專利名稱：用于檢測(cè)液位的傳感器及估算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)箱體中液位的電容傳感器，包括置于箱體內(nèi)的測(cè)量電容器；置于箱體內(nèi)底部的標(biāo)準(zhǔn)電容器；電容高于測(cè)量電容器的校準(zhǔn)電容器；能夠遞送對(duì)應(yīng)于液位的估算信號(hào)的控制裝置；運(yùn)算放大器；連接在放大器的倒相輸入端和它的輸出端之間的積分電容器；以及用于比較放大器的輸出電壓與閾值電壓并將比較信號(hào)遞送給控制裝置的比較器。
本發(fā)明還涉及一種通過(guò)電容測(cè)量來(lái)估算(或判斷)箱體內(nèi)的液位的方法，以及這些用于箱體的電容液位傳感器在機(jī)動(dòng)車輛中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：
這些傳感器在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。
例如，法國(guó)專利申請(qǐng)F(tuán)R2795816A1披露了這樣的一種傳感器。該申請(qǐng)披露了一種用于檢測(cè)箱體內(nèi)液體的液位檢測(cè)器，該液位檢測(cè)器包括置于箱體整個(gè)高度上并設(shè)計(jì)為其電容隨著箱體內(nèi)液位而變化的測(cè)量電容器和置于箱體底部的標(biāo)準(zhǔn)電容器。
此外，這些電容器與解釋電子電路相連，該解釋電路包括整合軟件裝置的微處理器，該軟件裝置用于以個(gè)別量周期性地從待測(cè)量的電容對(duì)積分器進(jìn)行充電，然后從置于該電路中的校準(zhǔn)電容器對(duì)該積分器進(jìn)行放電，校準(zhǔn)電容器的電容比所有待測(cè)的電容都高。比較器用于將來(lái)自積分器的電荷量與閥值進(jìn)行比較，并且一旦閥值被突破，就將一個(gè)信號(hào)發(fā)射到微處理器。這需要通過(guò)校準(zhǔn)電容器從積分器移走一定的電量以這種方式保持積分器的平均電荷實(shí)際上為常量。在給定的周期內(nèi)，比較器在“1”的次數(shù)可以估算(或判斷)箱體內(nèi)的液位。
盡管現(xiàn)有技術(shù)中的這些傳感器可以很好地運(yùn)用，但是已觀察到，它們對(duì)于一些應(yīng)用不能提供足夠的精度，尤其是當(dāng)測(cè)量電容器和標(biāo)準(zhǔn)電容器具有極大不同的電容時(shí)，或者必需估算的電容與寄生電容相比為很小時(shí)，例如其可能是傳感器的尺寸很小或者是當(dāng)液體的介電常數(shù)相比于環(huán)境溫度下的水的介電常數(shù)較低時(shí)的情形。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的就是改善現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，特別是能夠獲得更精確的測(cè)量，尤其是對(duì)于其中測(cè)量電容器與標(biāo)準(zhǔn)電容器具有極大不同的電容的應(yīng)用。
為此，根據(jù)本發(fā)明的傳感器的特征在于進(jìn)一步包括互補(bǔ)校準(zhǔn)電容器，其電容高于標(biāo)準(zhǔn)電容器的電容且與校準(zhǔn)電容器的電容不同，特征在于在連續(xù)積累周期內(nèi)且對(duì)于每個(gè)周期給定的目標(biāo)電容器和放電電容器，控制裝置用于執(zhí)行以下步驟第一步，用于通過(guò)將給定電壓施加至目標(biāo)電容器的各連接端而對(duì)該目標(biāo)電容器進(jìn)行充電；第二步，用于將電荷從目標(biāo)電容器轉(zhuǎn)移到積分電容器；第三步，用于決定如果比較信號(hào)為負(fù)，則跳過(guò)第四步；第四步，用于將積分電容器的部分電荷放電到放電電容器中，然后用于將放電電容器完全放電；和第五步，用于回到第一步，以及特征在于在每一個(gè)周期給定的目標(biāo)電容器和放電電容器分別來(lái)自一組電容器對(duì)，包括測(cè)量電容器和校準(zhǔn)電容器、以及標(biāo)準(zhǔn)電容器和互補(bǔ)校準(zhǔn)電容器。
在操作中，并且特別是在給定的積累周期期間，儲(chǔ)存在根據(jù)本發(fā)明的傳感器的積分電容器中的電荷隨著由控制裝置執(zhí)行的連續(xù)步驟而變化，使得該電荷達(dá)到一個(gè)給定電荷值，該值對(duì)應(yīng)于大于或等于閾值電壓的輸出電壓，以及對(duì)應(yīng)于正比較信號(hào)(次數(shù))。這個(gè)數(shù)大致與在所給積累周期內(nèi)的目標(biāo)電容器的平均電容與放電電容器的電容的比率(已知且基本上為常量恒定值)成比例。因此，該數(shù)值使得控制裝置可以估算在給定的積累周期內(nèi)的目標(biāo)電容器的平均電容。
對(duì)于某些數(shù)量的連續(xù)積累周期，目標(biāo)電容器可以是測(cè)量電容器，以便其后對(duì)于接下來(lái)的積累周期是標(biāo)準(zhǔn)電容器。對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的傳感器的放電電容器，與現(xiàn)有技術(shù)中的傳感器不同，無(wú)論目標(biāo)電容器是否是測(cè)量電容器或標(biāo)準(zhǔn)電容器，該放電電容器不是相同的校準(zhǔn)電容器。在每一積累周期中給定的目標(biāo)電容器和放電電容器都來(lái)自一組電容器對(duì)，包括測(cè)量電容器和校準(zhǔn)電容器、以及標(biāo)準(zhǔn)電容器和互補(bǔ)校準(zhǔn)電容器。也就是說(shuō)，當(dāng)測(cè)量電容器的電容被估算時(shí)，校準(zhǔn)電容器就被用作放電電容器，而當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)電容器的電容被估算時(shí)，互補(bǔ)校準(zhǔn)電容器就被用作放電電容器。
已觀察到的這種特定放電電容器與目標(biāo)電容器的聯(lián)合，也就是校準(zhǔn)電容器和測(cè)量電容器的聯(lián)合以及互補(bǔ)校準(zhǔn)電容器與標(biāo)準(zhǔn)電容器的聯(lián)合使得可以獲得更精確的估算。這是因?yàn)?，在正常的操作條件下，校準(zhǔn)電容器的電容高于測(cè)量電容器的電容，而互補(bǔ)校準(zhǔn)電容器的電容高于標(biāo)準(zhǔn)電容器的電容，但是又和校準(zhǔn)電容器的電容不同。例如，互補(bǔ)校準(zhǔn)電容器的電容比校準(zhǔn)電容器的電容要低或低很多。
