WO2001048447A1 - Sensor für füllstandanzeige von fluida, insbesondere für kraftfahrzeugsbehälter - Google Patents

Sensor für füllstandanzeige von fluida, insbesondere für kraftfahrzeugsbehälter Download PDF

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WO2001048447A1
WO2001048447A1 PCT/EP2000/013190 EP0013190W WO0148447A1 WO 2001048447 A1 WO2001048447 A1 WO 2001048447A1 EP 0013190 W EP0013190 W EP 0013190W WO 0148447 A1 WO0148447 A1 WO 0148447A1
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sensor
transmitter
electronics
sensor according
liquid
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PCT/EP2000/013190
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Fabrizio Civetta
Original Assignee
Seeber Gmbh
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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
    • G01F23/284—Electromagnetic waves

Definitions

  • the present invention relates to a sensor for flu s s 1 g ke 1 t s an z e 1 ge of fluids, in particular in force for f a rs container 1 t e r according to the preamble of claim 1.
  • the types of sensors used in motor vehicles mainly assume a mechanical measuring principle by means of a magnetic float reed contact via two live electrical guide rods which, through contact with the liquid to be measured, the circuit close (thermistor or contact sensor).
  • the control electronics are always external, ie installed in the dashboard.
  • Other commercially available Ful 1 st ors ens or en are relatively expensive capacitive sensors, U 1 tras cha 11 s en s or en or fiber optic sensors.
  • the conventional reed magnetic float level sensors for the automotive industry require installation with regard to the floats. At the same time, these floats and the reed contacts are exposed to mechanical movements, which have a detrimental effect on wear and the accuracy that is constant over time. In the case of conductive sensors, the electrolytic deposits impair the quality of the measurement solution.
  • the container itself must be provided with a large ⁇ part of the known systems with a through hole, in order to introduce the probe of the sensor within the container.
  • the object of the present invention is therefore to provide a sensor for level indicator, which is not afflicted with the disadvantages of conventional Fü 11 st ands on zei gene known type, and to propose a Fü 11 st ands on zei ge, which is to be installed and Disassembly is simple, influences the design of the container as little as possible and is exposed to as little damage as possible in the event of misuse.
  • a capacitive sensor with electronics necessary for the same is therefore proposed, in particular in order to indicate a predetermined liquid level in a vehicle container by means of electromagnetic waves and more precisely such that the presence of the liquid detects the properties between the transmitted signal and the received signal ssi gna 1 changes. This prevents the sensor from coming into contact with the liquid to be measured.
  • the sensor therefore measures due to the crossing quality of electromagnetic waves
  • the liquid is between two electrodes and in a container.
  • the electronics required for the elaboration of the sensor or s i gna 1 s is contained in the sensor itself and, when connected, provides an analog signal of the ON / OFF type, similar to conventional sensor types and / or a numerical / serial signal. With the immediate conversion, a very expensive analog / digital converter is not necessary.
  • the sensor is designed with a transmit e 1 e rode and a receive e rode.
  • the prerequisite is the conductivity of the liquid to be measured.
  • the change in the duration, in particular the shrinkage between the transmitted signal and the received signal, is used as the measured value.
  • Air as an insulator and liquid as a conductor between the two electrodes consequently means a limit value 1 when switching on or a limit value 1 when switching off.
  • Integrated electronics, or a transistor, temporal delay electronics with a predetermined delay time ⁇ In this way, only one display (LED, light bulb, etc.) is required in the circuit No additional magnetic floating installation
  • FIG. 1 shows a sensor for flows 1 g ke i t s an z e 1 ge for fluids, installed on a container, in a section along the section line X-X from FIG. 3,
  • FIG. 2 shows the section Z-Z from FIG. 1,
  • FIG. 3 shows the section Y-Y of the section plane Y-Y from FIG. 1,
  • Figure 4 shows the section V-V of Figure 4
  • FIG. 5 shows the section W-W of the section plane W-W from FIG. 4.
  • the reference numbers 1 and 5 indicate a sensor for Ful 1 s t ands display.
  • It comprises a body 3, in which an electronics 3, a transmitter 4 of electromagnetic waves and a receiver 5 of electromagnetic waves, which are each connected to the electronics 3, and a connection 6, which is connected to the electronics 3 and in a receptacle 7 is arranged.
  • the sensor 1 is firmly received in a recess 8 which is formed in the wall of a container 9. From- Saving is bent in the middle to form a central envelope 10, which is inserted between the transmitter 4 and the receiver 5, in order to hold both of the shoulders 11 in the shoulder 11 provided in the bottom of the recess 8, so the Sensor 1 is held in a fixed position.
  • the electronics comprise a sensor for detecting changes in time intervals between transmitted and received signals that are above a certain time interval ⁇ : in order to avoid changes are signaled which are due to fluctuations in the liquid level inside the container caused by shaking movements.
  • any other position that allows the electromagnetic waves to pass through both the liquid from which the level is to be measured and a body is suitable , which serves as a reference for changing the liquid state.
  • Another embodiment is characterized in that the antennas are in direct contact with the liquid to be measured. This form is particularly indicated if, for manufacturing reasons, If the wall thickness of the container is subject to excessive tolerance fluctuations or because of the manufacturing technology there is no possibility of attaching the sensor to the component or to the container.
  • the task of the receiving transmitter or transmitter or the second antenna could be different from the crowd
  • the transmitting antenna also acts as a receiving antenna, so the presence of a single antenna is required.
  • this variant is very expensive to manufacture.
  • the invention according to the level indicator can also be carried out in such a way that it also measures other quantities such as the specific weight of the fluid, the state (liquid or solidified), the temperature, several liquids or the respective level present can query continuously.

