WO2014009165A1 - Verfahren und vorrichtung zum bestimmen einer höhe eines fluidniveaus in einem fluidbehälter - Google Patents

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WO2014009165A1
WO2014009165A1 PCT/EP2013/063489 EP2013063489W WO2014009165A1 WO 2014009165 A1 WO2014009165 A1 WO 2014009165A1 EP 2013063489 W EP2013063489 W EP 2013063489W WO 2014009165 A1 WO2014009165 A1 WO 2014009165A1
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WO
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fluid
reference element
transit time
sound
transmitter
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PCT/EP2013/063489
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French (fr)
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Peter Meyer
Karl-Friedrich Pfeiffer
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Continental Automotive Gmbh
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    • 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
    • G01F23/2962—Measuring transit time of reflected waves
    • 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
    • G01F23/80—Arrangements for signal processing

Definitions

  • the invention relates to a method and a corresponding device for determining a height of a fluid level in a fluid container.
  • a acoustic measuring device can be used in particular.
  • a sound transducer of the acoustic measuring device can work both as a sound generator and as a sound receiver.
  • sound pulses can be emitted into the fluid to be measured by means of the sound transducer.
  • the sound pulses can be reflected from an interface of the fluid to another medium. From the duration of the sound pulses can be drawn conclusions about the height of the fluid level in the fluid container.
  • the object of the invention is to provide a method and an ent ⁇ speaking device for determining a fluid level in a fluid container, which allows high accuracy in the determination of a fluid level.
  • the invention distinguishes itself by a method and a corresponding device for determining a height of a fluid level in a Fluidbenzol ⁇ ter in which a first reference element and a second reference element within the fluid in the fluid containers are provided ⁇ , wherein the first reference element to a Bo ⁇ denab mustard the fluid container a first distance on has, and the second reference element to the bottom portion of the fluid container has a second distance, a
  • Sound transducer is provided with a transmitter and a receiver, the transmitter emits a sound signal, and recorded at the fluid level and the reference elements reflected sound signals from the receiver.
  • a first transit time difference between a first transit time of the sound signal emitted by the transmitter and reflected at the first reference element and a second transit time of the sound signal emitted by the transmitter and reflected at the second reference element is determined.
  • a second Laufzeitdif ⁇ conference between a third term of the radiation emitted by the transmitter and reflected by the fluid level Schallsig- Nals and the first propagation time is determined.
  • the height of the fluid level is determined over the bottom portion of the fluid container.
  • the maturities and the time differences of the radiation emitted by the transmitter and the receiver of the sound transducer re ⁇ inflected sound signals are each twice as large as the times be necessary, the sound signals from the transmitter to the reference elements respectively to the fluid level ⁇ .
  • the influence of such elements or intermediate layers on the transit time of the sound signals can be eliminated by means of this method.
  • temperature-dependent influences of such elements or intermediate layers can be avoided.
  • manufacturing and / or assembly tolerances of such elements elements or intermediate layers influence the measurement.
  • a sound velocity is determined in the fluid depends on the initial term ⁇ difference and a distance between the first reference member and the second reference element, and the height of the fluid level on the bottom portion of the fluid container is determined depending on the speed of sound in the fluid the second transit time difference and the first distance of the first reference element to the bottom portion of the fluid ⁇ container.
  • the invention distinguishes itself by a method and a corresponding device for determining a height of a fluid level in a fluid container, in which a first reference element and a second reference element within the fluid in the fluid containers are provided ⁇ , wherein the first reference element to a Bo ⁇ denab mustard of the fluid container has a first distance ⁇ , and the second reference element to the bottom portion of the fluid container has a second distance, a
  • Sound transducer is provided with a transmitter and a receiver, the transmitter emits a sound signal, and recorded at the fluid level and the reference elements reflected sound signals from the receiver.
  • a first transit time difference between a first transit time of the sound signal emitted by the transmitter and reflected at the first reference element and a second transit time of the sound from the Transmitter emitted and reflected at the second reference element sound signal determined.
  • a third transit time difference between a third transit time of the sound signal emitted by the transmitter and reflected at the fluid level and the second transit time is determined.
  • the height of Fluidni- veaus is determined by the bottom portion of the fluid container.
  • a sound velocity is determined in the fluid depending on the ERS ⁇ th propagation time difference and a predetermined distance between the first reference member and the second reference element, and the height of the fluid level over the Bodenab ⁇ section of the fluid container is determined depending on the speed of sound in the fluid, the third Laufzeitdif ⁇ difference and the second distance of the second reference element to the bottom portion of the fluid container.
  • the sound transducer is a
  • Ultrasonic transducer This has the advantage that the fluid level ⁇ using ultrasound can be in fluid containers very well vermes ⁇ sen.
  • FIG. 1 is a schematic view of a fluid container with a sound transducer and a device for determining a height of a fluid level
  • FIG. 2 is a flowchart of a program for determining a level of a fluid level in a fluid container. Elements of the same construction or function are provided across the figures with the same reference numerals.
  • FIG. 1 shows a fluid container 10 in which a fluid 12 having a fluid level L is located.
  • the Fluidbefflel- ter 10 has a bottom portion 14.
