DE3336974C2

DE3336974C2 -

Info

Publication number: DE3336974C2
Application number: DE3336974A
Authority: DE
Inventors: Jozsef Barsi; Jozsef Dipl.-Ing. Droth; Jozsef Hegyi; Attila Hirko; Ernoe Kiss; Zoltan Dipl.-Ing. Budapest Hu Szili
Original assignee: PUSKAS TIVADAR MUESZER- ES GEPIPARI SZOEVETKEZET BUDAPEST HU
Current assignee: PUSKAS TIVADAR MUESZER- ES GEPIPARI SZOEVETKEZET BUDAPEST HU
Priority date: 1983-10-11
Filing date: 1983-10-11
Publication date: 1987-07-09
Also published as: DE3336974A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung für den Flüssigkeitsstand in einem Behälter mit einem elektrischen Meßwertgeber zur Lieferung eines zyklischen rechteckigen Meßsignals mit einer Vergleichsschaltung, in der das Meßsignal als Istwertsignal zyklisch mit Bezugssignalen verglichen wird und mit einer Anzeige und/oder einem Regelantriebsstromkreis mit Stellelement.

Die bisher bekannten, zur Anzeige des Flüssigkeitsstands dienenden Lösungen weisen einen analogen Aufbau auf und können in zwei Gruppen unterteilt werden. Die zu der einen Gruppe gehörende Lösung beruht auf dem folgenden Prinzip:

Wenn die Flüssigkeit die Sonde erreicht, wird ein Oszillatorstromkreis verstimmt. Das Ausgangssignal des Oszillators ändert sich und schaltet den damit verbundenen Schaltstromkreis aus oder ein.

Das Prinzip der zu der anderen Gruppe gehörenden Lösung ist wie folgt:

Das Signal des Oszillators treibt über eine Meßkapazität einen Stromgenerator an, der für eine signalverarbeitende Schaltung einen Steuerstrom liefert, welcher von einer Sonde herrührt. Die Größe des Steuerstroms ändert sich in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsstand.

Diese vorgenannten Geräte bzw. Verfahren sind mit zahlreichen Nachteilen verbunden:

- Die analoge Signalverarbeitung zeigt z. B. Temperaturabhängigkeit, Drift, usw.
- Amplitudenschwankungen, die aus der Schwankung der Netzspannung, der Temperaturänderung entstehen, führen zu einer scheinbaren Niveauänderung.
- Fehler, die sich aus der Frequenzstabilität des Oszillators ergeben.
- Fehler, die sich aus der Nicht-Linearität des Stromgenerators ergeben.
- Äußerst hohe Störempfindlichkeit.

Aus der DE-OS 28 49 066 ist eine Meßvorrichtung für den Flüssigkeitsstand in einem Behälter mit einem elektrischen Meßwertgeber zur Lieferung eines zyklischen rechteckigen Meßsignals und mit einer Vergleichsschaltung bekannt, in der das Meßsignal als Istwertsignal zyklisch mit Bezugssignalen verglichen wird und mit einem Anzeige- und/oder einem Regelantriebsstromkreis mit Stellelement versehen ist.

Die bekannte Meßvorrichtung dient zur direkten Anzeige des Füllstandes in einem Fahrzeugtank. Die bekannte Meßvorrichtung dient auch zur Unterdrückung störender Wirkungen zwischen einem sog. Tankgeber und dem Anzeigegerät. Ein digitaler Tiefpaß dient zur Unterdrückung oder Dämpfung von Schwankungen des Meßwertes. Solche Schwankungen treten z. B. beim Beschleunigen oder Bremsen oder beim Überfahren von ungleichmäßigem Untergrund auf. Hierbei werden die störenden Schwankungen, die infolge der Schlingerbewegungen und Verlagerungen des Kraftstoffes bei dem genannten Beschleunigen auftreten, ausgenutzt und zwar als sog. Taktgeber zur Lieferung von Taktperioden. Der digitale Tiefpaß erhält eine Zeitkonstante, die groß gegenüber der Periodendauer ist. Der digitale Tiefpaß soll größere Zeitkonstanten aufweisen, als ein analoger Tiefpaß.

