DE4434559A1 - Verfahren und Anordnung zum Betrieb eines Füllstandssensors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Betrieb eines Füllstandssensors, insbesondere zur Messung von Flüssigkeitsvorräten in Kraftfahrzeugen, mit mehreren Thermistoren, die beheizbar sind und von denen je nach Füllstand mehr oder weniger von der Flüssigkeit bedeckt sind und durch diese unter die Kipptemperatur der Thermistoren gekühlt werden, wodurch sich der Gesamtwiderstand der gegebenenfalls mit weiteren Widerständen zusammengeschalteten Thermistoren in Abhängigkeit vom Füllstand diskontinuierlich ändert.

Ein derartiger Füllstandssensor ist in der Patentanmeldung P 44 03 473.3 der Anmelderin beschrieben worden und hat den Vorteil, daß keine mechanisch bewegten Teile, wie Auftriebskörper, Hebel und Potentiometerschleifer, erforderlich sind, so daß kein Verschleiß auftritt und somit die Zuverlässigkeit höher ist.

Die Komponenten eines Kraftfahrzeugs und damit auch Füllstandssensoren haben in einem weiten Umgebungstemperaturbereich von üblicherweise -40°C bis mindestens +70°C einwandfrei zu arbeiten. Um sicherzustellen, daß in der Kälte mindestens die Kipptemperatur T₀ der Thermistoren erreicht wird und bei hohen Umgebungstemperaturen die durch die Heizung erzielte Temperatur nicht so groß wird, daß die Flüssigkeit im Bereich der Heizer siedet, wurde in der vorgenannten Patentanmeldung eine Steuerung oder Regelung des Heizstroms vorgeschlagen.

Diese bereits vorgeschlagene Heizungsregelung bedeutet jedoch einen zusätzlichen Aufwand und ist je nach Anordnung des Temperatursensors im einzelnen möglicherweise zu grob.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betrieb eines Füllstandssensors der obengenannten Art anzugeben, bei welchem eine Anpassung an wechselnde Umgebungstemperaturen mit geringem Aufwand und mit großer Sicherheit durchgeführt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens ein Thermistor oberhalb des maximal möglichen Füllstandes angeordnet ist und daß die Temperatur der Thermistoren durch Zuführung elektrischer Heizleistung so weit erhöht wird, daß alle über dem jeweiligen Füllstand befindlichen Thermistoren ihre Kipptemperatur überschritten haben, worauf der Gesamtwiderstand gemessen wird. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß das Überschreiten der Kipptemperatur durch eine vorgegebene Änderung des Gesamtwiderstandes festgestellt wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird innerhalb des gesamten Betriebstemperaturbereichs sichergestellt, daß die Thermistoren nur soweit aufgeheizt werden, wie es zur Messung des Füllstandes erforderlich ist. Dadurch wird vermieden, daß bei hohen Umgebungstemperaturen, wie beispielsweise 70°C, der Kraftstoff über den Siedepunkt hinaus aufgeheizt wird. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß zu dessen Durchführung lediglich eine geringfügige Erweiterung einer Auswerteschaltung erforderlich ist, die im Bereich der Instrumententafel zusammen mit anderen elektronischen Einrichtungen angeordnet ist. Zusätzliche elektronische Teile im Bereich des Flüssigkeitssensors selbst sind nicht erforderlich. Selbst die Erweiterungen der Auswerteschaltung sind äußerst gering. Bei der Verwendung von Mikrocomputern in modernen Instrumententafeln entsteht der zusätzliche Aufwand im wesentlichen in einer Änderung bzw. Ergänzung der Programme.

Ein einfaches Erkennen, ob die oberhalb des Füllstandes liegenden Thermistoren ihre Kipptemperatur erreicht haben, ist dadurch möglich, daß nach einem Hochfahren der Heiztemperatur das Abschalten von einer vorgegebenen Änderung des Gesamtwiderstandes ausgelöst wird.

