WO2008080865A2 - Verfahren und vorrichtung zur füllstandsmessung - Google Patents

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WO2008080865A2
WO2008080865A2 PCT/EP2007/064277 EP2007064277W WO2008080865A2 WO 2008080865 A2 WO2008080865 A2 WO 2008080865A2 EP 2007064277 W EP2007064277 W EP 2007064277W WO 2008080865 A2 WO2008080865 A2 WO 2008080865A2
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Johannes Ante
Manfred Weigl
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Continental Automotive Gmbh
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    • 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
    • G01F23/26—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 variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields
    • G01F23/263—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 variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors
    • G01F23/268—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 variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors mounting arrangements of probes

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for measuring the level of aggressive media in a tank, in particular a urea solution for exhaust aftertreatment in an internal combustion engine.
  • a particularly efficient method of exhaust gas purification for diesel vehicles is exhaust gas aftertreatment by means of selective catalytic reduction, abbreviated to SCR.
  • SCR selective catalytic reduction
  • the harmful NO x components of the exhaust gas in an SCR catalyst are almost completely converted into atmospheric nitrogen N 2 and water vapor H 2 O by chemical reduction.
  • a urea or urea solution is injected into the hot combustion exhaust gas upstream of the SCR catalytic converter.
  • the heat in the exhaust line decomposes urea or CH 4 N 2 O and releases ammonia or NH3.
  • urea solution is therefore considered to be only one example of such a fluid that is stored in a container and metered into a running process in a particular manner.
  • Adblue a 32.5% aqueous urea solution
  • Adblue a 32.5% aqueous urea solution
  • Adblue a 32.5% aqueous urea solution
  • Another example of such an adjuvant is one under the name De- noxium became known mixture of urea and formic acid.
  • an assembly of two or more metallic contact plates at a certain height in the tank is known. If the level of an electrically conductive liquid above the contact plates, the liquid to be sensed forms an electrically conductive compound, which is measured. These contacts are used to detect a minimum level, a separate contact must be provided for each level.
  • urea solution is carried as a liquid in a separate tank and fed by metering the exhaust gas of the respective internal combustion engine.
  • an accurate level indication of the storage tank is desirable.
  • the starting point of the present invention is the recognition that used urea solutions are very aggressive, but also usually already freeze at about -10 0 C.
  • vehicles can cool well below -40 0 C in parts.
  • internal combustion engines or motor vehicles must remain functional and ready for use, in particular complying with emission standards.
  • a method for measuring the level of aggressive media in a tank is characterized in that a fill level or level measurement is performed capacitively, through which a respective liquid level is measured through a tank wall.
  • a device according to the invention has a capacitive level measurement, which is designed to measure a liquid level through a tank wall of a respective tank. It is therefore dispensed with separate internals in a tank.
  • an inventive measuring method with respect to the aggressive fluid is even designed as non-contact measurement of a current fluid level.
  • the invention utilizes the property of aggressive media that they are well electrically conductive.
  • two or more conductive strips are mounted in the vertical direction on or in the tank wall in an installed position, which are connected to an electronics for measuring the capacitance between the strips. If the liquid level is low, so is the capacity of the entire arrangement low. At high liquid levels, the strips form two series-connected capacitors.
  • the tank wall forms the dielectric
  • the strips each form one electrode
  • the urea liquid forms the other electrode.
  • the strips form the one electrode of two capacitor arrangements connected in parallel, of which the one capacitor in a mounting position has the two tank walls as a dielectric, but the other capacitor by the absence of the well-conductive urea liquid next to the two tank walls also Having air as a dielectric.
  • a varying filling level thus exerts a significant influence on the capacity of the overall arrangement.
  • the urea liquid is passed through an electrically conductive passageway in the tank, e.g. connected to the vehicle ground or a point in a measurement circuit.
  • a capacitor is obtained, wherein the tank wall is the dielectric and the electrodes are formed by metal strips outside the tank and the electrically conductive liquid in the tank.
  • the fluid level defines an electrode surface of variable size through the conductivity of the fluid relative to a tank wall, which determines a capacity of the assembly.
