DE19823190B4 - Level sensor with float - Google Patents
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Abstract
Sensor zur Messung des Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter, insbesondere Kraftstofftank, bestehend aus einer sich vertikal über die füllbare Behälterhöhe erstreckenden Elektrodengruppe, die in Füllbereich des Behälters hineinragt und zwei Messelektroden (ES1, ES2) sowie eine Gegenelektrode (E0) aufweist, welche Elektroden (ES1, ES2, E0) sich jeweils über die gesamte füllbare Höhe erstrecken, sowie bestehend aus einem ebenen streifenförmigen Träger (2), wobei die beiden Messelektroden (ES1, ES2) einander gegenüberliegend auf der einen Seite des Trägers (2) und die Gegenelektrode (E0) auf der gegenüberliegenden anderen Seite des Trägers (2) aufgebracht sind, und ein Schwimmer (3) derart ausgebildet und mechanisch geführt ist, dass jeweils ein Teil seiner Oberfläche (23, 23', 23'') ständig den beiden Messelektroden (ES1, ES2) und der Gegenelektrode (E0) gegenübersteht, und jeweils die Breite der beiden Messelektroden (ES1, ES2) eine Funktion der Höhe ist, sowie jede der Messelektroden (ES1, ES2) mit der Gegenelektrode (E0) unter Einbeziehung des Schwimmers (3) je einen...Sensor for measuring the level of a liquid in a container, in particular fuel tank, consisting of a vertical over the fillable container height extending electrode group protrudes into filling of the container and two measuring electrodes (E S1 , E S2 ) and a counter electrode (E 0 ) , which electrodes (E S1 , E S2 , E 0 ) each extend over the entire fillable height, and consisting of a flat strip-shaped carrier (2), wherein the two measuring electrodes (E S1 , E S2 ) opposite each other on one side of the carrier (2) and the counter electrode (E 0 ) on the opposite other side of the carrier (2) are applied, and a float (3) is formed and mechanically guided such that in each case a part of its surface (23, 23 ', 23 '') constantly facing the two measuring electrodes (E S1 , E S2 ) and the counter electrode (E 0 ), and in each case the width of the two measuring electrodes (E S1 , E S2 ) is a function of the height, as well as each of the measuring electrodes (E S1 , E S2 ) with the counter electrode (E 0 ) including the float (3) depending on a ...
Description
Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Messung des Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter, insbesondere Kraftstofftank, bestehend aus einer sich vertikal über die füllbare Behälterhöhe erstreckenden Elektrodengruppe, die in den Füllbereich des Behälters hineinragt.The The invention relates to a sensor for measuring the level a liquid in a container, in particular fuel tank, consisting of a vertically over the fillable Container height extending Electrode group in the filling area of the container protrudes.
Derartige
Sensoren sind beispielsweise aus
Die Anordnung hat aber offen liegende, stromführende Kontakte, die in die Flüssigkeit hineinragen. Die Schleifkontakte unterliegen einem gewissen Verschleiß und es kann durch Verschmutzung, wie beispielsweise durch Schwefelablagerungen, zu Kontaktstörungen kommen.The However, arrangement has exposed, current-carrying contacts in the liquid protrude. The sliding contacts are subject to some wear and tear can be caused by pollution, such as sulfur deposits, to contact disorders come.
Bei
anderen, beispielsweise aus
Durch verschiedene Einflüsse, wie beispielsweise Materialalterung und Änderung der Zusammensetzung der Flüssigkeit im Tank, verändert sich die Kennlinie eines derartigen Füllstandssensors in Abhängigkeit von der Zeit.By different influences, such as material aging and compositional change the liquid in the tank, changed the characteristic of such a level sensor depending from the time.
Viele Flüssigkeiten entmischen sich ferner bei längerem Stehen, wodurch sich Schichten aus Substanzen unterschiedlicher Dielektrizitätszahlen bilden oder sie binden andere Substanzen, beispielsweise Wasser, und ändern damit ihre physikalischen Eigenschaften, insbesondere die Dielektrizitätszahl von sich aus.Lots liquids also segregate for a long time Stand, resulting in layers of substances of different Dielectricities form or they bind other substances, such as water, and change them their physical properties, in particular the relative permittivity of from.
Aus diesen Gründen treten bei Verwendung kontinuierlich arbeitender kapazitiver Sensoren Messfehler auf, da zusätzlich zum Füllstand noch die Dielektrizitätskonstanten auf nichtdeterministische Weise in die Füllstandsmessung eingehen.Out these reasons Measurement errors occur when using continuously operating capacitive sensors on, in addition to the level nor the dielectric constants to enter the level measurement in a non-deterministic way.
