DE19742683C2

DE19742683C2 - Verfahren zur Bestimmung des Inhalts einer Gasflasche

Info

Publication number: DE19742683C2
Application number: DE19742683A
Authority: DE
Inventors: Helmuth Bender; Hans Roelvink; Andre Veltman
Original assignee: Reich KG Regel und Sicherheitstechnik
Current assignee: Reich KG Regel und Sicherheitstechnik
Priority date: 1997-09-26
Filing date: 1997-09-26
Publication date: 1999-07-15
Anticipated expiration: 2017-09-27
Also published as: DE59804712D1; ES2175584T3; EP0905489A1; US6247361B1; EP0905489B1; DE19742683A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung des Inhalts einer Gasflasche, insbesondere von Gasflaschen, wie sie im Campingbereich, in Booten, Wohnwagen, Wohnmobilen, in Ferienhäusern, aber auch im Haushalt oder vom Handwerker als transportable Energiequelle zum Heizen mit of fener Flamme genutzt werden.

Der Verwender kann bislang den Inhalt oder Restinhalt dieser Gasflaschen aus druckfestem Metall zum Beispiel durch Abwiegen mittels einer Waage bestimmen (vgl. z. B. DE 195 32 378 A1). Das ist jedoch nicht immer mög lich. Hierzu muß auch das Leergewicht der Flasche genau be kannt sein, und der Füllgrad muß aus einer Gewichtsdifferenz rechnerisch ermittelt werden. Dieser ganze Vorgang ist arbeits- und zeitaufwendig sowie ungenau.

Es ist weiterhin bekannt, temperatursensible Streifen am Man tel der Gasflaschen oder Temperatursensoren im Inneren von Glasbehältern (vgl. DE 296 06 594 U1) zu befestigen. Aufgrund der Temperatur differenz zwischen dem mit Flüssiggas angefüllten Bereich der Gasflasche und dem bereits entleerten kann eine ungefähre Abschätzung des Füllstandes getroffen werden. Auch diese Lösung ist jedoch nur sehr ungenau und unter anderem auch durch Außentemperaturschwankungen beeinflußbar.

Es besteht daher die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, das eine einfache, zuverlässige und von jedermann leicht anwendbare Art der Inhaltsbestimmung ermöglicht und kostengünstig zu realisieren ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Schritte ge löst. Zunächst wird eine Gasflasche durch Anlegen eines Sig nals an einen Lautsprecher, der an der Gasflasche angeordnet ist, angeregt. Die Phase des zur Anregung verwendeten Signals wird mit dem vom Mikrofon gelieferten Signal verglichen, wobei die Frequenz des an den Lautsprecher angelegten Signals kontinuierlich geändert wird, bis eine Resonanzfrequenz festgestellt wird. Unter Verwendung der festgestellten Resonanzfrequenz wird anschließend der Füllstand der Gasflasche bestimmt.

In vorteilhafter Weise wird das an den Lautsprecher angelegte Signal von einem spannungsgesteuerten Oszillator erzeugt, der von einem Mikroprozessor gesteuert wird.

Die Resonanzfrequenz wird durch einen Phasenvergleich des zur Anregung der Gasflasche über den Lautsprecher dienenden Sig nals mit der Phase des vom Mikrofon gelieferten Signals fest gestellt. Zur Vermeidung von akustischen Rückkopplungen kann wie folgt vorgegangen werden: Der spannungsgesteuerte Oszil lator erzeugt ein Wechselsignal, das zum einen zur Ansteuerung des Lautsprechers, zum anderen zur Ansteuerung des Phasende tektors verwendet wird. Eine Phasendetektion und ein Phasen vergleich zwischen dem vom spannungsgesteuerten Oszillator an den Phasendetektor gelieferten Signal und dem vom Mikrofon gelieferten Signal wird nur zu Zeiten durchgeführt, zu denen der Lautsprecher kein Signal abgibt.

Die kontinuierliche Änderung der Frequenz des den Lautsprecher ansteuernden Signals erfolgt vorzugsweise durch Sweepen der Frequenz von einem Maximalwert zu einem Minimalwert oder von einem Minimalwert zu einem Maximalwert.

