DE3912783A1

DE3912783A1 - Motor vehicle level measurement arrangement - has immersed transmitter of constant ultrasonic signal in tank parallel to receiver at constant distance

Info

Publication number: DE3912783A1
Application number: DE19893912783
Authority: DE
Inventors: Walter Weishaupt; Hans Lamberty
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1989-04-19
Filing date: 1989-04-19
Publication date: 1990-10-25

Abstract

The level measurement arrangement contains a vibrating body immersed in a tank over the fill height to be measured. Its vibration properties depend on the level. The vibrating body (1) forms a transmitter of a constant ultrasonic signal. An ultrasonic receiver (2) is arranged parallel to and at a constant distance from the transmitter. The transmitter-receiver coupling depends on the level. The transmitter-receiver pair is arranged along a surface line of the tank. USE/ADVANTAGE - Level measurement arrangement for motor vehicles enables precise indication of actual level to be achieved.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Füllstands-Meßvor richtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a level measuring device Direction according to the preamble of claim 1.

Bei einer derartigen, aus der DE 33 04 223 C2 bekannten Vorrichtung dieser Art wird der Sender kurzzeitig für einen aperiodischen Schwingungsvorgang angeregt. Die Eigenschwingung ist von der Füllstandshöhe abhängig und gibt eine vom Ausmaß der Beeinflussung abhängige Aus gangsgröße ab. Die Beeinflussung ist durch die Füll standshöhe gegeben und resultiert aus der unterschied lichen Bedämpfung des Senders in und außerhalb der Flüssigkeit.In such a known from DE 33 04 223 C2 Device of this type is used for a short time by the transmitter stimulated an aperiodic oscillation process. The Natural vibration depends on the level and returns an output that depends on the extent of the influence size from. The influence is through the fill stand height and results from the difference attenuation of the transmitter inside and outside the Liquid.

Bei einer derartigen Vorrichtung ergeben sich erhebliche Probleme im praktischen Gebrauch. Zum einen ist die Eigenschwingung nicht nur abhängig von der Füllstands höhe, sondern auch von weiteren Parametern. Hierzu gehören beispielsweise die Temperatur und vorübergehende Füllstandsänderungen, die im wesentlichen durch Be schleunigungsvorgänge des Kraftfahrzeugs bedingt sind. Die nur kurzzeitige Erregung des Senders ermöglicht es nur schwer, derartige zufällige und scheinbare Füll standsänderungen zu erkennen und zu eliminieren. Eine weitere Einflußgröße auf die Eigenschwingung stellen vorübergehende Beschleunigungsvorgänge des Senders selbst dar, die ihrerseits ebenfalls einen erheblichen Einfluß auf das Ergebnis besitzen und die ebenfalls nur schwer zu eliminieren sind.With such a device there are considerable Problems in practical use. For one, it is Natural vibration not only depends on the level height, but also of other parameters. For this include, for example, the temperature and temporary Level changes that are essentially caused by Be acceleration processes of the motor vehicle are caused. The short-term excitation of the transmitter makes it possible difficult, such accidental and apparent filling recognize and eliminate changes in status. A place another influencing variable on the natural vibration temporary acceleration of the transmitter itself, which in turn also represents a significant Have influence on the result and also only are difficult to eliminate.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Füll stands-Meßvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die mit geringem Aufwand eine präzise Aussage über den tatsächlichen Füllstand ermöglicht.The invention has for its object a filling level measuring device of the type mentioned create a precise statement with little effort enabled over the actual level.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeich nenden Merkmale des Patentanspruchs 1.The invention solves this problem by the character nenden features of claim 1.

Wesentlich für die Erfindung ist zunächst, daß der Sender ein gleichbleibendes Ultraschall-Signal abgibt. Es ist selbstverständlich, daß dieses Signal nur während einer definierten Betriebsperiode vorhanden zu sein braucht. Diese Periode ihrerseits ist sinnvollerweise so bemessen, daß die geschilderten vorübergehenden Störun gen und Schwankungen des Füllstands mit Sicherheit erkannt und auch eliminiert werden können.It is essential for the invention that the Transmitter emits a constant ultrasound signal. It goes without saying that this signal is only during of a defined operating period needs. This period in turn is meaningfully so dimensioned that the temporary disturbances described conditions and fluctuations in the fill level with certainty can be recognized and also eliminated.

