EP0429569A1 - Flüssigkeitsbehälter mit hydrostatischem füllstandsmesser - Google Patents

Flüssigkeitsbehälter mit hydrostatischem füllstandsmesser

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EP0429569A1
EP0429569A1 EP19900905422 EP90905422A EP0429569A1 EP 0429569 A1 EP0429569 A1 EP 0429569A1 EP 19900905422 EP19900905422 EP 19900905422 EP 90905422 A EP90905422 A EP 90905422A EP 0429569 A1 EP0429569 A1 EP 0429569A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measuring tube
liquid
differential pressure
pressure sensor
level
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19900905422
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Walter Jansche
Erich Zabler
Anton Dukart
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP0429569A1 publication Critical patent/EP0429569A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/14—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measurement of pressure
    • G01F23/18—Indicating, recording or alarm devices actuated electrically
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/14—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measurement of pressure
    • G01F23/16—Indicating, recording, or alarm devices being actuated by mechanical or fluid means, e.g. using gas, mercury, or a diaphragm as transmitting element, or by a column of liquid
    • G01F23/165—Indicating, recording, or alarm devices being actuated by mechanical or fluid means, e.g. using gas, mercury, or a diaphragm as transmitting element, or by a column of liquid of bubbler type
    • G01F23/168—Indicating, recording, or alarm devices being actuated by mechanical or fluid means, e.g. using gas, mercury, or a diaphragm as transmitting element, or by a column of liquid of bubbler type with electric indicating or recording

Definitions

  • the invention relates to a liquid container with a hydrostatic fill level meter, in particular a 5 fuel tank with a fill level sensor, of the type defined in the preamble of claim 1.
  • hydrostatic principle working tank level transmitter or level meter In the case of hydrostatic level meters, the hydrostatic pressure of the liquid to be measured is measured and the liquid level is deduced from this by including the liquid density. In order to be able to measure the hydrostatic pressure of the liquid inside the container, the differential pressure between the liquid pressure at the bottom of the container and the air pressure above the liquid level must be measured, for which purpose a differential pressure sensor is generally used. A major disadvantage of this differential pressure method is that
  • the liquid container according to the invention with a hydrostatic fill level meter with the characterizing features of claim 1 has the advantage that a zero adjustment of the differential pressure sensor is easily possible and can be carried out at any time by the constructional construction according to the invention.
  • Differential pressure sensor exposed to the same pressure.
  • the electrical signal output by the differential pressure sensor under these conditions is stored, and in the subsequent level measurement, the output signal of the differential pressure sensor is corrected downward or upward by this stored value, depending on its sign.
  • the instantaneous fill level in the interior of the container is then determined by the evaluation unit from the output signal thus compensated for by the zero point drift, taking into account the liquid density and the acceleration due to gravity. In this way, not only is a high level of measurement accuracy achieved, but also the possibility of cost savings is opened, since there are no zero point and Aging stability must be required more and this can be procured much cheaper. Because zero stability has been dispensed with, less expensive differential pressure sensors can now also be used in thick-film technology.
  • the differential pressure sensor on the container bottom is enforced; rather, like the air pump, it can also be arranged outside the container. Only a small tube is required to transmit the hydrostatic pressure. The pump can be kept small, so that the technical effort is low.
  • a shut-off valve is provided in series with the air pump, which is opened to flood the measuring tube when the pump is switched off and is closed after the measuring tube has been emptied while the pump is running, after which the pump is switched off again.
  • the measuring tube can be flooded by opening the shut-off valve, but only at longer intervals if a zero point drift can be suspected due to changed environmental parameters (temperature).
  • the compression of the air column in the measuring tube e.g. by accelerating the liquid or by
  • the emptying of the measuring tube is maintained by the pump remaining in operation and maintaining the pressure in the measuring tube. This saves the shut-off valve. Since the measurement result would be falsified by the pressure drop in the measuring tube, which is dependent on the pump output, the temporal pressure curve in the measuring tube, ie the continuous-time output signal of the differential pressure sensor, is monitored. After a short time after switching on the pump, this indicates
  • Output signal has an approximately time constant amplitude, i.e. the pressure in the measuring tube is almost constant. Now the pump output is reduced until no liquid can rise in the measuring tube. The pressure in the measuring tube drops. Since the pump output is now a minimum, the falsifying pressure drop in the measuring tube is also a minimum.
  • the fill level can be derived directly from the electrical signal output by the differential pressure sensor after zero point drift correction.
  • the liquid container according to the invention with a hydrostatic fill level meter with the characterizing features of claim 7 has the same advantages as described at the beginning of this chapter and also enables the air pump and the shut-off valve to be saved. As a result, the manufacturing effort is reduced even further.
  • this variant of the invention is limited to liquid containers, in which a liquid circulation takes place via an outlet and a return, so that it is preferably used as a fuel tank with a level sensor for motor vehicles, in which fuel is drawn off from the fuel tank and excess fuel flows back into the fuel tank. If the liquid circulation is interrupted, which is the case when the vehicle engine is at a standstill, the measuring tube is filled up to the level of the current liquid level inside the container due to the law of the communicating tubes.
  • the same pressure acts on the differential pressure sensor in both measuring inputs.
  • the measured value output by the differential pressure sensor is saved as a correction value.
  • the differential pressure sensor measures the differential pressure between the hydrostatic pressure at the bottom of the measuring tube and at the bottom of the container, the influence of the air pressure above the liquid level being eliminated, since this affects both the liquid in the measuring tube and the liquid in the container in the same way. From this differential pressure, taking into account the known height of the overflow opening above the container bottom, the
  • Liquid density and the acceleration due to gravity easily determine the current level.
  • a valve with a controllable cross section must be provided at the outflow opening of the measuring tube.
  • the cross-section is opened up to such an extent that the liquid volume flowing out over the cross-section per unit of time is larger than the liquid volume flowing into the measuring tube.
