DE69309191T2

DE69309191T2 - Thermistor-Flüssigkeitsdetektor

Info

Publication number: DE69309191T2
Application number: DE69309191T
Authority: DE
Inventors: Pimpec Michel Le
Original assignee: Intertechnique SA
Current assignee: Safran Aerosystems SAS
Priority date: 1992-08-28
Filing date: 1993-08-26
Publication date: 1997-10-30
Anticipated expiration: 2013-08-27
Also published as: DE69309191D1; CA2104424A1; CA2104424C; EP0585177B1; US5421202A; FR2695203A1; EP0585177A1; FR2695203B1

Description

Die Erfindung betrifft Flüssigkeitsstanddetektoren, die als Detektoren für den Füllstand in einem Behälter verwendbar sind und einen einen Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC) enthaltenden Sensor, eine elektrische Stromquelle, durch welche im Sensor elektrische Leistung in Joulesche Wärme umgewandelt wird, und Mittel, um den Wert des Sensorwiderstandes mit einem festgelegten Grenzwert zu vergleichen, umfassen.
Das in diesen Detektoren angewendete Prinzip ist die Differenz der Wärmeleitfähigkeit von Flüssigkeiten und Gasen. Bei ein und derselben in einem Thermistor in Wärme umgewandelten elektrischen Leistung ist die erreichte Gleichgewichtstemperatur, wenn sich der Thermistor in einem Gas befindet höher als wenn er in einer Flüssigkeit ist. Wird die Potentialdifferenz an den Anschlüssen des Thermistors gemessen und ist der Strom, der durch ihn hindurchfließt, bekannt, kann der Widerstandswert und das Medium, in welches der Thermistor eintaucht, bestimmt werden.
Die gegenwärtig eingesetzten Detektoren, die auf diesem Prinzip beruhen, sind durch schwerwiegende Einschränkungen charakterisiert. Insbesondere arbeiten sie nur zufriedenstellend, wenn sich die Temperaturen von Flüssigkeit und Gas wenig voneinander unterscheiden. Im gegenteiligen Fall ist es nicht mehr möglich, durch einen einfachen Vergleich seines Widerstandes mit einem einzigen festgelegten Wert zu ermitteln, in welchem Medium sich der Sensor befindet. In Figur 1 ist diese Einschränkung im speziellen Fall eines Füllstandsdetektors für einen Treibstoff dargestellt, der in einem Behälter gelagert und mit einer Luftschicht bedeckt ist, wobei der Thermistor vom Typ NTC ist, dessen Widerstand sich gemäß einem Gesetz ändert, das sich einer reziproken Exponentialfunktion annähert. Der Widerstand R&sub1; des NTC variiert in Abhängigkeit von der Temperatur Θ entsprechend der Kurve 10, wenn er in Luft eintaucht, und entsprechend der Kurve 12, wenn er in den Treibstoff eintaucht. Verwendet man einen konstanten Auswahlgrenzwert R&sub0;, kann die Füllstandsmes sung nur innerhalb der beiden relativ nah beiemanderliegenden Temperaturen T&sub1; und T&sub2; erfolgen.
Aus FR-A-2 515 342 und FR-A-1 456 920 ist ebenfalls ein Detektor bekannt, der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entspricht, aber in welchem ein PTC verwendet wird, dessen Widerstand ab einer Übergangstemperatur stark ansteigt, wobei der Gesamtwiderstand der in Reihe geschalteten Thermistoren nicht gemessen wird.
Schließlich ist aus DE-A-3 341 630 ein Detektor bekannt, der eine vertikale Kette aus einander abwechselnden PTCs und NTCs derart enthält, daß der Durchgang der freien Oberfläche einer Flüssigkeit durch Zwischenfüllstände zwischen einem Thermistor des einen und einem des anderen Typs nachgewiesen wird.
Die Erfindung ist speziell auf die Bereitstellung eines Flüssigkeitsstanddetektors gerichtet, der, insbesondere indem er einen deutlich erweiterten Meßbereich und eine beträchtlich größere zuverlässigkeit ermöglicht, besser als die bekannten Detektoren des Standes der Technik den Forderungen der Praxis entspricht.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst, indem ein Flüssigkeitsstanddetektor gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen wird.
Durch diese Vorrichtung und indem ein PTC verwendet wird, dessen Widerstand in der Mitte des vorgesehenen Arbeitsbereichs genau proportional zu dem des NTC ist, wird eine derartige Kompensation der Temperatur sichergestellt, daß der Meßbereich deutlich erweitert wird, ohne daß es deshalb notwendig wäre, den Auswahlgrenzwert in Abhängigkeit von der Temperatur zu verändern.
In der Praxis hat der PTC im allgemeinen in der Mitte des Temperaturmeßbereichs einen Widerstand von 1/10 bis 1/100 des Widerstands des NTC. Folglich wird, verglichen mit der im NTC erzeugten Wärme, im PTC sehr wenig Wärme erzeugt, durch die das umgebende Medium praktisch nicht beeinflußt wird. Deshalb ist der Widerstand des PTC für die Temperatur dieses Mediums repräsentativ.
Im allgemeinen wird ein PTC verwendet, dessen Widerstand sich in Abhängigkeit von der Temperatur näherungsweise linear verändert.
Die herkömmlichen Flüssigkeitsstanddetektoren erfordern drei Versorgungsdrähte und somit drei Anschlußpunkte.
Davon versorgen zwei Drähte den Sensor mit Strom. Der dritte Draht ermöglicht es, die Spannung an den Anschlüssen des Thermistors zu messen und daraus dessen Widerstand abzuleiten. Eine andere erfindungsgemäße Aufgabe besteht in der Verringerung der Anzahl der Anschlußpunkte, was insbesondere in der Luft- und Raumfahrt von Vorteil ist, wo die Herstellung der Anschlüsse wegen der erforderlichen Qualität teuer ist. Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung einen Detektor vor, in welchem die elektrische Stromquelle eine Gleichstromquelle derart ist, daß die Spannung an den Anschlüssen der Stromquelle für den Widerstand des Sensors repräsentativ ist.
