(57)【要約】【課題】容器中の液体の充填レベルを測定するための装置を改良して、液体が凍結した場合でも、導波路が損傷することがないような装置を提供する。【解決手段】容器中の液体の充填レベルを測定するための装置であって、容器底面８と、導波路２と、導波路の端部の近傍に配置された少なくとも１つの超音波変換器３とが設けられており、この超音波変換器は、超音波パルスを生ぜしめ、導波路の液面の領域で反射する超音波パルスを受け取る形式のものにおいて、導波路２が容器１の外側に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器中の液体の充填レベルを測定するための装置であって、容器底面と、導波路と、導波路の端部の近傍に配置された少なくとも１つの超音波変換器とが設けられており、この超音波変換器は、超音波パルスを生ぜしめ、導波路の液面の領域で反射する超音波パルスを受け取る形式のものにおいて、
導波路（２）が容器（１）の外側に配置されていることを特徴とする、液体の充填レベルを測定するための装置。
【請求項２】
導波路（２）における液体が、接続通路（１６）を介して少なくとも間接的に、容器（１）における液体（４）に接続されている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
導波路（２）が少なくとも部分的に、容器（１）の側壁（２１）に組み込まれている、請求項１記載の装置。
【請求項４】
導波路（２）が、容器底面（８）の近傍で平行に延びる延在領域（１７）を有している、請求項１記載の装置。
【請求項５】
導波路（２）が少なくとも１つの基準反射面（２４）を有している、請求項１記載の装置。
【請求項６】
導波路（２）及び／又は超音波変換器（３）が、絶縁層（３０）によって熱的に周囲に対して絶縁されている、請求項１記載の装置。
【請求項７】
導波路（２）の液体が別個の付属ヒータ（３１）によって加熱可能である、請求項１記載の装置。
【請求項８】
導波路（２）が弾性的なプラスチックから成っている、請求項１記載の装置。
【請求項９】
導波路（２）に内側導管が設けられていて、該内側導管にはガス及び／又は発泡材が充填されている、請求項１記載の装置。
【請求項１０】
導波路（２）の内面に、長手方向の延在に沿って発泡材料が設けられている、請求項１記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容器中の液体の充填レベルを測定するための装置であって、容器底面と、導波路と、導波路の端部の近傍に配置された少なくとも１つの超音波変換器とが設けられており、この超音波変換器は、超音波パルスを生ぜしめ、導波路の液面の領域で反射する超音波パルスを受け取る形式のものに関する。
【背景技術】
【０００２】
充填レベルを測定するための装置は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９４２３７８号明細書により公知である。この公知の装置では、超音波変換器が、容器の外側で、容器底面とカバー壁との間に設けられた導波路の端部の近傍に配置されている。超音波変換器は超音波を導波路へと送り、液面において超音波が反射される。反射された超音波は、超音波変換器によって受け取られ、評価ユニットで評価される。超音波の伝搬時間から充填レベルが算出される。容器が例えば水成の液体によって充填される場合には、凝固点よりも低い温度において液体は容器内で少なくとも部分的に凍結する。容器が自動車の部分である場合には、容器内に形成されたアイスブロックが、自動車の走行中に大きな衝撃で導波路を打ちつける恐れがあり、これによりこの導波路を損傷させる恐れがある。さらには、導波路は、凝固時の液体の容積増加により損傷される恐れがある。
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９４２３７８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そこで本発明の課題は、冒頭で述べた形式の容器中の液体の充填レベルを測定するための装置を改良して、液体が凍結した場合でも、導波路が損傷することがないような装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題を解決するために本発明の構成では、導波路が容器の外側に配置されているようにした。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の装置によれば、導波路が容器の外側に配置されていることにより、液体の凝固点よりも温度が低い場合に起こり得る導波路の損傷が簡単に回避される。
