本发明涉及用于检测普通介质(如液体、流体物质、粉末材料，或处于松散或散装状态的材料等)的水平的传感器装置。本发明特别关于车辆上使用的电容型水平传感器而开发。
背景技术：
水平传感器在各种环境中使用，用于检测普通容器(如罐)中存在的液体的剩余量。这些传感器的一些类型基于浮子的使用，而其它类型基于电量(如电导率/电阻率或电容)的测量。
一些类型的电容式水平传感器用于机动车辆罐或储蓄器中，特别是设计成容纳燃料或添加剂(如含乙醇或尿素的溶液)的机动车辆罐或储蓄器。在这些情况下，通常在操作上与罐相关联的是加热器装置，其可触动成防止液体的冻结，或解冻已经冻结的液体。
例如，电容型传感器装置从wo2015/181770a中已知，权利要求1的前序部分基于该电容型传感器装置。在该解决方案中，水平传感器包括至少一个温度传感器，其用于检测环境条件并且可能在数学上补偿关于水平测量的信息，特别是在于临界温度下应用的情况下，其中差分测量关于参考电极的使用可不足以保证误差的补偿。
以上已知的传感器装置在一定程度上受到与传感器本身必须操作的低温和高温(包括液体的冻结的条件和液体的加热的条件)有关的问题的影响。具体而言，由已知传感器执行的测量可证明在其中容纳在罐中的液体在不同高度处呈现不同温度的那些状态下是不精确的，假设经由传感器的电容元件检测的电容或阻抗的值随温度变化而改变。例如，考虑容纳仅部分冻结并且仅在靠近加热器的底部区域中解冻结的大量尿素溶液的罐的情况。液体的温度将在加热器附近的加热温度(例如，60℃)与仍然冻结的区域附近的解冻温度(例如，0℃)之间变化。已知的电容式传感器因此呈现未实现精确测量并且经受环境干扰的缺点。
技术实现要素：
在其大体方面，本发明的目的在于提供一种生产简单且便宜的水平传感器装置，其区别在于使用和生产的高度灵活性，并且大致上免受以上强调的问题。根据本发明，该目的以及下文中将更清楚地显现的其它目的由水平传感器装置和对应的方法(呈现在所附权利要求中指定的特征)实现。权利要求构成了在本文中关于本发明提供的技术教导的集成部分。
附图说明
本发明的另外的目的、特征和优点将参考附图从随后的描述显现，该附图仅经由非限制性实例提供，并且其中：
图1和图2为根据本发明的水平传感器装置在普通容器(如罐)上的安装的两种可能的备选构造的部分截面的示意性透视图；
图3和图4为根据本发明的一个实施例的水平传感器装置的从不同角度的示意性透视图；
图5为根据本发明的可能的实施例的水平传感器装置的部分截面示意性透视图；
图6为根据本发明的可能的实施例的水平传感器装置的局部分解示意图；
图7和图8为根据本发明的可能的实施例的水平传感器装置的电路的从不同角度的示意性透视图；
图9为旨在示出根据本发明的可能的实施例的水平传感器装置的电极的连接的可能构造的局部和示意性表示；
图10为旨在例示根据图9的水平传感器装置的可能的电路构造的局部和示意性表示；
图11为根据本发明的实施例的传感器的检测部分的示意性表示；
图12为旨在例示温度变化对已知电容型水平传感器装置的电极的检测动态的影响的图示；
图13为类似于图12的图示的图示，旨在例示根据本发明的实施例的在水平传感器装置中使用的第一补偿方法；
图14为类似于图12的图示的图示，旨在例示根据本发明的实施例的在水平传感器装置中使用的第二补偿方法；
图15为根据本发明的又一实施例的传感器的检测部分的示意性表示；
图16为旨在例示根据本发明的水平传感器装置的检测电极的检测的动态的示意性表示；
图17为旨在示出根据本发明的可能的备选实施例的水平传感器的电极的连接的又一可能构造的示意性表示；以及
图18为类似于图10的局部和示意性表示的局部和示意性表示，旨在例示根据本发明的可能的实施例的水平传感器装置的使用的可能条件。
具体实施方式
在本说明书的框架中对“实施例”或“一个实施例”的提及旨在指示关于实施例描述的特定构造、结构或特性包括在至少一个实施例中。因此，可存在于本说明书的各个点中的短语(如“在实施例中”、“在一个实施例中”等)不一定是指同一实施例，而是相反地，可指不同的实施例。此外，在本说明书中限定的特定形态、结构或特性可在一个或更多个实施例中以任何适当的方式组合，甚至与表示的不同。本文中出现的附图标记和空间参考(如“顶部”、“底部”、“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”等)仅为了方便而使用，并且因此不限定保护的领域或实施例的范围。
在本说明书中，用语“梯度”意味着表示可由至少一个方向上的量或标量场的向量函数来呈现的不同值的分布。在下文中，该用语优选称为温度梯度，即，称为在至少一个方向，如水平传感器装置的测量轴线上的温度变化。然而，表达为“梯度”并且与“梯度”相关联的构思还可指其它量或值，如沿着水平传感器装置的流体或液体的组成的梯度或变化。
在附图中，相同的附图标记用于表示类似于或技术上等同于彼此的元件。
在图1中，附图标记1总体上表示普通容器(特别是罐)(用于普通流体介质或处于松散或散装状态的材料)。罐1具有优选由电绝缘塑料材料制成的主本体。本身已知类型的加热器可以可能与罐1相关联，该加热器用于加热罐本身和/或其内容物(例如在冻结的情况下)。电加热器由eh指定的块在附图中示意性地表示。
罐1可例如为装备机动车辆的罐。在一个实施例(如本文中例示的实施例)中，罐1将装备带柴油发动机的车辆，并且容纳在罐1中的液体为还原剂，如水溶液中的尿素溶液(例如由scr(选择性催化还原)系统(即，用于减少由柴油发动机产生的废气中的氮氧化物的排放的系统)使用的、商业上称为adblue(即，在软化水中大约32.5％的尿素溶液)的类型)。
在示出的示意性实例中，罐1具有上壁2，其中开口设有填充器盖3，用于利用液体补充加注。罐1的壁(例如其底壁4)接着具有不可见的出口开口，液体经由该出口开口出来或者例如经由泵抽回，以将液体供应至scr系统。再次在上壁2处，罐1具有由5表示的第二开口，其中其密封地固定至根据本发明的可能的实施例的水平传感器装置的本体。如总体上由10表示且在下文中也简称为“水平传感器”的水平传感器装置安装成以便根据水平的检测的轴线(由x表示)延伸，该轴线优选地大致上竖直，但是(如果需要)可相对于竖直方向倾斜。
传感器10具有检测部分11，其在罐1内至少部分地延伸。检测部分11的远端端部区域优先与罐的底壁4接触或者在离罐的底壁4的微小距离处，即，在非常靠近用于输出或吸入液体的开口的高度的高度处，以便能够检测罐中的甚至非常低的水平的存在。优先地，检测部分11的近端端部区域在罐1内以相对靠近上壁2的高度延伸。在示出的实施例中，传感器10的本体在其上部部分中具有用于固定至罐的上壁2的元件。在实例中，这些器件由具有相关螺纹(未指示)的凸缘形成物表示。然而，该实施例不被认为是以任何方式限制，还可能存在用于使传感器10的本体固定的不同解决方案，其中的一些在下文中例示。
在图1的实例中，传感器10从上方固定，即，与罐的上壁2相关联。然而，在其它实施例中，传感器可从下方固定，即，固定至底壁4。这种类型的实施例在图2中示意性地示出，其中传感器10密封地安装在开口5处，此处限定在底壁4中。此外，在该实施例中，检测部分11的近端端部区域(此处可被限定为“下”)在靠近底壁4的位置，而远端端部区域(此处可被限定为“上”)位于相对靠近上壁2的高度处。
在图3和图4中，根据实施例的传感器10以不同的角度被隔离地表示。在部分11的近端端部处，传感器10的本体10a限定了盒形壳体12，其还包括大体上中空的连接器本体12a，大体上中空的连接器本体12a设有优选地从壳体的侧壁突出的下文中提到的电气终端。壳体12优选地设有封闭盖子13，封闭盖子13可例如经由壳体12的塑料材料与盖子13的塑料材料之间的焊接装固在密封位置。
在壳体12与部分11之间，传感器10的本体10a优先地限定部分或形成物14，其用于密封联接于相应的开口，用于在罐上的安装。形成物14限定用于至少一个密封元件15的至少一个座位，该至少一个密封元件15还可以可能执行传感器10相对于罐的弹性安装的功能。在图3和图4中，接着由12b表示的是用于固定传感器的本体10a的已经提及的凸缘形成物，其此处限定在壳体12的底部处。
在图5中，根据一个实施例的传感器10部分截面地表示，以便强调其本体10a如何为中空的，用于收纳水平检测构件。从该图，可特别注意到，传感器的本体10a如何在检测部分11处限定具有大体上细长形状的中空壳16。在示出的实例中，壳16具有大体上棱柱形(特别为大致平行六面体)的形状。更大体上，传感器10具有至少一个绝缘层，用于将其电极(在下文中描述)与罐1的内部电绝缘。在一个实施例中，本体10a或者直接或间接地暴露于液体的至少其部分(壳16和可能地，附接部分14)由可模制的热塑性材料制成。