  • a non-contact measurement is realized whose device requires no mechanical parts, whereby such a device is in principle subject to no wear. Furthermore, there are no tank installations, so there is no risk of breakage during thawing after icing. Since there are no cavities in the proposed measuring principle in Ureatank, there is no danger of their being destroyed by freezing the tank contents. A measurement with two opposing strips guarantees a precise level measurement even in the case of a tilted tank.
  • FIG. 1 shows a three-dimensional view of a urea tank with two conductive strips for capacitive level measurement through a tank wall;
  • FIG. 3 shows a section through a urea tank with an electrically conductive strip for capacitive level measurement through a tank wall, a counterelectrode being formed by the urea liquid itself, in that it is contacted in an electrically conductive manner;
  • Figure 4 shows a modification of the embodiment of Figure 1, in which two conductive strip for capacitive level measurement through a tank wall through are mounted on opposite sides of the tank to achieve the most accurate measurement results even with an inclined tank and
  • FIG. 5 shows a modification of the embodiment according to FIG. 4, in which an outer electrode is subdivided into strips connected in parallel to a free fluid surface.
  • FIG. 1 shows a device 1 for capacitive level measurement in a three-dimensional view of a urea tank 2, two conductive strips 3, 4 are arranged in an outer space 5 on a tank wall 6.
  • a fill level h can be measured by means of a change in capacitance through the tank wall 6, since a urea solution 9 forms a counterelectrode with a surface which is variable depending on its fill level h.
  • a more or less large area of the tank wall 6 has a relative dielectric constant ⁇ re i> 1 of its material in the role of dia. lektrikum a contribution to a current capacity of the measuring arrangement.
  • Figure 2a shows a section in the plane A - A of Figure 1, the concrete structure in the region of the two conductive strips 3, 4, indicating the course of some field lines 10 of the electric field 7. Accordingly, the conductive strips 3, 4 outside applied to the tank wall 6 and provided with a protective cover 11.
  • the field lines 10 run between the conductive strips 3, 4 as a function of a current fill level h partly through air, see FIG. 2a, but also partly through the urea solution 9, see FIG. 2b with the illustration of a section in the plane BB of Figure 1.
  • the capacity of the overall arrangement results from a parallel connection of two capacitors in a multi-conductor system.
  • the capacity of the overall arrangement is determined by connecting an evaluation circuit or logic 12 via lines 13 to the conductive strips 3, 4 and forwarded accordingly or displayed as a warning.
  • an electrical contact 14 may also be provided, through which the urea solution 9 itself becomes an electrically connected electrode in a measuring order for determining the capacitance.
  • the contacting 14 takes place according to this embodiment according to FIG. 1 in the region of an only indicated metering pump.
  • the measurement is then carried out with two interconnected electrode strips 3, 4 and the urea liquid 9 as a counter electrode, but no further conductive contacting of the liquid is necessary.
  • This principle is shown in Figure 3 in a sectional view. In this case, the current filling level h, as the size of the quasi-electrode 9, is opposite the conductive strips 3, 4 of constant height H as the counterelectrode, the tank wall 6 forming the dielectric with ⁇ re i ⁇ 1.
  • FIG. 4 now shows a modification of the first embodiment described with respect to FIG. 1, in which electrically conductive strips are mounted on the outside of the urea tank 2 or in the tank wall 6 as an electrode for capacitive measurement of the filling level.
  • both electrodes 3, 4 are advantageously arranged outside the tank 2 or the interior 8, but now opposite one another.
  • tilting of the tank 2 no longer has a major influence on a measurement.
  • a parallel connection of two capacitors is evaluated.
  • the capacitors have a quasi-layered dielectric, as with a capacitor between the tank walls 6 with but in the second Kon ⁇ capacitor arrangement with electrically conductive urea solution only with the tank walls 6, so only with is arranged.
  • this measuring arrangement can also be used to perform measurement with two opposing strips 3, 4, wherein the strips 3, 4 are connected or whose signal is added in the evaluation circuit 12. Again, accurate level or level measurement is thus possible even when tilted the tank 2. Thus, 8 levels h can be determined exactly without internals in the tank interior.