給定的目標(biāo)電容器與特定放電電容器的聯(lián)合使得無(wú)論是哪對(duì)電容器都可以在給定的積累周期內(nèi)獲得足夠大的由充電引起的閥值突破系數(shù)(threshold violation factor)，并且在這種情況下，可觀察到更好的電容比和更大的測(cè)量精確度。閥值突破系數(shù)是對(duì)于給定的積累周期內(nèi)閥值突破事件數(shù)與充電事件的總數(shù)的比值，這個(gè)比值基本上等于目標(biāo)電容與放電電容的比值。
換句話說(shuō)，已觀察到，目標(biāo)電容器的值與標(biāo)準(zhǔn)電容器的值越接近(盡管總是比后者要高)，則測(cè)量就越精確。
本發(fā)明中的傳感器的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，當(dāng)設(shè)計(jì)傳感器本身時(shí)，在測(cè)量電容器和標(biāo)準(zhǔn)電容器的類型的選擇上可以有更大的自由度。測(cè)量的校準(zhǔn)(對(duì)待測(cè)量值的修正)可以在結(jié)果中獲得更大的精確度并且在設(shè)計(jì)上獲得更大的自由度。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是減少由于支撐電容器的材料導(dǎo)致的溫度變化的寄生效應(yīng)。
為了這個(gè)目的，根據(jù)一個(gè)特別的實(shí)施方式，本發(fā)明中的傳感器進(jìn)一步包括了第一補(bǔ)償電容器，其特性基本上以如支撐測(cè)量電容器和標(biāo)準(zhǔn)電容器的材料相同的方式隨溫度發(fā)生變化，并且其中電容器對(duì)的組進(jìn)一步包括第一補(bǔ)償電容器和互補(bǔ)校準(zhǔn)電容器。
第一補(bǔ)償電容器的增加和其與互補(bǔ)校準(zhǔn)電容器的配對(duì)使得可以測(cè)量該補(bǔ)償電容器的介質(zhì)性能的變化，其對(duì)應(yīng)于隨支撐測(cè)量電容器和標(biāo)準(zhǔn)電容器的材料的時(shí)間的變化。因此，控制裝置可考慮這些變化以便遞送估算信號(hào)。
換句話說(shuō)，第一補(bǔ)償電容器由于其組成和形狀被用于模擬在支撐測(cè)量電容器和標(biāo)準(zhǔn)電容器的材料的介質(zhì)成分的影響中的變化，以便對(duì)這種影響進(jìn)行補(bǔ)償。同樣，也就是說(shuō)，目標(biāo)是使用真實(shí)性更精確的模型，提供更精確的估算，但是在系統(tǒng)中增加了一個(gè)未知量，即支撐材料的介電常數(shù)，并且本發(fā)明提出的方案是在系統(tǒng)中增加由第一補(bǔ)償電容器的電容的數(shù)學(xué)表達(dá)式得到的方程，其為支撐材料的介電常數(shù)的函數(shù)。
盡管這種用于通過(guò)模擬來(lái)提高估算信號(hào)的精確度的方案初看起來(lái)可能是繁瑣和復(fù)雜的，但是由于本發(fā)明傳感器設(shè)計(jì)的靈活特性，所以本發(fā)明中的傳感器以及在連續(xù)積累周期期間由控制裝置執(zhí)行的步驟是這樣的，待測(cè)量電容器的電容的增加不會(huì)增加該傳感器和其控制裝置的執(zhí)行的復(fù)雜性，。
僅為了使通過(guò)與在先技術(shù)的系統(tǒng)相比較而清楚理解本發(fā)明的傳感器，應(yīng)當(dāng)注意，國(guó)際申請(qǐng)WO01/79789A2披露的一種液位測(cè)量系統(tǒng)，它包括了可以通過(guò)與電容探針(電容探測(cè)器)聯(lián)合使用的測(cè)量電路以測(cè)量箱體中材料液位。電容探針包括探針電容器和用于校準(zhǔn)所使用特定材料的標(biāo)準(zhǔn)電容器。由寄生電容(可以變化，例如隨著溫度的變化而變化)引起的、尤其是在探針電容器與標(biāo)準(zhǔn)電容器之間的不精確問(wèn)題，會(huì)通過(guò)所討論系統(tǒng)中的電路積極地補(bǔ)償。該電路包括電源和用于提供穩(wěn)定電流到測(cè)量電容器的開(kāi)關(guān)，以便保持穿過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電容器連接端的電壓與穿過(guò)測(cè)量電容器連接端的電壓在同一水平上。通過(guò)消除跨其間可能出現(xiàn)寄生電容的導(dǎo)體的連接端的電壓差，從而消除寄生電容。
同樣，在由上述國(guó)際申請(qǐng)披露的在先技術(shù)的系統(tǒng)中，一旦測(cè)量電壓等于2伏，則利用達(dá)到這個(gè)電壓的時(shí)間來(lái)估算測(cè)量電容器的電容。
這不是根據(jù)本發(fā)明的液位傳感器所采用的方法。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，本發(fā)明中的液位傳感器通過(guò)添加第一補(bǔ)償電容器而不同地進(jìn)行操作，如前所述，第一補(bǔ)償電容器以某種方式模擬了由于支撐材料造成的變化從而將這種變化納入計(jì)算。這樣就可以使傳感器構(gòu)造的設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)化。而且，也可以減少控制和校準(zhǔn)的操作。
本發(fā)明的另一目的在于減少由于電容器保護(hù)層的材料引起的溫度變化的寄生效應(yīng)。
為此，根據(jù)一個(gè)具體實(shí)施方式
，本發(fā)明的傳感器進(jìn)一步包括第二補(bǔ)償電容器，其特性基本上分別以與測(cè)量電容器和標(biāo)準(zhǔn)電容器的保護(hù)層材料相同的方式隨溫度發(fā)生變化，并且其中電容器對(duì)的組進(jìn)一步包括第二補(bǔ)償電容器和互補(bǔ)校準(zhǔn)電容器。
本發(fā)明的該具體實(shí)施方式
使得可以補(bǔ)償由于保護(hù)層的材料造成的寄生電容，特別補(bǔ)償和考慮到所述保護(hù)層的變化(作為溫度的函數(shù))的影響。
這種方法是可實(shí)施的，例如，如果探針為印刷電路，該印刷電路帶有鱗狀探針形式的軌跡，其中加有絕緣層例如漆以防止發(fā)生短路。
