DE102005011376A1 - Liquid/bulk material fill level measuring device for use in motor vehicle tank, has transmitter and receiver in the form of piezo-foils, where device is formed as dip senso, and foils have length of fill level range that is to be detected - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Füllstandsmessung, insbesondere einen Sensor zur Erfassung des Füllstands schallübertragender Flüssigkeiten und/oder schallübertragenden Schüttguts.The The invention relates to a device for level measurement, in particular a sensor to detect the level noise-transferring liquids and / or sound transmitting Bulk material.
Bekannt sind stufenlose Füllstandsanzeigen z.B. in Fahrzeugtanks, die schwimmerbetätigte Potentiometer als Messwertgeber verwenden. Aber auch Füllstandsmesser, die Piezo-Schwingköpfe und Ultraschall-Technologie einsetzen, sind bekannt. Dabei wird entweder ein Abstand aus der Laufzeit des Signals errechnet (Echolot-Prinzip) oder ein Grenzwert aus dem Dämpfungsverhalten des Ultraschalls (Flüssigkeit vorhanden/nicht vorhanden) ermittelt (z.B. Ultraschall-Sensorik der Fa. Waycon).Known are stepless level indicators e.g. in vehicle tanks, the float-operated potentiometer as a transmitter use. But also level gauge, the piezo oscillating heads and ultrasound technology are known. It will either a distance calculated from the running time of the signal (sonar principle) or a threshold value from the damping behavior of the ultrasound (liquid present / absent) (e.g., ultrasonic sensor the company Waycon).
Nachteilig an den bekannten Technologien ist insbesondere, dass sie nur mit einem hohen Aufwand in die Produkte integriert werden können, deren Störanfälligkeit, sowie der relativ ungenauen Messung.adversely in particular, the known technologies is that they only with a high effort can be integrated into the products whose susceptibility, and the relatively inaccurate measurement.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist deshalb die Realisierung einer Vorrichtung zur stufenlosen und linearen Erfassung des Füllstands von Flüssigkeiten und/oder Schüttgut, die einfach in ein Produkt integrierbar ist und eine zuverlässige Füllstandsanzeige ermöglicht.task The present invention is therefore the realization of a device for stepless and linear detection of the level of liquids and / or bulk material, which can be easily integrated into a product and a reliable level indicator allows.
Gegenstand der Erfindung ist eine Füllstandsmessvorrichtung für schallübertragende Medien, zumindest einen akustischen Sender und zumindest einen akustischen Empfänger in Form von Piezofolien umfassend, wobei ein vom Sender ausgestrahltes Ultraschallsignal durch das schallübertragende Medium zum Empfänger geleitet wird.object The invention is a level measuring device for sound transmitting Media, at least one acoustic transmitter and at least one acoustic receiver in the form of piezo films, wherein a radiated from the transmitter Ultrasound signal passed through the sound-transmitting medium to the receiver becomes.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist zumindest eine der Piezofolien streifenförmig.To an embodiment According to the invention, at least one of the piezo films is strip-shaped.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung haben Sendepiezofolie und Empfängerpiezofolie die gleiche geometrische Form, und sind parallel nebeneinander in kleinem Abstand so angeordnet, dass bei beiden Folienstreifen der gleiche Längenabschnitt von dem schall- leitenden Medium umgeben wird. Diese Ausführungsform liefert einen besonders linearen Zusammenhang zwischen Empfängersignal und Pegelstand. Die Gesamtlänge der Folienstreifen, und damit des Sensors, entspricht der zu messenden Pegelhöhe. Der Sensor ist im Behälter (Tauchsensor), oder an der Behälterwand (externer Sensor) so positioniert, dass das Medium zwischen Sender und Empfänger eine Schall leitende Verbindung herstellt.To an advantageous embodiment In the invention, the transmission piezo film and the receiver piezo film have the same geometric shape, and are parallel to each other at a small distance arranged so that in both film strips the same length section surrounded by the sound-conducting medium. This embodiment provides a particularly linear relationship between the receiver signal and level. The total length the film strip, and thus the sensor, corresponds to the one to be measured Level height. Of the Sensor is in the container (Immersion sensor), or on the container wall (external sensor) positioned so that the medium between transmitter and receiver creates a sound conductive connection.
Der Sender ist mit einem Oszillator verbunden und wird mit einem Erregersignal, vorzugsweise sinusförmig im Ultraschallbereich, gespeist. Der Sender wirkt dann als Ultraschallsender. Bevorzugt hat das Erregersignal eine konstante Amplitude. Es können Frequenzen im Bereich eines niedrigen hörbaren Schalls (einige 10Hz, beispielsweise 30 bis 40 Hz) bis weit über 1MHz verwendet werden.Of the Transmitter is connected to an oscillator and is supplied with an exciter signal, preferably sinusoidal in the ultrasonic range, fed. The transmitter then acts as an ultrasonic transmitter. Preferably, the excitation signal has a constant amplitude. There may be frequencies in the range of a low audible Sound (some 10Hz, for example 30 to 40 Hz) to well over 1MHz be used.