Ein zusätzlicher Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß, wenn mehrere Flüssigkeitsstanddetektoren einen Sensor enthalten, der in einem Behälter auf einem jeweils anderen Niveau derart angeordnet ist, daß ein Füllstandsdetektor gebildet wird, die Anzahl der Drähte, die in den Behälter eingeführt werden müssen, ein Drittel kleiner wird, was besonders in der Luft- und Raumfahrt von Wert ist, wo man die Anzahl der Einführungen in einen Tank verringern möchte. Die Masseeinsparung ist ebenfalls erwünscht.
Die Erfindung wird an Hand der folgenden Beschreibung einer beispielhaften speziellen Ausführungsform unter Bezugnahme auf die im Anhang befindlichen Zeichnungen erläutert, wobei
- Figur 1, wie bereits erwähnt, die veränderung des Widerstands R&sub1; eines von einem Gleichstrom durchflossenen NTC in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur, wenn er sich in Luft und wenn er sich in einer Flüssigkeit befindet,
- Figur 2 den Kurvenverlauf der Veränderung des Widerstands R&sub2; eines PTC in Abhängigkeit von der Temperatur Θ,
- Figur 3, ähnlich Figur 1, das Gesetz der Veränderung des Gesamtwiderstandes eines Sensors entsprechend einer speziellen erfindungsgemäßen Ausführungsform in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur, wenn sich der Sensor in Luft und wenn er sich in einer Flüssigkeit befindet,
- Figur 4 ein Prinzipschema eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitsstandsdetektors und
- Figur 5 ein elektrisches Schaltbild
zeigt.
Die Erfindung geht von der Feststellung aus, daß es möglich ist, den Einfluß der Umgebungstemperatur auf den Widerstand eines Sensors mit einem Thermistor vom Typ NTC zu verringern, indem mit dem NTC ein PTC mit beträchtlich niedrigerem Wert in Reihe geschaltet wird, der einen Widerstand im Meßbereich und einen Temperaturkoeffizienten besitzt, die geeignet gewählt sind. Dafür wird ein Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizienten verwendet, dessen Widerstand sich nicht stark, sondern allmählich ändert, d.h. dessen widerstandstemperaturkennlinie keinen Knick mit einer Krümmung aufweist, die viel größer als die der Bereiche der Kennlinie vor und nach dem Knick ist. Im allgemeinen verläuft, wie in Figur 2 gezeigt, für den gesamten zwischen T&sub3; und T&sub4; vorgesehenen Temperaturmeßbereich die Veränderung näherungsweise linear.
In diesem Fall ist die Veränderung des Widerstandes R&sub1; + R&sub2; des Thermistors in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur Θ, wenn der Thermistor von einem festgelegten Gleichstrom durchflossen wird so wie sie durch die Kurve 14 angegeben wird, wenn sich der Sensor in Luft befindet, und wie sie durch die Kurve 16 angegeben wird, wenn er eintaucht. Es ist festzustellen, daß man dann das Medium, in welchem sich der Sensor befindet, eindeutig bestimmen kann, indem der Widerstand R&sub1; + R&sub2; mit einem festen Auswahlgrenzwert R&sub0; verglichen wird, der für einen Meßbereich von T&sub3; bis T&sub4;, der sich viel weiter als der Meßbereich T&sub1; - T&sub2; erstreckt, festgelegt ist.
Beispielhaft wurde ein Detektor für Flugbenzin in einem Tank hergestellt, für welchen ein NTC 18 mit einem Widerstand in der Mitte des Meßbereichs von etwa 10 kΩ und ein PTC 20 mit einem Widerstand in der Mitte des Meßbereichs von etwa 200 Ω verwendet wurde. Dabei ist es möglich, durch Vergleich mit einem Festwert R&sub0; für einen Temperaturbereich von T&sub3; = -30ºC bis T&sub4; = 90ºC, was sich in einem praktischen, nützlichen Bereich von mindestens -20ºC bis +60ºC ausdrückt, zu ermitteln, ob sich der Sensor im Flugbenzin oder in der darüberliegenden Luft (bzw. in dem Inertgas, mit welchem der Treibstoff bedeckt ist) befindet.
Wie weiter oben beschrieben, erlaubt die Erfindung die Herstellung eines Detektors, der nur zwei Verbindungsdrähte zwischen dem Sensor 22 und der Meßelektronik 24 enthält, die mit diesem verbunden und außerhalb des Behälters 25 angeordnet ist. Die Elektronik umfaßt eine Quelle 26 für Gleichstrom I und einen Meßstromkreis 28 für die Spannung an den Anschlüssen der Gleichstromquelle 26, die für den Widerstand des Sensors repräsentativ ist. Der Meßstromkreis 28 enthält auch einen Komparator für die Spannung an den Anschlüssen der Gleichstromquelle 26 mit der Auswahlspannung V&sub0;, die für den Widerstand R&sub0; repräsentativ ist.
Die Gleichstromquelle 26 kann insbesondere einen Differentialverstärker 30 und einen Bipolartransistor 32 enthalten, dessen Emitter auf den Subtraktionseingang des Differentialverstärkers (Figur 5) rückgekoppelt ist. Der Komparator 28 kann seinerseits aus einem Diskriminator mit einem Differentialverstärker 34 mit Grenzwert bestehen.
Eine Detektoreinheit kann aus Sensoren 22, die auf unterschiedlichen Niveaus in einem Behälter angebracht sind, und einer gemeinsamen Elektronik 24 bestehen, welche mit Auswahlmitteln ausgestattet ist, die von einem Folgeschalter gesteuert werden und es ermöglichen, die eingetauchten und die nicht eingetauchten Sensoren zu ermitteln.
Zu ergänzen bleibt, daß der Flüssigkeitsstanddetektor leicht so vervollständigt werden kann, daß er selbst jede Funktionsanomalie feststellt. Es genügt, an den Anschlüssen der Gleichstromquelle 26 zwei zusätzliche Komparatoren hinzuzufügen. Dabei wird ein Kurzschluß, der sich durch ein Absinken der Spannung an den Anschlüssen der Gleichstromquelle anzeigt, von einem Minimumkomparator ermittelt. Ein offener Stromkreis, der sich in einer Erhöhung der Spannung an den Anschlüssen bemerkbar macht, die einen Wert erreicht, der deutlich über dem Maximalwert liegt, der bei einer normalen Messung erhalten werden kann, wird von einem Maximumkomparator ermittelt.