再次在图5中，可注意到，电气和电子检测构件如何收纳在由传感器10的本体限定的腔(总体上由h表示)中。在优选的实施例中，这些构件安装在提供电路支承件的电绝缘基底20上。支承件20由适合于生产印刷电路的材料制成，如fr4或类似的复合材料，像玻璃纤维，或者陶瓷材料或聚合物基材料，优选为能够模制用于提供支承件20的材料。
在电路支承件20中识别将接收在壳体12中的第一部分20a和将接收在壳16中的第二部分20b。在壳16内部，还可提供合适的凝胶，如wo2015/181770a中描述的。与支承件20的部分20a普遍相关联的是用于控制传感器10的电子构件，以及用于传感器10的外部电连接的对应终端。相反地，与支承件20的部分20b相关联的是检测构件(包括一系列电极)。这些电极中的一些由图5中的字母j表示，后面是识别从检测部分11(即，支承件20的部分20b)的近端端部(电极j1)延伸至远端端部(电极jn)的系列中的电极的位置的数字。
在示出的实例中，提供了单个电路支承件，其中限定了部分20a和20b，但是在可能的变型实施例中，可设想借助于合适的电互连器件和可能地机械互连器件连接在一起的许多电路支承件(例如，对应于部分20a的电路支承件和对应于部分20b的电路支承件，其中电导体或连接器用于将一个部分的导电路径连接于另一部分的导电路径)。
在图6中，根据本发明的实施例的水平传感器借助于分解视图表示，从该分解视图可注意到以上已经识别的各个部分。在该图中可见的是优选具有大体上扁平的形状的、例如经由从金属带冲压和/或冲切获得的由21表示的前面提及的终端，其连同相对于壳体12固定的连接器本体12a提供用于传感器10例如至机载于车辆上的scr系统的控制单元的外部连接的对接部。在一个实施例中，各个终端21具有薄片接触部分21a和窄互连部分21b，薄片接触部分21a将定位在连接器本体12a的腔内，窄互连部分21b设计用于与存在于支承件20上(特别是在下文中描述的其部分20a中)的相应触点22电和机械联接。
总体上再次在图6中可见的是支承件20，其具有对应的部分20a和20b以及对应的相关电气和电子构件。同样的支承件20还在具有其主要面的相对视图的图7和图8中隔离地表示。具有大体上细长且优选为扁平的形状的电路支承件20具有与其相关联的、在其主要面中的一个(此处照惯例限定为“背部”)上的控制电路布置，该控制电路布置总体上由23表示，优先地包括电子控制器24(例如，微控制器)。控制器24优选包括至少一个逻辑处理和/或控制单元、存储器，以及输入部和输出部(在它们之中模拟/数字类型的输入部)。控制器可例如为由代码pic16f1517(由microchiptechnologyinc制造)识别的微处理器，或由代码cy8c24894-24lfxa或cy8c4245axi(由cypresssemiconductorcorporation制造)识别的微处理器。
电路布置23的构件连接于设在部分20a中的导电路径，其例如在图8中可见，并未由附图标记指示。在支承件的部分20b的背部上接着提供用于图5的电极j(优选具有用于在不同表面上的路径之间的连接的金属化孔)以及可能的其它构件至布置23的电连接的一组导电路径25。
电路包括特别地设在对应的电路支承件20上的至少一个温度传感器，特别是ntc型的传感器。此类传感器可安装在支承件20的部分20b的远端端部区域和近端端部区域中的至少一个处。在表示的实例中，安装在支承件20的部分20b(特别是在其背部)上的是两个温度传感器26和27，它们在部分20b的相对端部区域中，经由对应的传导路径连接于电路布置23。假定传感器10在图2中示出的类型的罐1中的安装，温度传感器27可用于检测液体的温度，而在安装状态下定位成更靠近罐的上壁的传感器26可用于检测液体上方的罐的内部体积中存在的温度(例如，空气的温度)。特别是具有两个温度传感器26和27的、表示的类型的构造例如通过在软件层处反转功能(以及特别是两个传感器26,27的功能以及电极j的功能)而实现传感器10在罐1中的安装(既在图1的构造中又在图2的构造中)。温度传感器可以可能设在支承件的部分20a内，即，在壳体12内。
在各种实施例中，出于下文中描述的目的，设想了沿着成系列电极j的发展的许多温度传感器，它们中的至少一个在阵列本身的两个端部电极之间的中间位置。
在图8中，支承件20的前部清晰可见，布置在支承件20的部分20b中的是电极j，仅指示了其中的一些。在表示的非限制性实例中，电极j(编号37)根据沿支承件的部分20b的纵向(即，沿着检测轴线x)延伸的阵列布置，以预限定且优选均一的方式设定在离彼此的一距离处。电极j由导电材料(例如，金属材料或金属合金)制成，并且与支承件20的部分20b的前部相关联。电极j优选与彼此共面并且可例如呈压印或施加在支承件20上的板或薄片的形式，或者由例如利用丝印技术等沉积在支承件20上的导电层(类似于路径25)构成。
如提及的，在一个实施例中，支承件20具有三个孔(在图7和图8中部分可见，它们中的一个由f表示)，其包含用于在电极j(设在部分20b的前部上)与导电路径25(存在于支承件20的同一部分的背部上)之间的电连接的传导材料。
在各种实施例中，电极j彼此相等，并且可例如制造有20mm(长度)×2mm(高度)的尺寸，并且设定在离彼此2mm的距离处。对于在长度方面小于100毫米的水平传感器而言，或者在其中期望提高传感器的敏感部分的区域中的分辨率的情况下，可能的是，精确地减小电极的大小，并且因此还减小它们之间的距离，以获得更高的测量分辨率：在这些情况下，电极可具有例如15mm(长度)×1mm(高度)的尺寸并且可设定在离彼此的1mm处。为了最大化关于液体(例如，关于本文中考虑的液体adblue(或者具有尿素或不同的还原剂的一些其它溶液))的测量的动态，此外，优选地针对电极的长度的任何值来确定电极的大小，以使一个电极的高度等于两个毗连电极之间的距离。优选地，两个毗连电极j之间的间隔将为使它们与待检测的水平的介质分离的壁的厚度的两倍。
如将看见的，在另一方面，根据可能的变型实施例，传感器20可设想成组电极的形状和/或大小与彼此不同。
如看见的，在迄今为止提及的实施例中，水平传感器10包括电容元件j1-jn的阵列(在迄今为止示出的实例中，“n”等于37)。实际上，各个电极j连同对应的控制电子装置提供，并且优选与至少一个其它电极j、一种电容式接近传感器组合提供或者关于它们提供，该一种电容式接近传感器能够检测介质的存在或不存在，而甚至不与后者直接接触。
这种操作基于电容器的电容的检测的原理：两个电极j构成电容器的敏感侧(代表其板)，并且将它们分离的介质表示电介质，因此引起大致上预限定的电容(出于本发明的目的，用语“电容”是指电容值或电容阻抗值的检测)。另外的介质在两个电极j中的一个附近的存在或不存在确定了控制电子装置能够检测的、前述大致上预限定的电容的变化或扰动。
在本文中考虑的应用中，各个电极j因此能够根据在其前面的液体的存在或不存在来提供至少两种不同的电容结构，即，至少：
-第一电容结构，其在电极j面向液体时(即，在罐中的液体的水平在对应于考虑的电极j或在考虑的电极j上方的位置时)具有第一电容值；以及
-第二电容结构，其在电极j不面向液体时(即，在罐中的液体的水平低于考虑的电极j时)具有第二电容值。
在示出的优选实施例中，如看见的，电极j相对于液体被隔离，就它们容纳在电绝缘且不透流体的壳16中来说：电极j面向的壳16的壁与电绝缘基底或支承件20和/或空气和/或可能的凝胶一起可因此被认为等同于一种电介质。
各个电极j优选单独地，但是也可能与至少一个其它电极j并行地电连接于属于电路布置23的控制器24的多个输入部中的相应输入部。
控制器24大致上预先布置(即，其包括器件)，用于至少在上述第一电容值和第二电容值之间区分与各个电极j相关联的电容值，并且因此用于识别罐中的至少一个液体-空气转变，其指示介质的水平。在优选实施例中，控制器24执行电极j所连接的输入部上存在的电容值的顺序采样，以便识别上述转变。
控制器24优先为设有存储器器件和/或模拟-数字转换器的数字微电子控制器。在任何情况下，应当注意的是，控制器24和/或前述存储器的功能可经由专用外部电路来至少部分地实施。例如，在优选实施例中，控制器24由实施至少一个模拟-数字转换器模块和/或存储器器件的微控制器构成，但是在其它实施例中，控制器24可包括微控制器(或微处理器或asic或fpga集成电路)和至少一个集成电路(外部或独立的)，其专用于执行优选为可重写类型的存储器(例如，flash或eeprom)和/或模拟-数字转换器的功能。
