WO2006097076A1 - Vorrichtung zum messen des füllstandes einer flüssigkeit in einem behälter mit einem ultraschallwandler - Google Patents

Vorrichtung zum messen des füllstandes einer flüssigkeit in einem behälter mit einem ultraschallwandler Download PDF

Info

Publication number
WO2006097076A1
WO2006097076A1 PCT/DE2006/000446 DE2006000446W WO2006097076A1 WO 2006097076 A1 WO2006097076 A1 WO 2006097076A1 DE 2006000446 W DE2006000446 W DE 2006000446W WO 2006097076 A1 WO2006097076 A1 WO 2006097076A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ultrasonic transducer
housing
liquid
ultrasonic
container
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE2006/000446
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas KÜCK
Heiko Dobrinski
Andreas Buhrdorf
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.)
Hella GmbH and Co KGaA
Original Assignee
Hella KGaA Huek and Co
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 Hella KGaA Huek and Co filed Critical Hella KGaA Huek and Co
Priority to KR1020077023851A priority Critical patent/KR101304373B1/ko
Priority to EP06722603.5A priority patent/EP1859236B1/de
Priority to JP2008501152A priority patent/JP4728388B2/ja
Priority to US11/886,194 priority patent/US7861587B2/en
Publication of WO2006097076A1 publication Critical patent/WO2006097076A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

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
    • G01F23/22—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 measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28—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 measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/296—Acoustic waves
    • 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
    • G01F23/22—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 measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28—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 measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/296—Acoustic waves
    • G01F23/2962—Measuring transit time of reflected waves
    • 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
    • G01F23/22—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 measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28—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 measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/296—Acoustic waves
    • G01F23/2968—Transducers specially adapted for acoustic level indicators

