DE3113182A1

DE3113182A1 - "tankanzeigesystem"

Info

Publication number: DE3113182A1
Application number: DE19813113182
Authority: DE
Inventors: Giorgio Milano Marchi; Rudolfo Pardi
Original assignee: LOGIC SpA
Current assignee: LOGIC SpA
Priority date: 1980-06-13
Filing date: 1981-04-01
Publication date: 1982-02-25
Also published as: US4487066A; IT1131315B; FR2484637B3; IT8022746A0; GB2077924A; FR2484637A1

Description

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ssional Representatives

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LOGIC S.p.A. " «'

Via Brescia, 19

Cernusco sul Navigiio/Mailand München, den 23. März 1981

Italien pu-fu 12 320

¹¹ Tankanzeige sys tem"

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zur Messung von Flüssigkeitsmengen in Behältern, beispielsweise von Brennstoff in Brennstofftanks. Sie bezieht sich besonders auf das Messen und Anzeigen der Kraftstoffmenge in einem Fahrzeugtank, besonders dem Kraftstofftank von Luftfahrzeugen.

Es sind Meßvorrichtungen zur Bestimmung der Kraftstoffmenge in einem Tank bekannt, die einen im Tank angeordneten .kapazitiven Meßfühler umfassen, dessen Kapazität eine Funktion der Kraftstoffmenge in dem Tank darstellt; die weiterhin mit einer mit dem Meßfühler verbundenen elektronischen Schaltung versehen sind, die ein Ausgangssignal als Funktion der Meßfühlerkapazität bereitstellt und bei denen in Abhängigkeit vom Ausgangssignal eine Anzeigevorrichtung die Kraftstoffmenge in dem Tank anzeigt.

In Vorrichtungen dieser Art kann der Meßfühler aus einem Paar von im Abstand gehaltenen koaxialen Elektroden bestehen, die einen zylindrischen Plattenkondensator ausbilden, zwischen dessen Platten der Brennstoff eintritt und so die Meßfühlerkapazität als Funktion des Brennstoffstandes ändert, unter der -Voraussetzung, daß der Kondensator mit seiner Achse in vertikaler Richtung angeordnet ist. Der Meßfühler arbeitet so als kapazitiver Wandler. Die Kapazität erreicht einen Maximalwert bei vollem und einen Minimalwert bei leerem Tank.

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Der Tank kann einen unregelmäßigen oder nicht gleichförmigen Querschnitt aufweisen, so daß die im Tank befindliche Brennstoffmenge dem F J üssi gkei tspep.e ]. nicht linear proportional ist. Der Meßfühler kann für einen aulchen Kail ein KapazitäLsprofil erhalten, d.h. eine an die Form des Tanks angepaßte Kapazität als Funktion des Flüssigkeitspegels. Falls die Kapazität sich im wesentlichen entsprechend der Brennstoffmenge ändert, so wird dieses als "angepaßtes Profil" bezeichnet. Ein angepaßtes Profil kann dadurch erreicht werden, daß eine glatte zylindrische äußere Elektrode oder Platte und eine innere Elektrode oder Platte mit sich entlang der Achse änderndem Durchmesser vorgesehen wird, so daß der radiale Abstand zwischen den Platten sich ändert. Weisen dagegen die Elektroden beide glatte zylindrische Oberflächen auf, also ein gleichförmiges Profil, so ist dieses an einen Tank von gleichförmigem Querschnitt angepaßt.

Zur Bestimmung der Änderungen der Meßfühlerkapazität und derart der Brennstoffmenge sind die Platten des Meßfühlers mit einer elektronischen Meßschaltung verbunden, die in den meisten Anwendungsfällen eine entfernt von den Meßfühlern, beispielsweise in der Fahrzeugkabine, angebrachte Brückenschaltung umfaßt. Die Brückenschaltung oder eine ähnliche Schaltung, die ein Analogsignal abgibt, ist mit einem Anzeigegerät, beispielsweise einem Milliamperemeter, verbunden, das gewöhnlich auf dem Armaturenbrett oder der Instrumententafel angebracht ist, so daß der Fahrzeugführer oder Pilot in jedem Moment sich über die Brennstoffmenge im Tank Gewißheit verschaffen kann.

Bei diesen konventionellen Systemen ist das zu messende Analogsignal von geringer Größe und daher leicht Störeinflüssen unterworfen, da die zu messende Kapazität von verhältnismäßig geringem Wert ist und die Meßfühlerkapazität getrennt von der Meßschaltung angeordnet ist.

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Typischerweise ist der Wert der Meßfühlerkapazität im Bereich von 50 bis 100 pF (Picofarad), da es aus Größen- und Gewichtsgründen nicht möglich ist, die Plattenabmessungen zu vergrößern, andererseits aus Sicherheitsgründen die Verringerung des Abstands der Kondensatorplatten unterhalb einer gewissen Grenze unmöglich ist.

Dem steht entgegen, daß die Entfernung zwischen Meßfühler und Meßschaltung durchaus 15 bis 20 m betragen kann. Beispielsweise sind in einem Flugzeug die Tanks mit dem in ihnen eingebauten Meßfühler in den Flügeln oder im Rumpfkörper angeordnet, wogegen die Meßschaltung gewöhnlich in der Kabine angeordnet ist. Unter solchen Umständen kann die Kapazitätsmessung ungenau werden.