  • Figure 1 also shows ei ⁇ NEN acoustic transducer 20.
  • the acoustic transducer 20 is preferably formed as an ultrasonic transducer.
  • the sound ⁇ transducer 20 has a transmitting and receiving element, which is designed for emitting and receiving the sound waves.
  • the sound transducer 20 is also referred to as a transducer.
  • intermediate layers 22 are arranged between the sound transducer 20 and the bottom portion 14 of the fluid container 10 between the sound transducer 20 and the bottom portion 14 of the fluid container 10 intermediate layers 22 are arranged.
  • the intermediate layers 22 are preferably designed as adhesive layers or as wall elements of the fluid container 10.
  • the intermediate layers 22 can in particular serve to couple the sound transducer 20 to the bottom section 14. Insbeson ⁇ particular, the intermediate layers 22 may, for example, small bumps of the transducer 20 and the bottom portion 14 of the fluid container 10 to compensate.
  • a first reference element 24 and a second reference element 26 is further arranged.
  • the reference elements 24, 26 are preferably plate-shaped.
  • the Referenzele ⁇ elements 24, 26 are formed from a material that has a metal on ⁇ .
  • the reference elements 24, 26 may also be formed from a material comprising a plastic or a ceramic.
  • the reference elements 24, 26 reflect a portion of the emitted sound signal in the direction of the acoustic transducer 20.
  • the Referenzele- are ments 24, 26 with the sound transducer 20 and the fluid level L arranged on a straight line.
  • the arrangement may also have deflection elements that can reflect the sound.
  • the arrangement of the sound transducer 20, the reference ⁇ elements 24, 26 and the fluid level also differ from the arrangement on a straight line.
  • the first reference element 24 has the bottom portion 14 of the fluid container 10 a first distance Dl.
  • the second Refe rence ⁇ element 26 has the bottom portion 14 of the Fluidbenzol ⁇ ters 10 a second distance D2.
  • a device 30 for determining a height H of the fluid level L in the fluid container 10 is further Darge ⁇ represents.
  • the device 30 is associated with sensors that detect ver ⁇ different parameters and each can determine the value of Mess ⁇ sizes.
  • the device 30 is designed to determine values as a function of at least one of the measured variables, by means of which the height H of the fluid level L in the fluid container 10 can be determined.
  • a program shown schematically in FIG. 2 for operating the device 30 for determining the height H of the fluid level L in the fluid container 10 is preferably stored on a storage medium of the device 30.
  • the program is preferably started in a step S10, in which variables are initialized if necessary. This is preferably done when commissioning the sound ⁇ transducer 20.
  • a step S 12 the first distance D 1 between the first reference element 24 and the bottom portion 14 of the fluid container 10 is provided. Furthermore, the second distance D2 between the second reference element 26 and the bottom portion 14 of the fluid container 10 is provided. The processing of the program is then continued in a step S14.
  • step S14 the first transit time Atl of the sound signal reflected at the first reference element 24 is determined by means of the sound transducer 20. Further, the second term determines the re At2 ⁇ flexed to the second reference element 24 by means of the sound signal of the sound transducer 20th Furthermore, the third transit time At3 of the sound signal reflected at the fluid level L is determined. The processing of the program is then continued in a step S16.
  • step S16 a first transit time difference At_A between the first transit time Atl and the second transit time At2 is determined. Furthermore, a second time difference between the third At_B term At3 of the reflected on the fluid level L of the sound signal and the first run time Atl ⁇ be true. As an alternative to the second transit time difference At_B determines a third transit time difference At_C between the third transit time At3 of the sound signal reflected at the fluid level L and the second transit time At2. The processing of the program is then continued in a step S18.
  • a speed of sound c_S in the fluid is determined as a function of the first transit time difference At_A and a distance D12 between the first reference element 24 and the second reference element 26.
  • the sound velocity c_S is determined in particular according to the formula
  • step S20 the height H of the fluid level above the bottom portion 14 of the fluid container 10 is determined depending on the speed of sound c_S in the fluid, the second run ⁇ time difference At_B and the first distance Dl of the first reference element 24 to the bottom portion 14 of the fluid container 10th Alternatively, the height H of the fluid level above the bottom section 14 of the fluid container 10 is determined depending on the speed of sound C_S in the fluid, the third run ⁇ time difference At_C and the second distance D2 of the second reference member 26 to the bottom portion 14 of the fluid container 10.
  • the processing of the program is then continued in step S22.
  • step S22 the program is ended.
  • the program is executed regularly during the operation of the acoustic transducer ⁇ 20.
  • an advantage is that the speed of sound c_S can be well determined by means of the first transit time difference At_A.
  • the second transit time difference At_B or the third runtime difference At_C is determined for determining the speed of sound c_S.
