EP1740912A2 - System und verfahren zur füllstandsmessung eines flüssigkeitsbehälters - Google Patents

System und verfahren zur füllstandsmessung eines flüssigkeitsbehälters

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Publication number
EP1740912A2
EP1740912A2 EP05735129A EP05735129A EP1740912A2 EP 1740912 A2 EP1740912 A2 EP 1740912A2 EP 05735129 A EP05735129 A EP 05735129A EP 05735129 A EP05735129 A EP 05735129A EP 1740912 A2 EP1740912 A2 EP 1740912A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
liquid container
vibration generator
measuring tube
liquid
vibration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05735129A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Eugen Schlötzer
Johann Schlemmer GmbH FERSTL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schlemmer GmbH
Original Assignee
Schlemmer GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schlemmer GmbH filed Critical Schlemmer GmbH
Publication of EP1740912A2 publication Critical patent/EP1740912A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/296—Acoustic waves
    • G01F23/2966—Acoustic waves making use of acoustical resonance or standing waves

Definitions

  • the present invention relates to a system and a method for level measurement of a liquid container according to the preamble of claim 1 and claim 15.
  • the present invention relates to a system and a method for level measurement of a fuel tank.
  • Known level sensors have, for example, a float which is attached to a lever arm. The level of the tank is determined by the deflection of the lever arm.
  • a disadvantage of this prior art is that the structure with the float requires a relatively large amount of installation space and is not wear-free.
  • a fill level measuring device for a liquid container is known from DE 200 22 911 U1.
  • a hollow body is arranged and designed such that liquid can rise from the liquid container into the hollow body.
  • the liquid level in the hollow body is proportional to the liquid level in the liquid container and is determined.
  • the liquid level in the hollow body is determined by ultrasound, in that an ultrasound generator sends ultrasound waves in the direction of the liquid level, which are reflected by the liquid on the surface. The reflected ultrasound waves are received and the liquid level determined from the running time.
  • a disadvantage of this known prior art is that the generation of ultrasound and the reception of ultrasound as well as the transit time measurement are complex and therefore expensive.
  • the measurement result is also falsified by the changing ambient pressure, since the hollow body is filled by the pressure of the liquid against the air cushion which is under pressure and which is under pressure.
  • the resonance frequency which depends on the liquid level, can advantageously be measured by simple and inexpensive components. Neither the vibration generator nor the vibration sensor come into contact with the liquid and the liquid sensor is not subject to wear. This advantageously takes advantage of the fact that both the resonance frequency of the air volume above a liquid level in a liquid container and the resonance frequency of the liquid container itself depend on the height of the liquid level and thus the filling. The measurement of one or both resonance frequencies therefore reliably enables the degree of filling to be measured.
  • the vibration generator can sweep the frequencies.
  • the occurrence of a resonance frequency is easy to determine, because then the vibration amplitude of the signal detected by the vibration sensor increases sharply
  • the vibration generator can excite vibrations over the entire frequency range of possible resonance frequencies.
  • a measuring tube having openings at two ends to the liquid container is advantageously arranged in the interior of the liquid container such that the liquid flows into the measuring tube via the lower opening to the same level as in the liquid container.
  • a ready-to-install unit can be formed and the resonance behavior of each form of a liquid container does not have to be measured.
  • a tubular measuring device is also easy to mount through an opening in the liquid container from above.
  • the frequency range comprises the resonance frequencies of the air column located above a liquid in the measuring tube or the resonance frequencies of the measuring tube.
  • the measuring tube can be arranged in the liquid container at its lowest point.
  • the elongated shape of a measuring tube makes it possible, rather than, for example, a lever measuring device, to measure reliably until the liquid container is completely emptied, since this can be mounted well down to the lowest point of the liquid container.
  • the vibration generator and the vibration sensor can advantageously be arranged on the wall of the liquid container and determine the resonance frequency of the liquid container itself.
  • the liquid level in the liquid container can be measured without an installation opening having to be provided or a component having to be brought into the interior of the liquid container.
  • the vibration generator and the vibration sensor can still be retrofitted.