图9为控制器24的示意性表示，仅经由实施例，控制器24包括经由对应的传导路径25连接于单个构造中(即，不与其它电极共同连接或并行地连接)的许多电极j的“n”个信号输入部in(此处它们为数字20)。图9旨在阐明根据本发明的传感器的大体操作原理。
在优选的实施例中，输入部in中的各个上的电容值的检测例如基于电压的测量，或者通过将输入部处的电容转换为等效电阻以及接着将测量的电流经由等效电阻转换成数字计数而间接地进行。在这些情况下，优先地，控制器24的输入部in为模拟输入部，并且控制器实施模拟-数字转换器或者具有与其相关联的模拟-数字转换器。在量化过程之后，上述值在控制器24内数字化成采取纯数或原始数据的形式。
在各个实施例中，与各个输入部in相关联的是采样或测量电路，其包括可控开关和电容器，此处还限定为采样开关和采样电容器。可控开关可在第一位置(其中采样电容器连接于电压源)与第二位置(其中电容器连接于相应的电极j(或者连接于并行连接的许多电极j))之间切换。优先地，该电压为直流电压，例如，电路布置23的供应电压。优选地，控制器24包括或具有与其相关联的器件，该器件用于使输入部in(即，对应的电极j)中的一个或更多个(除了每次为了测量的目的而考虑的输入部in之外)电断开或接地连接，以及器件，该器件用于使可控开关从第一位置切换至第二位置，以便以与电容值成比例的方式使采样电容器放电，该电容值与对应的电极j(或者共同连接的成系列电极j)相关联。在一个实施中，可设想所有输入部in(或电极j)的接地连接，除了每次为了测量的目的而考虑的输入部in之外。在可能的变型实施例中，代替接地连接，除了为了测量的目的而考虑的输入部in之外的一个或多个输入部in(即，对应的电极j)可连接于不同的预限定电势，即，不同的参考电压，优选为电势或电压，其不同于每次为了电容的测量的目的而考虑的输入部in或电极j上的电压(例如，正供应电压与接地中间的电压，或者负电势或电压)。
此外，控制器24具有用于确定在可控开关处于其第二位置时的输入部in上的电压的器件，该电压指示与电极j(或并行的成系列电极j)相关联的电容。控制器24接着具有控制器件或比较器器件，用于将存在于输入部in上的确定的电压与至少一个对应的参考值或阈值进行比较，并且由此推断液体是面向还是不面向电极j(或共同连接的成系列电极j中的电极中的至少一个)。
在一个实施例中，输入部in的扫描或采样使用与模拟-数字转换器相关联的采样和保持电路来执行，并且进行各个电极j(或成系列电极j)的电容的测量，作为关于电路的固有电容的测量的比较。
根据图9的构造的传感器(即，具有连接于控制器24的相应输入部的单个电极)的操作的实例在图10中示意性地示出。应当注意的是，在该图中表示(仅出于更清楚的原因)的是从上方安装的水平传感器(即，呈图1的构造)。然而，对应的电极j以与图9中相同的顺序示出(因此，具有在底部处的电极j1以及在顶部处的电极jn)。此外，在图10的构造中，提供至少一个温度传感器，此处定位在位于最低位置的电极j1处的温度传感器27连接于控制器24的至少一个对应的输入部ints。在实例中，传感器27还连接于合适的参考输入部或节点inref。
在图10中可见的是罐1，其内部为传感器的检测部分11，即，容纳在对应壳16中的电极j1-jn，电极j1-jn至少部分地浸入由l表示的液体中(支承体20在此处为了更清楚而没有表示，并且考虑到，在可能的实施例中，壳16本身可执行支承件20的功能)。在示出的实例中，控制器24的模拟输入部in仅连接于多路复用器器件，在此处由优选在控制器本身中实施的多路复用器mtp表示，多路复用器mtp大致上操作为电子多路开关，与其相关联的是采样和保持电路(例如包括保持电容器chold和采样开关ss)。开关ss可在用于连接于电压vdd(例如，控制器24的供应电压)的第一位置与用于连接于多路复用器mtp的输出部的第二位置(即，用于连接于电极j的位置)之间切换。
如所述的，控制电路布置23或其控制器24可包括用于使将一个或更多个输入部in(即，对应的电极j)接地连接的器件，除了每次连接于采样和保持电路的输入部in之外。在例如图10的情况下，多路复用器mtp建立成以便每次将各个输入部in切换至采样和保持电路和将其它输入部in(可能为所有)中的一个或更多个切换至接地，如由图10中示出的接地的符号gm示意性地表示的。如提及的，代替接地连接，可设想连接的开启，或者可设想至不同的预限定电势的连接(从该角度，符号gm还可理解为表示至上述预限定电势的连接)。
经由多路复用器mtp，输入部in以及因此电极j顺序地连接于开关ss。如所述的，当输入部in中的各个由多路复用器mtp连接于开关ss时，多路复用器还接地连接或者连接于不同的预限定电势，其它输入部in中的一个或更多个，优选至少对应于电极j的输入部in定位成邻近于每次连接于采样电路的电极j或者在其附近。
开关ss在第一位置(用于对电容器chold充电)与第二位置(用于电容器本身至当前由多路复用器mtp选择的输入部in并且因此至对应的电极j的连接)之间以与多路复用器mtp的操作同步的方式循环切换。在开关ss处于其第二位置的情况下，基本上确定电容器chold的电容和与所考虑的电极j(在此处呈现为电极j1)相关联的电容之间的电荷平衡。换句话说，利用该电荷平衡，电容器chold以与由电极j1和电极j2(邻近于电极j1)限定的电容器的电容成比例的方式放电，并且接地连接或连接于上述不同的预限定电势(应当考虑的是，为了上述检测或放电的目的，还有其它相邻的电极j可作出贡献，如被表示的电极j3，如果电极j3接地连接或连接于不同的预限定电势(但是以可忽略的方式)，并且因此为了系统的操作的更简单且更清楚的阐释的目的，在本文中不予考虑)。经由a/d转换器接着确定的是电容器chold的电荷(即，剩余电压)的量。表示该电荷的数据(原始数据)接着与预限定的参考值或阈值进行比较，以便推断考虑的电极j1是否面向液体l，即，电极j1是否呈现了先前提到的第一电容结构或构造或者第二电容结构或构造。
如以上阐释的，当至少一对电极j面向液体l时，即，当检测电极j和处于接地或不同电势的至少一个电极j面向液体(例如，图10的电极j1和j2)时，与其相关联的是第一电容值，而在相反的情况下(如针对图10的电极jn-1和jn)，与其相关联的是与第一值不同的第二电容值。
在电容器chold和电极j1的电荷之间的上述平衡之后，表示横跨电容器和/或输入部in1的电压值的原始数据可与先前储存在控制器24中的给定的参考阈值大致上一致，或者高于或低于其。例如，在一个实施例中，控制器24可编程成以使在等于或高于预限定阈值的电压或原始数据的输入部in处的检测指示以下事实：考虑的电极面向液体l(如在电极j1的情况下)，而在低于阈值的电压或原始数据的输入部in处的检测指示以下事实：电极不面向液体(如在电极jn-1的情况下)。
如可认识到的，通过执行描述的顺序采样，控制器24能够识别与罐1中的液体-空气转变对应的两个电极j。一旦检测到液体-空气转变的存在，控制器可基于以下事实来推断液体的水平：与低于阈值的电压值所相关联的两个电极j中的电极为空气中的第一电极(或者相反地，与等于或高于阈值的电压值所相关联的电极为面向液体的最后电极)。为了该目的，在存储器器件中和/或在装备控制器24的程序或软件中，优先储存或预限定的是表示与各个电极j的位置对应的长度(高度)，或者在沿测量轴线x的方向的电极j之间的距离的任何情况下的值的信息，以使建立或计算关于预限定的测量单元的水平为可能的。传感器10的电子装置特别地经由其电子连接器朝向外部传输或生成信号，该信号表示关于各个电极的状态(如空气中或液体中的状态)的水平信息和可能的信息，以及/或者由各个电极检测的值和/或与其相关联的值。
将认识到的是，参考图10描述的操作还可利用与例示的电路不同但在技术上等同的电路来执行。例如，可与控制器24的各个输入部in相关联的是执行以上描述的采样和保持电路的功能的相应电路，其具有上述电路与a/d转换器之间的多路复用器mtp。另一种可能性在于为各个输入部in提供采样或测量电路，该采样或测量电路例如执行直接与a/d转换器对接的、以上描述的采样和保持电路的功能。
电容以非线性方式取决于温度，并且出于该原因，各个独立的电极j应当在温度方面理想地补偿。然而，为了执行此类补偿，将必要的是知道各个独立电极j的有效实际温度，即，在各个独立电极j附近提供温度传感器。
假设以与电极的数量“n”对应的数量提供多个温度传感器将带来装置10的成本和尺寸方面的不可忽略的增加，根据本发明的方面，给定的电极(本文中大体上被称为电极jx)的温度补偿基于可从电极jx-1(即，紧接在所考虑的电极下面的电极)推断出的信息进行。换句话说，根据该方面，系列的先前电极(jx-1)实际上实现了系列的下一电极(jx)的“虚拟温度传感器”的功能(考虑到以下事实：由于讨论中的两个电极彼此相对接近(大约1-2毫米)，故它们之间的温度差异不可太高)。