Nach Feststellen einer Resonanzfrequenz wird eine Phase- Locked-Loop-Schaltung (PLL-Schaltung) aktiviert, die ein Innehalten der kontinuierlichen Änderung der Frequenz des den Lautsprecher ansteuernden Signals bewirkt, wobei die zu dem Zeitpunkt eingestellte Frequenz, d. h. die Resonanzfrequenz, beibehalten wird.

Es kann jedoch auch vorgesehen werden, vor der Aktivierung der Phase-Locked-Loop-Schaltung die exakte Resonanzfrequenz durch Steuerung des spannungsgesteuerten Oszillators mit Hilfe eines PI- (Proportional und Integral) Verstärkers zu ermitteln.

Das vom Mikrofon gelieferte Signal wird vorzugsweise bandpaß gefiltert, um harmonische Frequenzen sowie störendes Rauschen auszufiltern. Vorzugsweise wird das vom Mikrofon gelieferte Signal mittels einer Automatic-Gain-Control- (AGC) Schaltung auf einen konstanten Pegel geregelt.

Die Frequenz durchläuft beim kontinuierlichem Ändern einen Frequenzbereich zwischen 50 Hz und 5 kHz, vorzugsweise ca. 250 Hz und 2,5 kHz.

Zusätzlich kann die Temperatur der Gasflasche bestimmt werden, wobei dann bei der Umrechnung der Resonanzfrequenz in den Füllstand diese Temperatur berücksichtigt werden kann. Die Umrechnung der ermittelten Resonanzfrequenz in den Füllstand der Gasflasche kann anhand einer im Mikroprozessor abgelegten Eichtabelle erfolgen, kann aber auch über einen formelmäßig ausgedrückten Zusammenhang zwischen Füllstand und Resonanz frequenz mathematisch ermittelt werden.

Weiterhin wird das den Lautsprecher ansteuernde Signal auf konstante Amplitude geregelt.

Schließlich wird das Ergebnis der Umrechnung automatisch auf einer Anzeige angezeigt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprü chen beschrieben.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung er geben sich aus der folgenden Beschreibung eines zeichnerisch schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels.

Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Schaltung zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2 eine Eichkurve, die den Zusammenhang zwischen Gesamtgewicht und Resonanzfrequenz darstellt;

Fig. 3 zeigt eine Darstellung der Abhängigkeit von Gesamt gewicht und Resonanzfrequenz für einen Bereich, in dem die Gasflasche, deren Füllung zu bestimmen ist, fast leer ist.