  • FIG. 2 shows the system and the fuel tank of FIG. 1 schematically in a perspective, cut view
  • Fig. 3 shows a further embodiment of a system according to the invention in a fuel tank schematically in section
  • Fig. 4 shows a third embodiment of a system according to the invention with a fuel tank schematically in section.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a system 1 according to the invention in a liquid container, here a fuel tank 2, schematically in section.
  • the fuel tank 2 is filled up to a liquid level 3.
  • a measuring tube 5 is inserted into the fuel tank 2 via an opening 4.
  • At the upper end of the measuring tube 5 there is a loudspeaker or an acoustic source 16 as the vibration generator 6 and a microphone or an acoustic sink 9 as the vibration sensor 7.
  • the fuel can flow into the measuring tube 5 via an inlet opening 8 at the lower end of the measuring tube 5. until it has the same level in the measuring tube 5 as the liquid level 3.
  • the air can escape through a ventilation opening (not shown here) in the upper region of the measuring tube 5.
  • FIG 2 shows the system 1 and the fuel tank 2 of Figure 1 schematically in a perspective view.
  • the measuring tube 5 is inserted into the fuel tank 2 via the opening 4 and immersed in the liquid level 3, so that the fuel flows into the measuring tube 5 via the inlet opening 8 at the lower end of the measuring tube 5 until it has the same level in the measuring tube 5 ,
  • the loudspeaker 16 as a vibration generator 6
  • the microphone 9 as a vibration sensor 7.
  • the air column above the fuel in the measuring tube 5 is excited to vibrate by the loudspeaker 16.
  • the strength of the vibrations of the air column in the measuring tube 5 is measured by the microphone 9.
  • the resonance frequency is particularly dependent on the height of the air column in the measuring tube 5.
  • the entire range of possible resonance frequencies of the measuring tube 5 is therefore run through for different fill levels.
  • the amplitude measured on the microphone 9 increases by two to six times.
  • the resonance frequency and thus the fill level of the measuring tube 5 are therefore precisely determined by the wobble, since even if other influences influence the strength of the sound vibrations in the measuring tube 5, the passage through the resonance range can be determined by the noticeable increase in the vibration amplitude.
  • the described wobble process is preferably carried out whenever the current fill level is to be determined.
  • a trigger signal is generated in order to trigger such an individual wobble process.
  • longer periods can be provided in which a plurality of weaving operations are carried out. In this way, the current level can always be determined during these periods. This is provided in particular in the cases in which specifiable fill levels represent a particular risk (eg emptying a tank) or in which an operator wishes permanent, always up-to-date fill level information for other reasons.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a system 12 according to the invention in a fuel tank 2 schematically in section.
  • the same components for the exemplary embodiment in FIG. 1 are designated with the same reference numerals.
  • the measuring tube 5 with its inlet opening 8 is inserted at the lower end via the opening 4.
  • an acoustic source in particular a loudspeaker 18 as a vibration generator 10 and an acoustic sink, in particular a microphone 17 as a vibration sensor 11.
  • the loudspeaker 18 generates vibrations in all possible resonance frequencies of the air column in the measuring tube 5, corresponding to the possible liquid level 3 in the fuel tank 2 or measuring tube 5.
  • the air column then vibrates in the resonance frequency that is received on the microphone 17.
  • the resonance frequencies depend on several parameters, which in addition to the air column include the geometry of the tank 2, the measuring tube or measuring tube and other components, and the liquid.
  • the degree of filling can thus be determined directly from the resonance frequency or pitch. If the resonance frequency or pitch is displayed immediately, the fill level or height of the liquid level 3 can be represented by appropriate scale labeling.
  • a low liquid level 3 corresponds to a low tone and thus an almost empty fuel tank 2
  • a high liquid level 3 corresponds to a high tone and thus a filled fuel tank 2.
  • FIG. 4 shows a third embodiment of a fill level sensor according to the invention in a fuel tank 2 schematically in section.
  • the same components for the exemplary embodiment in FIG. 1 are designated with the same reference numerals.
  • a vibration generator 12 and vibration sensor 13 are mounted directly on the fuel tank 2 from the outside on the wall and together form the fill level sensor 15.
  • the fuel tank 2 filled up to the liquid level 3 has a resonance frequency of the entire fuel tank 2 which is dependent on the height of the fuel level 3.
  • the vibration generator 13 and the vibration sensor 14 are arranged on the wall of the liquid container.