  • FIG. 5 shows a modification of the embodiment according to FIG. 4, in which an outer electrode 3 is subdivided into strips 3a, 3b,... 3i. These strips 3a, 3b,... 3i run parallel to a free fluid surface. Furthermore, the strips 3a, 3b,... 3i are electrically connected such that partial capacitors lying parallel to one another result. In order for partial height electrodes have been mounted at different heights, which now a level h can be detected in discrete stages.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Füllstandsmessung aggressiver Medien in einem Tank, insbesondere einer Urea-Lösung zur Abgasnachbehandlung bei einer Verbrennungskraftmaschine. Um ein preiswertes sowie zuverlässig arbeitendes Verfahren zur Füllstandsmessung aggressiver Medien und eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung (1) eine Einrichtung zur kapazitiven Levelmessung aufweist, die zur Messung eines Flüssigkeitsstands (h) durch eine Wand (6) eines jeweiligen Tanks (2) hindurch ausgebildet und mit einer Auswerteschaltung (12) verbunden ist.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Füllstandsmessung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Füllstandsmessung aggressiver Medien in einem Tank, insbesondere einer Urea-Lösung zur Abgasnachbehandlung bei einer Verbrennungskraftmaschine.
Moderne Verbrennungskraftmaschinen in Kraftfahrzeugen müssen zunehmend schärfere Abgasnormen erfüllen. Eine besonders effiziente Methode der Abgasreinigung für Dieselfahrzeuge ist die Abgasnachbehandlung mittels selektiver katalytischer Reduktion, kurz SCR. Bei diesem Verfahren werden die schädlichen NOx-Anteile des Abgases in einem SCR-Katalysator durch chemische Reduktion nahezu vollständig in Luftstickstoff N2 und Wasserdampf H2O umgewandelt. Als Reduktionsmittel wird eine Harnstoff- bzw. Urea-Lösung vor dem SCR-Kat in das heiße Verbrennungsabgas eingedüst. Durch die Hitze im Abgasstrang zerfällt Urea bzw. CH4N2O und setzt Ammoniak bzw. NH3 frei. Es läuft dann eine Reaktion nach folgender Gleichung ab: NOx (z.B. NO NO2, N2O usw.) + NH3 => N2 + H2O.
Ohne Kraftstoffmehrverbrauch wird also der zur Senkung von Schadstoffemissionen insbesondere bei Dieselbetriebenen Nutzfahrzeugen benötigte Ammoniak bereitgestellt.
Unter dem Begriff "aggressive Medien" werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung fluide Stoffe mit korrosiven Eigenschaften verstanden. Eine Urea-Lösung wird daher nur als ein Beispiel für ein derartiges Fluid angesehen, das in einem Behälter gespeichert und einem laufenden Prozess in bestimmter Art und Weise dosiert zugeführt wird. Es handelt sich hierbei z.B. um eine 32,5%ige, wässrigen Harnstofflösung, von der Industrie einheitlich mit Adblue bezeichnet, deren. Zusammensetzung in der DIN 70070 geregelt ist. Ein weiteres Beispiel für einen derartigen Hilfsstoff ist eine unter dem Namen De- noxium bekannt gewordene Mischung aus Harnstoff und Ameisensäure .
Aus dem Stand der Technik sind zum Messen des Flüssigkeits- spiegeis in Tanks verschiedene Messverfahren bekannt. Für Flüssigkeiten, die nicht einfrieren, werden üblicherweise Schwimmer verwendet, die an einem Hebel oder Seilzug befestigt sind und deren Position elektromechanisch abgelesen wird. Hierzu werden Schleifpotentiometer oder Kontaktschalter verwendet. Ein an dem Hebel montierter Magnet erlaubt die Verwendung von Reed-Kontaktschaltern, Zungenschaltern, wie z.B. bei dem Siemens-VDO MAAPS-Tankgeber, sowie HALL- oder MR / GMR Magnetsensoren.
Weiterhin ist eine Montage zweier oder mehrer metallischen Kontaktplatten auf einer gewissen Höhe im Tank bekannt. Ist der Füllstand einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit oberhalb der Kontaktplatten, bildet die zu sensierende Flüssigkeit eine elektrisch leitende Verbindung, die gemessen wird. Diese Kontakte werden zum Erkennen eines Mindestfüllstandes eingesetzt, für jede Füllhöhe ist ein eigener Kontakt vorzusehen .
