WO2019158345A1 - Vorrichtung zum bestimmen einer höhe und/oder qualität eines fluids in einem fluidbehälter - Google Patents

Vorrichtung zum bestimmen einer höhe und/oder qualität eines fluids in einem fluidbehälter Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a device for Be vote a height and / or quality of a fluid such.
  • a device for Be vote a height and / or quality of a fluid such.
  • sound signals can be emitted in the direction of a reference reflector arranged in the fluid for determining a speed of sound in the fluid.
  • the speed of sound can be used both for determining the fluid surface and for determining the quality of the fluid.
  • DE 10 2014 210 080 A1 discloses a device for determining a height of a fluid surface in a fluid container.
  • the device known therefrom comprises a first sound transducer, which is designed to emit sound signals in the direction of the fluid surface and to receive the signals reflected on the fluid idober Structure, and a second sound transducer, which is adapted to emit sound signals in the direction of a fluid arranged in the container reference element and to receive the signals reflected at the reference element. From the sound emitted by the second transducer and received again a Schallgeschwin speed can be determined within the fluid, which in turn can then be used to determine the height of the fluid surface.
  • DE 10 2014 210 077 A1 discloses an apparatus and a method for determining the height of a fluid surface in a fluid container.
  • the present invention is based, to provide an apparatus for determining a height and / or a quality of a fluid in a fluid container, which allows a reliable determination of the height and / or quality of the fluid and at the same time can be produced inexpensively and efficiently.
  • an apparatus for determining a height of a surface of a fluid and / or a quality of the fluid in a fluid container comprises a Schallwandlermodul comprising at least two sound transducers, each of which is formed to emit sound signals such that when superimposing the at least two sound signals, a superposition results rungsschallsignal, and arranged in the fluid reference element to the sound transducer module a pre has given distance and is adapted to reflect the fürlagerungsschallsignal.
  • the sound transducer module is further configured to be controlled in at least two different drive modes such that in a first drive mode the overlay sound signal in the first direction to the surface of the fluid is emitted and in a second control mode, the superposition sound signal is transmitted in the second direction to the reference element.
  • both the height of the surface of the fluid and the quality of the fluid can be determined even at low levels of fluid, since the beat-up sound signal can be emitted in the desired direction, namely in the first direction or in the second direction.
  • the superposition sound signal can also be transmitted in any direction between the first direction and the second direction.
  • the predetermined Schallsig nalwinkel between the first direction and the second direction in a range between about 70 ° and about 110 °, preferably in a range between 80 ° and about 100 °, more preferably in one Range between about 85 ° and about 95 °, wherein the predetermined sound signal angle is most preferably about 90 °.
  • the second direction is substantially parallel to the bottom portion of the fluid container, that is, in a substantially horizontal direction, so that the superimposed sound signal can be sent even at low levels to the also preferably at the bottom portion of parent reference element and reflected there.
  • the at least two sound transducers may be arranged in a common plane in the form of a matrix.
  • the plane is inclined relative to the surface of the fluid by a predetermined tilt angle, which is preferably in a range between about 25 ° and about 56 °, preferably in a range between about 35 ° and about 55 °, more preferably in a range between about 40 ° and about 50 °, and most preferably about 45 °.
  • the at least two in a matrix of ordered sound transducers are preferably arranged such that the respective transmission points of the sound signals lie in a common plane.
  • he inventive device further comprises a control unit which is adapted to determine a Schallgeschwin speed within the fluid depending on the reference element emitted to the reference element reflected and received again overlay control signal and depending on the emitted to the fluid surface, at the fluid surface reflected and re-received overlay sound signal and the detected sound velocity within the fluid to determine the height of the fluid surface above the bottom portion of the fluid container and / or the quality of the fluid.
  • a control unit which is adapted to determine a Schallgeschwin speed within the fluid depending on the reference element emitted to the reference element reflected and received again overlay control signal and depending on the emitted to the fluid surface, at the fluid surface reflected and re-received overlay sound signal and the detected sound velocity within the fluid to determine the height of the fluid surface above the bottom portion of the fluid container and / or the quality of the fluid.
  • a control unit which is adapted to determine a Schallgeschwin speed within the fluid depending on the reference element emitted to the reference element reflected and
  • the at least two sound transducers are capacitive micromechanical ultrasound transducers (CMUT) or piezoelectric micromechanical ultrasound transducers (PMUT).
  • Fig. 2 is a sectional view through a transducer module of
  • fluid quality describes a fluid characterizing parameter, for example, the speed of sound of the fluid, the density of the fluid from which the chemical composition of the fluid can be derived, and the electrical properties of the fluid are taken as parameters that will be the Characterize fluid quality.
  • a fluid characterizing parameter for example, the speed of sound of the fluid, the density of the fluid from which the chemical composition of the fluid can be derived, and the electrical properties of the fluid are taken as parameters that will be the Characterize fluid quality.
  • FIG. 1 shows a fluid container 1 with a bottom section 3 and a fluid chamber 5, which is filled with a fluid F.
  • the fluid F is, for example, a liquid medium for pollutant reduction in exhaust gases, which preferably has a reducing agent and / or a reducing agent precursor, for example an aqueous urea solution.
  • the fluid F may be an oil, such as a transmission fluid for a transmission of a vehicle.
  • a sound converter module 10 is arranged on the bottom portion 3 of the fluid container 1.
  • the sound transducer module 10 is disposed relative to the fluid surface 0 at a predetermined tilt angle a.
  • the bottom portion have a ent speaking recess 4, in which the transducer module 10 is attached from the outside to the fluid container 1.
  • Sound transducer module 10 is connected to a control unit 2, which is designed to control the sound transducer module 10 and to evaluate the signals received by the sound transducer module for determining the height H of the fluid surface 0 and / or the quality of the fluid F.
  • the height H of the fluid surface 0 is defined as a distance of the fluid surface 0 of the bottom portion 3, measured in a neutral position of the fluid container 1, so if there is no inclination of the fluid container 1 and the fluid surface 0 substantially parallel to the bottom portion. 3 is.
  • the height H of the fluid surface 0 can also be referred to as a filling level of the fluid container with fluid F.
  • the transducer module 10 is coupled for example by a Ge housing wall of the fluid container 1.
  • the housing wall is formed of a plastic, such as so-called high-density polyethylene (HDPE), so that the bottom portion 3 can be welded in the housing wall.
  • HDPE high-density polyethylene
  • the transducer module 10 is glued to the housing or mechanically pressed to this, possibly even with a further intermediate layer, chen to bumps or rugosities chenlei.
  • a reference element 8 is further provided, which is preferably formed of a material having a metal.