Der digitale Tiefpaß weist eine Vielzahl von Schaltungsstufen auf, mit deren Hilfe rechteckförmige Taktgebersignale mit einer periodischen, wiederkehrenden Treppenfunktion verglichen werden. Die Anzeigewerte sind Ergebnisse von Rechen- und Teileroperationen. Die Anzeigesignale ergeben sich durch Vergleiche der Taktgebersignale mit den Treppenfunktionssignalen, durch Vergleiche der Treppenfunktionssignale mit einem gespeicherten Anzeigesignal aus der vorhergehenden Anszeigephase, durch Herunterteilen des Taktgebermeßsignales sowie durch das anschließende Vergrößern oder Verringern des Zählinhaltes eines Vorwärts- und Rückwärtszählers. Die bekannte Vorrichtung weist den Nachteil auf, daß sie komplexe und aufwendige Signalverarbeitungen zeigt. Der sog. digitale Tiefpaß weist nicht ausschließlich digitale Schaltungsteile auf. Die am Ausgang auftretenden rechteckförmigen Impulssignale, die Bestandteil einer Impulsfolge sind, weisen nicht die logischen Ausgangswerte "0" und "1" auf, wie dies bei Digitalschaltungen normalerweise üblich ist. Die Ausgangsrechteckimpulse haben unterschiedliche Amplituden. Daher beinhaltet die Ausgangsrechteckimpulsfolge ein analoges periodisches Rechtecksignal. Die bekannte Schaltung ist aufwendig und für eine reine Digitalverarbeitung nicht geeignet.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ausgehend von der Meßvorrichtung der eingangs genannten Art, eine digitale Schaltung zu schaffen, die bei einfacher Ausbildung Störungen, die über eine bestimmte Zeit hin andauern, zu unterdrücken vermag und bei der eine Anzeige oder Einschaltung eines Stellstromkreises erst dann erfolgt, wenn eine bestimmte Impulsbreite überschritten wird.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß das in einer kapazitiven Meßsonde gewonnene Istwert-Signal in einem ersten Umformer in ein Rechtecksignal umgeformt wird, dessen Impulsbreite abhängig ist von der relativen Lage der Meßsonde zur Flüssigkeit, daß in einer ersten Vergleichsstufe festgestellt wird, ob das Istwert-Signal und das Sollwert-Signal gleichzeitig auftreten, daß das Ausgangssignal der Vergleichsstufe in einer Verzögerungsstufe um eine vorgegebene Zeit verzögert wird, daß das verzögerte logische Ausgangssignal in einer weiteren Vergleichsstufe auf zeitliche Übereinstimmung mit dem Sollwert-Signal geprüft wird und daß in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis entweder die Anzeige oder der Regelantriebsstromkreis betätigbar ist.

Auf diese Weise erhält man in einfacher Weise ein digitales Istwert-Signal sowie ein digitales Sollwert-Signal. Letzteres ist innerhalb der Periodendauer des Istwert-Signals verschoben. In der ersten Vergleichsschaltung wird festgestellt, ob die Impulsphase des Istwert-Signals mit der Impulsphase des Sollwert-Signals zusammenfällt. Liegt keine zeitliche Koinzidenz vor, so ist das Ausgangssignal z. B. logisch "0". Ist jedoch eine zeitliche Koinzidenz zwischen beiden Komparatorsignalen gegeben, so wird z. B. am Ausgang ein Signal logisch "1" erzeugt. Im Falle des logisch "1" Signales wird dieses in eine Verzögerungsstufe um eine vorgegebene Zeitspannung verzögert. Die Zeitspanne ist ein Grenzmaß für eventuelle Störimpulse. Impulse, die eine Impulsdauer aufweisen, die kürzer ist als dieser Grenzwert, werden nicht angezeigt oder ausgewertet. Impulse, welche eine Impulsdauer haben, die größer oder gleich diesem Grenzwert ist, bewirken ausgangsseitig eine Anzeige oder Steuerung des Antriebsstromkreises einschließlich des Stellelementes. Das verzögerte Vergleichssignal der ersten Vergleichsstufe wird zu diesem Zweck mit dem Sollwertsignal in einer zweiten Vergleichsstufe verglichen.

Mit Hilfe dieser Maßnahme kann aufgrund eines Zeitvergleiches ein Istwert an einen Sollwert angeglichen werden, welcher voreinstellbar ist. Der Voreinstellwert des Sollwertes kann hierbei einem vorgegebenen Flüssigkeitsstand und damit einem vorgegebenen Abstand von der Meßsonde entsprechen.

Demnach beinhaltet die Erfindung eine digitale Meßvorrichtung, in der der elektronische Signalvergleich durch Vergleichen der Impulsbreite erfolgt, wobei die Meßvorrichtung zur Messung physikalischer Mengen, wie z. B. des Flüssigkeitsstandes in einem Behälter, dient, welcher auch zur Messung der in einem geschlossenen Raum herrschenden Temperatur geeignet ist. Im letzteren Fall wird ein im voraus eingestellter Temperatur-Sollwert mit dem Temperatur-Istwert des geschlossenen Raums verglichen. Beim Erreichen des eingestellten Temperatur-Sollwertes wird ein Signal abgegeben.

