用于確定在液體容器中的液位的高度的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于確定在液體容器(10)中的液位(L)的高度(H)的方法和裝置，其中，提供了在液體容器中的液體內(nèi)部的第一參考元件(24)和第二參考元件(26)，其中，第一參考元件(24)具有到液體容器(10)的底面部段(14)的第一距離(D1)，并且第二參考元件(26)具有到液體容器(10)的底面部段(14)的第二距離(D2)，提供具有發(fā)射器和接收器的聲測量轉(zhuǎn)換器(20)，發(fā)射器發(fā)出聲信號，并且在液位(L)處和在參考元件(24，26)處反射的聲信號由接收器來獲取，對于由接收器獲取的聲信號，確定在由發(fā)射器發(fā)出的且在第一參考元件(24)處反射的聲信號的第一傳輸時間(Δt1)和由發(fā)射器發(fā)出的且在第二參考元件(26)處反射的聲信號的第二傳輸時間(Δt2)之間的第一傳輸時間差(Δt_A)，確定在由發(fā)射器發(fā)出的且在液位(L)處反射的聲信號的第三傳輸時間(Δt3)和第一傳輸時間(Δt1)或第二傳輸時間(Δt2)之間的第二傳輸時間差(Δt_B)。根據(jù)第一傳輸時間差(Δt_A)、第二傳輸時間差(Δt_B)和第一距離(D1)，確定液位(L)高于液體容器(10)的底面部段(14)的高度(H)。
【專利說明】用于確定在液體容器中的液位的高度的方法和裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于確定在液體容器中的液位的高度的方法和相應(yīng)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]為了確定在液體容器中的液位的高度，特別地能夠使用聲學(xué)測量裝置。聲學(xué)測量裝置的聲轉(zhuǎn)換器既能夠作為聲發(fā)生器也能夠作為聲接收器來工作。對于確定在液體容器中的液位高度而言，借助聲轉(zhuǎn)換器能夠?qū)⒙暶}沖輸出到待測量的液體中。聲脈沖能夠由液體的邊界面反射至其他的介質(zhì)。由聲脈沖的傳輸時間能夠推算在液體容器中的液位的高度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于，實現(xiàn)一種用于確定在液體容器中的液位的方法和相應(yīng)的裝置，該方法實現(xiàn)了在確定液位時的高精確度。
[0004]該目的通過獨立權(quán)利要求的特征來實現(xiàn)。本發(fā)明的有利的改進(jìn)方案在從屬權(quán)利要求中表征。
[0005]根據(jù)第一個方面，本發(fā)明的特征在于用于確定在液體容器中的液位的高度的方法和相應(yīng)的裝置，其中，提供了在液體容器中的液體內(nèi)部的第一參考元件和第二參考元件，其中，第一參考元件具有到液體容器的底面部段的第一距離，并且第二參考元件具有到液體容器的底面部段的第二距離；提供了具有發(fā)射器和接收器的聲音轉(zhuǎn)換器，發(fā)射器發(fā)出聲信號，并且在液位處和參考元件處反射的聲信號由接收器獲取。對于由接收器獲取的聲信號，確定在由發(fā)射器發(fā)出的且在第一參考元件處反射的聲信號的第一傳輸時間和由發(fā)射器發(fā)出的且在第二參考元件處反射的聲信號的第二傳輸時間之間的第一傳輸時間差。確定在由發(fā)射器發(fā)出的且在液位處反射的聲信號的第三傳輸時間和第一傳輸時間之間的第二傳輸時間差。根據(jù)第一傳輸時間差、第二傳輸時間差和第一參考元件到液體容器的底面部段的第一距離，確定液位高于液體容器的底面部段的高度。
[0006]由發(fā)射器發(fā)出的且朝向聲測量轉(zhuǎn)換器的接收器反射的聲信號的傳輸時間和傳輸時間差，分別是聲信號從發(fā)射器直到參考元件或者直到液位為止所需的時間的兩倍。
[0007]這具有以下優(yōu)點，即，即使在聲測量轉(zhuǎn)換器和液體之間布置了能夠改變聲信號的傳輸時間的元件或中間層時，也能夠極其精確地確定液位的高度。這種元件或者中間層對聲信號的傳輸時間的影響能夠借助本方法來消除。特別是能夠避免這種元件或者中間層的與溫度相關(guān)的影響。此外能夠避免，這種元件或中間層的制造和/或裝配公差對測量產(chǎn)生影響。此外，當(dāng)改變這種元件或中間層的厚度或材料時，還能夠省略調(diào)整對液位的確定。