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Abstract

Beschrieben wird ein Sensor für Füllstandanzeige von Fluida, insbesondere in Fahrzeugbehältern, umfassend einen Sensor (1), bestehend aus zwei Sensorelementen, die untereinander Flüssigkeitsstandsänderungen erfassen. Erfindungsgemäß weist der Sensor zwei Sensorelemente, die durch jeweils einen Sender von elektromagnetischen Wellen (4, oder 5) und einen Empfänger von elektromagnetischen Wellen (5 oder 4) gebildet sind, eine Elektronik (3), die für das Abtasten von Änderungen der Zeitabstände zwischen den gesendeten und den empfangenen Signalen ausgebildet ist, einen mit der Elektronik (3) verbundenen Anschluss (6) und Anzeigen auf, welche die von der Elektronik gelieferten Daten signalisieren.

Description

SENSOR FÜR FULLSTANDANZEIGE VON FLUIDA, INSBESONDERE FÜR KRAFTFAHRZEUGSBEHALTER
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Sensor für Flu s s 1 g ke 1 t s an z e 1 ge von Fluida, insbesondere in Kr a f t f a r z eugsbeha 1 t e r gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Die in der Kr a f t f ahr z e ugi ndu s t r I e gebrauchlichen Sensorarten gehen größtenteils von einem mechanischem Messprinzip mittels eines Magnet- schwimmer- Reedkontaktes über zwei unter Span- nung stehenden, elektrischen Leitstaben aus, die durch die Berührung mit der zu messenden Flüssigkeit den Stromkreis schließen (Heißleiter- oder Kai t le lt er sensoren ) . Die Steuerelektronik ist dabei immer extern, d.h. m der Armaturentafel eingebaut. Weitere handelsübliche Ful 1 s t ands ens or en sind im Verhältnis sehr teure kapazitive Sensoren, U 1 t r a s cha 11 s en s or en oder faseroptische Sensoren. Die herkömmlichen Reed- Magnet s chwimme r Füllst ands s ens o ren für die Fahrzeugindustrie erfordern den Einbau bezüglich der Schwimmer. Gleichzeitig sind diese Schwimmer und die Reedkontakte mechanischen Bewegungen ausgesetzt, die sich nachteilig auf den Verschleiß und die zeitlich konstante Genauigkeit auswirken. Bei Le I t er s t abe sens oren beeinträchtigen die elektrolytischen Ablagerungen die Qualltat der Mes- sung. Der Behälter selbst muss bei einem Gro߬ teil der bekannten Systeme mit einer Durchgangsbohrung versehen sein, um die Sonde des Sensors innerhalb des Behälters einzubringen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt daher darin, einen Sensor für Füllstandanzeige zu schaffen, der nicht mit den Nachteilen der herkömmlichen Fü 11 s t ands an z e i gen bekannter Art behaftet ist, und eine Fü 11 s t ands an z e i ge vorzuschlagen, die im Einbau und Ausbau einfach ist, möglichst wenig die Ausbildung des Behälters beeinflusst und bei Missbrauch möglichst wenig einer Be s chädi gungs ge f ahr ausgesetzt ist.
