用于确定在液体容器中的液位的高度的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于确定在液体容器(10)中的液位(L)的高度(H)的方法和装置，其中，提供了在液体容器中的液体内部的第一参考元件(24)和第二参考元件(26)，其中，第一参考元件(24)具有到液体容器(10)的底面部段(14)的第一距离(D1)，并且第二参考元件(26)具有到液体容器(10)的底面部段(14)的第二距离(D2)，提供具有发射器和接收器的声测量转换器(20)，发射器发出声信号，并且在液位(L)处和在参考元件(24，26)处反射的声信号由接收器来获取，对于由接收器获取的声信号，确定在由发射器发出的且在第一参考元件(24)处反射的声信号的第一传输时间(Δt1)和由发射器发出的且在第二参考元件(26)处反射的声信号的第二传输时间(Δt2)之间的第一传输时间差(Δt_A)，确定在由发射器发出的且在液位(L)处反射的声信号的第三传输时间(Δt3)和第一传输时间(Δt1)或第二传输时间(Δt2)之间的第二传输时间差(Δt_B)。根据第一传输时间差(Δt_A)、第二传输时间差(Δt_B)和第一距离(D1)，确定液位(L)高于液体容器(10)的底面部段(14)的高度(H)。
【专利说明】用于确定在液体容器中的液位的高度的方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于确定在液体容器中的液位的高度的方法和相应装置。
【背景技术】
[0002]为了确定在液体容器中的液位的高度，特别地能够使用声学测量装置。声学测量装置的声转换器既能够作为声发生器也能够作为声接收器来工作。对于确定在液体容器中的液位高度而言，借助声转换器能够将声脉冲输出到待测量的液体中。声脉冲能够由液体的边界面反射至其他的介质。由声脉冲的传输时间能够推算在液体容器中的液位的高度。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于，实现一种用于确定在液体容器中的液位的方法和相应的装置，该方法实现了在确定液位时的高精确度。
[0004]该目的通过独立权利要求的特征来实现。本发明的有利的改进方案在从属权利要求中表征。
[0005]根据第一个方面，本发明的特征在于用于确定在液体容器中的液位的高度的方法和相应的装置，其中，提供了在液体容器中的液体内部的第一参考元件和第二参考元件，其中，第一参考元件具有到液体容器的底面部段的第一距离，并且第二参考元件具有到液体容器的底面部段的第二距离；提供了具有发射器和接收器的声音转换器，发射器发出声信号，并且在液位处和参考元件处反射的声信号由接收器获取。对于由接收器获取的声信号，确定在由发射器发出的且在第一参考元件处反射的声信号的第一传输时间和由发射器发出的且在第二参考元件处反射的声信号的第二传输时间之间的第一传输时间差。确定在由发射器发出的且在液位处反射的声信号的第三传输时间和第一传输时间之间的第二传输时间差。根据第一传输时间差、第二传输时间差和第一参考元件到液体容器的底面部段的第一距离，确定液位高于液体容器的底面部段的高度。
[0006]由发射器发出的且朝向声测量转换器的接收器反射的声信号的传输时间和传输时间差，分别是声信号从发射器直到参考元件或者直到液位为止所需的时间的两倍。
[0007]这具有以下优点，即，即使在声测量转换器和液体之间布置了能够改变声信号的传输时间的元件或中间层时，也能够极其精确地确定液位的高度。这种元件或者中间层对声信号的传输时间的影响能够借助本方法来消除。特别是能够避免这种元件或者中间层的与温度相关的影响。此外能够避免，这种元件或中间层的制造和/或装配公差对测量产生影响。此外，当改变这种元件或中间层的厚度或材料时，还能够省略调整对液位的确定。
[0008]在一个有利的设计方案中，根据第一传输时间差和在第一参考元件和第二参考元件之间的距离求出液体中的声速，并且根据液体中的声速、第二传输时间差和第一参考元件到液体容器的底面部段的第一距离来确定液位高于液体容器的底面部段的高度，这具有以下优点，即如此能够极其精确地确定液位的高度。在确定液位的高度时的不精确性能够限制于在确定时间测量时的、确定声速时的和定位第一或第二参考元件时的不精确性。