  • the reference element 8 reflects at least a portion of the overlay sound signal 14 and has to the sound transducer module 10 a predetermined and constant distance. As shown in FIG. 1, it may be preferable that the Reference element 8 within the fluid container 1 with the Bo denabites 3 is mechanically coupled.
  • Determining the height H of the fluid surface 0 and / or the quality of the fluid takes place, as described in detail in the prior art, by evaluation of the fluid surface 0 emitted, reflected on the fluid surface 0 and again received overlay sound signal 12 and by evaluation of the reference element 8 emitted, reflected on the reference zelement 8 and again received overlay tion sound signal 14, based on the speed Schallge in the fluid F can be determined.
  • the present invention is, as already mentioned above, based at least in part on the idea that the transducer module 10 consists of at least two sound transducers 20 to 90, each of which sends out individual sound signals that extend in a substantially parallel and at least partially so overlay that results in a superposition sound signal, the propagation direction can be adjusted by suitable driving the at least two sound transducers 20 to 90 as desired.
  • Fig. 2 shows a section through the exemplary
  • the transducer module 10 may consist of a plurality of sound transducers 20 to 90, wherein in the direction in the plane of the drawing and out of the drawing plane further transducers may be arranged out.
  • the baffle lermodul 10 has a matrix-like arrangement of a plurality of sound transducers, which may be the same in each case.
  • any other arrangement forms of the plurality of transducers are conceivable, for example a circular arrangement or an unsorted arrangement.
  • the sound transducers 20 to 90 are arranged in a common plane E (in Fig. 2 with a dashed line represents is).
  • the individual transmission points of the plurality of transducers 20 to 90 are in the common plane E.
  • the individual transmission points can not be arranged in a common plane, so that with simultaneous and identical control of the plurality of transducers 20 to 90 already a superposition sound signal 18 (see Fig. 2) is generated, which is not parallel to the arrow 16.
  • the sound transducers 20 to 90 each have a predetermined distance a.
  • the terme agreed distance a between two adjacent transducers 20 to 90 is preferably about an odd integer (n) multiple of half the wavelength l of the sound transducers emitted sound signals, d. H. a (2 n-1 l
  • the predetermined distance a is measured here from the fictitious transmission point of a sound transducer to the fictitious transmission point of an adjacent sound transducer.
  • the sound transducers may be formed differently from 20 to 90 and emit their sound signal in each case in different directions.
  • the plurality of sound transducers 20 to 90 are adapted to emit such a sound signal in each case that the plurality of sound signals at least partially overlap to generate the overlay sound signal 18 (see FIG. 2).
  • each of the plurality of transducers 20 to 90 a sound guide element is assigned, which is respectively adapted to the respective sound signal of the associated sound transducer 20 to 90 at least partially respectively.
  • the respective sound guide element may be formed funnel-shaped, wherein the smaller opening is assigned to each respective transducer 20 to 90.
  • the sound guide member 19 is cylindrical or has any other suitable shape.
  • the control unit 2 of the device according to the invention is designed to control the plurality of sound transducers so that when superimposing the plurality of individual sound signals of the sound transducer 20 to 90, a superposition sound signal is generated which extends in a predetermined and desired direction.
  • the arrow 18 shows, by way of example, the profile of the superposition sound signal, which is opposite to the sound signal a single transducer 20 to 90 under aroz certain angle ß runs.
  • the device according to the invention for determining the height H of the fluid surface O of the fluid F and / or the quality of the fluid F can be operated.
  • the fluid space 5 above the fluid F is filled with another medium, such as air, so that the first emitted by the transducer module 10 to the fluid surface 0 overlay tion signal echo 12 at a transition of the fluid surface reflect 0 to the air and get back to the transducer module 10 can (see arrow 11 in FIG. 1).
  • the emission of the overlay sound signal 12, 11 in the direction of the fluid surface 0 takes place in a first drive mode of the transducer module 10th
  • the sound transducer module 10 are used both as transmitter and receiver.
  • the propagation of the overlay sound signal 12, 11 is preferably carried out directly, so that a power loss is prevented at obstacles and so a determination of high levels of the fluid container 1 is possible.
  • a signal propagation speed of the overlay sound signals 11, 12, 13, 14 must be known. For this reason, a reference measurement is performed. In order to perform this reference measurement even at low heights H of the fluid surface 0 in the fluid container 1, so for example at levels below 10% of a maximum level, there is a second control mode of
  • the reference element 8 has a predetermined distance to the sound converter module 10.
  • a transit time difference of the emitted and reflected superimposed sound signal 13, 14 is determined depending on the known distance of the reference element 8 and depending on the running time difference, a speed of sound in the fluid F in the fluid container 1 is determined.
  • the height H can then be determined by evaluating the transit time of the superposition sound signal 12, 11 sent to the fluid surface 0 and received again. Additionally or alternatively, the quality of the fluid F can be determined on the basis of the speed of sound. Depending on the composition of the fluid F, different speeds of sound result.
  • the angle between the overlay sound signal 12 and the overlay sound signal 14 may be up to 110 °, for example.
  • the tilt angle can be approximately 0 °, ie the plane E runs essentially parallel to the bottom section 3.
  • the reference zelement 8 is not arranged on the bottom portion 3, but in the fluid container 1 and the transducer module 10 by means of the transmission sound signal 14 can be illuminated.
  • the transducer module 10 from the outside den Bo denabites 3 of the fluid container 1 is mounted.
  • an elastic layer located between the transducer module 10 and the wall of the bottom portion 3 of the fluid container 1, an elastic layer (not shown in the drawings), which is adapted to attach the transducer module 10 to the fluid container 1 and exclude an air gap in the sound path of the sound signals. Consequently, the sound transducer module 10 is adapted to couple the overlay sound signal through the elastic layer and the wall of the bottom portion 3 of the fluid container 1 in the fluid and to receive again.
  • Bragg angle which may be temperature dependent, in particular at the elastic layer.