以该方式，根据该发明方面，设想用于传感器10的温度传感器的数量可比电极j的数量“n”小得多，并且可能限于仅一个温度传感器。
在各种实施例中，使用仅一个温度传感器，如传感器27，其基本上设定在对应于阵列的低电极(此处由电极j1表示)的位置。该解决方案可在所有电极j彼此相同(即，具有相同的大小)，并且优选地全部以与彼此相隔的相同距离或者在任何情况下以与彼此相隔的已知距离布置时方便地采用。
针对这一点的原因在于，下文中描述的计算的方法设计成消除漂移和/或共模误差(温度、老化、流体物理特性(如介电常数和电导率等)的变化)的所有起因，并且出于该原因，可优选地应用于在大小和形状方面具有相同几何形状的电极阵列。
如将看见的，在其中使用具有不同形状和/或大小并且/或者以相隔的不同距离设定的许多组电极的其它实施例中，使用的温度传感器的数量优选地等于电极的几何形状和/或它们的距离方面的不连续点的数量，如下文中例示的。在另一方面，在其中提供对应于不连续点的数量的许多温度传感器(优选地在各个不连续点处提供一个温度传感器)为不可能(例如，由于缺少可用空间)的情况下，针对校准阶段中的各个不连续点限定值的适当变化或偏移为可能的。
图11例示了检测部分11的情况，检测部分11具有一系列电极j，与其相关联的是设定在第一电极j1(即，最低电极)处的仅一个温度传感器27。
在传感器10的使用期间，借助于各个独立电极j检测的信号(如以上描述的)在控制器24内被数字化，并且在量化过程之后呈现纯数的形式。如先前指示的，该信号在此处被称为“原始数据”。该原始数据将具有(在考虑的电极附近的给定温度下)在电极本身位于空气中时的第一明确限定的值以及第二同等明确限定的值，然而，该第二同等明确限定的值在电极位于液体中时与第一明确限定的值非常不同。
在装置的校准的阶段期间，通过以上阐释的程序，在控制器24内实施的数学因此根据后者是在空气中还是在液体中来使针对各个电极的两个明确限定的值相关联。在典型的实施中，例如在电极j1处的25℃的温度下，我们将具有例如：
空气中的电极原始数据=0
液体中的电极原始数据=10000。
在电极j1处的温度变化的事件下，传感器10的物理特性变化，并且对测量的影响由针对各种电极j的原始数据的移位来表示。例如，图12强调了在电极j1处的三种不同的温度条件(对应于-40℃、+25℃，以及+85℃)下发生的情形。
如可注意的，在示意性实例中，空气中的状态与液体中的状态之间的差总是等于10000：然而，原始数据的值在-40℃时翻译为-2000，并且在+85℃时翻译为+2000。换句话说，曲线在低于25℃的温度下朝向图的底部平移，并且在高于25℃的温度下朝向图的顶部平移(应当考虑的是，为了便于理解，在示意性实例中，在空气中的电极和液体中的电极的情况下的温度的变化指示为具有相同的值，即，具有准线性变化：然而，实际上，这些变化还可具有以非线性方式变化的不同值)。
为了测量的正确解释，温度校准因此变得必要，该温度校准具有在其可能的操作范围内维持针对传感器可工作的所有温度的预先建立的动态(例如，在25℃下限定的动态)的效果。为了获得这一切，必要的是，具有从至少一个温度传感器的可获得的信息，并且如所述的，在优先构造中，温度传感器27因此设在水平传感器的第一测量电极j1处。
可获得关于电极j1工作的温度的信息，这是由于温度传感器27在与电极j1相同的区域中的物理定位(尽可能接近与结构约束相容，例如在对应于电极j1但位于支承件20的相对侧上的位置，如图7-8中的)，可能的是，基于将在下文中描述的校准程序来应用数学补偿，以便获得针对操作范围内的所有温度的相同的测量动态。
应当考虑的是，在真实的应用中，沿着水平传感器10的测量轴线存在不同的温度为可能的。典型地，水平传感器10安装在填充有液体的容器内，并且在那里可发生环境温度方面的变化。考虑到例如其中容器为从温暖的地方(如车库)移动至寒冷的地方(如冬季的外部环境)的机动车辆的罐的情况。类似的温度变化还可由于设定在容器附近的加热元件的触动而引起。考虑到例如其中容器为用于scr系统的尿素溶液的罐的情况，在该罐的底部处安装的是加热器，该加热器设计成在机动车辆的冷启动时解冻液体(如图2中示意性表示且由eh提到的加热器)。在这些情形下，可注意到全部沿着水平传感器的检测部分11的温度梯度，其中在一个端部(例如，靠近加热器eh的罐1的底部)处，将存在某一温度(例如，50℃，如图11中示意性地表示的)，而在另一端部(例如，可较冷的罐的上部区域，或可冻结的其内容物)处，将存在非常不同的温度(例如，0℃，如图11中示意性地表示的)，并且沿着检测部分11，存在于容器中的流体将产生温度梯度(在图11的实例中，流体的温度从底部部分中的上述50℃变化至上部部分中的0℃)。
该温度梯度的影响在于，将水平传感器的端部之间存在的较大温度差分配到位于传感器的某些点中的较小温度差中；即，在一个电极jx与下一个电极jx-1之间，差将仅为少许度。两个毗连电极之间的该较小温度差导致对两个电极之间的动态的测量的最小影响，并且因此与其中温度传感器用作所有电极的参考的情况相比为可忽略的。
考虑到具有彼此相同的尺寸和几何形状并且因此具有相同的温度特性的电极j，可能的是，针对第一电极j1之后的电极构造温度补偿，对于该电极而言，由温度传感器27提供的物理测量为可用的。换句话说，系列的先前电极(jx-1)可用作针对下一个电极(jx)的温度参考和/或温度补偿值。
该类型的温度补偿的可能的方法论如下：
i)测量针对电极j1的原始数据“p1”的值；
ii)电极j1处的有效温度使用定位在与电极j1相同的区域中的温度传感器27来测量；
iii)补偿数学使用传感器27和电极j1的测量结果来应用，以获得针对温度补偿的电极j1的原始数据“p1comp”；
iv)测量针对电极j2的原始数据“p2”的值；
v)差“d2”在未对电极j2的温度进行补偿的原始数据“p2”的测量与电极j1的未补偿的原始数据“p1”的测量之间计算，即，d2=p2-p1；因此，概括dx=px-px-1，其中x可假定为包括在2(电极j2)与n(传感器10的最后检测电极jn)之间的值。
数据p1comp的可用性使得控制器能够将空气或液体中的状态分配给电极j1，这是考虑到储存的对应阈值。对于普通电极jx而言，考虑到储存的普通阈值tx，可能的是，执行空气或液体中的状态的分配，如以上指示的，即：
-如果dx大于或等于tx，则电极jx处于与电极jx-1相同的状态(无论是在空气中还是在液体中)；以及
-如果dx低于tx，则电极jx处于与电极jx-1相反的状态(如果电极jx-1处于液体中，则电极jx将处于空气中，并且反之亦然)。
在一些构造中，差dx=(px-px-1)的值可继而使用设定在电极j1的区域中的温度传感器的值在温度方面进行补偿。
另一种可能的方法基于在水平传感器20的初始校准的阶段中，在预定的温度(例如，+25℃)下执行针对各个电极j的电容或阻抗的值(即，对应的原始数据)的至少一个测量。优选地，这些为在空气中且与在操作条件下与待检测的流体对应的液体或物质接触的测量。这些值储存在控制器24的存储器中。
之后，在传感器20的实际操作的过程中，电极j1处的有效温度经由传感器27检测，并且相同电极j1的原始数据在所述有效温度(例如，50℃)下测量。基于这些数据，控制器24计算针对有效测量的原始数据与针对校准阶段中进行的测量的原始数据之间的差。基于至少部分与存在于两个检测条件中的不同温度有关的该差，控制器24能够限定变化和补偿系数cx1。
为了提供具体的实例，如果在校准阶段中检测并储存值“100”(在+25℃下)，并且在传感器10的有效使用时检测值“200”(在50℃下)，则可确定的是，相关系数为“2”，系数的计算可能例如由两个测量结果之间的简单比率(200/100=2)组成。应当考虑到，当前数字实例纯粹为了简单而用整数简化。
此时，传感器20经由下一个电极j2执行有效测量，接着将其与乘以先前计算的系数2的、校准阶段中储存的对应值相比。明显地假定了两个接近的电极j1和j2大致上处于50℃的相同温度，除了在两个电极之间的显著的温度梯度的情况中。例如，假定在还针对电极j2的校准阶段中，检测并储存值“100”(在+25℃下)。该值乘以系数“2”，以获得理论值“200”。如果替代地，实际有效测量结果为“210”，则相对于补偿的理论值“200”存在“10”的差异。该差异可归因于各种因素，其中也包括与电极j1的温度不同的温度(例如，对应于0.1℃的温度变化(δ))。