【０００６】
請求項２以下に、独立請求項に記載の装置の有利な別の構成が記載されている。
【０００７】
導波路が、容器底面の近傍で平行に延びる延在領域を有していると更に有利である。何故ならばこれにより、送られた音波パルスの伝搬時間が延長されるので、本発明による装置は、充填レベルが低い場合でも送波された音波パルスを、反射された音波パルスと区別することができるからである。
【０００８】
導波路が少なくとも１つの基準反射面を有していると更に有利である。何故ならばこのようにして、外乱影響を後から評価ユニットにおいて差し引いて算出できるからである。
【０００９】
導波路が、側壁の一部であると極めて有利である。何故ならばこれにより、製造と組み付けに関して特に簡単かつ安価になるからである。さらにこれにより、導波路を熱伝導を介して特に良好に、容器内に存在するヒータによって一緒に加熱することができる。
【００１０】
導波路及び／又は超音波変換器が、絶縁層によって熱的に周囲に対して絶縁されていても有利である。何故ならばこのようにして、導波路内で均一な温度分布が得られるからである。均一な温度分布は、充填レベルの正確な測定のために必要である。
【００１１】
導波路の液体が別個の付属ヒータによって加熱可能であると更に有利である。何故ならばこのようにして、導波路における液体の凍結が回避され、もしくは内燃機関の始動時に装置の融解が可能になるからである。
【００１２】
導波路が弾性的なプラスチックから成っていると更に有利である。何故ならばこのようにして、導波路における液体の凍結時に導波路の損傷が回避されるからである。
【００１３】
導波路に内側導管が設けられていて、該内側導管にはガス及び／又は発泡材が充填されていると有利である。何故ならばこれにより、液体の体積増加が補償され、ひいては、導波路の損傷が回避されるからである。
【００１４】
導波路の内面に、長手方向の延在に沿って発泡材料が設けられていると更に有利である。何故ならばこれにより、凍結時の液体の体積増加を補償するための別の構成が得られるからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に図面につき本発明の実施の形態を詳しく説明する。
【００１６】
図面には、本発明による容器中の液体の充填レベルを測定するための装置が示されている。
【００１７】
本発明の装置は、容器１と、導波路（音波案内通路）２と、超音波変換器３とから成っている。容器１には、任意の液体４、例えば尿素溶液またはアンモニア溶液が、充填レベル５まで入れられている。
【００１８】
例えば容器１の容器底面８から、供給導管９が、容器１の外側に配置された圧送ユニット１０にまで延びている。圧送ユニット１０は、液体４を容器１から圧送し、その後に続く任意のプロセス１１、例えば、内燃機関の排ガス通路への噴射装置に供給する。
【００１９】
尿素溶液またはアンモニア溶液はいわゆる還元剤である。この還元剤は、窒素酸化物エミッションを減じるために内燃機関の排ガス通路へと噴射される。
【００２０】
容器１は、例えば容器１のカバー壁１５に設けられた、容器１を雰囲気に接続する通気導管１２を有している。通気導管１２によって、容器１中に過圧または負圧が生じないことが保証される。
【００２１】
導波路２は、一方の端部で少なくとも間接的に、接続通路１６を介して容器１に接続されていて、他方の端部では通気導管１２に接続されている。接続通路１６は、図示した実施例では、容器１の強度を減じないために容器１に直接には開口していない。その代わりに、接続通路１６は、容器底面８の側の端部で例えば供給導管９に接続されている。しかしながら図示はしていないが、接続通路１６が直接に容器底面８に、ひいては容器１に接続されても良い。
【００２２】