  • the accuracy of the determination of the height H of the fluid level L over the bottom portion 14 of the fluid container 10 is therefore only more dependent on the accuracy of the time measurement, the accuracy of the determination of the speed of sound c_S and the accuracy of the determination of the Ab ⁇ states Dl, D2 of first reference element 24 or the second reference element 26 to the bottom portion 14 of the Fluidbenzol- ters 10th
  • Influences of the intermediate layers 22 on the transit times of the sound signals between the sound transducer 20 and the fluid level L can thus be eliminated. This is particularly advantageous since the influence of the intermediate layers 22 on the transit times of the sound signals between the sound transducer 20 and the fluid level L can also be temperature-dependent. It can thus be avoided that manufacturing or assembly tolerances of the intermediate layers 22 influence the determination of the height H of the fluid level L above the bottom portion 14 of the fluid container 10. In particular, it ver ⁇ be dispensed, the determination of the height H of the fluid level L above the base portion 14 of the fluid container 10 then to be ⁇ fit when for example, change from constructive or production-technical reasons, materials or thicknesses of the intermediate layers 22nd

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Höhe (H) eines Fluidniveaus (L) in einem Fluidbehälter (10), bei dem ein erstes Referenzelement (24) und ein zweites Referenzelement (26) innerhalb des Fluids in dem Fluidbehälter bereitgestellt werden, wobei das erste Referenzelement (24) zu einem Bodenabschnitt (14) des Fluidbehälters (10) einen ersten Abstand (D1) aufweist, und das zweite Referenzelement (26) zu dem Bodenabschnitt (14) des Fluidbehälters (10) einen zweiten Abstand (D2) aufweist, ein Schallmesswandler (20) mit einem Sender und einem Empfänger bereitgestellt wird, der Sender ein Schallsignal aussendet, und an dem Fluidniveau (L) und den Referenzelementen (24, 26) reflektierte Schallsignale von dem Empfänger aufgenommen werden, für die von dem Empfänger aufgenommenen Schallsignale eine erste Laufzeitdifferenz (∆t_A) zwischen einer ersten Laufzeit (∆t1) des von dem Sender ausgesandten und an dem ersten Referenzelement (24) reflektierten Schallsignals und einer zweiten Laufzeit (∆t2) des von dem Sender ausgesandten und an dem zweiten Referenzelement (26) reflektierten Schallsignals bestimmt wird, eine zweite Laufzeitdifferenz (∆t_B) zwischen einer dritten Laufzeit (∆t3) des von dem Sender ausgesandten und an dem Fluidniveau (L) reflektierten Schallsignals und der ersten Laufzeit (∆t1) oder der zweiten Laufzeit (∆t2) bestimmt wird. Abhängig von der ersten Laufzeitdifferenz (∆t_A), der zweiten Laufzeitdifferenz (∆t_B) und dem ersten Abstand (D1) wird die Höhe (H) des Fluidniveaus (L) über dem Bodenabschnitt (14) des Fluidbehälters (10) bestimmt.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Höhe eines Flu- idniveaus in einem Fluidbehälter
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Bestimmen einer Höhe eines Fluidniveaus in einem Fluidbehälter. Zum Bestimmen einer Höhe eines Fluidniveaus in einem Fluidbe¬ hälter kann insbesondere eine akustische Messvorrichtung eingesetzt werden. Ein Schallwandler der akustischen Messvorrichtung kann sowohl als Schallerzeuger als auch als Schallempfänger arbeiten. Für eine Bestimmung der Höhe des Fluidni- veaus in dem Fluidbehälter können mittels des Schallwandlers Schallimpulse in das zu vermessende Fluid abgegeben werden. Die Schallimpulse können von einer Grenzfläche des Fluids zu einem weiteren Medium reflektiert werden. Aus der Laufzeit der Schallimpulse können Rückschlüsse auf die Höhe des Fluid- niveaus in dem Fluidbehälter gezogen werden.
Die Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren und eine ent¬ sprechende Vorrichtung zum Bestimmen eines Fluidniveaus in einem Fluidbehälter zu schaffen, das eine hohe Genauigkeit bei der Bestimmung eines Fluidniveaus ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Gemäß einem ersten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Bestimmen einer Höhe eines Fluidniveaus in einem Fluidbehäl¬ ter, bei dem ein erstes Referenzelement und ein zweites Refe- renzelement innerhalb des Fluids in dem Fluidbehälter bereit¬ gestellt werden, wobei das erste Referenzelement zu einem Bo¬ denabschnitt des Fluidbehälters einen ersten Abstand auf- weist, und das zweite Referenzelement zu dem Bodenabschnitt des Fluidbehälters einen zweiten Abstand aufweist, ein
Schallmesswandler mit einem Sender und einem Empfänger bereitgestellt wird, der Sender ein Schallsignal aussendet, und an dem Fluidniveau und den Referenzelementen reflektierte Schallsignale von dem Empfänger aufgenommen werden. Für die von dem Empfänger aufgenommenen Schallsignale wird eine erste Laufzeitdifferenz zwischen einer ersten Laufzeit des von dem Sender ausgesandten und an dem ersten Referenzelement reflek- tierten Schallsignals und einer zweiten Laufzeit des von dem Sender ausgesandten und an dem zweiten Referenzelement reflektierten Schallsignals bestimmt. Eine zweite Laufzeitdif¬ ferenz zwischen einer dritten Laufzeit des von dem Sender ausgesandten und an dem Fluidniveau reflektierten Schallsig- nals und der ersten Laufzeit wird bestimmt. Abhängig von der ersten Laufzeitdifferenz , der zweiten Laufzeitdifferenz und dem ersten Abstand des ersten Referenzelements zu dem Boden¬ abschnitt des Fluidbehälters wird die Höhe des Fluidniveaus über dem Bodenabschnitt des Fluidbehälters bestimmt.
