JP5911602B2 - 超音波充填レベルトランスミッタ - Google Patents

Description

本発明は、導音管と、充填レベルセンサとを有する充填レベルトランスミッタに関し、前記充填レベルトランスミッタは、超音波送受信装置と、センサ機器とを有する。

超音波を形成して送信し、かつ反射された超音波を受信するための超音波送受信装置を有するこのような充填レベルトランスミッタは、自動車の燃料容器内の充填レベルを測定するために使用されており、したがって公知である。燃料内の侵食性成分から保護するために、超音波トランスミッタ及び電子機器は、燃料容器の外側に配置されている。この場合の欠点は、測定のために燃料容器の壁を貫通しなければならないことであり、このことが燃料容器の材料に基づいて問題となっている。さらに、送受信装置を燃料容器内に配置することも公知である。しかしながら、送受信装置を燃料容器内に配置するには送受信装置を封入する必要があり、この封入は、送受信装置の超音波を送信する領域が燃料に接するように、かつ、送受信装置の残りの部分だけが封入されるように構成しなければならない。このために必要なシーリングは、充填レベルセンサのコストを相当なものにしている。

したがって本発明の課題は、保護された状態で燃料容器内に配置することができる充填レベルトランスミッタを提供することであり、この保護された配置を簡単かつ低コストに実施し、さらに取り付けコストを小さくすることである。

本発明によれば、この課題は、超音波送受信装置がケーシング内に配置されており、前記ケーシングが、セラミック製基板と、該基板にはんだ付けされた金属製カバーとからなり、超音波送受信装置の少なくとも超音波を送信する領域が、基板に接続されていることによって解決される。

セラミック製基板の上に送受信装置を配置することにより、送受信装置の固定を確実かつ信頼性のあるものにすることができる。セラミック製基板をケーシングの構成部材として同時に使用することにより、付加的なケーシング部材を省略することができる。セラミック製基板は、金属製カバーと共にケーシングの気密封止を形成し、これによって周囲にある燃料に対する充分な保護を形成する。

送受信装置をピエゾ圧電素子とし、とりわけ本来の超音波トランスミッタをピエゾ圧電ウェハとした場合には、超音波の形成を特に簡単に実施することができる。

有利な実施形態において、送受信装置がセラミック製基板に音響的にソフトに接続されている場合には、受信装置の固定は特に簡単に実施される。この実施形態においては、セラミック製基板は、超音波の経路中の中間層を形成している。

音響的にソフトな接続は、送受信装置をセラミック製基板に弾性に接着する場合には、接着によって特に簡単に達成することができる。弾性の接着のためには、基本的にシリコーン、アクリレート、又はポリウレタンをベースにした接着材を使用することができる。しかしながら、使用状況に応じて相応の接着材を選択することもできる。このように、接着材による弾性の接着は、接着材のガラス転移温度が充填レベルセンサの使用温度を下回る場合に得られる。

別の実施形態によれば、軟はんだ付けによる送受信装置の接続が技術的に簡単である。

別の実施形態においては、送受信装置がセラミック製基板に音響的にハードに接続されており、したがってセラミック製基板は、送受信装置と共に複合発振器を形成している。この実施形態の利点は、音響結合の効率が高まることである。

音響的にハードな接続は、送受信装置をセラミック製基板に剛性に接着する場合には、接着によって簡単に達成することができる。このためにはエポキシド樹脂、アクリレート、又はポリウレタンをベースにした接着材が適当である。しかしながら、使用状況に応じて相応の接着材を選択することもできる。このように、接着材による剛性の接着は、接着材のガラス転移温度が充填レベルセンサの使用温度を上回る場合に得られる。

送受信装置が焼結によってセラミックに接続されている場合には、特に耐久性のある接続が達成される。焼結による接続は、とりわけ使用条件によって強い固定性が要求される場合に有利である。

構成部材の耐熱性に基づいて、硬はんだ付けによる接続を形成することもできる。

別の実施形態においては、ケーシングは、超音波が燃料容器の底部に対して平行に送信されるように、導音管内に配置されており、導音管は、超音波がその後、液面に対して９０°偏向されるように構成されている。つまり超音波はまず液面に対して平行に送信され、これによって送受信装置の、原則に基づくいわゆる死距離が燃料容器の底部領域へと移動するので、測定可能な最小充填レベルはこれによって影響を受けない。その後初めて、本来の充填レベルを求めるために、導音管による超音波の偏向が行われる。

別の有利な実施形態によれば、ケーシングは、導音管内において減衰するように配置されている。これによって、セラミック製基板から導音管への振動の伝達が阻止され、本来の測定信号に対する有害な影響が低減される。