Die Messung des analogen Signals wird durch in den Kabeln oder Drähten induzierte Signale gestört, die den Meßfühler mit der Meßschaltung verbinden. Diese Störsignale werden durch extern'e elektromagnetische Felder, beispielsweise durch die- Bordfunkausrüstung erzeugt, bewirkt. Weiterhin haben mögliche Änderungen der Kapazität der Verbindungkabel oder Drähte Einfluß auf die Messung. Zur Reduzierung solcher Störungen wird häufig Koaxialkabel eingesetzt, wodurch die Kosten der Anlage steigen.

Es ist jedoch in einem derartigen konventionellen System nicht möglich, eine der Platten des Meßfühlerkondensators zu erden und so Schutz vor Störungen zu gewinnen, da die Meßschaltung eine derartige Erdung nicht zuläßt.

Weiterhin ist in den bekannten Systemen eine Überprüfung der korrekten Funktion sämtlicher Systemkomponenten unter echten Betriebsbedingungen nicht möglich. In den bekannten Systemen wird für solche Funktionstests die wirkliche Kapazität des Meßfühlers durch einen Kondensator mit einem festen Wert ersetzt, die Meßfühlkapazität ist daher nicht mit dem System verbunden und wird so bei der Funktionsprüfung des Systems nicht mit überprüft.

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Insbesondere bei Luftfahrzeugen wird auf die Meßgenauigkeit besondere Bedeutung gelegt, da eine fehlerhafte Anzeige, die dem Piloten einen höheren Brennstoffstand als in Wirklichkeit vorhanden anzeigt, sehr ernste Folgen haben kann.

Die vorliegende Erfindung steht unter der Aufgabe, eine Vorrichtung zur Messung und Anzeige der Flüssigkeitsmenge in einem Tank, insbesondere einem Flugzeugtank, zur Verfügung zu stellen, die selbst in Gegenwart starker elektromagnetischer Störfelder und bei Anordnung des kapazitiven Meßfühlers in beträchtlicher Entfernung von der Anzeigeeinheit eine genaue Messung der MeßfUhierkapazität gestattet und so dem Piloten eine exakte Bestimmung des noch verfügbaren Brennstoffs ermöglicht .

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine elektronische Meßschaltung, die einen mit dem Meßfühler verbundenen monostabilen Multivibrator aufweist, wobei der Meßfühler als zeitbestimmende Kapazität geschaltet ist, so daß nach Triggerung des monostabilen Multivibrators dessen Impulsdauer eine Funktion der Meßfühlerkapazität ist; eine mit dem monostabilen Multivibrator verbundene Triggervorrichtung stellt Signale konstanter Dauer zur wiederholten Triggerung des monostabilen Multivibrators zur Verfügung, wodurch das Tastverhältnis (duty cycle) der daraus resultierenden Impulse des monostabilen Multivibrators eine Funktion der MeßfUhierkapazität wird. Dieses Ausgangssignal ist durch die Multivibratorimpulse gegeben oder wird von ihnen abgeleitet. Die Form des Ausgangssignals hängt vom Typ des Anzeigegerätes und des verwendeten Meßfühlers ab, wie nachstehend erklärt werden wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Tankmeßvorrichtung hat' sämtliche kritischen Komponenten in einem direkt auf dem Brennstofftank angebrachten Gerät zusammengefaßt und ist so aufgebaut, daß ein Test der korrekten Funktion des Systems ermöglicht wird, während alle Komponenten einschließlich des Meßfühlers eingeschaltet sind.

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Weitere Ausführungsformen der Erfindung können entweder einen Meßfühler mit dem Tank angepaßtem Kapazitätsprofil aufweisen, es ist jedoch durch weitere Maßnahmen auch möglich, unangepaßte Meßfühler zu verwenden, d.h. gleichförmige Meßfühler in unregelmäßig geformten Tanks.

Es ist zusätzlich von Vorteil, daß eine erf indung'sgemäße Tankmeßvorrichtung so ausgebildet werden kann, daß sie zur Verarbeitung in einem Computer geeignete Daten ausgibt.

Besonders vorteilhaft wird die vorliegende Erfindung so eingesetzt, daß der Multivibrator direkt an dem Meßfühler befestigt und mit ihm verbunden wird und so Verbindungskabel oder ähnliches entfallen können.. Die Triggerquelle kann einen Generator rechteckiger Impulse konstanter Periode und damit auch Frequenz aufweisen, der zur Überprüfung und Kalibrierung der erfindungsgemäßen Tankmeßvorrichtung verwendet werden kann, wie nachstehend noch beschrieben wird.