Definitions

  • the invention relates to a device for measuring the level of a liquid according to the ultrasonic echo principle in a container with an ultrasonic transducer, wherein the ultrasonic transducer with distance to a in the
  • Floor area arranged reflective surface is arranged and is designed on the one hand for radiation to the liquid surface and on the other hand to the reflective surface.
  • Such a device is known for example from EP 1 460 396.
  • the evaluation is carried out in that due to multiple reflections on the liquid surface and in the container bottom in peaks split echo signals are detected and that the resulting from the specific distance time intervals of the peaks to determine the speed of sound in the liquid are evaluated.
  • the invention has for its object to provide a device of the type mentioned, which is particularly simple and allows a particularly reliable measurement according to the ultrasonic echo principle.
  • Reference track for comparison measurement train the reference path independently of the actual measurement path and to achieve in this way that the two measurements affect each other as little as possible.
  • An ultrasonic transducer is understood to mean any device for converting a signal to an ultrasonic vibration and vice versa.
  • the ultrasonic transducer is preferably used as a transmitter and as a receiver. However, it is also conceivable to use the ultrasonic transducer according to the invention only as a transmitter and to use a structurally separate receiver.
  • the ultrasonic transducer is preferably designed as a piezoelectric transducer. In particular, piezoelectric ceramics or else piezoelectric crystals are used for this purpose.
  • the transmitter and the receiver and preferably also an evaluation unit are integrated in one component.
  • This component is preferably a housing, in which an integrated circuit, in particular in the present case an ASIC, is arranged.
  • the housing is preferably formed of plastic material or a polymer.
  • the transmitter is arranged in a component which has a recess with openings upwards and downwards.
  • the device sends the ultrasound with a higher power up than after below.
  • housing adjustments are preferably made, in particular, openings of different sizes are provided in the housing upwards and downwards.
  • other adjustments such as the installation of the ultrasonic transducer in the housing or the use of damping elements.
  • the lower or directed to the reference path opening is smaller than the upper or directed to the liquid surface opening formed.
  • a recess is provided, in which the ultrasonic transducer or in particular a piezoelectric crystal is preferably inserted in a form-fitting manner from above.
  • the ultrasonic transducer or in particular a piezoelectric crystal is preferably inserted in a form-fitting manner from above.
  • Ultrasonic transducers are mounted on a metal frame, in particular a stamped grid or "leadframe” and then encased or encapsulated with a plastic material.To better decoupling of the ultrasound, the surface of the ultrasound transducer element can be excluded from the housing material.
  • the upper and lower openings are preferably dimensioned according to the power to be radiated, wherein the upper, directed to the liquid surface opening preferably has the same size as the ultrasonic transducer or its active surface,
  • a device for temperature detection is preferably provided in the component itself, which is preferably designed as an ASIC with temperature detection
  • passive electrical components such as capacitors, resistors, diodes, transistors,
  • Varistors and / or coils arranged in the housing.
  • the integrated circuit in particular the ASIC, also serves to signal control and processing of the received signals.
  • the housing which can also be referred to as multichip module, is also preferably coated in order to ensure a liquid resistance, in particular an oil resistance, of the sensor element or of the ultrasound transducer.
  • a recess in the bottom of the device is provided below the ultrasonic transducer.
  • the recess is preferably dimensioned according to the lower emission opening in the housing.
  • the depression is preferably channel-shaped. This can be done in the depression, a flow of the medium to be checked.
  • the recess is preferably arranged below a mounting surface for the housing. In another preferred embodiment of the invention is on
  • a device for influencing the ultrasonic signal is provided.
  • an identifier is impressed in the echo, so that in this way a reliable distinction between the reflected signal from the liquid surface and the signal reflected from the ground is possible and the
  • the device for influencing the ultrasonic signal is designed as an edge.
  • the device for influencing the ultrasonic signal is designed as a layer stack. This can be a
  • Phase jump can be generated in the reference signal, which causes a uniqueness of the signal.
  • Another possibility of the embodiment of the device for influencing the ultrasonic signal is a two-stage and / or divided reference reflector. Overall, then interference effects of both parts echo in the superposition result in a characteristic signal image in