Diese und weitere Aufgaben werden erfindungsgemäß bei einem Sensor für Fül 1 s t ands an z e ige gelöst, der die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Es wird daher ein kapazitiver Sensor mit für denselben notwendigen Elektronik vorgeschlagen, insbesondere um einen vorgegebenen Flussig- keitsstand in einem Fahr z eugsbehä 1 t e r mittels elektromagnetischer Wellen und genauer derart anzugeben, dass die Anwesenheit der Flüssigkeit die Eigenschaften zwischen dem Sendesignal und dem Emp f ang s s i gna 1 ändert. So wird vermieden, dass der Sensor mit der zu messenden Flussig- keit in Berührung kommt.
Der Sensor misst daher aufgrund der Durchque- rungsqua 1 i t a t von elektromagnetischen Wellen zwischen zwei Elektroden den FI ü s s i g ke i t s s t and in einem Behälter.
Die für die Ausarbeitung des Sen s or s i gna 1 s er- forderliche Elektronik ist im Sensor selbst enthalten und liefert bei der Verbindung ein Analogsignal der Art ON/OFF, ähnlich wie bei herkömmlichen Sensorarten und/oder ein numerisches/serielles Signal. Mit der unmittelbaren Umwandlung wird ein sehr teurer Analog- / Digit al wandle r entbehrlich.
Der Sensor ist mit einer S ende e 1 e kt rode und einer Empfangs e le kt rode ausgeführt. Voraussetzung ist die Leitfähigkeit der zu messenden Flüssigkeit. So dient die Änderung der Zeitdauer, insbesondere die Schwindung zwischen übertragenem Signal und empfangenem Signal als Messwert. Luft als Isolator und Flüssigkeit als Leiter zwischen den beiden Elektroden bedeutet demzufolge einen Gr en z we r tme 1 de r beim Einschalten oder einen Gr en z we r tme 1 der beim Ausschalten.
Der erfindungsgemäße Sensor besitzt daher die folgenden Vorteile gegenüber den herkömmlichen Sensoren :
Integrierte Elektronik, bzw. ein Transistor, zeitliche Verzögerungselektronik mit einer vorgegebenen Verzögerungszeit δ. Auf diese Art und Weise ist im Schaltkreis nur mehr eine Anzeige (LED, Glühlampe u.a.) erforderlich Kein zusatzlicher Ma gne t s chwimme r e inbau
Keine mechanisch-bewegliche Teile
Einbauposition beliebig
Keine Anfälligkeit bei Schmutzablagerungen an f lus s ig ke it sberuhr enden Sonden, z.B. aufgrund von Elektrolyse
Keine Durchgangsbohrung ins Innere des Behalt e r s
Einfacher Ein- und Ausbau
Recyclingmoglichkeit
Niedrige Be s chädi gung s ge f ahr bei Miss brauch
Beliebige E in s at zbe dingungen , unabhängig von Temperatur, Zusammensetzung oder Oberflachenqualität der Flüssigkeit
Ko s t envo r t e i 1 e gegenüber herkömmlichen kapazitiven Sensoren
Weitere Merkmale und Einzelheiten gehen aus den restlichen Patentansprüchen und der folgenden Beschreibung von zwei bevorzugten Ausfuhrungsformen des Sensors für Ful 1 st ands an z e ige von Fluida gemäß der Erfindung hervor, die in der beigefugten Zeichnung dargestellt ist. Es zeigen,
Figur 1 einen Sensor für FI us s 1 g ke i t s an z e 1 ge für Fluida, eingebaut an einem Behalter, in einem Schnitt längs der Schnittlinie X-X aus Figur 3,
Figur 2 den Schnitt Z-Z aus Figur 1,
Figur 3 den Schnitt Y-Y der Schnittebene Y-Y aus Figur 1 ,
Figur 4 den Schnitt V-V aus Figur 4 , und
Figur 5 den Schnitt W-W der Schnittebene W-W aus Figur 4.
Wie in den Figuren dargestellt ist mit der Be- zugsziffer 1 und 5 insgesamt ein Sensor für Ful 1 s t ands an ze ige angegeben.