Wie bereits angedeutet kann die Vorrichtung gemäß der Erfindung auch in solchen Fällen verwendet werden, in denen das Kapazitätsprofil des Meßfühlers der Form des Tanks nicht angepaßt ist, wenn beispielsweise der Meßfühler koaxiale zylindrische Platten konstanten Durchmessers (glatte Platten) in einem Tank unregelmäßiger Form aufweist. In einem solchen Fall kann die elektronische Schaltung eine auf die Multivibratorimpulse reagierende Wandlervorrichtung aufweisen, die auf diese eine Transformationsfunktion ausübt und darauf ein der Brennstoffmenge im Tank proportionales Ausgangssignal ausgibt. Diese Wandlervorrichtung kann unter Verwendung eines Nur-Lese-Speichers (ROM) realisiert werden, in dem in digitaler Form Paare korrespondierender numerischer Werte gespeichert sind. Die numerischen Eingangswerte für den Wandler werden durch Digitalisierung der Multivibratorimpulse gewonnen und verwendet, um in dem ROM die korrespondierenden korrigierten numerischen Werte zu erhalten, die nachfolgend

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entweder als digitale Signale ausgegeben oder zurück in Impulsreihen verwandelt werden, deren Breiten der Brennstoffmenge in dem Tank proportional sind.

Die Erfindung und ihre Verwendung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben .

Es zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt einer Ausführungsform der Erfindung mit einem an einem Tank ungleichmäßigen Querschnitts angebrachten Meßfühler und Meßschaltung.

Fig. 2 den Graphen einer typischen funktionalen Abhängigkeit des Flüssigkeitsvolumens vom Flüssigkeitspegel bei einem Brennstofftank ungleichförmiger Form;

Fig. 3 den Graphen einer typischen funktionalen Abhängigkeit der Meßfühlerkapazität vom Brennstoffpegel eines Meßfühlers, dessen innere Elektrode zur Anpassung seines Kapazitätsprofils an die Form des Tanks der Fig. 1 angepaßt ist;

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer mit dem Meßfühler im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 zusammenwirkenden elektronischen Schaltung;

Fig. 5 eine Reihe von Signalformen des Multivibrators und ihre Beziehung zu einem angelegten Triggersignal in der Schaltung nach Fig. 4 bei verschiedenen Kapazitäten des Meßfühlers;

Fig. 6 einen Graphen zur Verdeutlichung der funktionalen Abhängigkeit des Tastverhältnisses des Multivibratorausgangssignals in Abhängigkeit von der Meßfühlerkapazität;

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Fig. 7 einen schematischen Schnitt eines Meßfühlers mit zur Anpassung seines Kapazitätsprofils an einen Tank unregelmäßiger Form ausgebildeter innerer Elektrode;

Fig. 8 Blockschaltbilder mehrerer Zusammenstellungen elektronischer Schaltkreise und Anzeigegeräte für Meßsysteme, die einen Meßfühler nach Fig. 7 verwenden ;

Fig. 9 in schematischer Darstellung einen Meßfühler mit zwei regelmäßig glatten Elektroden zur Verwendung in einem Tank regelmäßiger oder unregelmäßiger Form;

Fig. 10 Blockschaltbilder verschiedener Anordnungen elektronischer Schaltkreis- und Anzeigegeräte für ein System unter Verwendung des regelmäßigen Meßfühlers der Fig. 9 in einem Tank unregelmäßiger Form; und

Fig. 11 ein Blockschaltbild für eine Komponente des Systems aus Fig. 10.

In Fig. 1 sind mit· 1 der Brennstofftank eines Fahrzeugs und mit Hf, He und Hi der maximale/minimale bzw. ein beliebiger dazwischen befindlicher Pegel des Brennstoffs bezeichnet. Eingetaucht in den Tank ist ein Meßfühler 2, dessen zwei koaxiale zylindrische Platten 3 und 4 einen Kondensator mit .einer vom Pegel der zwischen den Platten 3 und 4 eindringenden Flüssigkeit abhängigen Kapazität ausbilden. Der Tank 1 weist eine nicht regelmäßige Form auf, ändert also seinen Querschnitt, und die innere Platte 4 des Meßfühlers ist so geformt, daß ihr radialer Abstand bezüglich -der äußeren Platte 3 sich derart verändert, daß die Meßfühlerkapazität sich entsprechend der Brennstoffmenge oder dem Volumen im Tank und nicht dem Brennstoffpegel verhält.

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Der Meßfühler 2 ist mit einem elektronischen Schaltkreis zur Messung der Meßfühlerkapazität verbunden, der als Grundkomponente einen monostabilen Multivibrator, nachfolgend kurz als Multivibrator bezeichnet, mit der Bezugszahl 6 in Fig. 4 und anderen Figuren enthält..

Die Meßschaltüng ist in einem Aufbau enthalten, der direkt auf dem Meßfühler angebracht ist und mit ihm eine Einheit 2 bis 5 bildet, die wiederum beispielsweise mittels Schrauben 8 über einen Flansch 7 so am Tank angebracht ist, daß der Meßfühler sich vertikal durch diesen Tank erstreckt. Bei einem derartigen Aufbau werden weder ein Kabel noch Drähte für die Verbindung des Meßfühlers mit der Meßschaltung benötigt. Der Ausgang 9 der Meßschaltung ist mit einem nicht in Fig. 1 dargestellten Anzeige- oder Ablesegerät verbunden, das sich entfernt von dem Tank befindet, z.B. am Armaturenbrett des Fahrzeuges oder an der Instrumententafel.

Das Diagramm der Fig. 2 zeigt eine typische V = f(H) Kurve, wobei V das Brennstoffvolumen und H den Brennstoffpegel im Tank 1 bedeutet. In diesem Diagramm bezeichnen Vf, Vi und Ve die zu den Pegeln Hf, Hi und He korrespondierenden Brennstoffvolumina.