使控制裝置可以發(fā)送估算信號(hào)的必需方程可通過(guò)細(xì)化各個(gè)電容器的等效電路(如僅通過(guò)后面一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明和解釋的)和通過(guò)將得到的方程式的解決方案整合到控制裝置中來(lái)建立。
本發(fā)明還涉及一種其中將第一補(bǔ)償電容器和第二補(bǔ)償電容器加以組合的傳感器，以便考慮到支撐材料和保護(hù)層材料兩方面的影響從而提高精確性。
本發(fā)明還涉及一種通過(guò)電容測(cè)量來(lái)估算箱體內(nèi)液位的方法，包括在連續(xù)積累周期內(nèi)且對(duì)于每一步給出的目標(biāo)電容器和放電電容器執(zhí)行以下步驟第一步，通過(guò)在目標(biāo)電容器的連接端施加給定的電壓對(duì)目標(biāo)電容器充電；第二步，將電荷從目標(biāo)電容器轉(zhuǎn)移到積分電容器，連接在運(yùn)算放大器的反相輸入端和輸出端之間；第三步，決定如果比較信號(hào)是負(fù)則跳過(guò)第四步，比較信號(hào)是由將放大器的輸出電壓與閾值電壓進(jìn)行比較的比較器所遞送的；第四步，將積分電容器中的部分電荷釋放到放電電容器中，然后將該放電電容器完全放電；以及第五步，返回第一步，每個(gè)周期給定的目標(biāo)電容器和放電電容器分別從電容器對(duì)的組中選出，包括待置于箱體內(nèi)的測(cè)量電容器和電容比測(cè)量電容器高的校準(zhǔn)電容器，待置于箱體底部的標(biāo)準(zhǔn)電容器，以及電容高于標(biāo)準(zhǔn)電容器且不同于校準(zhǔn)電容器的電容的互補(bǔ)校準(zhǔn)電容器。
該方法提供了一種更為精確的箱體內(nèi)液位的估算，同時(shí)成本低且易于實(shí)施。
本發(fā)明還涉及上述傳感器在交通工具的箱體，例如機(jī)動(dòng)車的燃料箱中的應(yīng)用。本發(fā)明的傳感器尤其良好適用于其中對(duì)于成本和精度很重要的應(yīng)用領(lǐng)域。



本發(fā)明的這些方面和其它方面將在參照附圖的具體實(shí)施方式
的詳細(xì)描述中更加清楚。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的傳感器的一個(gè)具體實(shí)施方式
的示意圖。
圖2和圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的傳感器的其它具體實(shí)施方式
的示意圖。
圖4示出了通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的傳感器的一個(gè)具體實(shí)施方式
的控制裝置在給定的積累周期中實(shí)施各個(gè)步驟的示意圖。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的傳感器的一個(gè)具體實(shí)施方式
所使用的測(cè)量電容器 圖6示出了可用于設(shè)計(jì)和編程根據(jù)本發(fā)明的控制裝置的等效電路的一個(gè)實(shí)例。
附圖并未按比例示出。一般地，附圖中相同元件以相同標(biāo)號(hào)指示。

具體實(shí)施例方式 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的傳感器的一個(gè)具體實(shí)施方式
的示意圖。測(cè)量電容器4(被置于箱體24中并在其中示出)通過(guò)它的接線端與控制裝置26連接。標(biāo)準(zhǔn)電容器6(被置于箱體24的底部并用于補(bǔ)償液體介電常數(shù)的變化)也是通過(guò)其接線端連接于控制裝置26。校準(zhǔn)電容器8和互補(bǔ)校準(zhǔn)電容器10被置于箱體24的內(nèi)部或外部，例如在電子電路(其可以被稱為“解釋電子電路”)上，并且通過(guò)其各自的接線端連接于控制裝置26。
測(cè)量電容器4的電容主要作為箱體24中的液位(也就是其注入水平)的函數(shù)發(fā)生變化，而且也作為該液體的介電常數(shù)的函數(shù)發(fā)生變化。標(biāo)準(zhǔn)電容器6的電容主要作為該液體介電常數(shù)的函數(shù)發(fā)生變化。在操作中，標(biāo)準(zhǔn)電容器6優(yōu)選被永久浸入液體中。校準(zhǔn)電容器8和互補(bǔ)校準(zhǔn)電容器10的電容不會(huì)隨液位44和液體的介電常數(shù)發(fā)生變化。無(wú)論箱體24中的液位44或溫度怎樣變化，這些電容基本保持恒定。
運(yùn)算放大器16的倒相連接端連接于控制裝置26，并且其同相連接端在運(yùn)行中連接于給定電壓，例如接地。其遞送輸出電壓28。積分電容器18連接于運(yùn)算放大器16的倒相連接端與輸出端之間。
輸出電壓28或輸出信號(hào)被發(fā)送到比較器20的同相連接端。在運(yùn)行中，閾值電壓30被施加給比較器20的倒相連接端，其施加方式為如果輸出電壓28高于閾值電壓30，則比較信號(hào)22為正或者例如等于1，反之，則為負(fù)或例如等于零。
比較信號(hào)22通過(guò)圖1下部所示的連接發(fā)送到控制裝置26，其又發(fā)送表明箱體24中液位44的估算信號(hào)32。
在運(yùn)行中，通過(guò)參考附圖1和圖4，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方式
的傳感器2的運(yùn)行方式如下。積累周期一個(gè)接著一個(gè)。應(yīng)當(dāng)注意，這些也可以被命名其它名字，例如，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，用于估算或測(cè)量電容的估算周期或測(cè)量周期。每一周期的目的是估算各個(gè)電容器的電容，也就是說(shuō)，根據(jù)一個(gè)具體實(shí)施方式
，估算測(cè)量電容器4或標(biāo)準(zhǔn)電容器6的電容。
例如，在與標(biāo)準(zhǔn)電容器6相關(guān)的積累周期開(kāi)始前，與測(cè)量電容器相關(guān)的一定數(shù)量p的積累周期可以有利地一個(gè)接一個(gè)地進(jìn)行，之后，這個(gè)循環(huán)可以重復(fù)。這種運(yùn)行模式適合于箱體24中的液位44的變化比液體的介電常數(shù)變化更快的情況。