  • the height of the liquid column then corresponds to the liquid level inside the container. If the cross section is then narrowed again, the level measurement can be carried out as soon as the liquid in the measuring tube has risen so far, that it exits through the overflow opening.
  • the zero point adjustment can be carried out with each fill level measurement or expediently only at longer time intervals.
  • the continuous-time output signal of the differential pressure sensor compensated for the zero point drift is an immediate measure of the current level, so that a continuous display is available which is only temporarily interrupted by a zero point adjustment.
  • 1 is a schematic diagram of a fuel tank with a hydrostatic level sensor
  • FIG. 2 shows a time diagram of the output signal of a differential pressure sensor in a tank level sensor modified compared to FIG. 1,
  • Fig. 4 is a schematic diagram of a fuel tank with a hydrostatic level sensor according to another embodiment. Description of the embodiments
  • Fig. 1 designated with 10 fuel anchor with tank level sensor 11 is shown as a schematic diagram. It is an example of a general liquid container
  • the fuel tank 10 has a housing 12 with a filler neck 13 and a fuel cap 14.
  • the filler neck 13 is provided with a tank cap 15.
  • the fuel intake line 16 and the fuel return line 17 are connected to the tank cap 14.
  • fuel intake line 16 opens into an intake port 18, which extends to below the liquid level 20 near the housing base 121, while the fuel return line 17 ends at a return port 19 opening above the liquid level 20
  • the tank level sensor 11 which operates according to the hydrostatic principle, has a differential pressure meter 21 with two measuring inputs 211 and 212, a control and connected to the output 213 of the differential pressure sensor 21
  • the tank level sensor 11 also includes a small-diameter measuring tube 24, which is arranged vertically in the housing 12 and from above the maximum liquid level 20 ', which is indicated by a dash-dotted line, to
  • the end section of the measuring tube 24 is extremely widened over a very small axial length, in such a way that the volume of the measuring tube widening 25 is greater than the volume of the measuring tube 24.
  • an air pump 26 connected at the upper end of the measuring tube 24 .
  • an air pump 26 connected at the upper end of the measuring tube 24 .
  • a shut-off valve 27 In line with the air pump 26 there is a shut-off valve 27.
  • the suction opening of the air pump that can be released or closed via the shut-off valve 27 26 is just like the air pump 26 itself and the shut-off valve 27 above the maximum liquid level 20 'in the housing 12.
  • the measuring input 212 of the differential pressure sensor 21 is also above the maximum liquid level 20', so that the
  • Differential pressure sensor 21 on the one hand the same air pressure which acts on the liquid surface and on the other hand is exposed to the pressure in the measuring tube 24.
  • the opening and closing of the shut-off valve 27 and the switching on and off of the air pump 26 are controlled by the control and evaluation unit 22.
  • the control and evaluation unit 22 opens the shut-off valve 27 when the air pump 26 is switched off. So that the measuring tube 24 is flooded, whereby the measuring tube 24 fills with a liquid up to the height h, which is equal to the height of the liquid level in the housing 12.
  • the differential pressure sensor 21 At the measuring inputs 211 and 212 of the differential pressure sensor 21 there is the same pressure P Q that prevails in the part of the housing 12 that is not filled with fuel and that acts on the liquid level 20 of the fuel 28 in the housing 12.
  • the output signal U n of the differential pressure sensor 21, which is a measure of the zero point shift or drift of the differential pressure sensor 21, is stored in the control and evaluation unit 22.
  • the air pump 26 is now switched on by the control and evaluation unit 22 when the shut-off valve 27 is open. This pumps air into the measuring tube 24 and presses the fuel therein back into the fuel quantity 28. After a certain time, which is such that the Measuring tube 24 is certainly fuel-free, the control and evaluation unit 22 closes the shut-off valve 27 and the air pump 26 is switched off.
  • the hydrostatic pressure of the fuel quantity 28 on the housing base 121 now acts on the measurement input 211 of the differential pressure sensor 21.
  • the output signal u (t) of the differential pressure sensor 21 is continuously present at the control and evaluation unit 22. The latter determines the level h as a function of time from the difference between the output signals u (t) and U Q of the differential pressure sensor 21 when the measuring tube 24 is emptied and 0 flooded
  • the continuous-time output signal 5 of the control and evaluation unit 22 is fed to the display unit 23, from which the fill level h (t) can be read over any period of time.
  • the level measurement In order to maintain the measuring accuracy, the level measurement must be interrupted from time to time and a new zero adjustment carried out, for which purpose the measuring tube 24 is flooded by opening the shut-off valve 27 and the output signal U Q of the differential pressure sensor 21 is stored again when the measuring tube 24 is flooded . In the level measurement following emptying of the measuring tube 24 5, the new storage value U Q is now used to correct the output signal u (t).
  • the shut-off valve 27 can be omitted if the ⁇ air pump 26 remains switched on for the duration of the level measurement and thus prevents fuel from entering the measuring tube 24.
  • Differential pressure sensor 21 is monitored from the time the air pump 26 is switched on.
  • the time course of this output signal u (t) is shown in FIG. 2.
  • the air pump 26 is switched on with the measuring tube 24 flooded, the pressure in the measuring tube 24 initially rises, then reaches a maximum and after a short time drops to an approximately constant value. If this value is reached, the pump and output of the air pump 26 is throttled by the control and evaluation unit 22 to such an extent that no fuel can penetrate the measuring tube 24. As the pump output is reduced, the air flow through the measuring tube 24 is also reduced, and the pressure drop occurring at the measuring tube 24 is reduced. As can be seen in FIGS.
  • the pump power 5 is reduced at the time t1, the pressure in the measuring tube 24 and accordingly the amplitude of the output signal u (t) of the differential pressure sensor 21 decrease accordingly.
  • the output signal of the pressure difference sensor 21 is almost unadulterated a measure of the fill level h in the fuel tank.