導波路２は容器１の外側に配置されている。導波路２は、まず最初に延在領域１７では容器底面８の平面で水平方向に、容器１の側壁２１に対向して延びている。接続通路１６は、導波路２の延在領域１７に開口している。接続通路１６は例えば延在領域１７に対して横方向で延びている。延在領域１７には、導波路２の測定管領域１８が続いている。測定管領域１８は、延在領域１７の側の端部で第１の湾曲部１９を有している。この湾曲部１９は曲率半径２２と変向部２３とを有している。変向部２３は、例えば９０°であるが、９０°よりも小さくてもまたは大きくても良い。変向部２３は所定の角度と理解される。測定管領域１８の第１の湾曲部１９に続いて、測定管領域１８は例えば直線的にカバー壁１５の方向で延びている。しかしながら測定管領域１８は、別の屈曲部を有していても良く、巻き付けられて延びていても良い。
【００２３】
導波路２内には、容器１が充填されている場合に液体が充填レベル５．１にまで延在している。いわゆる連通管の公知の流体静力学の法則に従って、導波路２内には、導波路２が少なくとも間接的に容器１に接続されているので、容器１内の液体レベル５と同一である液体レベル５．１が存在している。
【００２４】
接続通路１６を介して、液体は導波路２内へと流入する、もしくは導波路２から流出する。このような流入および流出は充填レベル５．１と充填レベル５．１とが異なる高さになるとすぐに生じる。例えば容器１の充填後に、充填レベル５が充填レベル５．１よりも高い場合には、液体は供給導管９と接続通路１６とを介して導波路２へと流れる。例えば圧送ユニット１０によって容器１から液体を取り出すことにより、充填レベル５．１が充填レベル５よりも高くなる場合には逆に、液体は導波路２から接続通路１６を介して供給導管９へと、または接続通路１６が直接容器１に接続されている場合には容器１へと流れる。
【００２５】
導波路２は、例えば、センチメートルよりも小さな内径を備えた円形の横断面を有している。この内径は、例えば５ミリメートルである。しかしながら、導波路２の横断面は、楕円形または多角形であっても良い。
【００２６】
延在領域１７と測定管領域１８とから成る導波路２は、例えば一体に形成されている。
【００２７】
超音波変換器３は、導波路２の、接続通路１６側の端部に配置されている。超音波変換器３は例えばパルス・エコー・センサである。このパルス・エコー・センサは、所定のサイクルで短い音波パルスを生ぜしめ、送波し、パルス送波の時点と反射音波パルスの復帰、いわゆるエコーの時点の間の伝搬時間ｔを測定する。しかしながら、例えば継続的に音波を生ぜしめて送波する別のセンサを使用することもできる。この場合、伝搬時間ｔが算出されるのではなく、送波された音波と反射音波との間の位相のずれが測定される。超音波変換器３は例えば、送波器であると同時に受波器である。しかしながら、送波器と受波器とが空間的に分離されている超音波変換器３を使用することもできる。超音波変換器３から発せられる所定の強さをもった音波パルスは、主として、導波路２内の液体へと伝達される。音波パルスは、液体内で音速で、導波路２の方向で拡がり、導波路２の壁によって案内され、充填レベル５．１の高さで、導波路２内の液体の液体表面に到り、ここで反射される。反射した音波パルスは、反対方向で超音波変換器３へと戻される。音速と伝搬時間との積により充填レベル５が検出される。
【００２８】
導波路２内、例えば延在領域１７には、少なくとも１つの基準反射面２４が設けられている。この基準反射面２４は例えば扁平で、横方向で部分的に導波路２に突入する。基準反射面２４で反射された音波パルスは、基準エコーと言われる。基準エコーの伝搬時間は、所定の温度および所定の圧力で測定されるとすぐに検知され、例えば、電子的な評価ユニット２５に記憶される。この評価ユニット２５は、信号ライン２６を介して超音波変換器３に接続されている。基準反射面２４と超音波変換器３との間の、音波パルスが進んだ距離も検知され、例えば評価ユニット２５に記憶される。音波パルスの伝搬時間は、液体中の音速に依存している。液体中の音速は、液体の密度に依存している。液体の密度はさらに、液体の温度と圧力とに依存している。評価ユニット２５に記憶された基準エコーの伝搬時間と、充填レベルの測定中に測定された、基準エコーの伝搬時間とを比較することにより、例えば液体の温度、圧力、密度の変化のような外乱影響が評価ユニット２５によって後から差し引かれるので、このように修正された充填レベルの測定は、温度や圧力にほぼ関係ない。
【００２９】
測定された基準エコーの伝搬時間と、評価ユニット２５に記憶された基準エコーの伝搬時間とを比較することにより、液体４の温度と容器１内の圧力が公知である場合には、例えば密度のような液体の特性を算出し、チェックすることができる。このようにして例えば、正しい液体４が容器内に充填されているかどうか、又は例えば液体４が尿素溶剤である場合にその濃度が所定の範囲にあるかどうかをチェックすることができる。液体の温度を算出するためには、例えば温度センサが超音波変換器３に組み込まれているか、または温度センサが容器１内に設けられている。