Die Verlegung eines separaten Empfängers bietet den Vorteil, daß Rückwirkungen auf das Meßergebnis aufgrund von Störungen des Senders, die dieser beispielsweise durch externe Beschleunigungen erfährt, ebenfalls erkannt und beseitigt werden können. Die Anordnung des Empfängers im gleichbleibenden Abstand vom Sender gewährleistet darüber hinaus über die gesamte zu be stimmende Füllstandshöhe eine definierte Veränderung des Empfangssignals, die lediglich abhängig von der Füll standshöhe ist. Damit aber steht eine Vorrichtung zur Verfügung, die für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug bestens geeignet ist und die die kraftfahrzeugspezifi schen Einsatzprobleme zu beseitigen erlaubt. The laying of a separate receiver offers the Advantage that effects on the measurement result interference from the transmitter, for example experienced by external accelerations, too can be recognized and eliminated. The arrangement of the Receiver at a constant distance from the transmitter also guarantees to be over the entire matching level a defined change of the Receive signal, which only depends on the fill standing height is. But this is a device Available for use in a motor vehicle is ideally suited and that the motor vehicle-specific allowed to eliminate operational problems.

Verbesserungen der Erfindung sind Gegenstand der Patent ansprüche 2 bis 5 und beziehen sich im wesentlichen auf den praktischen Gebrauch.Improvements to the invention are the subject of the patent claims 2 to 5 and relate essentially to practical use.

So bieten die Merkmale des Patentanspruchs 2 die Mög lichkeit, die erfindungsgemäße Vorrichtung mit geringem Aufwand innerhalb des Tanks unterzubringen.So the features of claim 2 offer the poss the device according to the invention with little To accommodate effort inside the tank.

Die Merkmale des Patentanspruchs 3 eröffnen die Chance, zusätzlich auch die Flüssigkeitsmenge zu bestimmen, die im Einfüllrohr des Tanks steht. Damit aber ergibt sich die Möglichkeit, den Füllstand bzw. die damit korres pondierende Vorratsmenge der Tankflüssigkeit lückenlos vom Maximalwert bis auf den Wert Null zu bestimmen.The features of claim 3 open up the opportunity in addition to determine the amount of liquid that in the filler pipe of the tank. But this results in the possibility of the level or the corres ponding supply quantity of the tank liquid without gaps to determine from the maximum value to the value zero.

Die Merkmale des Patentanspruchs 4 beschreiben eine Ausführungsform, die mit im Handel befindlichen, als Meterware verfügbaren Mitteln zu realisieren.The features of claim 4 describe a Embodiment that is commercially available as Realize resources available by the meter.

Schließlich zeigt der Patentanspruch 5 einen Weg auf, die Genauigkeit der Vorrichtung abhängig vom jeweiligen Füllstand zu machen. Grundlegend ist dabei die Über legung, daß bei einem schrägen Verlauf von Sender und Empfänger die relative Änderung der Kopplung und damit des mit dem Empfänger erhaltenen Signals kleiner als bei senkrechter Anordnung ist.Finally, claim 5 shows a way the accuracy of the device depending on the particular Level. The fundamental is the Über laying that with an oblique course of transmitter and Receiver the relative change in coupling and thus of the signal received with the receiver is smaller than at vertical arrangement.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung weiter erläutert. Es zeigt:The invention is further illustrated by the drawing. It shows:

Fig. 1 den konstruktiven Aufbau eines Sender-/Empfängerpaars, das für die erfin dungsgemäße Vorrichtung zum Einsatz kommt, Fig. 1 shows the structural design of a transmitter / receiver pair that comes for the dung OF INVENTION contemporary apparatus for use,

Fig. 2 eine alternative Ausgestaltung zu Fig. 1 und Fig. 2 shows an alternative embodiment to Fig. 1 and

Fig. 3 schematisch je Anordnung der Paare von Fig. 1 bzw. 2 zur Bestimmung des Kraftstoffvorrats bei einem Kraftfahrzeug. Fig. 3 schematically for each arrangement of the pairs of Fig. 1 or 2 for determining the fuel level in a motor vehicle.