[0008]在一個有利的設(shè)計方案中，根據(jù)第一傳輸時間差和在第一參考元件和第二參考元件之間的距離求出液體中的聲速，并且根據(jù)液體中的聲速、第二傳輸時間差和第一參考元件到液體容器的底面部段的第一距離來確定液位高于液體容器的底面部段的高度，這具有以下優(yōu)點，即如此能夠極其精確地確定液位的高度。在確定液位的高度時的不精確性能夠限制于在確定時間測量時的、確定聲速時的和定位第一或第二參考元件時的不精確性。
[0009]根據(jù)第二個方面，本發(fā)明的特征在于用于確定在液體容器中的液位高度的方法和相應(yīng)的裝置，其中提供了在液體容器中的液體內(nèi)部的第一參考元件和第二參考元件，其中第一參考元件具有到液體容器的底面部段的第一距離，并且第二參考元件具有到液體容器的底面部段的第二距離；提供了具有發(fā)射器和接收器的聲測量轉(zhuǎn)換器，發(fā)射器發(fā)出聲信號，并且在液位處和參考元件處反射的聲信號由接收器獲取。對于由接收器獲取的聲信號，確定由發(fā)射器發(fā)出的且在第一參考元件處反射的聲信號的第一傳輸時間和由發(fā)射器發(fā)出的且在第二參考元件處反射的聲信號的第二傳輸時間之間的第一傳輸時間差。確定在由發(fā)射器發(fā)出的且在液位處反射的聲信號的第三傳輸時間和第二傳輸時間之間的第三傳輸時間差。根據(jù)第一傳輸時間差、第三傳輸時間差和第二參考元件到液體容器的底面部段的第二距離，確定液位高于液體容器的底面部段的高度。
[0010]第二個方面的優(yōu)點與第一個方面的優(yōu)點相符。
[0011]在第二個方面的有利的設(shè)計方案中，根據(jù)第一傳輸時間差和在第一參考元件和第二參考元件之間的預(yù)定距離求出液體中的聲速，并且根據(jù)液體中的聲速、第三傳輸時間差和第二參考元件到液體容器的底面部段的第二距離來確定液位高于液體容器的底面部段的高度。
[0012]在根據(jù)第一個和第二個方面的另一個有利的設(shè)計方案中，聲測量轉(zhuǎn)換器是超聲波測量轉(zhuǎn)換器。這具有以下優(yōu)點，即，借助超聲波能夠極其良好地測量液體容器中的液位。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]下面根據(jù)示意圖闡述本發(fā)明的實施例。其示出:
[0014]圖1是具有聲測量轉(zhuǎn)換器的液體容器以及用于確定液位的高度的裝置的示意圖，和
[0015]圖2是用于確定液體容器中的液位的高度的程序的流程圖。
[0016]在所有附圖中，具有同樣構(gòu)造或功能的元件以相同的標(biāo)號標(biāo)出。

【具體實施方式】
[0017]圖1中示出了液體容器10，具有液位L的液體12位于其中。液體容器10具有底面部段14。圖1還示出了聲測量轉(zhuǎn)換器20。聲測量轉(zhuǎn)換器20優(yōu)選地構(gòu)造為超聲波測量轉(zhuǎn)換器。聲測量轉(zhuǎn)換器20具有發(fā)射和接受元件，其構(gòu)造用于發(fā)出并接收聲波。聲測量轉(zhuǎn)換器20還稱為換能器(Transducer)。
[0018]在聲測量轉(zhuǎn)換器20和液體容器10的底面部段14之間布置了中間層22。中間層22優(yōu)選地構(gòu)造為液體容器10的粘結(jié)層或者壁元件。中間層22特別地能夠用于聲轉(zhuǎn)換器20與底面部段14的耦合。特別地，中間層22例如能夠補償聲轉(zhuǎn)換器20的和液體容器10的底面部段14的微小的不平整性。
[0019]在液體12中并且在液體容器10中，還布置了第一參考元件24和第二參考元件26。參考元件24，26優(yōu)選地構(gòu)造為板狀的。優(yōu)選地，參考元件24，26由具有金屬的材料制成。在其他的實施方式中，參考元件還能夠由具有塑料或者陶瓷的材料構(gòu)成。參考元件24，26將射出的聲信號的一部分在聲測量轉(zhuǎn)換器20的方向上反射。在此示出的優(yōu)選實施方式中，參考元件24，26布置成與聲測量轉(zhuǎn)換器20和液位L共線的。在其他的實施方式中，該布置還能夠具有能夠反射聲的轉(zhuǎn)向元件。在這種實施方式中，聲測量轉(zhuǎn)換器20、參考元件24，26和液位的布置也能夠不是共線的布置。