Claims

1. Detektor für den Nachweis einer Flüssigkeit an einer Stelle eines Behälters, welcher einen Sensor (22), der vorgesehen ist, an jener Stelle angebracht zu werden und einen Thermistor (18) mit negativem Temperaturkoeffizienten und einen Thermistor (20) mit positivem Temperaturkoeffizienten, der mit dem Thermistor mit negativem Temperaturkoeffizienten elektrisch in Reihe geschaltet ist, enthält, und auf gleichem Niveau eine elektrische Stromquelle (26), durch welche im Sensor elektrische Leistung in Joulesche Wärme umgewandelt wird, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Widerstand des Thermistors mit positivem Temperaturkoeffizienten in Abhängigkeit von der Temperatur progressiv verändert und daß der Detektor auch Mittel (28) umfaßt, um den Wert des Gesamtwiderstandes der in Reihe geschalteten Thermistoren mit einem festgelegten Grenzwert zu vergleichen.

2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwert auf einen konstanten Wert gehalten wird.

3. Detektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Widerstand des Thermistors (20) mit positivem Temperaturkoeffizienten in der Mitte des Temperaturmeßbereichs befindet und 1/10 bis 1/100 des Widerstands des Thermistors (18) mit negativem Temperaturkoeffizienten beträgt.

4. Detektor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Widerstand des Thermistors (20) mit positivem Temperaturkoeffizienten in Abhängigkeit von der Temperatur näherungsweise linear verändert.

5. Detektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Stromquelle (26) eine Gleichstromquelle ist und daß die Mittel (28) vorgesehen sind, um an den Anschlüssen der Stromquelle (26) die Spannung zu messen, die für den Widerstand des Sensors repräsentativ ist, und diese mit einem Bezugswert zu vergleichen.

6. Detektor für den Füllstand eines Behälters nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (26) und die Mittel (28) außerhalb des Behälters (25) angeordnet und mit dem Sensor (22) nur durch zwei Drähte verbunden sind.

7. Detektor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (28) auch Komparatoren für die Spannung an den Anschlüssen der Stromquelle mit zwei anderen Bezugswerten umfassen, die so ausgewählt sind, daß Öffnung und Kurzschluß des Sensors bestimmt werden können.