  • the level meter or tank level sensor 11 ' is modified compared to the tank level sensor 11 described above. So far
  • the measuring tube 24 which is arranged in the housing 12 and is open at the end, in turn extends from above the maximum liquid level 20 'to Housing bottom 121, however, is connected at its upper end to the return pipe 19.
  • the measuring tube 24 has an overflow opening 30 at its upper end and an outflow opening 31 into its lower end facing the housing base 121, into which an orifice 32 is integrated.
  • the throttle cross section is designed such that the amount of liquid flowing into the measuring tube 24 via the fuel return line 17 is greater per unit of time than the amount of liquid flowing out of the measuring tube 24 via the throttle cross section from the outflow opening 31.
  • the lower end of the measuring tube 24 is connected to the measuring input 212 of the differential pressure sensor 21, while the measuring input 211 of the differential pressure sensor 21 is exposed to the hydrostatic pressure on the housing base 121.
  • the output 213 of the differential pressure sensor 21 is in turn connected to the control and evaluation unit 22 and this in turn is connected to the display unit 23.
  • Liquid level 20 filled with fuel.
  • the same hydrostatic pressure of the quantity of fuel 28 in the fuel tank 10 is present at the two measuring inputs 211 and 212.
  • the output signal U Q of the differential pressure sensor 21 which is characteristic of the zero point deviation is stored in the control and evaluation unit 22.
  • the overflow opening 30 is at a fixed distance 1 Q from the housing base 121.
  • the differential pressure sensor 21 is now exposed to the hydrostatic pressure of the quantity of liquid 28 with the filling height h and on the other hand to the hydrostatic pressure of the fuel column with the height 1 Q in the measuring tube 24. Its output signal is therefore proportional to the difference between these two hydrostatic pressures.
  • the output signal u (t) of the differential pressure sensor 21 is fed to the control and evaluation unit 22, which in accordance with the output signal n (t)
  • U is the stored value of the output signal of the differential pressure sensor 21 which characterizes the zero point drift when the vehicle engine is switched off.
  • the fill level signal h (t) of the control and evaluation unit 22 is shown in the display unit 23 and can be read continuously.
  • a valve can be provided instead of the throttle 30, the Cross section is changeable.
  • the control of the valve takes place via the control and evaluation unit 22.
  • Valve turned on so far that the amount of liquid that can theoretically flow out of the measuring tube 24 via the outflow opening 31 per unit of time is greater than the amount of liquid flowing through the return pipe 19 to the measuring tube 24.
  • Control and evaluation unit 21 is stored, that is
  • Throttle 32 in FIG. 4 is dimensioned so that the amount of fuel flowing into the measuring tube 24 via the return pipe 19 per unit of time is greater than that flowing out of the measuring tube 24 via the valve in the same time unit

Description

Flüssigkeitsbehälter mit hydrostatischem Füllstandsmesser
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Flüssigkeitsbehälter mit hydrostatischem Füllstandsmesser, insbesondere 5 Kraftstofftank mit Tankstandsgeber, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.
Füllstandsmesser im Kraftfahrzeugbau zur Überwachung des Tankinhalts im Kraftstofftank sind in vielfältigen Ausführungen bekannt. Wegen der immer komplizierter
10 werdenden Formen des Kraftstofftanks verläßt man mehr und mehr die mit einem Schwimmer arbeitenden Füllstandsmesser und geht zu flexibeleren, nicht mechanischen Meßsystemen über. So kennt man bereits elektrothermische Tankstandsgeber oder solche nach dem piezoelektrischen, akustischen oder
15 hydrostatischen Prinzip arbeitende Tankstandsgeber bzw. Füllstandsmesser. Bei hydrostatischen Füllstandsmessern wird der hydrostatische Druck αer zu messenden Flüssigkeit gemessen und daraus durch Einbeziehung der Flüssigkeitsdichte auf den Füllstand geschlossen. Um den hydrostatischen Druck der Flüssigkeit im Behälterinnern messen zu können, muß der Differenzdruck zwischen dem Flüssigkeitsdruck am Behälterboden und dem Luftdruck oberhalb des Flüssigkeitsspiegels gemessen werden, wozu im allgemeinen ein Differenzdrucksensor verwendet wird. Ein wesentlicher Nachteil dieser Differenzdruckmethode ist die
Temperaturabhängigkeit und die Langzeitinstabilität des Nullpunktes bei käuflichen Differenzdrucksensoren.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Flüssigkeitsbehälter mit hydrostatischem Füllstandsmesser mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß durch den erfindungsgemäßen konstruktiven Aufbau ein Nullabgleich des Differenzdrucksensors ohne weiteres möglich ist und jederzeit durchgeführt werden kann. Dabei werden zum Nullabgleich die beiden Meßeingänge des
Differenzdrucksensors dem gleichen Druck ausgesetzt. Das unter diesen Bedingungen vom Differenzdrucksensor ausgegebene elektrische Signal wird gespeichert, und bei der anschließenden Füllstandsmessung wird das Ausgangssignal des Differenzdrucksensors um diesen Speicherwert je nach dessen Vorzeichen nach unten oder oben korrigiert. Aus dem so um die Nullpunktsdrift kompensierten Ausgangssignal wird dann von der Auswerteeinheit der momentane Füllstand im Behälterinnern unter Berücksichtigung der Flüssigkeitsdichte und der Fallbeschleunigung bestimmt. Auf diese Weise wird nicht nur eine hohe Meßgenauigkeit erzielt, sondern auch die Möglichkeit zu Kosteneinsparungen eröffnet, da für den Differenzdrucksensor keine Nullpunkts- und Alterungsstabilität mehr gefordert werden muß und dieser dadurch wesentlich konstengünstiger beschafft werden kann. Wegen des Verzichts auf die Nullpunktstabilität können nunmehr auch preisgünstigere Differenzdrucksensoren in Dickschichttechnik verwendet werden.
