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Gegenstand
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Flüssigkeitsstandsensor
und im Speziellen einen optischen Flüssigkeitsstandsensor zur Messung
eines verbleibenden Flüssigkeitsstandes
in einem Behälter wie
einem Öl-
oder Wassertank.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein konventionelles Heizungssystem
für die Benutzung
in einem Haus umfasst einen Öltank
und einen Indikator zur Anzeige der verbleibenden Ölmenge in
dem Öltank.
Der Indikator umfasst eine transparente Röhre, die außerhalb des Öltankes
und sich in vertikaler Richtung erstreckend angebracht ist. Ein
unteres Ende der Röhre
kommuniziert mit dem Boden des Öltanks.
Die Flüssigkeitsmenge
in dem Öltank
kann durch die Röhre
gesehen werden. Es ist jedoch schwierig, eine verbleibende Restmenge
zu erkennen.
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Die europäische Patentanmeldung
EP 0076930 A1 offenbart
einen Flüssigkeitsstandsensor, in
dem der Druck oberhalb des Sensors durch die Bewegung eines Kolbens
gegen eine Feder gemessen wird. An diesem angebracht ist ein Stab,
der als Übertragungsmechanismus
dient und dessen Bewegung durch induktive Sensoren gemessen wird.
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DE 2711372 A1 offenbart einen Flüssigkeitsstandsensor
mit einem Gehäuse,
einer flexiblen Wand, die das Gehäuse in eine dynamische und
eine konstante Druckkammer teilt, eine federne Baugruppe und einen
Drucksensor.
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US
4, 570, 484 offenbart ein berührungsloses Flüssigkeitsstandmesssystem
mit Kanälen,
deren jeweilige Enden in der Flüssigkeit
nahe eines Punktes eintauchen, um jeweilige Flüssigkeitsdrucksignale zur Verfügung zu
stellen, welche gesammelt und gemittelt werden in einem Kanal, der
dann das gemittelte Flüssigkeitsdrucksignal
an ein flexibles Diaphragma eines elektromagnetischen Übertragers weiterleitet,
an dem eine Metallarmatur in einer Verlängerung befestigt ist mit einer
Basisbaugruppe, die bewegt wird durch das Diaphragma in gegensätzliche
Richtungen innerhalb eines elektromagnetischen Feldes, welches erzeugt
wird durch eine stromführende
Spule, die um einen Kern gewickelt ist und von einer geeigneten
Stromversorgungsquelle mit Energie versorgt wird.
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Ein optischer Flüssigkeitsstandsensor wird in dem
koreanischen Patent 96-13254 offenbart. Der Detektor umfasst einen
Lufteinlass, eine ebene Gummimembran, ein lichtimitierendes Element
und ein lichtempfangendes Element, die angeordnet sind an deren
Spitze, und eine reflektierende Platte angeordnet an der Gummimembran.
Der Detektor kann nur in einem engen Druckbereich verwendet werden
zur Messung des Flüssigkeitsstandes
einer Flüssigkeit
in einem Flüssigkeitstank
mit einer geringen Höhe,
da die Auslenkung der Gummimembrane begrenzt ist. Zusätzlich ist
es schwierig, ein Ausgangssignal zu erhalten, das eine lineare Beziehung
zwischen dem Ausgangssignal und dem Flüssigkeitsstand aufweist. Daher
ist es schwierig, das Ausgangssignal in einem digitalen Signal weiterzuverarbeiten.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, einen Flüssigkeitsstandsensor
zur Verfügung zu
stellen, der eine abgedichtete Kammer mit dem veränderlichen
Druck gegenüber
der Kammer mit konstantem Druck mit einem verbesserten Sensorsystem
aufweist.