  • the resonance frequency is determined in a simple manner by wobbling the excitation frequency of the vibration generator 13 and detecting the vibrations of the fuel tank 2, the resonance frequency of the liquid container itself being determined.
  • Evaluation electronics which are not shown in the figures, determine the degree of filling of the fuel tank 2 from the resonance frequency.
  • the measuring tube 5 or a measuring hose are separated from an electronics part (with a vibration generator, vibration sensor, evaluation electronics) in a liquid-tight manner.
  • a separating medium in particular a membrane, and optionally a pressure compensation element is preferably provided in the measuring tube 5 or in the measuring tube on the side facing the electronic part and / or in the electronic part.
  • the separation medium is used to measure the measuring medium, i.e. keep the liquid, the fill level, away from the electronic part in order to avoid damaging effects.
  • the pressure compensation medium serves to withstand static or dynamic pressure stresses which are stored in the liquid container e.g. due to filling processes, movement, temperature or other operating conditions, with regard to damaging effects on the separating medium and / or electronic part.
  • the vibration generator 6, 10 in particular for a fuel tank 2 of a motor vehicle in FIGS. 1, 2, 3 and 4, with a vibration generator 6, 10, 13 and a vibration sensor 7, 11, 14, the vibration generator 6, 10 , 13 adjustable in frequency.
  • the vibration generator 6, 10, 13 and the vibration sensor 7, 11, 14 operate in a frequency range, the body or air resonance frequencies for the possible fill levels of the liquid container of the liquid container and / or the level sensor or parts thereof.
  • a resonance frequency is generated by the vibration generator 6, 10, 12.
  • sound is received and the vibration sensor 7, 11, 14 determines the frequency at which a resonance occurs.
  • a fill level is assigned to the detected resonance frequency.
  • the liquid flows into the measuring tube 5 via the lower opening 8 to the same level as in the liquid container, the resonance frequency of at least the air column in the measuring tube 5 being determined.
  • the vibration generator 6 sweeps the frequencies.
  • the vibration generator 10 excites vibrations over the entire frequency range of possible resonance frequencies.
  • the method according to the invention can also be used with other containers for liquids. It is also applicable to containers such as e.g. Silos, for solids or gases stored under pressure, the natural resonance also being determined by the degree of filling or pressure of the container in these exemplary embodiments.
  • the invention can be used in various technical areas, for example in liquid level monitoring (fuel, coolant, windshield wiper fluid, service water, etc.) and in other areas.
  • the resonance frequency of the measuring tube 5 can also be determined in the exemplary embodiments in FIGS. 1, 2 and 3.

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Abstract

Das System zur Füllstandsmessung eines Flüssigkeitsbehälter, insbesondere für den Kraftstofftank (2) eines Kraftfahrzeugs, weist einen Schwingungserzeuger (6, 10, 13) und einen Schwingungssensor (11) auf. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Schwingungserzeuger (10) in der Frequenz regelbar ist und Schwingungserzeuger (10) und Schwingungssensor (11) in einem Frequenzbereich arbeiten, der Körper- oder Luftresonanzfrequenzen des Flüssigkeitsbehälters und/oder des Systems oder dessen Teilen für die möglichen Füllstände des Flüssigkeitsbehälters umfasst.

Description

System und Verfahren zur Füllstandsmessung eines Flüssigkeitsbehälters
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Füllstandsmessung eines Flüssigkeitsbehälters nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 15. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein System und ein Verfahren zur Füllstandsmessung eines Kraftstofftanks.
Bekannte Füllstandsensoren weisen beispielsweise einen Schwimmer auf, der an einem Hebelarm befestigt ist. Durch die Auslenkung des Hebelarms wird der Füllstand des Tanks bestimmt.
Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass der Aufbau mit dem Schwimmer relativ viel Einbauraum erfordert und nicht verschleißfrei ist.
Weiter ist bekannt, den Füllstand mit benetzten Sensoren zu messen, etwa indem der Widerstand zwischen zwei Leitern gemessen wird.
Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass diese Sensoren mit der Flüssigkeit in Kontakt kommen und durch diese Verschleiß unterliegen können.