Fig. 3 zeigt eine typische C = f(H) Kurve, wobei C die Kapazität des entsprechend geformten Meßfühlers und H wiederum den Brennstoffpegel bezeichnen. In diesem Diagramm bezeichnen Cf, Ci und Ce die Werte der maximalen, einer mittleren und der minimalen Kapazität des Meßfühlers bei den Pegeln Hf, Hi bzw. He. Ein Vergleich der Fig. 2 und 3 zeigt, daß das Kapazitätsprofil so der Form des Tanks angepaßt ist, daß die Kapazität das Brennstoffvolumen statt des Brennstoffpegels repräsentiert.

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Die Meßschaltung 5 ist detaillierter im Blockdiagramm der Fig. 4 gezeigt, wobei mit der Bezugszahl 6 der Multivibrator, mit 10a die Triggerquelle für den Multivibrator, d.h. ein astabiler Multivibrator, und mit 11 ein fernbetätigbares Relais bezeichnet ist, das in bestimmten Intervallen zur Durchführung eines Tests auf korrekte Funktion des Gerätes betätigbar ist, wie nachstehend noch ausgeführt wird.

Mit dem Multivibrator 6 sind die Platten des Meßfühlers 2 verbunden und wirken so als zeitbestimmende Kapazität des Multivibrators. Jedesmal wenn der Multivibrator getriggert wird, ändert sich die Dauer des Ausgangsimpulses des Multivibrators in Abhängigkeit von der Meßfuhlerkapazität und damit der Brennstoffmenge.

Von der Triggerquelle 10, die jeden geeigneten Oszillator verwenden kann, geht ein Rechtecksignal mit einer konstanten Periode .T und damit einer konstanten Frequenz aus, das eine ebenfalls konstante Impulsdauer T aufweist, wie in Fig. 5a dargestellt. Ein derartiges Rechtecksignal ist fortwährend an den Steuer- oder Triggereingang 12 des Multivibrators zu dessen wiederholter Triggerung angelegt und liegt in bestimmten Intervallen für Testzwecke auch am Reseteingang 13 des Multivibrators an, wenn das Relais 11 eingeschaltet wird und den Kontakt 14 schließt.

Fig. 5a zeigt den Ein- und Aus-Zustand des Aus gangs signals der Signalquelle 10, das in jedem Zyklus der Periodendauer T während der Zeiten T und T „„ andauert. Dieses periodische Signal wird an den Eingang 12 angelegt. Das am Ausgang 9 bereitstehende Ausgangssignal des wiederholt getriggerten Multivibrators ist ein digitales Signal (Ein- oder Aus-Zustand) wie in Figur 5b,c,d und e für verschiedene Bedingungen dargestel1t.

Der monostabile Ausgangsimpuls weist eine im allgemeinen Fall mit t. (Fig. 5c) bezeichnete Dauer auf und variiert linear

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mit der Kapazität des Meßfühlers 2 und damit mit der Brennstoffmenge im Tank. Die Dauer des monostabilen Impulses (Ein-Zustand) ändert sich von der einer maximalen Kapazität C„ bei einem vollen Tank (Fig. 5b) entsprechenden Maximalzeit t„ bis zu einer der minimalen Kapazität Ce bei einem leeren Tank (Fig. 5d) entsprechenden Minimalzeit t . Die Impulsdauer t,

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(Fig. 5e) ist gleich der Zeit T des Triggersignalimpulses und ebenfalls der Impulsdauer des Signals am Ausgang 9 des Multivibrators während eines Tests auf korrekte Funktion. Bekanntlich definiert der Quotient der allgemeinen Impulsdauer t. des Signals am Ausgang 9 und der Zyklusperiode T das Tastverhältnis des Ausgangssignals und ändert sich im Bereich zwischen 0 und 1 als eine Funktion der Meßfühlerkapazität C, wie in Fig. 6 gezeigt, wo es als lineare Funktion der Kapazität dargestellt ist, die, wie man sich erinnert, ein Maß für die Brennstoffmenge ist.

Ein Anzeigegerät oder eine Ablesevorrichtung oder ein anderes geeignetes, auf das Tastverhältnis der Multivibratorimpulse oder daraus abgeleitete Signale reagierendes Gerät ermöglicht eine Anzeige der Brennstoffmenge im Tank für den Fahrzeugführer oder Piloten.

Eine Überprüfung der ordnungsgemäßen Wirkungsweise kann automatisch ausgeführt oder vom Fahrer oder Piloten manuell eingeleitet werden, und zwar durch zeitweiliges Schalten des Relais 11, wodurch das von der Triggerquelle 10 bereitgestellte Rechtecksignal an den Reset-Eingang 13 des Multivibrators ebenso wie an den Triggereingang 12 angelegt wird.

Unter diesen Bedingungen wird der Multivibrator 6 durch den Triggerimpuls zurückgesetzt und erzeugt an seinem Ausgang 9 einen Impuls, dessen Dauer t (Fig. 5e) der Dauer T (Ein-

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Zustand) des an den Steuer- oder Triggereingang 12 angelegten Triggerimpulses entspricht. Die Dauer des Multivibratorimpulses ist daher auf die der Triggerimpulsquelle 10 reduziert.