Die Aufheizung der Thermistoren wird über die elektrische Leistung bestimmt. Bei temperaturunabhängigen Heizwiderständen ist die Aufheizung auch über die Heizspannung oder über den Heizstrom steuerbar. Durch die thermische Trägheit der Elemente ist außerdem die Aufheizung über eine zeitliche Steuerung einer konstanten elektrischen Leistung (Spannung oder Strom) möglich.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine Messung des Gesamtwiderstandes an sich immer dann möglich, wenn alle über dem Füllstand liegenden Thermistoren ihre Kipptemperatur überschritten haben. Da diese aufgrund von Fertigungstoleranzen verschieden sein kann und ein Widerstandssprung bereits bei einem ersten schaltenden Thermistor auftritt, ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Temperatur der Thermistoren nach der vorgegebenen Änderung des Gesamtwiderstandes noch um einen vorgegebenen Wert erhöht wird.

Anstelle dieser Maßnahme kann jedoch auch vorgesehen sein, daß der oberhalb des maximal möglichen Füllstandes angeordnete Thermistor eine höhere Kipptemperatur als alle anderen Thermistoren aufweist oder weniger aufgeheizt wird als alle anderen über dem jeweiligen Füllstand liegenden Thermistoren.

Für die Verbindung einer Auswerteschaltung mit dem Füllstandssensor ist in der Regel eine gemeinsame Rückleitung (Masse) für die Heizwiderstände und die Thermistoren aus Kostengründen günstiger. Um dabei eine Störung des Meßergebnisses durch einen durch den Heizstrom verursachten Spannungsabfall zu vermeiden, ist deshalb gemäß einer anderen Weiterbildung vorgesehen, daß der Gesamtwiderstand unmittelbar nach Abschalten oder während einer kurzen Unterbrechung des Heizstroms gemessen wird.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Heizleistung während der Einschaltdauer mindestens eine für das Erreichen der Kipptemperatur ausreichende Größe aufweist. Dadurch ist ein schnelles Aufheizen der Thermistoren möglich.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die Heizleistung allmählich ansteigt bis alle oberhalb des Füllstandes liegenden Thermistoren die Kipptemperatur überschritten haben. Dabei kann der Strom nach Erreichen der erforderlichen Größe abgeschaltet werden. Es steht dann wie bei der ersten Ausführungsform nur eine relativ kurze Zeit zum Messen des Gesamtwiderstandes zur Verfügung.

Sollte diese Zeit nicht ausreichen oder ein mehrfaches Abtasten des Gesamtwiderstandes erforderlich sein, kann auch vorgesehen werden, daß die Heizleistung nach Erreichen des zum Überschreiten der Kipptemperatur erforderlichen Wertes für eine vorgegebene Meßzeit beibehalten wird, wobei gegebenenfalls das Abtasten des Gesamtwiderstandes während einer kurzen Unterbrechung des Heizstromes erfolgt.

Zur Verringerung der Verlustleistung in einem den Heizstrom steuernden Transistor kann vorgesehen sein, daß der Heizleistungsanstieg durch steigende Tastverhältnisse höherfrequenter Rechteckimpulse erzielt wird (Pulsbreitenmodulation).

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die erforderliche Heizleistung in einen Temperaturwert umgerechnet wird. Damit ist ohne zusätzlichen Aufwand eine Messung der Tankinnentemperatur möglich, die für andere Zwecke verwendet werden kann.

Um Fehler in den Stromkreisen des Füllstandssensors zu erkennen, kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ferner vorgesehen sein, daß der jeweilige Wert des Gesamtwiderstandes und/oder des Heizstroms einer Diagnose-Einrichtung zuführbar sind, in welcher die Werte in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand auf Plausibilität überprüft werden.