第二电极j2的有效值可因此通过考虑上述差异，并且重新计算将用于电极j3的后续测量的新系数cx2(例如，210/100=2.1)，针对各个另外的电极直到电极jn重复先前描述的相同程序等来补偿。
更确信的是，关于理论值的上述变化由于不同的温度(并且不是由于例如不同的悬浮物质或一些电极上的污物等)而引起，所有这些测量变化可总体上评估，例如以验证它们是否对应于其趋势为显著的曲线，或可与沿着传感器的温度分布或显著的温度梯度相关的曲线。还考虑到其它因素(即，进行的其它测量，或电子控制电路可获得的信息)，此类曲线的趋势可被认为对于检测温度的分布而言是显著的。
图12例示中间阈值t的情况，其针对在25℃下0与10000之间的曲线限定为5000，以便使得电子装置能够在电极的两种可能状态(即，在空气中或在液体中)之间区分。
由图12的图表示的变化(在-40℃下的-2000与在+85℃下的+2000的移位)确定了在使用固定阈值t(如在5000处的上述阈值)的情况下的可能的缺点，就阈值明显不再居中来说：因此，存在动态(有用区域)方面的减少，用于实现在考虑的电极jx的两个状态之间的区分，并且检测更多地受到扰动或其中在值之间存在相当大差异的情况的影响(如在真实情形中，其中在不同温度下，在原始数据中经由10000的实例提供的上述差异不保持恒定)。
根据发明的方面，为了防止上述缺点，设想了补偿方法，该补偿方法使具有关于图的极值(即，空气和液体中的原始数据的极值)尽可能居中的阈值为可能的。
根据优先的实施例，阈值的居中可通过将阈值本身随温度变化而移位(特别是基于可经由传感器27获得的温度值)来获得。图13的图示出了这种补偿的最终效果。原始数据将使其动态随温度变化而改变，并且补偿算法将更新与该原始数据对应的阈值的值，以维持原始数据的整个动态中居中的阈值的值。通过这样做，阈值相对于由电极假定的两个值(在空气中和在液体中)的安全裕度保持对称且恒定，因此保证传感器在工作范围内的良好操作。
该补偿方法可由控制器24执行如下：
i)测量针对电极j1的原始数据“p1”的值；
ii)电极j1处的有效温度使用定位在与电极j1相同的区域中的温度传感器27来测量；
iii)补偿数学使用传感器27和电极j1的测量结果来应用，以获得针对将因此温度补偿的电极j1的原始数据“p1comp”；
iv)测量针对电极j2的原始数据“p2”的值；
v)差“d2”在未对电极j2的温度进行补偿的原始数据“p2”的测量与电极j1的未补偿的原始数据“p1”的测量之间计算，即，d2=p2-p1；因此，概括dx=px-px-1，其中x可假定包括在2(电极j2)与n(传感器10的最后检测电极jn)之间的值；
vi)计算p1comp与p1之间的差“d1”，即，d1=p1comp-p1；
vii)针对电极j1的补偿阈值“t1comp”计算为其标称阈值“t1”(储存在针对电极j1的制造阶段中)和步骤vi)中提到的差d1的一半(即，d1/2)的代数和；该阈值将用于电极j1的空气中或液体中的状态的区分；
viii)电极j2的补偿阈值“t2comp”计算为其标称阈值“t2”(储存在针对电极j2的制造阶段中)和步骤v)中提到的差d2(概括为dx)的一半(即，d2/2)的代数和；该阈值将用于电极j2的空气中或液体中的状态的区分；
ix)使用在步骤vii)和viii)中提到的相同过程，以获得传感器10的电极j3,...,jn的阈值t的所有温度补偿值，即，txcomp=tx+dx/2，其中dx=px-px-1。
一旦完成了这些计算，则控制器24能够还在存在沿着传感器10的检测部分11的温度梯度的情况下正确地解释各个独立电极j的原始数据的测量结果。
以上例示的算法是指其中两个电极jx和jx-1都在空气中或者都在液体中的情况。在行为不同的情况下(因此在其中dx大于阈值tx的值的情况下)，考虑等于电极jx的液体中的值的偏移还将为必要的。
应当注意的是，所提出的阈值移位的方法论还可借助于与本文中例示的优选数学不同的数学，在任何情况下，基于差dx(即，在jx和jx-1的未补偿原始数据px和px-1之间的差)的值并且/或者基于空气中的原始数据jx-1的温度信息来实施。
根据不同的实施例，阈值t的居中可通过将曲线或检测值随温度变化而移位来获得，即，通过补偿或改变由独立电极假定的原始数据的值，并且维持，代替，固定制造和/或校准阶段中限定的对应标称阈值。为了该目的，由于不同温度而产生的偏移基本上计算，并且曲线因此移位，即，针对空气和液体的参考值被重新计算。此外，在该情况下，该方法基于表示经由传感器27获取的温度值的信息。
在图14中经由实例提供的图中，虚线表示的是在图12中限定为在温度变化之后偏移的曲线：这些曲线在此处在基于曲线本身的移位的补偿方法论之后“重新对准”，以使对应的参考阈值将大致上居中。
该补偿方法可由控制器24执行如下：
i)测量针对电极j1的原始数据“p1”的值；
ii)电极j1处的有效温度使用定位在与电极j1相同的区域中的温度传感器27来测量；
iii)补偿数学使用传感器27和电极j1的测量结果来应用，以获得针对将因此温度补偿的电极j1的原始数据“p1comp”；
iv)测量针对电极j2的原始数据“p2”的值；
v)差“d2”在未对电极j2的温度进行补偿的原始数据“p2”的测量与电极j1的未补偿的原始数据“p1”的测量之间计算，即，d2=p2-p1；因此，概括dx=px-px-1，其中x可假定包括在2(电极j2)与n(传感器10的最后检测电极jn)之间的值；
vi)先前计算的差d2加上电极j1的温度补偿的原始数据的值(即，p1comp)，以获得针对第二电极j2的值“p2comp”，该第二电极j2继而被温度补偿，即，p2comp=d2+p1comp(因此，概括为pxcomp=dx+px-1comp)；
vii)遵循在步骤v)和vi)中提到的相同过程，以获得传感器10的电极j3,...,jn的原始数据的所有温度补偿值，即，pxcomp=dx+px-1comp。
一旦完成了这些计算，可能的是，还在存在沿着传感器10的检测部分11的温度梯度的情况下正确地解释各个独立电极j的原始数据的测量结果。
在刚刚提出的方法论的可能变型中，步骤vi)中提到的计算可设想第一电极j1的补偿值(即，p1comp)，而不是先前电极的补偿值(即，px-1comp)的添加：在该情况下，数学公式变为pxcomp=dx+p1comp。
用于使阈值t基于曲线的移位而居中的方法的又一变型设想了以上描述的相同的前五个步骤，而位于步骤vi)和vii)之下的普通公式：
pxcomp=dx+px-1comp
根据在电极jx之前的电极中是没有检测到状态的变化(在空气中/在液体中)还是检测到此类状态的变化来修改。
具体而言，如果上述状态的变化未被检测到，则差dx加上电极j1的温度补偿的原始数据的值(p1comp)，否则差dx加上电极jy的原始数据的补偿值(pycomp)，在其处空气-液体转变被检测到(其中y小于x，就其对应于在电极x之前的电极而言)。因此，概括为：
-在电极jx下方的空气-液体转变的检测不存在的情况下，我们将具有pxcomp=dx+p1comp；并且
-在电极jx下方的空气-液体转变的检测存在的情况下，我们将具有pxcomp=dx+pycomp，其中y为对应于检测的最后空气-液体转变的位置的电极j的数量。
因此，根据该变型，不是总是将值p1comp添加至差dx的值，而是进行检查以验证空气-液体转变(或相反的转变)的发生，以便将对应于最后的空气-液体转变(或相反的转变)的电极的原始数据的值添加至该差dx。在下文中提供实施的实例，假定空气-液体转变在电极j7处被检测到：
p2comp=d2+p1comp(j1和j2在液体中，不转变)
p3comp=d3+p1comp(j2和j3在液体中，不转变)
p4comp=d4+p1comp(j3和j4在液体中，不转变)
p5comp=d5+p1comp(j4和j5在液体中，不转变)
p6comp=d6+p1comp(j5和j6在液体中，不转变)
p7comp=d7+p1comp(j7在空气中，而j6在液体中)。
因此，在电极j7处存在转变，并且从这一点开始，补偿值的计算将不再使用p1comp，而是使用p7comp，如下：
p8comp=d8+p7comp(j7和j8在空气中，不转变)
p9comp=d9+p7comp(j8和j9在空气中，不转变)
p10comp=d10+p7comp(j9和j10在空气中，不转变)
p11comp=d11+p7comp(j10在空气中，而j11在冰中)。
在电极j10和j11之间检测的转变表示在罐中存在所谓的“冰封效应”，即，存在由一层冻结液体覆盖的空气层。在该新的转变之后，补偿值的计算将不再使用p7comp，而是使用p11comp，如下：