Die Laufzeiten und die Laufzeitdifferenzen der von dem Sender ausgesandten und zu dem Empfänger des Schallmesswandlers re¬ flektierten Schallsignale sind jeweils doppelt so groß wie die Zeiten, die die Schallsignale von dem Sender bis zu den Referenzelementen beziehungsweise bis zu dem Fluidniveau be¬ nötigen .
Dies hat den Vorteil, dass die Höhe des Fluidniveaus sehr ge¬ nau bestimmt werden kann, auch wenn zwischen dem Schallmess- wandler und dem Fluid Elemente oder Zwischenschichten angeordnet sind, die die Laufzeit der Schallsignale verändern können. Der Einfluss derartiger Elemente oder Zwischenschichten auf die Laufzeit der Schallsignale kann mittels dieses Verfahrens eliminiert werden. Insbesondere können temperatur- abhängige Einflüsse derartiger Elemente oder Zwischenschichten vermieden werden. Des Weiteren kann vermieden werden, dass Fertigungs- und/oder Montagetoleranzen derartiger Ele- mente oder Zwischenschichten Einfluss auf die Messung haben. Darüber hinaus kann darauf verzichtet werden, die Bestimmung des Niveaus anzupassen, wenn sich die Dicken oder Materialien derartiger Elemente oder Zwischenschichten ändern.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird eine Schallgeschwindigkeit in dem Fluid abhängig von der ersten Laufzeit¬ differenz und einem Abstand zwischen dem ersten Referenzelement und dem zweiten Referenzelement ermittelt, und die Höhe des Fluidniveaus über dem Bodenabschnitt des Fluidbehälters wird bestimmt abhängig von der Schallgeschwindigkeit in dem Fluid, der zweiten Laufzeitdifferenz und dem ersten Abstand des ersten Referenzelements zu dem Bodenabschnitt des Fluid¬ behälters. Dies hat den Vorteil, dass so die Höhe des Fluid- niveaus sehr genau bestimmt werden kann. Eine Ungenauigkeit bei der Bestimmung der Höhe des Fluidniveaus kann begrenzt werden auf Ungenauigkeiten bei der Bestimmung der Zeitmessung, der Bestimmung der Schallgeschwindigkeit und der Posi¬ tion des ersten oder des zweiten Referenzelements.
Gemäß einem zweiten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Bestimmen einer Höhe eines Fluidniveaus in einem Fluidbehäl- ter, bei dem ein erstes Referenzelement und ein zweites Refe- renzelement innerhalb des Fluids in dem Fluidbehälter bereit¬ gestellt werden, wobei das erste Referenzelement zu einem Bo¬ denabschnitt des Fluidbehälters einen ersten Abstand auf¬ weist, und das zweite Referenzelement zu dem Bodenabschnitt des Fluidbehälters einen zweiten Abstand aufweist, ein
Schallmesswandler mit einem Sender und einem Empfänger bereitgestellt wird, der Sender ein Schallsignal aussendet, und an dem Fluidniveau und den Referenzelementen reflektierte Schallsignale von dem Empfänger aufgenommen werden. Für die von dem Empfänger aufgenommenen Schallsignale wird eine erste Laufzeitdifferenz zwischen einer ersten Laufzeit des von dem Sender ausgesandten und an dem ersten Referenzelement reflektierten Schallsignals und einer zweiten Laufzeit des von dem Sender ausgesandten und an dem zweiten Referenzelement reflektierten Schallsignals bestimmt. Eine dritte Laufzeitdif- ferenz zwischen einer dritten Laufzeit des von dem Sender ausgesandten und an dem Fluidniveau reflektierten Schallsig- nals und der zweiten Laufzeit wird bestimmt. Abhängig von der ersten Laufzeitdifferenz , der dritten Laufzeitdifferenz und dem zweiten Abstand des zweiten Referenzelements zu dem Bo¬ denabschnitt des Fluidbehälters wird die Höhe des Fluidni- veaus über dem Bodenabschnitt des Fluidbehälters bestimmt.