Im Gegensatz zu bekannten Vorrichtungen wird im Rahmen der Erfindung nicht die Laufzeit, sondern die Stärke der Kopplung zweier dicht beieinanderliegender Sender-/ Empfängerelemente ausgewertet. Die beiden Elemente bestehen aus Piezomaterial. Sie sind linienförmig ausgeführt und tauchen bis zur gewünschten Meßtiefe in die Flüssigkeit ein. Das Sender- und Empfängerelement kann z.B. koaxial kabelähnliche Form haben.In contrast to known devices is in the frame the invention not the duration, but the strength of the Coupling two closely spaced transmitter / Receiver elements evaluated. The two elements are made of piezo material. They are linear executed and immerse in to the desired measuring depth the liquid. The transmitter and receiver element can e.g. have a coaxial cable-like shape.

Bei Fig. 1 werden koaxial kabelförmige Piezoelemente (1) und (2) als Sender (1) und Empfänger (2) verwendet. Sie sind, wie bei einem Zwillingskabel, durch einen Kunst stoffsteg (5) im Abstand 1 parallel angeordnet. Eine Seele (3) dient als Innenelektrode, ein Mantel (4) als Außenelektrode. Zwischen beiden Elektroden befindet sich das Piezopolymer (6).In Fig. 1, coaxial cable-shaped piezo elements ( 1 ) and ( 2 ) are used as transmitters ( 1 ) and receivers ( 2 ). They are, like a twin cable, arranged in parallel by a plastic web ( 5 ) at a distance of 1 . A core ( 3 ) serves as the inner electrode, a jacket ( 4 ) serves as the outer electrode. The piezo polymer ( 6 ) is located between the two electrodes.

Diese Polymere sowie die Seele (3) und der Mantel (4) sind relativ leicht, ferner flexibel, chemikalienbe ständig und mechanisch robust. Sie können beispielsweise längs einer Mantellinie eines Tanks T des Kraftfahrzeugs für Kraftstoff angeordnet sein. Es ist ferner möglich, die Sender-/Empfängereinheit 1, 2 in unterschiedlichen Höhen des Tanks mit unterschiedlicher Steigung einzu bauen. Beispielsweise kann im unteren Bereich des Tanks T das Paar 1, 2 schräg verlegt sein im Gegensatz zum oberen Bereich des Tanks mit dort senkrechter Anordnung des Paares. Damit ergeben sich im unteren Bereich des Tanks, d. h. für einen sich dem Ende näherenden Kraft stoffvorrat, eine größere Empfindlichkeit, da dort die Kopplung zwischen Sender und Empfänger relativ geringer abnimmt - bei abnehmendem Füllstand - im Gegensatz zum oberen Bereich des Tanks. Auf diese Weise ist es mög lich, in unterschiedlichen Füllhöhen mit entsprechend angepaßter Empfindlichkeit die Präzision der Messung in der gewünschten Weise einzustellen. Letzteres bietet sich auch dann an, wenn beispielsweise aufgrund einer bizarren Tankform eine präzise Aussage in bestimmten Bereichen des Füllstands nicht möglich oder nicht sinnvoll ist. Für diese Bereiche ist dann zweckmäßiger weise die senkrechte Verlegung des Paars 1, 2 vorge sehen. Das Ergebnis der Füllstandshöhenbestimmung ist damit relativ wenig abhängig vom Füllstand der Änderung in diesem kritischen Bereich.These polymers, as well as the core ( 3 ) and the jacket ( 4 ), are relatively light, flexible, chemically constant and mechanically robust. For example, they can be arranged along a surface line of a tank T of the motor vehicle for fuel. It is also possible to install the transmitter / receiver unit 1 , 2 at different heights of the tank with a different slope. For example, in the lower region of the tank T, the pair 1 , 2 can be laid obliquely, in contrast to the upper region of the tank with the pair arranged vertically there. This results in greater sensitivity in the lower area of the tank, ie for a fuel supply nearing the end, since there the coupling between transmitter and receiver decreases relatively less - with decreasing fill level - in contrast to the upper area of the tank. In this way, it is possible to adjust the precision of the measurement in the desired manner at different filling levels with a correspondingly adjusted sensitivity. The latter also lends itself if, for example, due to a bizarre tank shape, a precise statement in certain areas of the fill level is not possible or is not meaningful. For these areas, it is expedient to see the vertical laying of the pair 1 , 2 . The result of the level determination is therefore relatively little dependent on the level of the change in this critical area.

Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 2 sind der Sender (7) und der Empfänger (8) als Folienelemente ausgebildet, die auf einer Trägerfolie (9) sitzen. Die Trägerfolie (9) ist metallisiert bzw. metallisch und dient als gemeinsame Elektrode für Sender und Empfänger. Flächen elektroden (10, 11, 12, 13) nehmen zwischen sich ein Piezopolymer (14) auf. Dabei bilden die Flächenelektro den (10) und (11) zusammen mit dem dazwischenliegenden Piezopolymer den Sender und die Flächenelektroden (12, 13) mit dem dazwischenliegenden Piezopolymer (14) den Empfänger.In the embodiment of Fig. 2, the transmitter ( 7 ) and the receiver ( 8 ) are designed as film elements which sit on a carrier film ( 9 ). The carrier film ( 9 ) is metallized or metallic and serves as a common electrode for the transmitter and receiver. Surface electrodes ( 10 , 11 , 12 , 13 ) take up a piezopolymer ( 14 ) between them. The surface electrodes ( 10 ) and ( 11 ) together with the intermediate piezo polymer form the transmitter and the surface electrodes ( 12 , 13 ) with the intermediate piezo polymer ( 14 ) the receiver.

Fig. 3 zeigt schematisch das Gesamtsystem mit in die zu messende Flüssigkeit (19) eingetauchtem Sender-/Em pfängerpaar als Sensor. An die Elektroden eines Ultra schallsenders (16) wird eine Wechselspannung (15) zur Schwingungserzeugung angelegt. An den Elektroden des Ultraschall-Empfängers (17) wird ein Leistungsverstärker (18) angeschlossen, dessen Ausgangsleistung A ausge wertet ist. Wird das Sender-/Empfängerpaar von Flüssig keit umgeben, so ergibt sich beim Empfänger eine umso größere Ausgangsleistung je länger die Umspüllänge h ist, da die Kopplung zwischen Sender und Empfänger mit zunehmendem h besser wird und mehr Energie übertragen werden kann. Die Leistung A ist somit ein Maß für die Füllstandshöhe h. Fig. 3 shows schematically the overall system with the transmitter / receiver pair immersed in the liquid to be measured ( 19 ) as a sensor. At the electrodes of an ultrasound transmitter ( 16 ) an AC voltage ( 15 ) is applied to generate vibrations. A power amplifier ( 18 ) is connected to the electrodes of the ultrasound receiver ( 17 ), the output power A of which is evaluated. If the transmitter / receiver pair is surrounded by liquid, the longer the wrap-around length h , the greater the output power at the receiver, since the coupling between transmitter and receiver gets better with increasing h and more energy can be transmitted. The output A is therefore a measure of the level h .

Die Anordnung des Sender-/Empfängerpaars kann im Kraft stofftank T inklusive des Einfüllstutzens erfolgen. Es ist keinerlei zusätzliche Öffnung im Tank T für das Paar notwendig, da dieses sehr kleinbauend ist. Damit steht ein flexibles, präzises und bei beliebiger Tankform verwendbares System zur Verfügung.The transmitter / receiver pair can be arranged in the fuel tank T including the filler neck. No additional opening in the tank T is necessary for the pair, since this is very small. This provides a flexible, precise system that can be used with any tank shape.

Claims

1. Level measuring device for motor vehicles, with a vibratable body that is immersed in the tank to be measured over the level and whose vibration behavior allows a statement about the level, characterized in that the vibrating body as a transmitter for a constant ultra sound signal is formed that a vibration receiver is arranged parallel to this transmitter and at a constant distance and that the coupling between transmitter and receiver is dependent on the level.

2. Device according to claim 1, characterized in that the transmitter / receiver couple is laid along a surface line of the tank.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the transmitter / receiver couple is also laid in the filler pipe of the tank.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that transmitter and receiver are arranged on a common carrier, the at best, both are weakly coupled.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the transmitter / receiver few in different levels different slope is laid.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the coupling at at least two defined reference levels defined changes and the output signal of the receiver gers a calibration circuit is supplied.

7. The device according to claim 6, characterized in net that the change in coupling in the Reference levels within a small Level change significantly from the changes in the Coupling with an appropriate level sands Differentiate outside the reference levels det.

8. The device according to claim 6 or 7, characterized records that the coupling changes of the Refe renz fill levels, which accelerate when Motor vehicle can only be reached for a short time in a calibration circuit are taken into account.