(57)【要約】【課題】熱電素子をベースにした従来のレベル・センサを、改良することを課題とする。【解決手段】本発明による液面または充填レベル・センサ（１）は、液体または流体（３）の液面または充填レベルを測定する複数の熱電素子（熱電対）、特に自動車の燃料タンク（４）における燃料のレベル（２）を検出する熱電素子を具えている。その熱電素子を加熱するための別個の加熱手段は、不要である。本発明は、さらに、その作動方法、および製造方法にも関する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の熱電素子を具え、流体のレベルを測定し、特に自動車の燃料タンク（４）内にある燃料（３）のレベル（２）を検出する、レベル・センサであって、
前記複数の熱電素子を加熱するための別個の加熱手段を必要としないことを特徴とする、レベル・センサ。
【請求項２】
前記複数の熱電素子（６）が、順に直列に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載のレベル・センサ。
【請求項３】
前記複数の熱電素子（６）が、長い熱電対列（５、５ａ、５ｂ）を形成していることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載のレベル・センサ。
【請求項４】
前記複数の熱電素子の個々の熱電素子（６）は、それぞれ熱電対列（５、５ａ、５ｂ）の縦軸に対してほぼ直角にまたは鈍角に配置されていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載のレベル・センサ。
【請求項５】
前記複数の熱電素子（６）は、順に直列に接続され、互いに隣接してほぼ平行に配置された複数の長い熱電対列（５ａ、５ｂ）を形成していることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載のレベル・センサ。
【請求項６】
前記複数の熱電素子（６）は、それぞれ高温の接点（７）と低温の接点（８）を有し、前記高温の接点（７）は、一列の前記熱電対列（５、５ａ、５ｂ）の互いに反対向きの両側部のうちの一方に配置され、前記低温の接点（８）は前記両側部のうちの他方に配置されていることを特徴とする、請求項４または５に記載のレベル・センサ。
【請求項７】
互いに隣接する前記熱電対列（５ａ、５ｂ）において、前記高温の接点（７）または前記低温の接点（８）が互いに向き合って配置されていることを特徴とする、請求項５または６に記載のレベル・センサ。
【請求項８】
前記複数の熱電素子の個々の熱電素子（６）は、それぞれ、１つの接点（７）で互いに接続されている２つの導体材（９、１０）を備えていることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載のレベル・センサ。
【請求項９】
前記複数の熱電素子の個々の熱電素子（６）の前記２つの導体材（９、１０）は、それぞれ支持材（１４）の同じ面上に配置されていることを特徴とする、請求項８に記載のレベル・センサ。
【請求項１０】
前記複数の熱電素子の個々の熱電素子（６）の前記２つの導体材（９、１０）は、それぞれ支持材（１４）の互いに反対向きのそれぞれの面上に取り付けられており、貫通接続部（１５）によって接続点において互いに接続されていることを特徴とする、請求項８に記載のレベル・センサ。
【請求項１１】
前記２つの導体材の一方（９）は、銅−ニッケル合金、特にＣｕＮｉ４４であることを特徴とする、請求項８乃至１０のいずれかに記載のレベル・センサ。
【請求項１２】
前記２つの導体材の他方（１０）は、銅、銅−マンガン−ニッケル合金、特にマンガニン、またはニッケル−クロム合金であることを特徴とする、請求項８乃至１１のいずれかに記載のレベル・センサ。
【請求項１３】
前記複数の熱電素子（６）は、通電時には電流に応じて高温の接点（７）を加熱し低温の接点（８）を冷却し、一方、前記複数の熱電素子（６）は、非通電状態では、前記高温の接点（７）と前記低温の接点（８）間の温度差（ΔＴ）に応じて、前記高温の接点（７）と前記低温の接点（８）の間に熱電圧（Ｕ）を生じさせることを特徴とする、請求項１乃至１２のいずれかに記載のレベル・センサ。
【請求項１４】
前記複数の熱電素子（６）は、支持材としてのフォイルまたは薄い肉厚のチューブに取り付けられていることを特徴とする、請求項１乃至１３の中のいずれかに記載のレベル・センサ。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれかに記載のレベル・センサを有するレベル測定装置。
【請求項１６】
ａ）前記レベル・センサに接続され、前記レベル・センサに電流を供給する電源と、
ｂ）前記レベル・センサに接続され、非通電状態で前記レベル・センサによって生成される電圧を測定する電圧計と、
を具えることを特徴とする、請求項１５に記載のレベル測定装置。
【請求項１７】
前記電源（１６）は、パルス発生器を具え、電流パルスで前記レベル・センサ（１）を制御することを特徴とする、請求項１６に記載のレベル測定装置。
【請求項１８】
前記電圧計（１７）に接続され、測定電圧を１区間または２区間積分する積分器（１８）を具えることを特徴とする、請求項１６または１７に記載のレベル測定装置。
