DE2107183A1

DE2107183A1 - Elektrische Meßeinrichtung zum Messen des Standes eines Mediums

Info

Publication number: DE2107183A1
Application number: DE19712107183
Authority: DE
Inventors: Patrick D. Bel Air Harper, Md. (V.StA.). M
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1970-02-25
Filing date: 1971-02-15
Publication date: 1971-10-21
Also published as: FR2080742A1; NL7102311A; FR2080742B1; CA931249A; JPS5322458B1; US3678749A; SE383044B; GB1288177A

Description

Pate ntc· rva it

Kar! A. iirose

D-8G23 ;/-r..iJ:c.ii - PuHach Wieners!r.2,T.Mä;;i.7930570,7.931782

vln/Fo München-Pullach, 11. Februar 1971

4476-A

THE BENDIX CORPORATION, Executive Offices, Bendix Center, Southfield, Michigan, 48 075, USA

Elektrische Meßeinrichtung zum Messen des Standes eines Mediums

Die Erfindung betrifft Meßeinrichtungen zum Messen des Standes oder Pegels eines Mediums und insbesondere eine schwimmerlose elektrische Meßeinrichtung, um an einer entfernt gelegenen Stelle die Tiefe eines Mediums in einem Speicherbehälter anzeigen zu können.

Elektrische Meßeinrichtungen zum Messen des Standes eines Mediums, bei denen ein Schwimmer zur Anwendung gelangt, sind seit mehreren Jahrzehnten bekannt und stellen die häufigst verwendeten Treibstoffanzeigeeinrichtungen dar. Diese Meßeinrichtungen waren jedoch allgemein nicht zum Messen des Standes von Schmieröl geeignet, da die Viskosität von Schmierölen die richtige Betriebsweise der Meßeinrichtung nachteilig beeinflußt und da Meßeinrichtungen mit einem Schwimmer ein größeres Raumvolumen zum Betrieb benötigen, als normalerweise in einem Kurbelgehäuse eines Automobils zur Verfugung steht.

Auch bei der Anwendung der Schwimmermeßeinrichtungen zum Messen des Treibstoffstandes weisen diese Schwimmermeßein-

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richtungen bestimmte Nachteile auf. Ein derartiger Nachteil besteht darin, daß derartige Meßeinrichtungen mecha-. nisch anfällig sind im Vergleich mit einer Meßeinrichtung, die keinerlei bewegliche Teile aufweist. Ein weiterer Nachteil besteht in der Ungenauigkeit des erhaltenen Ausgangssignals, was sich aufgrund von Oberflächenwellen des Mediums oder aufgrund von Verschiebungen des Mediums als Funktion der Fahrzeugneigung ergibt. Da darüberhinaus das elektrische Signal mit Hilfe eines Kontaktarmes erzeugt wird, der über ein Widerstandselement bewegt wird, welches sich in einer Atmosphäre aus Benzindampf und Luft befindet, besteht auch eine erhöhte Explosionsgefahr.

Um die Nachteile der Treibstoffanzeigegeräte und weiteren Nachteile, die insbesondere bei spezifischen Anwendungen auftreten, zu beseitigen, wurden verschiedene Typen schwimmerloser Meßeinrichtungen zum Messen des Standes eines Mediums entwickelt. Ein derartiger Typ ist der sogenannte reaktive Typ (entweder kapazitiv oder induktiv), bei dem die elektrische Reaktanz der Meßeinrichtung durch das Vorhandensein eines zu messenden Mediums an den Meß elementen verändert wird. Diese reaktiven Meßtypen sind mit dem Nachteil behaftet, daß sie relativ komplexe und teuere Wechselstrombrücken und Versorgungsschaltungen benötigen, die zur Verteuerung beitragen, dabei jedoch die Zuverlässigkeit der Meßeinrichtung vermindern. Ein weiterer Typ eines schwimmerlosen Meßgerätes ist der sogenannte Widerstandstyp. Dieser enthält Thermowiderstandsmeßelemente, wobei das Medium ein Thermowiderstandselement kühlt, dessen Widerstandswert dadurch proportional zu demjenigen Betrag seiner Oberfläche ist, die von demMedium bedeckt ist. Ein weiteres Beispiel eines Widerstandstyps enthält Meßelemente, wobei ein Wider-

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Standselement an einer Stelle kurzgeschlossen wird, die dem Stand des zu messenden Mediums entspricht, und zwar geschieht dieses Kurzschließen entweder durch das Medium selbst oder ein sekundäres Medium. Ein noch weiteres Beispiel einer derartigen Meßeinrichtung besteht darin, dass der Widerstandswert eines Volumens des Mediums selbst gemessen wird.

Alle diese schwimmerlosen Meßeinrichtungen sind mit dem Nachteil behaftet, daß sie auf Temperaturschwankungen ansprechen und ebenso auf die Zusammensetzung des zu messenden Mediums. Man hat bereits versucht, diesen Nachteil zu beseitigen und zwar durch Hinzufügen von Bezugs-Abtasteinrichtungen. Dies macht es jedoch erforderlich, daß man kompensierende Brückenschaltungen verwenden muß, die die Kosten erhöhen und ebenfalls die Zuverlässigkeit vermindern.