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Die zuvor genannte Aufgabe der vorliegenden
Erfindung wird gelöst
durch einen Sensor zur Ermittlung des Flüssigkeitsstandes einer Flüssigkeit
in einem Flüssigkeitsbehälter umfassend
ein Gehäuse, eine
Wand mit wenigstens einem flexiblen Bereich, wobei die Wand das
Innere des Gehäuses
in eine Kammer mit veränderlichem
Druck und eine Kammer mit konstantem Druck teilt, wobei die Kammer
mit dem veränderlichen
Druck mit dem Flüssigkeitsbehälter kommuniziert;
eine Antriebsvorrichtung mit einem Kontaktelement, welche in Kontakt
ist mit der Wand und einem Schirmbauteil in Verbindung mit dem Kontaktelement;
einem elastischen Element, um das Kontaktelement der Antriebsvorrichtung
elastisch gegen die Wand zu drücken
und einem Sensor mit einem lichtemitierenden Element und einem lichtempfangenden
Element, die jeweils dem anderen Element gegenüberliegend angeordnet sind,
wobei das Schirmbauteil der Antriebsvorrichtung zwischen dem lichtemitierenden
Element und dem lichtempfangenden Element angeordnet ist.
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In Übereinstimmung mit weiteren
Aspekten der Erfindung wird ein Kraftstoffversorgungssystem nach
Anspruch 7 zur Versorgung eines Verbrennungssystems mit Kraftstoff
zur Verfügung
gestellt, welches einen Kraftstofftank und einen Flüssigkeitsstandsensor
nach Anspruch 1 umfasst.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Die oben genannten Ziele und weitere
Ziele, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden leichter
verständlich
aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die beschrieben
werden in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1:
ein Blockdiagramm eines Heizungssystems mit einem Flüssigkeitsstandsensor
nach der vorliegenden Erfindung;
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2:
einen Schnitt durch einen optischen Flüssigkeitsstandsensor nach der
vorliegenden Erfindung;
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3:
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Ausgangsstrom und
einem Flüssigkeitsstand
zeigt.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Mit Bezug zu 1 umfasst das Heizungssystem einen Öl- oder
Treibstofftank 12, eine Verbrennungsvorrichtung 14,
eine Regelungsschalttafel 16 und einen Ölversorgungsschlauch oder -rohr 27. Der Öltank 12 verfügt über ein
Einlass 19. Der Öltank 12 ist
verbunden mit der Verbrennungsvorrichtung 14 um den Treibstoff,
der in dem Tank 12 enthalten ist, durch das Versorgungsrohr 27 zuzuführen. Die
Verbrennungsvorrichtung 14 umfasst einen Brenner 22. Das
Versorgungsrohr 27 erstreckt sich bis zu dem Brenner 22.
Das Versorgungsrohr 27 verfügt über ein Ventil 29 und
eine Pumpe 24 um Brennstoff zu dem Brenner 22 zu
fördern.
Ein Flüssigkeitsstandsensor 25 gemäß der vorliegenden
Erfindung ist angeordnet an dem Versorgungsrohr 27.
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Die Regelunsschalttafel 16 zur
Regelung der Verbrennungsvorrichtung 14 verfügt über eine
Anzeigetafel 32 zur Anzeige des Flüssigkeitsstandes. Kabel 33 verbinden
den Detektor 25 und die Regelungsschalttafel 16 elektrisch
um elektrische Energie für den
Detektor 25 bereitzustellen und ein Signal, das von dem
Detektor 25 generiert wird, an die Regelunsschalttafel 16 übertragen
zu können.
Die Regelungsschalttafel 16 umfasst einen elektronischen
Schaltkreis, der die übertragenen
Signale verarbeitet in ein Anzeigesignal und zeigt dieses auf der
Anzeigetafel 32 an.
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2 zeigt
den Detektor 25 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Der Detektor 25 umfasst ein Gehäuse 50,
eine Begrenzungswand nach Art eines Balges oder einen Balg 53,
eine Antriebsvorrichtung 112 und eine Sensorbaugruppe oder
einen Sensor 62. Der Detektor 25 hat eine Konstantdruckkammer oder
Kammer mit konstantem Druck 56 mit Atmosphärendruck
und eine dynamische Kammer mit veränderlichem Druck 58,
welche voneinander getrennt werden durch die Begrenzungswand oder
den Balg 53. Das Gas, wie z. B. Luft, ist in der Kammer
mit veränderlichem
Druck 58 enthalten.