【請求項１９】
前記レベル・センサ（１）に接続されていて、前記レベル・センサ（１）を電気的に制御し、前記レベル・センサ（１）によって生成される電圧を測定するマイクロコントローラ（１３）を具えることを特徴とする、請求項１５に記載のレベル測定装置。
【請求項２０】
前記レベル・センサ（１）は、自動車の燃料タンク（４）内に設置され、前記燃料タンク（４）内にある燃料（３）のレベル（２）を測定することを特徴とする、請求項１５乃至１９のいずれかに記載のレベル測定装置。
【請求項２１】
１つまたは複数の前記熱電対列（５；５ａ、５ｂ）は、測定対象である液体面に対して、鈍角、特にほぼ直角の角度で配置されていることを特徴とする、請求項１５乃至２０のいずれかに記載のレベル測定装置。
【請求項２２】
前記複数の熱電素子の個々の熱電素子（６）は、測定対象である流体面に対して、ほぼ平行または鋭角の角度で配置されていることを特徴とする、請求項１５乃至２１のいずれかに記載のレベル測定装置。
【請求項２３】
複数の熱電素子を有するレベル・センサ、特に請求項１〜１４のいずれかに記載のレベル・センサの作動方法であって、
前記複数の熱電素子が別個の加熱手段によって加熱されないことを特徴とする、作動方法。
【請求項２４】
ａ）前記複数の熱電素子（６）に電流を供給して前記複数の熱電素子の個々の熱電素子（６）に温度差（ΔＴ）を発生させるステップと、
ｂ）前記レベル・センサ（１）によって生成された電圧（Ｕ）を測定するステップと、
ｃ）前記測定された電圧（Ｕ）からレベル（２）を求めるステップと、
を含むことを特徴とする、請求項２３に記載の作動方法。
【請求項２５】
前記レベル・センサ（１）に電流パルスが供給されることを特徴とする、請求項２３または２４に記載の作動方法。
【請求項２６】
前記レベル・センサ（１）へ電流を供給した後、非通電状態で前記電圧を測定することを特徴とする、請求項２３乃至２５のいずれかに記載の作動方法。
【請求項２７】
前記測定された電圧を１区間または２区間積分するステップを含むことを特徴とする、請求項２３乃至２６のいずれかに記載の作動方法。
【請求項２８】
前記レベル・センサ（１）の制御および測定がマイクロコントローラ（１３）によって行われることを特徴とする、請求項２３乃至２６のいずれかに記載の作動方法。
【請求項２９】
ａ）複数の熱電素子を支持材に取り付けるステップと、
ｂ）前記複数の熱電素子を電気的に接続して、前記複数の熱電素子の個々の熱電素子の直列接続を形成するステップと、
を含み、
前記支持材に別個の加熱手段を設けないことを特徴とする、レベル・センサの製造方法。
【請求項３０】
前記複数の熱電素子の個々の熱電素子（６）が、それぞれ、接点（７、８）で互いに接続された２つの導体材（９、１０）を含むことを特徴とする、請求項２９に記載の製造方法。
【請求項３１】
前記２つの導体材（９、１０）を、前記支持材（１４）の同じ面上に取り付けることを特徴とする、請求項３０に記載の製造方法。
【請求項３２】
前記２つの導体材（９、１０）は、それぞれ、前記支持材（１４）の互いに反対向きのそれぞれの面上に取り付けられ、前記支持材（１４）の前記接点の位置に前記支持材（１４）を貫通する貫通接続部（１５）を設けることを特徴とする、請求項３０に記載の製造方法。
【請求項３３】
前記複数の熱電素子（６）の導体材（９、１０）が、
ａ）スパッタリング、
ｂ）プリンティング、
ｃ）メッキ処理、または
ｄ）エッチングによる処理
のいずれかの方法で、前記支持材（１４）に取り付けられることを特徴とする、請求項２９乃至３１のいずれかに記載の製造方法。
【請求項３４】
別個の加熱手段を用いずに、直列に接続された複数の熱電素子を用いて、流体のレベルを測定し、特に自動車の燃料タンク（４）内にある燃料（３）のレベル（２）を測定することを特徴とする、複数の熱電素子の使用法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体または液体のレベル（高さ）を測定するレベル（Fuellstand、filling level：液面レベル、注入レベル、充填レベル、残量）センサに関し、特に、自動車（Kraftfahrzeungs）の燃料タンク内にある燃料のレベル（液面レベル）を測定するレベル・センサに関する。
【０００２】
また、本発明は、この種のレベル・センサ（検出器）の作動方法および製造方法に関する。
【０００３】
さらに、本発明は、複数の熱電素子（Thermoelementen：サーモエレメント、熱電対）から成る熱電対列（Thermosaeule：サーモパイル）を、付加的な加熱手段を使用しないで液面レベル・センサとして使用する新たな使用法にも関する。
【背景技術】
【０００４】