Aus der DE 200 22 911 U1 ist eine Füllstandsmessvorrichtung für einen Flüssigkeitsbehälter bekannt. Ein Hohlkörper ist so angeordnet und ausgebildet, dass Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter in den Hohlkörper steigen kann. Der Flüssigkeitsstand in dem Hohlkörper ist zu dem Flüssigkeitsstand in dem Flüssigkeitsbehälter proportional und wird bestimmt. In einer Ausführungsform wird der Flüssigkeitsstand in dem Hohlkörper durch Ultraschall bestimmt, indem ein Ultraschallerzeuger Ultraschallwellen in Richtung des Flüssigkeitsstandes sendet, die von der Flüssigkeit an der Oberfläche reflektiert werden. Die reflektierten Ultraschallwellen werden empfangen und aus der Laufzeit der Flüssigkeitsstand bestimmt.
Nachteilig an diesen bekannten Stand der Technik ist, dass die Erzeugung von Ultraschall und der Empfang von Ultraschall sowie die Laufzeitmessung aufwendig und daher teuer sind. Auch wird das Messergebnis durch den sich ändernden Umgebungsdruck verfälscht, da der Hohlkörper durch den Druck der Flüssigkeit gegen das sich bildende, unter Überdruck stehende Luftpolster befüllt wird.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen einfachen, kostengünstig her- zustellenden und weitestgehend verschleißfreien Füllstandsensor zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch einen Füllstandsensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.
Vorteilhaft kann durch einfache und kostengünstig zur Verfügung stehende Bauteile die Resonanzfrequenz gemessen werden, die von dem Flüssigkeitsstand abhängt. Dabei kommen weder Schwingungserzeuger noch Schwingungssensor mit der Flüssigkeit in Kontakt und der Flüssigkeitssensor unterliegt keinem Verschleiß. Dabei wird vorteilhaft ausgenutzt, dass sowohl die Resonanzfrequenz des Luftvolumens über einem Flüssigkeitsspiegel in einem Flüssigkeitsbehälter, als auch die Resonanzfrequenz des Flüssigkeitsbehälters selbst von der Höhe des Flüssigkeitsspiegels und somit der Befüllung abhängig ist. Die Messung von einer oder beiden Resonanzfrequenzen ermöglicht daher zuverlässig die Messung des Befüllungsgrades.
In günstiger Ausführungsform kann der Schwingungserzeuger die Frequenzen wobbeln.
Das Auftreten einer Resonanzfrequenz ist leicht feststellbar, weil sich dann die Schwingungsamplitude des vom Schwingungssensors erfassten Signals stark erhöht
In vorteilhafter Weise kann der Schwingungserzeuger über den gesamten Frequenzbereich möglicher Resonanzfrequenzen zu Schwingungen anregen.
Nur die in Resonanz liegende Frequenz wird nicht stark gedämpft und kann durch den Schwingungssensor empfangen werden.
Vorteilhaft ist ein an zwei Enden Öffnungen zum Flüssigkeitsbehälter aufweisendes Messrohr so im Inneren des Flüssigkeitsbehälters angeordnet, dass über die untere Öffnung die Flüssigkeit bis auf gleiches Niveau wie im Flüssigkeitsbehälter in das Messrohr zufließt. Dadurch kann eine einbaufertige Einheit gebildet werden und es muss nicht für jede Form eines Flüssigkeitsbehälters dessen Resonanzverhalten gemessen werden. Eine rohr- förmige Messeinrichtung ist überdies leicht durch eine Öffnung von oben in dem Flüssigkeitsbehälter zu montieren.
In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Frequenzbereich die Resonanzfrequenzen der über einer Flüssigkeit in dem Messrohr befindlichen Luftsäule oder die Resonanzfrequenzen des Messrohrs.
Dies ermöglicht es, durch die Gestaltung der Dimensionen des Messrohrs, die zur Messung benutzten Frequenzbereiche in einen gewünschten Frequenzbereich zu legen.
Das Messrohr kann im Flüssigkeitsbehälter an dessen tiefstgelegenen Punkt angeordnet sein.
Neben der leichten Montierbarkeit ermöglicht die längsgestreckte Form eines Messrohrs es eher, als beispielsweise eine Hebelmessvorrichtung, zuverlässig bis zur vollständigen Entleerung des Flüssigkeitsbehälters zu messen, da diese gut bis zum tiefsten Punkt des Flüssigkeitsbehälters reichend montiert werden kann.