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Das Gehäuse 50 umfasst ein
oberes Gehäuseteil 68 und
ein unteres Gehäuseteil 70.
Das untere Gehäuseteil 70 hat
einen kreisförmigen
Boden 71 und eine zylindrische Seitenwand 73,
die sich abwärts
von der Kante des Bodens 71 erstreckt. Ein Flansch 75 wird
gebildet an der Oberseite der Seitenwand 73. Das untere
Gehäuseteil 70 hat
eine Bohrung 79 in der Mitte des Bodens 71 und
einen runden Vorsprung 82, welcher die Bohrung 79 umgibt.
Ein Schraubgewinde wird gebildet an der äußeren Oberfläche des
runden Vorsprungs 82. Der runde Vorsprung 82 des
unteren Gehäuseteils 70 ist
befestigt mit einem Verbindungsrohr 66, durch welches die Kammer
mit veränderlichem
Druck mit dem Versorgungsrohr 27 kommuniziert (siehe 1). Das Verbindungsrohr 66 hat
ein Schraubgewinde an einer inneren Oberfläche des oberen Bereiches, so
dass das Verbindungsrohr 66 mit dem unteren Gehäuseteil 70 fest
verbunden werden kann durch Eingriff der Gewindegänge des
Verbindungsrohres 66 mit dem runden Vorsprung 82.
Eine umlaufende Dichtung 83 ist eingefügt zwischen dem Verbindungsrohr 66 und dem
unteren Gehäuseteil 70.
Des weiteren wird ein Gewinde gebildet an einer engeren Oberfläche des unteren
Teiles des Verbindungsrohres 66.
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Das Versorgungsrohr 27 umfasst
eine Abzweigung 86. Ein Schraubgewinde ist an einer äußeren Oberfläche des
Abzweiges 86 angeordnet. Das Verbindungsrohr 66 ist
an dem Versorgungsrohr 27 durch Eingriff der Schraubgewinde
der Abzweigung 86 mit dem Schraubgewinde des unteren Bereiches des
Verbindungsrohres 66 befestigt. Auf diese Weise kommuniziert
das Versorgungsrohr 27 mit der Kammer mit veränderlichem
Druck 58 der Innenseite des Gehäuses 50. Eine umlaufende
Dichtung ist zwischen dem Verbindungsrohr 66 und der Abzweigung 86 eingefügt. Bevorzugt
ist vorgesehen, dass die Querschnittsfläche des Verbindungsrohres 66 gleichförmig entlang
der Länge
des Verbindungsrohres 66 ist und sich der Flüssigkeitsstand
des Öles
jederzeit zwischen dem oberen und dem unteren Ende des Verbindungsrohres 66 befindet.
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Die Wand 53 ist oberhalb
des unteren Gehäuseteils 70 angeordnet.
Ein oberes Ende 88 der Wand 53 ist eben und kreisförmig und
das untere Ende ist offen. Eine faltenförmige Seitenwand 90 erstreckt
sich abwärts
von der Kante des oberen Endes 88. Ein Flansch 92 ist
an dem Boden der Seitenwand 90 angeformt. Der Flansch 92 berührt den
Flansch 75 des unteren Gehäuseteils 70. Vorzugsweise
ist das Material der Wand 53 ein Gummi.
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Das obere Gehäuseteil 68 umfasst
ein kreisförmiges
Oberteil 98 und eine zylindrische Seitenwand 96,
die sich von der Kante des Oberteils 98 erstreckt. Das
obere Gehäuseteil 68 hat
eine Bohrung angeordnet in der Mitte des Oberteils 98 und
einen umlaufenden Vorsprung 105, der die Bohrung umgibt.
Das Schraubgewinde ist an der inneren Oberfläche des umlaufenden Vorsprunges 105 ausgebildet. Das
obere Gehäuseteil 68 umfasst
einen Flansch 102 angeformt an der Unterseite der Seitenwand 96.