例えば自動車の燃料タンク内にある燃料のレベルを測定する際に使用できる、熱電素子をベースにした液面レベル・センサは、様々な製造業者によって販売されており、知られている。これらの熱電素子ベースの既知の液面レベル・センサには多数の熱電素子（熱電対）が取り付けられており、それら熱電対素子は、電気的に直列に接続され、細長く伸びた帯状の熱電対列を形成している。また、複数の高温の接点（Kontaktstellen：接触点）がその熱電対列の一方の側（側部、辺）に上下一列に配置され、一方、熱電素子の低温の接点がその熱電対列の反対の側（側部、辺）に上下一列に同様の形態で配置されている。この場合、個々の熱電素子は、例えばプラスチック・フォイル（例、カプトン（Kapton（登録商標）））などの支持（固定）材（基材）の上に取り付けられている。また、既知の熱電素子ベースの液面レベル・センサには、加熱（ヒータ）導体が取り付けられており、この加熱導体は、一連の熱電素子の高温の接点の列の近接位置（近く、付近）を通り高温の接点を電気的に加熱できるようになっている。加熱導体に通電（給電、電流供給）すると熱電素子は加熱されるが、この場合、液体面の上と下とでは熱電素子の加熱状態が異なる。
【０００５】
即ち、熱電素子が液中に没している（浸かっている）場合、加熱導体によって熱電素子が加熱されても、液体の熱伝導（伝導率）が大きいせいで加熱導体によってそこで生成された熱が外へ運ばれて（排出されて）しまうので、高温と低温の両接点間の相対的な温度差は僅かである。
【０００６】
一方、熱電素子が液体面レベルより上に位置する場合には、加熱導体によって生成される熱のごく一部しか運ばれない（排出されない）ので、高温と低温の両接点間の相対的な温度差もそれに応じてより大きくなる。
【０００７】
従って、熱電素子ベースの既知の液面レベル・センサは、液中に完全に没している場合、即ち燃料タンクが完全に充填されている（満杯状態の）場合には、最小の熱電圧（Thermospannung）を発生するが、逆に、燃料タンクが空状態の場合は、最大の熱電圧を発生する。従って、液面レベル・センサで発生した電圧から、液体の充填レベル状態（液面レベル、注入レベル、充填レベル、残量）を簡単に知ることができる。
【０００８】
熱電素子をベースにした（に基づく）この種の液面レベル・センサの特別な長所（利点）として、周囲温度の変動（振れ）を自動的に補正できる点が挙げられる。これは、個々の熱電素子がそれぞれ低温と高温の両接点間の温度差しか測定しないので、周囲温度が変わっても、それに合わせて高温の接点と低温の接点も同様の影響を受け、従って測定技術がその影響を受けないからである。
【０００９】
一方、熱電素子をベースにしたそれらのレベル・センサの欠点として、構造が複雑になり、結果的にその価格も高くなる点が挙げられる。
【発明の開示】
【００１０】
従って、本発明の課題は、上記のような熱電素子をベースにした既知のレベル・センサを改良することである。
【００１１】
発明の概要
この課題は、特許請求の範囲に記載した熱電素子をベースにしたレベル・センサ、作動方法および製造方法によって解決される。
【００１２】
本発明の実施形態によれば、レベル・センサ（１）は、複数の熱電素子（６）を具え、流体（３）のレベル（２）を測定し、特に自動車の燃料タンク（４）内にある燃料（３）のレベルを検出し、前記複数の熱電素子（６）を加熱するための別個の加熱手段を必要としない。
前記複数の熱電素子（６）は、順に直列に接続されていてもよい。
前記複数の熱電素子（６）は、長い熱電対列（５、５ａ、５ｂ）を形成してもよい。
前記複数の熱電素子の個々の熱電素子（６）は、それぞれ熱電対列（５、５ａ、５ｂ）の縦軸に対してほぼ（実質的に）直角にまたは鈍角に配置されていてもよい。
前記複数の熱電素子（６）は、順に直列に接続され、互いに隣接してほぼ（実質的に）平行に配置された複数の長い熱電対列（５ａ、５ｂ）を形成してもよい。
前記複数の熱電素子（６）は、それぞれ高温の接点（７）と低温の接点（８）を有し、前記高温の接点（７）は、一列の前記熱電対列（５、５ａ、５ｂ）の互いに反対向きの両側部のうちの一方に配置され、前記低温の接点（８）は前記両側部のうちの他方に配置されていてもよい。
互いに隣接する前記熱電対列（５ａ、５ｂ）において、前記高温の接点（７）または前記低温の接点（８）が互いに向き合って配置されていてもよい。
前記複数の熱電素子の個々の熱電素子（６）は、それぞれ、１つの接点（７）で互いに接続されている２つの導体材（９、１０）を備えていてもよい。
前記複数の熱電素子の個々の熱電素子（６）の前記２つの導体材（９、１０）は、それぞれ支持材（１４）の同じ面上に配置されていてもよい。
前記複数の熱電素子の個々の熱電素子（６）の前記２つの導体材（９、１０）は、それぞれ支持材（１４）の互いに反対向きのそれぞれの面上に取り付けられており、貫通接続部（１５）によって接続点において互いに接続されていてもよい。
前記２つの導体材の一方（９）は、銅−ニッケル合金、特にＣｕＮｉ４４であってもよい。
前記２つの導体材の他方（１０）は、銅、銅−マンガン−ニッケル合金、特にマンガニン、またはニッケル−クロム合金であってもよい。
前記複数の熱電素子（６）は、通電時には電流に応じて高温の接点（７）を加熱し低温の接点（８）を冷却し、一方、前記複数の熱電素子（６）は、非通電状態では、前記高温の接点（７）と前記低温の接点（８）間の温度差（ΔＴ）に応じて、前記高温の接点（７）と前記低温の接点（８）の間に熱電圧（Ｕ）を生じさせてもよい。
前記複数の熱電素子（６）は、支持材としてのフォイルまたは薄い肉厚のチューブに取り付けられてもよい。
本発明の実施形態によれば、レベル測定装置は前記レベル・センサ（１）を有する。
