WO2001081876A2 - Anordnung zur detektion eines flüssigkeitspegels - Google Patents

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Julian De La Azuela
David Ortiz Sanchez
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Robert Bosch Gmbh
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    • G01F23/24—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of resistance of resistors due to contact with conductor fluid
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    • G01F23/242—Mounting arrangements for electrodes

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for the detection of a liquid level, in particular the water level in an aggregate, according to the preamble of the main claim.
  • the arrangement for detecting a liquid level mentioned at the outset has electrodes in the region of the liquid level to be monitored, the electrodes being connected to an electronic evaluation circuit by means of which the change in resistance between the electrodes upon contact with the liquid cannot be converted into an evaluation signal.
  • the evaluation signal is used to signal that the level has been exceeded.
  • the sensor is advantageously connected to the switching module together with a timing element, so that when the supply voltage for the evaluation circuit is switched on, signaling takes place in a time period predetermined with the timing element even without contact of the electrodes with the liquid.
  • the timing element is a simple and space-saving R-C circuit which is connected to the control input of the switching module with its central connection and the sensor with the resistive electrode path is parallel to the capacitor of the R-C circuit. It is particularly advantageous if the switching module is a field effect transistor, preferably a MOSFET.
  • the signal output of the field effect transistor is routed to the input of a Darlington circuit, with means that the signaling, for example with a lamp, can be carried out via very precisely adjustable switching times.
  • the time period of the signaling when the arrangement is switched on depends on the dimensioning of the timing element, in particular the RC circuit, but is not influenced by the length of the electrodes of the sensor.
  • the arrangement is installed in a compact sensor module which can be plugged or screwed onto a liquid container to be monitored.
  • Simple assembly and a compact housing shape can be achieved if the electrodes are attached on the inner side facing the liquid and there is a circuit board in contact with the electrodes with the evaluation circuit.
  • the contact can be made, for example, by welding and then encapsulated with silicone, for example, to protect the electronic components on the circuit board.
  • the previously described unit can be welded on the outer side to the plug pins of a plug so that a corresponding evaluation signal can be processed further.
  • These preassembled components can then be easily extrusion-coated, for example with plastic, to produce the entire sensor module, so that the desired installation shape is produced.
  • FIG. 1 shows a schematic section through a sensor module for monitoring a water level
  • FIG. 2 shows a circuit diagram of an evaluation circuit of the sensor module
  • Figure 3 is a circuit diagram of an extended evaluation circuit of the sensor module with a Darlington power amplifier
  • Figure 4 shows a curve of a voltage measured with the water level over time.
  • FIG. 1 shows a cut-open sensor module 1 with two electrodes 2 and 3, which come to rest after installation in a liquid container (not shown here) and detect contact with the liquid, here water.
  • the electrodes 2 and 3 are concludes contacted on a circuit board 4, on which the evaluation circuit explained below is attached.
  • the other connections of the printed circuit board 4 are contacted with plug pins 5, which are located in a plug housing 6 as part of the sensor module 1.
  • a circuit diagram of an evaluation circuit according to FIG. 2 shows a field effect transistor Q1, which is supplied with a switching signal via an R-C circuit with a capacitor C1 in the size of approximately 1 ⁇ F and a resistor R2 in the size of approximately 2.2 M.
  • a signal means L e.g. a lamp, driven.
  • the electrodes 2 and 3 are shown here schematically as a sensor S, which is parallel to the capacitor C1 with the resistance of the path between the electrodes 2 and 3.
  • the evaluation circuit according to FIG. 2 is supplied with a supply voltage U, which is additionally stabilized here via a resistor Rl and a zener diode Dl, e.g. to about 5 V.
  • an exemplary embodiment according to FIG. 3 also has a Darlington output stage Q2 connected downstream of the field effect transistor Q1 and via which the signaling means L is controlled.
  • the field effect transistor Q1 or also the Darlington output stage Q2 according to FIG. 2, is also controlled, so that the signaling means L is actuated, e.g. by lighting up a lamp.
  • the signaling means L is actuated, e.g. by lighting up a lamp.
  • this state remains as if from one Diagram according to FIG. 4, which shows the profile of the voltage u1 on the signal means L, can be seen.
  • the course in FIG. 4 shows the conditions in the circuit according to FIG. 3; the course in the circuit according to FIG. 2 would result in a flatter falling edge.
  • the signaling means L goes out provided that the resistance gap between the electrodes 2 and 3 in the sensor S is large enough.
  • the resistance becomes so low that the field effect transistor Q1 is opened again and the signaling means L is actuated again until the water level drops and the electrodes 2 and 3 are released.