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Der Multivibrator ist für die Kalibrierung derart justiert, daß bei normaler Messung bei leerem Tank am Multivibratorausgang 9 ein Impuls mit einer gleichen Dauer wie der des Triggerimpulses anliegt, wodurch t = T t, ist. Daher

S Oll O

gibt das Anzeigeinstrument gleiche Anzeige bei einer Überprüfung bei jeder beliebigen Brennstoffmenge oder bei leerem Tank.

Es wird darauf hingewiesen, daß im Verlauf eines derartigen Tests sämtliche Systemkomponenten eingeschaltet sind, einschließlich des am Betrieb des Multivibrators 6 aktiv beteiligten Meßfühlers 2.

Der beschriebene Multivibrator ist eine Ausführung mit zwei Eingängen, insbesondere einem Triggereingang und einem Reseteingang. Derartige Multivibratoren sind bekannt, als Referenz wird die Verwendung eines integrierten Schaltkreises des Typs 555 eingeschlossen, wie er in dem Datenhandbuch von Signetics, "Digital, Linear, Mos Data Book", Ausgabe 1974,· Seiten 6 bis 67 angegeben ist.

Der Ausgang 9 des Multivibrators ist entweder direkt mit einem Anzeigegerät verbunden oder über passende signalverarbeitende Schaltungen, abhängig von der Art des verwendeten Anzeigegerätes und des Meßfühlers.

Mehrere Schaltungsanordnungen für unterschiedliche Einsatzzwecke sind in den Fig. 8 und 10 dargestellt. Aus Gründen der einfacheren Darstellung sind der mit dem Multivibrator 6 verbundene Meßfühler 2 und die das Relais 11 umfassende Testschaltung nicht in diesen Figuren dargestellt.

Im Falle eines Tanks unregelmäßiger Form und eines angepaßten Meßfühlers, wie beispielsweise in Fig. 7 gezeigt, kann der Ausgang 9 des Multivibrators direkt mit einem Anzeigegerät verbunden sein, das ein Instrument 15 vom Galvanometertyp, wie in Fig. 8a dargestellt, umfaßt. Alternativ dazu umfaßt in

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Fig. 8b die elektronische Schaltung ein signalverarbeitendes Gerät 16 (Prozessor), das eine Mittelwertbildung der Multivibratorimpulse zur Erzeugung eines Gleichspannungsignals proportional dem Mittelwert (und damit proportional dem Tastverhältnis) vornimmt, das Anzeigegerät 17 umfaßt in diesem Fall ein analoges (Zeiger-) Gerät beispielsweise des Potentiometertyps. Der signal-verarbeitende Schaltkreis 16 ist diesem Gerät benachbart angeordnet. Andererseits kann der signalverarbeitende Schaltkreis 16 die Multivibratorimpulse bezüglich ihrer Dauer digitalisieren und das Anzeigegerät 17 ein digitales (Ziffernanzeige-) Gerät umfassen.

Zusätzlich können, wie in Fig. 8c angedeutet, die Multivibratorimpulse an ein Verarbeitungsgerät wie beispielsweise einen Zentralcomputer 18 angelegt werden, der das Anzeigegerät enthalten oder aber auch von ihm getrennt sein kann und der unterschiedliche Funktionen ausführt, beispielsweise Berechnungen oder Steuerung anderer Parameter des Fahrzeugs, wie den Operationsbereich oder Steuerung der Schwerpunktlage.

Wird bei einem Tank unregelmäßiger Form die Verwendung- eines n-icht angepaßten Meßfühlers gefordert, also eines Meßfühlers mit einem glatten Kapazitätsprofil wie in Fig. 9 dargestellt, so wird der Ausgang 9 des Multivibrators, wie in den den Fig. 8a,b und c entsprechenden Fig. 10a und b gezeigt, mit einem Anzeigegerät 15, einem signalverarbeitenden Schaltkreis 16 oder dem Zentralcomputer 18 über eine Wandlereinheit 19 zugeschaltet, die die in diesem Falle eines Meßfühlers mit einem glatten Profil nur dem Brennstoffpegel proportionale Dauer der Multivibratorimpulse in eine korrespondierende Impulsreihe umsetzt, deren Dauer und Tastverhältnis der Brennstoffmenge proportional ist, also in ein derartiges Signal, wie es bei Anschluß eines angepaßten Meßfühlers vom Multivibrator 6 ausgegeben würde.

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Fig. 11 zeigt ein einfaches Ausführungsbeispiel der Wandler-Feinheit 19. Sie umfaßt einen Eingangszähler 20 zur Zählung von Impulsen einer Taktquelle CK, der durch die Impulse des Multivibrators 6, die eine Funktion des Brennstoffpegels sind, getaktet wird, um den Impulsdauern entsprechende numerische Zählwerte bereitzustellen. Diese numerischen Werte werden an ein Gerät angelegt, beispielsweise einen Nur-Lese-Speicher (ROM), der eine Referenztabelle 21 bereitstellt. In der Referenztabelle 21 sind Wertepaare derart gespeichert, daß jeder das ROM adressierende numerische Wert einen korrespondierenden Wert besitzt, der die Brennstoffmenge anstatt der Eingangsgröße Brennstoffpegel darstellt. Die Referenztabelle 21 übt daher eine Transformierungsfunktion bezüglich der Beziehung zwischen dem numerischen Ausgangswert und der Brennstoffmenge aus. Selbstverständlich wird diese Tabelle 21 unter Berücksichtigung der Form des Tanks aufgestellt.