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Der Flansch 92 der Wand 53 ist
zwischen dem Flansch 102 des oberen Gehäuseteils 68 und dem
Flansch 75 des unteren Gehäuseteils 70 angeordnet.
Das Gehäuse 50 hat
ein umlaufendes Band 104. Der obere Gehäuseteil 68 und der
untere Gehäuseteil 70 werden
zusammengehalten durch das Band 104. Das verbindende Band 104 ist
aus Metall. Die Anordnung zur Verbindung oberen und unteren Gehäuseteils
wird durch die vorherigen Ausführungen
nicht limitiert. Alternativ könnten
Schrauben und Muttern zur sicheren Verbindung der Flansche 102 des
oberen Gehäuseteils 68 mit
dem Flansch 75 des unteren Gehäuseteils 70 verwendet
werden. Klebeband kann benutzt werden zur unlösbaren Verbindung zwischen
dem Flansch 102 des oberen Gehäuseteils 68 dem Flansch 92 der
Wand 53 und dem Flansch 75 des unteren Gehäuseteils 70.
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Eine umlaufende Dichtung 103 ist
an einem oberen Bereich des oberen Gehäuseteils 68 angeordnet.
Die Dichtung 103 verhindert ein Austreten von Öl in Verbindung
mit der Antriebsvorrichtung 112 wenn die Wand 53 beschädigt ist,
was weiter unten beschrieben wird.
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Die Antriebsvorrichtung 112 hat
eine kreisförmige
Kontaktplatte oder ein Kontaktelement 113 und einen Stab 115 der
befestigt ist in der Mitte der kreisförmigen Platte 113.
Die untere Oberfläche
der kreisförmigen
Platte 113 ist in Kontakt mit der Oberkante 88 der
Wand 53, so dass der Druck der Kammer mit veränderlichem
Druck 58 auf die Platte 113 übertragen wird. Die kreisförmige Platte 113 und
die Oberseite der Wand 53 können integriert miteinander verbunden
sein. Eine Führungshülse 118 ist
eingeführt
in und verbunden mit dem umlaufenden Vorsprung 105 des
oberen Gehäuseteils 68 durch
Eingriff zwischen einem Schraubgewinde, das gebildet wird an der äußeren Oberfläche der
Führungshülse 118 und
einem Schraubgewinde, das gebildet wird an der inneren Oberfläche des
umlaufenden Vorsprungs 105.
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Der Stab 115 ist durch die
Bohrung der Führungshülse 118 beweglich
eingeführt
und der Stab 115 kann sich auf- und abwärts bewegen. Die Kammer mit
konstantem Druck 56 kommuniziert durch die Führungshülse 118 mit
der Außenseite
des Gehäuses 50.
Eine Bohrung kann an der Oberseite 98 des oberen Gehäuseteils 68 angeordnet
sein, um einen Pfad zwischen der Kammer mit konstantem Druck und
der Außenseite
des Gehäuses
bereitzustellten.
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Ein Federelement oder eine Druckfeder 121 ist
zwischen der Führungshülse 118 und
der kreisförmigen
Platte 113 angeordnet um die kreisförmige Platte 113 federnd
zu drücken.
Der Stab 115 hat ein Sackloch an der Oberseite des Stabes 115 angeordnet.
Ein Schraubgewinde ist an der inneren Oberfläche des Sackloches 123 angeordnet.
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Die Antriebsvorrichtung 112 umfasst
ein Schirmbauteil oder Bauteil zur Verhinderung von Lichtdurchfluss 134 um
selektiv Licht, das übertragen wird
von dem lichtemittierenden Element 129 zu dem lichtempfangenden
Element 132, zu blockieren, wie weiter unten beschrieben
wird. Das Schirmbauteil 134 umfasst eine Schirmbaugruppe 135,
welche sich vertikal erstreckt und eine Kupplungsbaugrauppe oder
Verbindungsbaugruppe 139, welche sich von dem oberen Ende
der Schirmbaugruppe 135 erstreckt. Die Verbindungsbaugruppe 139 ist
im Wesentlichen senkrecht zu der Schirmbaugruppe 135 angeordnet.