Weiterhin wird keine vorbestimmte Anordnung des Differenzdrucksensors am Behälterboden erzwungen, vielmehr kann dieser, ebenso wie die Luftpumpe, auch außerhalb des Behälters angeordnet werden. Als Übertragungsstrecke des hydrostatischen Drucks ist nur ein kleines Röhrchen erforderlich. Die Pumpe kann klein gehalten werden, so daß der technische Aufwand gering ist.
Die Flüssigkeitsf eiheit des entleerten Meßrohrs kann in verschiedener Weise aufrecht erhalten werden. Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird ein Absperrventil in Reihe zur Luftpumpe vorgesehen, das zum Fluten des Meßrohrs bei abgeschalteter Pumpe geöffnet und nach Entleeren des Meßrohrs bei laufender Pumpe geschlossen wird, wonach die Pumpe wieder abgeschaltet wird. Man kann dabei vor jeder Füllstandsmessung eine Flutung des Meßrohrs durch Öffnen des Absperrventils durchführen, aber auch nur in längeren Zeitabständen, wenn auf Grund veränderter Umweltparameter (Temperatur) eine Nullpunktdrift vermutet werden kann.
Während dieser längeren Zeitabstände würde durch die Komprimierung der Luftsäule im Meßrohr (z.B. durch Beschleunigen der Flüssigkeit oder durch
Temperaturschwankungen) Flüssigkeit im Meßrohr aufsteigen und das Meßergebnis verfälschen. Dieser Fehler wird klein gehalten, wenn nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das untere Ende des Meßrohrs in einem kleinen axialen Endabschnitt so extrem erweitert ist, daß das Volumen der Erweiterung wesentlich größer ist als das Volumen des Meßrohrs.
Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Aufrechterhaltung der Entleerung des Meßrohrs dadurch, daß die Pumpe ständig im Betrieb bleibt und den Druck im Meßrohr hält. Dadurch kann das Absperrventil eingespart werden. Da das Meßergebnis durch den von der Pumpenleistung abhängigen Druckabfall im Meßrohr verfälscht würde, wird der zeitliche Druckverlauf im Meßrohr, also das zeitkontinuierliche Ausgangssignal des Differenzdrucksensors, überwacht. Nach einer kurzen Zeit nach Einschalten der Pumpe weist das
Ausgangssignal eine etwa zeitkonstante A plitude auf, d.h. der Druck im Meßrohr ist annährend konstant. Nunmehr wird αie Pumpenleistung soweit zurückgenommen, bis gerade keine Flüssigkeit im Meßrohr aufsteigen kann. Der Druck im Meßrohr sinkt. Da die Pumpenleistung jetzt ein Minimum ist, ist auch der verfälschende Druckabfall im Meßrohr ein Minimum. Aus dem vom Differenzdrucksensor ausgegebenen elektrischen Signal kann nach Nullpunktdriftkorrektur unmittelbar der Füllstand abgeleitet werden.
Der erfindungsgemäße Flüssigkeitsbehälter mit hydrostatischem Füllstandsmesser mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 7 hat die gleichen Vorteile wie eingangs dieses Kapitels beschrieben und ermöglicht darüber hinaus die Einsparung der Luftpumpe und des Absperrventils. Dadurch sinkt der fertigungstechnische Aufwand noch weiter. Allerdings ist diese Erfindungsvariante auf Flüssigkeitsbehälter beschränkt, bei welchen über einen Ablauf unα einen Rücklauf eine Flüssigkeitszirkulation stattfindet, so daß sie bevorzugt als Kraftstofftank mit Tankstandsgeber für Kraftfahrzeuge eingesetzt wird, bei welchem Kraftstoff aus dem Kraftstofftank abgesaugt wird und überflüssiger Kraftstoff wieder in den Kraftstofftank zurückfließt. Bei unterbrochener Flüssigkeitszirkulation, was bei stehendem Fahrzeugmotor der Fall ist, ist das Meßrohr aufgrund der Gesetzes der kommunizierenden Röhren bis in Höhe des momentanen Flüssigkeitsspiegels im Behälterinnern gefüllt. Auf den Differenzdrucksensor wirkt in beiden Meßeingängen der gleiche Druck. Der vom Differenzdrucksensor ausgegebene Meßwert wird als Korrekturwert gespeichert. Bei Flüssigkeitszirkulation, also bei laufendem Fahrzeugmotor, steigt die Flüssigkeitssäule im Meßrohr bis zur Überlauföffnung, da aufgrund des passend gewählten Querschnitts der AblaufÖffnung am unteren Ende des Meßrohrs ein größeres Flüssigkeitsvolumen pro Zeiteinheit dem Meßrohr zufließt als aus dem Meßrohr abfließt. Der Differenzdrucksensor mißt den Differenzdruck zwischen dem hydrostatischen Druck am Boden des Meßrohrs und am Boden des Behälters, wobei der Einfluß des Luftdruckes oberhalb des Flüssigkeitsspiegels eliminiert ist, da dieser in gleicher Weise sowohl auf die Flüssigkeit im Meßrohr als auch auf die Flüssigkeit im Behälter wirkt. Aus diesem Differenzdruck läßt sich unter Berücksichtigung der bekannten Höhe der Überlauföffnung über dem Behälterboden, der
Flüssigkeitsdichte und der Fallbeschleunigung die momentane Füllstandshöhe ohne weiteres ermitteln.
Will man auf die Unterbrechung der Flüssigkeitszirkulation zwecks Nullpunktabgleich verzichten, so ist gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung an der Ausflußöffnung des Meßrohrs ein Ventil mit steuerbarem Querschnitt vorzusehen. Zum Nullpunktabgleich wird der Querschnitt soweit aufgesteuert, daß das pro Zeiteinheit über den Querschnitt auslaufende Flüssigkeitsvolumen größer ist als das dem Meßrohr zulaufende Flüssigkeitsvolumen. Die Höhe des Flüssigkeitssäule stimmt dann mit dem Flüssigkeitsspiegel im Behälterinnern überein. Wird der Querschnitt dann wieder verengt, so kann die Füllstandsmessung durchgeführt werden, sobald die Flüssigkeit im Meßrohr soweit angestiegen ist, daß sie über die Überlauföffnung austritt.
