
ein Schwimmerelement, das nahe einer Oberfläche des Fluidfüllstandes
angeordnet ist, mit einer Schwenkanordnung verbindet, die eine Widerstandseinrichtung trägt, von
der ein Teil durch einen Schleifer abgeteilt wird, der sich mit
sich veränderndem
Winkel bewegt.
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Die
US-Patentschrift Nr. 4.911.011 beschreibt
ein Verfahren zum Messen eines Fluidfüllstandes durch Bestimmen eines
Neigungswinkels einer Klammer, die drehbar ein Schwimmerelement, das
nahe einer Fluid-Oberfläche
angeordnet ist, mit einer Schwenkeinrichtung verbindet. Diese trägt einen
Widerstand, von dem ein erster Teil durch einen Schleifer abgeteilt
wird, der sich mit Sich veränderndem
Winkel bewegt. Die Spannungsteilerschaltung misst tatsächlich den
Teil des Spannungsabfalls zwischen dem ersten Kontakt und dem dritten
Kontakt gegenüber
dem Spannungsabfall über
das ganze Widerstandselement zwischen dem ersten und dem zweiten
Kontakt.
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Das
genaue Bestimmen eines Fluidfüllstandes
in einem Behälter
ist in verschiedenen Umgebungen von großer Bedeutung, insbesondere
etwa, ohne auf diese begrenzt zu sein, in Kraftstoffbehältern von Kraftfahrzeugen.
Die Messanordnung muss viele und manchmal auch sich widersprechende
Anforderungen erfüllen.
Sie muss kostengünstig
sein, muss nahezu unempfindlich gegenüber beachtlichen Beschleunigungen
in allen Richtungen des Fahrzeugs sowohl statisch als auch dynamisch
sein, darf nicht feuergefährlich
in einer Umgebung mit großen
Mengen hochbrandgefährlicher
Stoffe sein, und so weiter. Wenn also eine solche Messung auf elektronischem Weg
ausgeführt
wird, müssen
alle verwendeten Spannungen so gering wie möglich sein. In der Praxis erfolgte
die Messung durch Messen eines veränderlichen Widerstandes, der
sich unter dem Einfluss des Fluidfüllstandes durch die Bewegung
des Schleifers entlang einer Widerstandsbahn verändert, wie sie z. B. in der
Dickfilmtechnologie angewendet wird. Die mechanischen Aspekte einer
solchen Anordnung sind in der
US-Patentschrift Nr. 6.267.007 B1 , Mannesmann
VDO AG, beschrieben.
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Das
Messen des Winkels und indirekt des verbleibenden Fluidinhalts läuft daher
auf das Messen eines Widerstandswertes hinaus, wobei ein Ende des
Widerstandes feststehend verbunden wird und das Schleifen tatsächlich einen
beweglichen Kontakt darstellt. Für
eine Zweidrahtmessung eines solchen Widerstandswertes muss ein Messstrom durch
den Schleiferkontakt fließen,
so dass der Übergangswiderstand
die Messgenauigkeit auf negative Weise beeinflussen kann sogar.
Darüber
hinaus kann der Übergangswiderstand
auch über
eine kurze Zeitskala über
einen großen
Bereich variieren.
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Folglich
besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung unter anderem darin,
den Wert des Messstroms durch den Übergangswiderstand zu verringern,
während
ferner eine Anordnung bereitgestellt wird, die ein Ausschalten jeglichen
Einflusses des Übergangswiderstandes
auf ein zulässiges
niedriges Niveau erlaubt.
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Somit
ist das der Erfindung zugrundeliegende Verfahren gemäß einem
seiner Aspekte durch die folgenden Schritte gekennzeichnet:
Anlegen
einer stabilisierten Netzspannung mit ihrer ersten Klemme in Reihe
mit einem Begrenzungswiderstand an ein Ende des Widerstands, Messen
der Spannungen sowohl über
dem ersten Teil als auch über
einem verbleibenden Teil des Widerstandes, und Berechnen des Widerstandswertes
des ersten Teils durch Entfernen eines Übergangswiderstandswertes,
der mit dem Schleifer zusammenhängend
ist, aus Auswertungsgleichungen, ausgedrückt durch die Werte der jeweiligen
Spannungen, und durch Anlegen einer zweiten Klemme der stabilisierten
Netzspannung an den Schleifer.