Vorzugsweise besteht eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens darin, daß die Heizwiderstände über einen elektronischen Schalter, vorzugsweise einen Transistor, mit einer Spannungsquelle verbunden sind, daß die gegebenenfalls mit weiteren Widerständen zusammengeschalteten Thermistoren mit einer Stromquelle verbunden sind, daß ein Anschluß zwischen den Thermistoren und der Stromquelle mit dem Eingang eines Analog/Digital-Wandlers verbunden ist, dessen Ausgang an einen Eingang eines Mikrocomputers angeschlossen ist und daß der Mikrocomputer den zeitlichen Ablauf der Heizung steuert und die Messung des Gesamtwiderstandes durchführt. Die Stromquelle kann aus Kostengründen auch durch einen Arbeitswiderstand und eine konstante Spannung ersetzt werden.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Mehrere davon sind schematisch in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels,

Fig. 2 eine Widerstands-Temperatur-Kennlinie eines Thermistors mit positivem Temperaturkoeffizienten,

Fig. 3 eine Kennlinie des Gesamtwiderstandes in Abhängigkeit vom Füllstand,

Fig. 4 Kennlinien des Gesamtwiderstandes in Abhängigkeit der Heizspannung bei verschiedenen Füllständen bei zwei Umgebungstemperaturen,

Fig. 5 den zeitlichen Verlauf der Heizung und des Gesamtwiderstandes bei einem Verfahren zum Betrieb des ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 6 den zeitlichen Verlauf der Heizung und des Gesamtwiderstandes bei einem anderen Verfahren zum Betrieb des ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 7 den zeitlichen Verlauf der Heizung und des Gesamtwiderstandes bei einem weiteren Verfahren,

Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Auswerteschaltung und

Fig. 9 eine Auswerteschaltung mit einem Mikrocomputer.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung besteht aus einem Füllstandssensor 10 und einer Auswerteschaltung 11. Bei dem Füllstandssensor sind alle Teile auf einer streifenförmigen Leiterplatte 1 angeordnet, die unterbrochen gezeichnet ist. Am oberen Ende befinden sich jeweils ein Anschluß 2 für die gemeinsame Masse, ein Anschluß 3 für den Heizstrom und ein Anschluß 4, der als Widerstands-Ausgang des Füllstandssensors dient.

Alle Fest-Widerstände R₁ bis R_n sind in Reihe zwischen die Anschlüsse 4 und 2 geschaltet und bilden eine Kette, wobei ein Glied jeweils aus einem der Widerstände R₁ bis R_n-1 und je einem Thermistor P₁ bis P_n-1 gebildet ist. Die Thermistoren werden im folgenden wegen des positiven Temperaturkoeffizienten auch PTC-Elemente genannt. Ein Beispiel für eine Widerstands-Temperatur-Kennlinie eines PTC-Elementes ist in Fig. 2 dargestellt. Bei einer vorgegebenen Temperatur T₀ (Kipptemperatur) steigt der Widerstand relativ steil von einem niedrigen Wert von beispielsweise 5 Ω auf Werte über 10 MΩ. Werden die Widerstände R₁ bis R_n zwischen diesen Größenordnungen dimensioniert, beispielsweise im Bereich zwischen 1 kΩ bis 100 kΩ, so wirken die PTC-Elemente in bezug auf das Verhalten des Gesamtwiderstandes als Schalter, das heißt, die Absolutwerte der Widerstände bei niedrigen und bei hohen Temperaturen wirken sich auf den Gesamtwiderstand praktisch nicht aus und verfälschen nicht das Meßergebnis.

Jedes der PTC-Elemente P₁ bis P_n-1 ist thermisch mit einem Heizwiderstand H₁ bis H_n-1 gekoppelt. Die PTC-Elemente und die Heizwiderstände können jeweils untereinander elektrisch äquivalent ausgeführt sein. Die Wärmeleitung zwischen dem Heizwiderstand und dem PTC-Element sowie zur Umgebung ist mit der Heizleistung derart abgestimmt, daß oberhalb des Füllstandes 5 die PTC-Elemente eine höhere Temperatur als T₀ einnehmen. Oberhalb des maximal möglichen Füllstandes 7 sind ein Heizwiderstand H₀ und ein Thermistor P₀ angeordnet.