Der Empfänger erfasst das Signal, das ihm über das zu messende schallübertragende Medium zugeleitet wird. Wenn kein Medium vorhanden ist, findet keine Übertragung statt und am Empfänger kann kein Signal oder nur das Grundsignal (siehe unten) erkannt werden. Wird jedoch ein Teil des Empfängers mit schallübertragendem Medium bedeckt, so kann ein intensiveres Signal am Empfänger detektiert werden, wobei die Zunahme der Empfangssignalamplitude linear proportional zur mit Medium bedeckten Sensorfläche ist.Of the receiver captures the signal that passes to him the sound-transmitting Medium is supplied. If there is no medium, there is no transmission instead of and at the receiver No signal or only the basic signal (see below) can be detected become. However, a part of the receiver with sound transmitting Medium covered, so a more intense signal can be detected at the receiver be, with the increase of the received signal amplitude linearly proportional to the medium-covered sensor surface is.
Über eine Kalibriermessung kann dem Sensorsignal (Pegelstand) das Volumen des schallübertragenden Mediums, beispielsweise Flüssigkeit, im Behälter zugeordnet werden. Dadurch ist die Bestimmung des Behälterinhalts, beispielsweise des Tankinhalts eines Fahrzeuges, auch bei komplexerer Behälterform z. B. in Liter möglich.Over a Calibration measurement can give the sensor signal (water level) the volume the sound transmitting Medium, for example liquid, in the container be assigned. This is the determination of the container contents, for example, the tank contents of a vehicle, even with more complex vessel form z. B. in liters possible.
Thermische, mechanische oder andere Störeinflüsse können z.B. durch Anpassung der Erregerparameter kompensiert werden. Ty pische Störsignale (Z.B. von der KFZ- Zündanlage) können leichter gefiltert werden, wenn das Nutzsignalfrequenz (Erregerfrequenz) in einen störsignalfreien Bereich des Frequenzspektrums von ca. 1 MHz gelegt wird.thermal, mechanical or other interference may occur e.g. be compensated by adjusting the exciter parameters. Ty pical noise (Eg from the car ignition system) can easier to filter when the useful signal frequency (exciter frequency) in a noise-free Range of the frequency spectrum of about 1 MHz is placed.
Um elektromagnetische Störfelder abzuschirmen, kann entweder die jeweils außen liegende Piezoelektrodenschicht an Masse gelegt werden, oder eine zusätzliche äußere Abschirmschicht mit Masseverbindung verwendet werden.In order to shield electromagnetic interference fields, either the respective outer piezoelectric electrode layer can be grounded, or an additional outer shielding layer with ground connection be used.
Im Folgenden wird die Erfindung noch anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert:in the The invention will be described below on the basis of exemplary embodiments explained in more detail:
Im Behälter sind diese Piezofolienstreifen so angeordnet, dass sie von dem zu messenden Medium umspült werden. Bei aggressiven Medien ist beispielsweise eine akustisch leitende Schutzummantelung vorgesehen.in the container These piezo film strips are arranged so that they from the zu washing medium flows around become. For aggressive media, for example, is an acoustic conductive protective sheath provided.
Nach
der in
Am
oberen Ende sind die Piezofolienstreifen mit Leitungen
Der
Piezostreifen
In
U(erreger)
= 10 Vpp
f(erreger) = 20 kHz
Breite der Piezostreifen
= 12 mm
Medium: WasserIn
U (exciter) = 10 Vpp
f (exciter) = 20 kHz
Width of the piezo strip = 12 mm
Medium: water
Der Sensor ist, wie bereits erwähnt, unter Umständen an der Außenwand von Kunststoffgefäßen angebracht. Bei Wanddicken bis ca. 2 mm konnten noch sehr gut auswertbare Signale erkannt werden.Of the Sensor is, as already mentioned, in certain circumstances on the outside wall attached by plastic containers. With wall thicknesses up to approx. 2 mm still very well evaluable signals could be recognized.
Ebenso kann der Sensor in der Wand von Kunststoffgefäßen eingegossen sein.As well The sensor can be embedded in the wall of plastic containers.
Die
zumindest zwei Piezofolien
In
Der
Sensor
Gemäß
Statt der planaren Anordnung können Sende- und Empfängerfolie auch koaxial angeordnet sein.Instead of the planar arrangement can Transmitter and receiver foil also be arranged coaxially.