Wenn jedoch ein zum Teil mit einer Urea-Lösung gefüllter Tank in einem Kraftfahrzeug einfriert und teilweise wieder auftaut, bildet sich an einem Schwimmersystem oder anderen Einbauten ein Eisklumpen, der den Schwimmer bzw. andere Einbauten z.B. bei fahrtbedingten Vibrationen abbricht oder schädigt. Aufgrund der Volumenvergrößerung beim Einfrieren treten auch an sehr stabilen, schwimmerlosen Einbauten immer dann Schäden auf, wenn diese Hohlräume aufweisen, da gefüllte Hohlräume auffrieren.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein preiswertes sowie zuverlässig arbeitendes Verfahren zur Füllstandsmessung aggressiver Medien und eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen . Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Für stationäre Anlagen und Schiffe sind Systeme zur Abgasnachbehandlung seit langem im Einsatz, inzwischen werden zunehmend auch LKW aus- und nachgerüstet. Dabei wird eine Urea- Lösung als Flüssigkeit in einem separaten Tank mitgeführt und mittels Dosiersystem dem Abgas der jeweiligen Verbrennungskraftmaschine zugeführt. Zum korrekten Betrieb der SCR- Dosieranlage ist eine genaue Füllstandsanzeige des Vorratstanks wünschenswert. Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung ist die Erkenntnis, dass verwendete Urea-Lösungen sehr ag- gressiv sind, zudem aber i.d.R. bereits bei ca. -100C einfrieren. Ohne besondere Heizeinrichtungen können Kraftfahrzeuge jedoch in Teilen auch unterhalb von -40 0C abkühlen. Aber auch in diesen Temperaturbereichen müssen Verbrennungskraftmaschinen bzw. Kraftfahrzeuge unter Einhaltung insbeson- dere von Abgasnormen funktionstüchtig bleiben und einsatzbereit sein.
Erfindungsgemäß zeichnet sich ein Verfahren zur Füllstandsmessung aggressiver Medien in einem Tank dadurch aus, dass eine Füllstands- bzw. Levelmessung kapazitiv durchgeführt wird, durch die ein jeweiliger Flüssigkeitsstand durch eine Tankwand hindurch gemessen wird. Dementsprechend weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung eine kapazitive Levelmessung auf, die zur Messung eines Flüssigkeitsstands durch eine Tankwand eines jeweiligen Tanks hindurch ausgebildet ist. Es wird also auf separate Einbauten in einem Tank verzichtet. Vorzugsweise ist ein erfindungsgemäßes Messverfahren mit Bezug auf das aggressive Fluid sogar als berührungslose Messung eines aktuellen Fluid-Füllstandes ausgeführt. Hierzu macht sich die Erfindung die Eigenschaft aggressiver Medien zunutze, dass sie gut elektrisch leitfähig sind. In einer Ausführungsform der Erfindung sind an oder in der Tankwand in einer Einbaulage zwei oder mehr leitfähige Streifen in senkrechter Richtung angebracht, die mit einer Elektronik zur Messung der Kapazität zwischen den Streifen verbun- den sind. Ist der Flüssigkeitsspiegel niedrig, so ist auch die Kapazität der gesamten Anordnung gering. Bei hohem Flüssigkeitsspiegel bilden die Streifen zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren. In dieser Ausführungsform bildet die Tankwand das Dielektrikum, die Streifen jeweils die eine Elektrode, die Urea-Flüssigkeit bildet die andere Elektrode.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung bilden die Streifen die eine Elektrode zweier parallel geschalteter Kondensatoranordnungen, von denen der in einer Einbaulage untere Kondensator als Dielektrikum die zwei Tankwände aufweist, der andere Kondensator jedoch durch das Fehlen der gut leitenden Urea-Flüssigkeit neben den zwei Tankwänden auch Luft als Dielektrikum aufweist. Ein unterschiedlich hoher Füllstand übt damit einen maßgeblichen Einfluss auf die Kapazität der Ge- samtanordnung aus.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die Urea-Flüssigkeit durch eine im Tank angebrachte elektrisch leitende Durchführung z.B. mit der Fahrzeugmasse oder einem Punkt in einer Messschaltung verbunden. In diesem Fall erhält man einen Kondensator, wobei die Tankwand das Dielektrikum darstellt und die Elektroden durch Metallstreifen außerhalb des Tanks und die elektrisch leitende Flüssigkeit im Tank gebildet werden. Der Fluid-Füllstand definiert durch die Leit- fähigkeit des Fluids gegenüber einer Tankwand eine Elektrodenfläche variabler Größe, durch die eine Kapazität der Anordnung bestimmt wird.
