DE20011284U1 - Level sensor - Google Patents
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Description
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ABG104_T1.docABG104_T1.doc
FüllstandsgeberLevel sensor
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Füllstandsermittlung einer in einem Behältnis ihre Menge verändernden Flüssigkeit, die wenigstens eine Drucksensoreinrichtung aufweist.The invention relates to a device for determining the fill level of a liquid whose quantity changes in a container, which device has at least one pressure sensor device.
Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE 196 43 753 Al bekannt, die folgende Teile aufweist:A device of the type mentioned above is known from DE 196 43 753 Al, which has the following parts:
- ein einseitig festgelegtes Kraftmeßelement und- a one-sided fixed force measuring element and
- einen Auftriebskörper, durch den das freie Ende des Kraftmeßelements kontaktierend mit einer Kraft beaufschlagt wird. Zwischen dem Kraftmeßelement und dem Auftriebskörper ist ein auf einer Drehpunktauflage aufliegender Kompensationsstab mit einem Ende angeordnet, wobei am gegenüberliegenden Ende ein Kompensationsgewicht angehängt ist. Das einseitig festgelegte Kraftmeßelement ist ein Piezzomeßumformer, ein Federmeßwegmeßsystem oder ein Biegekörperelement, auf dem eine Sensorstruktur zur Erfassung von Oberflächenspannungen angeordnet ist.- a buoyancy body, through which the free end of the force measuring element is subjected to a force by contact. A compensation rod resting on a pivot point support is arranged between the force measuring element and the buoyancy body, with a compensation weight attached to the opposite end. The force measuring element fixed at one end is a piezoelectric transducer, a spring displacement measuring system or a bending body element on which a sensor structure for detecting surface tensions is arranged.
Diese Vorrichtung hat sich bewährt, ist aber in ihrem Aufbau zu aufwendig.This device has proven itself, but its construction is too complex.
Bekannt sind weiterhin Füllstandsgeber unter Zuhilfenahme von Drucksensoren, die als Tauchsonde den hydrostatischen DruckAlso known are level sensors using pressure sensors, which act as submersible probes to measure the hydrostatic pressure
» 3 &iacgr; .» 3 &iacgr; .
einer darüber stehenden Flüssigkeitssäule messen. Diese Tauchsonderi sind besonders für ruhende Behälter geeignet, da bei auftretenden Beschleunigungen die entstehenden Druckspitzen direkt dem x-fachen der Achse L auftretenden Erdbeschleunigung entsprechen. Darüber hinaus gibt es bei der Verwendung von Absolutdruckgebern Meßfehler, wenn der Behälterinnendruck schwankt, da dieses zusätzlich auf den hydrostatischen Druck der Flüssigkeitssäule wirkt. Werden Relativdruckgeber eingesetzt, so muß eine Druckausgleichsleitung über den maximalen Flüssigkeitsspiegel gelegt werden.a liquid column above it. These immersion probes are particularly suitable for stationary vessels, since when accelerations occur, the pressure peaks that arise correspond directly to x times the acceleration due to gravity occurring on the L axis. In addition, when using absolute pressure sensors, measurement errors occur when the pressure inside the vessel fluctuates, since this also affects the hydrostatic pressure of the liquid column. If relative pressure sensors are used, a pressure compensation line must be laid above the maximum liquid level.
Hierbei ist wiederum nachteilig, daß im Falle einer Kondensatbildung in der Druckausgleichsleitung Flüssigkeitsansammlungen entstehen können, die das Meßergebnis verfälschen und schwer zu entfernen sind.The disadvantage here is that if condensate forms in the pressure equalization line, liquid accumulations can occur which distort the measurement result and are difficult to remove.
Ebenfalls bekannt sind Füllstandsgeber mit angeschlossenem Staurohr, bei denen sich der Drucksensor über dem zu messenden Maximalpegel befindet.Also known are level sensors with a connected pitot tube, in which the pressure sensor is located above the maximum level to be measured.
Nachteilig ist hierbei, daß die im Staurohr eingeschlossene Gasmenge in ihrem Volumen temperaturabhängig ist und damit bei großen TemperaturSchwankungen auch entsprechende Meßfehler auftreten. Weiterhin ist die Füllstandskennlinie durch die Kompressibilität des eingeschlossenen Gases nicht linear.The disadvantage here is that the volume of gas enclosed in the Pitot tube is temperature-dependent, and therefore large temperature fluctuations can lead to measurement errors. Furthermore, the fill level characteristic is not linear due to the compressibility of the enclosed gas.