In diesem dargestellten Fall wird der numerische Ausgangswert nicht direkt verwendet, sondern an eine Ausgangszähleranordnung oder einen Impulsformer 22 angelegt, der mit Hilfe der Taktimpulse diesen letztgenannten numerischen Wert in ein Rechtecksignal umse.tzt, ' dessen "EIN"-Dauer zu diesem numerischen Wert korrespondiert und damit der Brennstoffmenge im Tank proportional ist. Deswegen ist im Ergebnis das Signal am Ausgang der Zählanordnung 22 im wesentlichen das gleiche Signal wie am Ausgangs 9 des Multivibrators bei Verwendung eines angepaßten Meßfühlers wie in Fig. 8.

Das Wandlergerät 19 ist bevorzugt benachbart dem Meßfühler zusammen mit den im Aufbau 5 enthaltenen Einheiten angebracht, damit eine Einheit entsteht, die den monostabilen Multivibrator, den Meßfühler, die Triggerquelle, das Relais und die Wandlereinheit enthält.

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Im Falle eines Tanks regelmäßiger Form (gleichmäßiger Querschnitt) kann der glatte Meßfühler der Figur 9 als angepaßter Meßfühler verwendet werden, dann jedoch unter Verwendung der Schaltkreise aus Fig. 8.

Wie deutlicher in den Fig. 7 und 9 dargestellt, ist die äußere Platte 3 des Meßfühlers 2 beispielsweise durch Schweißen mit dem Flansch 7 verbunden, der wiederum am Tank 1 angebracht oder befestigt ist, so daß unter der Annahme eines elektrisch leitenden geerdeten Tankmaterials die Platte 3 ebenfalls geerdet ist, mit dem Vorzug, daß die innere Platte 4 gegen äußere Störungen oder Störsignale abgeschirmt ist. Die innere Platte 4 ist auf der äußeren Platte 3 mittels Zentrierringen 23 zentriert angebracht, sie weist auf der Anbringungsseite einen Dorn oder Zapfen 24 auf, der sich durch den Flansch 7 zur Außenseite des Tanks erstreckt und direkt mit dem Multivibrator 6 verbunden ist und so die Verwendung von Kabeln oder Drähten zwischen dem Meßfühler und dem Multivibrator entbehrlich macht. Der Dorn oder Zapfen 24 ist vom Flansch 7 durch eine Führung oder ein Lager 25 aus isolierendem Material isoliert.

Für den Fall, daß der Meßschaltkreis ebenfalls die Wandlereinheit 19 umfaßt, ist er innerhalb einer Schutzhülle angeordnet, die wiederum am Flansch 7 angebracht ist.

Zusammenfassend wird durch einen Meßkreis mit einem direkt auf dem Meßfühler befindlichen monostabilen Multivibrator die lokale Messung der Meßfühlerkapazität ermöglicht, und 'die informationstragenden, an das Anzeigegerät übermittelten Signale sind digitaler Art und daher nicht empfindlich auf Interferenz mit externen Störungen oder Störsignalen. Unter Signalen vom Digitaltyp sollen hier tatsächlich digitale (numerische) Werte oder Digitalwerte in dem Sinne, daß sie zwei Zustände, Ein und Aus, aufweisen, verstanden werden.

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Die Meßgenauigkeit wird ebenfalls durch die Erdung der äußeren Platte 3 des Meßfühlers erhöht, die eine elektromagnetische Abschirmung für die innere Platte zur Verfugung stellt.

Zusätzlich kann mit einem Aufbau, der einen Multivibrator 6, einen Meßfühler 2, eine Triggerquelle 10, ein Relais 11 und, falls nötig, eine Wandlereinheit 19 umfaßt, eine Überprüfung und Kalibrierung der Ausgangssignale der Meßschaltung zum Zeitpunkt der Herstellung des Geräts bewirkt werden, um so Herstellungstoleranzen des Meßfühlers ausgleichen zu können, so daß derart die vollständigen Meßgeräte gegeneinander am Fahrzeug ausgetauscht werden können, ohne irgenwelche weitere Kalibrierung zu benötigen.

Bei Tanks unregelmäßiger Form gestattet das System ebenfalls die Verwendung von Meßfühlern mit glatten Platten (Fig. 9), die von einfacherem Aufbau sind und bei beliebigen Systemen Verwendung finden können, da Korrekturen oder Anpassungen durch Schaltungen, beispielsweise die in Fig. 11 dargestellten vorgenommen werden können, die nur eine Änderung der Tabelle 21 zur Anpassung an unterschiedliche Tankformen benötigen.

Weiterhin ist von Vorteil, daß während der Überprüfung der korrekten Funktion des Systems der Meßfühler ebenfalls überprüft wird, da dessen Platten die zeitbestimmende Kapazität des Multivibrators bilden und dauernd mit diesem verbunden sind.

Schi icß I i c.\\ ur'lijul)L die difiiLalc NaLur· d<?y Λιιυμ,ηη^ΐ}:! i j'.iia 1 s den Anschluß des Systems an einen schon für andere Zwecke vorhandenen Computer.