Alle PTC-Elemente unterhalb des Füllstandes 5 werden abgekühlt und sind somit kälter als T₀. Voraussetzung ist, daß die maximale Temperatur der Flüssigkeit 6 deutlich kleiner als T₀ ist. Das jeweils unmittelbar unter dem Füllstand liegende PTC-Element verbindet somit die Reihenschaltung aus den darüberliegenden Widerständen mit dem Masseanschluß 2 niederohmig. Je höher der Flüssigkeitsspiegel steigt, desto weniger Widerstände liegen also zwischen den Anschlüssen 2 und 4. Damit ergibt sich die in Fig. 3 dargestellte Kennlinie. Der Gesamtwiderstand R_max ist dann

Die treppenförmige Kennlinie gilt für den aufgeheizten Füllstandssensor. In ausgeschaltetem Zustand nimmt der Widerstand des Thermistors P₀ einen niedrigen Wert an, der etwa dem Minimalwert des Gesamtwiderstandes R_min entspricht und in Fig. 3 gestrichelt dargestellt ist.

Die Anschlüsse 2, 3, 4 des Füllstandssensors 10 sind über je eine Leitung mit der Auswerteschaltung 11 verbunden. Der Anschluß 2 ist ferner an die Fahrzeugmasse und an den negativen Pol einer Batterie 12 angeschlossen, welche auch die Auswerteschaltung 11 mit Spannung versorgt. Über einen steuerbaren Schalter, beispielsweise einen Transistor 13, kann der Anschluß 3 des Füllstandssensors 10 pulsierend mit dem positiven Pol der Batterie 12 verbunden werden.

In der Ansteuerschaltung 11 befindet sich ein Taktgenerator 14, dessen Taktimpulse eine Ablaufsteuerung 15 und eine Abtast- und Halteschaltung 16 steuern. Ferner enthält die Auswerteschaltung 11 einen Konstantstromgenerator 17, der über den Anschluß 4 des Füllstandssensors 10 einen konstanten Strom in die Sensorkette einprägt, so daß die Spannung U am Anschluß 4 proportional zum Gesamtwiderstand R ist. Diese Spannung wird einem Komparator 18 zugeführt, der bei Überschreiten einer vorgegebenen Schwelle R_s (Fig. 5) ein Signal an die Ablaufsteuerung 15 abgibt. Außerdem liegt die dem Gesamtwiderstand proportionale Spannung am Eingang der Abtast- und Halteschaltung 16.

Die Teile 14, 15, 16 und 18 der Auswerteschaltung 11 können in an sich bekannter Weise durch Schaltungen realisiert werden, wobei der Integrationsgrad von den Umständen im einzelnen abhängt. Diese Schaltungen können jedoch auch von einem Mikrocomputer mit einem geeigneten Programm realisiert werden. Am Ausgang der Abtast- und Halteschaltung 16 steht ein Steuersignal an, welches den Füllstand darstellt und über einen Ausgang 19 einem Anzeigeinstrument 20 zugeführt werden kann.

Wird die in Fig. 1 dargestellte Anordnung mit temperaturunabhängigen Heizwiderständen an den Heizanschlüssen 2 und 3 beispielsweise mit einer variablen Spannung beaufschlagt, so zeigen sich für den Gesamtwiderstand zwischen den Anschlüssen 4 und 2 die dargestellten Kennlinien in Fig. 4 (bei Verwendung von PTC-Thermistoren). Fig. 4a zeigt den typischen Verlauf bei einer niedrigeren Umgebungstemperatur und Fig. 4b bei einer höheren Umgebungstemperatur. Liegt die Heizleistung H im "kalten" Bereich I, bleiben alle PTC-Elemente weit unter der Kipptemperatur T₀, so daß der Gesamtwiderstand den Wert R_min aufweist. Wird die Heizleistung erhöht, wird der weitere Verlauf des Gesamtwiderstandes in Abhängigkeit vom Füllstand h bestimmt. Im stabilen Arbeitsbereich III ist der Füllstand über den Gesamtwiderstand eindeutig bestimmbar. Bei weiterer Erhöhung der Heizleistung erreichen die an sich gut in der Flüssigkeit gekühlten PTC-Elemente durch Überhitzung langsam die Kipptemperatur. Dieser nicht mehr eindeutige Übersteuerungsbereich IV muß genauso wie der Übergangsbereich II bei der Messung des Gesamtwiderstandes vermieden werden.