【００３０】
供給導管９における流れ、ひいてはこれに伴う減圧が、容器１における充填レベル５に対する、導波路２における充填レベル５．１に影響を与えないようにするために、供給導管９の横断面は、接続通路１６の領域で例えば膨出部２８によって拡大されている。
【００３１】
装置が、液体またはその構成成分の凝固点よりも低い温度にさらされている場合、本発明による装置内の液体は凝固する。凝固状態で液体の体積が大きくなると、本発明による装置、例えば容器１および導波路２への負荷は増大する。水成分を含んだ液体は、例えば凝固の際に体積が増大する。尿素溶剤は例えば、約１０％の容積増大が生じる。導波路２がこのような負荷によって損傷されることがないように、導波路２は、例えばＰＴＦＥまたはシリコンのような弾性的なプラスチックから製造されている。別の構成では導波路２には、ガス及び／又は発泡材料が充填された弾性的な内側導管が設けられていてもよい。この内側導管は、液体の凝固の際に押圧され、これにより液体は、導波路２を所定の寸法を超えて拡張させることなく膨張することができる。別の構成では、導波路２の内周面に、導波路２の長手方向の延在に沿って発泡材料を設けてもよい。この発泡材料は、独立気泡体であって、液体を吸収する気泡を有していない。このようにして液体は、凝固時に発泡材の押し込むことにより、導波路２を過負荷することなしに膨張できる。発泡材料は、音波パルスをできるだけ緩衝しないように、できるだけ扁平な表面を有している。
【００３２】
液体４の凝固を回避するために、もしくは凝固した液体４を再び融解させるために、容器１内、もしくは容器１表面にヒータ２９を設けることができる。このヒータ２９は液体４を例えば電気的に加熱する。ヒータ２９によって導波路２内の液体も加熱するために、導波路２と側壁２１との間の間隔をできるだけ小さく選択する。このように、導波路２の方向での熱伝導は特に効果的である。導波路２は少なくとも部分的に側壁２１に組み込むことができる。このようにすると、導波路２への熱伝導は有利であり、別個の導波路２を容器１に組み付けることは省略できる。
【００３３】
導波路２の外周面には、導波路２の長手方向の延在に沿って絶縁層３０を取り付けることができる。導波路２が側壁２１に密に配置されているので、絶縁層３０は導波路２を例えばＵ字形に取り囲む。この場合、Ｕの開かれた側で側壁２１に向けられる。この絶縁層３０は、導波路２における液体を周囲に対して絶縁し、導波路２の液体中の均一な温度分布を生ぜしめ、液体が早く凝固してしまうのを回避する。導波路２は、絶縁層３０がＵ形状であるので、容器１の側壁２１に対しては絶縁されていない。絶縁層３０は、例えば超音波変換器３も周囲に対して絶縁している。何故ならばこのようにして、導波路２における液体の温度が、超音波変換器３に組み込まれた温度センサによって正確に算出できるからである。
【００３４】
別の構成では、導波路２は付属ヒータ３１を有していてよい。この付属ヒータ３１は導波路２中の液体を長手方向の延在に沿って、例えば、導波路２の壁に設けられた電気的なループ状ヒータによって加熱する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の、容器内の液体の充填レベルを測定するための装置を示した図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  容器、  ２  導波路、  ３  超音波変換器、  ４  液体、  ５，５．１  充填レベル、  ８  容器底面、  ９  供給導管、  １０  圧送ユニット、  １１  プロセス、  １２  排気導管、  １５  カバー壁、  １６  接続通路、  １７  延在領域、  １８  測定管領域、  １９  湾曲部、  ２１  側壁、  ２２  曲率半径、  ２３  変向部、  ２４  基準反射面、  ２５  評価ユニット、  ２６  信号ライン、  ２８  膨出部、  ２９  ヒータ、  ３０  絶縁層、  ３１  付属ヒータ
【図１】
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