Die
Einflüsse
der Dielektrizitätskonstanten auf
das Messergebnis sollen gemäß
Ferner
ist aus
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Füllstandssensor anzugeben, der von der Dielektrizitätszahl oder anderen elektrischen Eigenschaften der Flüssigkeit unabhängig arbeitet, der preiswert herstellbar ist und der über seine Lebensdauer hinweg wartungsfrei und sicher funktioniert.The The object of the present invention is a fill level sensor indicate the dielectric constant or other electrical Properties of the liquid independently works, which is inexpensive to produce and over its lifetime maintenance-free and safe working.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Gegenelektrode auf der gegenüberliegenden Seite des Trägers aufgebracht ist, dass ein Schwimmer derart ausgebildet und mechanisch geführt ist, dass jeweils ein Teil seiner Oberfläche ständig den beiden Messelektroden und der Gegenelektrode gegenübersteht, dass jeweils die Breite der beiden Messelektroden eine Funktion der Höhe ist, und jede der Messelektroden mit der Gegenelektrode unter Einbeziehung des Schwimmers je einen Kondensator bildet, deren Kapazitäten aufgrund der Elektrodenform zueinander gegenläufige Funktionen der höhenabhängigen Schwimmerposition sind. Damit wird der Messwert nicht von Querempfindlichkeiten, wie Temperaturabhängigkeit, Alterung und Werkstoffveränderungen, beeinflusst. Durch die Anordnung der Elektrodengruppe auf einem Träger können sämtliche Elektroden in bekannter Weise durch Drucken und Ätzen hergestellt werden, was die Fertigung einfach macht.These Task is inventively characterized solved, that the counter electrode is applied to the opposite side of the carrier is that a float is designed and mechanically guided in this way, that each part of its surface constantly the two measuring electrodes and the counterelectrode faces, that in each case the width of the two measuring electrodes has a function the height is, and each of the measuring electrodes including the counter electrode the float ever forms a capacitor whose capacity is due to the electrode shape opposite functions of the height-dependent float position are. Thus, the reading is not of cross sensitivities, such as Temperature dependence, Aging and material changes, affected. By the arrangement of the electrode group on a carrier can all Electrodes are produced in a known manner by printing and etching, which makes the production easy.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn mindestens eine Messelektrode mit einem dielektrischen Material beschichtet ist.there it is advantageous if at least one measuring electrode with a dielectric material is coated.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Schwimmerwerkstoff eine deutlich größere Dielektrizitätskonstante aufweist als die Flüssigkeit im Behälter. Dadurch entstehen zwischen den Messelektroden und der Gegenelektrode Kapazitäten, deren Größe als Messgröße dient.A advantageous embodiment of the invention provides that the float material a much larger dielectric constant has as the liquid in the container. As a result, between the measuring electrodes and the counter electrode capacitances, whose Size serves as a measure.
Die Aufgabe wird weiterhin dadurch gelöst, dass diejenigen Teile des Schwimmers, die den Elektroden gegenüberstehen, elektrisch leitend sind und elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Die zu messenden Kapazitäten werden damit nicht mehr hauptsächlich an den Außenseiten der Elektroden durch den Schwimmerkörper als Dielektrikum gebildet, sondern zwischen den Elektroden und der Schwimmeroberfläche durch die dielektrische Beschichtung der Elektroden. Dadurch lässt sich die Signalstärke verstärken.The object is further achieved in that those parts of the float, the Elek face electrodes, are electrically conductive and are electrically connected to each other. The capacitances to be measured are thus no longer mainly formed on the outer sides of the electrodes by the float body as a dielectric, but between the electrodes and the float surface by the dielectric coating of the electrodes. This increases the signal strength.
Um einen gleichmäßigen Abstand zwischen der Schwimmeroberfläche und den Messelektroden bzw. der Gegenelektrode zu gewährleisten, ist bei einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung vorgesehen, dass Elektroden bildende Teile des Schwimmers mittels Federelementen an die Elektrodengruppe andrückbar sind. Der Abstand wird damit vorrangig von der Dicke der dielektrischen Beschichtungen der Elektroden bestimmt.Around a uniform distance between the float surface and to ensure the measuring electrodes or the counterelectrode, is provided in a development of this embodiment, that Electrode forming parts of the float by means of spring elements pressed against the electrode group are. The distance is thus predominantly on the thickness of the dielectric Coatings of the electrodes determined.
Dadurch, dass die Kapazitäten der sich über dem Schwimmer ergebenden Kondensatoren im Verhältnis zu den zwischen den Elektroden über dem elektrisch isolierenden Träger vorhandenen Kapazitäten klein sind, wird die Auswertung der Kapazitätsänderung erschwert. Deshalb ist bei einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß mindestens eine Abschirmelektrode vorhanden ist, die zwischen den Meßelektroden und der Gegenelektrode angeordnet ist.Thereby, that capacity which is above the Float resulting capacitors relative to the between the electrodes above the electrical insulating carrier present capacities are small, the evaluation of the capacity change is difficult. Therefore is provided in a development of the invention that at least one Shield electrode is present, between the measuring electrodes and the counter electrode is arranged.