p12comp=d12+p11comp(j11和j12在冰中，不转变)
p13comp=d13+p11comp(j12和j13在冰中，不转变)
p14comp=d14+p11comp(j13和j14在冰中，不转变)
p15comp=d15+p11comp(j14和j15在冰中，不转变)
等等(针对存在的所有其它电极j)。
此外，在该变型中，一旦完成了这些计算，则可能的是，还在存在沿着传感器10的检测部分11的温度梯度的情况下，正确地解释各个独立电极j的原始数据的测量结果。
先前提出的方法的步骤iii)设想普通数学函数的应用，该普通数学函数设计成使用经由传感器27获取的温度信息和电极j1的原始数据的信息，以便计算补偿的原始数据p1comp。该普通数学函数可明显为已知类型的函数，例如线性函数、二次多项式函数、三次多项式函数、指数函数、三次样条函数、bézier曲线函数、n次样条函数。为了在要求的准确度与软件和期望使用的在线校准过程的复杂度之间实现良好的折衷，优选使用至少二阶近似。
在一些应用中，在传感器的检测部分11的不同位置中可需要用于水平测量的不同公差。例如，这导致使不同几何形状(就形状和大小而言)的电极沿着部分11定位，以便保证该给定区域中所需的测量公差。此外，该选择在某些情况下受到对最小化控制器24的成本的需要的约束，控制器24的成本还与可能管理的电极的数量有关。出于该原因，在某些应用中，优选的是，增加在其中最大检测分辨率为不必要的区域(典型地在两个端部处)中的电极的大小。
然而，如先前阐释的，温度补偿的数学计算仅在给定相同大小的各种电极以及它们之间的相同距离时为更可靠或精确的。先前描述的差分算法实际上不再足以保证测量的原始数据的适当的温度补偿。其操作实际上基于以下事实：两个连续的电极j经历大致上相同的效果，如果经受温度变化。然而，如看见的，假如这是对的，两个电极必须具有相同的大小和形状。
如果两个连续的电极在大小方面(因此形状相同，但是面积不同)或者在形状方面(因此表面面积相同，但是形状不同)或者在大小和形状两者方面具有不同的几何形状，则论述中的两个电极将呈现不同的行为，如果该两个电极经受同一温度变化。这表示差分方法中的不连续性，这可导致不正确的温度补偿。
为了能够确定温度补偿的适当操作，因此必要的是，确保电极的几何不连续性(其中“不连续”是指从具有限定的形状和大小的电极至具有两个特性中的至少一个中的不同的相邻电极的通路)将不引起差分计算方法中的不连续性。出于该原因，变得必要的是，测量相对于前一个电极不连续(在大小和/或形状方面)的电极的实际温度。
因此，根据本身自主创造的实施例，在使用具有不同形状的电极的集合的水平传感器的情况下，优选的是，使用先前由27表示的类型的许多温度传感器，它们均优选地定位在各个系列的第一电极处。此类情况在图15中示意性地表示，其中传感器的检测部分11包括电极j的五个不同集合i,ii,iii,iv和v的序列，并且其中与各个系列的第一电极j(即，参考电极j1的各个系列的第一电极，电极j1在水平传感器的安装状态下为最低的)相关联的是对应的温度传感器27。在实例中，各个系列的上述第一电极为电极j1,j4,j8,j13和j21，与它们相关联的分别是在本文中为了方便起见由27i,27ii,27iii,27iv和27v所提及的温度传感器(理所当然地认为，传感器27i对应于前面图中由27指定的传感器)。此外，在该类型的实施例中，各种传感器27基本上安装在电极j1,j4,j8,j13和j21的区域中，例如，在对应支承件20的相对侧上(见图7和图8以供参考)，并且连接于控制器24的相应输入部。集合i-v中的各个的电极彼此相等，并且优选地设定在离彼此相同的相互距离处。优选地，各种集合的电极之间的距离为均一的(即，一个系列的电极之间的距离等于其它集合的电极之间的距离)，同样地，均一的是电极的集合之间的距离(即，一个系列的最后一个电极与下一个系列的第一电极之间的距离对于所有集合而言为相同的，并且优选地等于各个系列的电极之间的距离)。然而，被称为优先的这些距离还可为不同的，在该情况下，可能的是采用针对适当的补偿和/或距离的计算和/或水平的测量的预限定值。
如可注意的，根据该方面，温度传感器27接着不仅应用于第一电极j1上，而且应用于与电极j1-jn之间的各个几何不连续性对应的第一电极上。
由控制器24使用的计算算法与先前已经描述的计算算法相同，但是在该情况下，差别在于，控制器将继续重复该算法“r”数次，其对应于传感器27(即，电极的集合)的数量。在传感器10的操作期间，控制器24接着将基于经由电极j1和温度传感器27i测量的值首先针对系列i的电极执行算法，接着将基于由电极j4和传感器27ii测量的值使其针对系列ii的电极重复，等等(针对电极的其余集合)。当然，控制器24可针对电极的各个系列使用以上描述的两种补偿方法论中的任何一种(阈值的移位或曲线的移位)。
如看见的，传感器10的操作原理基于沿着检测部分11的长度布置的许多离散元件(即，电极j)的连续测量。这些电极的数量根据总长度和应用所要求的分辨率来限定。考虑到单个电极jx，在传感器10的操作期间，对应的原始数据可仅假定在某一范围(原始数据最小值-原始数据最大值)内限定的许多值，该某一范围将与面向液体的电极的区域的百分比有关，如图11中示意性表示的。
如所述的，在传感器10的操作条件下，空气中或液体中的状态针对单个电极的分配基于在控制器的各个测量周期处获取的原始数据的测量结果与对应的阈值t的比较。如果原始数据的数值小于阈值t，则对应的电极指定为空气中的状态；相反，如果原始数据的数值大于或等于阈值t，则电极指定为液体中的状态。
在优选的实施例中，分配给各个电极jx的阈值tx的值可基于下面描述的方法中的一种来限定。
a)恒定阈值，在该实施中，阈值t的值为常数，其可从一个电极至另一个电极不同，并且保存在控制器24的存储器中。该值t基于设计分析和代表性样品数量来限定。大体上，可假定阈值t恰好地定位在动态范围(原始数据最小值-原始数据最大值)的一半处，以便最大化相对于针对空气中的测量和液体中的测量两者的干扰的安全裕度。如所述的，在一些情况下，初始校准可在空气中和在测量液体中或在具有相似特性的液体中进行。在该情况下，针对电极的阈值t可在校准过程期间限定，以便例如经由将阈值t计算为平均值(原始数据最小值+原始数据最大值)/2来最大化例如空气中和液体中的原始数据的值之间的距离。
b)动态阈值，在该实施中，阈值t如在先前的情况中限定，并且保存至控制器24的存储器。然而，在传感器10的操作期间，针对电极jx的阈值tx的值根据精确的方法来更新，旨在消除例如由于传感器10或测量介质的一些部分的老化而产生的、动态的漂移的可能影响。针对单个电极jx的测量动态限定为在液体中读取的该电极的原始数据的值与在空气中读取的相同电极的原始数据的值之间的差：
dynamicsjx=液体中的rawdatumx-空气中的rawdatumx。
由于以上描述的差分算法，故传感器10设法消除共模效应和/或误差，并且优选地设法获得各个电极j1-jn的测量结果总是相对于彼此被参考。
这关于一个电极相对于另一个电极的动态的移位，如在以上描述的温度的影响的情况中。然而，另一可能的影响关于动态范围的幅度的修改，这将影响安全百分比，就阈值将不再定位在正确的点中(例如，在动态范围的50％处)而言。
匹配由控制器24实施的阈值的值的方法设计成通过基于读取液体中的至少一个其它电极(例如，第一电极j1)的动态或考虑的电极jx之前的电极(即，电极j1至jx-1)的平均值来修改上述值而针对该影响进行补偿。一旦选择了参考电极(或许多参考电极)，该方法检查了该电极整个由液体覆盖(即，其原始数据的测量结果对应于该电极可能的最大动态：原始数据最大值)。在这一点上，当前的动态与保存在存储器中的阈值t的值比较，并且按需要，该阈值被修改和更新。
在一些情况下，限定与彼此不同的阈值t1,...,tn为方便的。在这些情况下，在校准(例如，在空气中)期间，阈值tx可限定为px/2(即，未补偿的测量的原始数据的值的一半)。
在这些情况下，补偿因子计算为ci=px(在时刻i处)-px(在时刻1'处)/2，其中时刻1'意味着先前时刻最接近时刻i，在液体中的px的值被储存时。在时刻i处的阈值t的值接着通过增加ci的值来校正。
如先前阐释的，对于各个电极而言，使用以上描述的差分算法来获得温度补偿的原始数据的值(pxcomp)。该值与先前限定的相应阈值t比较。如看见的，对于各个电极1至'n'而言，以下限定应用：
如果pxcomp<tx，则电极x在空气中；以及
如果pxcomp≥tx，则电极x在液体中。
