DE3440513A1

DE3440513A1 - Verfahren und einrichtung zur erfassung des fluessigkeitsvolumens in einem tank

Info

Publication number: DE3440513A1
Application number: DE19843440513
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. 8411 Hönighausen Schreiber
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1984-11-06
Filing date: 1984-11-06
Publication date: 1986-05-15

Description

Verfahren und Einrichtung zur Erfassung des Flüssig-
keitsvolumens in einem Tank Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung des Flüssigkeitsvolumens in einem Tank durch Registrieren der Laufzeiten von Ultraschallimpulsen, die von einem Wandler im Boden des Tanks in periodischer Folge ausgesendet, an der Flüssigkeitsoberfläche reflektiert und vom Wandler wieder empfangen werden, der dann Laufzeitsignale in periodischer Folge an ein Auswerteglied abgibt, das aus Laufzeit und bekannter Tankform einem Anzeigegerät als Daten zuführbare Volumenwerte bestimmt.
Ein derartiges Verfahren ist bereits vorgeschlagen worden (Anmeldung mit älterem Zeitrang P 34 05 080.9).
Dabei sendet ein im Boden eines Tanks montierter Ultraschallwandler in periodischer Folge Ultraschallimpulse aus und empfängt die von der Flüssigkeitsoberfläche reflektierten Echos. Die ausgewertete Laufzeit ist hierbei ein Maß für die Füllhöhe. Bei bekannter Tankform läßt sich im Auswerteglied aus der Füllhöhe das zugehörige Flüssigkeitsvolumen bestimmen. Die Volumenwerte sind einem Anzeigegerät zuführbar.
Die periodische Folge der Laufzeitsignale kann dabei wegen äußerer Störeinflüsse nicht über größere Strecken übertragen werden. Schon über die Länge eines Kraftfahrzeuges, die einige Meter beträgt, ist eine Übertragung ausreichend sicher nicht möglich. Das Auswerteglied ist daher in unmittelbarer Nähe des Wandlers am Tank angeordnet.
Das Auswerteglied, ein Kleinrechner, ist relativ teuer und hat einen erheblichen Anteil an den Kosten der gesamten Einrichtung zur Überwachung des Flüssigkeitsvolumens. Andererseits ist oft in einiger Entfernung vom Tank ein Rechner mit freier Kapazität vorhanden.
Manche Kraftfahrzeuge sind beispielsweise mit einem Bordrechner ausgestattet, der im Armaturenbrett angeordnet ist und verschiedenartige Aufgaben beispielsweise für ein Pilotsystem erfüllen soll. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein derartiger externer Rechner die Aufgaben des Auswertegliedes übernehmen kann, ohne daß zusätzliche Kosten entstehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das die periodische Folge von Laufzeitsignalen über eine Verbindungsstrecke, z.B. vom Tank zum Armaturenbrett eines Kraftfahrzeuges, ohne Störeinflüsse übertragen kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Frequenz der Folge von Laufzeitsignalen reduziert wird und die derart modifizierte Folge von Laufzeitsignalen über eine Verbindungsleitung dem Auswerteglied zugeführt wird.
Beim Verfahren nach der Erfindung brauchen die Laufzeitsignale nicht direkt am Wandler ausgewertet zu werden.
Sie werden vielmehr mit geringem Aufwand nur so weit aufbereitet, daß eine problemlose Ubertragung zu einem entfernten Auswerteglied möglich wird.
Dadurch wird der Vorteil erzielt, daß ein bereits vorhandenes Auswerteglied eingesetzt werden kann, selbst dann wenn es vom Tank entfernt angeordnet ist. Ein eigenes aufwendiges Auswerteglied für die Laufzeitsignale der Tankinhaltsmessung erübrigt sich somit.
Störeinflüsse auf eine Signalleitung gehen meist von äußeren Magnetfeldern aus und beeinträchtigen im wesentlichen Signale höherer Frequenz. Es wirkt sich deshalb vorteilhaft aus, daß die Frequenz der Laufzeitsignale reduziert wird.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, - daß die Pausenzeit zwischen zwei Laufzeitsignalen durch ein Verzögerungsglied um eine feste Zeitspanne verlängert wird, so daß eine periodische Folge von Laufzeitsignalen mit verminderter Frequenz erzeugt wird, - daß die Frequenz dieser Signalfolge durch einen Frequenzteiler um einen festen Wert größer eins geteilt wird und - daß die so modifizierte Folge von Laufzeitsignalen dem Auswerteglied zugeführt wird.
Ein neuer Ultraschallimpuls wird vom Wandler erst dann ausgesendet, wenn nach dem Empfang eines reflektierten Ultraschallimpulses eine feste, vorteilhafterweise quarzgesteuerte Zeitspanne verstrichen ist. Diese Zeitspanne wird zweckmäßigerweise so gewählt, daf3 Mehrfach-Echos innerhalb dieser Zeitspanne abklingen können.
Durch die feste Verzögerungszeitspanne wird außerdem die Frequenz der Signalfolge vermindert.
Die nachfolgende Teilung der Signalfrequenz um einen bestimmten Wert formt die zur Übertragung an das Auswerteglied gewünschte Frequenz. Darüber hinaus erfolgt hierbei vorteilhafterweise eine arithmetische Mittelwertbildung über mehrere Messungen.
Eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemaßen Verfahrens weist einen Wandler auf, der im Boden des Tanks angeordnet, Ultraschallimpulse aussendet und reflektierte Impulse empfängt. Er steht mit einem Auswerteglied in Verbindung, dessen Ausgang mit einem Anzeigegerät verbunden ist. Dabei ist der Wandler mit einem Mono-Flip-Flop verbunden, das dann wenn ein Signal des Wandlers an seinem Eingang ansteht, um eine feste Zeitspanne verzögert, ein Signal an seinem Ausgang abgibt.
Der Ausgang des Mono-Flip-Flop ist mit einem Triggereingang des Wandlers verbunden. Dadurch kann der Wandler ein neues Signal erst dann absenden, wenn nach dem Eintreffen eines Echos die feste Zeitspanne vergangen ist.