本発明を、実施例に関連して詳細に説明する。

充填レベルセンサの概略構造図である。 燃料容器内に設けられた充填レベルトランスミッタの配置図である。

図１の充填レベルセンサは、ケーシング１からなり、ケーシング１は、金属製カバー２とセラミック製基板３とから形成される。金属製カバー２は、接続部を気密封止するために基板３とはんだ付けされている。基板３の、金属製カバー２が載置されている領域は、金属被覆されている。セラミック製基板３は、ケーシングとして機能する他にも同時にプリント基板として、及び、センサ機器４と、超音波を形成して送信し、かつ超音波を受信する超音波送受信装置５とを支持するための支持体として使用される。超音波送受信装置５は、エポキシド樹脂接着材によって基板３の上に剛性に接着されている。この実施例においては、送受信装置５の本来の超音波トランスミッタは、ピエゾ圧電ウェハである。

図２は、燃料容器７内に設けられた充填レベルトランスミッタ６を図示している。充填レベルトランスミッタ６は、導音管８を介して燃料容器７の底部９に固定されている。導音管８は、底部領域に複数の開口部１０を有しており、これらの開口部１０を介して燃料が導音管８の中へと進入することができる。導音管８のこの領域では、充填レベルセンサのケーシング１が取り付け位置において垂直に取り付けられているので、送受信装置５によって形成された超音波は、垂直に配置されたセラミック製基板３を通って燃料容器７の底部９に対して平行に送信される。このためにケーシング１は、導音管８の収容部１１に嵌め込まれており、この際、収容部１１に設けられた詳細には図示されていない減衰要素が、導音管８への振動の伝達を最小化することができる。超音波は、矢印で表されている。超音波は、進行後、導音管８に組み込まれた反射器１２に突き当たり、反射器１２は、この超音波を液面に対して９０°偏向する。液面で反射された超音波は再び同じ経路を戻り、その後、この超音波は送受信装置５によって受信され、さらにセンサ機器４によって、充填レベルセンサが充填レベルに相応する電気信号を供給するように処理され、この電気信号は、自動車における充填レベルを示すために表示装置に供給される。

Claims (10)

1. 導音管と、充填レベルセンサとを有する充填レベルトランスミッタにおいて、
   前記充填レベルセンサは、超音波送受信装置と、センサ機器とを有し、
   前記超音波送受信装置（５）及び前記センサ機器（４）は、ケーシング（１）内に配置されており、
   前記ケーシング（１）は、セラミック製基板（３）と、該セラミック製基板（３）にはんだ付けされた金属製カバー（２）とから形成されており、
   前記超音波送受信装置（５）の少なくとも超音波を送信する領域は、前記セラミック製基板（３）に接続されている、
   ことを特徴とする充填レベルトランスミッタ。
2. 前記超音波送受信装置（５）は、ピエゾ圧電素子である、
   ことを特徴とする請求項１記載の充填レベルトランスミッタ。
3. 前記超音波送受信装置（５）は、ガラス転移温度が前記充填レベルセンサの使用温度を下回る接着剤を用いて、前記セラミック製基板（３）に接続されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の充填レベルトランスミッタ。
4. 前記超音波送受信装置（５）は、前記セラミック製基板（３）に軟はんだによりはんだ付けされている、
   ことを特徴とする請求項３記載の充填レベルトランスミッタ。
5. 前記超音波送受信装置（５）は、ガラス転移温度が前記充填レベルセンサの使用温度を上回る接着剤を用いて、前記セラミック製基板（３）に接続されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の充填レベルトランスミッタ。
6. 前記セラミック製基板（３）は、前記超音波送受信装置（５）と共に複合発振器を形成している、
   ことを特徴とする請求項５記載の充填レベルトランスミッタ。
7. 前記超音波送受信装置（５）は、前記セラミック製基板（３）に焼結によって接続されている、
   ことを特徴とする請求項５記載の充填レベルトランスミッタ。
8. 前記ケーシング（１）は、前記超音波が燃料容器（７）の底部（９）に対して平行に送信されるように、前記導音管（８）内に配置されており、
   前記導音管（８）は、前記超音波がその後、前記液面に対して９０°偏向されるように構成されている、
   ことを特徴とする請求項１から７の少なくともいずれか一項記載の充填レベルトランスミッタ。
9. 前記ケーシング（１）は、前記導音管（８）の収容部（１１）に嵌め込まれており、当該収容部（１１）には、導音管（８）への振動の伝達を最小化する減衰要素が設けられている、
   ことを特徴とする請求項１から８の少なくともいずれか一項記載の充填レベルトランスミッタ。
10. 前記セラミック製基板（３）の前記金属製カバー（２）が載置されている領域は金属被覆されている、
    ことを特徴とする請求項１から９の少なくともいずれか一項記載の充填レベルトランスミッタ。

Images