Vorteilhafterweise werden Fehlmessungen durch Neigung in ei- ner Weiterbildung durch kapazitive Messung mittels am Tank gegenüberliegend angebrachter und Streifen vermieden. Durch ein elektrisches verbinden der Streifen wird ein Art von Mittelwertbildung der Füllstände bewirkt.
Für die Messung sehr kleiner Kapazitätsunterschiede sind ver- schiedene technische Lösungen bekannt. Hierzu existieren erprobte Schaltungen, z.B. als Schwinger in Feuchtesensoren o- der auf Mikrocontrollerbasis, wie z.B. Siemens VDO door handle sensor. Auch bietet der Markt spezielle ASICS zur Kapazitätsmessung von Unterschieden im unteren pF-Bereich, wie bei- spielsweise das ICs QT117 oder QT300 der Firma Quantum, im Internet zu finden unter www.qprox.com.
Erfindungsgemäß wird eine berührungslose Messung realisiert, deren Vorrichtung keine mechanischen Teile benötigt, wodurch eine derartige Vorrichtung prinzipiell auch keinem Verschleiß unterliegt. Es sind ferner keine Tankeinbauten vorhanden, so dass keine Bruchgefahr beim Auftauen nach Vereisung besteht. Da in dem vorgeschlagenen Messprinzip im Ureatank auch keine Hohlräume vorgesehen sind, besteht keine Gefahr deren Zerstö- rung durch Auffrieren des Tankinhalts. Eine Messung mit zwei gegenüberliegenden Streifen garantiert eine präzise Levelmessung auch im Fall eines schief stehenden Tanks.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend unter Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die Abbildungen der Zeichnung angegeben. In der Zeichnung zeigen in schematisierter Form:
Figur 1: eine dreidimensionale Ansicht eines Urea-Tanks mit zwei leitfähigen Streifen zur kapazitiven Füllstandsmessung durch eine Tankwand hindurch;
Figuren 2a und 2b: Schnitte in den Ebenen A-A, B-B von Figur 1; Figur 3: einen Schnitt durch einen Urea-Tank mit einem e- lektrisch leitfähigen Streifen zur kapazitiven Füllstandsmessung durch eine Tankwand hindurch, wobei eine Gegenelektrode durch die Urea-Flüssigkeit selber gebildet wird, indem sie elektrisch leitend kontaktiert wird;
Figur 4: eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß Figur 1, bei der zwei leitfähigen Streife zur kapazitiven Füllstandsmessung durch eine Tankwand hindurch an gegenüberliegenden Seiten des Tanks angebracht sind, um auch bei geneigtem Tank möglichst genaue Messergebnisse zu erzielen und
Figur 5: eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß Figur 4, bei der eine Außenelektrode in horizontal zu einer freien Fluidoberflache verlaufende, parallel geschaltete Streifen unterteilt ist.
Über die verschiedenen Ausführungsbeispiele und Abbildungen hinweg werden nachfolgend einheitlich gleiche Bezugsziffern und Bezeichnungen für gleiche Funktions- bzw. Baugruppen verwendet .
Die Abbildung von Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur kapazitiven Füllstandsmessung in einer dreidimensionalen Ansicht An einem Urea-Tank 2 sind zwei leitfähige Streifen 3, 4 in einem Außenraum 5 an einer Tankwand 6 angeordnet. Damit durchdringt ein elektrisches Feld 7 die Tankwand 6 und auch einen Tankinnenraum 8 mindestens teilweise. So ist durch die Tankwand 6 hindurch ein Füllstand h anhand einer Kapazitätsänderung messbar, da eine Urea-Lösung 9 eine Gegenelektrode mit einer in Abhängigkeit ihres Füllstandes h variablen Fläche bildet. Je nach Füllstand h leistet eine mehr oder weni- ger große Fläche der Tankwand 6 über eine relative Dielektri- zitätszahl εrei > 1 ihres Materials in der Rolle als Die- lektrikum einen Beitrag zu einer aktuellen Kapazität der Messanordnung .