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Allgemein
kann durch das Bereitstellen von zwei getrennten Messwerte der Einfluss
des Übergangswiderstandes
auf die Berechnungen direkt weggenommen werden.
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Ein
anderes der Erfindung zugrundeliegendes Verfahren ist gekennzeichnet
durch das Verbinden von Messwiderständen in Reihe mit Anordnungen
zum Messen der jeweiligen Spannungen als jeweilige Messimpedanzen.
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Vorzugsweise
sind diese Messwiderstände symmetrisch.
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Ein
anderes der Erfindung zugrundeliegendes Verfahren ist dadurch gekennzeichnet,
dass der Widerstand eine Dickfilmwiderstandsschicht umfasst.
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Die
Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung, die zum Messen eines Fluidfüllstandes
angeordnet ist, wobei die Vorrichtung eine geneigte Klammer umfasst,
die drehbar ein Schwimmerelement, das nahe einer Fluid-Oberfläche anzuordnen
ist, mit einer Schwenkanordnung verbindet, die einen Widerstand trägt, von
dem ein erster Teil von einem Schleifer abgeteilt wird, der sich
mit sich veränderndem
Neigungswinkel bewegt. Die der Erfindung zugrundeliegende Vorrichtung
ist gekennzeichnet durch eine stabilisierte Netzspannung, die mit
ihrer ersten Klemme in Reihe mit einem Begrenzungswiderstand mit
einem Ende des Widerstandes verbunden ist, ein Messmittel, das so
angeordnet ist, dass es die Spannungen sowohl über einem ersten Teil als auch über dem
verbleibenden Teil des Widerstandes misst, und ein Berechnungsmittel,
das so angeordnet ist, dass es den Widerstandswert des ersten Teils
berechnet, einschließlich
des Wegnehmens eines Übergangswiderstandswertes,
der mit dem Schleifer zusammenhängt,
aus Auswertungsgleichungen, ausgedrückt durch die Werte der jeweiligen
Spannungen, und ferner umfassend Ausgabemittel zum Ausgeben eines Resultates
des Berechnungsmittels und durch eine Verbindung zwischen einer
zweiten Klemme der stabilisierten Netzspannung und dem Schleifer.
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Eine
andere Ausführungsform
der der Erfindung zugrundeliegenden Vorrichtung ist durch Messwiderstände gekennzeichnet,
die in Reihe mit Anordnungen zum Messen der jeweiligen Spannungen
als Messeingangswiderstände
miteinander verbunden sind.
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Wieder
eine andere Ausführungsform
der der Erfindung zugrundeliegenden Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet,
dass die Messwiderstände symmetrisch
sind.
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Eine
wiederum bevorzugte Ausführungsform der
der Erfindung zugrundeliegenden Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet,
dass der Widerstand eine Dickfilmwiderstandsschicht umfasst.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug. Ein der Erfindung zugrundliegendes
Kraftfahrzeug ist gekennzeichnet durch ein Anzeigemittel zum Anzeigen
eines Ausgabesignals des Berechnungsmittels zum weiteren Verwenden
für eine
Anwenderperson oder eine Anwendergruppe.
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Vorzugsweise
gehört
die Vorrichtung zu einer Kraftstofftankanlage.
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Weitere
vorteilhafte Aspekte der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen genannt.
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Diese
und weitere Aspekte und Vorzüge
der Erfindung werden ausführlicher
im Folgenden anhand der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
und insbesondere mit Hinweis auf die beigefügten Figuren beschrieben.
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1 ist
eine Gesamtdarstellung einer Messvorrichtung, die in einem Kraftfahrzeug
angeordnet ist.
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2 ist
eine umfassende Darstellung der der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden
elektrischen Messanordnung.
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3 zeigt
eine andere Darstellung einer Potentiometer-Messanordnung mit quantitativen Maßen verschiedener
Widerstände.
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1 zeigt
eine umfassende Darstellung einer Vorrichtung zum Messen des Fluidfüllstandes, die
in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist. Das Kraftfahrzeug ist nur
schematisch in der Form eines Rechtecks 18 mit einer unterbrochenen
Linie gezeigt. Das Kraftfahrzeug enthält einen Kraftstofftank 20,
der mit einer Füllleitung
mit Verschlussdeckel 22 und einem Ausgangsventil 24 ausgestattet
ist, das zum Motor führt.