  • the echoes from the reference reflector and from the liquid surface can also be distinguished over the different transit times.
  • the device is designed as a flange for mounting to the underside of a liquid container, in particular an oil pan.
  • the flange is preferably made a flange group with a sealing ring, a reference path and an ultrasonic transducer including the circuitry, which is arranged in an integrated circuit.
  • Fig. 1 a schematic representation of the principle of the device according to the invention
  • Fig. 2 a schematic representation of a particular embodiment of the device according to the invention
  • Fig. 3 an alternative embodiment of the invention
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a housing of the device according to the invention with a plurality of components received therein;
  • FIG. 5 shows a perspective view of a specially adapted housing for the device according to the invention.
  • Fig. 6 a flange for the formation of the invention
  • a device 1 is shown schematically with an ultrasonic transducer 2, which emits sound waves 3 to a liquid surface 4.
  • the ultrasonic transducer 2 which emits sound waves 3 to a liquid surface 4.
  • Liquid surface 4 forms an interface between the medium to be investigated, in particular oil, and an overlying gas, in particular air. At this boundary layer, a reflection of the Sound waves 3, so that the reflected sound wave 3 is thrown as an echo back to the ultrasonic transducer.
  • the ultrasonic transducer 2 is formed by a piezoceramic, which can also serve as transmitter and receiver.
  • the ultrasonic transducer 2 is arranged at a distance from a bottom of the liquid container, in particular of the oil container, so that sound waves 5 are radiated from the back of the ultrasonic transducer 2 and reflected on a rear reflector 6, in particular at the bottom of the container.
  • Fig. 1 is already indicated that the ultrasonic transducer 2 is arranged on a flange in which a channel or a depression is provided, in which the sound waves radiated from the back
  • the ultrasonic transducer 2 is directly flowed around by the liquid, in particular here by the oil, so that the implemented reference path is filled with the sound waves 5 with the medium of oil.
  • the ultrasonic transducer 2 emits a time-limited ultrasonic wave packet. This wave packet is reflected at the oil-air interface and is received again after a running time t on the same ultrasonic transducer.
  • the running distance is determined from the runtime of the wave packet. The running distance is exactly twice the distance between the ultrasonic transducer and the interface between oil and air. In the optimal case, this distance is equal to
  • the transmitting surface is the same as the bottom surface and the reflecting surface is plane-parallel to the transmitting surface.
  • the knowledge of the speed of sound in the measuring medium is necessary. Among other things, this has a dependence on the
  • Fig. 2 is shown as a special feature of the device 1, an additional edge 7 in the rear reflector 6. This results in that the echo signal of the rear reflector receives a unique identifier and can be clearly distinguished in this way from the signal reflected from the liquid surface.
  • a layer stack 8 is arranged in the rear reflector 6. This layer stack or layer packet generates a phase jump in the reference signal, which is also unambiguous with respect to the distinction of the reference signal from the echo signal of the
  • the ultrasonic transducer 2 is shown, which is integrated here in the housing 10 with the other components.
  • This housing is designed as a total sensor element and has in addition to the ultrasonic transducer 2 an ASIC with temperature detection 14 and a plurality of passive components 15 such as capacitors, resistors, diodes, transistors, varistors and / or coils.
  • Recess 11 for receiving the ultrasonic transducer 2 is shown. On the upper side, the recess 11 is comparatively large and adapted to the shape of the ultrasonic transducer 2 to be accommodated. In the lower part of a support element in the form of a ring 12 is provided, on which the ultrasonic transducer is positioned, and further is a lower
  • a flange 20 is shown, which can be mounted on the underside of the liquid container, in particular the oil pan, and due to an opening in the liquid container is in direct contact with the liquid, in particular the engine oil.
  • An axial rubber seal 22 seals the system to the outside.
  • the flange group 20 has a mounting surface 23 for the housing 10 with the ultrasonic transducer 2.
  • a recess which is designed here as a channel 21, is provided.
  • the width of this channel 21 is adapted to the size of the lower opening 13 in the housing 10.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Eine Vorrichtung zum Messen des Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter mit einem Ultraschallwandler weist beabstandet zum Boden einen Ultraschallwandler auf, so daß dieser einerseits zur Flüssigkeitsoberfläche und andererseits zu einem unteren Reflektor abstrahlt. Der Ultraschallwandler ist bevorzugt in ein Gehäuse integriert, das eine große obere und eine kleine untere Öffnung aufweist, wobei unterhalb dieser unteren Öffnung eine Vertiefung im Boden der Vorrichtung vorgesehen ist.