In Fig. 1 ist das Blockschaltbild einer Schaltung zur Reali sierung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Hierin liefert ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) Sinus- und Cosinus-Ausgangssignale. Bevorzugt wird ein spannungsgesteuer ter Oszillator verwendet, dessen Ausgangsspannung sehr geringe harmonische Verzerrungen aufweist. Dadurch werden Resonanzen vermieden, die beispielsweise durch Differenzfrequenzen hoher harmonischer Anteile erzeugt würden. Eines der beiden Aus gangssignale wird über einen Sende-/Empfange-Umschalter, be stehend aus einem sendeseitigen Umschalter 20a und einem empfangsseitigen Umschalter 20b, über den sendeseitigen Um schalter 20a und einen Verstärker 22 mit einer Leistung von beispielsweise 100 mW an einen Lautsprecher 24 angelegt. Die ser Lautsprecher 24 liegt an der Gasflasche (nicht darge stellt), deren Füllstand bestimmt werden soll, an. Weiterhin liegt an dieser Gasflasche ein Mikrofon 26 an, dessen Signale über einen Vorverstärker 28 und einen Bandpaßfilter 30 einer Schaltung 32 zur automatischen Verstärkungsregelung (AGC) zugeführt werden. Das Bandpaßfilter 30 dient dazu, nicht er wünschte Resonanzen von Bauteilen an der Flasche, beispiels weise Handgriffen etc., sowie unerwünschtes Rauschen auszu filtern. Der Durchlaßbereich des Bandpaßfilters beträgt 50 Hz bis 5 kHz, vorzugsweise 100 Hz bis 1 kHz betragen. Die AGC- Schaltung 32 dient dazu, das erfindungsgemäße Verfahren für unterschiedlichste Flaschen und unterschiedlichste Positionen der Anbringung von Lautsprecher und Mikrofon an der Flasche zu ermöglichen. Dadurch, daß das vom Mikrofon 26 gelieferte Sig nal immer automatisch auf einen bestimmten konstanten Pegel geregelt wird, wird ein an die nachfolgende Schaltung hin sichtlich des Pegels angepaßtes Mikrofonsignal für unter schiedlichste Flaschen und unterschiedlichste Positionen der Anbringung von Mikrofon und Lautsprecher erhalten. Im weiteren durchläuft das vom Mikrofon 26 gelieferte Signal den empfangs seitigen Teil 20b des Sende-/Empfange-Umschalters. Dieser Sende-/Empfange-Umschalter 20a, 20b verhindert eine starke Rückkopplung zwischen Lautsprecher und Mikrofon. Diese Rück kopplung verhindert ein gutes Funktionieren des Phasendetek tors 34, insbesondere, wenn die zu ermittelnden Resonanzen schwach sind. Der Sende-/Empfange-Umschalter 20a, 20b zeigt die Lösung dieses Problems: Das vom Mikrofon 26 gelieferte Signal wird nur zu den Zeiten im Phasendetektor 34 ausgewer tet, zu denen die Signalzuführung zum Lautsprecher 24 durch den sendeseitigen Teil 20a des Sende-/Empfange-Umschalters unterbrochen worden ist. Das Äquivalent des bei Ein-Stellung des empfangsseitigen Teils 20b des Sende-/Empfange-Umschalters an den Lautsprecher 26 geführten Signals wird fortwährend dem Phasendetektor 34 zugeführt. Mit anderen Worten wird somit das Sendesignal gepulst, d. h. es wird gesendet, dann kurz gewartet und anschließend das vom Mikrofon gelieferte Signal dem Phasendetektor im Phasendetektor ausgewertet. Eine bevorzugte Betriebsart ist unter der Bezeichnung "switched PWM (Pulse Width Modulation)" bekannt. Der Sende-/Empfange-Umschalter 20a, 20b schaltet mit einer Frequenz von ca. 1 Hz bis 25 Hz, vorzugsweise 4 Hz bis 10 Hz, wobei dieses Umschaltsignal von einem Puls-Frequenz-Generator 36 geliefert wird. Durch die gepulste Betriebsweise wird auch verhindert, daß die Resonanz des Gerätes, in dem die zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienende Schaltung untergebracht ist, die Füll standsmessung beeinträchtigt, da diese Resonanz eine wesentlich kürzere Abklingzeit hat.