Dabei ist vorgesehen, daß die Abschirmelektrode an den Ausgang eines Impedanzwandlers angeschlossen ist, der die Kapazität zwischen Abschirmelektrode und Gegenelektrode verkleinert. Damit werden Kapazitäten, die auf direktem Wege zwischen der Gegenelektrode und den Meßelektroden bestehen, weitgehend kompensiert. Somit erhöht sich das relative Nutzsignal. Der Impedanzwandler kann beispielsweise mit der Gegenelektrode verbunden sein, wodurch die Abschirmelektrode mit dem gleichen elektrischen Potential angesteuert wird.there is provided that the Shield electrode connected to the output of an impedance converter is that the capacity reduced between shielding electrode and counter electrode. With that Capacities, which exist directly between the counter electrode and the measuring electrodes, largely compensated. Thus, the relative useful signal increases. The impedance converter may be connected to the counter electrode, for example be, whereby the shielding electrode with the same electrical Potential is controlled.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Schwimmer aus geschlossenporigem Material besteht. Dieses Material läßt sich beispielsweise durch Sintern oder Schäumen von Metallen oder Kunststoffen herstellen und ist preiswert und haltbar.at a further advantageous embodiment of the invention is provided that the Float made of closed-pored material. This material let yourself for example, by sintering or foaming metals or plastics make and is cheap and durable.
Eine einfach realisierbare Möglichkeit, die anliegenden Teile der Schwimmeroberfläche leitend zu verbinden, ist die, daß der Schwimmerwerkstoff elektrisch leitend ist. Beispielsweise können leitfähige Partikel in einer Kunststoffmatrix eingebunden sein.A easily realizable possibility is conductive to connect the adjacent parts of the float surface is the, that the Float material is electrically conductive. For example, conductive particles be embedded in a plastic matrix.
Aus Gründen der mechanischen Stabilität und des einfachen Einbaus des Sensors ist vorgesehen, daß die Elektrodengruppe und der Schwimmer in einem stabilen Rohr stecken, welches die gesamte füllbare Höhe des Behälters überstreicht und an den Enden Öffnungen aufweist. Durch die Öffnungen steigt die Flüssigkeit im Rohr stets auf das gleiche Niveau wie die Flüssigkeit im Behälter.Out establish the mechanical stability and the simple installation of the sensor is provided that the electrode group and place the float in a sturdy tube that sweeps over the entire fillable height of the container and at the ends openings having. Rising through the openings the liquid in the pipe always at the same level as the liquid in the tank.
Die Aufgabe wird weiterhin dadurch gelöst, dass der Schwimmer aus einer Menge schwimmfähiger, elektrisch leitender, sich berührender Partikel besteht. Diese Partikel sind so beschaffen, dass sie bei sinkendem Füllstand nicht an den Elektroden oder an dem Rohr kleben bleiben. Die Verwendung schwimmfähiger Partikel erspart Maßnahmen zum Andrücken der Schwimmeroberfläche an die Elektrodengruppe. Der mittlere Messabstand zwischen Elektrode und Schwimmer wird lediglich durch die Körnung der Schwimmpartikel und die Dicke der dielektrischen Beschichtung der Elektroden bestimmt. Damit die Partikel nicht aus dem Rohr ausgeschwemmt werden können, ist bei einer vorteilhaften Weiterbildung vorgesehen, dass die Öffnungen des Rohres kleiner als die Partikel sind.The Task is further solved by the fact that the float a lot of buoyant, electrically conductive, more touching Particle exists. These particles are such that they sink level do not stick to the electrodes or to the tube. The use of buoyant particles saves measures for pressing the float surface to the electrode group. The mean measuring distance between electrode and swimmer will only by the grain of the floating particles and determines the thickness of the dielectric coating of the electrodes. In order to the particles can not be flushed out of the pipe is provided in an advantageous embodiment that the openings of the tube are smaller than the particles.
Sieht man ferner vor, dass das Rohr elektrisch abschirmend ist, werden in vorteilhafter Weise von außen einstreuende Störungen abgehalten.looks it is further suggested that the tube is electrically shielding in an advantageous manner from the outside scattering disturbances held.
In vorteilhafter Ausgestaltung kann der Träger eine Leiterplatte oder ein emailliertes Stahlblech sein. In diesem Zusammenhang ist ferner vorgesehen, dass die Abschirmelektrode ein Teil des Trägers ist. Dies lässt sich beispielsweise mit einem metallenen Träger oder einer Multilayer-Leiterplatte verwirklichen.In Advantageous embodiment, the carrier can be a printed circuit board or be an enameled steel sheet. In this context is further provided that the shielding electrode is a part of the carrier. This leaves For example, with a metal support or a multilayer printed circuit board realize.
Zur weiteren Vereinfachung des Füllstandssensors ist bei einer nächsten Weiterbildung vorgesehen, dass eine Auswerteschaltung auf dem Träger angeordnet ist. Diese Anordnung kann im gleichen Arbeitsgang komplett hergestellt werden.to further simplification of the level sensor is at a next Provision is made for an evaluation circuit to be arranged on the carrier is. This arrangement can be completely manufactured in the same operation become.
Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon ist schematisch in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigt:The Invention leaves numerous embodiments to. One of them is schematically in the drawing on the basis of several Figures shown and described below. It shows:
Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.Same Parts are provided in the figures with the same reference numerals.
In
Einige
mögliche
Bauformen der Schwimmerelektroden sind in
In
der Draufsicht der
Im
Ersatzschaltbild der
Die
Die
Anschlüsse
A, B und C der Elektrodengruppe werden mit einer Schaltung
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