[0009]根据第二个方面，本发明的特征在于用于确定在液体容器中的液位高度的方法和相应的装置，其中提供了在液体容器中的液体内部的第一参考元件和第二参考元件，其中第一参考元件具有到液体容器的底面部段的第一距离，并且第二参考元件具有到液体容器的底面部段的第二距离；提供了具有发射器和接收器的声测量转换器，发射器发出声信号，并且在液位处和参考元件处反射的声信号由接收器获取。对于由接收器获取的声信号，确定由发射器发出的且在第一参考元件处反射的声信号的第一传输时间和由发射器发出的且在第二参考元件处反射的声信号的第二传输时间之间的第一传输时间差。确定在由发射器发出的且在液位处反射的声信号的第三传输时间和第二传输时间之间的第三传输时间差。根据第一传输时间差、第三传输时间差和第二参考元件到液体容器的底面部段的第二距离，确定液位高于液体容器的底面部段的高度。
[0010]第二个方面的优点与第一个方面的优点相符。
[0011]在第二个方面的有利的设计方案中，根据第一传输时间差和在第一参考元件和第二参考元件之间的预定距离求出液体中的声速，并且根据液体中的声速、第三传输时间差和第二参考元件到液体容器的底面部段的第二距离来确定液位高于液体容器的底面部段的高度。
[0012]在根据第一个和第二个方面的另一个有利的设计方案中，声测量转换器是超声波测量转换器。这具有以下优点，即，借助超声波能够极其良好地测量液体容器中的液位。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]下面根据示意图阐述本发明的实施例。其示出:
[0014]图1是具有声测量转换器的液体容器以及用于确定液位的高度的装置的示意图，和
[0015]图2是用于确定液体容器中的液位的高度的程序的流程图。
[0016]在所有附图中，具有同样构造或功能的元件以相同的标号标出。
【具体实施方式】
[0017]图1中示出了液体容器10，具有液位L的液体12位于其中。液体容器10具有底面部段14。图1还示出了声测量转换器20。声测量转换器20优选地构造为超声波测量转换器。声测量转换器20具有发射和接受元件，其构造用于发出并接收声波。声测量转换器20还称为换能器(Transducer)。
[0018]在声测量转换器20和液体容器10的底面部段14之间布置了中间层22。中间层22优选地构造为液体容器10的粘结层或者壁元件。中间层22特别地能够用于声转换器20与底面部段14的耦合。特别地，中间层22例如能够补偿声转换器20的和液体容器10的底面部段14的微小的不平整性。
[0019]在液体12中并且在液体容器10中，还布置了第一参考元件24和第二参考元件26。参考元件24，26优选地构造为板状的。优选地，参考元件24，26由具有金属的材料制成。在其他的实施方式中，参考元件还能够由具有塑料或者陶瓷的材料构成。参考元件24，26将射出的声信号的一部分在声测量转换器20的方向上反射。在此示出的优选实施方式中，参考元件24，26布置成与声测量转换器20和液位L共线的。在其他的实施方式中，该布置还能够具有能够反射声的转向元件。在这种实施方式中，声测量转换器20、参考元件24，26和液位的布置也能够不是共线的布置。
[0020]第一参考元件24具有到液体容器10的底面部段14的第一距离Dl。第二参考元件26具有到液体容器10的底面部段14的第二距离D2。
[0021]图1中还示出了用于确定在液体容器10中的液位L的高度H的装置30。装置30对应有传感器，其能够检测不同的测量参量并且能够分别测定测量参量的值。装置30构造用于根据测量参量中的至少一个求出以下值，借助该值能够求出液体容器10中的液位L的高度H。
[0022]下面要简短介绍在液体容器10处的声测量转换器20的功能:
[0023]声波由声测量转换器20发出并且通过中间层22和液体容器10到达液体12中。根据参考元件24，26到液体容器10的底面部段14的距离Dl，D2并根据液位L的高度H，在液体容器10中由从通过声测量转换器20的发射器发出声信号起到在声测量转换器20的接收器处接收声信号为止的、不同的声信号传输时间Atl，At2，At3。出于更易于辨别的原因，声信号的传输时间Atl，At2，At3以往返路程分别单独示出。下面详细阐述对在液体容器10中的液位L的高度H的确定。
[0024]图2中示意性示出的、用于运行为了确定在液体容器10中的液位L的高度H的装置30的程序，优选地存储在装置30的存储介质上。
[0025]该程序优选地以步骤SlO开始，其中将可能的变量初始化。这优选地在启动声测量转换器20时进行。
[0026]在步骤S12中提供在第一参考元件24和液体容器10的底面部段14之间的第一距离D1。此外，提供在第二参考元件26和液体容器10的底面部段14之间的第二距离D2。随后在步骤S14中继续处理程序。
[0027]在步骤S14中，借助声测量转换器20确定在第一参考元件24处反射的声信号的第一传输时间Atl。此外，借助声测量转换器20确定在第二参考元件24处反射的声信号的第二传输时间At2。此外，确定在液位L处反射的声信号的第三传输时间At3。随后在步骤S16中继续处理程序。