  • control unit 2 is adapted to the

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Höhe (H) einer Oberfläche (0) eines Fluids (F) und/oder zum Bestimmen einer Qualität des Fluids (F) in einem Fluidbehälter (F). Die Vorrichtung umfasst ein Schallwandlermodul (10), das zumindest zwei Schallwandler (20 bis 90) aufweist, die jeweils dazu ausgebildet sind, Schallsignale zu empfangen und derart auszusenden, dass sich bei Überlagerung der zumindest zwei Schallsignale ein Überlagerungsschallsignal (11, 12, 13, 14, 18) ergibt, und ein in dem Fluid (F) angeordnetes Referenzelement (8), das zu dem Schallwandlermodul (10) einen vorgegeben Abstand aufweist und dazu ausgebildet ist, das Überlagerungsschallsignal (11, 12, 13, 14, 18) zu reflektieren. Das Schallwandlermodul (10) ist dazu ausgebildet, durch Überlagerung der zumindest zwei Schallsignale das Überlagerungsschallsignal (11, 12, 13, 14, 18) sowohl in eine erste Richtung zur Oberfläche (0) des Fluids (F) auszusenden als auch in eine zur ersten Richtung unter einem vorbestimmten Schallsignalwinkel verlaufende zweite Richtung zum Referenzelement (8) auszusenden.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zum Bestimmen einer Höhe und/oder Qualität eines Fluids in einem Fluidbehälter
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Be stimmen einer Höhe und/oder Qualität eines Fluids, wie z. B. einer Harnstofflösung, in einem Fluidbehälter eines Fahrzeugs.
Zum Bestimmen einer Höhe einer Fluidoberfläche in einem Flu idbehälter kann beispielsweise eine akustische Messvorrichtung eingesetzt werden. Ein Schallwandler der akustischen Mess vorrichtung kann sowohl als Schallerzeuger als auch als
Schallempfänger arbeiten. Für eine Bestimmung der Höhe der Fluidoberfläche in dem Fluidbehälter können mittels des
Schallwandlers Schallimpulse in das zu vermessende Fluid ab gegeben 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 der Fluidoberfläche in dem Fluidbehälter gezogen werden.
Ferner können mittels eines separat vorgesehen Schallwandlers Schallsignale in Richtung eines im Fluid angeordneten Refe renzreflektors zum Ermitteln einer Schallgeschwindigkeit im Fluid ausgesendet werden. Die Schallgeschwindigkeit kann dabei sowohl zur Ermittlung der Fluidoberfläche als auch zur Bestimmung der Qualität des Fluids herangezogen werden.
Beispielsweise offenbart die DE 10 2014 210 080 Al eine Vor richtung zum Bestimmen einer Höhe einer Fluidoberfläche in einem Fluidbehälter. Die daraus bekannte Vorrichtung weist einen ersten Schallwandler, der dazu ausgebildet ist, Schallsignale in Richtung der Fluidoberfläche auszusenden und die an der Flu idoberfläche reflektierten Signale zu empfangen, und einen zweiten Schallwandler, der dazu ausgebildet ist, Schallsignale in Richtung eines im Fluidbehälter angeordneten Referenzelements auszusenden und die an dem Referenzelement reflektierten Signale zu empfangen. Aus den vom zweiten Schallwandler ausgesendeten und wieder empfangenen Schallsignalen kann eine Schallgeschwin digkeit innerhalb des Fluids bestimmt werden, die dann wiederum zum Bestimmen der Höhe der Fluidoberfläche herangezogen werden kann .
Ferner sind aus der DE 10 2014 210 077 Al eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen der Höhe einer Fluidoberfläche in einem Fluidbehälter bekannt.
Außerdem ist aus der US 5 744 898 A eine Vorrichtung mit einer Ultraschallwandlermatrix bekannt, die einen integrierten Sende- und Empfängerschaltkreis aufweist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die zugrunde liegt, eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Höhe und/oder einer Qualität eines Fluids in einem Fluidbehälter zu schaffen, die eine zuverlässige Bestimmung der Höhe und/oder Qualität des Fluids ermöglicht und zugleich kostengünstig und effizient hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte und vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ange geben .
Der vorliegenden Erfindung liegt im Wesentlichen der Gedanke zu Grunde, in einer Vorrichtung zum Bestimmen der Höhe und/oder Qualität eines Fluids in einem Fahrzeug ein Schallwandlermodul mit mehreren Schallwandlern einzusetzen, bei dem die Überla gerungssignalsausbreiterichtung wie gewünscht eingestellt werden kann. Dies bietet gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Fluidlevel- und Fluidqualitätssensoren den Vorteil, dass anstatt zwei unabhängiger und in nur eine Richtung ab strahlenden Schallwandler lediglich ein einziges Schallwand lermodul vorgesehen wird, dessen Überlagerungssignalsaus breiterichtung wie gewünscht eingestellt werden kann. Somit können separate Umlenkelemente zur Schallumleitung entfallen.
Gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung ist eine Vor richtung zum Bestimmen einer Höhe einer Oberfläche eines Fluids und/oder einer Qualität des Fluids in einem Fluidbehälter offenbart. Die Vorrichtung umfasst ein Schallwandlermodul, das zumindest zwei Schallwandler ausweist, die jeweils dazu aus gebildet sind, Schallsignale derart auszusenden, dass sich bei Überlagerung der zumindest zwei Schallsignale ein Überlage rungsschallsignal ergibt, und ein in dem Fluid angeordnetes Referenzelement, das zu dem Schallwandlermodul einen vorge gebenen Abstand aufweist und dazu ausgebildet ist, das Über lagerungsschallsignal zu reflektieren. Erfindungsgemäß ist das Schallwandlermodul dazu ausgebildet, durch Überlagerung der zumindest zwei Schallsignale das Überlagerungsschallsignal sowohl in eine erste Richtung zur Oberfläche des Fluids aus zusenden als auch in eine zur ersten Richtung unter einem vorbestimmten Schallsignalwinkel verlaufende zweite Richtung zum Referenzelement auszusenden. Folglich kann die Ausbrei tungsrichtung des Überlagerungsschallsignals durch geeignetes Ansteuern des Schallwandlermoduls wie gewünscht eingestellt werden .
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Schallwandlermodul ferner dazu ausgebildet, in zumindest zwei unterschiedlichen Ansteuerungsmodi derart angesteuert zu werden, dass in einem ersten Ansteuerungsmodus das Überlagerungsschallsignal in der ersten Richtung zur Oberfläche des Fluids ausgesendet wird und in einem zweiten Ansteue rungsmodus das Überlagerungsschallsignal in der zweiten Richtung zum Referenzelement ausgesendet wird. Somit kann mit nur einem Schallwandlermodul sowohl die Höhe der Oberfläche des Fluids als auch die Qualität des Fluids auch bei niedrigen Füllständen des Fluids bestimmt werden, da das Überlagerungsschallsignal in die gewünschte Richtung ausgesendet werden kann, nämlich in die erste Richtung oder in die zweite Richtung. Es ist selbstredend, dass das Überlagerungsschallsignal auch in jede Richtung zwischen der ersten Richtung und der zweiten Richtung ausgesendet werden kann.