始終與給定積累周期(其可以例如持續(xù)時(shí)間為600毫秒)相關(guān)的是被稱為“目標(biāo)”電容器(測(cè)量電容器4或標(biāo)準(zhǔn)電容器6)和被稱為“放電”電容器(分別為校準(zhǔn)電容器8或互補(bǔ)校準(zhǔn)電容器10)。電容器組或?qū)κ翘囟ǖ?，而且從電容值?lái)看適于被檢測(cè)，因而使得可以獲得對(duì)液位44更精確的估算。校準(zhǔn)電容器8和互補(bǔ)校準(zhǔn)電容器10(互不相同)被選擇，這是因?yàn)闇y(cè)量電容器4的預(yù)期電容范圍和標(biāo)準(zhǔn)電容器6的預(yù)期電容范圍之間存在很大差異。
在積累周期期間，控制裝置26通過(guò)時(shí)鐘計(jì)時(shí)，并執(zhí)行以下步驟。在第一步34中，目標(biāo)電容器4、6通過(guò)在其連接端施加特定的電壓進(jìn)行充電。然后，在第二步36中，電荷從目標(biāo)電容器被轉(zhuǎn)移到積分電容器18。這可以例如通過(guò)轉(zhuǎn)換電容器開(kāi)關(guān)的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在第三步38中，比較信號(hào)22由控制裝置26檢查。如果信號(hào)為正，則執(zhí)行第四步40，包括，由于放電電容器8、10，部分地將積分電容器18放電到所述放電電容器，然后將放電電容器8、10完全放電。然后第一步34和后續(xù)步驟按次序再次執(zhí)行，返回到第一步34的是第五步42。如果比較信號(hào)22是負(fù)的，則第一部34和后續(xù)步驟直接再次執(zhí)行，也就是說(shuō)，跳過(guò)第四步40，直接執(zhí)行從第五步42返回。
閾值突破事件的數(shù)nthreshold(對(duì)應(yīng)于比較信號(hào)22在給定的積累周期內(nèi)為正的次數(shù))大致等于目標(biāo)電容器的電容Ctarget與放電電容器的電容Cdischarge的比值乘以積分電容器18充電事件的數(shù)ntotal。相應(yīng)的方程式為 更確切地說(shuō)，通過(guò)分別用測(cè)量電容器4的電容Cmeasurement，接著用標(biāo)準(zhǔn)電容器6的電容Creference取代目標(biāo)電容器的電容，并且分別用校準(zhǔn)電容器8的電容Ccalibration，8，接著用互補(bǔ)校準(zhǔn)電容器10的電容Ccalibration，10取代放電電容器的電容，這樣就得到以下方程 此外，“空”閾值突破事件的數(shù)量nthreshold，measurement，empty(也就是說(shuō)當(dāng)箱體24中的液位44低于測(cè)量電容器4的下限時(shí)，則后者只受到液體上方的氣體的影響)也可以相同的方式表達(dá)。即 箱體24中的相對(duì)液位h通過(guò)以下的表達(dá)式大致給出 則 系數(shù)k表示考慮到測(cè)量電容4的介電性能變化(液體例如燃油組成的變化或者是由于溫度的變化)的系數(shù)，即，主要為液體介電常數(shù)的變化，被測(cè)量的液位44通過(guò)估算標(biāo)準(zhǔn)電容器6的電容進(jìn)行補(bǔ)償。最后，h由以下得到 其中“空”閾值突破事件的數(shù)量在填充箱體24之前進(jìn)行估算，然后通過(guò)例如控制裝置26進(jìn)行儲(chǔ)存。
控制裝置26可用例如帶有無(wú)重疊時(shí)鐘的轉(zhuǎn)換電容器的開(kāi)關(guān)來(lái)執(zhí)行，以便防止任何短路或其它不期望的影響?？刂蒲b置26尤其控制和執(zhí)行液位估算計(jì)算的在積累周期期間的電荷轉(zhuǎn)移。
測(cè)量電容器4和標(biāo)準(zhǔn)電容器6可為例如實(shí)體上一對(duì)平行平板、同軸管或在平板基片或印刷電路上的鱗狀的探針。
還應(yīng)注意，在兩個(gè)積累周期之間，無(wú)論在給定“目標(biāo)/放電”電容器對(duì)上的測(cè)量之后是在同一對(duì)上的測(cè)量或是在另外一對(duì)上的測(cè)量，積分電容器18在兩個(gè)積累周期之間的間隔期間可以被放電或可以不被放電。
估算信號(hào)32可用于例如指示箱體24中的液位44，或者直接或間接地控制用于填充箱體24的電磁閥，或者任何其它制動(dòng)器，例如為了保證安全，特別是如果箱體24將用于交通工具的燃料箱24的情況。
根據(jù)本發(fā)明的傳感器2的一個(gè)具體實(shí)施方式
中，為了發(fā)送估算信號(hào)32，將其它電介質(zhì)的影響也納入考慮。這些其它電介質(zhì)對(duì)于與箱體24中液體接觸的傳感器2部分的結(jié)構(gòu)，也就是測(cè)量電容器4和標(biāo)準(zhǔn)電容器6的相對(duì)布置和它們的物理設(shè)計(jì)是特定的。
另外兩個(gè)具體實(shí)施方式
通過(guò)參照附圖2和圖3分別進(jìn)行了描述。接下來(lái)，非限制性地解釋了控制裝置26在此基礎(chǔ)上可以發(fā)送估算信號(hào)32的原因，以及解釋該裝置實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的的方式。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的傳感器2的一個(gè)具體實(shí)施方式
的示意圖，其中控制裝置26將其它電介質(zhì)的影響納入考慮，從而發(fā)送估算信號(hào)32。更準(zhǔn)確地說(shuō)，是將作為測(cè)量電容器4和標(biāo)準(zhǔn)電容器6的支撐材料的介電常數(shù)的溫度的函數(shù)的變化的影響納入考慮。
術(shù)語(yǔ)“支撐材料”應(yīng)當(dāng)理解為例如在測(cè)量電容器4和標(biāo)準(zhǔn)電容器6通過(guò)兩個(gè)平行平板實(shí)施的情況下，是用于保持該兩個(gè)平板彼此之間以基本上恒定的分開(kāi)距離保持平行的分隔物或其它支撐元件；在通過(guò)同軸管實(shí)施的情況下，則為分開(kāi)兩個(gè)同軸管的支撐元件；以及在通過(guò)置于電介質(zhì)基片上的鱗狀探針實(shí)施的情況下，則為基片本身。
圖2中示出了第一補(bǔ)償電容器12。它被置于箱體24的環(huán)境中，也就是在箱體中或靠近箱體，或者與其相似或相同的環(huán)境條件下，通過(guò)其接線端連接控制裝置26。第一補(bǔ)償電容器12的電介質(zhì)性能隨著溫度，以及可能隨其它因素發(fā)生變化，這種變化的方式與用于支撐測(cè)量電容器4和標(biāo)準(zhǔn)電容器6的材料是相同的，以便模擬它們的變化，并通過(guò)控制裝置26將其納入考慮并進(jìn)行補(bǔ)償從而發(fā)送估算信號(hào)32。