Die Position des Fluidfüllstandes 26 wird von
einem Schwimmerelement 34 erfasst, das drehbar durch eine
Klammer 32 mit einer Schwenkanordnung 30 verbunden
ist. Letztere ist mittels eines Trägers 28, der auch
die Messanordnung selbst Form trägt,
an der Wand des Tanks 20 befestigt. Ein elektrisches Signal 36,
das die Winkelposition der Klammer 32 und somit die vertikale
Position der Fluidoberfläche
anzeigt, wird zur weiteren analogen oder digitalen Verarbeitung
in einer Anwendergruppe und/oder zur Anzeige oder einer anderen
nicht gezeigten Darstellung für
eine Anwenderperson ausgegeben. Die Klammer und die Schwenkanordnung könnten grundsätzlich in
dem Fluid eingetaucht sein, wobei der Fluidfüllstand dann relativ höher ist
als gezeigt.
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2 zeigt
umfassend die der Erfindung zugrundeliegende elektrische Messausführungsform. Das
zentrale Element der Messung ist eine Dickfilmwiderstandsanordnung 40,
die als eine unterbrochene Folge radialer Verbindungsstreifen gezeigt
ist, die über
einen gebogenen Streifen Dickfilmwiderstandsmaterial gelegt sind,
das auf den Träger 28 aufgebracht
ist, der in 1 gezeigt ist. Somit können die Streifen
in der gezeigten Form Abgriffe des darunterliegenden Widerstandes
sein. In einem anderen Aufbau berühren sich der Schleifer und
der Dickfilmwiderstand unmittelbar. Der Schleifer 42 bestimmt durch
seine gegebene Position einen gegebenen Messwiderstand zwischen
dem Abgriff und dem ersten Widerstandsendpunkt 44. Im Prinzip
könnte
ein solcher Widerstand mit einer herkömmlichen Zweidraht-messung
auf der Grundlage der Formel V = I·R gemessen werden, wobei
R der Widerstand, I der Strom im Widerstand und V die Spannung über dem Widerstand
ist. Hierbei werden eine stabilisierte Netzspannung, wie gezeigt
durch U0, und ein Reihenwiderstand RV zur Strombegrenzung bereitgestellt.
Ferner wird durch eine Analog-Digital-Umwandlung ein geeigneter
Digitalwert erzeugt, um unterschiedliche Verarbeitungsanforderungen
für digitale
Daten bedienen zu können
und/oder zur direkten Anzeige. Jedoch besteht ein inhärentes Problem
der beschriebenen Anordnung in dem Übergangswiderstand RU 46,
der im Hinblick auf den nicht unbeträchtlichen elektrischen Strom,
der durch den Kontakt fließt,
die gemessene Spannung UF in unvorhersagbarer und ungleichmäßiger Form
beeinflussen kann.
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Die
vorliegende Erfindung erstreckt sich in erster Linie auf eine Dreidraht-Messanordnung.
Die Erweiterung wird durch eine Dreidraht-Messanordnung bereitgestellt,
die einen zweiten Verbindungsdraht dem zweiten Widerstandsendpunkt 50 hinzufügt. Auf
diese Weise beeinflusst der Übergangswiderstand
RU zunächst
die Messung nicht, da er bei korrekter Dimensionierung nur einen
vernachlässigbar
geringen Strom trägt.
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Der
Erfinder hat jedoch ein Problem darin erkannt, dass der Übergangswiderstand
RU 42 dann durch den Aufbau von Plaques und anderen Überlagerungen
mit hohem Widerstand auf dem Dickfilmschichtwiderstand und/oder
auf dem Schleiferkontakt ansteigen kann. Es stellte sich heraus,
dass ein niedriger gegebener Stromwert das Problem dadurch verstärken könnte, dass
er einen solchen Aufbau noch beschleunigen kann. Ungeachtet des
eigentlich geringen Stroms, der in diesen Schichten fließt, kann die
tatsächliche
gemessene Spannung dann so stark von dem korrekten Wert abweichen,
dass es zu einer Fehlfunktion des Messverfahrens und sogar zu einer Fehlfunktion
des ganzen Kraftfahrzeugs kommen kann, etwa, wenn überhaupt
kein Fluid mehr vorhanden ist, das extern angezeigte Messergebnis
aber immer noch eine ausreichende Kraftstoffreservemenge anzeigt.