Die Vorteile des zweiten Aspekts entsprechen denen des ersten Aspekts .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des zweiten Aspekts wird eine Schallgeschwindigkeit in dem Fluid abhängig von der ers¬ ten Laufzeitdifferenz und einem vorgegebenen Abstand zwischen dem ersten Referenzelement und dem zweiten Referenzelement ermittelt, und die Höhe des Fluidniveaus über dem Bodenab¬ schnitt des Fluidbehälters wird bestimmt abhängig von der Schallgeschwindigkeit in dem Fluid, der dritten Laufzeitdif¬ ferenz und dem zweiten Abstand des zweiten Referenzelements zu dem Bodenabschnitt des Fluidbehälters.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß des ers- ten und des zweiten Aspekts ist der Schallmesswandler ein
Ultraschallmesswandler. Dies hat den Vorteil, dass das Fluid¬ niveau in Fluidbehältern sehr gut mittels Ultraschall vermes¬ sen werden kann. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Ansicht eines Fluidbehälters mit einem Schallmesswandler sowie einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Höhe eines Fluidniveaus, und Figur 2 ein Ablaufdiagramm eines Programms zum Bestimmen einer Höhe eines Fluidniveaus in einem Fluidbehäl- ter . Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In Figur 1 ist ein Fluidbehälter 10 gezeigt, in dem sich ein Fluid 12 befindet, das ein Fluidniveau L hat. Der Fluidbehäl- ter 10 hat einen Bodenabschnitt 14. Figur 1 zeigt weiter ei¬ nen Schallmesswandler 20. Der Schallmesswandler 20 ist vorzugsweise als Ultraschallmesswandler ausgebildet. Der Schall¬ messwandler 20 hat ein Sende- und Empfangselement, das zum Aussenden und Empfangen der Schallwellen ausgebildet ist. Der Schallmesswandler 20 wird auch als Transducer bezeichnet.
Zwischen dem Schallmesswandler 20 und dem Bodenabschnitt 14 des Fluidbehälters 10 sind Zwischenschichten 22 angeordnet. Die Zwischenschichten 22 sind vorzugsweise als Kleberschich- ten oder als Wandelemente des Fluidbehälters 10 ausgebildet. Die Zwischenschichten 22 können insbesondere der Kopplung des Schallwandlers 20 mit dem Bodenabschnitt 14 dienen. Insbeson¬ dere können die Zwischenschichten 22 beispielsweise kleine Unebenheiten des Schallwandlers 20 und des Bodenabschnitts 14 des Fluidbehälters 10 ausgleichen.
In dem Fluid 12 und in dem Fluidbehälter 10 ist weiter ein erstes Referenzelement 24 und ein zweites Referenzelement 26 angeordnet. Die Referenzelemente 24, 26 sind vorzugsweise plattenförmig ausgebildet. Vorzugsweise sind die Referenzele¬ mente 24, 26 aus einem Material gebildet, das ein Metall auf¬ weist. In weiteren Ausführungsformen können die Referenzelemente 24, 26 auch aus einem Material gebildet sein, das einen Kunststoff oder eine Keramik aufweist. Die Referenzelemente 24, 26 reflektieren einen Teil des ausgestrahlten Schallsignals in Richtung des Schallmesswandlers 20. In der hier dar¬ gestellten bevorzugten Ausführungsform sind die Referenzele- mente 24, 26 mit dem Schallmesswandler 20 und dem Fluidniveau L auf einer Geraden angeordnet. In weiteren Ausführungsformen kann die Anordnung auch Umlenkelemente aufweisen, die den Schall reflektieren können. In derartigen Ausführungsformen kann die Anordnung des Schallmesswandlers 20, der Referenz¬ elemente 24, 26 und des Fluidniveaus auch von der Anordnung auf einer Geraden abweichen.
Das erste Referenzelement 24 hat zu dem Bodenabschnitt 14 des Fluidbehälters 10 einen ersten Abstand Dl. Das zweite Refe¬ renzelement 26 hat zu dem Bodenabschnitt 14 des Fluidbehäl¬ ters 10 einen zweiten Abstand D2.
In Figur 1 ist weiter eine Vorrichtung 30 zum Bestimmen einer Höhe H des Fluidniveaus L in dem Fluidbehälter 10 darge¬ stellt. Der Vorrichtung 30 sind Sensoren zugeordnet, die ver¬ schiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Wert der Mess¬ größen ermitteln können. Die Vorrichtung 30 ist dazu ausgebildet in Abhängigkeit von mindestens einer der Messgrößen Werte zu ermitteln, mittels denen die Höhe H des Fluidniveaus L in dem Fluidbehälter 10 ermittelt werden kann.
Im Folgenden soll die Funktionsweise des Schallmesswandlers 20 an dem Fluidbehälter 10 kurz dargestellt werden:
Schallwellen werden von dem Schallmesswandler 20 ausgesendet und gelangen über die Zwischenschichten 22 und den Fluidbehälter 10 in das Fluid 12. Abhängig von den Abständen Dl, D2 der Referenzelemente 24, 26 zu dem Bodenabschnitt 14 des Flu- idbehälters 10 und der Höhe H des Fluidniveaus L werden in dem Fluidbehälter 10 unterschiedliche Laufzeiten Atl, At2, At3 der Schallsignale beginnend vom Aussenden des Schallsig¬ nals durch den Sender des Schallmesswandlers 20 bis zum Emp¬ fang des Schallsignals an dem Empfänger des Schallmesswand- lers 20 erreicht. Die Laufzeiten Atl, At2, At3 der Schallsig¬ nale sind aus Gründen der besseren Erkennbarkeit für den Hin- und Rückweg jeweils getrennt dargestellt. Das Bestimmen der Höhe H des Fluidniveaus L in dem Fluidbehälter 10 wird im Folgenden im Detail erläutert.
Ein in Figur 2 schematisch dargestelltes Programm zum Betrei- ben der Vorrichtung 30 zum Bestimmen der Höhe H des Fluidniveaus L in dem Fluidbehälter 10 ist vorzugsweise auf einem Speichermedium der Vorrichtung 30 gespeichert.