通過(guò)聯(lián)合放電電容器，例如互補(bǔ)校準(zhǔn)電容器10，在給定積累周期期間對(duì)第一補(bǔ)償電容器12的電容進(jìn)行周期性地估算。這個(gè)電容被控制裝置26利用以發(fā)送估算信號(hào)32。
根據(jù)該具體實(shí)施方式
，例如形成支撐物(其例如由強(qiáng)化或非強(qiáng)化熱固性樹(shù)脂或熱塑性樹(shù)脂)的絕緣物的介電常數(shù)變化的影響會(huì)被納入考慮。這是因?yàn)檫@樣的材料的介電常數(shù)大致、尤其是隨溫度變化，并且在沒(méi)有這種補(bǔ)償下就會(huì)對(duì)估算引入誤差。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的傳感器2的具體實(shí)施方式
的示意圖，其中將作為測(cè)量電容器4和標(biāo)準(zhǔn)電容器6的支撐材料以及保護(hù)層材料的介電常數(shù)的溫度的函數(shù)的變化的影響納入了考慮。
術(shù)語(yǔ)“保護(hù)層”應(yīng)理解為例如基于聚合物或噴漆的絕緣體(其可以基于多種原因有利地被利用)，或者通過(guò)對(duì)導(dǎo)體進(jìn)行表面處理，例如通過(guò)控制氧化獲得的其它層。一個(gè)原因尤其是用來(lái)防止電極上的液體發(fā)生毛細(xì)效應(yīng)，因?yàn)檫@種毛細(xì)效應(yīng)會(huì)通過(guò)與表面的接觸改變(增加或減少)箱體內(nèi)液位的實(shí)際高度，尤其是在電容器的執(zhí)行的類型是通過(guò)平基片上的鱗狀探針來(lái)進(jìn)行的情況下，而將誤差引入估算中。如前所述，另一個(gè)原因是用來(lái)避免當(dāng)導(dǎo)電雜質(zhì)摻入它們之間時(shí)電容器的電極發(fā)生短路。
該保護(hù)層會(huì)降低測(cè)量的精確性，但是通過(guò)將其納入考慮，就會(huì)提高準(zhǔn)確性。
一般來(lái)說(shuō)，對(duì)液位44的估算可以通過(guò)給傳感器2添加一定數(shù)值的附加補(bǔ)償電容器以便將其它寄生電容納入考慮來(lái)實(shí)現(xiàn)的，例如對(duì)應(yīng)于傳感器2實(shí)體部分的環(huán)境中的不同介質(zhì)的數(shù)量。例如，電連接的影響也可以通過(guò)這樣的補(bǔ)償納入考慮。
由于這些原因并根據(jù)以下解釋的執(zhí)行方法，控制裝置26在此基礎(chǔ)上發(fā)送補(bǔ)償估算信號(hào)32。
電容器的電容C一般被表達(dá)為 C＝∑iεiAi， 其中，每一個(gè)εi表示電極附近存在的每種材料的介電常數(shù)，并且其中 其中，Si、ε0和ei分別表示電極的面積、液體上方的空氣或氣體的介電常數(shù)，以及對(duì)應(yīng)于絕緣體i的深度。
根據(jù)一般靜電模型并根據(jù)高斯定理開(kāi)始，電場(chǎng)的環(huán)路和電容定義的關(guān)系，通過(guò)兩個(gè)導(dǎo)體以電位A和B和n個(gè)電介質(zhì)形成的電容器的電容，通過(guò)分解為子域(其中每個(gè)子域的介電常數(shù)是均一的(例如用單一電介質(zhì)構(gòu)成的區(qū)域))，為 當(dāng)由導(dǎo)體形成的電容器的幾何形狀符合一定的條件時(shí)，這個(gè)通式有時(shí)可以被簡(jiǎn)化。
例如，對(duì)于受到均勻電壓差的恒定間隙的兩個(gè)無(wú)限平面電容器(并行安裝)，電容C由以下給出 對(duì)于串聯(lián)的兩個(gè)圓柱形無(wú)限電容器，電容由以下給出 其中，Rei和Rii為由電介質(zhì)i形成的電容器i的內(nèi)外半徑。
更一般地，任何實(shí)際電容器可被分解為一定數(shù)量的由均勻電介質(zhì)構(gòu)成的基本電容器，對(duì)于任何平板的任何幾何形狀，其電容可表達(dá)如下 因此，可以將每一個(gè)積分表達(dá)為多項(xiàng)的有限展開(kāi)，項(xiàng)的數(shù)量可以根據(jù)所需精確度進(jìn)行調(diào)整。
為了在積分中的第一近似，如果例如場(chǎng)E為相對(duì)變量，則 and 因此 和 Ci＝εiG(S，1/d)。
此外，基于第二種模型，當(dāng)實(shí)際電容器由各種基本電容器重組形成時(shí)，則獲得一種代表性電路，其中基本電容器被串聯(lián)和/或并聯(lián)布置。這種類型的問(wèn)題可以通過(guò)基爾霍夫定律解決，即用于串聯(lián)支路電路的網(wǎng)孔定律和用于并聯(lián)支路電路的節(jié)點(diǎn)定律。
例如，通過(guò)說(shuō)明的方式，圖5示出了在根據(jù)本發(fā)明的傳感器2的一個(gè)具體實(shí)施方式
中使用的測(cè)量電容器4，而圖6示出了圖5所示的測(cè)量電容器4的等效電路的一個(gè)實(shí)例。這個(gè)等效電路可用于設(shè)計(jì)和編程根據(jù)本發(fā)明的控制裝置26。測(cè)量電容器4在圖5中以簡(jiǎn)化和示意方式表示，如同它的電路模式或等效電路在圖6中顯示的一樣。
以下將更詳細(xì)地解釋說(shuō)明圖5和圖6。圖5示出了測(cè)量電容器4的兩個(gè)電極46。它們以距離d分開(kāi)。支撐材料或基片被置于區(qū)域48中，稱為支撐材料的區(qū)域48。該區(qū)域覆蓋面積Sm(截面)并且填充該區(qū)域的材料具有相對(duì)介電常數(shù)εm。保護(hù)層被置于區(qū)域50中，稱為保護(hù)層區(qū)域50。該區(qū)域覆蓋面積Scp并且填充該區(qū)域的材料具有相對(duì)介電常數(shù)εcp。
區(qū)域56(被稱為可變電容區(qū)域56)具有隨著液位44和根據(jù)液位44在運(yùn)行中在氣體和液體之間共享的面積Su而變化的電容?？勺冸娙輩^(qū)域56被分為兩個(gè)部分，即，一方面為在液體中的區(qū)域54，面積為 SuH 其中，H為相對(duì)高度，且相對(duì)介電常數(shù)為εr；另一方面為在氣體或空氣中區(qū)域52，面積為 Su(1-H) 其相對(duì)介電常數(shù)大致等于1。