Description

Vorrichtung zum Messen des Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter mit einem Ultraschallwandler
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des Füllstandes einer Flüssigkeit nach dem Ultraschall-Echo-Prinzip in einem Behälter mit einem Ultraschallwandler, wobei der Ultraschallwandler mit Abstand zu einer im
Bodenbereich angeordneten reflektierenden Fläche angeordnet ist und einerseits zur Abstrahlung zur Flüssigkeitsoberfläche und andererseits zu der reflektierenden Fläche ausgelegt ist.
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der EP 1 460 396 bekannt.
Bei dieser Vorrichtung erfolgt die Auswertung dadurch, daß infolge von Mehrfachreflexionen an der Flüssigkeitsoberfläche und im Bereich des Behälterbodens in Peaks gesplittete Echosignale erfaßt werden und daß die aus dem bestimmten Abstand resultierenden zeitlichen Abstände der Peaks zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit ausgewertet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die besonders einfach aufgebaut ist und eine besonders zuverlässige Messung nach dem Ultraschall-Echo-Prinzip erlaubt.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 . Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Bei einer Vorrichtung zum Messen des Füllstands einer Flüssigkeit nach dem Ultraschall-Echo-Prinzip in einem Behälter mit einem Ultraschallwandler, bei dem der Ultraschallwandler mit Abstand zu einer im Bodenbereich des Behälters angeordneten reflektierenden Fläche angeordnet ist und einerseits zur Abstrahlung zu der Flüssigkeitsoberfläche und andererseits zu der reflektierenden Fläche ausgelegt ist, ist es erfindungswesentlich, daß unterhalb des Ultraschallwandlers eine Vertiefung im Boden angeordnet ist. Der Boden des Behälters, genauer der Boden innerhalb dieser Vertiefung, dient dann als reflektierende Fläche oder als Reflektor. Die Vertiefung definiert eine Referenzstrecke. Auf diese Weise ist es möglich, eine feste
Referenzstrecke zur Vergleichsmessung heranzuziehen und die Referenzstrecke unabhängig von der eigentlichen Meßstrecke auszubilden und auf diese Weise zu erreichen, daß die beiden Messungen sich gegenseitig möglichst wenig beeinflussen.
Unter einem Ultraschallwandler wird jede Vorrichtung zur Umwandlung eines Signals in eine Ultraschallschwingung und umgekehrt verstanden. Der Ultraschallwandler wird bevorzugt als Sender und als Empfänger verwendet. Es ist jedoch auch denkbar, den erfindungsgemäßen Ultraschallwandler nur als Sender zu verwenden und einen baulich davon getrennten Empfänger zu verwenden. Der Ultraschallwandler ist bevorzugt als piezoelektrischer Wandler ausgebildet. Insbesondere werden hierfür piezoelektrische Keramiken oder auch piezoelektrische Kristalle verwendet. In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind der Sender und der Empfänger und bevorzugt auch eine Auswerteeinheit in einem Bauteil integriert. Dieses Bauteil ist bevorzugt ein Gehäuse, in dem auch ein integrierter Schaltkreis, insbesondere im vorliegenden Fall ein ASIC, angeordnet ist. Das Gehäuse ist dabei bevorzugt aus Plastikmaterial oder einem Polymer ausgebildet.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Sender in einem Bauteil angeordnet, das eine Ausnehmung mit Öffnungen nach oben und unten aufweist. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sendet die Vorrichtung den Ultraschall mit einer größeren Leistung nach oben als nach unten. Hierzu werden bevorzugt Gehäuseanpassungen vorgenommen, insbesondere werden in dem Gehäuse nach oben und nach unten unterschiedlich große Öffnungen vorgesehen. Denkbar sind auch andere Anpassungen, wie beispielsweise die Einbauart des Ultraschallwandlers im Gehäuse oder die Verwendung von Dämpfungselementen. Günstigerweise ist dazu in dem Gehäuse die untere bzw. die zur Referenzstrecke gerichtete Öffnung kleiner als die obere bzw. die zur Flüssigkeitsoberfläche gerichtete Öffnung ausgebildet. In dem Gehäuse ist eine Ausnehmung vorgesehen, in die bevorzugt von oben herein der Ultraschallwandler bzw. insbesondere ein Piezokristall formschlüssig eingelegt wird. Alternativ kann der