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Änderungen und Modifikationen der voranstehend beschriebenen Ausfuhrungsbeispiele sind möglich. Beispielsweise war in Zusammenhang mit dem Multivibrator 6 in Fig. 4 und 5 ein Triggersignal mit Rechteckform beschrieben worden, das bei Anlegen an den Eingang 12 die Triggerung des monostabilen Multivibrators 6 durch die führende Flanke des Triggerimpulses bewirkt und bei Anlegen an den Eingang 13 den Multivibrator mit der fallenden Flanke des Impulses während eines Tests auf korrekte Betriebsweise zurücksetzt.

Es ist jedoch offensichtlich, daß die Triggersteuerung des Multivibrators 6 durch die fallende Flanke des Triggerimpulses und das Rücksetzen durch die folgende führende Flanke des nächsten Impulses bewirkt werden kann. In diesem Fall wäre die Dauer der Ausgangsimpulse des Multivibrators, statt wie bisher i ärmer al:; din 7.<-i t. T , nunmehr länger als dir "AUS"-Zeit T ,.,, und di<- Zu-i I. !.. ::i. imrnte mit der Zeit ¹I¹ ,..,.

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überein.

Weiterhin könnte anstatt der elektrischen Verbindung der Hülle"10 mit dem MuItivibratoreingang 13 durch das Relais 11 mit seinem mechanischen Kontakt 14 ein fernsteuerbares elektronisches Gerät vorgesehen werden, das eine entsprechende Schaltfunktion aufweist.

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. ) Vorrichtung zur Messung der Brennstoffmenge in einem ~~~^ Brennstofftank mit einem im Tank angebrachten kapazitativen Meßfühler, dessen Kapazität eine Funktion der Brennstoffmenge in dem Tank ist, einer mit dem Meßfühler zur Erzeugung eines Ausgangssignals verbundenen elektronischen Schaltung, das eine Funktion der Kapazität des Meßfühlers darstellt, und einer auf das Ausgangssignal reagierenden Anzeigevorrichtung zur Bereitstellung einer Anzeige der in dem Tank vorhandenen Brennstoffmenge,

dadurch gekennzeichnet,
daß die elektronische Schaltungsanordnung (5) einen monostabilen Multivibrator (6) aufweist, mit dem der Meßfühler (2) als zeitbestimmende Kapazität des Multivibrators (6) verbunden ist, so daß nach Triggerung des monostabilen Multivibrators (6) dessen Impulsdauer eine Funktion der Meßfühlerkapazität darstellt, und daß eine mit dem monostabilen Multivibrator (6) verbundene Triggervorrichtung (10) vorgesehen ist, die Signale konstanter Dauer an den Multivibrator (6)- anlegt, um den Multivibrator (6) wiederholt zu triggern, wodurch das Tastverhältnis der hieraus entstehenden monostabilen Multivibratorimpulse eine Funktion der Meßfühlerkapazität ist, und daß das Ausgangssignal aus den Multivibratorimpulsen besteht oder von ihnen abgeleitet wird in Abhängigkeit von der Anzeigevorrichtung (15,17) und des verwendeten Meßfühlers (2).

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Triggervorrichtung (10) eine Quelle von Rechteckimpulsen konstanter Dauer umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Quelle einen astabilen Multivibrator umfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennz e lehnet,

daß der monostabile Multivibrator (6) einen Rücksetzeingang (13) (Reset) aufweist und daß die elektronische Schaltungsanordnung (5) Vorrichtungen (11,14) zur selektiven Verbindung des Rücksetzeingangs (13) mit der Triggervorrichtung (10) zum Empfang der Rechteckimpulse aufweist, wobei der monostabile Multivibrator (6) justiert wird, wenn der Rücksetzeingang (13) derart mit der Triggervorrichtung (10) verbunden ist, daß Impulse mit einem Tastverhältnis gleich dem Tastverhältnis der Rechteckimpulse von der Triggervorrichtung (10) erzeugt werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,

daß -der monostabile Multivibrator (6) derart eingestellt ist, das er bei leerem Tank (1) Impulse erzeugt, deren Tastverhältnis dem Tastverhältnis des von der Triggervorrichtung (10) ausgegebenen Rechtecksignals entspricht.

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— 3 —

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet,
daß der Meßfühler (2) ein der Form des Tanks (1) angepaßtes Kapazitätsprofil (C = f(H)) aufweist, daß das Ausgangssignal durch die Muitivibratorimpuise gebildet wird und daß die Anzeigevorrichtung ein zum Empfang der Impulse verbundenes Gerät vom Galvanometertyp aufweist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet,
daß der Meßfühler ein der Form des Tanks angepaßtes Kapazitätsprofil aufweist, daß die elektronische Schaltungsanordnung (5) weiterhin eine auf die Muitivibratorimpuise reagierende Vorrichtung (16) aufweist, die diese Impulse ermittelt und ein dem Mittelwert proportionales Gleichspannungsausgangssignal bereitstellt, und daß die Anzeigevorrichtung (15,17) ein Gerät (17) des analogen Typs umfaßt.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet,
daß der Meßfühler (2) ein der Form des Tanks angepaßtes Kapazitätsprofil (C = f(H)) aufweist, daß die elektronische' Schaltungsanordnung (5) weiterhin eine auf die Muitivibratorimpuise reagierende Digitalisiervorrichtung (16) aufweist, die ein digitales Ausgangssignal erzeugt, dessen numerischer Wert proportional dem Tastverhältnis ist, und daß die Anzeigevorrichtung (15,17) ein Instrument des Digitaltyps umfaßt.