Zu dieser Ausführungsform zeigt Figur 2a als Schnitt in der Ebene A - A von Figur 1 den konkreten Aufbau im Bereich der zwei leitfähigen Streifen 3, 4 unter Andeutung des Verlaufes einiger Feldlinien 10 des elektrischen Feldes 7. Demnach sind die leitfähigen Streifen 3, 4 außen auf die Tankwand 6 aufgebracht und mit einer Schutzabdeckung 11 versehen. Die Feldli- nien 10 verlaufen zwischen den leitfähigen Streifen 3, 4 in Abhängigkeit von einem aktuellen Füllstand h teilweise durch Luft, siehe Figur 2a, teilweise aber auch durch die Urea- Lösung 9, siehe Figur 2b mit der Darstellung eines Schnittes in der Ebene B-B von Figur 1. Somit ergibt sich die Kapazität der Gesamtanordnung aus einer Parallelschaltung zweier Kondensatoren in einem Mehrleitersystem. Die Kapazität der Gesamtanordnung wird durch Anbindung einer Auswerteschaltung bzw. -logik 12 über Leitungen 13 an die leitfähigen Streifen 3, 4 bestimmt und entsprechend weitergeleitet oder als War- nung angezeigt.
Wie in Figur 1 angedeutet, kann jedoch auch eine elektrische Kontaktierung 14 vorgesehen sein, durch die die Urea-Lösung 9 selber zu einer elektrisch angeschlossenen Elektrode in einer Messordnung zur Kapazitätsbestimmung wird. Die Kontaktierung 14 erfolgt nach dieser Ausführungsform gemäß Figur 1 im Bereich einer nur angedeuteten Dosierpumpe. Die Messung erfolgt dann mit zwei zusammengeschalteten Elektrodenstreifen 3, 4 und der Urea-Flüssigkeit 9 als Gegenelektrode, wobei jedoch keine weitere leitende Kontaktierung der Flüssigkeit nötig ist. Dieses Prinzip ist in Figur 3 in einer Schnittdarstellung wiedergegeben. Hier geht der aktuelle Füllstand h als Größe der Quasi-Elektrode 9 gegenüber den leitfähigen Streifen 3, 4 konstanter Höhe H als Gegenelektrode ein, wobei die Tankwand 6 mit εrei < 1 das Dielektrikum bildet. Die Abbildung von Figur 4 zeigt nun eine Abwandlung der ersten, zu Figur 1 beschriebenen Ausführungsform, in der außen an dem Urea-Tank 2 oder aber in der Tankwand 6 elektrisch leitende Streifen als Elektrode für kapazitive Messung des Füllstandes angebracht sind. Nach Figur 4 sind vorteilhafterweise wieder beide Elektroden 3, 4 außerhalb des Tanks 2 bzw. des Innenraumes 8 angeordnet, nun aber einander gegenüberliegend. Damit hat ein Verkippen des Tanks 2 keinen großen Ein- fluss auf eine Messung mehr. Ausgewertet wird im vorliegenden Fall eine Parallelschaltung zweier Kondensatoren. Die Kondensatoren weisen ein quasi geschichtetes Dielektrikum auf, da bei einem Kondensator zwischen den Tankwänden 6 mit
Figure imgf000010_0001
aber bei der zweiten Kon¬ densatoranordnung mit elektrisch leitender Urea-Lösung nur mit den Tankwänden 6, also nur mit
Figure imgf000010_0002
angeordnet ist.
Natürlich kann diese Messanordnung auch benutzt werden, um Messung mit zwei gegenüberliegenden Streifen 3, 4 durchzuführen, wobei die Streifen 3, 4 verbunden sind oder deren Signal in der Auswerteschaltung 12 addiert werden. Wiederum ist damit genaue Füllstands- bzw. Levelmessung auch bei Schiefstellung des Tanks 2 ermöglicht. Somit können ganz ohne Einbauten im Tankinnenraum 8 Füllstände h genau bestimmt werden.