[0020]第一參考元件24具有到液體容器10的底面部段14的第一距離Dl。第二參考元件26具有到液體容器10的底面部段14的第二距離D2。
[0021]圖1中還示出了用于確定在液體容器10中的液位L的高度H的裝置30。裝置30對應(yīng)有傳感器，其能夠檢測不同的測量參量并且能夠分別測定測量參量的值。裝置30構(gòu)造用于根據(jù)測量參量中的至少一個求出以下值，借助該值能夠求出液體容器10中的液位L的高度H。
[0022]下面要簡短介紹在液體容器10處的聲測量轉(zhuǎn)換器20的功能:
[0023]聲波由聲測量轉(zhuǎn)換器20發(fā)出并且通過中間層22和液體容器10到達(dá)液體12中。根據(jù)參考元件24，26到液體容器10的底面部段14的距離Dl，D2并根據(jù)液位L的高度H，在液體容器10中由從通過聲測量轉(zhuǎn)換器20的發(fā)射器發(fā)出聲信號起到在聲測量轉(zhuǎn)換器20的接收器處接收聲信號為止的、不同的聲信號傳輸時間Atl，At2，At3。出于更易于辨別的原因，聲信號的傳輸時間Atl，At2，At3以往返路程分別單獨示出。下面詳細(xì)闡述對在液體容器10中的液位L的高度H的確定。
[0024]圖2中示意性示出的、用于運行為了確定在液體容器10中的液位L的高度H的裝置30的程序，優(yōu)選地存儲在裝置30的存儲介質(zhì)上。
[0025]該程序優(yōu)選地以步驟SlO開始，其中將可能的變量初始化。這優(yōu)選地在啟動聲測量轉(zhuǎn)換器20時進(jìn)行。
[0026]在步驟S12中提供在第一參考元件24和液體容器10的底面部段14之間的第一距離D1。此外，提供在第二參考元件26和液體容器10的底面部段14之間的第二距離D2。隨后在步驟S14中繼續(xù)處理程序。
[0027]在步驟S14中，借助聲測量轉(zhuǎn)換器20確定在第一參考元件24處反射的聲信號的第一傳輸時間Atl。此外，借助聲測量轉(zhuǎn)換器20確定在第二參考元件24處反射的聲信號的第二傳輸時間At2。此外，確定在液位L處反射的聲信號的第三傳輸時間At3。隨后在步驟S16中繼續(xù)處理程序。
[0028]在步驟S16中，確定在第一傳輸時間Atl和第二傳輸時間At2之間的第一傳輸時間差Δ?_Α。此外，確定在液位L處反射的聲信號的第三傳輸時間Δ?3和第一傳輸時間Δ tl之間的第二傳輸時間差Δ t_B。代替第二傳輸時間差Δ t_B地，確定在液位L處反射的聲信號的第三傳輸時間Δ?3和第二傳輸時間Δ t2之間的第三傳輸時間差A(yù)t_C。隨后在步驟S18中繼續(xù)處理程序。
[0029]在步驟S18中，根據(jù)第一傳輸時間差A(yù)t_A和在第一參考元件24與第二參考元件26之間的距離D12，求出在液體中的聲速c_S。聲速c_S特別地根據(jù)公式c_S = 2*D12/ Δ t_A來計算。隨后在步驟S20中繼續(xù)處理程序。
[0030]在步驟S20中，根據(jù)液體中的聲速c_S、第二傳輸時間差Δ t_B和第一參考元件24到液體容器10的底面部段14的第一距離Dl，確定液位高于液體容器10的底面部段14的高度H。替代地，根據(jù)液體中的聲速c_S、第三傳輸時間差Λ t_C和第二參考元件26到液體容器10的底面部段14的第二距離D2，確定液位高于液體容器10的底面部段14的高度H。液位的高度H特別地根據(jù)公式H = c_S* Δ t_B/2+Dl或者根據(jù)公式H = c_S* Δ t_C/2+D2。隨后在步驟S22中繼續(xù)處理程序。
[0031]在步驟S22中結(jié)束該程序。但是優(yōu)選地，在運行聲測量轉(zhuǎn)換器20期間定期地處理該程序。