Es stellt sich demnach die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Füllstandsermittlung der eingangs genannten Art so weiter zu entwickeln, daß deren Aufbau weniger aufwendig und genaue Messungen ermöglicht werden.The task is therefore to further develop a device for determining the fill level of the type mentioned above in such a way that its construction is less complex and precise measurements are possible.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention, the object is achieved by the features of claim 1.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß sämtliche wesentlichen Teile im Sensorkopf vereinigt sind. Darüber hinaus kann der Füllstandsgeber sowohl in einem weiten Temperaturbereich eingesetzt als auch in sich bewegenden Gefäßen betrieben werden. Ein weiterer Vorteil ist, daß die Füllstandskennlinie linear ist und durch Temperaturschwankungen auftretende Meßfehler vermindert werden.The advantages achieved with the invention are in particular that all essential parts are combined in the sensor head. In addition, the level sensor can be used in a wide temperature range and can also be operated in moving vessels. A further advantage is that the level characteristic curve is linear and measurement errors caused by temperature fluctuations are reduced.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Vorrichtung zur Füllstandsermittlung möglich.By means of the measures listed in the subclaims, advantageous further developments and improvements of the device for determining the fill level specified in claim 1 are possible.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is shown in simplified form in the drawing and is explained in more detail in the following description. They show:
Fig. 1 einen in einen Kraftstoffbehälter eingebauten Füllstandsgeber in einer schematischen, teilgeschnittenen Darstellung undFig. 1 shows a level sensor installed in a fuel tank in a schematic, partially sectioned view and
Fig. 2 einen Füllstandsgeber gemäß Fig. 1 in einer vergrößerten Schnittdarstellung.Fig. 2 shows a level sensor according to Fig. 1 in an enlarged sectional view.
In den Fig. 1 und 2 ist ein Füllstandsgeber dargestellt, der ausIn Fig. 1 and 2 a level sensor is shown, which consists of
einem Sensorkopf 1 besteht, in dena sensor head 1, in which
- ein Drucksensor 2 mit Elektronik,
eine Pumpe 3,- a pressure sensor 2 with electronics,
a pump 3,
- ein Überdruckventil und- a pressure relief valve and
- wenigstens ein Ventil 14 angeordnet sind.- at least one valve 14 is arranged.
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Der Sensorkopf 1 weist ein Sensorkopfgehäuse 8 auf, in dem die Bauteile 1 bis 4 angeordnet sind. Das Sensorkopfgehäuse 8 geht in ein Steckergehäuse 7 über. In dem Steckergehäuse 7 befindet sich ein Stecker 6, der mit der Elektronik des Drucksensors 2 verbunden ist.The sensor head 1 has a sensor head housing 8 in which the components 1 to 4 are arranged. The sensor head housing 8 extends into a connector housing 7. In the connector housing 7 there is a connector 6 which is connected to the electronics of the pressure sensor 2.
Das Sensorkopfgehäuse 8 geht in ein Staurohr 5 über. Das Staurohr 5 ist, wie insbesondere Fig. 1 zeigt, über einen elastischen Tauchschlauch 12 mit einem Blasendrosselkörper 13 verbunden.The sensor head housing 8 merges into a pitot tube 5. The pitot tube 5 is connected to a bubble throttle body 13 via an elastic immersion hose 12, as shown in particular in Fig. 1.
Während der Sensorkopf 1, wie insbesondere Fig. 1 zeigt, mit einem Dichtring in eine Behälterwand 22 eines Kraftstoffbehälters 20 abdichtend eingesetzt ist, ist der Blasendrosselkörper 13 auf einem Behälterboden 21 des Kraftstoffbehälters 20 festgemacht.While the sensor head 1, as shown in particular in Fig. 1, is sealingly inserted into a container wall 22 of a fuel tank 20 with a sealing ring, the bubble throttle body 13 is fastened to a container bottom 21 of the fuel tank 20.
Liegt eine komplizierte Behältergeometrie des Kraftstoffbehälters 20 vor, ist das Staurohr 5 als beweglicher Schlauch 12 ausgebildet. Kommen einfache Behälter zum Einsatz, wird ein gerades Rohrstück verwendet.If the fuel tank 20 has a complicated geometry, the pitot tube 5 is designed as a movable hose 12. If simple containers are used, a straight piece of pipe is used.