In der deutschen Patentanmeldung P 17 98 084.6 ist eine schwimmerlose elektrische Meßeinrichtung zum Messen des Standes eines Mediums beschrieben, die eine Anzeige des Mediumsstandes liefert, unabhängig von Temperatur oder der Zusammensetzung,des zu messenden Mediums und ohne die Verwendung von zusätzlichen Kompensationseinrichtungen* Die elektrische Meßeinrichtung nach der vorliegenden Erfindung verwendet ein einzelnes gleichmäßiges Widerstandselement, welches in das zu messende Medium hineinragt, wobei dann ein elektrisches Feld innerhalb dem Medium erzeugt wird, und zwar von der Oberfläche zum Boden des Behälters, indem das Medium sich befindet. Die Größe des Feldes ist dabei proportional zur Tiefe des Mediums, da das Widerstandselement gleichförmig beschaffen ist. In das Medium ist ebenso ein Kollektor eingetaucht und nimmt ein Potential an, welches gleich 1/2 Mal dem Wert des Potentials des Wider-

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Standselementes an der Oberfläche des Mediums ist. Der Potentialwert des Kollektors ergibt sich aus dem Ausgleich von Ionen-Strömen in demMedium, was zur Folge hat, daß der Kollektor als Mittenabgriff eines Ohm'sehen Spannungsteilers dient und zwar eines Spannungsteilers mit gleichen Widerstandszweigen. Ein Nachteil der Meßeinrichtung nach der zuvor erwähnten Patentanmeldung besteht darin, daß man zum Erreichen eines ausgeglichenen Spannungsteilers ein gleichförmiges ViderStandselement benötigt; dies trägt jedoch unnötig zu erhöhten Produktionskosten der Meßeinrichtung bei.

Die vorliegende Erfindung schafft somit eine schwimmerlose elektrische Meßeinrichtung zum Messen des Standes eines Mediums, bei der die Pegelanzeige von einer Spannung abgeleitet wird, die am Mittelabgriff eines Ohm'sehen Spannungsteilernetzwerkes erscheint, wobei das Spannungsteilernetzwerk nicht kompensiert oder ausgeglichen sein braucht und auch typisch nicht ausgeglichen ist, so daß ein Ziel der vorliegenden Erfindung sich auf die Schaffung einer schwimmerlosen elektrischen Meßeinrichtung zum Messen des Standes eines Mediums richtet, welches eine sehr große Zuverlässigkeit aufweist und herstellungsmäßig billig ist.

Auch sucht die Erfindung eine schwimmerlose elektrische Meßeinrichtung zum Erfassen des Pegels eines Mediums zu schaffen, die vollständig mit Gleichstrom betrieben ist.

Die Erfindung sucht auch eine Meßeinrichtung zum Messen des Pegels eines Mediums zu schaffen, die sich an einen breiten Bereich der Leitfähigkeit des Mediums anpassen läßt und die auch insbesondere dazu geeignet ist, den Benzinstand in ei-

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nem Behälter zu messen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung richtet sich auf die Schaffung einer elektrischen Meßeinrichtung, die weniger als 1 Mikroampere Strom zieht, wenn sie als Benzinmeßeinrichtung in einem Automobil verwendet wird.

Auch hat sich die Erfindung zur Aufgabe gemacht, eine Meßeinrichtung zu schaffen, die jede gewünschte Meßfunktion, linear oder nicht linear, vorsehen kann und in geeigneter Weise die Tiefe oder das Volumen eines Mediums innerhalb eines Behälters -von beliebiger Gestalt anzeigen kann.

Die Erfindung besteht im wesentlichen aus einer Meßeinrichtung zum Messen des Standes eines Mediums mit drei leitenden Elementen, die in das zu messende Medium hineinragen. Über einemPaar dieser Elemente wird dann ein elektrisches Potential aufrechterhalten. Ein Element des Paares der Elemente wird auf einem Bezugspotential gehalten, welches in bevorzugter Weise das Erdpotential bzw. Massepotential des Systems ist, bei dem die Meßeinrichtung zur Anwendung gelangt. Dieses Element soll im folgenden als Bezugsebene bezeichnet werden. Das andere Element des Elementenpaares wird auf einem etwas erhöhten Potential, welches oberhalb dem Bezugspotential liegt, gehalten und dieses Potential soll im folgenden als Potentialebene bezeichnet werden. Das dritte leitende Element ist zwischen dem Paar der Elemente gemäss der einen Ausführungsform angeordnet, und befindet sich nahe dem Paar der Elemente gemäß einer anderen beschriebenen Ausführungsform. Dieses dritte Element soll im folgenden als Kollektor bezeichnet werden. Es sind weiter Einrichtungen vorgesehen, durch die der Widerstand des Abschnit-

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tes des Mediums, der gemessen werden soll, der elektrisch zwischen der Potentialebene und dem Kollektor erscheint, sich mit der Tiefe des Mediums in einer Folge ändert, die von der Folge unterschiedlich ist, mit welcher sich der Widerstand des betreffenden Mediumsabschnittes elektrisch zwischen dem Kollektor und dem Bezugselement mit der Tiefe des Mediums ändert. Diese Einrichtungen bestehen entweder durch bestimmte Bemessung der Potentialebene und des Bezugselementes, oder in der Bemessung oder Aufstellung des Kollektors, oder durch das Aufbringen einer nicht elektrisch leitenden Substanz auf einen Abschnitt eines der Elemente des Elementenpaares. Der Kollektor arbeitet daher als Mittelabgriff eines Ohm'sehen Spannungsteilernetzwerkes und das Medium befindet sich zwischen der Potentialebene und dem Kollektor in Form eines ersten Widerstandes und das Medium zwischen dem Bezugselement und dem Kollektor stellt den zweiten Widerstand dar. Eine Anzeigevorrichtung besteht aus einem Verstärker und einem Voltmeter und diese Einrichtung ist zwischen dem Kollektor und dem Bezugspotential eingeschaltet.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung zum Beschreiben der Betriebsweise der vorliegenden Erfindung;