Dabei ist es bevorzugt, dass die zumindest zwei unterschiedlichen Ansteuerungsmodi zeitlich versetzt zueinander ausgeführt werden Vorzugsweise unterscheiden sich die unterschiedlichen An steuerungsmodi in der Ansteuerung der zumindest zwei Schall wandler im Hinblick auf die Amplitude, die Frequenz und/oder den Phasenversatz zwischen den zumindest zwei Schallsignalen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfin dungsgemäßen Vorrichtung liegt der vorbestimmte Schallsig nalwinkel zwischen der ersten Richtung und der zweiten Richtung in einem Bereich zwischen ungefähr 70° und ungefähr 110°, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 80° und ungefähr 100°, noch bevorzugter in einem Bereich zwischen ungefähr 85° und ungefähr 95°, wobei der vorbestimmte Schallsignalwinkel am bevorzugtesten ungefähr 90° beträgt. Bevorzugt verläuft die zweite Richtung im Wesentlichen parallel zum Bodenabschnitt des Fluidbehälters, d. h. in einer im Wesentlichen horizontalen Richtung, damit das Überlagerungsschallsignal auch bei niedrigen Füllständen zu dem ebenfalls bevorzugt am Bodenabschnitt an geordneten Referenzelement ausgesendet und dort reflektiert werden kann. In einer weiteren Ausgestaltung kann es vorteilhaft sein, dass die zumindest zwei Schallwandler in einer gemeinsamen Ebene in der Form einer Matrix angeordnet sind. Dabei ist die Ebene relativ zur Oberfläche des Fluids um einen vorbestimmten Kippwinkel geneigt, der vorzugsweise in einem Bereich zwischen ungefähr 25° und ungefähr 56° , vorzugsweise in einem Bereich zwischen ungefähr 35° und ungefähr 55°, noch bevorzugter in einem Bereich zwischen ungefähr 40° und ungefähr 50°, liegt und am bevorzugtesten ungefähr 45° beträgt. Die zumindest zwei in einer Matrix an geordneten Schallwandler sind vorzugsweise derart angeordnet, dass die jeweiligen Sendepunkte der Schallsignale in einer gemeinsamen Ebene liegen.
Es kann bevorzugt sein, dass die zumindest zwei Schallwandler unter einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet sind. Vorzugsweise beträgt dieser vorbestimmte Abstand ungefähr ein ungerades ganzzahliges Vielfaches (2n-l; n = natürliche Zahl) der halben Wellenlänge der von den zumindest zwei Schallwandlern ausgesandten Schallsignalen.
Vorzugsweise ist zumindest einem der zumindest zwei Schall wandler ein Schallführungselement zugeordnet, das dazu aus gebildet ist, die Schallsignale des zugeordneten Schallwandlers zumindest teilweise zu führen. Vorzugsweise ist das Schall führungselement im Wesentlichen trichterförmig, bei dem die kleinere Öffnung dem Schallwandler zugewandt ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die er findungsgemäße Vorrichtung ferner eine Steuereinheit auf, die dazu ausgebildet ist, abhängig von dem zum Referenzelement ausgesendeten, am Referenzelement reflektierten und wieder empfangenen Überlagerungssteuersignal eine Schallgeschwin digkeit innerhalb des Fluids zu ermitteln und abhängig von dem zur Fluidoberfläche ausgesendeten, an der Fluidoberfläche reflektierten und wieder empfangenen Überlagerungsschallsignal und der ermittelten Schallgeschwindigkeit innerhalb des Fluids die Höhe der Fluidoberfläche über dem Bodenabschnitt des Fluidbehälters und/oder die Qualität des Fluids zu ermitteln. Beispielsweise kann bereits die Schallgeschwindigkeit des vorhandenen Fluids einen Hinweis auf dessen Zusammensetzung geben, insbesondere bei Harnstofflösungen für Abgasnachbe handlungsvorrichtung, wie zum Beispiel SCR-Katalysatoren .
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungs gemäßen Vorrichtung sind die zumindest zwei Schallwandler kapazitive mikromechanische Ultraschallwandler (CMUT) oder piezoelektrische mikromechanische Ultraschallwandler (PMUT) .
Weitere Merkmale und Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann durch Ausüben der vorliegenden Lehre und Betrachten der beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, in denen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bestimmen einer Höhe und/oder Qualität eines Fluids in einem Fluidbehälter zeigt, und
Fig. 2 eine Schnittansicht durch ein Schallwandlermodul der
Vorrichtung der Fig. 1 zeigt.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figuren- übergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung beschreibt der Begriff „Fluidqualität" einen ein Fluid charakterisierenden Parameter. Beispielsweise können die Schallgeschwindigkeit des Fluids, die Dichte des Fluids, von der die chemische Zusammensetzung des Fluids abgeleitet werden kann, und die elektrischen Eigen schaften des Fluids als Parameter aufgefasst werden, die die Fluidqualität charakterisieren. Beispielsweise kann bei einer wässrigen Harnstofflösung, wie z. B. Urea, der Harnstoffanteil im Wasser über die Ermittlung der Dichte der wässrigen Harn stofflösung abgeschätzt werden.
Die Fig. 1 zeigt einen Fluidbehälter 1 mit einem Bodenabschnitt 3 sowie einem Fluidraum 5, der mit einem Fluid F befüllt ist. Bei dem Fluid F handelt es sich beispielsweise um ein flüssiges Medium zur Schadstoffreduktion in Abgasen, das vorzugsweise ein Re duktionsmittel und/oder einen Reduktionsmittelvorläufer, beispielsweise eine wässrige Harnstofflösung, aufweist. Al ternativ kann es sich bei dem Fluid F um ein Öl handeln, wie beispielsweise ein Getriebeöl für ein Getriebe eines Fahrzeugs.
Zum Bestimmen einer Höhe H einer Fluidoberfläche 0 in dem Fluidbehälter 1 ist an dem Bodenabschnitt 3 des Fluidbehälters 1 ein Schallwandlermodul 10 angeordnet. Insbesondere ist es bevorzugt, dass das Schallwandlermodul 10 relativ zur Fluid oberfläche 0 unter einem vorbestimmten Kippwinkel a angeordnet ist. Beispielsweise kann hierzu der Bodenabschnitt eine ent sprechende Ausnehmung 4 aufweisen, in der das Schallwandlermodul 10 von außen an dem Fluidbehälter 1 angebracht ist. Das
Schallwandlermodul 10 ist mit einer Steuereinheit 2 verbunden, die dazu ausgebildet ist, das Schallwandlermodul 10 anzusteuern und die vom Schallwandlermodul empfangenen Signale zum Ermitteln der Höhe H der Fluidoberfläche 0 und/oder der Qualität des Fluids F auszuwerten.