Als Maß für die Bestimmung des optimalen Heizleistungswertes H_opt dient die Heizleistung H_s, bei welcher der Gesamtwiderstand den Schwellwert R_s erreicht hat. Vorzugsweise liegt R_s in der Mitte zwischen R_min und R₁.

Die gestrichelte Kennlinie X würde entstehen, wenn das oberhalb des maximalen Füllstandes liegende Element unerlaubterweise eingetaucht würde und somit in diesem Falle keine Bestimmung von H_opt möglich ist.

Der Schwellwert H_s der Heizleistung und damit auch der optimale Wert H_opt verschieben sich mit der Umgebungstemperatur. Bei hohen Umgebungstemperaturen (Fig. 4b) wird deutlich weniger Heizleistung benötigt als bei niedrigen Umgebungstemperaturen (Fig. 4a).

Das bedeutet, daß aus dem Schwellwert H_s direkt auf die Umgebungstemperatur T_U über den konstanten Wärmewiderstand R_TH der Elemente und der Kipptemperatur T₀ der PTC-Elemente geschlossen werden kann:

T_U = T₀ - P_Hs · R_TH,

wobei P_Hs die Heizleistung bei dem Schwellwert H_s ist.

Weiterhin wird aus dem Schwellwert H_s die optimale Arbeitsheizleistung H_opt bestimmt, so daß im gesamten Umgebungstemperaturbereich und bei jedem Füllstand ein sicherer Betrieb gewährleistet ist.

Im folgenden wird die Funktion des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 anhand der Zeitdiagramme gemäß Fig. 5 erläutert. Dabei zeigt Fig. 5a den Verlauf der Heizung H, wobei 0 "aus" und 1 "ein" bedeutet. Fig. 5b stellt den Verlauf des Gesamtwiderstandes R bzw. der diesem proportionalen Spannung U dar. In der Zeit vor dem Zeitpunkt t₀ befindet sich die Anordnung im Ruhezustand, das heißt, es fließt kein Heizstrom, da der Transistor 13 nichtleitend ist. Alle Thermistoren weisen einen geringen Widerstand auf, so daß der Gesamtwiderstand R den Minimalwert R_min aufweist. Zum Zeitpunkt t₀ wird die Heizung eingeschaltet, so daß sich die Heizwiderstände H₀ bis H_n-1 und die damit verbundenen Thermistoren P₀ bis P_n-1 erwärmen. Dabei erwärmen sich die nicht von der Flüssigkeit bedeckten Heizwiderstände und Thermistoren wesentlich stärker.

Sobald ein nicht von Flüssigkeit bedeckter Thermistor seine Kipptemperatur erreicht hat, wird vom Komparator der dadurch entstehende Spannungssprung erkannt und an die Ablaufsteuerung 15 gemeldet. Dieses ist bei der Darstellung nach Fig. 5 zum Zeitpunkt t₁ der Fall. Der Widerstand hat dann den Wert R_s überschritten. Zur Erzielung eines korrekten Meßergebnisses ist es jedoch erforderlich, daß die Heizung solange aufrechterhalten wird, bis mit Sicherheit alle über dem Füllstand liegenden Thermistoren ihre Kipptemperatur überschritten haben. Diese kann nämlich aufgrund von Fertigungstoleranzen durchaus Streuungen unterworfen sein. Deshalb erfolgt das Abschalten der Heizung mit Hilfe der Ablaufsteuerung 15 erst nach einer weiteren Zeitdauer, nämlich zum Zeitpunkt t₂.