レベル測定装置は、ａ）前記レベル・センサ（１）に接続され、前記レベル・センサ（１）に電流を供給する電源（１３、１６）と、ｂ）前記レベル・センサ（１）に接続され、非通電状態で前記レベル・センサ（１）によって生成される電圧（Ｕ）を測定する電圧計（１７）と、を具えていてもよい。
前記電源（１６）は、パルス発生器を具え、電流パルスで前記レベル・センサ（１）を制御してもよい。
前記レベル測定装置は、前記電圧計（１７）に接続され、測定電圧を単一で若しくは１区間または二重に若しくは２区間積分する積分器（１８）を具えていてもよい。
前記レベル測定装置は、前記レベル・センサ（１）に接続されていて前記レベル・センサ（１）を電気的に制御し、かつ前記レベル・センサ（１）によって生成される電圧を測定するマイクロコントローラ（１３）、を具えていてもよい。
前記レベル・センサ（１）は、自動車の燃料タンク（４）内に設置され、前記燃料タンク（４）内にある燃料（３）のレベル（２）を測定してもよい。
１つまたは複数の前記熱電対列（５；５ａ、５ｂ）は、測定対象である液体面に対して、鈍角、特にほぼ（実質的に）直角の角度で配置されていてもよい。
前記複数の熱電素子の個々の熱電素子（６）は、測定対象である流体面に対して、ほぼ（実質的に）平行または鋭角の角度で配置されていてもよい。
本発明の実施形態によれば、複数の熱電素子（６）を有するレベル・センサ（１）、特に上記レベル・センサ（１）、の作動方法は、前記複数の熱電素子（６）を別個の加熱手段で加熱しない。
前記作動方法は、ａ）前記複数の熱電素子（６）に電流を供給して前記複数の熱電素子の個々の熱電素子（６）に温度差（ΔＴ）を発生させるステップと、ｂ）前記レベル・センサ（１）によって生成された電圧（Ｕ）を測定するステップと、ｃ）前記測定された電圧（Ｕ）からレベル（２）を求めるステップと、を含んでいてもよい。
前記作動方法は、前記レベル・センサ（１）に電流パルスを供給してもよい。
前記作動方法は、前記レベル・センサ（１）へ電流を供給した後、非通電状態で前記電圧を測定してもよい。
前記作動方法は、前記測定された電圧を単一で若しくは１区間または二重に若しくは２区間積分するステップを含んでいてもよい。
前記作動方法は、前記レベル・センサ（１）の制御および測定をマイクロコントローラ（１３）によって行ってもよい。
本発明の実施形態によれば、製造方法は、ａ）複数の熱電素子（６）を支持材（１４）に取り付けるステップと、ｂ）前記複数の熱電素子（６）を電気的に接続して、前記複数の熱電素子の個々の熱電素子（６）の直列接続を形成するステップと、を含み、前記支持材（１４）に別個の加熱手段を設けない。
前記複数の熱電素子の個々の熱電素子（６）は、それぞれ、接点（７、８）で互いに接続された２つの導体材（９、１０）を含むものであってもよい。
前記２つの導体材（９、１０）は、前記支持材（１４）の同じ面上に取り付けられてもよい。
前記２つの導体材（９、１０）は、それぞれ、前記支持材（１４）の互いに反対向きのそれぞれの面上に取り付けられ、前記支持材（１４）の前記接点の位置に前記支持材（１４）を貫通する貫通接続部（１５）を設けてもよい。
前記複数の熱電素子（６）の導体材（９、１０）は、ａ）スパッタリング、ｂ）プリンティング（印刷）、ｃ）メッキ処理（galvanische Verfahren）、またはｄ）エッチングによる処理（aetztechnische Verfahren）、のいずれかの方法で、前記支持材（１４）に取り付けられてもよい。
本発明の実施形態によれば、複数の熱電素子の使用法は、別個の加熱手段を用いずに、直列に順に接続された複数の熱電素子（６）を用いて、流体（３）のレベル（２）を測定し、特に自動車の燃料タンク（４）内にある燃料（３）のレベル（２）を測定する。
【００１３】
本発明は、個々の熱電素子を、別個の加熱手段（ヒータ）で加熱するのではなく、熱電素子自体による自己発熱（Eigenheizung）で加熱するという技術を採用し、その結果、最初に述べたような熱電素子をベースにした既知のレベル・センサのように別個の加熱手段は必要がない。本発明のレベル・センサによれば、その自己発熱手段は熱電素子で構成され、その加熱は既知のペルティエ（Peltier）効果によって行っている。
【００１４】
しかし、本発明は、熱電素子をベースとしかつ別個の加熱手段を備えた既知のレベル・センサを使用する場合であっても、その加熱手段を使用せずに本発明の方法で熱電素子の加熱を行う場合についても、発明の範囲として含み、保護を受けようとするものである。
【００１５】
熱電素子の加熱にペルティエ効果を利用することは、本発明の範囲内に属する。このペルティエ効果とは、熱電素子の接点に電流が流れると、その電流の方向と大きさに依存し（その関数の形で）接点で熱が発生し（erzeugt：放出され）または消滅し（vernichtet：吸収され）、そのような熱の発生および消滅によってそれに対応して高温の接点と低温の接点の間に温度差が生じ、その結果、それに対応する熱電圧（熱起電力）が発生する。電流を遮断すれば、電流が流れている間にペルティエ効果によって熱電素子の高温の接点と低温の接点の間で発生した温度差をゼーベック電圧として出力部で測定できる。この場合もまた、通電中に生じた温度差、およびその結果発生する測定可能な電圧は、特定の熱電素子が液体中に没しているか否かに応じて（依存して）異なる。これは、熱電素子が液中に没している場合には熱伝導が良くなるので温度差が相対的に（比較的）早く減少（消失）するからである。従って、本発明によるレベル・センサの場合も、レベル・センサによって発生した電圧から容易に液面レベルを求める（計算する）ことができる。