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Pig. 2 eine perspektivische Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform der Einrichtung gemäß Fig. 1, wobei Teile abgebrochen dargestellt sind;

Fig. 3 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung, die insbesondere für einen sich bewegenden Treibstofftank geeignet ist;

Fig. 4 eine Schnittdarstellung nach der Linie 4-4 der Fig. 3;

Fig. 5 eine Schnittdarstellung nach der Linie 5-5 der Fig. 4;

Fig. 6 eine Scbnittdarstellung nach der Linie 6-6 der Fig. 4;

Fig. 7 eine Schnittdarstellung nach der Linie 7-7 der Fig. 4;

Fig. 8 eine Abwicklung des äußeren leitenden Zylinders oder der Potentialebene der Fig. 3, wobei die aufgetragene nicht leitende Substanz veranschaulicht ist;

Fig. 9 eine vereinfachte schematische perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die insbesondere zum Messen des Standes von Schmierölen geeignet ist;

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Pig. 10 eine Seitenansicht der Ausführungsform der Fig. 9; und

Pig. 11 eine Längsschnittdarstellung

einer Variante der Ausführungsform der Fig. 10.

In Fig. 1 ist ein Medium 1, dessen Stand abgetastet werden soll, in einem Behälter 2 angeordnet, in welchen die Meßelektroden 4·, 5 und 6 hineinragen. Die Meßelektroden sind aus Blechen hergestellt. Das Element 4 stellt die Potentialebene dar und ist an den Anschluß 3 angeschlossen und wird somit mit einer elektrischen Potentialquelle (nicht gezeigt) verbunden. Das Element 5 stellt das Bezugselement dar und ist elektrisch mit dem Behälter 2 verbunden, der das Massepotential 20 des Systems darstellt. Es besteht somit eine Potentialdifferenz zwischen der Potentialebene 4 und der Bezugsebene 5, wodurch ein Ionenstrom im Abschnitt 1 des Mediums zu fließen anfängt und zwar in demjenigen Abschnitt, der sich zwischen den leitenden Elementen 4 und 5 befindet. Zwischen die Elemente 4 und 5 ist ein Element 6, der Kollektor, eingeschoben. Der Kollektor ist zwischen den anderen zwei Elementen geneigt angeordnet, so daß der Abstand zwischen der Bezugsebene und dem Kollektor sich ändert und zwar direkt mit der Tiefe, und sich der Abstand zwischen der Potentialebene und dem Kollektor umgekehrt mit der Tiefe ändert. Ein Strom, der zwischen der Potentialebene und der Bezugsebene fließt, fließt demzufolge durch einen ersten Widerstand, der aus dem Medium zwischen der Potentialebene und dem Kollektor besteht, und einen zweiten Widerstand, der aus dem Medium zwischen dem Kollektor und der Bezugsebene besteht. Diese zwei Widerstände sind elektrisch mit—

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einander in Beine geschaltet. Der Kollektor weist einen Abgriff am Verbindungspunkt der zwei Widerstände auf. Da die Widerstände in Reihe sind, fließt auch der gleiche Strom durch jeden der Widerstände. Das am Kollektor erscheinende Potential ist demzufolge eine Funktion des Widerstandsverhältnisses der zwei Widerstände. Der Widerstandswert jedes Widerstandes ist eine Funktion der Leitfähigkeit des Mediums, der Querschnittsfläche des Strompfades und der Länge des Strompfades. Die Querschnittsflache der Strompfade der zwei Widerstände ist gleich und die effektiv elektrischen Längen der Strompfade der zwei Widerstände ändert sich im entgegengesetzten Sinn zur Änderung der Tiefe des Mediums. Da das am Kollektor erscheinende Potential eine Funktion des Widerstandsverhältnisses ist, läßt sich dieses Potential auch als unabhängig von der Leitfähigkeit des Mediums betrachten, unter der Voraussetzung, daß die Leitfähigkeit des Mediums einheitlich bzw. homogen ist. Das am Kollektor 6 erscheinende Potential wird durch einen Leiter 7 zu einem Verstärker 8 geleitet, dessen Ausgangsgröße einen Spannungsmesser 9 beeinflußt, welcher zwischen dem Ausgang des Verstärkers 8 und einem Anschluß 10, der auf dem Bezugspotential liegt, geschaltet ist. Das Voltmeter kann so geeicht sein, daß es das Volumen oder die Tiefe des Mediums 1 in dem Behälter 2, wie beschrieben, anzeigt. Der Kollektor 6 hat hierbei die Form eines ebenen Blattes, wodurch eine logarithmische Meßfunktion vorgesehen wird, wobei jedoch hervorgehoben sei, daß auch eine lineare oder irgendeine gewünschte nicht lineare Meßfunktion vorgesehen werden kann, indem man den Kollektor in eine entsprechend gekrümmte Form biegt. Es ist natürlich auch möglieh, die Meßfunktion durch Steuern der Verstärkerfunktion, wenn dies gewünscht

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wird, zu beeinflussen. Es läßt sich z.B. mit einer ebenen Kollektor, wie er in der Zeichnung veranschaulicht ist, . eine gesamte lineare Funktion des Meßsystems vorsehen, indem man den Verstärker so auslegt, daß er eine genau entgegengesetzte logarithmische Funktion vorsieht.