Der Erfinder hat erkannt, dass ein solches Fehler im Widerstandswert
tatsächlich
durch das Steuern der ganzen Vorrichtung mit einem niedrigen Strom
begünstigt
wird, der selbst eine höhere Genauigkeit
erreicht hätte.
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Jedoch
hat der Erfinder erkannt, dass eine Dreidraht-Differentialmessung
den Übergangswiderstand
bestimmen kann, und dadurch auf dieser Grundlage eine Korrektur
des gemessenen Wertes anwenden kann, der unabhängig von dem gegebenen Stromfluss
durch den Übergangswiderstand
RU 42 einen deutlich höheren
Genauigkeitsgrad erbringt. Das Verfahren besteht darin, sowohl die
Spannung UF zwischen einem ersten Endpunkt 44 des Messwiderstandes
und dem Schleifer als auch die Spannung UF zwischen einem zweiten
Endpunkt 50 des Messwiderstandes und dem Schleifer zu messen.
Aufgrund der Stabilisierung der Netzspannung U0 entfernt eine grundlegende
Berechnung wirksam den Einfluss des Übergangswiderstandes. Auf diese
Weise wird eine fehlerfreie Messung erhalten, solange der Übergangswiderstand
in dem Bereich liegt, der von dem Messinstrument selbst abgedeckt
wird. Das beseitigt die Nachteile eines Übergangswiderstandes, der im
Wesentlichen keine starken Ströme
trägt.
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Folgende
Formeln sind anwendbar: UF = (RX +
RU)·I
= U0 – RV·I (1) UE = RU·I (2) wobei RU = UE/I und I = (U – UF)/RV (3)
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Daraus
ergibt sich RX = (UF – UE)·RV/(U0 – UF) (4)
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Die
Formel (4) enthält
tatsächlich
nicht mehr den gegebenen Wert für
den Übergangswiderstand RU,
so dass Plaques und andere Unregelmäßigkeiten des Schleiferkontakts
die Messung nicht mehr beeinflussen würden. Die Widerstände Ri zeigen
tatsächlich
die Eingangsimpedanzen der Spannungsmesseinrichtung.
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3 zeigt
eine andere Anordnung eines Potentiometer-Messsystems mit den quantitativen Angaben
unterschiedlicher Widerstände.
Im Gegensatz zu 2 ist die Netzspannung 62 an
beiden Enden 44, 60 der Dickfilmwiderstandsanordnung 40 angelegt.
Der Schleiferkontakt 42 bildet zusammen mit dem Übergangswiderstand 46,
dem angenommenem Widerstand 64, dargestellt durch verschiedene Verbindungsdrähte, und
dem hochohmigen Widerstand 66 eine Schleife mit der Messanordnung 68. Wie
gezeigt, hat der Dickfilm einen Gesamtwiderstand von etwa 70 bis
270 Ohm, wobei der Übergangswiderstand
RK zwischen etwa 30 und 100 Ohm schwankt, der Widerstand der verschiedenen
Drähte bei
etwa 2 Ohm liegt und der hochohmige Messwiderstand im Bereich von
10.000 Ohm liegt. Der Gesamtwiderstand in der Messschleife variiert
dann zwischen 10.072 und 10.272 Ohm ohne den Übergangswiderstand und zwischen
10.102 und 10.372 Ohm mit dem veränderlichen Übergangswiderstand. Das ist
ein klarer Hinweis auf den großen
und abträglichen
Einfluss, den die haben kann Veränderung
des Übergangswiderstandes
auf den gemessenen Wert wurde, und dieses Problem durch die der
Erfindung zugrundeliegende Ausführungsform
im Hinblick auf 2, 5.0., gelöst.
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Die
Erfindung wurde somit in ausreichender Form anhand einer bevorzugten
Ausführungsform beschrieben.
Jedoch ist dem fachmann klar, dass zahlreiche Veränderungen
und Modifizierungen möglich
sind. Sie gelten daher, sofern derartige Änderungen und Modifizierungen
nicht den Rahmen der beiliegenden Ansprüche überschreiten, als in der Erfindung
enthalten.