Der Ausgang des Mono-Flip-Flop steht außerdem mit einem Frequenzteiler in Verbindung. Die Frequenz des Laufzeitsignals, die bereits durch die im Mono-Flip-Flop einge- fügten Pausenzeitspannen reduziert wurde, wird durch den Frequenzteiler weiter vermindert, so daß an seinem Ausgang ein störungsunanfälliges Signal abgegeben wird.
Dieser Frequenzteiler steht mit dem Anzeigegerät in Verbindung, wobei die Verbindungsleitung relativ lang sein kann.
Mit dieser Einrichtung nach der Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß die Frequenz der Laufzeitsignale mit wenigen kostengünstigen Bauteilen so weit reduziert werden kann, daß eine Übertragung zu einem entfernten Auswerteglied problemlos möglich ist.
Insbesondere wird der Vorteil erzielt, daß man bei einer Tankinhaltsmessung ohne ein spezielles Auswerteglied auskommt, falls über eine Verbindungsleitung ein Rechner erreicht werden kann.
Die Erfindung soll anhand eines in der Zeichnung grob schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispieles näher erläutert werden: Fig. 1 veranschaulicht eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 2 gibt Diagramme über den Signalverlauf an drei Stellen der Einrichtung bei niedrigem Falls stand wieder.
Fig. 3 stellt Diagramme über den Signalverlauf an drei Stellen der Einrichtung bei hohem Füllstand dar.
In den Fig. 2 und 3 ist auf der Abszisse die Zeit t und auf der Ordinate die Spannung U aufgetragen.
Ein Treibstofftank 1 in einem Xraftfahrzeug nach Fig. 1 weist in seinem Boden einen Wandler 2 auf, der nach einem Einschaltimpuls 9 Ultraschallimpulse 3 aus sendet und an der Flssigkeitsoberfläche 4 im Tank 1 reflektierte Impulse 5 nach einer Zeitspanne r1 empfängt.
Man vergleiche Fig. 2. Der Wandler 2 gibt dann an seinem Ausgang 22 einen Impuls 10 nach Fig. 2 ab.
Der Ausgang 22 des Wandlers 2 ist mit einem Eingang 61 eines Mono-Flip-Flops 6 verbunden. Falls am Eingang 61 ein Impuls 10 eintrifft, gibt das Mono-Flip-Flop 6 nach einer festen Zeitspanne T an seinem Ausgang 62 einen Impuls 11 ab.
Der Ausgang 62 steht mit einem Trigger-Eingang 21 des Wandlers 2 in Verbindung. Sonach wird der Wandler 2 durch den verzögerten Impuls 11 getriggert und ein neuer Ultraschallimpuls 3 erst dann ausgesendet, wenn nach dem Empfangen eines reflektierten Ultraschallimpulses 5 die feste Zeitspanne T verstrichen ist. Nach einer zum Füllstand proportionalen Zeitspanne\ 1 wird dann erneut ein Echo 5 registriert, und als Impuls 10 einer Impulsfolge 13 dem Eingang 61 des Mono-Flip-Flops6 zugeführt.
Auf diese Weise wird am Ausgang 62 des Mono-Flip-Flops eine Impulsfolge 12 abgegeben, deren Zyklus eine Summe aus Signallaufzeit T1 und fester Zeitspanne T ist.
Dadurch die Addition der festen Zeitspanne T ist sonach die Frequenz der Impulsfolge vermindert worden.
Der Ausgang 62 des Mono-Flip-Flops 6 steht außerdem mit dem Eingang 71 eines Frequenzteilers 7 in Verbindung, der bei einem festen Wert zwei die Frequenz der Impulsfolge 12 beispielsweise halbiert. Der Frequenzteiler 7 gibt an seinem Ausgang 72 ein Ausgangssignal 14 ab, dessen Frequenz so klein ist, daß Störeinflüsse eine Übertragung über lange Strecken nicht beeinträchtigen können.
Ein Auswerteglied in Verbindung mit einem Anzeigegerät ist am Ende einer relativ langen Übertragungsleitung 8 vorzustellen.
Falls der Füllstand im Tank 1 groß ist, verlängert sich die Laufzeit2 der Ultraschallimpulse gegenüber der .aufzeitRS1 bei niedrigerem Füllstand, wie es in den Fig. 2 und 3 veranschaulicht ist. Die feste Verzögerungszeit T des Mono-Flip-Flops 6 bleibt jedoch unverändert.
Sonach wird am Ausgang 62 des Mono-Flip-Flops 6 bei größerem Füllstand eine Impulsfolge 15 abgegeben, die entsprechend größere Abstände zwischen den Impulsen als die Impulsfolge 12 nach Fig. 2 aufweist. Entsprechend wird dem Eingang 51 des Mono-Flip-Flops 6 eine Impulsfolge 16 zugeführt. Am Ausgang 72 des Frequenzteilers 7 wird bei großem Füllstand im Tank 1 ein Ausgangssignal 17 abgegeben, dessen Frequenz kleiner als die Frequenz des Ausgangssignals 14 nach Fig. 2 ist.
Die Frequenzen der Ausgangssignale 14 und 17 tragen also die Information über den Füllstand im Treibstofftank 1. Diese Information kann aufgrund der relativ niedrigen Frequenz durch Störeinflüsse nicht beeinträchtigt werden. Sie gelangt über die Leitung 8 zum entfernt angeordneten Auswerteglied.
3 Patentansprüche 3 Figuren Liste der Bezugszeichen 1 Treibstofftank 2 Wandler 3 ausgesandte Ultraschallimpulse 4 Flüssigkeitsoberfläche im Tank 5 reflektierte Ultraschallimpulse 6 Mono-Flip-Flop 7 Frequenzteiler 8 Übertragungsleitung 9 Einschaltimpuls 10 Impulse am Ausgang des Wandlers 11 Impulse am Ausgang des Mono-Flip-Flops 12 Impulsfolge am Ausgang des Mono-Flip-Flops bei niedrigem Füllstand 13 Impulsfolge am Ausgang des Wandlers bei niedrigem Füllstand 14 Signal am Ausgang des Frequenzteilers bei niedrigem Füllstand 15 Impulsfolge am Ausgang des Mono-Flip-Flops bei hohem Füllstand 16 Impulsfolge am Ausgang des Wandlers bei hohem Füllstand 17 Signal am Ausgang des Frequenzteilers bei hohem Füllstand 21 Trigger-Eingang des Wandlers 22 Ausgang des Wandlers 61 Eingang des Mono-Flip-Flops 62 Ausgang des Mono-Flip-Flops 71 Eingang des Frequenzteilers 72 Ausgang des Frequenzteilers Laufzeit der Ultraschallimpulse bei niedrigem Füllstand Laufzeit der Ultraschallimpulse bei hohem Füllstand T feste Verzögerungszeitspanne - Leerseite -

