[发明专利]用于检测介质的水平的传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于检测通用介质（比如液体、流体物质、粉末状材料或者处于散装状态的材料等等）的水平的传感器。本发明特别是参照使用在车辆上的电容类型的水平传感器而开发的。

背景技术

水平传感器被使用在用于检测存在于通用容器（例如储槽）中的液体的残留数量的多种情境中。这些传感器当中的一些基于浮标（float）的使用。这些传感器从机械的角度看来总体上复杂，并且呈现一些关键方面，比如堵塞的风险。这些传感器不可避免地会受到与经历测量的介质的可能冻结相关联的问题的影响。

还已知基于比如电导率/电阻率或电容之类的电学量的测量的水平传感器。这些传感器通常具有根据总体上竖直的水平检测轴被安排在相应的绝缘基板上的第一电极的阵列，所述绝缘基板将被安装在储槽的内部。所述传感器随后具有设置在第一阵列的电极之间或者朝向第一阵列的电极设置的第二电极的类似阵列，从而使得将要测量其水平的流体穿入两个阵列的电极之间。在一些解决方案中，取代多个第二电极，提供共同电极，该共同电极具有至少等于第一阵列高度的高度。在再其他解决方案中，储槽本身具有例如通过金属化表面而变为导电的内表面，以便充当共同电极。所述电极电气连接到常常包括微控制器的电路装置，所述微控制器通过处理在电极之间检测到的电学量的数值而能够识别出储槽中的液体与空气之间的过渡区域，所述过渡区域被视为表明液体的水平。

在这些已知的解决方案中，电极与液体直接接触，并且因此容易发生老化和过早磨损。这些传感器系统的操作于是与流体的特性（比如其电导率/电阻率或者其介电常数）紧密关联。

参照电容类型的水平传感器，这些传感器通常设想到至少两个相互朝向的电极，其水平将被检测的液体穿入所述电极之间，其中所述电极通过振荡器电路被激励，振荡器电路也就是生成交流或频率调制电信号的电路。所述电路检测所述相互朝向电极之间的电容变化，所述电容变化与设置在电极之间的电介质变化成比例，也就是说与设置在电极之间的液体水平成比例，并且因此检测传感器元件的电容的变化。因此在这些传感器中获得与前述电容变化成比例的输出信号。这种类型的已知传感器设想到具有对应阻抗的配置，所述传感器甚至可能表现为天线并且呈现生成电磁干扰（EMI）的问题，这一干扰比如会与其他电子系统（比如车载电子电路）发生干扰。这一现象随着电极延伸范围的增加（也就是随着水平传感器的长度的增加）而增加，所述传感器可能会表现为传送天线。

其他类型的电容性传感器设想到在例如梳齿状（交叉指状）配置中的至少两个共面电极之间执行测量，所述共面电极朝向将它们与液体分隔开的绝缘壁，其中超出绝缘壁范围的液体的存在基本上决定彼此并排设置的两个电极之间的电介质的变化，从而实现检测。这种类型的传感器例如从US 7258005 B2获知。在这些情况下，两个电极之间的间距必须远大于绝缘壁的厚度，通常大于壁厚度（也就是设置在两个电极当中的每一个电极与将要检测的流体之间的壁的厚度的总和）的两倍，从而使得液体的可能存在可以有效地扰动电极之间的电容。除了造成负担的问题之外，这种解决方案还呈现测量分辨率或精度方面的限制。

其他类型的电容性传感器被安放在储槽（比如车辆中的用于燃料或用于添加剂的储槽）的外部。但是这些类型的传感器受困于以下事实：储槽必须设想到较大的壁厚度以便确保必要的机械强度。这就需要使用具有更高功率的频率信号来检测储槽中的液体水平，并且这决定了前述电磁干扰的更大风险。

发明内容

本发明的目的总体上是提供一种生产起来简单并且便宜的水平传感器，其特点在于使用和构造方面的高度灵活性以及基本上免疫于前面着重提到的问题。

根据第一方面，本发明的目的是提供一种可以在确保精度和可靠性的同时按照不同长度生产的水平传感器。

根据一个不同方面，本发明的目的是提供一种即使在经历测量的介质至少部分地发生凝固或冻结的状况下也适合于实施水平测量的传感器。

根据一个不同方面，本发明的目的是提供一种能够辨别经历测量的介质的不同层和/或不同状态的存在和/或高度的水平传感器，比如“液体-空气/气体-固体”类型，或者“液体-固体”类型，或者“空气/气体-固体”类型，或者又是“液体-空气/气体”类型的状态和/或层的序列。

根据一个不同方面，本发明的目的是提供一种能够检测经历测量（例如在冻结和/或解冻期间包含液体的储槽中的水平变化的测量）的介质的不同层和/或状态的高度变化（比如介质的冰冻或凝固层的增大或减小）的水平传感器。