一旦空气中或液体中的状态分配给各个电极并且保存至微控制器24的内部存储器，则测量周期被终止，并且算法再次开始执行新的测量周期。在这一点上，存在于存储器中的数据可根据各种系统的规格来处理，在该各种系统中，使用水平传感器10，以获得在传感器本身外部传输的数据由对应的接收器系统正确地解释。在优选的构造中，考虑到活动和连续电极的顺序，以毫米为单位的水平被计算。
在进行扫描之后，控制器24可识别两个相邻的检测电极，其中一个检测电极面向液体，而另一个检测电极不面向液体，即，罐1中的液体-空气转变的高度位置。
在各种实施例中，形成本发明的主题的传感器的电子装置在制造阶段适当地初始化和/或校准，其中对应的软件以及数据或参数的储存(例如，在至少一个预限定温度下的各个独立电极的测量值的储存)优选地检测在液体存在和不存在的两种条件(特别是在空气中和在液体中)中的至少一种中的各个独立电极的值，该液体对应于在操作条件下待检测的液体或者设计成模拟在操作条件下待检测的液体，如尿素溶液或燃料。
优选地，控制器24在制造阶段以设计阶段中限定的软件来编程。优选地，在编程之后，控制器24被重置或呈现初始状态。在重置之后，控制器24将开始执行由软件设想的各种操作。在各种实施例中，控制器24最初在包含各种校准参数(如温度补偿系数和/或如下文中描述的、用于电极的状态(在空气中或在液体中)的区分所需的阈值)的区域中，控制其自身的内部存储器(或与其相关联的可能的非易失性存储器)的状态。从存储器的状态，控制器24可区分待执行的程序是在制造阶段中(即，在编程之后的第一次开启时)设定的程序，还是正常操作程序。
在其中上述存储区域为空的情况下，控制器24在干燥条件下和/或在空气中继续执行至少一个校准步骤。在该步骤中，控制器24模拟至少一个测量周期，如以上参考图10阐释的，其在所有存在的电极j1-jn之间经由多路复用器mtp切换。该读数的结果为针对各个电极j的原始数据的值：如所述的，该程序可以以空气中的传感器装置10进行，在该情况下，对应的值考虑(regard)空气中的各个独立电极。
在优选的实施例中，控制器24执行滤波或处理，旨在最小化其中安装有水平传感器的系统中存在的干扰或随机噪声的影响。出于该目的，优选地，控制器24发出用于在所有电极上执行一定数量的读取(例如，十六次读取)的命令，并且这些读数保存至存储器。当建立的数量的读取被执行时，控制器24对针对各个独立电极j的所有读数应用函数，以便从所有读取的值中获得仅一个值。如所述的，该滤波旨在最小化噪声的影响。根据针对装置所设想的安装的系统，并且因此根据噪声的类型，可能的是，采用被视为最适合于从所有读取的值之中选择被认为是最正确的测量值的函数。例如，函数可视为考虑到检测的十六个值的平均值，或者考虑到最小值，或者考虑到最大值。
一旦对于各个电极j而言，控制器24选择空气中的原始数据的单个值，则所有电极的对应值组织成阵列，该阵列的长度等于电极的总数，其中阵列的各个地点包含单个原始数据(在此处限定为“空气中”)，其储存在适当的存储区域中。
在这一点上，可开始液体中的测量周期，即，其中传感器10的检测部分11浸入在例如在实际应用中提供有传感器本身的液体的样品(例如，还原剂，如尿素溶液)中。
出于该目的，控制器24管理其多路复用器mtp，以便将连接于电极j的所有输入部in一次一个地连接于在图10中由测量电路vcc,ss,chold表示的信号采集电路。第一步骤在于将连接于第一电极j1的输入部in1连接于测量电路并且执行测量，以获得对应于j1的、此处限定为“在液体中”的原始数据；该值保存至存储器。类似的测量接着针对各个电极执行，直到电极jn。
接下来，可执行归零或“空白”的数学校准或处理，旨在使测量回到已知状态。从在测量周期期间保存至存储器的各个独立电极的液体中的各个原始数据的值中减去的是在初始周期期间保存至存储器的对应电极的空气中的原始数据的值。该减法的结果分配给对应的电极，并且继而保存至存储器：这些数据在本文中被称为v1,...,vn(其中数字1到“n”表示对电极的参考)，被使用，以便限定水平测量结果(因此，v=液体中的原始数据-空气中的原始数据)。
该校准具有双重目的：第一个目的在于确定所谓的系统的消隐(即，校准所有电极)，以使在相同的已知状态下，特别是在空气中的各个电极的测量将产生相同的数字(在零点的情况下)。以该方式，经由设计和制造过程产生的不同电极的测量之间的所有差异被设定成零，致使针对水平更稳定和牢固的限定的、后续的内部计算。第二个目的在于优化控制器24的存储器的使用，这是由于通过在校准阶段中可能较大的两个数字之间应用减法，获得了较小尺寸的数据，然而，该数据有效地为包含期望信息的数据，与原始测量结果相比，该数据在存储器内使用较少的空间。
再次在制造阶段中，传感器10在不同温度下的校准接着优选地使用分布在传感器本身所预期的操作范围内的至少三个不同的温度来进行。为简单起见，考虑了下文中描述的一些图(图12-14)的三个示例性温度，即，-40℃、+25℃以及+85℃。大体上，在任何情况下，一个温度将逼近或等于范围的下限(冷点)，第二温度将处于范围的中心(例如，制造环境的温度)，并且一个温度将逼近或等于上限(热点)。校准温度的确切选择受到控制器24内使用的数学函数的类型(线性、二次、立方等)的影响。
温度校准过程在于使例如保持在空气中的传感器10在针对过程所决定的各种温度(例如，以上指示的三个温度)下稳定。当传感器10在给定的温度(例如，+25℃)下稳定时，测量周期例如在空气中和/或在液体中执行，即，扫描和读取针对所有电极j的原始数据，并且结果保存至控制器24的存储器(根据可能的变型，该信息可由生产装备保存，该生产装备计算补偿曲线的系数，其将接着保存在控制器24的存储器内)。一旦必要的数据在限定的温度下获取，则控制器24计算为温度补偿而选择的函数的系数，用于差分算法在装置的正常使用时的应用，如下文中描述的。
如以上提及的，在可能的实施例中，检测电极至少包括连接于控制器24的相应输入部in的第一检测电极，以及共同或并行地电连接于第一检测电极的第二检测电极。该类型的实例在图17中示意性地示出，其中上述第一电极从电极j4至电极j20，而第二电极从电极j21至电极jn。在该实例中，电极j1-j3可为参考电极。在图17的构造中，基本上可能是的，识别从电极j4至电极j20的第一电极的第一子阵列(或模块或块或集合)以及从电极j21至电极jn的第二电极的第二子阵列，它们基本上共同或并行地连接在一起。可增加电极的子阵列的数量，以便获得更长或更短的水平传感器，即，以便实现不同的水平测量。
在该类型的实施例中，在控制器24中实施的前述控制或比较器器件预先布置用于将在对应于共同连接的两个电极(例如，并行的电极j4和j21)的输入部in处确定的电压与至少两个对应的参考阈值比较，以便推断液体是面向还是不面向第一检测电极(电极j4)和/或对应的第二检测电极(电极j21)。测量可基本上根据先前描述的模态进行。在各种实施例中，从测量获得的值与一定数量的阈值比较，该阈值的数量等于共同连接的、增加1的电极的数量。因此，参考并行的两个电极j的本文中考虑的实例，假定的值与三个限定的不同阈值比较：等于第一阈值或在其给定邻域(例如+/-40％)内的值指示两个电极不面向液体，等于第二阈值或在其给定邻域(例如+/-40％)内的值指示电极中的一个(基于其物理位置已知)面向液体，而另一电极不面向液体，并且最后，等于第三阈值或在其给定邻域(例如+/-40％)内的值指示两个电极面向液体。
在不同的实施例中，设想了更简化的分析逻辑，由此从差分测量获得的值与一定数量的阈值比较，该阈值的数量等于共同连接的电极的数量。因此，再次参考并行的两个电极j的、本文中考虑的实例，微分值与仅两个阈值比较：高于第一阈值的值指示两个电极不面向液体，两个阈值之间的值指示电极中的一个(基于其物理位置已知)面向液体，而另一个电极不面向液体，并且最后，低于第二阈值的值指示两个电极面向液体。
当然，基于以上描述的相同的原理，可设想共同连接的多于两个电极，即，具有并行的相应电极的许多子阵列，在该情况下，针对各个输入部in的参考阈值的数量根据实施的分析方法，将等于各个并行的增加1的电极的数量或者等于各个并行的电极的数量。
此外，先前参考单个阈值描述的内容应用于该多个阈值。例如，各种阈值可重新计算和移位，或者曲线或检测的值可转换，以便相对于阈值使它们更好地重新定位，以便保证信号的正确动态。