Er umfasst einen Korper 3, in dem eine Elektronik 3, ein Sender 4 von elektromagnetischen Wellen und ein Empfanger 5 von elektromagnetischen Wellen aufgenommen sind, die jeweils mit der Elektronik 3 verbunden sind, und einen Anschluss 6, der mit der Elektronik 3 verbunden und in einer Steckaufnahme 7 angeordnet ist.
Wie in Figur 1 gezeigt, ist der Sensor 1 m einer Aussparung 8 fest aufgenommen, die in der Wand eines Behalters 9 gebildet ist. Die Aus- sparung ist mittig zur Bildung eines mittigen Umschlages 10 gebogen, der zwischen dem Sender 4 und dem Empfänger 5 eingeführt wird, um beide an Schultern 11 in Ans chl ag s t e 11 ung zu halten, die im Boden der Aussparung 8 vorgesehen sind, wobei so der Sensor 1 in fester Position gehalten wird.
In einer bevorzugten Aus führungs fo rm umfasst die Elektronik einen Fühler zur Erfassung von Änderungen von Z e i t ab s t änden zwischen gesendeten und empfangenen Signalen, die sich oberhalb eines bestimmten Z e i t ab s t ande s δ befinden: Dies um zu vermeiden, dass auch Änderungen signali- siert werden, die auf FI üs s i g ke i t s s chwan kungen innerhalb des Behälters zurückzuführen sind, die durch Schüttelbewegungen hervorgerufen werden .
Auch wenn als Position für die Aufnahme des erfindungsgemäßen Sensors eine Aussparung in der Wand des Behälters gewählt wurde, ist jede andere Position geeignet, die den elektromagnetischen Wellen erlaubt, sowohl die Flüssigkeit, von der man den Stand messen möchte, als auch einen Körper zu durchqueren, der für die Änderung des Flüs s igkei t s t andes als Bezug dient.
Eine weitere Aus führungs form ist gekennzeichnet dadurch, dass die Antennen in unmittelbarem Kontakt mit der zu messenden Flüssigkeit stehen. Diese Form ist besonders angezeigt, wenn aus Gründen der Her s t el lungs t echni k um den An- tennen herum die Wandstärke des Behälters übermäßigen Tole ranz Schwankungen unterliegt oder wegen der Her s t e 1 lungs t echni k keine Möglichkeit besteht, den Sensor am Bestandteil bzw. am Be- hälter zu befestigen.
Weitere Varianten können vorgesehen sein, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen:
Die Aufgabe des empfangenden S ens o r e 1 emen t e s bzw. der zweiten Antenne könnte von der Masse
(Erdung) des Fahrzeuges derart wahrgenommen werden, dass der Sensor nur noch aus der Sende- antenne besteht.
In einer weiteren Variante wirkt die Sendeantenne gleichzeitig auch als Empfangs antenne , wobei so die Anwesenheit einer einzigen Antenne erforderlich ist. Diese Variante beträgt jedoch sehr hohe Herstellungskosten.
Es ist klar, dass die e r f indung s gemäß e Füllstandsanzeige auch derart ausgeführt werden kann, dass sie auch andere Größen wie das spezifische Gewicht des Fluids, den Zustand (flüssig oder verfestigt) , die Temperatur messen, mehrere Flüssigkeiten oder auch den jeweils anwesenden Füllstand kontinuierlich abfragen kann.