Fig. 2 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der P Meßeinrichtung nach der vorliegenden Erfindung. Hier weisen die Potentialebene 11 und die Bezugsebene 12 die Form eines rechtwinkligen Dreiecks auf und diese leitenden Dreiecke sind entsprechend ihrer Hypotenuse aneinander gefügt, so daß sie sich in einer Ebene befinden, und sind durch ein isolierendes Klebemittel 15 voneinander isoliert. Der Kollektor 13 hat die Form eines rechteckigen leitenden Blattes, welches parallel zur Potentialebene und zur Bezugsebene angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung sind die Längen der leitenden Pfade der zwei Mediumswiderstände gleich und das Verhältnis der stromführenden Querschnittsflächen der zwei Widerstände ändert sich _k mit der Änderung der Tiefe des Mediums. In jeder anderen Be-Ziehung ist die Betriebsweise dieser Ausführungsform nach der Erfindung gemäß Fig. 2 die gleiche wie diejenige der Ausführungsform gemäß Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung, die insbesondere für einen sich bewegenden Treibstofftank bzw. als Meßeinrichtung zum Messen des Standes des Treibstoffes geeignet ist. Die Fig. 4- bis 8 zeigen Merkmale und Einzelheiten dieser erfindungsgemäßen Konstruktion.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 3, allgemein mit 30 bezeichnet, besteht aus einem Treibstofftankmeßelement, welches aus

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drei konzentrischen zylindrischen und elektrisch leitenden Rohren 35» 36, 34- besteht, die mechanisch, jedoch nicht elektrisch durch Kunststoffabstandshalter 50 an einem Ende miteinander verbunden sind und an einer Montageplatte 31 befestigt sind, so daß diese Anordnung in einen Treibstofftank eingehängt werden kann und zwar durch ein in der oberen Fläche des Tanks ausgespartes Loch. Das innerste leitende Rohr 35 dient als Bezugsebene und wird auf dem Massepotential des Gehäuses des Fahrzeugs gehalten. Ein schirmförmiges Treibstoffilter 25 ist an die Anordnung angebracht und zwar am unteren Ende des inneren leitenden Rohres 35 und zwar mit Hilfe eines Kunststoffabstandhalters 60, so daß das innere leitende Rohr als Treibstoffeinfüllrohr verwendet werden kann. Das mittlere leitende Rohr 36 stellt den Kollektor dar und ist elektrisch an den Anschluß 37 angeschlossen, so daß es an eine entfernt gelegene Anzeigevorrichtung angeschlossen werden kann. Das äußere leitende Rohr 34- stellt die Potentialebene dar und ist elektrisch an den Anschluß 33 angeschlossen, der dieses Rohr an die hohe Spannungsseite des elektrischen Systems des Fahrzeugs anschließt. Fig. 8 zeigt eine Abwicklung der zylindrischen Potentialebene 34- der Fig. 3 und die abgewickelte Potentialebene ist allgemein mit 34-a bezeichnet und es ist die innere Fläche des Rohres gezeigt. Die innere Fläche des äußeren Rohres ist mit einer elektrisch nicht leitenden Farbe 51 bemalt und zwar in einer derartigen Form und Gestalt, wie sie durch die gewünschte Meßcharakteristik bestimmt wird. Hierdurch wird erreicht, daß nur die von Farbmittel freien Flächen oder Fläche 52 der Potentialebene effektiv den Strom führenden Querschnitt eines ersten Widerstandes bestimmt, der aus dem Treibstoff zwischen der Potentialebene yv und dem Kollektor 36 besteht.

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Demnach verändert sich das Widerstandsverhältnis des ersten Widerstandes zu einem zweiten Widerstand, der aus dem. ■Treibstoff zwischen dem Kollektor 56 und der Bezugsebene 35 der Fig. 3 besteht, proportional zur Tiefe des Treibstoffes oder zum Stand des Treibstoffes an den Meßelementen.

Das Verhältnis der Widerstände dieser zwei Mediumswiderstände ist für die am Kollektor erscheinende Spannung bestimmend. Dabei ist der tatsächliche Widerstandswert unwesentlich. Bei vielen der nicht leitenden Bemalung ist daher das Kollektorpotential konstant und zwar ungeachtet des Standes des Mediums. Dies ergibt sich aus der Tatsache, da der V/iderstandswert jedes Widerstandes durch, die Leitfähigkeit des Mediums bestimmt ist, die Länge des Strompfades und die leitende Fläche bzw. Querschnittsfläche des Strompfades. Mathematisch ausgedrückt heißt dies:

R=P l/A,

wobei R der Widerstand,

ρ das Reziproke der Leitfähigkeit des Mediums, A der Strom, der durch die Querschnittsfläche fließt,

und
1 die Länge des Strompfades ist.

Da es sich dabei um konzentrische zylindrische Widerstände handelt, gilt:

R₁ = P₁
und

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wobei die einzelnen Größen folgendes bedeuten:

Ey| der Widerstandswert des ersten Mediumswider Standes bestehend aus dem Medium zwischen der Bezugsebene 35 und dem Kollektor 36;

p. das Reziproke der Leitfähigkeit des Mediums entsprechend dem ersten Mediumswiderstand;

Iy. die Länge des Strompfades in dem erstenMediumswiderstand; α,, der Durchmesser des ersten Zylinders 35»

tu die Höhe, bis zu welcher der erste Zylinder Medium enthält;

R₂ ^er Widerstandswert des zweiten Mediumwider Standes, bestehend aus dem Medium zwischen der Potentialebene 34- und dem Kollektor 36;

Po das Reziproke der Leitfähigkeit des Mediums entsprechend dem zweiten Mediumswiderstand;

I₂ die Länge des Strompfades in dem zweiten Mediumwiderstand; d₂ der Durchmesser des zweiten Zylinders 34·» und

hp die Höhe, bis zu welcher der zweite Zylinder Medium enthält.