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Abstract

Es wird eine Anordnung zur Detektion eines Flüssigkeitspegels vorgeschlagen, bei der Elektroden (2, 3) eines Sensors (S) im Bereich des zu überwachenden Flüssigkeitspegels angeordnet sind und die Elektroden (2, 3) mit einer elektronischen Auswerteschaltung verbunden sind, mittels der die Widerstandsänderung zwischen den Elektroden (2, 3) bei einem Kontakt mit der Flüssigkeit in ein Auswertesignal unwandelbar ist. Über einen Schaltbaustein (Q1; Q2) erfolgt eine Signalisierung der Pegelüberschreitung, wobei der Sensor (S) zusammen mit einem Zeitglied (R2, C1) an den Schaltbaustein (Q1; Q2) geschaltet ist, so dass beim Einschalten der Versorgungsspannung (U) für die Auswerteschaltung in einer mit dem Zeitglied (R2, C1) vorgegebenen Zeitspanne eine Signalisierung auch ohne Kontakt der Elektroden (2, 3) mit der Flüssigkeit erfolgt.

Description

Anordnung zur Detektion eines Flüssigkeitspegels
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Detektion ei- nes Flüssigkeitspegels, insbesondere des Wasserstandes in einem Aggregat, nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Aus der DE 30 00 585 AI ist eine Anordnung bekannt, mit der der Pegel eines Wasserstandes in einem Wasserabscheider für einen Treibstofffilter in einem Kraftfahr- zeug überwacht werden soll. Hierzu sind Elektroden vorhanden, die bei einer Überschreitung des zu überwachenden Pegels vom Wasser umschlossen werden, wodurch eine messbare Widerstandsänderung zwischen den Elektroden bewirkt wird. Diese Widerstandsänderung kann mit einer elektronischen Schaltung dahingehend ausgewertet werden, dass beim Überschreiten des vorgegebenen Pegels eine Alarmfunktion ausgelöst wird. Vorteile der Erfindung
Die eingangs erwähnte Anordnung zur Detektion eines Flüssigkeitspegels weist Elektroden im Bereich des zu überwachenden Flüssigkeitspegels auf, wobei die Elektroden mit einer elektronischen Auswerteschaltung verbunden sind, mittels der die Widerstandsänderung zwischen den Elektroden bei einem Kontakt mit der Flüssigkeit in ein Auswertesignal unwandelbar ist. Mit dem Auswertesignal erfolgt über einen Schaltbaustein eine Signalisierung der Pegelüberschreitung. Gemäß der Erfindung wird in vorteilhafter Weise der Sensor zusammen mit einem Zeitglied an den Schaltbaustein geschaltet, so dass beim Einschalten der Versorgungsspannung für die Auswerteschaltung in einer mit dem Zeitglied vorgegebenen Zeitspanne eine Signalisierung auch ohne Kontakt der Elektroden mit der Flüssigkeit erfolgt.
Die Signalisierung beim Einschalten der Anordnung, beispielsweise beim Starten eines Kraftfahrzeugs, dient der Kontrolle der einwandfreien Funktion der Anordnung. Das Zeitglied ist bei einer bevorzugten Ausführungsform eine einfach und platzsparend aufzubauende R-C- Schaltung, die mit ihrem Mittelanschluss am Steuereingang des Schaltbausteins liegt und wobei der Sensor mit der widerstandsbehafteten Elektrodenstrecke parallel zum Kondensator der R-C-Schaltung liegt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Schaltbaustein ein Feldeffekttransistor, vorzugsweise ein MOSFET ist.
Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungs- form ist der Signalausgang des Feldeffekttransistors auf den Eingang einer Darlingtonschaltung geführt, mit- tels der die Signalisierung, beispielsweise mit einer Lampe,- über sehr präzise einstellbare Schaltzeiten vorgenommen werden kann. Bei allen Ausführungsformen ist es besonders vorteilhaft, dass die Zeitspanne der Si- gnalisierung beim Einschalten der Anordnung zwar von der Dimensionierung des Zeitgliedes, insbesondere der R-C-Schaltung, abhängig ist, aber nicht von der Länge der Elektroden des Sensors beeinflusst wird.