[0032]一方面存在以下優(yōu)點，即借助第一傳輸時間差A(yù)t_A能夠很好地確定聲速c_S。為了與中間層22無關(guān)地盡可能精確地確定液位L高于液體容器10的底面部段14的高度H，除了確定聲速c_S之外，還求出了第二傳輸時間差A(yù)t_B和第三傳輸時間差A(yù)t_C。因此，確定液位L高于液體容器10的底面部段14的高度H的精確性，僅更多地與時間測量的精確性、確定聲速c_S的精確性和確定第一參考元件24或第二參考元件26到液體容器10的底面部段14的距離Dl，D2的精確性相關(guān)。
[0033]因此，能夠消除中間層22對聲信號在聲測量轉(zhuǎn)換器20和液位L之間的傳輸時間的影響。這是特別有利的，因為中間層22對聲信號在聲測量轉(zhuǎn)換器20和液位L之間的傳輸時間的影響還能夠是溫度相關(guān)的。因此能夠避免，中間層22的制造或裝配公差影響對液位L高于液體容器10的底面部段14的高度H的確定。特別地，當(dāng)例如由于結(jié)構(gòu)性的或者制造技術(shù)的原因改變中間層22的材料或厚度時，此時能夠省略調(diào)整對液位L高于液體容器10的底面部段14的高度H的確定。
【權(quán)利要求】
1.一種用于確定在液體容器(10)中的液位(L)的高度⑶的方法，其中 -提供了在所述液體容器中的液體的內(nèi)部的第一參考元件(24)和第二參考元件(26)，其中，所述第一參考元件(24)具有到所述液體容器(10)的底面部段(14)的第一距離(Dl)，并且所述第二參考元件(26)具有到所述液體容器(10)的所述底面部段(14)的第二距離(D2)， -提供具有發(fā)射器和接收器的聲測量轉(zhuǎn)換器(20)， -所述發(fā)射器發(fā)出聲信號，并且在所述液位(L)處和在參考元件(24，26)處反射的聲信號由所述接收器來獲取， -對于由所述接收器獲取的所述聲信號，確定在由所述發(fā)射器發(fā)出的且在所述第一參考元件(24)處反射的所述聲信號的第一傳輸時間(Atl)和由所述發(fā)射器發(fā)出的且在所述第二參考元件(26)處反射的所述聲信號的第二傳輸時間(At2)之間的第一傳輸時間差(Δt_A)， -確定在由所述發(fā)射器發(fā)出的且在所述液位(L)處反射的所述聲信號的第三傳輸時間(At3)和所述第一傳輸時間(Atl)之間的第二傳輸時間差并且 -根據(jù)所述第一傳輸時間差(Δ?_Α)、所述第二傳輸時間差(At_B)和所述第一參考元件(24)到所述液體容器(10)的所述底面部段(14)的所述第一距離(Dl)，確定所述液位(L)高于所述液體容器(10)的所述底面部段(14)的所述高度(H)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中 -根據(jù)所述第一傳輸時間差(Δ?_Α)和在所述第一參考元件(24)和所述第二參考元件(26)之間的預(yù)設(shè)距離(D12)求出所述液體中的聲速(c_S)，并且 -根據(jù)所述液體中的所述聲速(c_S)、所述第二傳輸時間差(At_B)和所述第一參考元件(24)到所述液體容器(10)的所述底面部段(14)的所述第一距離(Dl)，確定所述液位高于所述液體容器(10)的所述底面部段(14)的所述高度(H)。
3.—種用于確定在液體容器(10)中的液位(L)的高度⑶的方法，其中 -提供了在所述液體容器中的液體的內(nèi)部的第一參考元件(24)和第二參考元件(26)，其中，所述第一參考元件(24)具有到所述液體容器(10)的底面部段(14)的第一距離(Dl)，并且所述第二參考元件(26)具有到所述液體容器(10)的所述底面部段(14)的第二距離(D2)， -提供具有發(fā)射器和接收器的聲測量轉(zhuǎn)換器(20)， -所述發(fā)射器發(fā)出聲信號，并且在所述液位(L)處和在參考元件(24，26)處反射的聲信號由所述接收器來獲取， -對于由所述接收器獲取的所述聲信號，確定在由所述發(fā)射器發(fā)出的且在所述第一參考元件(24)處反射的所述聲信號的第一傳輸時間(Atl)和由所述發(fā)射器發(fā)出的且在所述第二參考元件(26)處反射的所述聲信號的第二傳輸時間(At2)之間的第一傳輸時間差(Δt_A)， -確定在由所述發(fā)射器發(fā)出的且在所述液位(L)處反射的所述聲信號的第三傳輸時間(At3)和所述第二傳輸時間(At2)之間的第三傳輸時間差(At_C)，并且 -根據(jù)所述第一傳輸時間差(Δ?