Auch wenn die Elektronik in der vorstehenden Beschreibung in der Nähe des Sensors liegt, könnte sie auch vollständig außerhalb des Einbauortes des Sensors liegen.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Sensor für Füllstandanzeige von Fluida, insbesondere in Fahr z eugbehä 1 t e rn , umfas- send einen Sensor (1) , bestehend aus zwei Sensorelementen, die untereinander Flüssigkeit s s t ands ände rungen erfassen, dadurch gekennzeichnet, dass er zwei S en s o r e 1 emen t e , die durch jeweils einen Sender von elektro- magnetischen Wellen (4 oder 5) und einen Empfänger von elektromagnetischen Wellen (5 oder 4) gebildet sind, eine Elektronik (3) , die für das Abtasten von Änderungen der Zeitabstände zwischen den gesendeten und den empfangenen Signalen ausgebildet ist, einen mit der Elektronik (3) verbundenen Anschluss (6) und Anzeigen aufweist, welche die von der Elektronik gelieferten Daten signalisieren .
2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronik (3) einen Fühler zur Erfassung von Änderungen von Zeit abständen zwischen gesendeten Signalen und empfangenen Signalen umfasst, die sich oberhalb eines bestimmten Zei t abs t ande s δ be f inden .
3. Sensor nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) in einer Aussparung (8) fest aufgenommen ist, die in der Wand eines Behälters (9) gebildet ist.
4. Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (8) mittig zur Bildung eines Umschlages (10) gebogen ist, der zwischen dem Sender (4) und dem Empfänger (5) eingeführt werden kann, oder aus einer einheitlichen flachen Aussparung (8) in welcher Sender und Empfänger gemeinsam aufgenommen werden, um beide am Boden der Aussparung (8) vorgesehenen Schultern (11) in Ans chlags s t el lung zu halten.
5. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufgabe des empfangenden Sensorelementes bzw. der zweiten Antenne durch die Masse (Erdung) des Fahrzeuges derart übernommen wird, dass der Sensor nur mehr aus dem sendenden S en s or e 1 emen t oder Antenne besteht.
6. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das sendende S en s o r e 1 emen t oder die sendende Antenne gleichzeitig auch als empfangendes S ens ore 1 emen t oder empfan- gende Antenne wirkt.
7. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fül 1 s t ands an ze i ge auch derart ausgeführt ist, dass sie in der Lage ist, auch andere Größen wie das spezifische Gewicht des Fluids, den Flü s s i g ke i t s z s t and (flüssig oder fest) , die Temperatur zu messen, mehrere Füllstände als auch kontinu- ierlich den vorhandenen Füllstand abzufra gen .
Sensor nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronik gegenüber dem Einbauort des Sensors teilweise oder vollständig außen untergebracht is t .
PCT/EP2000/013190 1999-12-28 2000-12-22 Sensor für füllstandanzeige von fluida, insbesondere für kraftfahrzeugsbehälter WO2001048447A1 (de)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5656774A (en) * 1996-06-04 1997-08-12 Teleflex Incorporated Apparatus and method for sensing fluid level
US5969666A (en) * 1997-06-06 1999-10-19 Endress + Hauser GmbH +Co. Radar-based method of measuring the level of a material in a container

Patent Citations (2)

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