Ultraschallwandler auf einen Metallrahmen, insbesondere ein Stanzgitter oder „Leadframe" montiert und anschließend mit einem Plastikmaterial umhüllt oder verkapselt werden. Zur besseren Auskopplung des Ultraschalls kann hierbei die Oberfläche des Ultraschallwandlerelementes von dem Gehäusematerial ausgeschlossen werden. Hierzu wird eine Herstellungstechnologie verwendet, bei der die gesamte aktive Oberfläche des Ultraschallwandlers oder zumindest Teilbereiche davon vom Gehäusematerial freigehalten werden. Die untere wie auch die obere Öffnung sind bevorzugt entsprechend der abzustrahlenden Leistung dimensioniert, wobei die obere, zur Flüssigkeitsoberfläche gerichtete Öffnung bevorzugt die gleiche Größe wie der Ultraschallwandler bzw. dessen aktive Oberfläche aufweist, um eine maximale Sendeleistung zu erreichen. In dem Bauteil selbst ist bevorzugt außerdem eine Einrichtung zur Temperaturerfassung vorgesehen. Diese ist bevorzugt als ASIC mit Temperaturerfassung ausgebildet. Weiterhin sind passive elektrische Komponenten, wie Kondensatoren, Widerstände, Dioden, Transistoren,
Varistoren und/oder Spulen in dem Gehäuse angeordnet.
Der integrierte Schaltkreis, insbesondere der ASIC, dient außerdem zur Signalansteuerung und Verarbeitung der empfangenen Signale. Das Gehäuse, das auch als Multichipmodul bezeichnet werden kann, ist zudem bevorzugt beschichtet, um eine Flüssigkeitsbeständigkeit, insbesondere eine Ölbeständigkeit, des Sensorelementes oder des Ultraschallwandlers zu gewährleisten. Erfindungsgemäß ist unterhalb des Ultraschallwandlers eine Vertiefung im Boden der Vorrichtung vorgesehen. Dadurch wird ein Echo auf den Empfänger zurückgeleitet und eine Reflexion in andere Bereiche, insbesondere in solche Bereiche, in denen eine Unterscheidung von der von der Oberfläche reflektierten Strahlung nur schwer möglich ist, verhindert. Die Vertiefung ist bevorzugt entsprechend der unteren Abstrahlöffnung im Gehäuse dimensioniert. Die Vertiefung ist bevorzugt kanalartig ausgebildet. Dadurch kann in der Vertiefung ein Durchfluß des zu überprüfenden Mediums erfolgen. Die Vertiefung ist bevorzugt unterhalb einer Montagefläche für das Gehäuse angeordnet. In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist am
Boden der Vorrichtung, insbesondere in der Vertiefung, eine Einrichtung zur Beeinflussung des Ultraschallsignals vorgesehen. Auf diese Weise wird eine Kennung in das Echo eingeprägt, so daß auf diese Weise eine sichere Unterscheidung zwischen dem von der Flüssigkeitsoberfläche reflektierten Signal und dem vom Boden reflektierten Signal möglich ist und die
Auswerteelektronik daher die reflektierten Signale zuverlässig unterscheiden kann. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Einrichtung zur Beeinflussung des Ultraschallsignals als eine Kante ausgebildet. In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung ist die Einrichtung zur Beeinflussung des Ultraschallsignals als Schichtstapel ausgebildet. Dadurch kann ein
Phasensprung im Referenzsignal erzeugt werden, der eine Eindeutigkeit des Signals bewirkt. Eine andere Möglichkeit der Ausgestaltung der Einrichtung zur Beeinflussung des Ultraschallsignals ist ein zweistufiger und/oder geteilter Referenzreflektor. Insgesamt ergeben sich dann Interferenzeffekte beider Teilechos bei der Überlagerung zu einem charakteristischen Signalbild in
Referenzecho.
Alternativ können die Echos vom Referenzreflektor und von der Flüssigkeitsoberfläche auch über die unterschiedlichen Laufzeiten unterschieden werden.
In einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Vorrichtung als Flansch zur Montage an die Unterseite eines Flüssigkeitsbehälters, insbesondere einer Ölwanne, ausgebildet. Der Flansch besteht bevorzugt aus einer Flanschgruppe mit einem Dichtungsring, einer Referenzstrecke und einem Ultraschallwandler einschließlich der Schaltungstechnik, die in einem integrierten Schaltkreis angeordnet ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Im einzelnen zeigen die schematischen Darstellungen in:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung des Prinzips der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 2: eine schematische Darstellung einer besonderen Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 3: eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung zu Figur 2;
Fig. 4: eine schematische Darstellung eines Gehäuses der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit mehreren darin aufgenommenen Komponenten;
Fig. 5: eine perspektivische Ansicht eines speziell angepaßten Gehäuses für die erfindungsgemäße Vorrichtung; und
Fig. 6: einen Flansch zur Ausbildung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung und zur Aufnahme eines Gehäuses beispielsweise gemäß der Figuren 4 oder 5.
In Fig. 1 ist schematisch eine Vorrichtung 1 mit einem Ultraschallwandler 2 dargestellt, der Schallwellen 3 zu einer Flüssigkeitsoberfläche 4 ausstrahlt. Die