Vorteilhaft können der Schwingungserzeuger und der Schwingungssensor an der Wand des Flüssigkeitsbehälters angeordnet sein und die Resonanzfrequenz des Flüssigkeitsbehälters selbst bestimmen.
Dadurch kann eine Messung des Flüssigkeitsstandes in dem Flüssigkeitsbehälter erfolgen, ohne dass eine Einbauöffnung vorhanden sein muss, oder ein Bauteil ins Innere des Flüssigkeitsbehälters verbracht werden muss. Insbesondere können der Schwingungserzeuger und der Schwingungssensor noch nachträglich angebracht werden.
Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.
Durch das Verfahren ergeben sich die vorstehend genannten Vorteile.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie das erfindungsgemäße Verfahren werden in den nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert, bei denen Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems in einem Kraftstofftank schematisch im Schnitt,
Fig. 2 das System und den Kraftstofftank der Fig. 1 schematisch in einer per- spektivischen, angeschnittenen Ansicht,
Fig. 3 eine weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems in einem Kraftstofftank schematisch im Schnitt, und
Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems mit einem Kraftstofftank schematisch im Schnitt zeigt.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems 1 in einem Flüssigkeitsbehälter, hier einem Kraftstofftank 2, schematisch im Schnitt. Der Kraft- stofftank 2 ist bis zu einem Flüssigkeitsspiegel 3 befüllt. Über eine Öffnung 4 ist ein Messrohr 5 in den Kraftstofftank 2 eingeführt. Am oberen Ende des Messrohrs 5 befindet sich ein Lautsprecher bzw. eine 'Akustikquelle 16 als Schwingungserzeuger 6 und ein Mikrophon bzw. eine Akustiksenke 9 als Schwingungssensor 7. Über eine Zulauföffnung 8 am unteren Ende des Messrohrs 5 kann der Treibstoff in das Messrohr 5 zufließen, bis er in dem Messrohr 5 denselben Pegel hat, wie der Flüssigkeitsspiegel 3. Hierzu kann die Luft über eine hier nicht dargestellte Entlüftungsöffnung im oberen Bereich des Messrohrs 5 entweichen.
Figur 2 zeigt das System 1 und den Kraftstofftank 2 der Figur 1 schematisch in einer per- spektivischen Ansicht. Über die Öffnung 4 ist das Messrohr 5 in den Kraftstofftank 2 eingeführt und taucht in den Flüssigkeitsspiegel 3 ein, so dass über die Zulauföffnung 8 am unteren Ende des Messrohrs 5 der Treibstoff in das Messrohr 5 zufließt, bis er in dem Messrohr 5 denselben Pegel hat. Am oberen Ende des Messrohrs 5 befinden sich der Lautsprecher 16 als Schwingungserzeuger 6 und das Mikrophon 9 als Schwingungs- sensor 7.
Durch den Lautsprecher 16 wird die Luftsäule über dem Kraftstoff in dem Messrohr 5 zu Schwingungen angeregt. Die Stärke der Schwingungen der Luftsäule in dem Messrohr 5 wird durch das Mikrophon 9 gemessen. Dabei ist die Resonanzfrequenz insbesondere von der Höhe der Luftsäule in dem Messrohr 5 abhängig. Daher wird der gesamte Bereich der möglichen Resonanzfrequenzen des Messrohrs 5 für unterschiedliche Füllstände durchlaufen. Beim Durchlaufen der Resonanzfrequenz (Wobbein) erhöht sich die an dem Mikrophon 9 gemessene Amplitude um das zwei- bis sechsfache. Durch das Wobbein wird daher die Resonanzfrequenz und somit der Füllstand des Messrohrs 5 genau bestimmt, da auch, wenn sonstige Einflüsse die Stärke der Schallschwingungen in dem Messrohr 5 beeinflussen, das Durchlaufen des Resonanzbereichs durch die merkliche Erhöhung der Schwingungsamplitude feststellbar ist. Der beschriebene Wobbeivorgang wird vorzugsweise immer dann ausgeführt, wenn der aktuelle Füllstand ermittelt werden soll. Hierzu wird ein Auslösesignal gebildet, um einen solchen Einzelwobbelvorgang auszulösen. Alternativ hierzu können längere Zeiträume vorgesehen werden, in denen eine Mehrzahl von Wobbeivorgängen durchgeführt wird. Auf diese Weise lassen sich in diesen Zeiträumen stets die aktuellen Füllstande ermitteln. Dies wird insbesondere in den Fällen vorgesehen, in denen vorgebbare Füllstande ein besonderes Risiko (z.B. Entleerung eines Tanks) darstellen oder in denen eine Bedienperson aus anderen Gründen eine permanente, stets aktuelle Füllstandinformation wünscht.
Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems 12 in einem Kraftstofftank 2 schematisch im Schnitt. Dabei sind zu dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 gleiche Bauelemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. In den bis zu einem Flüssigkeitsspiegel 3 befüllten Kraftstofftank ist über die Öffnung 4 das Messrohr 5 mit seiner Zulauföffnung 8 am unteren Ende eingeführt. Am oberen Ende des Messrohrs 5 befindet sich eine Akustikquelle, insbesondere ein Lautsprecher 18 als Schwingungserzeuger 10 und eine Akustiksenke, insbesondere ein Mikrophon 17 als Schwingungssensor 11.
Der Lautsprecher 18 erzeugt Schwingungen in allen möglichen Resonanzfrequenzen der Luftsäule in dem Messrohr 5, entsprechend der möglichen Flüssigkeitsspiegel 3 in dem Kraftstofftank 2 bzw. Messrohr 5. Die Luftsäule schwingt dann in der Resonanzfrequenz, die am Mikrophon 17 empfangen wird. Die Resonanzfrequenzen hängen von mehreren Parametern ab, zu denen neben der Luftsäule u.a. die Geometrie des Tanks 2, des Messrohrs oder Messschlauchs und weiterer Komponenten sowie die Flüssigkeit gehört. Aus der Resonanzfrequenz bzw. Tonhöhe lässt sich so direkt der Befüllungsgrad bestimmen. Wird die Resonanzfrequenz bzw. Tonhöhe unmittelbar angezeigt, kann durch eine entsprechende Skalenbeschriftung die Füllstandshöhe bzw. Höhe des Flüssigkeitsspiegels 3 dargestellt werden. Ein niedriger Flüssigkeitsspiegel 3 entspricht einem niedrigen Ton und somit einem fast leerem Kraftstofftank 2, ein hoher Flüssigkeitsspiegel 3 entspricht einem hohen Ton und somit einem gefülltem Kraftstofftank 2. Figur 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Füllstandsensors bei einem Kraftstofftank 2 schematisch im Schnitt. Dabei sind zu dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 gleiche Bauelemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Ein Schwingungserzeuger 12 und Schwingungssensor 13 sind direkt auf dem Kraftstofftank 2 von außen an der Wand angebracht und bilden zusammen den Füllstandsensor 15. Der bis zu dem Flüssigkeitsspiegel 3 befüllte Kraftstofftank 2 weist eine von der Höhe des Kraftstoffspiegels 3 abhängige Resonanzfrequenz des gesamten Krafftstofftanks 2 auf. Der Schwingungserzeuger 13 und der Schwingungssensor 14 sind an der Wand des Flüssigkeitsbehälters angeordnet.
Durch Wobbein der Anregungsfrequenz des Schwingungserzeugers 13 und Erfassen der Schwingungen des Kraftstofftanks 2 wird die Resonanzfrequenz in einfacher Weise bestimmt, wobei die Resonanzfrequenz des Flüssigkeitsbehälters selbst bestimmt wird. Eine Auswerteelektronik, die in den Figuren nicht dargestellt ist, bestimmt aus der Resonanzfrequenz den Befüllungsgrad des Kraftstofftanks 2.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems sind das Messrohr 5 bzw. ein Messschlauch von einem Elektronikteil (mit Schwingungserzeuger, Schwingungssensor, Auswerteelektronik) flüssigkeitsdicht getrennt. Hierzu ist im Mess- rohr 5 bzw. im Messschlauch an der dem Elektronikteil zugewandten Seite und/oder im Elektronikteil vorzugsweise ein Trennmedium, insbesondere eine Membrane, und gegebenenfalls ein Druckkompensationselement vorgesehen.