Bei Gefäßen mit Metallwand ist ein Tauchsensor vorzuziehen, da hier das akustische Messsignal bereits in der Wand kurzgeschlossen wäre.at Vessels with Metal wall is preferable to a diving sensor, since here the acoustic Measuring signal would already be shorted in the wall.
Die Sende-Signalparameter (Amplitude und/oder Frequenz), die Empfangssignalverarbeitung sowie die geometrische Gestaltung des Sensors oder der Füllstandsmessvorrichtung werden zweckmäßigerweise an die jeweilige Anwendung angepasst. Die Flexibilität der Folien ermöglicht auch eine Anordnung der Folien auf gekrümmten Behälteroberflächen.The Transmit signal parameters (amplitude and / or frequency), receive signal processing as well as the geometric design of the sensor or the level measuring device Be appropriate to adapted the respective application. The flexibility of the films allows also an arrangement of the films on curved container surfaces.
Sofern die Länge der Piezostreifen fertigungsbedingt begrenzt ist, können für die Erfassung hoher Pegelstände mehrere Einzelsensoren aneinander gereiht werden, und durch die nachfolgenden Auswerteelektronik zu einem Gesamtpegel verknüpft werden.Provided the length the piezo strip is limited due to production, can for the detection high water levels several individual sensors are strung together, and by the subsequent evaluation electronics are linked to a total level.
Beim Einsatz in bewegten Systemen (Fahrzeug) kann eine Fehlmessung, die durch Beschleunigung oder starke Neigung hervorgerufen wird, mit zwei oder mehr Sensoren, die differentiell arbeiten, kompensiert werden. Vibriert oder schwappt die Flüssigkeitsoberfläche zu stark, kann das Messsignal mit einem Kondensator geglättet werden.At the Use in moving systems (vehicle) can be a wrong measurement, the caused by acceleration or strong inclination, with two or more sensors that work differentially, be compensated. If the surface of the liquid vibrates or spills too much, the measuring signal can be smoothed with a capacitor.
Beim Einsatz in chemisch aggressiver Umgebung ist der Sensor mit einer gut schallübertragenden aber chemisch resistenten Ummantelung versehen.At the Use in chemically aggressive environment is the sensor with a good sound transmitting but chemically resistant sheath provided.
Als piezoaktive Material wird beispielsweise eine Polymerfolie mit Piezoeffekt (vor allem PVDF), Piezokeramikfaser-Laminate und PZT-Schichten auf Metallfolien eingesetzt.When Piezo-active material, for example, a polymer film with piezo effect (especially PVDF), piezoceramic fiber laminates and PZT layers on metal foils used.
Zur Verbindung von Sender- und Empfängerfolie/-film eignen sich z.B. doppelseitige Klebebänder oder dünne Transferklebstofffilme, die kommerziell beispielsweise von 3M, insbesondere das Produkt 468MP, erhältlich sind.to Connection of transmitter and receiver foil / film are suitable e.g. double-sided adhesive tapes or thin transfer adhesive films, the commercial example of 3M, especially the product 468MP, available are.
In Tabelle werden Eigenschaften von Piezo-Werkstoffen zusammengefasst.In Table summarizes properties of piezo materials.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Füllstandsmessung, insbesondere einen Sensor zur Erfassung des Füllstands schallübertragender Flüssigkeiten und/oder schallübertragenden Schüttguts. Dabei werden zumindest zwei Piezofolien eingesetzt, von denen eine als Sender wirkt, die ein Signal über die zu messende Flüssigkeit an die zweite Folie, den Empfänger sendet.The invention relates to a device for level measurement, in particular a sensor for Erfas tion of the level of sound-transmitting liquids and / or sound-transmitting bulk material. In this case, at least two piezo films are used, one of which acts as a transmitter which sends a signal about the liquid to be measured to the second film, the receiver.
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DE200510011376 DE102005011376A1 (en) | 2005-03-11 | 2005-03-11 | Liquid/bulk material fill level measuring device for use in motor vehicle tank, has transmitter and receiver in the form of piezo-foils, where device is formed as dip senso, and foils have length of fill level range that is to be detected |
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DE200510011376 Ceased DE102005011376A1 (en) | 2005-03-11 | 2005-03-11 | Liquid/bulk material fill level measuring device for use in motor vehicle tank, has transmitter and receiver in the form of piezo-foils, where device is formed as dip senso, and foils have length of fill level range that is to be detected |
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DE (1) | DE102005011376A1 (en) |
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- 2005-03-11 DE DE200510011376 patent/DE102005011376A1/en not_active Ceased
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