Die Höhe H der Fluidoberfläche 0 ist dabei definiert als ein Abstand der Fluidoberfläche 0 von dem Bodenabschnitt 3, gemessen in einer Neutralstellung des Fluidbehälters 1, also wenn keine Schrägstellung des Fluidbehälters 1 vorliegt und die Fluid oberfläche 0 im Wesentlichen parallel zu dem Bodenabschnitt 3 ist. Die Höhe H der Fluidoberfläche 0 kann auch als ein Füllstand des Fluidbehälters mit Fluid F bezeichnet werden.
Das Schallwandlermodul 10 ist beispielsweise durch eine Ge häusewandung des Fluidbehälters 1 angekoppelt. Zum Beispiel ist die Gehäusewandung aus einem Kunststoff ausgebildet, wie beispielsweise aus sogenanntem hochdichtem Polyethylen (High Density Polyethylene, HDPE) , so dass der Bodenabschnitt 3 in der Gehäusewandung eingeschweißt werden kann. Alternativ ist das Schallwandlermodul 10 mit der Gehäusewandung verklebt oder mechanisch an diese gepresst, eventuell auch mit einer weiteren Zwischenschicht, um Unebenheiten oder Rauigkeiten auszuglei chen .
Das Schallwandlermodul 10 umfasst zumindest zwei Schallwandler 20 bis 90 (siehe Fig. 2), die jeweils dazu ausgebildet sind, Schallsignale auszusenden und zu empfangen. Das Schallwand lermodul 10 kann durch unterschiedliche Ansteuerung dazu ausgebildet sein, ein Überlagerungsschallsignal, das sich durch Überlagerung der Schallsignale der zumindest zwei Schallwandler 20 bis 90 (siehe Fig. 2) ergibt, auszusenden und wieder zu empfangen. Beispielsweise sind in der Fig. 1 die vom Schall wandlermodul 10 ausgesendeten Überlagerungsschallsignale mit Pfeilen 12, 14 gekennzeichnet, wohingegen die vom Schall wandlermodul 10 wieder empfangenen Überlagerungsschallsignale durch Pfeile 11, 13 gekennzeichnet sind.
In dem Fluid F ist weiterhin ein Referenzelement 8 vorgesehen, das vorzugsweise aus einem Material gebildet ist, das ein Metall aufweist. Das Referenzelement 8 reflektiert zumindest einen Teil des Überlagerungsschallsignals 14 und weist zu dem Schall wandlermodul 10 einen vorbestimmten und konstanten Abstand auf. Wie in der Fig. 1 gezeigt kann es bevorzugt sein, dass das Referenzelement 8 innerhalb des Fluidbehälters 1 mit dem Bo denabschnitt 3 mechanisch gekoppelt ist.
Das Bestimmen der Höhe H der Fluidoberfläche 0 und/oder der Qualität des Fluids erfolgt, wie im Stand der Technik ausführlich beschrieben, mittels Auswertung des zur Fluidoberfläche 0 ausgesendeten, an der Fluidoberfläche 0 reflektierten und wieder empfangenen Überlagerungsschallsignals 12 und mittels Aus wertung des zum Referenzelement 8 ausgesendeten, am Referen zelement 8 reflektierten und wieder empfangenen Überlage rungsschallsignals 14, auf dessen Grundlage die Schallge schwindigkeit im Fluid F bestimmt werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt, wie bereits oben erwähnt, zumindest teilweise der Gedanke zugrunde, dass das Schall wandlermodul 10 aus zumindest zwei Schallwandlern 20 bis 90 besteht, von denen jeder jeweils einzelne Schallsignale aus sendet, die in einer im Wesentlichen parallelen verlaufen und sich zumindest teilweise derart überlagern, dass sich ein Überlagerungsschallsignal ergibt, dessen Ausbreitungsrichtung durch geeignetes Ansteuern der zumindest zwei Schallwandler 20 bis 90 wie gewünscht eingestellt werden kann.
Die Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch den beispielhaften
Schallwandler 10 der Fig. 1. Der Fig. 2 ist zu entnehmen, dass das Schallwandlermodul 10 aus mehreren Schallwandlern 20 bis 90 bestehen kann, wobei auch in der Richtung in die Zeichnungsebene hinein und aus der Zeichnungsebene heraus weitere Schallwandler angeordnet sein können. Beispielsweise weist das Schallwand lermodul 10 eine matrizenhafte Anordnung mehrerer Schallwandler auf, die jeweils gleich sein können. Alternativ sind auch jegliche weitere Anordnungsformen der mehreren Schallwandler denkbar, beispielsweise eine kreisförmige Anordnung oder eine unsortierte Anordnung. Die Schallwandler 20 bis 90 sind in einer gemeinsamen Ebene E angeordnet (in der Fig. 2 mit einer gestrichelten Linie dar gestellt) . Insbesondere befinden sich die einzelnen Sendepunkte der mehreren Schallwandler 20 bis 90 in der gemeinsamen Ebene E. Alternativ können die einzelnen Sendepunkte nicht in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sein, so dass bei gleichzeitiger und identischer Ansteuerung der mehreren Schallwandler 20 bis 90 bereits ein Überlagerungsschallsignal 18 (siehe Fig. 2) erzeugt wird, das zum Pfeil 16 nicht parallel ist.
Ferner weisen, wie in der Fig. 2 gezeigt, die Schallwandler 20 bis 90 jeweils einen vorbestimmten Abstand a auf. Der vorbe stimmte Abstand a zwischen zwei benachbarten Schallwandlern 20 bis 90 beträgt vorzugsweise ungefähr ein ungerades ganzzahliges (n) Vielfaches der halben Wellenlänge l der von den Schall wandlern abgegebenen Schallsignale, d. h. a (2 n— 1 l
Der vorbestimmte Abstand a bemisst sich dabei von dem fiktiven Sendepunkt eines Schallwandlers zu dem fiktiven Sendepunkt eines benachbarten Schallwandlers.
Jeder Schallwandler 20 bis 90 der Fig. 2 ist im Wesentlichen identisch ausgebildet und ist vorzugsweise in der Form eines kapazitiven mikromechanischen Schallwandlern (CMUT) oder piezoelektrischen mikromechanischen Schallwandlern (PMUT) bereitgestellt. Jeder Schallwandler 20 bis 90 sendet ein Schallsignal ab, das im Wesentlichen senkrecht zur Anord nungsebene verläuft (in der Fig. 2 mit dem Pfeil 16 exemplarisch dargestellt) . Ferner ist es bevorzugt, dass jeder Schallwandler 20 bis 50 im Hinblick auf die Frequenz und Amplitude im We sentlichen gleiche Schallsignale abgibt. Die Ansteuerung der Schallwandler 20 bis 90 erfolgt dabei separat, wobei der Phasenversatz der mehreren Schallsignale durch ein zeitlich versetztes Ansteuern der Schallwandler 20 bis 90 eingestellt werden kann, wodurch die Richtung des Überlagerungsschallsignals 12, 14 eingestellt werden kann.