【００１６】
従って、本発明によるレベル・センサでは、ペルティエ効果による温度勾配（グラジエント）または温度差の発生と、ゼーベック（Seebeck）効果による温度勾配または温度差の測定を、交互に行うことが望ましい。
【００１７】
本発明の好ましい典型例の実施形態では、複数の熱電素子が電気的に直列に順に接続され一列に配置された、細長く延伸する熱電対列、を形成するようになっている。その場合、その熱電対列は、液体面レベルに対して、鈍角に（stumpfwinklig）、可能であれば直角に配列されることが望ましい。本発明の枠内では、液体面レベルに対する熱電対列の相対角度が鈍角を成すとしているが、この場合の鈍角という概念には、熱電対列と液体面の間の角度として４５度、５５度、６５度、７５度または８５度、以上またはそれらより大きい角度が含まれる。
【００１８】
本発明によるレベル・センサを燃料タンク内のレベル測定用のタンク・センサとして使用する場合、乗用車の燃料タンクの内面寸法形状（Innenkontur：内部輪郭形状）には亀裂（zerklueftete）がよくある点に注意する必要がある。熱電対列は、燃料タンクの内部形状に追従し（に従って）湾曲していることが好ましい。
【００１９】
一方、個々の熱電素子の角度は、熱電対列の長手方向の軸に対して直角かまたは少なくとも鈍角を成し、即ち液体面と平行かまたは少なくとも鋭角（spitzwinklig）を成すことが望ましい。本発明の枠内では、その熱電素子の相対的角度が鋭角を成すという概念には、４５度、３５度、２５度、１５度または５度、以下またはそれらより小さい角度も含まれている。
【００２０】
本発明の変形形態では、レベル・センサは、順に直列に電気的に接続され一列に配置された多数の熱電素子を含む単一の細長い熱電対列だけを具えている。
【００２１】
一方、本発明の別の変形形態では、レベル・センサは、それぞれが多数の熱電素子を含む複数本（列）の細長い熱電対列、好ましくは２本（列）の細長い熱電対列を装備する。その場合、それらの熱電対列は、好ましくは順に電気的に接続され、互いに隣接して実質的に平行（parallel）に配置される。
【００２２】
２本（列）の細長い熱電対列を平行（並列）に配置している場合、２つの熱電対列の熱電素子の高温の接点は、互いに向き合うように（内側に）配置し、それによって加熱が効率良く行われるようにする。従って、このように配置すると、熱電素子の高温の接点は、２つの熱電対列の間に位置する。
【００２３】
しかし、代替的な配置にすることも可能であり、互いに隣接して配置された２つの熱電対列の低温の接点を互いに向い合わせにすることも可能である。従って、この代替的な配置の場合には、高温の接点が外側に位置する一方で、低温の接点はそれら２つの熱電対列の間に配置される。
【００２４】
最初に説明した既知の熱電素子をベースにしたレベル・センサの場合と同様に、個々の熱電素子には、１つの接点で互いに接続（連結）された、異なる２種（種類）の導体材料が取り付けられている。その一方の導体材料は、例えば銅−ニッケル合金などにすることも可能であり、特にＣｕＮｉ４４が適している。その他方の導体材料は、銅、銅−マンガン−ニッケル合金、特にマンガニン（Manganin（登録商標））、またはニッケル−クロム合金にすることも可能である。しかし、本発明は、熱電素子の導体材料として、上述の導体材料だけに限定されるものではなく、基本的にはその他の導体材料でも実現可能である。
【００２５】
最初に説明した既知のレベル・センサとの他の共通点としては、２種の導体材料とも支持材（Traegermateiral：基材、支持部材）上に取り付けられている点がある。
【００２６】
本発明の或る変形形態では、熱電素子の異なる２種の導体材料が、支持材（例えば、プラスチック・フォイル（箔）またはフィルム）の同一面上に取り付けられている。
【００２７】
一方、本発明のさらに別の変形形態では、熱電素子の異なる２種の導体材料が、支持材の互いに反対向きの両面上に取り付けられており、その場合、その異なる２種の導体材料は、支持材を貫通する貫通部（貫通接続部、貫通接触部、貫通孔を通る接続部）を介して（によって）（hindurchgehende Durchkontaktierung）接点において互いに電気的に接続されている。
【００２８】
熱電素子の異なる２種の導体材を取り付けられる支持材として、フォイルまたはフィルム（例えば、プラスチックないしカプトン（Kapton（登録商標）））などを使用することもできるが、さらには、薄い肉厚のパイプ（チューブ）を熱電素子の異なる導体材用の支持材として使用することもできる。
【００２９】
さらに、本発明は、唯一の構成要素としての上述の本発明によるレベル・センサだけでなく、そのような本発明のレベル・センサを備えたレベル測定装置一式（全体）にも関する。
【００３０】