_Α)、所述第三傳輸時間差(At_C)和所述第二參考元件(26)到所述液體容器(10)的所述底面部段(14)的所述第二距離(D2)，確定所述液位(L)高于所述液體容器(10)的所述底面部段(14)的所述高度(H)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中 -根據(jù)所述第一傳輸時間差(Δ?_Α)和在所述第一參考元件(24)和所述第二參考元件(26)之間的預(yù)設(shè)距離(D12)求出所述液體中的聲速(c_S)，并且 -根據(jù)所述液體中的所述聲速(c_S)、所述第三傳輸時間差(At_C)和所述第二參考元件(26)到所述液體容器(10)的所述底面部段(14)的所述第二距離(D2)，確定所述液位高于所述液體容器(10)的所述底面部段(14)的所述高度(H)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述聲測量轉(zhuǎn)換器(20)是超聲波測量轉(zhuǎn)換器。
6.一種用于確定在液體容器(10)中的液位(L)的高度⑶的裝置，所述裝置構(gòu)造用于 -提供在所述液體容器中的液體的內(nèi)部的第一參考元件(24)和第二參考元件(26)，其中，所述第二參考元件(26)具有到所述第一參考元件(24)的第一距離(Dl)和到所述液體容器(10)的底面部段(14)的第二距離(D2)， -提供具有發(fā)射器和接收器的聲測量轉(zhuǎn)換器(20)， -通過所述發(fā)射器發(fā)出聲信號，并且通過所述接收器來獲取在所述液位(L)處和在參考元件(24，26)處反射的聲信號， -對于由所述接收器獲取的所述聲信號，確定在由所述發(fā)射器發(fā)出的且在所述第一參考元件(24)處反射的所述聲信號的第一傳輸時間(Atl)和由所述發(fā)射器發(fā)出的且在所述第二參考元件(26)處反射的所述聲信號的第二傳輸時間(At2)之間的第一傳輸時間差(Δt_A)， -確定在由所述發(fā)射器發(fā)出的且在所述液位(L)處反射的所述聲信號的第三傳輸時間(At3)和所述第一傳輸時間(Atl)之間的第二傳輸時間差并且 -根據(jù)所述第一傳輸時間差(Δ?_Α)、所述第二傳輸時間差(At_B)和所述第一參考元件(24)到所述液體容器(10)的所述底面部段(14)的所述第一距離(Dl)，確定所述液位(L)高于所述液體容器(10)的所述底面部段(14)的所述高度(H)。
7.一種用于確定在液體容器(10)中的液位(L)的高度⑶的裝置，所述裝置構(gòu)造用于 -提供了在所述液體容器中的液體的內(nèi)部的第一參考元件(24)和第二參考元件(26)，其中，所述第二參考元件(26)具有到所述第一參考元件(24)的第一距離(Dl)和到所述液體容器(10)的底面部段(14)的第二距離(D2)， -提供具有發(fā)射器和接收器的聲測量轉(zhuǎn)換器(20)， -通過所述發(fā)射器發(fā)出聲信號，并且通過所述接收器來獲取在所述液位(L)處和在參考元件(24，26)處反射的聲信號， -對于由所述接收器獲取的所述聲信號，確定在由所述發(fā)射器發(fā)出的且在所述第一參考元件(24)處反射的所述聲信號的第一傳輸時間(Atl)和由所述發(fā)射器發(fā)出的且在所述第二參考元件(26)處反射的所述聲信號的第二傳輸時間(At2)之間的第一傳輸時間差(Δt_A)， -確定在由所述發(fā)射器發(fā)出的且在所述液位(L)處反射的所述聲信號的第三傳輸時間(At3)和所述第二傳輸時間(At2)之間的第三傳輸時間差(At_C)，并且-根據(jù)所述第一傳輸時間差(Δ?_Α)、所述第三傳輸時間差(At_C)和所述第二參考元件(26)到所述液體容器(10)的所述底面部段(14)的所述第二距離(D2)，確定所述液位(L)高于所述液體容器(10)的所述底面部段(14)的所述高度(H)。
【文檔編號】G01F23/296GK104428640SQ201380036348
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月12日
【發(fā)明者】彼得·邁爾, 卡爾-弗里德里克·普菲菲爾 申請人:大陸汽車有限責(zé)任公司