Alternativ können die Schallwandler 20 bis 90 unterschiedlich ausgebildet sein und in jeweils in unterschiedlichen Richtungen ihr Schallsignal aussenden. Erfindungsgemäß sind die mehreren Schallwandler 20 bis 90 jedoch dazu ausgebildet, jeweils derart ein Schallsignal auszusenden, dass sich die mehreren Schall signale zumindest teilweise zum Erzeugen des Überlagerungs schallsignals 18 (siehe Fig. 2) überlagern.
In Ausgestaltungen, bei denen das Schallwandlermodul 10 in nerhalb des Fluidbehälters 1, z. B. von innen am Bodenabschnitt 3 des Fluidbehälters 1 angebracht, angeordnet ist, kann es vorteilhaft sein, dass jedem der mehreren Schallwandler 20 bis 90 ein Schallführungselement zugeordnet ist, das jeweils dazu ausgebildet ist, das jeweilige Schallsignal des zugeordneten Schallwandlers 20 bis 90 zumindest teilweise zu führen. Ins besondere kann das jeweilige Schallführungselement trichter förmig ausgebildet sein, wobei die kleinere Öffnung dem je weiligen Schallwandler 20 bis 90 zugeordnet ist. Alternativ ist das Schallführungselement 19 zylindrisch oder weist jede andere geeignete Form auf.
Die Steuereinheit 2 der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dazu ausgebildet, die mehreren Schallwandler derart anzusteuern, dass bei Überlagerung der mehreren einzelnen Schallsignale der Schallwandler 20 bis 90 ein Überlagerungsschallsignal erzeugt wird, das in eine vorbestimmte und gewünschte Richtung verläuft. In der Fig. 2 stellt der Pfeil 18 beispielhaft den Verlauf des Überlagerungsschallsignals dar, das gegenüber dem Schallsignal eines einzelnen Schallwandlers 20 bis 90 unter einem vorbe stimmten Winkel ß verläuft.
Dabei ist die Steuereinheit 2 insbesondere dazu ausgebildet, das Schallwandlermodul 10 in unterschiedlichen Ansteuerungsmodi anzusteuern. Das heißt, dass sich die einzelne Ansteuerung der mehreren Schallwandler 20 bis 90 im Hinblick auf die Amplitude, die Frequenz und/oder den Phasenversatz zwischen den zumindest mehreren Schallsignalen unterscheiden. Beispielsweise können die mehreren Schallwandler zu unterschiedlichen Zeitpunkten mit unterschiedlichen Stärken angesteuert werden.
Unter nochmaliger Bezugnahme auf die Fig. 1 wird im Folgenden kurz erläutert, wie die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bestimmen der Höhe H der Fluidoberfläche 0 des Fluids F und/oder die Qualität des Fluids F betrieben werden können. Der Fluidraum 5 oberhalb des Fluids F ist mit einem weiteren Medium, wie beispielsweise Luft, gefüllt, so dass das vom Schallwandlermodul 10 zunächst zur Fluidoberfläche 0 ausgesendete Überlage rungsschallsignal 12 an einem Übergang der Fluidoberfläche 0 zu der Luft reflektieren und wieder zurück zum Schallwandlermodul 10 gelangen kann (siehe Pfeil 11 in der Fig. 1) . Das Aussenden des Überlagerungsschallsignals 12, 11 in Richtung der Fluid oberfläche 0 erfolgt in einem erste Ansteuerungsmodus des Schallwandlermoduls 10.
Hierzu ist es vorteilhaft, wenn das Schallwandlermodul 10 sowohl als Sender als auch Empfänger eingesetzt werden. Die Ausbreitung des Überlagerungsschallsignals 12, 11 erfolgt bevorzugt direkt, so dass ein Leistungsabfall an Hindernissen verhindert wird und so ein Bestimmen von hohen Füllständen des Fluidbehälters 1 ermöglicht ist. Zur präzisen Bestimmung der Höhe H der Fluidoberfläche 0 in dem Fluidbehälter 1 muss eine Signalausbreitungsgeschwindigkeit der Überlagerungsschallsignale 11, 12, 13, 14 bekannt sein. Aus diesem Grund wird eine Referenzmessung durchgeführt. Um diese Referenzmessung auch bei niedrigen Höhen H der Fluidoberfläche 0 in dem Fluidbehälter 1 durchführen zu können, also bei spielsweise bei Füllständen unterhalb von 10 % eines maximalen Füllstands, erfolgt ein zweiter Ansteuerungsmodus des
Schallwandlermoduls 10 derart, dass das Überlagerungsschall signal 14 nahe dem Bodenabschnitt 3 des Fluidbehälters 1 im Wesentlichen parallel zu dem Bodenabschnitt 3 in Richtung des Referenzelements 8 ausgesendet wird. Das am Referenzelement 8 reflektierte Überlagerungsschallsignal 13 wird dann wieder vom Schallwandlermodul empfangen.
Das Referenzelement 8 hat zu dem Schallwandlermodul 10 einen vorgegebenen Abstand. Mittels der Steuereinheit 2 wird eine Laufzeitdifferenz des ausgesendeten und reflektierten Über lagerungsschallsignals 13, 14 abhängig von dem bekannten Abstand des Referenzelements 8 ermittelt und abhängig von der Lauf- zeitdifferenz eine Schallgeschwindigkeit in dem Fluid F in dem Fluidbehälter 1 bestimmt.
Auf der Grundlage der bestimmten Schallgeschwindigkeit kann dann durch Auswerten der Laufzeit des zur Fluidoberfläche 0 aus gesendeten und wieder empfangenen Überlagerungsschallsignals 12, 11 die Höhe H bestimmt werden. Zusätzlich oder alternativ kann auf der Grundlage der Schallgeschwindigkeit die Qualität des Fluids F ermittelt werden. Je nach Zusammensetzung des Fluids F ergeben sich unterschiedliche Schallgeschwindigkeiten.