本発明によるレベル測定装置は、好ましくは、レベル・センサに取り付けられた電源（電流源）を装備しており、その電源は、電流でそのレベル・センサを制御でき、個々の熱電素子において前述のペルティエ効果に従って高温の接点と低温の接点の間に温度差を発生させるようになっている。本発明の枠内で使用されている電源という概念は、この場合一般的なものと理解でき、内部抵抗が無限（unendlichen）の理想化された電源に限定されるものではない。
【００３１】
例えば、電源は、レベル・センサに電流を供給し、電流パルスでレベル・センサを制御するパルス発生器（Impulsegenerator）などを具えていてもよい。
【００３２】
レベル・センサに電流を供給するために、所与の加熱を行うのに必要な所定の電力（電気エネルギ）を供給できるようにしておくことが望ましい。そのレベル・センサをパルス制御する場合には、パルス状態で流れる電流（elektrische Ladung：電荷）を制御（調整）できる制御（調整）装置を設置することが望ましく、それによって、一定の制御された電圧で所定（所与）の電力または電気エネルギ供給が得られる。
【００３３】
しかし、代替構成として、電源が、連続的に電流を流すことによってレベル・センサを制御し、ペルティエ効果によって熱電素子内に温度差を発生させるようにすることもできる。
【００３４】
また、本発明によるレベル測定装置は、レベル・センサに接続された電圧計（電圧測定装置）を具えることが望ましく、その電圧計で、非通電状態時にそのレベル・センサによって生成される電圧を測定して、そのレベルを導出するようにする。
【００３５】
さらに、本発明によるレベル測定装置は、その電圧計に接続された積分器（インテグレータ）を具えることが望ましく、その積分器で、測定した電圧を所定の時間期間の間に単一で若しくは１区間（einfach：１つ、単一、１回、単純に）または二重に若しくは２区間（doppelt：２つ、２回、二重に）積分し（integriert）、それによってノイズを最小化し（低減し）オフセット（ずれ）を除去できるようにする。
【００３６】
しかし、レベル・センサの制御および判定評価は、本発明によるレベル測定装置において、従来のマイクロコントローラによって行うことも可能である。そのマイクロコントローラが、加熱の期間中に熱電素子を電気的に制御するとともに、その熱電素子によって生成された電圧の測定も行うものである。
【００３７】
本発明によるレベル測定装置の好ましい典型例の実施形態では、レベル・センサが、自動車の燃料タンク内に取り付けられて、燃料タンク内の燃料のレベルを測定する。
【００３８】
しかし、本発明によるレベル・センサは、例えば、クーラント（冷媒液）、エンジンオイル、ブレーキオイルのような自動車で使用するその他の液体のレベルを測定する場合にも使用できる。その場合には、レベル・センサも、それに対応して、クーラント容器、エンジンオイル容器またはブレーキオイル容器内に設置される。
【００３９】
さらに、本発明によるレベル・センサは、流体のレベル（高さ）を測定するのに一般的に適用可能なものであり、この場合、流体と言っても液体に限定する必要はない。例えば、粒体、顆粒、粉末、切片、散荷（Granulaten、Pulver、Spaenen、Schuettgut）（のような固形物流体）等の充填レベル測定にも、本発明によるレベル・センサを用いることができる。さらに、本発明によるレベル・センサは、例えば、タンク、サイロ、貯蔵庫（Bunkern：バンカー）などの移動型の容器から定置型の容器まで非常に広範囲な容器内に設置できる。但し、その場合、特定の流体は、その熱伝導率が、空気の熱伝導率より充分高い必要がある（それが唯一条件となる）。
【００４０】
さらに、本発明は、最初に述べたような既知のレベル・センサとは異なり、個々の熱電素子が独立の別個の加熱手段で加熱されるのではない本発明によるレベル・センサの作動方法も含まれている。従って、本発明による作動方法の枠内では、独立の別個の加熱手段を備えた従来のレベル・センサも使用でき、その場合は、加熱手段は不要であり、不動作状態を維持するようにする。
【００４１】
本発明による作動方法の枠内では、先ず、熱電素子に電流を供給（通電）し、個々の熱電素子に温度差を形成し、引き続きそのレベル・センサによって生成された電圧を測定し、その電圧の測定は、電流供給の後の非通電状態で行う。その後の工程（ステップ）で、このようにして測定された電圧から充填レベルを求める。
【００４２】
本発明による作動方法では、そのレベル・センサへの電流供給は、電流パルスで行うことが望ましい。但し、本発明は、熱電素子のパルス制御に限定されるものではなく、基本的には熱電素子に連続的に電流を供給することによって実現することもできる。
【００４３】
さらに、本発明は、熱電素子用の支持材上に、独立の別個の加熱手段が追加的に取り付けられていないことを特徴とする、本発明によるレベル・センサの製造方法をも含む。
【００４４】
この場合、熱電素子の導体材（材料）は、例えば、スパッタリング、プリンティング（印刷）、メッキ処理、エッチング技術を用いた処理などの様々な方法で支持材上に取り付けることができる。但し、熱電素子の様々な導体材を支持材に取り付ける方法は、例として挙げた前述のような方法だけに限定されるものではなく、基本的にはその他の方法でも実現できる。
【００４５】