Das Programm wird vorzugsweise in einem Schritt S10 gestar- tet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden. Dies geschieht vorzugsweise bei Inbetriebnahme des Schall¬ messwandlers 20.
In einem Schritt S12 wird der erste Abstand Dl zwischen dem ersten Referenzelement 24 und dem Bodenabschnitt 14 des Flu- idbehälters 10 bereitgestellt. Des Weiteren wird der zweite Abstand D2 zwischen dem zweiten Referenzelement 26 und dem Bodenabschnitt 14 des Fluidbehälters 10 bereitgestellt. Die Bearbeitung des Programms wird anschließend in einem Schritt S14 fortgesetzt.
In dem Schritt S14 wird die erste Laufzeit Atl des an dem ersten Referenzelement 24 reflektierten Schallsignals mittels des Schallmesswandlers 20 bestimmt. Des Weiteren wird die zweite Laufzeit At2 des an dem zweiten Referenzelement 24 re¬ flektierten Schallsignals mittels des Schallmesswandlers 20 bestimmt. Des Weiteren wird die dritte Laufzeit At3 des an dem Fluidniveau L reflektierten Schallsignals bestimmt. Die Bearbeitung des Programms wird anschließend in einem Schritt S16 fortgesetzt.
In dem Schritt S16 wird eine erste Laufzeitdifferenz At_A zwischen der ersten Laufzeit Atl und der zweiten Laufzeit At2 bestimmt. Des Weiteren wird eine zweite Laufzeitdifferenz At_B zwischen der dritten Laufzeit At3 des an dem Fluidniveau L reflektierten Schallsignals und der ersten Laufzeit Atl be¬ stimmt. Alternativ zu der zweiten Laufzeitdifferenz At_B wird eine dritte Laufzeitdifferenz At_C zwischen der dritten Laufzeit At3 des an dem Fluidniveau L reflektierten Schallsignals und der zweiten Laufzeit At2 bestimmt. Die Bearbeitung des Programms wird anschließend in einem Schritt S18 fortgesetzt.
In dem Schritt S18 wird eine Schallgeschwindigkeit c_S in dem Fluid abhängig von der ersten Laufzeitdifferenz At_A und einem Abstand D12 zwischen dem ersten Referenzelement 24 und dem zweiten Referenzelement 26 ermittelt. Die Schallgeschwin- digkeit c_S wird insbesondere gemäß der Formel
c_S = 2*D12/At_A berechnet. Die Bearbeitung des Programms wird anschließend in einem Schritt S20 fortgesetzt.
In dem Schritt S20 wird die Höhe H des Fluidniveaus über dem Bodenabschnitt 14 des Fluidbehälters 10 bestimmt abhängig von der Schallgeschwindigkeit c_S in dem Fluid, der zweiten Lauf¬ zeitdifferenz At_B und dem ersten Abstand Dl des ersten Referenzelements 24 zu dem Bodenabschnitt 14 des Fluidbehälters 10. Alternativ wird die Höhe H des Fluidniveaus über dem Bo- denabschnitt 14 des Fluidbehälters 10 bestimmt abhängig von der Schallgeschwindigkeit c_S in dem Fluid, der dritten Lauf¬ zeitdifferenz At_C und dem zweiten Abstand D2 des zweiten Referenzelements 26 zu dem Bodenabschnitt 14 des Fluidbehälters 10. Die Höhe H des Fluidniveaus wird insbesondere gemäß der Formel H = c_S*At_B/2+Dl beziehungsweise gemäß der Formel H = c_S*At_C/2+D2 berechnet. Die Bearbeitung des Programms wird anschließend in dem Schritt S22 fortgesetzt.
In dem Schritt S22 wird das Programm beendet. Vorzugsweise wird das Programm jedoch während des Betriebs des Schallmess¬ wandlers 20 regelmäßig abgearbeitet.
Ein Vorteil besteht zum einen darin, dass mittels der ersten Laufzeitdifferenz At_A die Schallgeschwindigkeit c_S gut be- stimmt werden kann. Um die Höhe H des Fluidniveaus L über dem Bodenabschnitt 14 des Fluidbehälters 10 unabhängig von den Zwischenschichten 22 möglichst genau zu bestimmen, wird des Weiteren zu der Bestimmung der Schallgeschwindigkeit c_S die zweite Laufzeitdifferenz At_B oder die dritte Laufzeitdiffe- renz At_C ermittelt. Die Genauigkeit der Bestimmung der Höhe H des Fluidniveaus L über dem Bodenabschnitt 14 des Fluidbe- hälters 10 ist damit nur mehr abhängig von der Genauigkeit der Zeitmessung, der Genauigkeit der Bestimmung der Schallgeschwindigkeit c_S und der Genauigkeit der Bestimmung der Ab¬ stände Dl, D2 des ersten Referenzelements 24 oder des zweiten Referenzelements 26 zu dem Bodenabschnitt 14 des Fluidbehäl- ters 10.