Der Winkel zwischen dem Überlagerungsschallsignal 12 und dem Überlagerungsschallsignal 14 kann beispielsweise bis zu 110° betragen . Alternativ zu der in der Fig. 1 gezeigten Ausgestaltung kann der Kippwinkel ungefähr 0° betragen, d. h. dass die Ebene E im Wesentlichen parallel zum Bodenabschnitt 3 verläuft. In einer solchen Ausgestaltung ist es vorteilhaft, wenn das Referen zelement 8 nicht am Bodenabschnitt 3, sondern im Fluidbehälter 1 angeordnet ist und vom Schallwandlermodul 10 mittels des Übertragungsschallsignals 14 anstrahlbar ist.
In der in der Fig. 1 dargestellten Ausgestaltung ist, wie bereits oben beschrieben, das Schallwandlermodul 10 von außen am Bo denabschnitt 3 des Fluidbehälters 1 angebracht. Insbesondere befindet sich zwischen dem Schallwandlermodul 10 und der Wandung des Bodenabschnitts 3 des Fluidbehälters 1 eine elastische Schicht (in den Zeichnungen nicht gezeigt) , die dazu ausgebildet ist, das Schallwandlermodul 10 am Fluidbehälter 1 zu befestigen und einen Luftspalt im Schallführungsweg der Schallsignale auszuschließen. Folglich ist das Schallwandlermodul 10 dazu ausgebildet, das Überlagerungsschallsignal durch die elastische Schicht und die Wandung des Bodenabschnitts 3 des Fluidbehälters 1 in das Fluid einzukoppeln und wieder zu empfangen. Hierbei treten an den Grenzflächen zwischen den unterschiedlichen Medien (d. h. zwischen der elastischen Schicht und der Wandung des Bodenabschnitts 3 und zwischen der Wandung des Bodenabschnitts 3 und dem Fluid F) Phasensprünge und Ablenkungen auf, sog. Bragg-Winkel , die Temperaturabhängig sein können, insbesondere bei der elastischen Schicht.
Folglich ist die Steuereinheit 2 dazu ausgebildet, das
Schallwandlermodul 10 derart anzusteuern, dass das Überla- gungsschallsignal derart in das Fluid eingekoppelt wird, dass sich die gewünschte Überlagerungsschallsignalrichtung ergibt. Hierzu kann es vorteilhaft sein, die Temperatur des Fluids, die eine gute Abschätzung für die Temperatur der elastischen Schicht geben kann, zu berücksichtigen.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Bestimmen einer Höhe (H) einer Oberfläche (0) eines Fluids (F) und/oder zum Bestimmen einer Qualität des Fluids (F) in einem Fluidbehälter (F) , wobei die Vorrichtung aufweist:
ein Schallwandlermodul (10), das zumindest zwei Schallwandler (20 - 90) aufweist, die jeweils dazu ausgebildet sind, Schallsignale zu empfangen und derart auszusenden, dass sich bei Überlagerung der zumindest zwei Schallsignale ein Überlagerungsschallsignal (11, 12, 13, 14, 18) ergibt, und ein in dem Fluid (F) angeordnetes Referenzelement (8) , das zu dem Schallwandlermodul (10) einen vorgegeben Abstand aufweist und dazu ausgebildet ist, das Überlagerungsschallsignal (11, 12, 13, 14, 18) zu reflektieren,
wobei das Schallwandlermodul (10) dazu ausgebildet ist, durch Überlagerung der zumindest zwei Schallsignale das Überlagerungsschallsignal (11, 12, 13, 14, 18) sowohl in eine erste Richtung zur Oberfläche (0) des Fluids (F) auszusenden als auch in eine zur ersten Richtung unter einem vorbestimmten Schallsignalwinkel verlaufende zweite Richtung zum Referen zelement (8) auszusenden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Schallwandlermodul (10) ferner dazu ausgebildet ist, in zu mindest zwei unterschiedlichen Ansteuerungsmodi derart ange steuert zu werden, dass in einem ersten Ansteuerungsmodus das Überlagerungsschallsignal (11, 12, 13, 14, 18) in der ersten Richtung zur Oberfläche (0) des Fluids (F) ausgesendet wird und in einem zweiten Ansteuerungsmodus das Überlagerungsschall signal (11, 12, 13, 14, 18) in der zweiten Richtung zum Re ferenzelement (8) ausgesendet wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei sich die unterschiedlichen Ansteuerungsmodi in der Ansteuerung der zumindest zwei Schallwandler (20 - 90) im Hinblick auf die Amplitude, die Frequenz und/oder den Phasenversatz zwischen den zumindest zwei Schallsignalen unterscheiden.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, wobei der vorbestimmte Schallsignalwinkel zwischen der ersten Richtung und der zweiten Richtung in einem Bereich zwischen ungefähr 70° und ungefähr 110°, vorzugsweise in einem Bereich zwischen ungefähr 80° und ungefähr 100°, noch bevorzugter in einem Bereich zwischen ungefähr 85° und ungefähr 95°, liegt und am bevorzugtesten ungefähr 90° beträgt.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, wobei die zumindest zwei Schallwandler (20 - 90) in einer gemeinsamen Ebene (E) in der Form einer Matrix angeordnet sind, wobei die Ebene (E) relativ zur Oberfläche (0) des Fluids um einen vorbestimmten Kippwinkel ( ) geneigt ist, der vorzugsweise in einem Bereich zwischen ungefähr 25° und ungefähr 65°, vor zugsweise in einem Bereich zwischen ungefähr 35° und ungefähr 55°, noch bevorzugter in einem Bereich zwischen ungefähr 40° und ungefähr 50°, liegt und am bevorzugtesten ungefähr 45° beträgt.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, wobei die zumindest zwei Schallwandler (20 - 90) unter einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet sind, der ungefähr ein ungerades ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge der von den zumindest zwei Schallwandlern (20 - 90) ausgesandten Schallsignalen beträgt.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, ferner aufweisend: eine Steuereinheit (2) , die dazu ausgebildet ist, abhängig von dem zum Referenzelement (8) ausgesendeten Über lagerungsschallsignal (11, 12, 13, 14, 18) eine Schallge schwindigkeit innerhalb des Fluids (F) zu ermitteln und abhängig von dem zur Fluidoberfläche (0) ausgesendeten Überlagerungs schallsignal (11, 12, 13, 14, 18) und der ermittelten
Schallgeschwindigkeit innerhalb des Fluids (F) die Höhe (0) der Fluidoberfläche (0) über einem Bodenabschnitt (3) des Fluid behälters (1) und/oder die Qualität des Fluids (F) zu ermitteln.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, wobei die zumindest zwei Schallwandler (20 - 90) kapazitive mikromechanische Ultraschallwandler (CMUT) oder piezoelektrische mikromechanische Ultraschallwandler (PMUT) sind .