最後に、本発明には、独立の別個の加熱手段を備えていない、直列に順に一列に接続して配置した多数の熱電素子を、液体レベルの測定、特に自動車の燃料タンク内にある燃料のレベルの測定に新たに使用することも含まれる。
【００４６】
本発明のその他の好ましい実施形態は、従属請求項に記載した特徴を有し、以下では図面を参照して本発明の好ましい典型例の実施形態を詳しく説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
図１および３は、図３からも分かるように、例えば自動車の燃料タンク４内にある燃料３の液面レベルまたは充填レベル２の測定などに使用できる、本発明によるレベル・センサ１を示している。
【００４８】
レベル・センサ１には、電気的に直列に順に接続された多数の熱電素子６を含む単一の熱電対列５が設置されている。図４は、各熱電素子（熱電対）６の構造を示している。個々の熱電素子６は、それぞれ、高温の接点７と低温の接点８とを備えている。互いに隣接する平行な２列の接点において、その複数の高温の接点７が一方の側部（辺）に、その複数の低温の接点８が他方の側部（辺）に配置されている。
【００４９】
また、個々の熱電素子６は、それぞれ、異なる２種の導体材（導体材料、導体部材）９、１０を備えており、この典型例の実施形態では、一方の導体材料は銅−ニッケル合金であり、他方の導体材料はマンガニン（Manganin（登録商標））（銅−マンガン−ニッケル合金）である。
【００５０】
この場合、個々の熱電素子６の導体材９、１０は、後で詳しく説明するように、支持材（Traegermaterial：基板、基材、支持部材）上に取り付けられている。
【００５１】
熱電対列５（レベル・センサ１）は２つの接触（コンタクト）面１１、１２を通して電気的に接続でき、その場合、レベル・センサ１は、図１２に略図的に示されているようにマイクロコントローラ１３などによって制御できる。
【００５２】
レベルの測定を制御している期間に、マイクロコントローラ１３が最初に電流パルスによって充填レベル・センサ１を制御して、個々の熱電素子６によって、既知のペルティエ効果によって高温の接点７と低温の接点８の間に温度差を形成するようにする。
【００５３】
その通電の後、マイクロコントローラ１３は、接触面１１、１２における電圧を測定する。この電圧は、高温の接点７と低温の接点８の間の温度差に応じて、既知のゼーベック効果によって発生する電圧である。
【００５４】
熱電素子６が液面レベル２より下の燃料３中に没している場合に、高温の接点７と低温の接点８の間の温度差は、燃料３の熱伝導性（率）によって大幅に補正（補償）されるので、燃料中に没した熱電素子６からは、僅かな低い電圧しか発生しない。
【００５５】
それに対して、熱電素子６が、燃料３中に没しておらず、燃料タンク４内の液面レベル２より上にある場合は、周囲の空気の熱伝導率が相対的に低いので、高温の接点７と低温の接点８の間の温度差は、ほとんど減少しない。従って、燃料中に没していない熱電素子６からは相対的に大きい熱電圧（熱起電力）が発生し、この熱電圧をレベル・センサ１の接触面１１、１２で測定できる。従って、接触面１１、１２で測定できる電圧は、燃料タンク４内における燃料３のレベル２を直接的に表しており、その電圧から燃料３のレベル２を直接的に検出し得ることができる。
【００５６】
図２は、本発明によるレベル・センサ１の代替的な典型例の実施形態を示している。この場合は前述の実施形態と多くの点で一致し、また同じ構成要素には同じ参照番号が付けられているので、繰り返しを避けるため図１の説明を参照されたい。
【００５７】
この典型例の実施形態の特徴は、レベル・センサ１は、互いに平行に隣接して配置されている２つの熱電対列５ａ、５ｂを具えていることである。この場合、低温の接点８は、レベル・センサ１の外側に、高温の接点７は２つの熱電対列５ａ、５ｂの内側に互いに向き合うように配置されている。但し、高温および低温の両接点７、８の空間内の方位（相対的位置）を逆にすることもできる（即ち、高温の接点７を外側に、低温の接点８を内側に互いに向き合うように配置することもできる）。
【００５８】
図５は、図１によるレベル・センサ１の概略的な断面図を示している。この図から、１つの支持材１４の同じ面上に導体材９、１０が取り付けられて配置されており、この典型例の実施形態の場合、その支持材１４はプラスチック・フォイル（箔）またはフィルムまたは薄板である。
【００５９】
図６は、図１によるレベル・センサ１の代替的な典型例の実施形態の概略的な断面図を示している。この場合には、熱電素子６の導体材９、１０は、支持材１４の互いに反対向きの両面のそれぞれの面に配置され設置されている。導体材９、１０は、支持材１４を貫通して伸びるその貫通接続部（Durchkontaktierung：貫通接触部、スルーホール（貫通孔）を通る接続部）１５を介して（によって）接点（接触点）７において互いに電気的に接続されている。
【００６０】
図７は、本発明によるレベル・センサ１の熱電対列５の一部分を示している。この場合、導体材９、１０は、例えば、スパッタリング、プリンティング（印刷）またはメッキなどの製造処理方法によって、時間的に順に（順次）取り付けられたものである。
【００６１】