Im Phasendetektor 34 wird fortlaufend zu den beschriebenen Zeiten die Phasendifferenz zwischen dem vom Mikrofon 26 gelieferten Signals und dem vom spannungsgesteuerten Oszil lator 10 gelieferten Signal bestimmt, wobei die Frequenz des vom spannungsgesteuerten Oszillator gelieferten Signals kon tinuierlich verändert wird, d. h. von einem Maximalwert kon tinuierlich einem Minimalwert zustrebt bzw. umgekehrt von einem Minimalwert zu einem Maximalwert verläuft. Diese An weisung an den spannungsgesteuerten Oszillator 10 wird über den Pfad 38 von einem Mikroprozessor 40, der mit einer Anzeige verbunden ist, an den spannungsgesteuerten Oszillator 10 ge geben. Dieses kontinuierliche Durchwechseln der Frequenz ist auch unter dem Begriff Sweepen bekannt. Wird nun eine Phasen drehung festgestellt, bedeutet dies, daß eine Resonanzfrequenz gefunden wurde. Beim Aufspüren einer Frequenz nahe der Reso nanzfrequenz wird der spannungsgesteuerte Oszillator 10 von einem Bauteil 36 von dem Befehl des Mikroprozessors 40, die Frequenz des Ausgangssignals zu sweepen, durch einen Schalt vorgang im Bauteil 42 abgekoppelt. Da die Schaltung derart abgestimmt sind, daß sie nur in einem sehr engen Frequenzband um die aktuelle Resonanzfrequenz empfindlich ist, wird das System beinahe unempfindlich für Geräusche im Hintergrund. Anstelle des Sweepens wird nunmehr eine Phase-Locked-Loop- Schaltung aktiviert. In ihr ist der Phasendetektor enthalten, wobei die Steuerung für die PLL-Schaltung im Block 44 reali siert ist. Durch die PLL-Schaltung werden die Phasen der bei den genannten Signale miteinander verglichen und die Frequenz wird exakt auf die Resonanzfrequenz hingeregelt. Im Ausfüh rungsbeispiel enthält die Steuerung 44 für die PLL-Schaltung weiterhin einen PI-Regler (Proportional und Integral, nicht dargestellt), um den spannungsgesteuerten Oszillator derart zu steuern, daß er nach dem Passieren einer Resonanzfrequenz auf die exakte Resonanzfrequenz hin regelt und die PLL-Schaltung daraufhin geschlossen wird. Die Stabilität dieser Frequenz ist reproduzierbar besser als 0,1 Hz. Dieser PI-Regler wirkt ins besondere günstig mit der AGC-Schaltung 32 zusammen, da da durch eine Stabilisierung der Amplitude des vom Mikrofon 26 gelieferten Signals erhalten wird. Damit ist auch der Anpreß druck des Lautsprechers auf die Gasflasche weniger kritisch. Nach dem Schließen der PLL-Schaltung, d. h. der spannungsge steuerte Oszillator 10 gibt ein Ausgangssignal mit der Reso nanzfrequenz ab, hat ein weiteres Umgebungsgeräusch keinen Einfluß, d. h. die Auswertung kann ohne Störungen vollzogen werden.

Der spannungsgesteuerte Oszillator 10 gibt weiterhin ein Rechteckwellensignal an den Mikroprozessor 40 aus, das in seiner Frequenz dem an den Lautsprecher 24 gelieferten Signal entspricht. Diese Frequenz wird vom Mikroprozessor bestimmt und in einen Füllstand der Gasflasche umgerechnet und auf einer Anzeige angezeigt. Es kann auch vorgesehen werden, die Umrechnung und Anzeige permanent, d. h. bereits beim Sweepen der Frequenz des Ausgangssignals des spannungsgesteuerten Oszillators 10, mitlaufen zu lassen, wobei dann beim Schließen der PLL-Schaltung bereits der aktuelle Füllstand auf der Anzeige angezeigt wird. Die Umrechnung der ermittelten Resonanzfrequenz in den Füllstand der Gasflasche kann anhand einer im Mikroprozessor abgelegten Eichtabelle erfolgen, kann aber auch über einen formelmäßig ausgedrückten Zusammenhang zwischen Resonanzfrequenz und Füllstand mathematisch ermittelt werden.

Es kann weiterhin eine Temperaturmeßeinrichtung mit der in Fig. 1 dargestellten Schaltung verbunden werden, die die Tem peratur der Mantelfläche der Gasflasche, deren Füllstand zu bestimmen ist, durch einen anliegenden Temperaturfühler (nicht dargestellt) abtastet. Die gemessene Temperatur ist dem Gas druck im Inneren der Flasche proportional und die gemessene Resonanzfrequenz kann entsprechend dem ermittelten Gasdruck korrigiert werden.

Der Mikroprozessor 40 ist darüber hinaus mit der Steuerung für die PLL-Schaltung 44 verbunden, um für einen neuen Meßvorgang die Schließung der PLL-Schaltung aufzuheben, d. h. für die PLL- Schaltung die Steuerung zurückzusetzen.

Die nachfolgende Tabelle 1 zeigt den Zusammenhang zwischen Gesamtgewicht und Resonanzfrequenz für eine bestimmte Gas flasche, wobei zusätzlich die ermittelte Phase in Grad an gegeben ist.