Da eine homogene und einheitliche Leitfähigkeit des Mediums angenommen wurde, ist p,j = p₂·

Da bei jedem Mediumsstand die Höhe bzw. der Stand des Mediums zu den Widerstandszylindern gleich ist, gilt h^ = h_2#

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Demnach lassen sich die zuvor erwähnten Gleichungen in folgender Weise vereinfachen:

R₁ = ρ I₁/Tf d₁h
R₂ = ρ I₂/ If d₂h.

Das Verhältnis dieser Widerstände ist:

R₁ =

Da es sich dabei um konzentrische kreisförmige Zylinder handelt, sind die Faktoren I₁, I₂, d₁ und d₂ Konstante. Demnach ist der Widerstand eines jeden Widerstandes eine lineare Funktion von der Höhe oder dem Stand des Mediums und das Wider stands verhältnis ist nicht eine Funktion des Standes oder der Höhe des Mediums.

Durch das Auftragen einer elektrisch nicht leitenden Bemalung entweder auf die Bezugsebene oder die Potentialebene (in der Zeichnung ist die Potentialebene 34· als bemalt dargestellt), ist der Widerstandswert eines Widerstandes, der nur mit unbemalten Flächen (35 und 36) in Berührung kommt, eine lineare Funktion des Standes des Mediums, und der Widerstandswert des anderen Widerstandes, der mit bemalter Fläche (34-) in Berührung kommt, ist eine Funktion höherer Ordnung des Standes oder der Höhe des Mediums. Dies bedeutet mathematisch ausgedrückt:

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db

wobei E eine Eonstante ist,
und

_ - fOO dh

wobei f(h) eine Funktion ist, die die Geometrie der nicht leitenden Bemalung beschreibt.

Die Anwendung einer elektrisch nicht leitenden Bemalung hat zur Folge, daß das Widerstandsverhältnis eine Funktion des Mediumsstandes wird; diese Funktion ist die Meßfunktion und kann nach den jeweiligen Gegebenheiten durch entsprechendes Formgeben und Bemessen der nicht leitenden Bemalung angepasst werden. Das Potential am Kollektor ist somit kennzeichnend für die Tiefe des Mediums und kann mit Hilfe eines Voltmeters, welches zwischen Anschluß 37 und Fahrzeugmasse geschaltet ist, gemessen werden. Das Voltmeter kann in Höheneinheiten oder in Volumeneinheiten,'je nach Wunsch geeicht sein. Es kann auch eine lineare oder irgendeine nicht lineare Meßfunktion, aber auch eine Kompensation von ungleichmäßig geformtem.Treibstofftank dadurch vorgesehen werden, indem man die Form oder die Gestalt der nicht leitenden Bemalung oder Überzuges entsprechend auswählt und auf die Potentialebene aufträgt.

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Fig. 4 zeigt elektrisch leitende Elemente 34, 35 und 36 in einer Endansicht und die Meßelemente sind an die Abstützplatte 31 mit Hilfe von Befestigungseinrichtungen 41, 42 und 43 angebracht und bestehen aus Abschnitten der Kunststoffabstandsmaterialien und durch Löcher in der Platte 31 ragen, dabei Anschlüsse 33 und 37 umgeben, ebenso die entsprechenden Leiteranschlüsse 33' und 37', die Jeweils den Anschluß 33 mit der Potentialebene 34 und den Anschluß

™ 37 mit dem Kollektor 36 verbinden und den Anschluß 45 erden.

ITig. 5 ist eine Schnittdarstellung eines Abschnittes des Treibstoffmeßgerätes nach der Linie 5-5 der Fig. 4. Fig. 5 zeigt im einzelnen den Abstandshalter in Form eines Blokkes 50, der aus einem Kunststoff bestehen kann, der um eine Leiterplatte 63 gegossen wurde, nachdem die Anschlüsse und Kontaktstreifen aus dieser Platte gestanzt wurden. Die Meßelernentanordnung ist an den Block 50 durch eine Einkerbung 61 in der Potentialebene 34 befestigt. Der Ans-chluß 33 ist an die Potentialebene 34 mit Hilfe eines Verbindungsstreife fens 33* angeschlossen. Der Anschluß 33 und der Verbindungsstreifen 33' bestehen aus einem einzigen gleichförmigen leitenden Streifen, wobei letzterer aus dem Blech 63 gestanzt wurde. Der durchgehende elektrische Streifen weicht von der Ebene des Abschnittes bogenförmig ab, um einen elektrischen Kontakt mit der Bezugsebene 35 zu vermeiden.

Fig. 6 zeigt eine Schnittdarstellung eines Abschnittes des Treibstoffmeßgerätes nach der Linie 6-6 der Fig. 4. Aus Fig. 6 läßt sich insbesondere die Verbindung des Kollektors 36 mit dem Anschluß 37 mit Hilfe des Verbindungsstreifens 37' erkennen. Diese Verbindung kann in derselben Weise wie

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die Verbindung zwischen der Potentialebene 34 und dem Anschluß 33 konstruiert sein. Es besteht auch die Möglichkeit, daß der Streifen 37' an den Eingangsanschluß einer integrierten Verstärkerschaltung angeschlossen ist, deren Ausgangsanschluß mit dem Anschluß 37 verbunden ist.