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn die Anordnung in ein kompaktes Sensormodul eingebaut ist, das auf einen zu überwachenden Flüssigkeitsbehälter aufsteck- oder aufschraubbar ist. Eine einfache Montage und eine kompakte Gehäuseform ist realisierbar, wenn auf der inneren, der Flüssigkeit zugewandten Seite, die Elektroden ange- bracht sind und im Inneren eine mit den Elektroden kontaktierte Leiterplatte mit der Auswerteschaltung vorhanden ist. Die Kontaktierung kann beispielsweise durch Verschweißen hergestellt werden und dann zum Schutz der elektronischen Bauelemente auf der Leiterplatte zum Beispiel mit Silikon umspritzt werden.
Desweiteren kann die zuvor beschriebene Einheit auf der äußeren Seite mit den Steckerstiften eines Steckers verschweißt werden, damit ein entsprechendes Auswertesignal weiterverarbeitet werden kann. Diese vormontier- ten Bauelemente können dann auf einfache Weise zur Herstellung des gesamten Sensormoduls beispielsweise mit Kunststoff umspritzt werden, so dass die gewünschte Einbauform entsteht.
Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbil- düngen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Detektion eines Flüssigkeitspegels wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen schematischen Schnitt durch ein Sensormodul für eine Überwachung eines Wasserpegels;
Figur 2 ein Schaltbild einer Auswerteschaltung des Sensormoduls;
Figur 3 ein Schaltbild einer erweiterten Auswerteschaltung des Sensormoduls mit einer Darlington-Endstufe und
Figur 4 einen Verlauf einer mit dem Wasserpegel gemessenen Spannung über der Zeit.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Figur 1 zeigt ein aufgeschnittenes Sensormodul 1 mit zwei Elektroden 2 und 3, die nach dem Einbau in einen hier nicht dargestellten Flüssigkeitsbehälter zu liegen kommen und den Kontakt mit der Flüssigkeit, hier Was- ser, detektieren. Die Elektroden 2 und 3 sind mit An- schlüssen auf einer Leiterplatte 4 kontaktiert, auf der die weiter unten noch erläuterte Auswerteschaltung angebracht ist. Die weiteren Anschlüsse der Leiterplatte 4 sind mit Steckerstiften 5 kontaktiert, die in einem Steckergehäuse 6 als Teil des Sensormoduls 1 liegen.
Ein Schaltbild einer Auswerteschaltung nach Figur 2 zeigt einen Feldeffekttransistor Ql, der über eine R-C- Schaltung mit einem Kondensator Cl in der Größe von ca. 1 μF und einem Widerstand R2 in der Größe von ca. 2,2 M mit einem Schaltsignal versorgt wird. Über den Feldeffekttransistor Ql wird ein Signalmittel L, z.B. eine Lampe, angesteuert. Die Elektroden 2 und 3 sind hier schematisch als Sensor S gezeichnet, der mit dem Widerstand der Strecke zwischen den Elektroden 2 und 3 par- allel zum Kondensator Cl liegt. Die Auswerteschaltung nach der Figur 2 wird mit einer Versorgungsspannung U beaufschlagt, die hier zusätzlich über einen Widerstand Rl und einer Zenerdiode Dl stabilisiert wird, z.B. auf ca. 5 V.
Ein Ausführungsbeispiel nach Figur 3 weist zusätzlich zu der Schaltungsanordnung nach der Figur 2 noch eine dem Feldeffekttransistor Ql nachgeschaltete Darlington- Endstufe Q2 auf, über die das Signalmittel L angesteuert wird.
Nach dem Einschalten der Versorgungsspannung U wird der Feldeffekttransistor Ql, bzw. auch die Darlington- Endstufe Q2 nach der Figur 2, au gesteuert, so dass das Signalmittel L betätigt wird, z.B. indem eine Lampe aufleuchtet. Für eine von der Dimensionierung von Cl und R2 abhängige Zeitspanne, hier zum Beispiel ca. 2
Sekunden, bleibt dieser Zustand erhalten, wie aus einem Diagramm nach Figur 4, das den Verlauf der Spannung ül am Signalmittel L zeigt, zu entnehmen ist. Der Verlauf in der Figur 4 zeigt die Verhältnisse bei der Schaltung nach der Figur 3; der Verlauf bei der Schaltung nach der Figur 2 würde eine flachere abfallende Flanke ergeben.
Nach dem Aufladen des Kondensators Cl erlischt das Signalmittel L unter der Voraussetzung, dass die Widerstandsstrecke zwischen den Elektroden 2 und 3 im Sensor S groß genug ist. Bei einem Kontakt der Elektroden 2 und 3 mit Wasser wird der Widerstand hier jedoch so gering, dass der Feldeffekttransistor Ql wieder aufgesteuert und das Signalmittel L wieder betätigt wird, bis der Wasserpegel sinkt und die Elektroden 2 und 3 freigibt.