Fig. 5b zeigt den zeitlichen Verlauf des Gesamtwiderstandes R für verschiedene Füllstandswerte h, das heißt für jeweils eine andere Zahl von Thermistoren, die unterhalb des jeweiligen Füllstandes liegen. Bei der mit 0% bezeichneten Kurve ist der Tank leer, so daß keiner der Thermistoren von Flüssigkeit bedeckt ist, während bei der mit 100% bezeichneten Kurve nur der Thermistor P₀ und der Heizwiderstand H₀ nicht mit Flüssigkeit bedeckt sind. Während des Heizens steigt der Gesamtwiderstand R - ausgehend von R_min - in Abhängigkeit vom Füllstand verschieden stark an. Zum Zeitpunkt t₂ ist spätestens der Endwert erreicht, da dann alle nicht mit Flüssigkeit bedeckten Thermistoren hochohmig sind. Zu diesem Zeitpunkt wird der in der Abtast- und Halteschaltung 16 enthaltene Schalter kurzzeitig geschlossen, so daß der Maximalwert bis zur nächsten Messung gespeichert wird.

Da bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Heizkreis und der Meßkreis eine gemeinsame Leitung aufweisen, kann der Spannungsabfall, der vom Heizstrom verursacht wird, möglicherweise die Messung verfälschen. Deshalb ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Messung unmittelbar nach dem Abschalten der Heizung (t₂) durchgeführt wird. Danach gleichen sich die Thermistoren wieder der Umgebungstemperatur an, so daß der Gesamtwiderstand R sich wieder dem Minimalwert R_min nähert.

Zum Zeitpunkt t₃ wird eine weitere Messung gestartet, wobei angenommen wird, daß diese Messung bei einer höheren Umgebungstemperatur erfolgt. Deshalb wird auch die Kipptemperatur der oberhalb des Flüssigkeitsstandes liegenden Thermistoren schneller erreicht (t₄).

Die Heizzeit (t₁-t₀) bzw. (t₄-t₃) kann wegen ihrer Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur auch für eine Messung der Umgebungstemperatur ausgewertet werden, was insbesondere bei der Verwendung eines Mikrocomputers keinen Mehraufwand bedeutet. Somit kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung gegebenenfalls ein Temperatursensor erspart werden, der möglicherweise im Kraftfahrzeug für andere Zwecke erforderlich wäre - beispielsweise innerhalb einer Anlage zur Überwachung des Tanks auf Dichtigkeit oder Gasbildung.

Bei dem in Fig. 6 dargestellten Verfahren wird die Heizleistung, vom Zeitpunkt t₀ beginnend, durch eine entsprechend gesteuerte Ansteuerung des Transistors 13 (Fig. 1) allmählich gesteigert. Dazu kann beispielsweise vorgesehen sein, daß die Spannung gemäß Fig. 6a in Form einer Wurzelfunktion von der Zeit abhängig ansteigt. Die Leistung und damit auch die Temperatur steigen dann zeitlinear an. Zum Zeitpunkt t₁ ist die Schwelle R_s überschritten. Danach wird die Heizleistung noch gesteigert, damit alle über dem Füllstand liegenden Thermistoren mit Sicherheit hochohmig werden. Zum Zeitpunkt t₂ wird dann die Heizung abgeschaltet. Unmittelbar danach wird die dem Gesamtwiderstand R proportionale Spannung U abgetastet und bis zur nächsten Messung gespeichert. Im übrigen verhält sich der Gesamtwiderstand wie bei dem Verfahren nach Fig. 5, wobei durch die allmähliche Steigerung der Heizleistung jedoch bei einem Füllstandssensor mit gleichem statischen und dynamischen Temperaturverhalten der Anstieg langsamer erfolgt. Für diesen Fall liegt Fig. 6 ein anderer Zeitmaßstab zugrunde als Fig. 5.