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9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet,
daß der Meßfühler (2) ein nicht der Form des Tanks angepaßtes Kapazitätsprofil (C = f(H)) aufweist, daß die elektronische Schaltungsanordnung (5) eine auf die MuItivibratorimpulse reagierende Wandlereinrichtung (19) umfaßt, die eine Transformationsfunktion bezüglich der Impulse durchführt und ein Ausgangssignal bereitstellt, dessen Wert proportional der Brennstoffmenge (V₁) in dem Tank (1) ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Wandlereinrichtung (19) derart betreibbar ist, daß sie von den Multivibratorimpulsen eine korrespondierende Impulsreihe ableitet, deren Tastverhältnis proportional der Brennstoffmenge (V.) in dem Tank (1) ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Wandlereinrichtung (19) eine Quelle (CK) von Taktimpulsen umfaßt, weiterhin einen an die Taktimpulse angeschlossenen Eingangszähler (20) zur Zählung der Taktimpulse, welcher Zähler (20) durch die MuItivibratorimpulse derart gesteuert wird, daß er Eingangszählwerte bereitstellt, die die Dauer der Multivibratorimpulse darstellen, daß eine eine Referenztabelle (21) umfassende Vorrichtung zur Umwandlung der Eingangszählwerte in korrespondierende Ausgangszählwerte, die proportional der Brennstoffmenge (V.) in dem Tank (1) sind, vorgesehen ist, und daß die an die Taktimpulsquelle (CK) zur Zählung von Taktimpulsen angeschlossene

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Eingangszähler-Anordnung (20) auf die Ausgangszählwerte reagiert zur Ableitung der korrespondierenden Impulsreihe von gleicher Dauer wie die der Multivibratorimpulse und mit einem der Brennstoffmenge (V. ) im Tank (1) proportionalen Tastverhältnis.

12. -Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Tank (1) einen nicht gleichförmigen Querschnitt aufweist, daß der Meßfühler (2) ein Kapazitätsprofil (C = f(H)) mit einer im wesentlichen linearen Funktion des Brennstoffpegels (H) in dem Tank aufweist, daß das korrespondierende Tastverhältnis der Multivibratorimpulse eine im wesentlichen lineare Funktion des Brennstoffpegels (H) ist, und daß die Referenztabelle (21) numerische Werte in Paaren speichert, die den Brennstoffpegel (H) im Tank (1) in die Brennstoffmenge (V₁) in dem Tank (1) umsetzen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Wandlereinheit (19) eine Vorrichtung (16) zur Digitalisierung der Multivibratorimpulse in numerische Werte enthält, die zu dem Tastverhältnis der Impulse korrespondieren, und weiterhin eine Referenztabelle (21) zum Empfang der numerischen Werte und zur Bereitstellung eines zu jedem der Werte korrespondierenden numerischen Wertes umfaßt, der eine lineare Funktion der Brennstoffmenge (V.) in dem Tank (1) darstellt.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,
daß der Tank (1) der Brennstofftank eines Fahrzeuges ist, das weiterhin eine auf das Ausgangssignal reagierende Rechnereinheit (18) (Computer) aufweist, die Berechnungen anderer das Fahrzeug betreffender Parameter durchführt.

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15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin einen Aufbau (5,7,8) umfaßt, durch den der monostabile Multivibrator (6) und die Trigger-. quelle (10) als Einheit auf dem Tank (1) montierbar sind.

16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 13,

dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin einen Aufbau (5,7,8) umfaßt, durch den der monostabile Multivibrator (6), die Triggerquelle (10) und die Wandlereinrichtung (19) als Einheit auf dem Tank (1) anbringbar sind.

17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler (12) koaxiale Elektroden (3,4) umfaßt, deren äußere (3) an Masse gelegt oder geerdet ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Tank (1) aus elektrisch leitfähigem Material besteht und an Masse oder Erde gelegt ist und daß der Meßfühler (2) koaxiale Elektroden (3,4) umfaßt, deren äußere (3) mit dem Tank (1) verbunden ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler (2) koaxiale Elektroden (3,4) und einen elektrisch leitfähigen Dorn oder Zapfen (24) aufweist, der sich von der inneren Elektrode (4) zur direkten Verbindung mit dem Multivibrator (6) erstreckt.

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20. Vorrichtung nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Meßfühler (2) einen elektrisch leitfähigen Dorn oder Zapfen (24) aufweist, der sich von der inneren Elektrode (4) zur direkten Verbindung mit dem Multivibrator (6) erstreckt.

21. Vorrichtung nach einem oder mehreren der voranstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,
daß die innere Elektrode (4) in der äußeren Elektrode (3) des Meßfühlers (2) durch einen oder mehrere Zentrierringe (23) zentriert gehalten und/oder daß der Zapfen (24) isoliert in einer Führung (25) eines Flansches (7) gelagert ist.