[0028]在步骤S16中，确定在第一传输时间Atl和第二传输时间At2之间的第一传输时间差Δ?_Α。此外，确定在液位L处反射的声信号的第三传输时间Δ?3和第一传输时间Δ tl之间的第二传输时间差Δ t_B。代替第二传输时间差Δ t_B地，确定在液位L处反射的声信号的第三传输时间Δ?3和第二传输时间Δ t2之间的第三传输时间差At_C。随后在步骤S18中继续处理程序。
[0029]在步骤S18中，根据第一传输时间差At_A和在第一参考元件24与第二参考元件26之间的距离D12，求出在液体中的声速c_S。声速c_S特别地根据公式c_S = 2*D12/ Δ t_A来计算。随后在步骤S20中继续处理程序。
[0030]在步骤S20中，根据液体中的声速c_S、第二传输时间差Δ t_B和第一参考元件24到液体容器10的底面部段14的第一距离Dl，确定液位高于液体容器10的底面部段14的高度H。替代地，根据液体中的声速c_S、第三传输时间差Λ t_C和第二参考元件26到液体容器10的底面部段14的第二距离D2，确定液位高于液体容器10的底面部段14的高度H。液位的高度H特别地根据公式H = c_S* Δ t_B/2+Dl或者根据公式H = c_S* Δ t_C/2+D2。随后在步骤S22中继续处理程序。
[0031]在步骤S22中结束该程序。但是优选地，在运行声测量转换器20期间定期地处理该程序。
[0032]一方面存在以下优点，即借助第一传输时间差At_A能够很好地确定声速c_S。为了与中间层22无关地尽可能精确地确定液位L高于液体容器10的底面部段14的高度H，除了确定声速c_S之外，还求出了第二传输时间差At_B和第三传输时间差At_C。因此，确定液位L高于液体容器10的底面部段14的高度H的精确性，仅更多地与时间测量的精确性、确定声速c_S的精确性和确定第一参考元件24或第二参考元件26到液体容器10的底面部段14的距离Dl，D2的精确性相关。
[0033]因此，能够消除中间层22对声信号在声测量转换器20和液位L之间的传输时间的影响。这是特别有利的，因为中间层22对声信号在声测量转换器20和液位L之间的传输时间的影响还能够是温度相关的。因此能够避免，中间层22的制造或装配公差影响对液位L高于液体容器10的底面部段14的高度H的确定。特别地，当例如由于结构性的或者制造技术的原因改变中间层22的材料或厚度时，此时能够省略调整对液位L高于液体容器10的底面部段14的高度H的确定。
【权利要求】
1.一种用于确定在液体容器(10)中的液位(L)的高度⑶的方法，其中 -提供了在所述液体容器中的液体的内部的第一参考元件(24)和第二参考元件(26)，其中，所述第一参考元件(24)具有到所述液体容器(10)的底面部段(14)的第一距离(Dl)，并且所述第二参考元件(26)具有到所述液体容器(10)的所述底面部段(14)的第二距离(D2)， -提供具有发射器和接收器的声测量转换器(20)， -所述发射器发出声信号，并且在所述液位(L)处和在参考元件(24，26)处反射的声信号由所述接收器来获取， -对于由所述接收器获取的所述声信号，确定在由所述发射器发出的且在所述第一参考元件(24)处反射的所述声信号的第一传输时间(Atl)和由所述发射器发出的且在所述第二参考元件(26)处反射的所述声信号的第二传输时间(At2)之间的第一传输时间差(Δt_A)， -确定在由所述发射器发出的且在所述液位(L)处反射的所述声信号的第三传输时间(At3)和所述第一传输时间(Atl)之间的第二传输时间差并且 -根据所述第一传输时间差(Δ?_Α)、所述第二传输时间差(At_B)和所述第一参考元件(24)到所述液体容器(10)的所述底面部段(14)的所述第一距离(Dl)，确定所述液位(L)高于所述液体容器(10)的所述底面部段(14)的所述高度(H)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中 -根据所述第一传输时间差(Δ?_Α)和在所述第一参考元件(24)和所述第二参考元件(26)之间的预设距离(D12)求出所述液体中的声速(c_S)，并且 -根据所述液体中的所述声速(c_S)、所述第二传输时间差(At_B)和所述第一参考元件(24)到所述液体容器(10)的所述底面部段(14)的所述第一距离(Dl)，确定所述液位高于所述液体容器(10)的所述底面部段(14)的所述高度(H)。