Bei einer kontinuierlichen Ansteuerung gemäß Fig. 6a wird im Transistor 13 (Fig. 1) relativ viel Verlustleistung umgesetzt, was außer dem erhöhten Stromverbrauch der Auswerteschaltung auch den Nachteil zur Folge hat, einen teureren Leistungstransistor und eine aufwendigere Kühlung anwenden zu müssen. Dieser Nachteil kann mit einer pulsbreitenmodulierten Ansteuerung des Transistors gemäß Fig. 6c vermieden werden. Der Übersichtlichkeit halber wurde die Frequenz des pulsbreitenmodulierten Signals im Verhältnis zur Aufheizzeit wesentlich kleiner dargestellt, als es in der Praxis vorteilhaft ist.

Bei dem in Fig. 7 dargestellten Verfahren erfolgt das Aufheizen in gleicher Weise wie bei dem Verfahren nach Fig. 6. Nach dem Erreichen derjenigen Heizleistung, bei der alle Thermistoren über dem Füllstand mit Sicherheit hochohmig sind, wird die Heizung jedoch nicht abgeschaltet, sondern mit der bis dahin erreichten Leistung bis zum Zeitpunkt t₃ aufrechterhalten. Die Zeit zwischen t₂ und t₃, also die Aufrechterhaltung einer konstanten Heizleistung, kann recht lange gewählt werden und ist lediglich durch die Geschwindigkeit der Temperaturänderung des Tanks und der Flüssigkeit begrenzt. Zwischen t₃ und t₄ ist genügend Zeit zur Abkühlung der über dem Füllstand liegenden Thermistoren vorzusehen, so daß der Gesamtwiderstand vor dem folgenden Aufheizen wieder den Wert R_min einnehmen kann.

Wegen der bereits erwähnten Trägheit der Temperaturänderung des Tanks steht wesentlich mehr Zeit zur Messung von R bzw. U zur Verfügung als bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 5 und 6.

Bei dem Ausführungsbeispiel einer Auswerteschaltung 21 nach Fig. 8 ist außer den bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Elementen eine Überwachungsschaltung 22 vorgesehen. Dieser wird das Ausgangssignal der Ablaufsteuerung 15 und die Spannungen an den Anschlüssen 3 und 4 zugeführt. Durch Vergleich der Spannungen an den Anschlüssen 3 und 4 mit vorgegebenen Schwellwerten und durch logische Verknüpfungen mit dem Ausgangssignal der Ablaufsteuerung 15 können Fehler erkannt und Fehlersignale über einen Ausgang 23 ausgegeben werden.

Um die Heizströme durch den Anschluß 3 zu überwachen, wird ein Spannungsabfall an einem Strommeßwiderstand 25 überwacht. Bei eingeschalteter Heizung wird die Gesamtstromaufnahme in der Überwachungsschaltung 22 überprüft. Jede Störung im Heizkreis einschließlich Leitungsunterbrechungen und Kurzschlüssen werden sicher erkannt, worauf ein Fehlersignal am Ausgang 23 abgegeben wird. Gleichzeitig kann die Ablaufsteuerung angewiesen werden, den Heizstrom aus Sicherheitsgründen zu unterbrechen. In ähnlicher Weise kann auch die Spannung U am Anschluß 4 überwacht werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel einer Auswerteschaltung 31 nach Fig. 9 sind außer dem Transistor und der Stromquelle 17 alle Teile mit Hilfe eines Mikrocomputers 32 realisiert. Dazu sind sogenannte Einchip-Mikrocomputer geeignet, die unter anderem einen Analog/Digital-Wandler 33, dem über einen nicht dargestellten Multiplexer verschiedene Analogsignale zuführbar sind, und einen Pulsbreitenmodulator 35 enthalten. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 werden die Spannungen an den Anschlüssen 3 und 4 dem Mikrocomputer 32 zugeführt. Ein Ausgang des Mikrocomputers 32 ist mit der Basis des Transistors 36 verbunden, der bei diesem Ausführungsbeispiel als Feldeffekttransistor ausgeführt ist. Weiteren Ausgängen 19, 23, 34 können in Form von digitalen Signalen der Füllstand, Fehlermeldungen und die Tanktemperatur entnommen werden.