Claims

Patentansprüche
1) Anordnung zur Detektion eines Flüssigkeitspegels, bei der
-Elektroden (2,3) eines Sensors (S) im Bereich des zu überwachenden Flüssigkeitspegels angeordnet sind und
-die Elektroden (2,3) mit einer elektronischen Auswer- teschaltung verbunden sind, mittels der die Widerstandsänderung zwischen den Elektroden (2,3) bei einem Kontakt mit der Flüssigkeit in ein Auswertesignal umwandelbar ist, mit dem über einen Schaltbaustein (Q1;Q2) eine Signalisierung der Pegelüberschreitung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass
-der Sensor (S) zusammen mit einem Zeitglied (R2,C1) an den Schaltbaustein (Q1;Q2) geschaltet ist, so dass beim Einschalten der Versorgungsspannung (U) für die Auswerteschaltung in einer mit dem Zeitglied (R2,C1) vorgege- benen Zeitspanne eine Signalisierung auch ohne Kontakt der Elektroden (2,3) mit der Flüssigkeit erfolgt.
2) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass -das Zeitglied (R2,C1) eine R-C-Schaltung ist, die mit ihrem Mittelanschluss am Steuereingang des Schaltbausteins (Ql) liegt und der Sensor mit der widerstandsbe- hafteten Elektrodenstrecke parallel zum Kondensator (Cl) der R-C-Schaltung liegt.
3) Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass
-der Schaltbaustein ein Feldeffekttransistor (Ql) , vorzugsweise ein MOSFET, ist.
4) Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
-der Signalausgang des Feldeffekttransistors (Ql) auf den Eingang einer Darlingtonschaltung (Q2) geführt ist, mittels der die Signalisierung vorgenommen wird.
5) Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
-die Anordnung in ein kompaktes Sensormodul (1) eingebaut ist, das auf einen zu überwachenden Flüssigkeitsbehälter aufsteck- oder aufschraubbar ist und dass -das Sensormodul (1) auf der inneren, der Flüssigkeit zugewandten Seite die Elektroden (2,3), im Inneren eine mit den Elektroden (2,3) kontaktierte Leiterplatte (4) mit der Auswerteschaltung und auf der äußeren Seite einen Stecker (6) zur Kontaktierung der Signal- oder wei- teren Auswertemittel aufweist.
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