Die Meßvorrichtung ist so ausgebaut, daß die in den geschlossenen Raum hineinragende Meßsonde mit einem Umformer verbunden ist. Dessen Ausgang ist einerseits mit einem Signalumformer und andererseits mit einem Komparator verbunden. Im Komparator wird der Istwert mit einem im voraus eingestellten Vergleichspegel verglichen. Das sich dem Komparator anschließende Zeitglied und ein weiterer Stromkreis bewirken eine Störunterdrückung, wodurch der Komparator dem Stellstromkreis ein Befehlssignal übermittelt. Der Stellstromkreis setzt die den Behälter speisende Einheit (z. B. eine Pumpe) in Gang bzw. stellt sie ab.

Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 die Schaltungsanordnung des Meßsystems in einer schematischen Darstellung;

Fig. 2 die Funktionsweise der vorangehenden Schaltung; und

Fig. 3 die schematische Darstellung der Funktionsweise in dem der Umschaltung folgenden Zustand. Die vertikale diskontinuierliche Linie bezeichnet in beiden Figuren den Moment der Umschaltung.

Der Aufbau der Vorrichtung ist der folgende:

Der Ausgang der Fühlersonde 1 ist dem Eingang eines Signalumformers 2 angeschlossen. Die Impulsbreite des an dem Ausgang des Signalumformers 2 erscheinenden digitalen Signals hängt von dem Istwert ab. Der Ausgang des Signalumformers 2 ist einerseits mit dem Eingang eines Komparators 5 verbunden; andererseits schließt er sich mit einer Leitung dem Eingang eines Signalumformers 3 an. Der Ausgang des Signalumformers 3 ist an den Ein gang eines eine veränderliche Impulsbreite erzeugenden Stromkreises 4 angeschlossen. Der Ausgang des die ver änderliche Impulsbreite erzeugenden Stromkreises 4 ist einerseits an den Eingang des bereits erwähnten Kompara tors 5 angeschlossen. Andererseits ist er mit einer Leitung mit einem Eingang eines Komparators 7 verbunden. Der Ausgang des Komparators 5 schließt sich an den Ein gang eines Verzögerungsglieds 6 an, während der Ausgang des Verzögerungsstromkreises 6 sich an einen ande ren Eingang des bereits erwähnten Komparators 7 an schließt. Der Ausgang des Komparators 7 ist mit dem Ein gang des Antriebsstromkreises 8 verbunden, während der Ausgang des Antriebsstromkreises 8 sich dem Eingang eines Stellrelais 9 anschließt.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist wie folgt:
Das analoge Ausgangssignal des Fühlers bzw. Sonde wird in ein digitales Signal umgewandelt, wobei die Impuls breite des digitalen Signals dem Abstand zwischen der Sonde und der Flüssigkeit entspricht. Auf diese Weise wird der gewünschte Schaltpegel mit einem Impuls mit im voraus einstellbarer Breite erzeugt. Die Schaltungsanordnung vergleicht die Impulsbreite der beiden Impulse. Die dem Auffüllungsgrad des Be hälters proportionale, von dessen Größe abhängige Impuls breite (elektronisches Signal a, bzw. der Rechteckimpuls A) wird mit einem Impuls mit einer in dem gesamten Meß bereich ständig veränderlichen Breite (Rechteckimpuls) "c" bzw. "C" verglichen. Bei dem das im voraus einge stellte Vergleichssignal "c" bzw. "C" überschreiten den Flüssigkeitsstands-Signal im Behälter wird ein logisches JA, d. h. logisches "1"-Signal, ausgebeben, während bei einem zu einem niedrigeren Pegel gehörenden Flüssigkeits stand ein logsiches NEIN, d. h. logisches "0"-Signal, abgegeben wird. Die auf diesem Prinzip beruhende Vorrichtung arbeitet in folgender Weise:
Die von der Meßsonde 1 erzeugte Kapazitätsänderung Δ C und/oder Widerstandsänderung Δ R ruft über den Signal umformer 2 eine Änderung "a" in der Impulsbreite (Fig. 2) oder eine Änderung "A" (Fig. 3) und/oder eine Frequenz änderung hervor. Die von dem Signalumformer 2 geliefer ten und eine mit dem Istwert proportionale Breite aufwei senden Impulse werden einerseits in den ersten Kompara tor 5, andererseits in einen Signalumformer 3 geleitet. Das Ausgangssignal "b" bzw. "B" des Signalumformers 3 steuert den die veränderliche Impulsbreite erzeugenden Strom kreis 4. Der Schaltungsschwellwert bzw. die Empfindlichkeit des Schalters kann mit diesem Stromkreis 4 eingestellt werden. Das Signal "c" bzw. "C" des die veränderliche Impulsbreite erzeugenden Stromkreises 4 wird einerseits dem ersten Komparator 5, andererseits dem zweiten Komparator 7 zugeführt. Das Ausgangssignal "d" bzw. "D" des ersten Komparators 5 gelangt über den Ver zögerungsstromkreis 6 zu dem zweiten Komparator 7. Der zweite Komparator 7 erzeugt aus dem Signal "c" bzw. "C" des Verzögerungsstromkreises 6 und des die veränderliche Impulsbreite erzeugenden Stromkreises 4 das Stellsignal "e" bzw. "E" für den Antriebsstromkreis 8.