Claims (14)

1. Verfahren zum Betrieb eines Füllstandssensors, insbesondere zur Messung von Flüssigkeitsvorräten in Kraftfahrzeugen, mit mehreren Thermistoren, die beheizbar sind und von denen je nach Füllstand mehr oder weniger von der Flüssigkeit bedeckt sind und durch diese unter die Kipptemperatur der Thermistoren gekühlt werden, wodurch sich der Gesamtwiderstand der gegebenenfalls mit weiteren Widerständen zusammengeschalteten Thermistoren in Abhängigkeit vom Füllstand diskontinuierlich ändert, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Thermistor oberhalb des maximal möglichen Füllstandes angeordnet ist und daß die Temperatur der Thermistoren durch Zuführung elektrischer Heizleistung so weit erhöht wird, daß alle über dem jeweiligen Füllstand befindlichen Thermistoren ihre Kipptemperatur überschritten haben, worauf der Gesamtwiderstand gemessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Überschreiten der Kipptemperatur durch eine vorgegebene Änderung des Gesamtwiderstandes festgestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Thermistoren nach der vorgegebenen Änderung des Gesamtwiderstandes noch um einen vorgegebenen Wert erhöht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der oberhalb des maximal möglichen Füllstandes angeordnete Thermistor eine höhere Kipptemperatur als alle anderen Thermistoren aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der oberhalb des maximal möglichen Füllstandes angeordnete Thermistor weniger aufgeheizt wird als alle anderen über dem jeweiligen Füllstand liegenden Thermistoren.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtwiderstand unmittelbar nach Abschalten oder während einer kurzen Unterbrechung des Heizstroms gemessen wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung während der Einschaltdauer mindestens eine für das Erreichen der Kipptemperatur ausreichende Größe aufweist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung allmählich ansteigt bis alle oberhalb des Füllstandes liegenden Thermistoren die Kipptemperatur überschritten haben.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung nach Erreichen des zum Überschreiten der Kipptemperatur erforderlichen Wertes für eine vorgegebene Meßzeit beibehalten wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstieg der Heizleistung durch steigende Tastverhältnisse höherfrequenter Rechteckimpulse erzielt wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erforderliche Heizleistung in einen Temperaturwert umgerechnet wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Wert des Gesamtwiderstandes und/oder des Heizstroms einer Diagnose-Einrichtung zuführbar sind, in welcher die Werte in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand auf Plausibilität überprüft werden.

13. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß Heizwiderstände (H₀ bis H_n-1) über einen elektronischen Schalter (13), vorzugsweise einen Transistor, mit einer Spannungsquelle (12) verbunden sind, daß die gegebenenfalls mit weiteren Widerständen (R₁ bis R_n) zusammengeschalteten Thermistoren (P₀ bis P_n-1) mit einer Stromquelle (17) verbunden sind, daß ein Anschluß zwischen den Thermistoren und der Stromquelle (17) mit dem Eingang eines Analog/Digital-Wandlers (33) verbunden ist, dessen Ausgang an einen Eingang eines Mikrocomputers (31) angeschlossen ist und daß der Mikrocomputer (31) den zeitlichen Ablauf der Heizung steuert und die Messung des Gesamtwiderstandes durchführt.

14. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß Heizwiderstände über einen elektronischen Schalter, vorzugsweise einen Transistor, mit einer Spannungsquelle verbunden sind, daß die gegebenenfalls mit weiteren Widerständen zusammengeschalteten Thermistoren über einen Arbeitswiderstand mit einer Quelle konstanter Spannung verbunden sind, daß ein Anschluß zwischen den Thermistoren und dem Arbeitswiderstand mit dem Eingang eines Analog/Digital-Wandlers verbunden ist, dessen Ausgang an einen Eingang eines Mikrocomputers angeschlossen ist und daß der Mikrocomputer den zeitlichen Ablauf der Heizung steuert und die Messung des Gesamtwiderstandes durchführt.