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Erfassung des F].üssigkeitsvolulnens in einem Tank (1) durch Registrieren der Laufzeiten von Ultraschallimpulsen (3,5), die von einem wandler (2) im Boden des Tanks (1) in periodischer Folge ausgesendet, an der Flüssigkeitsoberfläche (4) reflektiert und vom Wandler (2) wieder empfangen werden, der dann Laufzeitsignale in periodischer Folge an ein Auswerteglied abgibt, das aus Laufzeit und bekannter Tankform einem Anzeigegerät als Daten zufiüirbare Volumenwerte bestimmt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Frequenz der Folge von Laufzeitsignalen reduziert wird und die derart modifizierte Folge (14,17) von Laufzeitsignalen über eine Verbindungsleitung (8) dem Auswerteglied zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -kennzeichnet, - daß die Pausenzeit zwischen zwei Laufzeitsignalen durch ein Verzögerungsglied um eine feste Zeitspanne (T) verlängert wird, so daß eine periodische Folge (12,15) von Laufzeitsignalen (11) mit verminderter Frequenz erzeugt wird, - daß die Frequenz dieser Signalfolge (12,15) durch einen Frequenzteiler um einen festen Wert größer eins geteilt wird und - daß die so modifizierte Folge (14,17) von Laufzeitsignalen dem Auswerteglied zugeführt wird.
3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2 mit einem im Boden eines Tanks (1) angeordneten Wandler (2) zum Aussenden und Empfangen von Ultraschallimpulsen (3,5), d a d u r c h g e k e n n -zeichnet, - daß der Wandler (2) mit einem Mono-Flip-Flop (6) verbunden ist, das dann wenn ein Signal (10) an seinem Eingang (61) ansteht, um eine feste Zeitspanne (T) verzögert an seinem Ausgang (62) ein Signal (11) abgibt, - daß der Ausgang (62) des Mono-Flip-Flops (6) mit dem Wandler (2) an einem Triggereingang (21) verbunden ist, wodurch das verzögerte Signal (11) den Wandler (2) triggert, - daß der Ausgang (62) des Mono-Flip-Flops (6) mit einem Frequenzteiler (7) in Verbindung steht, der ein modifiziertes Laufzeitsignal (14,17) abgibt und - daß der Frequenzteiler (7) mit dem Anzeigegerät in Verbindung steht.