測(cè)量電容器4的電容，也就是圖5中電極46之間的電容，或者圖6中所示等效電路中的接線端A和B之間的電容，可以通過(guò)將該電容器和它的電容分為四部分來(lái)計(jì)算，相應(yīng)于并聯(lián)的四個(gè)電容，具有以下的值 這樣，通過(guò)相加，得到測(cè)量電容器4的電容C12的數(shù)學(xué)表達(dá)式，即 將液體相對(duì)高度H與測(cè)量電容器4的電容C12聯(lián)系起來(lái)的方程式取決于通過(guò)εr代表的液體狀態(tài)，同時(shí)還取決于由傳感器2的實(shí)際構(gòu)造所用的材料產(chǎn)生的兩個(gè)參數(shù)εm和εcp。相似地，標(biāo)準(zhǔn)電容器6的電容C11可以通過(guò)添加“r”后綴，表達(dá)為 通過(guò)巧妙地或其它方式放置平板，形成第一補(bǔ)償電容器12并將其加入到測(cè)量電容器4和標(biāo)準(zhǔn)電容器6的環(huán)境中。由于其電介質(zhì)的性能和其外形，第一補(bǔ)償電容器12可通過(guò)比例系數(shù)或由前期測(cè)量預(yù)先建立的相關(guān)函數(shù)來(lái)進(jìn)行模擬例如電容C1隨溫度的變化，以及模擬具有通過(guò)相同制造過(guò)程獲得的相同厚度和相同材料的電容器?？绲谝谎a(bǔ)償電容器12的連接端測(cè)得的電容大致由下式得到 (方程式1) 同樣，跨第二補(bǔ)償電容器14的連接端測(cè)得的電容則由下式得到 (方程式2) 最后，通過(guò)前期測(cè)量已知的，當(dāng)箱體24是完全空的時(shí)候，測(cè)量電容器4和標(biāo)準(zhǔn)電容器6的電容分別大致等于 獲得以下表達(dá)式 (方程式3) 和 (方程式4)。
這樣，就獲得了有四個(gè)未知量，即H，εcp，εr和εm的四個(gè)線性方程式(方程式1至4)的體系，解決它們的方法是已知的。這些方程式可以有利地被整合到控制裝置26。
這種推理可以進(jìn)行概括，因?yàn)槿魏涡螤畹碾娙萜鞫伎梢酝ㄟ^(guò)利用以下通式將特征在于單一電介質(zhì)的各個(gè)域的作用疊加而模型化 Ci＝εiG(S，1/d)， 即，該電容器的電容和介質(zhì)的介電常數(shù)的線性相關(guān)性。
通過(guò)測(cè)量各種設(shè)審慎選擇的電容，因而就有可能獲得線性方程的可解決體系。通過(guò)解決這個(gè)體系，從而就有可能計(jì)算獨(dú)立于液位傳感器(與其數(shù)量無(wú)關(guān))的組成電介質(zhì)特性的液體高度的精確估算。
在根據(jù)本發(fā)明的傳感器2的一個(gè)具體實(shí)施方式
中，傳感器2包括置于該傳感器2頂部的電路，以便特別用于執(zhí)行控制裝置26，并且進(jìn)一步包括用于連接標(biāo)準(zhǔn)電容器6和電子電路的連接軌道。此外，在這個(gè)實(shí)施方式中，由于連接軌道的存在造成的寄生電容的影響被納入對(duì)估算液位44的考慮。
該連接軌道由沿著測(cè)量電容器4設(shè)置的軌道或電纜形成，其延伸及該電容器的整個(gè)高度，并且可使標(biāo)準(zhǔn)電容器6的電容的測(cè)量值可以被傳送到電路。連接軌道起附加電容的作用，其被添加到標(biāo)準(zhǔn)電容器6的電容中。因?yàn)樵撥壍辣辉O(shè)置于可變電容區(qū)域56中，因此這個(gè)寄生電容會(huì)隨著液位44發(fā)生變化。
通過(guò)對(duì)以上研究的結(jié)果的進(jìn)行類似推理，可以找到包括三個(gè)串連電容的等效電路用于分析連接軌道對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)電容器6測(cè)量的電容的影響，并且對(duì)它在控制裝置26中的存在進(jìn)行補(bǔ)償。根據(jù)前述內(nèi)容，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)清楚，相對(duì)液位44可以通過(guò)多個(gè)電容的函數(shù)進(jìn)行估算(通過(guò)對(duì)于每一個(gè)增加的未知量添加補(bǔ)償電容器)，其中該多個(gè)電容特別對(duì)應(yīng)于傳感器2的實(shí)體實(shí)施和材料的介電常數(shù)的影響，對(duì)應(yīng)于傳感器2實(shí)體部分的結(jié)構(gòu)中或鄰近后者存在并在待解方程中出現(xiàn)的各種電介質(zhì)。
該傳感器2可以使液位44的估算精確度被提高。
在根據(jù)本發(fā)明的傳感器2的一個(gè)具體實(shí)施方式
中，對(duì)電介質(zhì)或某些結(jié)構(gòu)性電介質(zhì)的影響沒(méi)有通過(guò)添加補(bǔ)償電容器進(jìn)行補(bǔ)償，但通過(guò)在先校準(zhǔn)將其納入考慮。
在根據(jù)本發(fā)明的傳感器2的一個(gè)具體實(shí)施方式
中，校準(zhǔn)電容器8(在積累周期期間充當(dāng)放電電容器并且與目標(biāo)電容器聯(lián)合，它的電容預(yù)先是未知的)是借助于標(biāo)準(zhǔn)電容器6根據(jù)對(duì)液體介電常數(shù)的初始測(cè)量來(lái)預(yù)先自動(dòng)選擇的。這提高了目標(biāo)電容器，例如測(cè)量電容器4的被測(cè)電容的精確度。
在根據(jù)本發(fā)明的傳感器2的一個(gè)具體實(shí)施方式
中，使用標(biāo)準(zhǔn)電容器6來(lái)測(cè)量在液位很高時(shí)的液位44。
通常，標(biāo)準(zhǔn)電容器6是用來(lái)測(cè)量箱體24內(nèi)存在的液體的介電常數(shù)作為溫度和液體組成的函數(shù)的變化。當(dāng)液位極低時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)電容器6的存在阻止液位44被測(cè)量。然而，在第一次填充箱體24時(shí)，有可能通過(guò)在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)“空”電容而獲得一個(gè)液位44的值，其精確度顯然較低。
在根據(jù)本發(fā)明的傳感器2的一個(gè)具體實(shí)施方式