Auch hier kann αer Nullpunktabgleich bei jeder Füllstandsmessung oder zweckmäßigerweise nur in längeren Zeitabständen durchgeführt werden. Zwischen diesen Zeitpunkten ist das um die Nullpunktsdrift kompensierte zeitkontinuierliche Ausgangssignal des Differenzdrucksensors ein unmittelbares Maß für den momentanen Füllstand, so daß eine kontinuierliche Anzeige zur Verfügung steht die nur vorübergehend durch einen Nullpunktabgleich unterbrochen wird.
» Zeichnung
Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung αargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipskizze eines Kraftstofftanks mit hydrostatischem Tankstandsgeber,
Fig. 2 ein Zeitdiagramm des Ausgangssignals eines Differenzdrucksensors in einem gegenüber Fig. 1 modifizierten Tankstandsgeber,
Fig. 3 ein Diagramm der Pumpenkennlinie im modifizierten Tankstandsgeber,
Fig. 4 eine Prinzipskizze eines Kraftstofftanks mit hydrostatischem Tankstandsgeber gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Fig. 1 ist ein mit 10 bezeichneter Kraftstoff ank mit Tankstandsgeber 11 als Prinzipskizze dargestellt. Er steht als Beispiel für einen allgemeinen Flüssigkeitsbehälter mit
5 hydrostatischem Füllstandsmesser. Der Kraftstofftank 10 weist ein Gehäuse 12 mit Einfüllstutzen 13 und Tankdeckel 14 auf. Der Einfüllstutzen 13 ist mit einem Tankverschluß 15 versehen. Am Tankdeckel 14 ist die Kraftstoffansaugleitung 16 und die Kraftstoffrücklaufleitung 17 angeschlossen. Die
10 Kraftstoffansaugleitung 16 mündet in einem Ansaugstutzen 18, der sich bis unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 20 nahe dem Gehäuseboden 121 erstreckt, während die Kraftstoffrücklaufleitung 17 an einem oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 20 mündenden Rücklaufstutzen 19
•■-5 angeschlossen ist.
Der nach dem hydrostatischem Prinzip arbeitende Tankstandsgeber 11 weist einen Differenzdruckmesser 21 mit zwei Meßeingängen 211 und 212, eine an dem Ausgang 213 des Differenzdrucksensors 21 angeschlossene Steuer- und
2° Auswerteeinheit 22 und eine Anzeigeeinheit 23 auf. Zum Tankstandsgeber 11 gehört ferner ein durchmesserkleines Meßrohr 24, das im Gehäuse 12 vertikal angeordnet ist und von oberhalb des maximalen Flüssigkeitsspiegels 20', der durch eine strichpunktierte Linie gekennzeichnet ist, bis
25 zum Gehäuseboden 121 reicht. Der Endabschnitt des Meßrohrs 24 ist über eine sehr kleine axiale Länge extrem aufgeweitet, und zwar derart, daß das Volumen der Meßrohraufweitung 25 größer ist als das Volumen des Meßrohrs 24. Am oberen Ende des Meßrohrs 24 ist einerseits der 0 Meßeingang 211 des Differenzdrucksensors 21 und andererseits eine Luftpumpe 26 angeschlossen. In Reihe mit der Luftpumpe 26 liegt ein Absperrventil 27. Die über das Absperrventil 27 freigebbare bzw. verschließbare Ansaugöffnung der Luftpumpe 26 liegt ebenso wie die Luftpumpe 26 selbst und das Absperrventil 27 oberhalb des maximalen Flüssigkeitsspiegels 20' im Gehäuse 12. Der Meßeingang 212 des Differenzdrucksensors 21 liegt ebenfalls oberhalb des maximalen Flüssigkeitsspiegels 20', so daß der
Differenzdrucksensor 21 einerseits dem gleichen Luftdruck, der auf die Flüssigkeitsoberfläche wirkt und andererseits dem Druck im Meßrohr 24 ausgesetzt ist. Das Öffnen und Schließen des Absperrventils 27 sowie das Ein- und Ausschalten der Luftpumpe 26 wird von der Steuer- und Auswerteeinheit 22 gesteuert.
» Die Funktionsweise des Tankstandsgebers 11 ist wie folgt:
Zur Beginn der Füllstandsmessung wird zunächst bei abgeschalteter Luftpumpe 26 von der Steuer- und Auswerteeinheit 22 aas Absperrventil 27 geöffnet. Damit wird das Meßrohr 24 geflutet, wodurch das Meßrohr 24 sich mit einer Flüssigkeit bis zur Höhe h füllt, die gleich der Höhe des Flüssigkeitsspiegels im Gehäuse 12 ist. An den Meßeingängen 211 und 212 des Differenzdrucksensors 21 liegt der gleiche Druck PQ an, der im nicht mit Kraftstoff gefüllten Teil des Gehäuses 12 herrscht und auf den Flüssigkeitsspiegel 20 des im Gehäuse 12 befindlichen Kraftstoffs 28 wirkt. Das Ausgangssignal Un des Differenzdrucksensors 21, das ein Maß für die Nullpunktverschiebung oder -drift des Differenzdrucksensors 21 ist, wird in der Steuer- und Auswerteeinheit 22 gespeichert.