Fig. 7 zeigt eine Schnittdarstellung des oberen Abschnittes des Treibstoffmeßgerätes nach der Linie 7-7 der Fig. 4·. Aus dieser Figur läßt sich insbesondere das Prinzip erkennen, wonach die Meßanordnung an die Montageplatte 31 befestigt ist, die Lage einer integrierten Verstärkerschaltung innerhalb der Meßanordnung und ebenso das Erdungsschema der Meßeinrichtung. Die Meßanordnung ist an die Montageplatte befestigt, indem zunächst eine elastische Dichtungsscheibe 62 auf die obere Fläche des Kunststoffblocks 50 gelegt wird. Der Block 50 ist so gegossen und geformt, daß ein Abschnitt des Kunststoffmaterials nach oben ragt und zwar durch ein Loch in der Scheibe 62 und ein entsprechendes Loch in der Montageplatte 31; dieses Kunststoffmaterial ist dann mit Hilfe eines Ultraschallverfahrens umgebördelt, um eine Befestigungseinrichtung 41 vorzusehen. Das Massepotential des Automobilgehäuses wird vom Treibstofftank zur Bezugsebene 35 mit Hilfe der Befestigungsklammer 31 übertragen. Das Massepotential wird ebenso von der Klammer 31 zur integrierten Verstärkungsschaltung, die aus einem Blättchen 70 besteht, durch den Masseanschluß 45 übertragen. Das integrierte Schaltungsblättchen 70 ist mit der Meßstruktur verbunden und übt die Funktion des Verstärkers 8 aus, der unter Hinweis auf Fig. 1 beschrieben wurde. Fig. 7 zeigt eine Masseverbindung zum Verstärkerblättchen 70. Eine ähnliche Verbindung zwischen dem Blättchen 70 und dem Anschluß 33 sorgt für die Stromversorgung des Verstärkers. Der Eingangsanschluß des Verstärkers ist mit dem Kontakt-

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streifen 37' verbunden und der Ausgangsanschluß des Verstärkers ist mit dem Anschluß 37-verbunden.

Die Fig. 9» 10 und 11 veranschaulichen eine Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung, die insbesondere als War-nsystem entsprechend einem niedrigen Stand des Schmieröles eines Fahrzeugs Verwendung finden kann. Fig. 9 veranschaulicht das Arbeitsprinzip dieser Ausführungsform. Der heiße Anschluß der Automobilbatterie 93 ist; an ein elektrisch leitendes zylindrisches Segment 34- angeschlossen, welches die Potentialebene darstellt, und die geerdete Seite ist an ein zweites elektrisch leitendes zylindrisches Segment 95 angeschlossen, welches die Bezugsebene darstellt. Die zwei zylindrischen Segmente weisen einen gleichen Radius auf und sind koaxial angeordnet, so daß die untere Kante des Zylinders entsprechend der Potentialebene einen kleinen Abstand oberhalb der oberen Kante des Zylinders entsprechend der Bezugsebene gelegen ist. Der Kollektor 96 bat die Form eines leitenden Stabes und dieser erstreckt sich längs der Achse der Zylinder. Der Kollektor 96 ist an einen Verstärker 98 angeschlossen, der seinerseits an eine Anzeigevorrichtung, bestehend aus einem auf Spannung ansprechenden Schalter 99a und einer Anzeigelampe 99b, angeschlossen ist. Wenn das Kurbelgehäuse voll ist, dann sind beide Zylinderabschnitte vollständig eingetaucht und mit öl gefüllt, und der Kollektor 96 befindet sich auf einem Potential, welches durch die relativen Volumina der Zylinder bestimmt ist. Wenn der Stand des Öles unterhalb der Oberseite der Potentialebene 9^ fällt, nimmt der Widerstand des Öls zu, da die Strom führende Querschnittsfläche des Öls kleiner wird. Dies hat

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eine Änderung des Potentials des Kollektors 96 zur Folge. Wenn das Potential des Kollektors 96 einen bestimmten Wert erreicht, der einem unerwünschten niedrigen Ölstand entspricht, dann wird der auf Spannung ansprechende Schalter 99a betätigt, so daß dann die Anzeigelampe 99b leuchtet.

Fig. 10 zeigt eine Warnvorrichtung für den Ölstand unter Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung, wobei diese Einrichtung einstückig oder zusammenhängend mit dem Ölablaßstopfen ausgebildet ist. Ein Bolzen 101 mit einem unteren Gewindeabschnitt 102 haltern mechanisch die Elemente der Vorrichtung in Zusammenwirken mit der Mutter 103 und stellt einen Abschnitt des elektrischen Leitpfades zwischen der Automobilbatterie und der Potentialebene 106 dar. Ein Draht von der heißen Seite der Batterie (nicht gezeigt) ist an den Bolzen bei 102 angeschlossen und ist fest zwischen die Muttern 103 und 104- eingeklemmt. Elektrischer Kontakt zwischen dem Bolzen 101 und den übrigen Abschnitten der Vorrichtung wird durch einen Kunststoffisolator 105 verhindert. Die Bezugsebene 10? enthält einen Gewindeabschnitt 107a, der in das öl-ablaßloch eingeschraubt werden kann, und es ist ein hexagonaler Mutterabschnitt 107b vorgesehen, so daß die Vorrichtung in die ölwanne eingesetzt und aus dieser entfernt werden kann. Die elektrische Verbindung entsprechend der Bezugsebene 107 mit der Masse des Fahrzeugs wird durch den direkten Kontakt der Vorrichtung mit der Ölwanne bei 107a vorgesehen. Der Verstärker 98 in Fig· 9 kann, wenn dies gewünscht wird, aus einer integrierten Verstärkerschaltung bestehen, die in einem Hohlraum des hexagonalen MutterteiIes 107b gelegen ist.