中，當(dāng)箱體24被填充時(shí)和當(dāng)箱體24內(nèi)的液體下降時(shí)，控制裝置26運(yùn)行方式是不同的。特別是在用于機(jī)動(dòng)車輛和例如當(dāng)箱體24作為燃料箱時(shí)，液位44的變化如液位44的下降比當(dāng)箱體24被填充時(shí)要慢得多。對(duì)積累周期的連續(xù)性及其作為被檢測(cè)過(guò)程的類型的函數(shù)(液位降或升)的函數(shù)的持續(xù)時(shí)間的調(diào)整可以有利地被納入控制裝置26中并執(zhí)行。
在根據(jù)本發(fā)明的傳感器2的一個(gè)具體實(shí)施方式
中，控制裝置26以電子儀器的形式被生產(chǎn)，并將相應(yīng)的電子儀器部件置于箱體24的內(nèi)部，處于液相或蒸汽相，緊鄰標(biāo)準(zhǔn)電容器6和測(cè)量電容器4的板的附近。這使得有可能在使用印刷電路來(lái)產(chǎn)生箱體24中的控制裝置26、測(cè)量電容器4和標(biāo)準(zhǔn)電容器6的操作的情況下，減少由于各板與電路之間的連接的長(zhǎng)度產(chǎn)生的寄生電容、減少溫度的影響、產(chǎn)生單一印刷電路，以及簡(jiǎn)化加工過(guò)程，同時(shí)降低成本。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，根據(jù)本發(fā)明的傳感器2可以用于例如交通工具例如機(jī)動(dòng)車輛中的油箱24，以及所述液體可以為例如燃料，可為柴油、汽油或液化石油氣。
在本發(fā)明的內(nèi)容范圍內(nèi)，表達(dá)“置于箱體24中”是指在箱體24中以及箱體24上，只要涉及的電容器的電容，顯著和可測(cè)量的，受到箱體24內(nèi)部的電介質(zhì)改變的影響即可。
表達(dá)“置于箱體24的底部”表示放置后者于足夠低的位置，從而通?？梢园l(fā)送不依賴于液位44的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量，除了可能由于存在的連接影響，并且優(yōu)選在操作中總是處于浸沒(méi)。標(biāo)準(zhǔn)電容器6也可以設(shè)置在例如箱體24的排放線路上。
同樣在本發(fā)明的上下文中，表達(dá)“電容高于測(cè)量電容器4的電容”表示在使用的標(biāo)準(zhǔn)條件下，也就是說(shuō)，例如，當(dāng)液體的介電常數(shù)在1到80或約80之間時(shí)，高于測(cè)量電容器4的電容。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)清楚，控制裝置26可以特別是電氣、電子或計(jì)算裝置，例如以一個(gè)或多個(gè)電路或一個(gè)或多個(gè)微處理器的形式生產(chǎn)的。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)清楚，對(duì)應(yīng)于液位44的估算信號(hào)32在不背離本發(fā)明原則的情況下，可以為模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)。如果控制裝置26以電子電路的形式生產(chǎn)(其被置于箱體24中)，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，優(yōu)選對(duì)外部干擾較大程度上不敏感的模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，用于傳送對(duì)應(yīng)于箱體內(nèi)液位的估算信號(hào)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)清楚，運(yùn)算放大器16和比較器20可以為任何類型，而不管它們的構(gòu)造、品質(zhì)、輸入/輸出阻抗或其構(gòu)思。
電荷的轉(zhuǎn)移可以通過(guò)例如具有非重疊循環(huán)的轉(zhuǎn)換電容的系統(tǒng)來(lái)執(zhí)行，以便避免如前所述的任何短路或者其它損害。
積累周期的持續(xù)時(shí)間可以為例如600毫秒。一般來(lái)說(shuō)，周期越長(zhǎng)，則測(cè)量的精確度越高。但是，常常獲得測(cè)量值必須是充分規(guī)律的，這在某種程度上不可避免地需要限制積累周期的持續(xù)時(shí)間。
達(dá)到穩(wěn)態(tài)前且包括對(duì)積分電容器18充電使之從零值升到閾值電壓30的瞬間周期的持續(xù)時(shí)間可以根據(jù)目標(biāo)電容器的電容和積分電容器18的電容而進(jìn)行變化。這個(gè)持續(xù)時(shí)間可為例如50～200毫秒。閾值電壓30本身可為例如2.5伏。
在實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)具體實(shí)施方式
中，當(dāng)非典型液位44被估算時(shí)，會(huì)發(fā)送警告信號(hào)，使得例如箱體24中存在不需要的液體如水時(shí)可反饋到交通工具的控制系統(tǒng)。
本發(fā)明并不局限于在附圖中特別示出的并且也不局限于上述的具體實(shí)施方式
。
權(quán)利要求
1.用于檢測(cè)箱體(24)中的液位(44)的電容傳感器(2)，包括
測(cè)量電容器(4)，被置于所述箱體(24)中；
標(biāo)準(zhǔn)電容器(6)，被置于所述箱體(24)中底部；
校準(zhǔn)電容器(8)，其電容高于所述測(cè)量電容器(4)的電容；
控制裝置(26)，能夠發(fā)送對(duì)應(yīng)于所述液位(44)的估算信號(hào)(32)；
運(yùn)算放大器(16)；
積分電容器(18)，連接于所述放大器(16)的倒相輸入端和輸出端之間；以及
比較器(20)，用于比較所述放大器(16)的輸出電壓(28)與閾值電壓(30)并將比較信號(hào)(22)發(fā)送到所述控制裝置(26)，
其特征在于，進(jìn)一步包括互補(bǔ)校準(zhǔn)電容器(10)，所述互補(bǔ)校準(zhǔn)電容器具有的電容高于所述標(biāo)準(zhǔn)電容器(6)的電容且不同于所述校準(zhǔn)電容器(8)的電容；
在連續(xù)積累周期內(nèi)且對(duì)于在每個(gè)周期給定的目標(biāo)電容器和放電電容器，所述控制裝置(26)執(zhí)行以下步驟
第一步(34)，用于通過(guò)對(duì)所述目標(biāo)電容器的各連接端施加給定的電壓來(lái)對(duì)其進(jìn)行充電；
第二步(36)，用于使電荷從所述目標(biāo)電容器轉(zhuǎn)移到所述積分電容器(18)；