3.—种用于确定在液体容器(10)中的液位(L)的高度⑶的方法，其中 -提供了在所述液体容器中的液体的内部的第一参考元件(24)和第二参考元件(26)，其中，所述第一参考元件(24)具有到所述液体容器(10)的底面部段(14)的第一距离(Dl)，并且所述第二参考元件(26)具有到所述液体容器(10)的所述底面部段(14)的第二距离(D2)， -提供具有发射器和接收器的声测量转换器(20)， -所述发射器发出声信号，并且在所述液位(L)处和在参考元件(24，26)处反射的声信号由所述接收器来获取， -对于由所述接收器获取的所述声信号，确定在由所述发射器发出的且在所述第一参考元件(24)处反射的所述声信号的第一传输时间(Atl)和由所述发射器发出的且在所述第二参考元件(26)处反射的所述声信号的第二传输时间(At2)之间的第一传输时间差(Δt_A)， -确定在由所述发射器发出的且在所述液位(L)处反射的所述声信号的第三传输时间(At3)和所述第二传输时间(At2)之间的第三传输时间差(At_C)，并且 -根据所述第一传输时间差(Δ?_Α)、所述第三传输时间差(At_C)和所述第二参考元件(26)到所述液体容器(10)的所述底面部段(14)的所述第二距离(D2)，确定所述液位(L)高于所述液体容器(10)的所述底面部段(14)的所述高度(H)。
4.根据权利要求3所述的方法，其中 -根据所述第一传输时间差(Δ?_Α)和在所述第一参考元件(24)和所述第二参考元件(26)之间的预设距离(D12)求出所述液体中的声速(c_S)，并且 -根据所述液体中的所述声速(c_S)、所述第三传输时间差(At_C)和所述第二参考元件(26)到所述液体容器(10)的所述底面部段(14)的所述第二距离(D2)，确定所述液位高于所述液体容器(10)的所述底面部段(14)的所述高度(H)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述声测量转换器(20)是超声波测量转换器。
6.一种用于确定在液体容器(10)中的液位(L)的高度⑶的装置，所述装置构造用于 -提供在所述液体容器中的液体的内部的第一参考元件(24)和第二参考元件(26)，其中，所述第二参考元件(26)具有到所述第一参考元件(24)的第一距离(Dl)和到所述液体容器(10)的底面部段(14)的第二距离(D2)， -提供具有发射器和接收器的声测量转换器(20)， -通过所述发射器发出声信号，并且通过所述接收器来获取在所述液位(L)处和在参考元件(24，26)处反射的声信号， -对于由所述接收器获取的所述声信号，确定在由所述发射器发出的且在所述第一参考元件(24)处反射的所述声信号的第一传输时间(Atl)和由所述发射器发出的且在所述第二参考元件(26)处反射的所述声信号的第二传输时间(At2)之间的第一传输时间差(Δt_A)， -确定在由所述发射器发出的且在所述液位(L)处反射的所述声信号的第三传输时间(At3)和所述第一传输时间(Atl)之间的第二传输时间差并且 -根据所述第一传输时间差(Δ?_Α)、所述第二传输时间差(At_B)和所述第一参考元件(24)到所述液体容器(10)的所述底面部段(14)的所述第一距离(Dl)，确定所述液位(L)高于所述液体容器(10)的所述底面部段(14)的所述高度(H)。
7.一种用于确定在液体容器(10)中的液位(L)的高度⑶的装置，所述装置构造用于 -提供了在所述液体容器中的液体的内部的第一参考元件(24)和第二参考元件(26)，其中，所述第二参考元件(26)具有到所述第一参考元件(24)的第一距离(Dl)和到所述液体容器(10)的底面部段(14)的第二距离(D2)， -提供具有发射器和接收器的声测量转换器(20)， -通过所述发射器发出声信号，并且通过所述接收器来获取在所述液位(L)处和在参考元件(24，26)处反射的声信号， -对于由所述接收器获取的所述声信号，确定在由所述发射器发出的且在所述第一参考元件(24)处反射的所述声信号的第一传输时间(Atl)和由所述发射器发出的且在所述第二参考元件(26)处反射的所述声信号的第二传输时间(At2)之间的第一传输时间差(Δt_A)， -确定在由所述发射器发出的且在所述液位(L)处反射的所述声信号的第三传输时间(At3)和所述第二传输时间(At2)之间的第三传输时间差(At_C)，并且-根据所述第一传输时间差(Δ?_Α)、所述第三传输时间差(At_C)和所述第二参考元件(26)到所述液体容器(10)的所述底面部段(14)的所述第二距离(D2)，确定所述液位(L)高于所述液体容器(10)的所述底面部段(14)的所述高度(H)。
【文档编号】G01F23/296GK104428640SQ201380036348
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年6月27日 优先权日:2012年7月12日
【发明者】彼得·迈尔, 卡尔-弗里德里克·普菲菲尔 申请人:大陆汽车有限责任公司