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In Fig. 10 strömt Öl zwischen dem Kurbelgehäuse und der Meßeinrichtung durch den Spalt zwischen der Potentialebene 106 und der Bezugsebene 107· Die Oberfläche der Potentialebene 106 weist eine Vielzahl von Belüftungsöffnungen auf, so daß in wirkungsvoller Weise verhindert wird, daß sich Luftblasen in der Potentialebene-Konstruktion festlegen und eingeschlossen werden.

Wenn ein Ölstand-Meßsystem zur dauernden Anzeige des ölstandes gewünscht wird, also anstelle des Widerstand-Warnsystems, so läßt sich eine offensichtliche Abwandlung vornehmen, indem man die Höhe der Potentialebene 106 so anhebt, daß sie sich bis zur maximalen Höhe des Öls im Kurbelgehäuse erstreckt und indem man den auf Spannung ansprechenden Schalter 99a und die Warnlampe 99b der Fig.-9 durch ein geeignetes geeichtes Voltmeter ersetzt.

Fig. 11 zeigt eine Längsschnittdarstellung einer geringfügig abgewandelten Ausführungsform der Meßeinrichtung der Figur 10. Die Abänderung besteht darin, daß der Spalt zwi- W sehen der Potentialebene 106 und der Bezugsebene 107 mit Hilfe eines Ringes aus isolierendem Material 111 mechanisch verschlossen ist und am unteren Abschnitt der Bezugsebene 107 eine Vielzahl von Löchern 113 vorgesehen ist und die Meßkonstruktion ein poröses Filtermaterial 112 enthält, wodurch man der Strömung des Öls in und aus der Meßvorrichtung einen mechanischen Widerstand entgegensetzen kann. Der Zweck dieser Abwandlungen besteht darin, um das Herumspritzen des Öls innerhalb der Meßeinrichtung zu dämpfen, was aufgrund der Fahrzeugbewegung eintreten kann. Alle Merkmale der Ausführungsform gemäß Figur 11 sind ebenso bei der Ausführungsform gemäß Figux¹ 10 vorhanden.

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Der Kollektor 108 ist innerhalb der Konstruktion mit Hilfe eines Kunststoff-Abstandsteiles 116 isoliert angeordnet. Eine zusätzliche elektrische Isolierung ist zwischen dem Bolzen 101 und dem Kollektor 108 durch das Isoliermaterial 117 vorgesehen. Der Bolzen 101 befindet sich in elektrischem Kontakt mit der Potentialebene 106. In der oberen Fläche der Potentialebene 106 sind Belüftungsöffnungen 115 vorgesehen.

Sämtliche in der Beschreibung erkennbaren und in denZeichnungen dargestellten technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Schwimmerlose Meßeinrichtung zum Messen des Standes eines Mediums, gekennz eichnet durch ein Paar von Elektroden (4-, 5), die in das Medium (1), welches gemessen werden soll, eingetaucht sind; durch elektrische Einrichtungen (3> 20) zum Aufrechterhalten einer Potentialdifferenz zwischen den zwei Elektroden (4, 5) des Elektrodenpaares; durch eine dritte Elektrode (6), die ebenso in das Medium (1), dessen Stand oder Pegel gemessen werden soll, eingetaucht ist, und diese dritte Elektrode (6) nahe dem Elektrodenpaar (4-, 5) angeordnet ist und sich die dritte Elektrode (6) in dem Strompfad des Stromes befindet, der zwischen den Elektroden (4-, 5) des Elektrodenpaares unter dem Einfluß der Potentialdifferenz fließt; durch elektrische Einrichtungen (8, 9) zum Bestimmen und zum Anzeigen, an einer entfernten Stelle, desjenigen Potentials, das zwischen der dritten Elektrode (6) und einer Potentialbezugsgröße erscheint.
2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Potential einer Elektrode (5) des Elektrodenpaares (4, 5) dieses Bezugspotential ist.
3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodenpaar (4-, 5) aus zwei leitenden Blechen (11, 12) besteht, die längs einer Kante oder eines Eandes elektrisch nicht leitend aneinandergefügt sind, so daß dabei ein einheitliches Blechteil entsteht, und daß die dritte Elektrode (6) aus einem dritten elektrisch leitenden Blech (13) besteht, welches in einem Abstand zu dem Elek-

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trodenpaar (4, 5) angeordnet ist.
4. Meßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Bleche (11, 12, 13) eine ebene Form aufweisen.
5- Meßeinrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die zwei elektrisch leitenden Bleche (11, 12), die elektrisch nicht leitend längs einer Kante oder eines Randes aneinandergefügt sind, aus zwei kongruenten rechteckigen Dreiecken bestehen, die elektrisch nicht leitend längs ihrer Hypotenuse aneinander gesetzt sind, so daß ein erstes rechtekkiges Blatt oder Blech geformt ist, und daß das dritte leitende Blech (13), welches in Abstand zu dem.Elektrodenpaar (4, 5) angeordnet ist, aus einem rechteckigen elektrisch leitenden Blech (13) besteht.
6. Meßeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte elektrisch leitende Blech (13) in einer Ebene angeordnet ist, die parallel zur Ebene des ersten rechteckigen Bleches verläuft.
7. Meßeinrichtung nach Anspruchi, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodenpaar (4, 5) aus zwei elektrisch leitenden Rohren (⁰A₁ 95) mit ähnlichem Querschnitt-besteht, die übereinander angeordnet sind, und daß die dritte Elektrode (6) aus einem länglichen elektrisch leitenden Körper (96) besteht, der innerhalb der Rohre (94-» 95) angeordnet ist.
8. Meßeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei elektrisch leitenden Rohre (94-, 95) aus zwei zylindrischen Abschnitten (9^, 95) bestehen, die koaxial