第三步(38)，用于決定如果所述比較信號(hào)(22)為負(fù)則跳過(guò)第四步(40)；
第四步(40)，用于使所述積分電容器(18)的部分電荷放電到所述放電電容器，然后使所述放電電容器完全放電；以及
第五步(42)，用于返回到所述第一步(34)；
并且在每個(gè)周期給定的所述目標(biāo)電容器和放電電容器分別是從電容器對(duì)的組中選出的，所述電容器對(duì)的組包括所述測(cè)量電容器(4)和所述校準(zhǔn)電容器(8)；和
所述標(biāo)準(zhǔn)電容器(6)和所述互補(bǔ)校準(zhǔn)電容器(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器(2)，其中，所述互補(bǔ)校準(zhǔn)電容器(10)的電容低于所述校準(zhǔn)電容器(8)的電容。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的傳感器(2)，進(jìn)一步包括第一補(bǔ)償電容器(12)，所述第一補(bǔ)償電容器的特性以與用于支撐所述測(cè)量電容器(4)和標(biāo)準(zhǔn)電容器(6)的材料大致相同的方式隨溫度變化；并且其中，所述電容器對(duì)的組進(jìn)一步包括所述第一補(bǔ)償電容器(12)和相關(guān)的第一放電電容器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器(2)，其中，所述相關(guān)的第一放電電容器為所述互補(bǔ)校準(zhǔn)電容器(10)。
5.根據(jù)前述的權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳感器(2)，進(jìn)一步包括第二補(bǔ)償電容器(14)，所述第二補(bǔ)償電容器的特性分別以與所述測(cè)量電容器(4)和標(biāo)準(zhǔn)電容器(6)的保護(hù)層的材料大致相同的方式隨溫度變化，并且其中，所述電容器對(duì)的組進(jìn)一步包括所述第二補(bǔ)償電容器(14)和相關(guān)的第二放電電容器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳感器(2)，其中，所述相關(guān)的第二放電電容器為所述互補(bǔ)校準(zhǔn)電容器(10)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳感器(2)，其中，在與根據(jù)在所述標(biāo)準(zhǔn)電容器(6)上進(jìn)行的所述液體介電常數(shù)的最初測(cè)量的所述測(cè)量電容器(4)相關(guān)的所述積累周期之前，所述控制裝置被用于從各種電容器中自動(dòng)地選擇所述校準(zhǔn)電容器(8)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳感器(2)，其中，所述控制裝置(26)以被置于所述箱體(24)內(nèi)部的電子電路的形式進(jìn)行生產(chǎn)。
9.通過(guò)電容測(cè)量來(lái)估算箱體(24)中的液位(44)的方法，包括在連續(xù)積累周期內(nèi)且對(duì)于每一步給定的目標(biāo)電容器和放電電容器執(zhí)行以下步驟
第一步(34)，用于通過(guò)對(duì)所述目標(biāo)電容器的各連接端施加給定的電壓來(lái)對(duì)其進(jìn)行充電；
第二步(36)，用于將所述電荷從所述目標(biāo)電容器轉(zhuǎn)移到積分電容器(18)，所述積分電容器(18)連接于運(yùn)算放大器(16)的倒相輸入端和輸出端之間；
第三步(38)，用于決定如果比較信號(hào)(22)為負(fù)則跳過(guò)第四步(40)，所述比較信號(hào)(22)由比較器(20)發(fā)送，所述比較器(20)用于比較所述放大器(16)的輸出電壓(28)和閾值電壓(30)；
第四步(40)，用于將所述積分電容器(18)的部分電荷放電到所述放電電容器，然后用于將所述放電電容器完全放電；以及
第五步(42)，用于返回到所述第一步(34)；
在每個(gè)周期給定的所述目標(biāo)電容器和放電電容器分別是從電容器對(duì)的組中選出的，所述電容器對(duì)的組包括
被置于所述箱體(24)中的測(cè)量電容器(4)和電容高于所述測(cè)量電容器(4)的電容的校準(zhǔn)電容器(8)；
和被置于所述箱體(24)底部中的標(biāo)準(zhǔn)電容器(6)和電容高于所述標(biāo)準(zhǔn)電容器(6)且不同于所述校準(zhǔn)電容器(8)的電容的互補(bǔ)校準(zhǔn)電容器(10)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，當(dāng)被估算為非典型液位(44)時(shí)，則發(fā)送一個(gè)警告信號(hào)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到8中任一項(xiàng)所述的傳感器(2)在箱體(24)中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)液位(44)的傳感器(2)，包括測(cè)量電容器(4)、標(biāo)準(zhǔn)電容器(6)、積分電容器(18)和校準(zhǔn)電容器(8)、控制裝置(26)、放大器(16)、比較器(20)和互補(bǔ)校準(zhǔn)電容器(10)。在積累周期內(nèi)且對(duì)于給定的目標(biāo)電容器和放電電容器，控制裝置(26)執(zhí)行目標(biāo)電容器充電步驟(34)、電荷轉(zhuǎn)移步驟(36)、決定步驟(38)、制約性放電步驟(40)和返回步驟(42)。在每個(gè)周期給定的目標(biāo)電容器和放電電容器出自電容器對(duì)，包括測(cè)量電容器(4)和校準(zhǔn)電容器(8)、以及標(biāo)準(zhǔn)電容器(6)和互補(bǔ)校準(zhǔn)電容器(10)。本發(fā)明還涉及一種估算液位(44)的方法以及涉及傳感器(2)在交通工具中的應(yīng)用。
文檔編號(hào)G01F23/22GK101128722SQ200580047581
公開(kāi)日2008年2月20日 申請(qǐng)日期2005年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月22日
發(fā)明者洛倫佐·巴萊西, 米歇爾·基亞菲 申請(qǐng)人:因勒紀(jì)汽車系統(tǒng)研究公司