Flüssigkeitsoberfläche 4 bildet eine Grenzschicht zwischen dem zu untersuchenden Medium, insbesondere Öl, und einem darüberliegenden Gas, insbesondere Luft. An dieser Grenzschicht erfolgt eine Reflexion der Schallwellen 3, so daß die reflektierte Schallwelle 3 als Echo zurück auf den Ultraschallwandler geworfen wird. Der Ultraschallwandler 2 wird von einer Piezokeramik gebildet, die gleichfalls als Sender und Empfänger dienen kann. Der Ultraschallwandler 2 ist mit Abstand zu einem Boden des Flüssigkeitbehälters, insbesondere des Ölbehälters, angeordnet, so daß von dem Ultraschallwandler 2 auch Schallwellen 5 rückseitig abgestrahlt werden und an einem rückseitigen Reflektor 6, insbesondere am Boden des Behälters, reflektiert werden. In der Fig. 1 ist bereits angedeutet, daß der Ultraschallwandler 2 auf einem Flansch angeordnet ist, in dem ein Kanal oder eine Vertiefung vorgesehen ist, in der die rückseitig abgestrahlten Schallwellen
5 verlaufen und der auf diese Weise eine definierte Referenzstrecke bildet. Der Ultraschallwandler 2 ist direkt von der Flüssigkeit, insbesondere hier vom Öl, umströmt, so daß auch die implementierte Referenzstrecke mit den Schallwellen 5 mit dem Medium Öl gefüllt ist. Der Ultraschallwandler 2 sendet ein zeitlich begrenztes Ultraschallwellenpaket aus. Dieses Wellenpaket wird an der Grenzfläche Öl-Luft reflektiert und wird nach einer Laufzeit t wieder am selben Ultraschallwandler empfangen. Aus der Laufzeit des Wellenpaketes wird die Laufstrecke ermittelt. Die Laufstrecke ist genau doppelt so groß wie die Entfernung zwischen dem Ultraschallwandler und der Grenzfläche zwischen Öl und Luft. Im optimalen Fall ist diese Entfernung gleich dem
Füllstand im Flüssigkeitsbehälter, sofern der Ultraschallwandler am Behälterboden montiert, die Sendefläche gleich der Bodenfläche sowie die Reflektionsfläche planparallel zur Sendefläche ist. Für diese Berechnung der Laufstrecke ist die Kenntnis der Schallgeschwindigkeit im Meßmedium erforderlich. Diese weist unter anderem eine Abhängigkeit von dem
Meßmedium und der Temperatur auf. Die Referenzstrecke dient daher dazu, diesen Einfluß zu kompensieren bzw. die Schallgeschwindigkeit zu berechnen. Die nicht genau bekannte Schallgeschwindigkeit wird aus der Laufzeit des an dieser Referenzfläche reflektierten Signals und dem bekannten Abstand der Reflexionsfläche bzw. des rückseitigen Reflektors 6 zum Ultraschallwandler 2 ermittelt. In Fig. 2 ist als Besonderheit der Vorrichtung 1 eine zusätzliche Kante 7 im rückseitigen Reflektor 6 dargestellt. Diese führt dazu, daß das Echosignal des rückseitigen Reflektors eine eindeutige Kennung erhält und auf diese Weise eindeutig von dem von der Flüssigkeitsoberfläche reflektierten Signal unterschieden werden kann.
Alternativ ist dazu in Fig. 3 im rückseitigen Reflektor 6 ein Schichtstapel 8 angeordnet. Dieser Schichtstapel oder Schichtpaket erzeugt einen Phasensprung im Referenzsignal, der ebenfalls eine Eindeutigkeit hinsichtlich der Unterscheidung des Referenzsignals vom Echosignal der
Flüssigkeitsoberfläche gewährleistet.
In Fig. 4 ist der Ultraschallwandler 2 dargestellt, der hier in das Gehäuse 10 mit den weiteren Komponenten integriert ist. Dieses Gehäuse ist als Gesamtsensorelement ausgebildet und weist neben dem Ultraschallwandler 2 einen ASIC mit Temperaturerfassung 14 und mehrere passive Komponenten 15 wie beispielsweise Kondensatoren, Widerstände, Dioden, Transistoren, Varistoren und/oder Spulen auf.
In Fig. 5 ist das Gehäuse 10 noch einmal dargestellt, wobei hier die
Ausnehmung 11 zur Aufnahme des Ultraschallwandlers 2 dargestellt ist. Auf der Oberseite ist die Ausnehmung 11 vergleichsweise groß und an die Form des aufzunehmenden Ultraschallwandlers 2 angepaßt. Im unteren Bereich ist ein Auflageelement in Form eines Ringes 12 vorgesehen, auf dem der Ultraschallwandler positioniert ist, und weiterhin ist eine untere
Abschlußschicht vorgesehen, die nur eine vergleichsweise kleine Öffnung 13 freigibt, durch die nur ein kleinerer Anteil der zur Rückseite abgestrahlten Schallwellen nach unten zum rückseitigen Reflektor hindurchtritt. Die Größe dieser Ausnehmung ist derart ausgelegt, daß ein Signal mit der gewünschten Energie nach unten abgestrahlt wird.
In Fig. 6 ist eine Flanschgruppe 20 dargestellt, die an die Unterseite des Flüssigkeitsbehälter, insbesondere der Ölwanne, montiert werden kann und sich aufgrund einer Öffnung im Flüssigkeitsbehälter in direktem Kontakt mit der Flüssigkeit, insbesondere dem Motoröl, befindet. Eine axiale Gummidichtung 22 schließt das System nach außen dicht ab. Die Flanschgruppe 20 weist eine Montagefläche 23 für das Gehäuse 10 mit dem Ultraschallwandler 2 auf. In der Montagefläche 23 ist eine Vertiefung, die hier als Kanal 21 ausgebildet ist, vorgesehen. Die Breite dieses Kanals 21 ist an die Größe der unteren Öffnung 13 im Gehäuse 10 angepaßt.