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018214297B4 (de) * 2018-08-23 2020-06-18 Continental Automotive Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Fluidsensorvorrichtung und Fluidsensorvorrichtung
DE102019135600A1 (de) * 2019-12-20 2021-06-24 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg Verfahren zur Schlammspiegelmessung per Ultraschall sowie Ultraschall-Schlammspiegelsensor und Ultraschall-Schlammspiegelsensorsystem

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4656384A (en) * 1984-10-25 1987-04-07 Siemens Aktiengesellschaft Ultrasonic detection sensor in hybrid structure with appertaining electronic circuit
WO1998004889A1 (fr) * 1996-07-26 1998-02-05 Marwal Systems Dispositif piezo-electrique de jaugeage de liquide
US5744898A (en) 1992-05-14 1998-04-28 Duke University Ultrasound transducer array with transmitter/receiver integrated circuitry
DE102014210077A1 (de) 2014-05-27 2015-12-03 Continental Automotive Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Bestimmen einer Höhe einer Fluidoberfläche in einem Fluidbehälter
DE102014210080A1 (de) 2014-05-27 2015-12-03 Continental Automotive Gmbh Vorrichtung zum Bestimmen einer Höhe einer Fluidoberfläche in einem Fluidbehälter

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3419845A (en) 1967-06-01 1968-12-31 Heinz A.E. Thiede Echo sounding apparatus
GB8805105D0 (en) 1988-03-03 1988-03-30 Scan Technologies Ltd Improvements relating to instruments
DE4025326C2 (de) 1990-05-10 1994-03-03 Krieg Gunther Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Flüssigkeitshöhe einer bewegten Flüssigkeit in einem Behälter
US5337289A (en) 1993-07-16 1994-08-09 The United States Of America As Represented By The Department Of Energy Phased-array ultrasonic surface contour mapping system and method for solids hoppers and the like
EP0676624B1 (de) * 1994-04-06 2002-07-31 Simmonds Precision Products Inc. Flüssigkeitsniveau-Ultraschall-Fühler ohne Ruherohr
JP3732642B2 (ja) 1998-01-30 2006-01-05 株式会社東芝 超音波液位計測装置
DE19942379A1 (de) 1999-09-04 2001-03-08 Mannesmann Vdo Ag Vorrichtung zur Messung eines Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter
RU2193164C1 (ru) * 2001-10-05 2002-11-20 Балин Николай Иванович Устройство для измерения уровня жидкости (варианты)
CN101636666A (zh) * 2007-02-21 2010-01-27 感测技术股份有限公司 流体深度测量方法和用于该方法的系统
DE102007010805B3 (de) 2007-03-02 2008-10-30 Continental Automotive Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Harnstoffkonzerntration in einer Lösung
US9691114B2 (en) 2008-10-23 2017-06-27 Whirlpool Corporation Consumables inventory management method
WO2012065109A1 (en) 2010-11-11 2012-05-18 Ssi Technologies, Inc. Systems and methods of determining a quality and/or depth of diesel exhaust fluid
DE102011013687B4 (de) 2011-03-11 2014-10-09 Continental Automotive Gmbh Verfahren zur Kalibrierung eines Füllstandsensors
CN106706542B (zh) 2011-06-07 2020-03-27 精量电子(美国)有限公司 低温安全传感器组件及流体传感器
DE102012004269A1 (de) 2012-03-02 2013-09-05 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Fördereinheit für ein flüssiges Additiv zur Abgasnachbehandlung
DE102012005281A1 (de) 2012-03-16 2013-09-19 Emitec France S.A.S Fördereinheit mit Füllstandsensor für ein flüssiges Additiv
WO2014090848A1 (en) 2012-12-14 2014-06-19 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Method for measuring ultrasonically the fill level of a liquid
US9488514B2 (en) 2013-01-15 2016-11-08 Ssi Technologies, Inc. Three-mode sensor for determining temperature, level, and concentration of a fluid
EP2826972B1 (de) 2013-07-15 2016-04-20 Inergy Automotive Systems Research (Société Anonyme) Verfahren zur Überwachung der Harnstoffqualität eines SCR-Systems
EP2848931A1 (de) 2013-09-16 2015-03-18 Inergy Automotive Systems Research (Société Anonyme) Fahrzeugharnstofftank in Verbindung mit einer Messkammer zur akustischen Qualitäts- und Füllstandskontrolle
DE102013219635B4 (de) 2013-09-27 2022-04-14 Vitesco Technologies GmbH Einrichtung zur Einführung einer gefrierfähigen Flüssigkeit in das Abgassystem eines Kraftfahrzeuges
DE102013219643A1 (de) 2013-09-27 2015-04-02 Continental Automotive Gmbh Ultraschallsensor
US10234323B2 (en) 2014-06-26 2019-03-19 Continental Automotive Gmbh Method for determining a liquid level and quality in a tank
DE102014109843A1 (de) 2014-07-14 2016-01-14 Continental Automotive Gmbh Verfahren zur Bestimmung des Füllstands in einem Tank
TWI510778B (zh) 2014-09-18 2015-12-01 Ind Tech Res Inst 液體濃度檢測裝置
US9845717B2 (en) 2014-10-28 2017-12-19 Ford Global Technologies, Llc Systems and methods for managing diesel exhaust fluid stratification
EP3165736A1 (de) 2015-11-03 2017-05-10 Plastic Omnium Advanced Innovation and Research Verfahren zur überwachung der harnstoffqualität eines scr-systems
US20170205338A1 (en) 2016-01-18 2017-07-20 Sentelligence, Inc. Sensor system for multi-component fluids

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4656384A (en) * 1984-10-25 1987-04-07 Siemens Aktiengesellschaft Ultrasonic detection sensor in hybrid structure with appertaining electronic circuit
US5744898A (en) 1992-05-14 1998-04-28 Duke University Ultrasound transducer array with transmitter/receiver integrated circuitry
WO1998004889A1 (fr) * 1996-07-26 1998-02-05 Marwal Systems Dispositif piezo-electrique de jaugeage de liquide
DE102014210077A1 (de) 2014-05-27 2015-12-03 Continental Automotive Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Bestimmen einer Höhe einer Fluidoberfläche in einem Fluidbehälter
DE102014210080A1 (de) 2014-05-27 2015-12-03 Continental Automotive Gmbh Vorrichtung zum Bestimmen einer Höhe einer Fluidoberfläche in einem Fluidbehälter

Also Published As

Publication number Publication date
EP3752800A1 (de) 2020-12-23
DE102018202209B3 (de) 2019-05-29
US11506529B2 (en) 2022-11-22
CN111712692A (zh) 2020-09-25
US20200400481A1 (en) 2020-12-24

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