Damit können Einflüsse der Zwischenschichten 22 auf die Laufzeiten der Schallsignale zwischen dem Schallmesswandler 20 und dem Fluidniveau L eliminiert werden. Dies ist besonders vorteilhaft, da der Einfluss der Zwischenschichten 22 auf die Laufzeiten der Schallsignale zwischen dem Schallmesswandler 20 und dem Fluidniveau L auch temperaturabhängig sein kann. Es kann so vermieden werden, dass Fertigungs- beziehungsweise Montagetoleranzen der Zwischenschichten 22 die Bestimmung der Höhe H des Fluidniveaus L über dem Bodenabschnitt 14 des Flu- idbehälters 10 beeinflussen. Insbesondere kann darauf ver¬ zichtet werden, die Bestimmung der Höhe H des Fluidniveaus L über dem Bodenabschnitt 14 des Fluidbehälters 10 dann anzu¬ passen, wenn sich beispielsweise aus konstruktiven oder fer- tigungstechnischen Gründen Materialien oder Dicken der Zwischenschichten 22 ändern.

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer Höhe (H) eines Fluidni- veaus (L) in einem Fluidbehälter (10), bei dem
- ein erstes Referenzelement (24) und ein zweites Refe¬ renzelement (26) innerhalb des Fluids in dem Fluidbe¬ hälter bereitgestellt werden, wobei das erste Refe¬ renzelement (24) zu einem Bodenabschnitt (14) des Flu- idbehälters (10) einen ersten Abstand (Dl) aufweist, und das zweite Referenzelement (26) zu dem Bodenab¬ schnitt (14) des Fluidbehälters (10) einen zweiten Ab¬ stand (D2) aufweist,
- ein Schallmesswandler (20) mit einem Sender und einem Empfänger bereitgestellt wird,
- der Sender ein Schallsignal aussendet, und an dem
Fluidniveau (L) und den Referenzelementen (24, 26) reflektierte Schallsignale von dem Empfänger aufgenommen werden,
- für die von dem Empfänger aufgenommenen Schallsignale eine erste Laufzeitdifferenz (At_A) zwischen einer ersten Laufzeit (Atl) des von dem Sender ausgesandten und an dem ersten Referenzelement (24) reflektierten Schallsignals und einer zweiten Laufzeit (At2) des von dem Sender ausgesandten und an dem zweiten Referenzelement (26) reflektierten Schallsignals bestimmt wird,
- eine zweite Laufzeitdifferenz (At_B) zwischen einer dritten Laufzeit (At3) des von dem Sender ausgesandten und an dem Fluidniveau (L) reflektierten Schallsignals und der ersten Laufzeit (Atl) bestimmt wird und
- abhängig von der ersten Laufzeitdifferenz (At_A) , der zweiten Laufzeitdifferenz (At_B) und dem ersten Abstand (Dl) des ersten Referenzelements (24) zu dem Bo¬ denabschnitt (14) des Fluidbehälters (10) die Höhe (H) des Fluidniveaus (L) über dem Bodenabschnitt (14) des Fluidbehälters (10) bestimmt wird. Verfahren nach Anspruch 1, wobei
- eine Schallgeschwindigkeit (c_S) in dem Fluid abhängig von der ersten Laufzeitdifferenz (At_A) und einem vorgegebenen Abstand (D12) zwischen dem ersten Referenzelement (24) und dem zweiten Referenzelement (26) er¬ mittelt wird und
- die Höhe (H) des Fluidniveaus über dem Bodenabschnitt (14) des Fluidbehälters (10) bestimmt wird abhängig von der Schallgeschwindigkeit (c_S) in dem Fluid, der zweiten Laufzeitdifferenz (At_B) und dem ersten Abstand (Dl) des ersten Referenzelements (24) zu dem Bo¬ denabschnitt (14) des Fluidbehälters (10).
Verfahren zum Bestimmen einer Höhe (H) eines Fluidniveaus (L) in einem Fluidbehälter (10), bei dem
- ein erstes Referenzelement (24) und ein zweites Refe¬ renzelement (26) innerhalb des Fluids in dem Fluidbe¬ hälter bereitgestellt werden, wobei das erste Refe¬ renzelement (24) zu einem Bodenabschnitt (14) des Flu¬ idbehälters (10) einen ersten Abstand (Dl) aufweist, und das zweite Referenzelement (26) zu dem Bodenab¬ schnitt (14) des Fluidbehälters (10) einen zweiten Ab¬ stand (D2) aufweist,
- ein Schallmesswandler (20) mit einem Sender und einem Empfänger bereitgestellt wird,
- der Sender ein Schallsignal aussendet, und an dem
Fluidniveau (L) und den Referenzelementen (24, 26) reflektierte Schallsignale von dem Empfänger aufgenommen werden,
- für die von dem Empfänger aufgenommenen Schallsignale eine erste Laufzeitdifferenz (At_A) zwischen einer ersten Laufzeit (Atl) des von dem Sender ausgesandten und an dem ersten Referenzelement (24) reflektierten Schallsignals und einer zweiten Laufzeit (At2) des von dem Sender ausgesandten und an dem zweiten Referenzelement (26) reflektierten Schallsignals bestimmt wird, - eine dritte Laufzeitdifferenz (At_C) zwischen einer dritten Laufzeit (At3) des von dem Sender ausgesandten und an dem Fluidniveau (L) reflektierten Schallsignals und der zweiten Laufzeit (At2) bestimmt wird und
- abhängig von der ersten Laufzeitdifferenz (At_A) , der dritten Laufzeitdifferenz (At_C) und dem zweiten Abstand (D2) des zweiten Referenzelements (26) zu dem Bodenabschnitt (14) des Fluidbehälters (10) die Höhe (H) des Fluidniveaus (L) über dem Bodenabschnitt (14) des Fluidbehälters (10) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei
- eine Schallgeschwindigkeit (c_S) in dem Fluid abhängig von der ersten Laufzeitdifferenz (At_A) und einem vorgegebenen Abstand (D12) zwischen dem ersten Referenzelement (24) und dem zweiten Referenzelement (26) er¬ mittelt wird und
- die Höhe (H) des Fluidniveaus über dem Bodenabschnitt (14) des Fluidbehälters (10) bestimmt wird, abhängig von der Schallgeschwindigkeit (c_S) in dem Fluid, der dritten Laufzeitdifferenz (At_C) und dem zweiten Abstand (D2) des zweiten Referenzelements (26) zu dem Bodenabschnitt (14) des Fluidbehälters (10).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schallmesswandler (20) ein Ultraschallmesswandler ist .