Das Trennmedium dient dazu, das Messmedium, d.h. die Flüssigkeit, der Füllstand zu erfassen ist, von dem Elektronikteil fernzuhalten, um schädigende Wirkungen zu ver- meiden.
Das Druckkompensationsmedium dient dazu, statische oder dynamische Druckbeanspruchungen, welche in dem Flüssigkeitsbehälter z.B. durch Füllvorgänge, Bewegung, Temperatur, oder durch weitere Betriebsbedingungen auftreten können, hinsichtlich schädigender Wirkungen auf Trennmedium und/oder Elektronikteil zu reduzieren.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Füllstandsmessung eines Flüssigkeitsbehälters, insbesondere für einen Kraftstofftank 2 eines Kraftfahrzeugs in den Figuren 1 , 2, 3 und 4, mit einem Schwingungserzeuger 6, 10, 13 und einem Schwingungssensor 7, 11 , 14, ist der Schwingungserzeuger 6, 10, 13 in der Frequenz regelbar. Der Schwingungserzeuger 6, 10, 13 und der Schwingungssensor 7, 11 , 14 arbeiten in einem Frequenzbereich, der Körper- oder Luftresonanzfrequenzen für die möglichen Füllstände des Flüssigkeitsbehälters des Flüssigkeitsbehälters und/oder des Füllstandsensors oder Teilen von diesen umfasst.
In einem ersten Schritt des Verfahrens wird Schall verschiedener Frequenzen, von denen eine als Resonanzfrequenz in Betracht kommt, durch den Schwingungserzeuger 6, 10, 12 erzeugt. Zugleich wird Schall empfangen und durch den Schwingungssensor 7, 11 , 14 wird bestimmt, bei welcher Frequenz eine Resonanz auftritt. In einem weiteren Schritt wird der erfassten Resonanzfrequenz ein Füllstand zugeordnet.
In dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechend der Figuren 1 und 2 fließt über die untere Öffnung 8 die Flüssigkeit bis auf gleiches Niveau wie im Flüssigkeitsbehälter in das Messrohr 5 zu, wobei die Resonanzfrequenz mindestens der Luftsäule in dem Messrohr 5 bestimmt wird. Der Schwingungserzeuger 6 wobbelt die Frequenzen.
Bei dem Verfahren in einem System nach Figur 4 regt der Schwingungserzeuger 10 über den gesamten Frequenzbereich möglicher Resonanzfrequenzen zu Schwingungen an.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch bei anderen Behältern für Flüssigkeiten anwendbar. Es ist auch anwendbar bei Behältern, wie z.B. Silos, für Feststoffe oder unter Druck gelagerte Gase, wobei auch bei diesen Ausführungsbeispielen die Eigenresonanz durch den Befüllungsgrad bzw. Druck des Behälters bestimmt wird. Die Erfindung ist in unterschiedlichen technischen Bereichen einsetzbar, so beispielsweise bei Flüssigkeitstand-Überwachungen (Kraftstoff, Kühlflüssigkeit, Scheibenwischerflüssigkeit, Gebrauchswasser, etc.) und in weiteren Bereichen.
Alternativ oder zusätzlich kann bei den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 , 2 und 3 auch die Resonanzfrequenz des Messrohrs 5 bestimmt werden.
Bezugszeichenliste
1 System zur Füllstandsmessung 2 Kraftstofftank 3 Flüssigkeitsspiegel 4 Öffnung 5 Messrohr 6 Schwingungserzeuger 7 Schwingungssensor 8 Zulauföffnung 9 Mikrophon 10 Schwingungserzeuger 11 Schwingungssensor 12 Füllstandsensor 13 Schwingungserzeuger 14 Schwingungssensor 15 Füllstandsensor 16 Akustikquelle, Lautsprecher 17 Akustiksenke, Mikrophon 18 Akustikquelle, Lautsprecher

Claims

Patentansprüche
1. System zur Füllstandsmessung eines Flüssigkeitsbehälters, insbesondere eines Kraftstofftank (2) eines Kraftfahrzeugs, mit einem Schwingungserzeuger (6, 10, 13) und einem Schwingungssensor (7, 11, 14), dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserzeuger (6, 10, 13) in der Frequenz regelbar ist und Schwingungserzeuger (6, 10, 13) und Schwingungssensor (7, 11, 14) in einem Frequenzbereich arbeiten, der Körper- oder Luftresonanzfrequenzen des Flüssigkeitsbehälters und/oder des Systems oder dessen Teilen von diesen für die möglichen Füllstände des Flüssigkeitsbehälters umfasst.