Nunmehr wird von der Steuer- und Auswerteeinheit 22 bei geöffnetem Absperrventil 27 die Luftpumpe 26 eingeschaltet. Diese pumpt Luft in das Meßrohr 24 und drückt den darin befindlichen Kraftstoff in die Kraftstoffmenge 28 zurück. Nach einer bestimmten Zeit, die so bemessen ist, daß das Meßrohr 24 mit Sicherheit kraftstoffrei ist, wird von der Steuer- und Auswerteeinheit 22 das Absperrventil 27 geschlossen und die Luftpumpe 26 abgeschaltet. Nunmehr wirkt auf den Meßeingang 211 des Differenzdrucksensors 21 der hydrostatische Druck der Kraftstoffmenge 28 am Gehäuseboden 121. Das Ausgangssignal u(t) des Differenzdrucksensors 21 steht fortlaufend an der Steuer- und Auswerteeinheit 22 an. Letztere bestimmt aus der Differenz der Ausgangssignale u(t) und UQ des Differenzdrucksensors 21 bei entleertem und 0 geflutetem Meßrohr 24 die Füllstandshöhe h als Funktion der Zeit gemäß
A » h (t) = -—- (u(t)-UQ) (1),
wobei g die Fallbeschleunigung und g die Flüssigkeitsdichte des Kraftstoffs ist. Das zeitkontinuierliche Ausgangssignal 5 der Steuer- und Auswerteeinheit 22 wird der Anzeigeeinheit 23 zugeführt, an welcher der Füllstand h(t) über eine beliebige Zeitspanne abgelesen werden kann.
Um die Meßgenauigkeit zu erhalten, muß von Zeit zu Zeit die Füllstandsmessung unterbrochen und ein erneuter 0 Nullpunktabgleich durchgeführt werden, wozu in gleicher Weise durch Öffnen des Absperrventils 27 das Meßrohr 24 geflutet und erneut das Ausgangssignal UQ des Differenzdrucksensors 21 bei geflutetem Meßrohr 24 abgespeichert wird. Bei der nach Entleerung des Meßrohrs 24 5 sich angschließenden Füllstandsmessung wird nunmehr der neue Speicherwert UQ zur Korrektur des Ausgangssignals u(t) verwendet.
In dem Füllstandsmesser 11 in Fig. 1 kann das Absperrventil 27 entfallen, wenn für die Dauer der Füllstandsmessung die θ Luftpumpe 26 eingeschaltet bleibt und somit verhindert, daß Kraftstoff in das Meßrohr 24 eintreten kann. Um den Meßfehler bei laufender Luftpumpe 26 möglichst klein zu halten, wird das Ausgangssignal u(t) des
Differenzdrucksensors 21 vom Einschalten der Luftpumpe 26 an überwacht. Der zeitliche Verlauf dieses Ausgangssignals u(t) ist in Fig. 2 dargestellt. Mit Einschalten der Luftpumpe 26 bei geflutetem Meßrohr 24 steigt zunächst der Druck im Meßrohr 24 an, erreicht dann ein Maximum und fällt nach kurzer Zeit auf einen etwa konstanten Wert ab. Ist dieser Wert erreicht, so wird durch die Steuer- und Auswerteeinheit 22 die Pumpenleistung der Luftpumpe 26 soweit gedrosselt, ° daß gerade kein Kraftstoff in das Meßrohr 24 eindringen kann. Mit Reduzierung der Pumpenleistung reduziert sich auch der Luftdurchfluß durch das Meßrohr 24 uijd dadurch der am Meßrohr 24 auftretende Druckabfall. Wie in Fig. 2 und 3 ersich€lich, wird zum Zeitpunkt tl die Pumpenleistung 5 zurückgenommen, der Druck im Meßrohr 24 und entsprechend die Amplitude des Ausgangssignals u(t) des Differenzdrucksensors 21 verkleinern sich entsprechend. Das Ausgangssignal des Druckdifferenssensors 21 ist nahezu unverfälscht ein Maß für den Füllstand h im Kraftstofftank. Die Steuer- und 0 Auswerteeinheit 22 errechnet entsprechend Gl.(l) αen Füllstand h(t) im Kraftstofftank 10, der in der Anzeigeeinheit 23 angezeigt wird. In Fig. 3 ist die Pumpenkennlinie der Luftpumpe 26, also der Pumpendruck in Abhängigkeit von der geförderten Luftmenge dargestellt. Zum 5 Zeitpunkt t = tl wird die Pumpenleistung zurückgenommen, wodurch die Pumpenkennlinie sich parallel zu kleineren Werten verschiebt.
Bei dem Kraftstofftank 10 in Fig. 4 ist der Füllstandsmesser oder Tankstandsgeber 11' gegenüber dem vorstehend ° beschriebenen Tankstandsgeber 11 modifiziert. Soweit
Bauelemente mit denen in Fig. 1 übereinstimmen, sind sie mit gleichen Bezugszeichen versehen. Das im Gehäuse 12 angeordnete stirnseitig offene Meßrohr 24 reicht wiederum von oberhalb der maximalen Flüssigkeitshöhe 20' bis zum Gehäuseboden 121, ist allerdings mit seinem oberen Ende an dem Rücklaufstutzen 19 angeschlossen. Außerdem weist das Meßrohr 24 an seinem oberen Ende eine Überlauföffnung 30 und an seinem dem Gehäuseboden 121 zugekehrten unteren Ende eine Ausflußöffnung 31 auf, in welche eine Drossel 32 integriert ist. Der Drosselquerschnitt ist so ausgebildet, daß die über die Kraftstoffrücklaufleitung 17 dem Meßrohr 24 zulaufende Flüssigkeitsmenge pro Zeiteinheit größer ist als die über den Drosselquerschnitt aus der Ausflußöffnung 31 aus dem Meßrohr 24 ausfließende Flüssigkeitsmenge. Das untere Ende des Meßrohrs 24 ist an dem Meßeingang 212 des Differenzdrucksensors 21 angeschlossen, während der Meßeingang 211 des Differensdrucksensors 21 dem hydrostatischen Druck am Gehäuseboden 121 ausgesetzt ist. Der Ausgang 213 des Differenzdrucksensors 21 ist wiederum mit der Steuer- und Auswerteeinheit 22 und diese wiederum mit der Anzeigeeinheit 23 verbunden.