Vorrichtung zum Bestimmen einer Höhe (H) eines Fluidniveaus (L) in einem Fluidbehälter (10), die ausgebildet ist zum
- Bereitstellen eines ersten Referenzelements (24) und eines zweiten Referenzelement (26) innerhalb des Flu¬ ids in dem Fluidbehälter, wobei das zweite Referenzelement (26) zu dem ersten Referenzelement (24) einen ersten Abstand (Dl) und zu einem Bodenabschnitt (14) des Fluidbehälters (10) einen zweiten Abstand (D2) aufweist ,
- Bereitstellen eines Schallmesswandlers (20) mit einem Sender und einem Empfänger,
- Aussenden eines Schallsignals durch den Sender, und Aufnehmen an dem Fluidniveau (L) und den Referenzele¬ menten (24, 26) reflektierter Schallsignale durch den Empfänger,
- für die von dem Empfänger aufgenommenen Schallsignale Bestimmen einer ersten Laufzeitdifferenz (At_A) zwischen einer ersten Laufzeit (Atl) des von dem Sender ausgesandten und an dem ersten Referenzelement (24) reflektierten Schallsignals und einer zweiten Laufzeit (At2) des von dem Sender ausgesandten und an dem zweiten Referenzelement (26) reflektierten Schallsignals,
- Bestimmen einer zweiten Laufzeitdifferenz (At_B) zwischen einer dritten Laufzeit (At3) des von dem Sender ausgesandten und an dem Fluidniveau (L) reflektierten Schallsignals und der ersten Laufzeit (Atl) und
- abhängig von der ersten Laufzeitdifferenz (At_A) , der zweiten Laufzeitdifferenz (At_B) und dem ersten Abstand (Dl) des ersten Referenzelements (24) zu dem Bo¬ denabschnitt (14) des Fluidbehälters (10) Bestimmen der Höhe (H) des Fluidniveaus (L) über dem Bodenab¬ schnitt (14) des Fluidbehälters (10).
Vorrichtung zum Bestimmen einer Höhe (H) eines Fluidniveaus (L) in einem Fluidbehälter (10), die ausgebildet ist zum
- Bereitstellen eines ersten Referenzelements (24) und eines zweiten Referenzelement (26) innerhalb des Flu¬ ids in dem Fluidbehälter, wobei das zweite Referenzelement (26) zu dem ersten Referenzelement (24) einen ersten Abstand (Dl) und zu einem Bodenabschnitt (14) des Fluidbehälters (10) einen zweiten Abstand (D2) aufweist , - Bereitstellen eines Schallmesswandlers (20) mit einem Sender und einem Empfänger,
- Aussenden eines Schallsignals durch den Sender, und Aufnehmen an dem Fluidniveau (L) und den Referenzele¬ menten (24, 26) reflektierter Schallsignale durch den Empfänger,
- für die von dem Empfänger aufgenommenen Schallsignale Bestimmen einer ersten Laufzeitdifferenz (At_A) zwischen einer ersten Laufzeit (Atl) des von dem Sender ausgesandten und an dem ersten Referenzelement (24) reflektierten Schallsignals und einer zweiten Laufzeit (At2) des von dem Sender ausgesandten und an dem zweiten Referenzelement (26) reflektierten Schallsignals,
- Bestimmen einer dritten Laufzeitdifferenz (At_C) zwischen einer dritten Laufzeit (At3) des von dem Sender ausgesandten und an dem Fluidniveau (L) reflektierten Schallsignals und der zweiten Laufzeit (At2), und
- abhängig von der ersten Laufzeitdifferenz (At_A) , der dritten Laufzeitdifferenz (At_C) und dem zweiten Abstand (D2) des zweiten Referenzelements (26) zu dem Bodenabschnitt (14) des Fluidbehälters (10) Bestimmen der Höhe (H) des Fluidniveaus (L) über dem Bodenab¬ schnitt (14) des Fluidbehälters (10).
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