Beim Füllstandsgeber kommen als Pumpe 3 eine Membranpumpe mit einem Piezzoschwinger, eine Rotationskolbenpumpe, eine Pumpe mit einem Pelitierelement oder ein elektromagnetisches System, das einer Lautsprechermembran vergleichbar ist, zum Einsatz. Die Pumpe 3 führt dabei einen Ausgleich eines Gasvolumens im Inneren des Kraftstoffbehälters 20 durch. Das Gas wird hierbei aus dem Innenraum des Behälters 20 über dem maximalen Flüssigkeitsspiegel entnommen, wodurch das System bei gegenüber dem Behälterumgebungsdruck abweichenden Behälterinnendruck funktionsfähig bleibt.The level sensor uses a diaphragm pump with a piezoelectric oscillator, a rotary piston pump, a pump with a peltier element or an electromagnetic system comparable to a loudspeaker membrane as pump 3. The pump 3 balances a gas volume inside the fuel tank 20. The gas is taken from the interior of the tank 20 above the maximum liquid level, whereby the system remains functional when the tank internal pressure differs from the tank's ambient pressure.
· «4· «4
Ein Kapillarsystem mit entsprechenden Schikanen vermeidet ein Eindringen von Flüssigkeit in größeren Mengen in den Sensorkopf 1. Kleine Flüssigkeitsmengen sowie Kondensat werden durch die Pumpe 3 in das Staurohr 5 gefördert und fließen nach unten ab.A capillary system with appropriate baffles prevents large amounts of liquid from entering the sensor head 1. Small amounts of liquid and condensate are pumped by the pump 3 into the pitot tube 5 and flow downwards.
Der eingesetzte Drucksensor arbeitet als Relativsensor und ist in der Empfindlichkeit dem zu erwartenden Staudruck der Flüssigkeit angepaßt. Das Überdruckventil 5 ist in einfacher Form als Feder-Kugel-Ventil oder Feder-Platten-Ventil ausgeführt und wird über die Dimensionierung von Ventilquerschnitt und Federkraft auf einen zulässigen Maximaldruck zum Schutz des Drucksensors 2 eingestellt.The pressure sensor used works as a relative sensor and its sensitivity is adapted to the expected dynamic pressure of the liquid. The pressure relief valve 5 is designed in a simple form as a spring-ball valve or spring-plate valve and is set to a permissible maximum pressure to protect the pressure sensor 2 by dimensioning the valve cross-section and spring force.
Der so aufgebaute Füllstandsgeber arbeitet nach dem Prinzip des Tauchrohrgebers. Damit werden Möglichkeiten geschaffen, kurzfristig unter Ausnutzung der Kompressibilität der Gassäule Druckfehler abzufedern. Ein zu schnelles Eindringen von Flüssigkeiten in das Staurohr 5 wird durch eine entsprechend dimensionierte Eintrittsöffnung vermieden, die als Drosselelement 10 wirkt.The level sensor constructed in this way works according to the principle of the immersion tube sensor. This creates the possibility of cushioning pressure errors in the short term by utilizing the compressibility of the gas column. Too rapid penetration of liquids into the pitot tube 5 is prevented by an appropriately dimensioned inlet opening, which acts as a throttle element 10.
Extreme Druckspitzen können mit dem Überdruckventil 4 begegnet werden, was sich über dem Maximalstand der Flüssigkeit befindet.Extreme pressure peaks can be counteracted with the pressure relief valve 4, which is located above the maximum level of the liquid.
Das Problem der Temperaturabhängigkeit der angeschlossenen Gassäule, die Gasverluste und die Funktion des Überdruckventils und der Nichtlinearität der Kennlinie werden durch die Pumpe 3 vermieden. Diese Pumpe 3 fördert Gas aus dem Kraftstoffbehälter 20 über das Flüssigkeitsmaximum hinaus in das Staurohr 5. Damit stellt sich immer wieder eine Gassäule entsprechend der Staulänge ein und es wird genau der hydrostat!-The problem of the temperature dependence of the connected gas column, the gas losses and the function of the pressure relief valve and the non-linearity of the characteristic curve are avoided by the pump 3. This pump 3 conveys gas from the fuel tank 20 beyond the liquid maximum into the pitot tube 5. This always creates a gas column corresponding to the pitot length and the exact hydrostatic!
sehe Druck am Ende des Staurohrs 5 zum aktuellen Flüssigkeitspegel gemessen.see pressure measured at the end of the pitot tube 5 to the current liquid level.
Ein "Pulsieren" des an der Austrittsöffnüng austretenden Gases wird durch wenigstens einen Blasenteiler 11 vermieden.A "pulsation" of the gas exiting at the outlet opening is avoided by at least one bubble divider 11.
Claims (8)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10020000A1 (en) * | 2000-04-22 | 2001-12-06 | Audi Ag | Fill level limiting device on motor vehicle fuel tank has electrically operated valve influenced by fill level sensor and at least one further sensor, e.g. tank cover position sensor |
| JP2021089184A (en) * | 2019-12-03 | 2021-06-10 | 栗田工業株式会社 | Liquid level measuring device |
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2000
- 2000-07-03 DE DE20011284U patent/DE20011284U1/en not_active Expired - Lifetime
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