Die hier spezifizierte, als Beispiel dienende Ausführung ist so realisiert, daß, wenn der Istwert unter dem Grenz wert liegt, d. h. die Sonde überhaupt nicht oder nur bis zu einem angegebenen Wert ins Wasser eintaucht, der Aus gang sich auf dem logischen Pegel "0" (NEIN) befindet. Dagegen ist dann, wenn der Istwert über dem Grenzwert liegt, der Ausgang auf dem logischen Pegel "1" (JA), d. h. es wird ein Ausgangssignal abgegeben. Unter der Wirkung des JA-Signals betätigt der Antriebsstromkreis 8 das Stellrelais 9.

An den einen Eingang des zweiten Komparators 7 ist der Ausgang des Stromkreises 4 direkt angeschlossen, während an den anderen Eingang der Ausgang des Stromkreises 4 über den ersten Komparator 5 und den die Verzögerung τ _k erzeugenden Verzögerungsstromkreis 6 angeschlossen ist (Fig. 2 und 3). Die Aufgabe der Verzögerungszeit t _k besteht darin, daß der Antriebsstromkreis 8 nur diese Signale als Nutzsignale betrachtet, die wenigstens τ _k Zeit lang an seinem Eingang verweilen. Auf diese Wei se kann der von der Wellenbewegung des Flüssigkeitsspie gels verursachte Störeffekt eliminiert werden auf elektro nische Weise unterdrückt werden. Diese Lösung stellt einen Fortschritt gegenüber den bekannten Lösungen dar, da die Störempfindlichkeit und Frequenzschwankung der analogen Systeme eliminiert sind. Gleichzeitig werden zuverläs sige Parameter zur Verfügung gestellt.

Claims

1. Meßvorrichtung für den Flüssigkeitsstand in einem Be hälter mit einem elektrischen Meßwertgeber zur Lieferung eines zyklischen rechteckigen Meßsignals mit einer Ver gleichsschaltung, in der das Meßsignal als Istwertsi gnal zyklisch mit Bezugssignalen verglichen wird und mit einer Anzeige und/oder einem Regelantriebsstromkreis mit Stellelement, dadurch gekennzeichnet, daß das in einer kapazitiven Meßsonde (1) gewonnene Istwertsignal (a, A) in einem ersten Umformer (2) in ein Rechtecksignal umge formt wird, dessen Impulsbreite abhängig ist von der relativen Lage der Meßsonde (1) zur Flüssigkeit, daß aus dem Istwertsignal (a, A) in einem weiteren Umformer (3) ein Sollwertsignal (c, C) mit vorbestimmter Impulsbreite gewonnen wird, daß in einer ersten Vergleichsstufe (5) festgestellt wird, ob das Istwertsignal und das Sollwert signal gleichzeitig auftreten, daß das Ausgangssignal (d, D) der Vergleichsstufe (5) in einer Verzögerungsstu fe (6) um eine vorgegebene Zeit (τ _K) verzögert wird, daß das verzögerte logische Ausgangssignal (d, D + τ _K) in einer weiteren Vergleichsstufe (7) auf zeitliche Über einstimmung mit dem Sollwertsignal (c, C) geprüft wird und daß in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis entweder die Anzeige oder der Regelantriebsstromkreis (8) betätig bar ist.

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Regelantriebsstromkreis (8) ein als Relais (9) ausgebildetes Stellelement betätigbar ist.

3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Regelantriebsstromkreis (8) ein als Halbleiter-Schaltelement ausgebildetes Stellelement betätigbar ist.