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einer über dem anderen angeordnet sind, und daß der längliche elektrisch leitende Körper (96) innerhalb der Zylinderabschnitte (94, 95) parallel zur Achse dieser Abschnitte verlaufend angeordnet ist.
9. Meßeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrischen Abschnitte (94, 95) eine gleiche zylindrische Höhe aufweisen.
10. Meßeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der längliche elektrisch leitende Körper (96) aus einem dritten zylindrischen Abschnitt (108) besteht, der innerhalb der zwei zylindrischen Abschnitte (106, 107) angeordnet ist.

11. Meßeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eines (107) der zwei zylindrischen Abschnitte (106, 107) entsprechend einem Abschnitt (10¹^) ein Außengewinde aufweist, und daß ein Basisteil (107b) vorgesehen ist und ein Ende des genannten einen Abschnittes (107) verschließt.

12. Meßeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Basisteil (107b) so geformt ist, daß es von einem Mutterschlüssel erfasst werden kann.

13· Meßeinrichtung nach Anspruch 1 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Basisteil (107b) einen hohlen Abschnitt aufweist und daß die elektrische Einrichtung (8, 9) zum Bestimmen und zum Anzeigen des Potentials an einer entfernt gelegenen Stelle aus einer integrierten Schaltung (8) besteht, die in dem Hohlraum des Basisteils (107b) angeordnet ist.

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14. Meßeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine fibröse Filtereinrichtung (112) vorgesehen ist, um die Bewegung des Mediums innerhalb der Meßeinrichtung zu dämpfen.

15. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Einrichtung (8, 9) zum Bestimmen und zum Anzeigen des Potentials an einer entfernten Stelle folgendes enthält: Einen Verstärker (8) und ein Voltmeter (9), wobei der EingangsanSchluß des Verstärkers an die dritte Elektrode (6) und der Aus gangs' ans chluß des Verstärkers (8) an einen Anschluß des Voltmeters (9) angeschlossen ist, während der andere Anschluß des Voltmeters (9) auf dem Potential des Bezugspotentials liegt.

16. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Einrichtung (8, 9) zum Feststellen und zum Anzeigen des Potentials an einer entfernt gelegenen Stelle folgendes enthält: Einen Verstärker (98), einen auf eine Spannung ansprechenden Schalter (99a) und eine Anzeigelampe (99b)., die durch den Schalter (99a) steuerbar ist; wobei der Eingangsanschluß des Verstärkers (98) an den länglichen elektrisch leitenden Körper (96) angeschlossen ist, während der Ausgangsanschluß des Verstärkers (98) an den Schalter (99a) angeschlossen ist.

17. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodenpaar (4, 5) aus zwei elektrisch leitenden Blechen (4, 5) ^mit parallel verlaufenden Ebenen besteht und daß die dritte Elektrode (6) ein elektrisch leitendes Blech (6) ist, welches in einer zu den Ebenen des Elektrodenpaares (4, 5) geneigten Ebene verlaufend angeordnet ist.

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18. Meßeinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Elektrode (6) so geformt ist, daß sie eine gewünschte Meßfunktion vorsieht.

19. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodenpaar (4, 5) aus einem Paar von Zylinderabschnitten (34, 35) mit ungleichem Querschnitt besteht, die koaxial ineinander angeordnet sind, und daß die dritte Elektrode (6) ebenfalls ein Zylinderabschnitt (36) ist, dessen Querschnitt zwischen den Querschnitten der Zylinderabschnitte (34, 35) des Paares der Zylindersegmente gelegen ist.

20. Meßeinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine Fläche eines (3^0 der Zylinderabschnitte des Zylinderpaares (34, 35) ein nicht leitender Überzug aufgetragen ist, so daß dadurch die effektive leitende Fläche des überzogenen Zylinderabschnitts (34) sich in Form einer nicht linearen Funktion des Standes des Mediums, welche den überzogenen Zylinderabschnitt (3^-) berührt, ändert.

21. Meßeinrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der überzogene Zylinderabschnitt (3^) der äußerste Zylinderabschnitt des Zylinderabschnittpaares (34, 35) ist und daß die überzogene Fläche die innere Fläche desselben ist, und daß weiter der innerste (35) Zylinderabschnitt des Zylinderabschnittpaares (34, 35) auf dem Bezugspotential gehalten ist,und zusätzlich einen Filter— schirm (35) am unteren Ende aufweist, so daß der innerste zylindrische Abschnitt (35) in geeigneter Weise zum Füllen eines Behälters, der das zu messende Medium enthält, dienen kann.

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22. Meßeinrichtung nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß eine Montageplatte (31) vorgesehen ist und an der Montageplatte (3Ό ein Ab standst) lock (50) aus Kunststoff befestigt ist, um die zylindrischen Abschnitte (34-, 35 > 36) in der zu messenden Flüssigkeit zu halten.

23. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 und 22, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Einrichtung (8, 9) zum Bestimmen und zum Anzeigen des Potentials an einer entfernt gelegenen Stelle eine integrierte Verstärkerschaltung (70) enthält, die innerhalb eines Kunststoff-Abstandshalter-Blocks (50) gelegen ist.

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