Figur 5 zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß Figur 4, bei der eine Außenelektrode 3 in Streifen 3a, 3b, ... 3i unterteilt ist. Diese Streifen 3a, 3b, ... 3i verlaufen parallel zu einer freien Fluid-Oberflache . Ferner sind die Streifen 3a, 3b, ... 3i elektrisch so geschaltete, dass sich parallel zueinander liegende Teil-Kondensatoren ergeben. Damit sind auf unterschiedlichen Höhen Teil-Elektroden angebracht worden, wodurch nun ein Füllstand h in diskreten Stufen detektiert werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Füllstandsmessung aggressiver Medien in einem Tank, insbesondere einer Urea-Lösung zur Abgas- nachbehandlung bei einer Verbrennungskraftmaschine, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass sie eine Einrichtung zur kapazitiven Levelmessung aufweist, die zur Messung eines Flüssigkeitsstands (h) durch eine Wand (6) eines jeweiligen Tanks (2) hindurch ausgebildet und mit einer Auswerteschaltung (12) verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass an oder in der Tankwand (6) in einer Einbaulage zwei oder mehr leitfähige Streifen (3, 4) in senkrechter Richtung angebracht sind, die mit einer Elektronik (12) zur Messung der Kapazität zwischen den Streifen (3, 4) verbunden sind.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Urea-Flüssigkeit (9) durch eine in dem Tank (2) angebrachte, elektrisch leitende Durchführung, insbesondere im Bereich einer Pumpe, mit der Fahrzeugmasse oder einem Punkt in einer Messschaltung verbunden ist, wobei die Tankwand (6) das Dielektrikum darstellt und die Elektroden durch Metallstreifen (3, 4) außerhalb des Tanks (2) einerseits und die Flüssigkeit (9) anderer- seits gebildet werden.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Elektroden oder elektrisch leitenden Streifen (3, 4) an dem Tank (2) einander gegenüberliegend angebracht sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Elektrode (3) in Form von Streifen (3a, 3b, ... 3i) ausgebildet ist, die parallel zu einer freien Fluid- Oberfläche verlaufen, so dass sich an einer Wand (6) des Tanks (2) elektrisch parallel zueinander liegende Teil-Kondensatoren ergeben.
6. Verfahren zur Füllstandsmessung aggressiver Medien in einem Tank, insbesondere einer Urea-Lösung zur Abgasnachbehandlung bei einer Verbrennungskraftmaschine, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Füllstands- bzw. Levelmessung berührungslos durchgeführt wird, indem ein jeweiliger Flüssigkeitsstand (h) durch eine Tankwand (6) hindurch in Form einer ausgewerteten Kapazitätsänderung indirekt gemessen wird.
7. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Ka- pazitätsänderung auf Basis einer füllstandsbedingten
Änderung der relativen Dielektrizitätszahl (εrei) ausgewertet wird.
8. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprü- che, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Kapazitätsänderung auf Basis einer füllstandsbedingten Änderung der Größe einer Kondensatorplatte ausgewertet wird, indem mindestens ein Elektrodenstreifen (3, 4) an oder in der Tankwand (6) als eine Elektrode und die
Urea-Flüssigkeit (9) selber als Gegenelektrode zur Bestimmung einer Kapazität verwendet werden.
9. Verfahren nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass an einer
Wand (6) des Tanks (2) elektrisch parallel zueinander liegende Teil-Kondensatoren in Form von parallel zu ei- ner freien Fluid-Oberflache verlaufende Streifen (3a, 3b, ... 3i) verwendet werden, um ein Füllstand (h) in diskreten Stufen zu detektieren.
PCT/EP2007/064277 2007-01-05 2007-12-20 Verfahren und vorrichtung zur füllstandsmessung WO2008080865A2 (de)

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DE200710001175 DE102007001175A1 (de) 2007-01-05 2007-01-05 Verfahren und Vorrichtung zur Füllstandsmessung

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DE (1) DE102007001175A1 (de)
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