由于具有离散检测元件的其性质，根据本发明的传感器能够在例如scr系统中发生的宽范围的情形下执行水平测量。第一情形为先前已经描述的典型情形，其中容纳在罐中的液体完全处于流体状态。第二情形为可在其中罐在低温的条件下操作，以便产生罐中存在的液体的完全冻结的情况下出现的情形。此外，在该情况下，传感器10完全能够识别面向冻结团块的电极，并且因此计算其高度。第三情形为其中罐包含漂浮在其上或浸没在其中的主要液体部分(为冻结部分)的情形(“冰山效应”)：此外，在该情况下，由传感器10进行的水平测量可以以以上已经描述的模态执行，假设冻结部分的存在不影响传感器10的操作和水平的计算。类似的考虑应用于其中液体与冰之间存在直接转变的情况。
传感器10还能够在液体-冰系统冻结或解冻时，在混合情形下执行检测。该类型的情况在图18中示意性地示出，其中在罐1的上部部分中存在冻结液体(由i表示)，其形成部分或全部的“帽”。在罐1的底部部分中，在更高的温度下，罐的内容物l已经呈液体形式，并且在固体部分i与液体部分l之间存在空气或真空(由a表示)。在液体l完全冻结之前或者在经由加热器获得罐的内容物的部分解冻之后，此类情况可例如在容纳在罐中的液体l的使用的情况下出现。在此类情况下，中间空区域或具有液体和冰之间的空气的区域大致上对应于使用的液体的部分。在该类型的情况下，有利的是，检测液体的水平，以便防止其完全使用，即，以便在罐中留下液体的至少一部分，这是出于下文中阐明的原因。
此外，在例示的类型的情况下，传感器10的控制电子装置能够正确地识别面向液体l的一个或更多个电极(j4,j20)的存在，随后是面向空气a的一个或更多个电极(j21,j37)的存在，继而是面向冰i的一个或更多个电极(j38,jn)的存在。有利地，在该类型的情形下，根据本发明的传感器的控制电子装置能够限定液体内容物l的量/水平两者，这为重要的，因为其为此刻可由scr系统直接使用的部分，并且限定罐中存在的液体总量(l+i)，这对于计划罐1的补充加注而言为重要的。可用于检测所谓的“冰封效应”(由一层冰覆盖的一层空气的存在)的可能的控制逻辑可如下：
-考虑唯一和所有的检测电极，它们为“干”的，即，面向空气；
-评估在考虑的干电极之后的特定数量(例如，3个)的电极上获得的信息(其中“后续电极”是指在考虑的干电极上方的电极，在传感器从下方的安装的情况下，或在考虑的干电极下方的电极，在传感器从上方的安装的情况下)；
-进行检查以验证是否在“干”电极上方存在上述后续电极中的电极(面向液体)；出于该目的，在优选的实施例中，计算在上述后续电极上执行的测量结果与考虑的“干”电极的测量结果之间的差，将三个独立结果与设计阶段中限定的绝对阈值比较：如果这些差中的至少一个与限定的阈值的给定邻域一致或者在其中，则我们存在“冰封效应”。
还可能的是，从图18中表示的类型的情形开始，执行罐的补充加注，因此引入液体l的一部分，其可由仍然存在于罐1中的冰i的帽阻挡。基于以上阐述的原理，此外，在该情况下，根据本发明的传感器显然能够检测罐1中存在的液体的总水平的增加。再次参考图18中表示的类型的情形，将认识到的是，如果需要，则传感器10的电子装置可编程用于连续测量的执行，其间隔一定的时间段(例如，两分钟)，以便验证冰i的帽的解冻的逐渐演变。
可经由传感器27和/或26获取的温度信息可由电子装置23使用，以识别罐系统的情形，例如，以推断液体的冻结状态并且触动对应的加热器。
待指出的是，为了能够经由加热器使某些冻结液体(如本文中考虑的添加剂adblue)解冻，必要的是，在任何情况下存在于罐中的是熔化液体的部分，以使加热器可继续加热液体，并且这将热传递给冻结团块。在关于scr系统的应用中，当车辆的发动机启动时，发生了添加剂的吸入，并且这在其中在任何情况下罐中仍然剩余一定量的加热的添加剂的情况下不为特别问题的来源，该一定量的加热的添加剂可借助于车辆的移动以及罐1中的热液体的随后搅动而达到冻结团块。替代地，如果添加剂的初始吸入确定罐的内容物的整个液体剩余物的排空，则解冻效果停止。出于该原因，在优选的实施例中，根据本发明的传感器可例如在软件层处预先布置，用于检测熔化液体的水平，以便在任何情况下保证其最小水平的存在(足以使解冻的效果不停止)。出于该目的，传感器10可朝向外部生成适当的信号或数据，其可例如由机载于车辆上的电子器件使用，并且/或者用于生成适当的警告。
当然，将认识到的是，关于形成本发明的主题的传感器，可能的是，随着该解冻进行，容易地检测液体的冻结团块的逐渐解冻。传感器10当然能够在液体或其它介质的加热和/或解冻期间操作，该液体或其它介质的水平可被测量，并且在其可能冻结的过程中操作。
传感器10经由连接器12b与外部控制系统(如scr系统的控制单元)对接。出于该目的，传感器的控制电子装置23预先布置用于数据优选以串行格式，非常优选地经由串行接口和/或协议，优选sent(单边半字节传输)或can(控制器区域网络)协议的传输。
除了典型的参数(如罐中的液体的水平和温度的值)以及可能的故障条件之外，可经由根据本发明的传感器获得的传输的信号或数据可包括代表由各个独立的电极j直接检测或者基于以上独立检测在数学上计算的值或电容或阻抗或温度的信息，如电极j中的全部或至少部分的值，特别是针对各个独立电极j的补偿测量值，优选为温度补偿值和/或相对于沿着水平传感器的温度梯度补偿的值，和/或相对于其它变量(例如，产品的老化)补偿的值。此外，可传输与电极j中的至少一些或全部相关联的其它值，如校准和/或阈值或参考和/或温度值。
出于该目的，水平传感器10的控制器24储存值和/或数据和/或信息，其表示由各个独立电极j(即，所有电极j)检测的值或电容或阻抗，特别是针对各个独立电极j的补偿测量值。当上述数据或值为必要的时，传感器10的控制器24可发送它们，或者致使它们例如能够访问车辆的电子控制单元，特别地经由上述通信协议依次或以串行方式。
需要再次强调的是，关于先前描述的方法论的计算和/或处理操作可全部或部分地在传感器10外部执行或实施，即，不一定使用由23表示的类型的电路布置，这可因此还全部或部分地在外部电子电路(如车载电子控制单元)中实施。此类外部电路可因此预先布置(即，其包括器件)，用于接收可经由检测部分11获得的信号或数据，并且用于随后处理该信号或数据，以便实施形成本发明的主题的功能或方法论的至少部分。因此，在该类型的实施中，根据本发明的装置可包括大致上对应于先前由11表示的部分的、处于远程位置的部分(如检测部分)，以及处理和/或控制部分，其例如集成在控制单元中或者在相对于容器的远程位置的电路中，与该容器相关联的是检测部分，并且预先布置用于从其接收必要的信号或数据。
从前面的描述，本发明的特性清楚地显现，同样地，主要由提出的水平传感器装置的生产的简单性、其包含的成本以及其精度和可靠性表示(还在存在由于经历检测的介质的冻结和/或固化和/或加热的条件而产生的温度梯度或变化的情况下)的其优点。
根据本发明的传感器装置为更精确的，并且免受例如由于经历检测的流体以及/或者在流体的容器内的环境的温度变化和/或温度梯度而产生的环境干扰。实际上，本文中提供的温度补偿使得能够面向由于周围温度的变化而产生的、传感器的物理特性的变化。
此外，提出的水平传感器装置实现各个独立电极处的温度变化的检测，特别是通过电容的值以及/或者各个电极的电容或阻抗的变化的检测，具有至专用温度传感器的使用的最低限度的随之发生的减少。
显然，许多变型可由本领域技术人员对本文中经由实例描述的装置和方法作出，而没有由此偏离如由所附权利要求限定的本发明的范围。
如先前提及的，实施本发明所需的电容的测量可以以直接或间接的方式执行，还可利用与图10中例示的采样或测量电路不同的采样或测量电路，如设计成将输入部in处的电容转换成等效电阻的电路来执行：对于这些情况，例如调制器(如sigma-delta类型的调制器)可用于将经由上述等效电阻测量的电流转换成数字计数：当介质l面向电极j时，电容增加，并且等效电阻减小：这引起穿过电阻的电流中的变化(典型地增加)，具有数字计数的随之发生的变化(典型地增加)，这可被认为表示面向电极的介质的存在。因此，大体上，可提供的是可操作地连接或能够连接于多个输入部in1-inn中的各个输入部in的采样或测量电路，其构造用于将输入部处的电容转换成等效电阻，并且将经由等效电阻测量的电流转换成表示输入部处的电容值的数字计数。上述采样或测量电路优选地包括开关电容器模块(s1,s2)和计数器器件。此外，在该类型的实施中，利用类似于先前关于基于电压值的电容的测量描述的途径的途径，每次在考虑的输入部in处确定的计数值可与一个或更多个参考阈值比较，并且/或者为关于一个或更多个参考电极的差值。
本发明特别地参考液体介质(特别是基于尿素的添加剂)的水平的检测来描述，但是，如已经提及的，描述的传感器可与不同的物质和材料组合使用，甚至为了冻结以外的原因而潜在地经受固化(考虑到粉状材料或类似物的团块，其部分例如由于湿度过大而被压实或固化)。