Claims

Patentansprüche
JL Vorrichtung zum Messen des Füllstandes einer Flüssigkeit nach dem Ultraschall-Echo-Prinzip in einem Behälter mit einem Ultraschallwandler (2), wobei der Ultraschallwandler (2) mit Abstand zu einer im Bodenbereich angeordneten reflektierenden Fläche angeordnet ist und einerseits zur Abstrahlung zur Flüssigkeitsoberfläche und andererseits zu der unteren reflektierenden Fläche (6) ausgelegt ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß unterhalb des Ultraschallwandlers (2) eine Vertiefung (21 ) im Boden angeordnet ist.
Z Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallwandler (2) auch als Empfänger dient.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallwandler (2), ein Empfänger und eine Auswerteeinheit in einem Bauteil integriert sind.
fL Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein Gehäuse mit darin integrierten elektronischen Komponenten, insbesondere einem ASIC, aufweist.
fx Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein Bauteil mit einer Öffnung nach oben und einer Öffnung nach unten zur Aufnahme des Ultraschallwandlers (2) aufweist.
6^ Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Öffnung (13) und die obere Öffnung (1 1 ) unterschiedlich groß ausgebildet sind.
L Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Öffnung (1 1 ) und die untere Öffnung (13) entsprechend der abzustrahlenden Leistung dimensioniert sind.
8^ Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse eine Einrichtung zur Temperaturerfassung (14) aufweist.
& Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (21) kanalartig ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (21 ) unterhalb einer Montagefläche (23) für das Gehäuse (10) angeordnet ist.
1 1. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Boden der Vorrichtung, insbesondere in der Vertiefung (21 ), eine Einrichtung zur Beeinflussung des Ultraschallsignals vorgesehen ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Beeinflussung des Ultraschallsignals als Kante (7) ausgebildet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Beeinflussung des Ultraschallsignals als Schichtstapel (8) ausgebildet ist.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung als Flansch (20) zur Montage an die Unterseite eines Behälters ausgebildet ist.
PCT/DE2006/000446 2005-03-18 2006-03-14 Vorrichtung zum messen des füllstandes einer flüssigkeit in einem behälter mit einem ultraschallwandler Ceased WO2006097076A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020077023851A KR101304373B1 (ko) 2005-03-18 2006-03-14 초음파 트랜스듀서로 컨테이너 내의 액체 레벨을 측정하기 위한 장치
EP06722603.5A EP1859236B1 (de) 2005-03-18 2006-03-14 Vorrichtung zum messen des füllstandes einer flüssigkeit in einem behälter mit einem ultraschallwandler
JP2008501152A JP4728388B2 (ja) 2005-03-18 2006-03-14 超音波トランスジューサにより容器内の液体レベルを測定するための装置
US11/886,194 US7861587B2 (en) 2005-03-18 2006-03-14 Device for measuring the level of a liquid in a container with an ultrasonic transducer

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005012566.2 2005-03-18
DE102005012566A DE102005012566A1 (de) 2005-03-18 2005-03-18 Vorrichtung zum Messen des Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter mit einem Ultraschallwandler

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2006097076A1 true WO2006097076A1 (de) 2006-09-21

Family

ID=36477561

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2006/000446 Ceased WO2006097076A1 (de) 2005-03-18 2006-03-14 Vorrichtung zum messen des füllstandes einer flüssigkeit in einem behälter mit einem ultraschallwandler

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP1859236B1 (de)
JP (1) JP4728388B2 (de)
KR (1) KR101304373B1 (de)
DE (1) DE102005012566A1 (de)
WO (1) WO2006097076A1 (de)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101724875B1 (ko) 2015-07-20 2017-04-18 현대자동차주식회사 엔진오일레벨센서 미적용 엔진오일레벨 경고방법 및 이를 위한 엔진오일레벨 경고시스템
CN110160603B (zh) * 2018-02-11 2024-01-26 宁波方太厨具有限公司 一种吸油烟机的油杯液位测量装置
DE102018006130B3 (de) * 2018-08-03 2019-08-08 Pepperl + Fuchs Gmbh 1D-Ultraschallwandler-Einheit zur Gefahrenerkennung für ein Fahrzeug
DE102020200771B4 (de) 2020-01-23 2023-03-30 Vitesco Technologies Germany Gmbh Fluidsensorvorrichtung zum Erfassen des Füllstands und/oder der Qualität eines Fluids und Verfahren zum Herstellen derselben

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4656384A (en) * 1984-10-25 1987-04-07 Siemens Aktiengesellschaft Ultrasonic detection sensor in hybrid structure with appertaining electronic circuit
US4984449A (en) 1989-07-03 1991-01-15 Caldwell System Corp. Ultrasonic liquid level monitoring system
US5379658A (en) 1992-11-16 1995-01-10 Simmonds Precision Products, Inc. Intrusive acoustic sensor mounting arrangement
US5568449A (en) 1994-09-02 1996-10-22 U.S. Test, Inc. Methods and apparatus for use in ultrasonic ranging
DE10259809A1 (de) 2001-12-21 2003-07-03 Marwal Systems Chalons En Cham Pegelmessvorrichtung
DE10331566A1 (de) 2002-07-12 2004-03-11 TI Group Automotive Systems, L.L.C., Warren Strömungsmittelniveausensor
EP1460396A1 (de) 2003-03-06 2004-09-22 Robert Seuffer GmbH & Co. KG Verfahren und Vorrichtung zur Ultraschall-Füllstandsmessung einer Flüssigkeit in einem Behälter