Tabelle 1

Dieser Zusammenhang ist in Fig. 2 graphisch dargestellt, wobei auf der Abszisse das Gesamtgewicht in kg aufgetragen ist und auf der Ordinate die Resonanzfrequenz in Hz. Für diese Dar stellung, siehe Tabelle 1, hat die Gasflasche ein Leergewicht von 12,6 kg. Dieser Darstellung ist zu entnehmen, daß, mit Ausnahme des Anfangsbereichs, d. h. bei sehr geringen Füllstän den, die Resonanzfrequenz mit zunehmendem Füllstand der Gas flasche zunimmt.

Fig. 3 zeigt den Bereich der Darstellung von Fig. 2, der sehr geringes Gesamtgewicht betrifft, in größerer Auflösung. Die entsprechenden Zahlenwerte sind in Tabelle 2 angegeben.

Tabelle 2

Gesamtgewicht
Resonanzfrequenz
(kg)
(Hz)
12,64	300,9
12,68	296,7
13,02	289,7
13,14	281,6
13,52	286,0
14,28	300,4

Die Schaltung zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfah rens kann in einem tragbaren Gerät, bevorzugt mit Batterie speisung, umgesetzt werden.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung des Inhalts einer Gasflasche, insbesondere einer Flüssiggasflasche, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Anregen der Gasflasche durch Anlegen eines Signals an einen Lautsprecher, der an der Gasflasche angebracht ist;
b) Vergleich der Phase des zur Anregung verwendeten Signals mit einem von einem an der Gasflasche angebrachten Mikrofon gelieferten Signal;
c) kontinuierliches Ändern der Frequenz des zur Anregung verwendeten Signals, bis eine Resonanz frequenz festgestellt wird;
d) Umsetzen der Resonanzfrequenz in einen Füllstand der Gasflasche.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Anregung verwendete Signal von einem spannungsgesteuerten Oszillator erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der spannungsgesteuerte Oszillator von einem Mikro prozessor gesteuert wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz aufgrund eines Phasenvergleichs der Phase des zur Anregung verwendeten Signals mit der Phase des vom Mikrofon gelieferten Signals festgestellt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Mikrofon gelieferte Signal zu Zeiten aus gewertet wird, zu denen der Lautsprecher kein Signal abgibt, wobei das zweite für den Phasenvergleich nötige Signal ein mit dem den Lautsprecher ansteuernden Signal phasengleiches Signal ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die kontinuierliche Änderung der Frequenz des den Lautsprecher ansteuernden Signals durch Sweepen der Frequenz von einem Maximalwert zu einem Minimalwert oder von einem Minimalwert zu einem Maximalwert erfolgt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Feststellen einer Resonanzfrequenz eine Phase- Locked-Loop-Schaltung aktiviert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß vor Aktivierung der Phase-Locked-Loop-Schaltung die exakte Resonanzfrequenz durch Steuerung des spannungsge steuerten Oszillators mit Hilfe eines PI-Verstärkers eingestellt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Mikrofon gelieferte Signal bandpaßgefiltert wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Mikrofon gelieferte Signal auf konstanten Pegel geregelt wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz beim kontinuierlichen Ändern einen Frequenzbereich zwischen 250 Hz und 2,5 kHz durchläuft.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das den Lautsprecher ansteuernde Signal ein gepulstes Signal ist und die Auswertung des vom Mikrofon geliefer ten Signals in den Pulspausen stattfindet.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsfrequenz zwischen 4 Hz und 10 Hz beträgt.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die Temperatur der Gasflasche bestimmt wird und bei der Umsetzung der Resonanzfrequenz in den Füllstand berücksichtigt wird.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das den Lautsprecher ansteuernde Signal auf konstante Amplitude geregelt wird.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Umsetzung der Füllstand der Flasche automatisch auf einer Anzeige angezeigt wird.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung der Resonanzfrequenz in den Füllstand der Gasflasche durch Nachschlagen in einer im Mikroprozessor abgelegten Eichtabelle oder unter Auswertung eines vorher ermittelten mathematischen Zusammenhangs dieser Größen vollzogen wird.