2. System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserzeuger (6) die Frequenzen wobbelt.
3. System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserzeuger (10, 13) über den gesamten Frequenzbereich möglicher Resonanzfrequenzen zu Schwingungen anregt.
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein am unteren Ende eine Öffnung (8) zum Flüssigkeitsbehälter aufweisendes Messrohr (5) so im Inneren des Flüssigkeitsbehälters angeordnet ist, dass über die untere Öffnung (8) die Flüssigkeit bis auf gleiches Niveau wie im Flüssigkeitsbehälter in das Messrohr (5) zufließt.
5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzbereich die Resonanzfrequenzen der über einer Flüssigkeit in dem Messrohr (5) befindlichen Luftsäule für alle möglichen Flüssigkeitspegel umfasst.
6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserzeuger (6) ein Lautsprecher und der Schwingungssensor (7) ein Mikrophon (9) ist.
7. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzbereich die Resonanzfrequenzen des Messrohrs (5) für alle möglichen Flüssigkeitspegel umfasst.
8. System nach einem Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Messrohr (5) im Flüssigkeitsbehälter an dessen tiefstgelegenen Punkt angeordnet ist.
9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserzeuger (13) und der Schwingungssensor (14) an einer Wand des Flüssigkeitsbehälters angeordnet sind und der Frequenzbereich die Resonanzfrequenzen des Flüssigkeitsbehälters für die möglichen Füllstände des Flüssigkeitsbehälters umfasst.
10. System nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserzeuger (13) und der Schwingungssensor (14) von dem Messrohr (5) flüssigkeitsdicht getrennt sind.
11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserzeuger (13) und der Schwingungssensor (14) in einem Gehäuse angeordnet sind.
12. System nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Schwingungserzeuger (13) und Schwingungssensor (14) einerseits und Messrohr (5) andererseits ein Trennmedium angeordnet ist.
13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennmedium eine Membrane ist.
14. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Schalter zur Aktivierung des Schwingungserzeugers (6, 10, 13) aufweist.
15. Verfahren zur Füllstandsmessung eines Flüssigkeitsbehälters insbesondere für einen Kraftstofftank (2) eines Kraftfahrzeugs, mit einem Schwingungserzeuger (6, 10, 13) und einem Schwingungssensor (7, 11, 14), dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserzeuger (6, 10, 13) in der Frequenz regelbar ist und Schwingungserzeuger (6, 10, 13) und Schwingungssensor (7, 11, 14) in einem Frequenzbereich arbeiten, der Körper- oder Luftresonanzfrequenzen für die möglichen Füllstände des Flüssigkeitsbehälters des Flüssigkeitsbehälters und/oder des Füllstand- ensors oder Teilen von diesen umfasst mit den Schritten:
Erzeugen von Schall verschiedener Frequenz, die als Resonanzfrequenz in Betracht kommt, durch den Schwingungserzeuger (6, 10, 12).
Empfangen von Schall und Bestimmen bei welcher Frequenz eine Resonanz auftritt durch den Schwingungssensor (7, 11, 14).
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserzeuger (13) und der Schwingungssensor (14)an der Wand des Flüssigkeitsbehälters angeordnet sind und die Resonanzfrequenz des Flüssigkeitsbehälters selbst bestimmt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein am unteren Ende eine Öffnung zum Flüssigkeitsbehälter aufweisendes Messrohr (5) so im Inneren des Flüssigkeitsbehälters angeordnet ist, dass über die untere Öffnung (8) die Flüssigkeit bis auf gleiches Niveau wie im Flüssigkeitsbehälter in das Messrohr (5) zufließt und die Resonanzfrequenz der Luftsäule in dem Messrohr (5) und/oder die Resonanzfrequenz des Messrohrs (5) bestimmt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserzeuger (6, 13) die Frequenzen wobbelt.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserzeuger (10) über den gesamten Frequenzbereich möglicher Resonanzfrequenzen zu Schwingungen anregt.
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