図８は、本発明による熱電対列５の、代替的な典型例の実施形態の概略図を示している。この場合、導体材１０が均一な（単一性の、まとまった）基材（einheitliches Grundmaterial）を形成しており、その基材上に、導体材９が、低抵抗で熱電特性が異なる第２の層として取り付けられ（形成され）ている。この場合、導体材９を取り付ける際にも、スパッタリング、プリンティングまたはメッキ処理などの方法を用いることができる。
【００６２】
図９および１０は、熱電対列５の別の典型例の実施形態を示している。この場合、個々の熱電素子６の導体材９、１０は、支持材１４の両面上に取り付けられており、高温の接点７と低温の接点８には、支持材１４を貫通して導体材９、１０を互いに接続させる貫通接続部（Durchkontaktierung：貫通部、貫通接触部、貫通孔を通る接続部）が設けられている。
【００６３】
図１１は、本発明による前述のレベル・センサ１を備えた、本発明によるレベル測定装置の概略的なブロック図を示している。
【００６４】
この場合、レベル・センサ１は、パルス発生器１６の、図１３Ａで例示したような電流パルスによって制御される。パルス発生器１６で生成された電流パルスによって、既知のペルティエ効果により、高温の接点７と低温の接点８の間に温度差が生じる。その結果、レベル・センサ１の接触面１１、１２に熱電圧が発生し、この熱電圧を電圧計１７で測定する。図１３Ｂ〜１３Ｄには、そこで測定した電圧の時間的な変化の例が示されている。熱伝導は必ず発生するので、電流パルスが終了すると高温の接点７と低温の接点８の間の温度差が減少し、その結果、レベル・センサ１によって生成される電圧は徐々に減少（低下）する。しかし、その測定された電圧は、測定対象である液体の液面レベル２を直接示す尺度（Mass）になる。
【００６５】
ノイズを最小化しオフセット（Offsets：ずれ）をなくするために、レベル測定装置は、測定した電圧を所定の時間期間の間に単一で若しくは１区間（einfach：１つ、単一、１回、単純に）だけ（時間）積分する（図１３Ｃを参照）かまたは二重に若しくは２区間（doppelt：２つ、２回、二重に）積分する（図１３Ｄを参照）積分器１８を具えている。
【００６６】
本発明は、上述の好ましい典型例の実施形態に限定されることなく、本発明の思想を利用しその保護範囲に該当する複数の変形および修正が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】図１は、単一の熱電対列を有する本発明によるレベル・センサの概略図を示している。
【図２】図２は、２列の熱電対列を有する本発明による別のレベル・センサの代替的典型例実施形態を示している。
【図３】図３は、内部に図１によるレベル・センサを有する自動車の燃料タンクの概略図を示している。
【図４】図４は、図１〜３による本発明によるレベル・センサにおける個々の熱電素子の概略図を示している。
【図５】図５は、熱電素子の異なる導体材が１つの支持材の同一面上に取り付けられている、本発明によるレベル・センサの概略的な断面図を示している。
【図６】図６は、熱電素子の異なる導体材が支持材の互いに反対向きの両面に配置されている、本発明によるレベル・センサの代替的な典型例の概略的な断面図を示している。
【図７】図７は、時間的に順に設置された導体材を有する熱電対列の一部分の概略図を示している。
【図８】図８は、低抵抗で熱電特性が異なる第２の層を有する均一な基材で構成された熱電対列の代替的な典型例の実施形態の一部分の概略図を示している。
【図９】図９は、複数の熱電素子の異なる導体材が支持材の互いに反対向きの両面上に取り付けられている熱電対列の一部分の概略図を示している。
【図１０】図１０は、図９の熱電対列を線Ａ−Ａに沿って切断した断面図を示している。
【図１１】図１１は、本発明によるレベル測定装置の簡略化したブロック図を示している。
【図１２】図１２は、レベル・センサを制御および判定するマイクロコントローラを備えた、本発明によるレベル測定装置の極端に簡略化したブロック図を示している。
【図１３】図１３Ａ〜１３Ｄは、本発明によるレベル・センサにおける電流および電圧の様々な変化を示している。
【符号の説明】
【００６８】
１  液面レベル・センサ
２  レベル
３  燃料
４  燃料タンク
５  熱電対列
５ａ、５ｂ  熱電対列
６  熱電素子
７  高温接点
８  低温接点
９、１０  導体材
１１、１２  接触面
１３  マイクロコントローラ
１４  支持材
１５  貫通接続部
１６  パルス発生器
１７  電圧測定装置
１８  積分器
【図１】
2007225612.tif 000003
【図２】
2007225612.tif 000004
【図３】
2007225612.tif 000005
【図４】
2007225612.tif 000006
【図５】
2007225612.tif 000007
【図６】
2007225612.tif 000008
【図７】
2007225612.tif 000009
【図８】
2007225612.tif 000010
【図９】
2007225612.tif 000011
【図１０】
2007225612.tif 000012
【図１１】
2007225612.tif 000013
【図１２】
2007225612.tif 000014
【図１３】
2007225612.tif 000015