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000241232A (ja) * 1999-02-19 2000-09-08 Tokimec Inc 界面計測方法及びマイクロ波界面計
DE10130540A1 (de) * 2001-06-20 2003-01-09 Turck Werner Kg Füllstandsmessgerät zum Ermitteln des Flüssigkeitspegels in einem Behälter
DE10350084B4 (de) * 2003-10-27 2016-05-19 Continental Automotive Gmbh Sensoreinrichtung zum Erfassen eines Füllstands und Verfahren zum Betreiben der Sensoreinrichtung

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4656384A (en) * 1984-10-25 1987-04-07 Siemens Aktiengesellschaft Ultrasonic detection sensor in hybrid structure with appertaining electronic circuit
US4984449A (en) 1989-07-03 1991-01-15 Caldwell System Corp. Ultrasonic liquid level monitoring system
US5379658A (en) 1992-11-16 1995-01-10 Simmonds Precision Products, Inc. Intrusive acoustic sensor mounting arrangement
US5568449A (en) 1994-09-02 1996-10-22 U.S. Test, Inc. Methods and apparatus for use in ultrasonic ranging
DE10259809A1 (de) 2001-12-21 2003-07-03 Marwal Systems Chalons En Cham Pegelmessvorrichtung
DE10331566A1 (de) 2002-07-12 2004-03-11 TI Group Automotive Systems, L.L.C., Warren Strömungsmittelniveausensor
EP1460396A1 (de) 2003-03-06 2004-09-22 Robert Seuffer GmbH & Co. KG Verfahren und Vorrichtung zur Ultraschall-Füllstandsmessung einer Flüssigkeit in einem Behälter

Also Published As

Publication number Publication date
JP4728388B2 (ja) 2011-07-20
EP1859236B1 (de) 2019-02-20
KR20080007326A (ko) 2008-01-18
JP2008533474A (ja) 2008-08-21
DE102005012566A1 (de) 2006-09-21
KR101304373B1 (ko) 2013-09-11
EP1859236A1 (de) 2007-11-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4307635C2 (de) Füllstandsmeßvorrichtung
DE4025326C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Flüssigkeitshöhe einer bewegten Flüssigkeit in einem Behälter
EP0644999B1 (de) Füllstandsmessgerät
DE112007000456T5 (de) Eingetauchter Kraftstofffüllstandssensor
DE102012005281A1 (de) Fördereinheit mit Füllstandsensor für ein flüssiges Additiv
EP1480021A2 (de) Verfahren zur Füllstandsmessung
DE102012200757B4 (de) Füllstandsgeber
DE102007019689A1 (de) Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Volumen- und/oder Massedurchflusses eines Mediums
DE102007042043A1 (de) Vorrichtung zur Ermittlung und Überwachung des Füllstands eines Füllguts in einem Behälter
DE102018202587A1 (de) Vorrichtung zur Qualitätsbestimmung, Tankvorrichtung
WO2012123344A1 (de) Verfahren zur kalibrierung eines ultraschall - füllstandsensors
DE102005043263B4 (de) Vorrichtung zum Erfassen eines Füllstands eines Fluids in einem Behälter
DE3025363A1 (de) Gabelstapler mit einer ultraschallmessvorrichtung fuer die gabelhoehe
DE4306193B4 (de) Füllstandssensor
DE202013104569U1 (de) Ultraschallsensor
DE102011089685A1 (de) Messanordnung zur Bestimmung eines Füllstands und/oder einer Konzentration einer Flüssigkeit
DE19637978B4 (de) Fluidmengenmeßsystem
EP1859236B1 (de) Vorrichtung zum messen des füllstandes einer flüssigkeit in einem behälter mit einem ultraschallwandler
WO2014009165A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum bestimmen einer höhe eines fluidniveaus in einem fluidbehälter
DE102012002011A1 (de) Vorrichtung zur Messung eines Füllstands einer Flüssigkeit und ölgeschmierter Motor
EP2035858A1 (de) Ultraschallsensor, fahrzeug mit ultraschallsensor und verfahren zum betreiben des ultraschallsensors
EP1460396B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Ultraschall-Füllstandsmessung einer Flüssigkeit in einem Behälter
WO2007137647A1 (de) Bestimmung der federhöhe einer luftfeder nach einem impuls-laufzeitmessverfahren
DE102018105267B3 (de) Dämpfungselement für einen Ultraschallsensor
DE2744823A1 (de) Sende-empfangsanordnung fuer schall- oder ultraschallwellen fuer die abstandsmessung nach dem echolotprinzip

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2006722603

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 11886194

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2008501152

Country of ref document: JP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1020077023851

Country of ref document: KR

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: RU

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Ref document number: RU

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2006722603

Country of ref document: EP