Die Schirmbaugruppe 135 hat ein Loch angeordnet an dem
Ende der Verbindungsbaugruppe 139. Eine Einstellschraube 142 ist
in die Bohrung des Schirmbauteils 134 eingeführt und
das Schirmbauteil 134 ist an der Schraube 142 mittels
eines Sprengringes 143 befestigt. Die Schraube 142 mit dem
Schirmbauteil 134 ist in die Sacklochbohrung 123 des
Stabes 115 eingeführt.
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Die Sensorbaugruppe oder der Sensor 62 umfasst
eine Schaltkreisplatine 126, ein lichtemittierendes Element 129 und
lichtempfangendes Element 132 angeordnet an der Schaltkreisplatine 126.
Das lichtemittierende Element 129 und lichtempfangende Element 132 sind
so an der Schaltkreisplatine 126 angeordnet, dass diese
sich gegenüber
stehen. Vorzugsweise ist das lichtemittierende Element 129 eine LED-
und das lichtempfangende Element 132 eine CDS-Zelle. Das
Schirmelement des Schirmbauteiles ist zwischen dem lichtemittierenden
Element 129 und dem lichtempfangenden Element 132 angeordnet. Die
Schaltkreisplatine 126 hat stromleitende Kabel zur Verbindung
mit dem messenden Bereich 62 der Schalttafel. Auf diese
Weise kann elektrische Energie für
die Messbaugruppe 62 bereitgestellt werden und das Signal,
welches produziert wird an der Messbaugruppe 62, kann zu
der Schalttafel übertragen
werden.
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Der Detektor verfügt über eine Kappe 146. Die
Kappe 146 ist an der Oberseite des oberen Gehäuseteiles 68 angeordnet.
Die Kappe 146 ist aus einem nicht durchsichtigen Material
hergestellt um Licht von der Außenseite
des Detektors 25 zu blockieren. Die Kappe 146 hat
eine Öffnung 148,
durch welche die Kabel 130 hindurchgeführt sind. Die Öffnung 148 erlaubt
der Kammer mit konstantem Druck 56 mit der Außenseite
des Detektors 25 zu kommunizieren.
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Im Bezug auf die 1 und 2 wird
der Betrieb des optischen Flüssigkeitsstandsensors
gemäß der vorliegenden
Erfindung nachfolgend beschieben.
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Wird der Flüssigkeitsstand in dem Tank 12 höher, so
erhöht
sich der Druck in der Kammer mit veränderlichem Druck 58.
Ein erhöhter
Druck der Kammer 58 verursacht eine Aufwärtsbewegung
der Oberseite 88, der Wand 53 und der kreisförmigen Platte 113,
bis der Druck im Gleichgewicht ist mit der Federkraft der Feder 121.
Der Sprengring 134 bewegt sich nvt der umlaufenden Platte 113.
Auf diese Weise erhöht
sich die Lichtmenge, die empfangen wird durch das lichtempfangende
Element 132. Auf diese Weise wird ein elektrisches Signal
entsprechend der vergrößerten Menge
an Licht, welches empfangen wird durch das lichtempfangende Element 132,
generiert und übertragen
an die Regelungsschalttafel 16.
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Wird der Ölstand geringer, so wird der
Druck in der Kammer mit veränderlichem
Druck 58 geringer. Daher bewegt sich das Schirmbauteil 134 abwärts und
die Menge an Licht, die übertragen
wird auf das lichtempfangende Element 132 wird verringert.
Die Veränderung
der verbleibenden Menge an Öl
innerhalb des Öltanks
wird angezeigt an der Anzeigetafel 32 Regelungsschalttafel 16.