Die Wirkungsweise dieses modifizierten Tankstandsgebers 11 ist wie folgt:
Bei stillstehendem Kraftfahrzeugmotor findet keine
Flüssigkeitszirkulation statt, d.h. es wird kein Kraftstoff über die Kraftstoffansaugleitung 16 aus dem Kraftstofftank 10 abgesaugt und über die Kraftstoffrücklaufleitung 17 dem Kraftstofftank 10 wieder zugeführt. Aufgrund des Gesetzes der kommunizierenden Röhren ist das Meßrohr 24 bis zum
Flüssigkeitsspiegel 20 mit Kraftstoff gefüllt. An den beiden Meßeingängen 211 und 212 steht der gleiche hydrostatischen Druck der Kraftstoffmenge 28 im Kraftstofftank 10 an. Das für die Nullpunktabweichung charakteristische Ausgangssignal UQ des Differenzdrucksensors 21 wird in der Steuer- und Auswerteeinheit 22 gespeichert. Mit laufendem Fahrzeugmotor findet eine
KraftstoffZirkulation statt, wobei der über die
Kraftstoffrücklaufleitung 17 dem Gehäuse 12 wieder zulaufende Kraftstoff zunächst in das Meßrohr 24 fließt. Durch den wie vorstehend beschrieben bemessenen Querschnitt der Drossel 32 steigt das Kraftstoffniveau im Meßrohr 24 an, bis die Überlauföffnung 30 erreicht ist und der Kraftstoff über diese der Kraftstoffmenge 28 zufließt. Das Meßrohr 24 ist also stets bis zur Überlauföffnung 30 mit Kraftstoff gefüllt. Die Überlauföffnung 30 befindet sich in einem festen Abstand 1Q vom Gehäuseboden 121. Der Differenzdrucksensor 21 ist nunmehr ein il dem hydrostatischen Druck der Flüssigkeitsmenge 28 mit der Füllhöhe h und andererseits dem hydrostatischen Druck der Kraftstoffsäule mit der Höhe 1Q im Meßrohr 24 ausgesetzt. Sein Ausgangssignal ist damit proportional der Differenz dieser beiden hydrostatischen Drücke. Das Ausgangssignal u(t) des Differenzdrucksensors 21 wird der Steuer- und Auswerteeinheit 22 zugeführt, die daraus das Ausgangssignal n(t) gemäß
-1 h (t) = 1Q - —g- (u(t)-U0) (2)
berechnet, g ist wiederum die Fallgeschwindigkeit und g die Dichte des Kraftstoffs. U ist der die Nullpunktdrift kennzeichnende abgespeicherte Wert des Ausgangssignals des Differenzdrucksensors 21 bei abgestelltem Fahrzeugmotor. Das Füllstandssignal h(t) der Steuer- und Auswerteeinheit 22 wird in der Anzeigeeinheit 23 dargestellt und kann kontinuierlich abgelesen werden.
Will man den Nullpunktabgleich des Differenzdrucksensors 21 unabhängig vom Abstellen des Fahrzeugmotors und der damit unterbundenen KraftstoffZirkulation durchführen, so kann ans-telle der Drossel 30 ein Ventil vorgesehen werden, dessen Querschnitt veränderbar ist. Die Steuerung des Ventils erfolgt über die Steuer- und Auswerteeinheit 22. Für den Nullpunktabgleich des Differenzdrucksensors 21, d.h. der Speicherung des Ausgangssignals UQ des Differenzdrucksensors 21 bei geflutetem Meßrohr 24, wird der Querschnitt des
Ventils soweit aufgesteuert, daß die Flüssigkeitsmenge, die über die Ausflußöffnung 31 pro Zeiteinheit aus dem Meßrohr 24 theoretisch abzufließen vermag größer ist als die über den Rücklaufstutzen 19 dem Meßrohr 24 zufließende Flüssigkeitsmenge. Bei dieser Bemessung des
Ventilquerschnitts wird das Kraftstoffniveau im' Meßrohr sich auf den Flüssigkeitsspiegel 20 einstellen, so daß an beiden
» Meßeingängen 211,212 des Differenzdrucksensors 21 der gleiche*, hydrostatische Druck liegt. Nachdem nunmehr das Ausgangssignal UQ des Differenzdrucksensors 21 in der
Steuer- und Auswerteeinheit 21 abgespeichert ist, wird das
Ventil so angesteuert, daß sein Durchflußquerschnitt wie die
Drossel 32 in Fig. 4 bemessen ist, damit pro Zeiteinheit die über den Rücklaufstutzen 19 in das Meßrohr 24 zufließende Kraftstoffmenge größer ist als die über das Ventil in der gleichen Zeiteinheit aus dem Meßrohr 24 ausfließende
Kraftstoffmenge.

Claims

Ansprüche
1. Flüssigkeitsbehälter mit hydrostatischem
Füllstandsmesser, insbesondere Kraftstofftank mit Tankstandsgeber, der einen Differenzdrucksensor und eine aus dessen elektrischen Ausgangssignalen den momentanen Füllstand bestimmende Auswerteeinheit aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß im Behälterinnern ein stirnseitig offenes, von oberhalb der maximalen Flüssigkeitshöhe (20') bis zum Behälterboden (121) reichendes, durchmesserkleines Meßrohr (24) angeordnet ist, daß der Differenzdrucksensor (21) mit seinem einen Meßeingang (211) an dem oberen Ende des Meßrohrs (24) angeschlossen und mit seinem anderen Meßeingang (212) dem auf dem Flüssigkeitsspiegel wirkenden Luftdruck (PQ) ausgesetzt ist, daß an dem oberen Ende des Meßrohrs (24) eine Luftpumpe (26) angeschlossen ist, die zur Füllstandsmessung das bei Meßbeginn geflutete, d.h. bis zum Flüssigkeitsspiegel (20) flüssigkeitsgefüllte, Meßrohr (24) durch Lufteinpumpen entleert, und daß die Füllstandsbestimmung in der Auswerteeinheit (22) aus der Differenz der Ausgangssignale (u(t),ÜQ) des Differenzdrucksensors (21) bei entleertem und geflutetem Meßrohr (24) erfolgt.
2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der Luftpumpe (26) ein Absperrventil (27) angeordnet ist, das zum Fluten des Meßrohrs (24) geöffnet und nach Entleeren des Meßrohrs (24) geschlossen wird, und daß das dem entleerten Meßrohr (24) zugeordnete Ausgangssignal (u(t)) des
Differenzdrucksensors (21 erst nach Schließen des Absperrventils (27) abgenommen ist.
3. Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßrohr (24) an seinem unteren Ende über eine kleine Axialerstreckung eine Aufweitung (25) aufweist, deren Durchmesser so groß gewählt ist, daß das Volumen der Auf eitung (25) groß gegenüber dem Volumen des Meßrohrs (24) ist.
4. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auswerteeinheit (22) der zeitliche Verlauf des
Ausgangssignals des Differenzdrucksensors (21) überwacht und bei Erkennen einer zeitlich im wesentlichen konstanten Amplitude ein Steuersignal für die Luftpumpe (26) generiert wird, daß eine Steuereinheit (22) zur Steuerung der Pumpenleistung vorgesehen ist, die aufgrund des Steuersignals die Pumpenleistung soweit reduziert, daß Flüssigkeit gerade nicht in das entleerte Meßrohr (24) einzudringen vermag, und daß das dem im entleerten Meßrohr (24) zugeordnete Ausgangssignal (u(t)) des Differenzdrucksensors (21) erst nach Rücknahme der Pumpenleistung abgenommen ist.
5. Behälter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Entleerung des Meßrohrs (24) nur einmal zu Beginn eines längeren Zeitraums nach einmaliger Abnahme und Speicherung des Ausgangssignals (UQ) des Differenzdrucksensors (21) (Nullabgleichswert) bei geflutetem Meßrohr (24) vorgenommen und der Füllstand (h(t)) kontinuierlich aus dem um den Nullabgleichswert (UQ) reduzierten zeitkontinuierlichen Ausgangssignal (u(t)) des Differenzdrucksensors (21) abgeleitet wird.
6. Behälter nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzdrvlcksensor (21) und die Luftpumpe (26), einschließlich des ggf. in Reihe liegenden Absperrventils (27) , im Behälterinnern oberhalb der maximalen Flüssigkeitshöhe (20* ) angeordnet sind.
7. Behälter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, in welchem über einen Flüssigkeitsablauf und einem Flüssigkeitsrücklauf eine Flüssigkeitszirkulation stattfindet, dadurch gekennzeichnet, daß im Behälterinnern ein stirnseitig offenes, von oberhalb der maximalen Flüssigkeitshöhe (201) bis zum Behälterboden (121) reichendes Meßrohr (24) angeordnet und mit seinem oberen Ende an den Flüssigkeitsrücklauf (17,19) angeschlossen ist, daß der Differenzdrucksensor (21) mit seinem einen Meßeingang (212) mit dem unteren Ende des Meßrohrs (24) verbunden und mit seinem anderen
Meßeingang (211) dem Flüssigkeitsdruck am Behälterboden (121) ausgesetzt ist, daß am unteren Ende des Meßrohrs (24) eine Ausflußöffnung (31), der eine Drossel (32) oder ein Ventil mit steuerbarem Querschnitt zugeordnet ist, und am oberen Ende des Meßrohrs (24) eine Überlauföffnung (30) vorgesehen ist und daß die Füllstandsbestimmung in der Auswerteeinheit (22) aus der Differenz der Ausgangssignale (u(t),ÜQ) des Differenzdrucksensors (21) bei bis zur Überlauföffnung (30) flüssigkeitsgefülltem Meßrohr (24) und bei geflutetem, d.h. bis zum Flüssigkeitsspiegel (20) flüssigkeitsgefülltem, Meßrohr (24) erfolgt.
8. Behälter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsquerschnitt der Drossel (32) bzw. des steuerbaren Ventils so bemessen ist, daß bei Flüssigkeitszirkulation die pro Zeiteinheit über den Flüssigkeitsrücklauf (17,19) dem Meßrohr (24) zufließende Flüssigkeitsmenge größer ist als die aus der Ausflußöffnung (31) aus dem Meßrohr (24) ausfließende Flüssigkeitsmenge, und daß zur Gewinnung des Au^sgangssignals (UQ) des Differenzdrucksensors (21) bei geflutetem Meßrohr (24) die Flüssigkeitszirkulation vorübergehend unterbunden oder der Querschnitt des steuerbaren Ventils soweit vergrößert wird, daß die
Flüssigkeitsmenge, die über die Ausflußöffnung (31) pro Zeiteinheit aus dem Meßrohr (24) theoretisch abzufließen vermag, größer ist als die über den Flüssigkeitsrücklauf (17,19) dem Meßrohr (24) zufließende Flüssigkeitsmenge.
9. Behälter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbindung der Flüssigkeitszirkulation bzw. die Aufsteuerung des Ventilquerschnitts nur einmal zu Beginn eines längeren Zeitraums durchgeführt und das Ausgangssignal (UQ) des Differenzdrucksensors (21) (Nullabgleichswert) abgenommen und gespeichert wird, und daß der Füllstand (h(t)) kontinuierlich bei stattfindender Flüssigkeitszirkulation und wirksamer Drossel (32) bzw. wieder verkleinertem Öffnungsquerschnitt des steuerbaren Ventils aus dem um den Nullabgleichswert (UQ) reduzierten zeitkontinuierlichen Ausgangssignal (u(t)) des Differenzdrucksensors (21) abgeleitet wird.
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