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Die Führungshülse 118 ist in den
umlaufenden Vorsprung 105 eingeschraubt, so dass, wenn
die Führungshülse 118 gedreht
wird, diese sich entweder auf- oder abwärts bewegt. Die Kraft der Feder 121,
die federnd auf die Kontaktplatte 113 drückt, kann
eingestellt werden. Dadurch wird der Druck der Kammer mit veränderlichem
Druck 58 eingestellt. Auf diese Weise erlaubt die Einstellfunktion
der Führungshülse 118 den
Detektor 25 für
unterschiedliche Höhen
von Flüssigkeitstanks
einzustellen. Die Führungshülse 118 kann
gedreht werden und von dem oberen Gehäuseteil 68 gelöst werden.
Danach kann die Feder 121 leicht durch ein anderes federndes Element
mit einem unterschiedlichen Federkoeffizienten ersetzt werden.
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Wird die Einstellschraube 142 gedreht,
so wird das Schirmbauteil 134 auf- oder abwärts bewegt.
Auf diese Weise kann bei in etwa leerem Tank der Nullpunkt der Anzeigetafel
justiert werden.
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Wie anhand der 3 dargestellt, kann eine lineare Beziehung
zwischen dem Ausgangssignal, welches durch den Sensor 62 generiert
wird, und dem Flüssigkeitsstand
in dem Tank erreicht werden.
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In einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann der Detektor 25 eine verlängerte Anschlussleitung
aufweisen, welche an dem unteren Gehäusebauteil angeordnet ist,
und kann an der Oberseite des Kraftstofftanks angeordnet werden.
Die Verbindungsleitung erstreckt sich von der Unterseite des unteren
Gehäusebauteiles 70 des
Detektors 25 zu der Unterseite des Kraftstofftanks.
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Obwohl in der zuvor dargestellten
Ausführungsform
beschrieben worden ist, dass der Detektor für ein Heizungssystem für einen Öltank eines
Hauses benutzt wird, kann der erfindungsgemäße Detektor benutzt werden
zur Ermittlung jeder Art von Flüssigkeitsstand
einer Flüssigkeit
in einem Flüssigkeitsbehälter. Der
erfindungsgemäße Detektor
kann beispielsweise benutzt werden für eine Waschmaschine, einen Öltank einer
Tankstelle und dergleichen.
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Des weiteren kann der erfindungsgemäße Detektor
zur Anzeige eines Flüssigkeitsstandes
in einem Kraftstofftank eines Fahrzeuges benutzt werden. Der Detektor
ist angeordnet an der Oberseite des Kraftstofftanks. Vorzugsweise
ist der Detektor im geometrischen Mittelpunkt in einer horizontalen
Ebene positioniert. Die Unterkante des Verbindungsrohres des Detektors
erstreckt sich zum Boden des Flüssigkeitstanks.
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In 2 dargestellt
ist, dass der Sensor 62 an der Oberseite des oberen Gehäuseteils 68 angeordnet
ist. In einer weiteren Ausführungsform
kann der Sensor 62 alternativ am Rande der Kappe 146 angebracht
werden und hängt
von dieser herab. Die lichtemittierenden und lichtempfangenden Elemente 132 erstrecken
sich von der Schaltkreisplatine abwärts. Die Schirmplatte erstreckt
sich aufwärts
von dem Ende der Kupplungsbaugruppe 139.
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In einer weiteren Ausführungsform
kann das Druckeinstellmittel in einem Platz des unteren Gehäuseteils
angebracht sein zur Einstellung des Druckes der Kammer mit veränderlichem
Druck. Beispielsweise kann das untere Gehäuseteil eine Öffnung und
einen Stecker zum Verschluss der Öffnung aufweisen. Der Stecker
kann beliebig geöffnet
werden. Auf diese Weise kann der Druck in der Kammer mit veränderlichem
Druck eingestellt werden.
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Obwohl die Erfindung mit Bezug auf
die exemplarische Ausführungsform
dargestellt und beschrieben wurde ist es verständlich, dass verschiedene Änderungen,
Modifikationen und Zusätze
gemacht werden können,
ohne den Gegenstand der Erfindung, wie er beansprucht ist, zu verlassen.