用于測量容器內液體水平的測量裝置和方法與流程

本發明涉及一種測量容器內的液體水平的測量裝置和測量容器內的液體水平的方法。本發明同樣地涉及這種測量裝置和測量方法的使用。

背景技術：

在多個技術領域中，需要測量液體表面相比于參考高度的高度。

從現有技術中，已知使用浮在液體上的浮子以及通過確定浮子在容器內的位置來得到液體水平的結論。

從現有技術中，已知在用于測量液體水平的測量裝置中使用磁感應傳感器構件。從DE 10156479 A1，已知的是采用可旋轉的支承桿臂，該支承桿臂的一端附接有浮子，該支承桿臂的可旋轉支承端連接至環形磁體，并且已知使用一傳感器，其中，當該桿移動時，環形磁體與其一起移動，使得其改變作用在傳感器上的磁影響，這帶來了對應于液體水平的輸出信號。采用可編程的霍爾效應傳感器作為傳感器。從DE 19935652 A1已知的是，將磁體連接至浮子，以及在浮子的移動路徑的外側提供一傳感器，該傳感器可測量在由磁體生成的磁場的磁力線的方向上取決于被浮子移動的磁體的位置和/或定位而產生的變化，并且該傳感器可將其電子地重現在顯示器上。從DE 19925185 A1已知的是，提供了繞旋轉軸線可旋轉地支承的浮子，并且在浮子的旋轉軸線處安裝一磁體，該磁體安裝為與設置在管內的磁場傳感器相反，并且設置為經由電線向評估設備發射信號，該信號取決于浮子的角度位置。

從US 3982087、GB 1395075和DE 3241250 A1，測量裝置已知用于測量容器內的液體水平，其中簧片觸頭被用作磁感應傳感器構件。簧片觸頭具有可移動的部件。因此，這些測量裝置并且特別合適用于安裝在車輛中的容器內。在行進過程中的振動可能導致簧片觸頭被損壞。

在使用簧片觸頭的測量裝置中，簧片觸頭的簧片觸頭的范圍通常是用于從液體密封的殼體中。液體的水平通過相應簧片觸頭的開關而檢測。系統的精確度從而取決于在測量路徑的每段上的簧片觸頭的尺寸和其數量。通過具有簧片觸頭的測量裝置，通常獲得10-20mm的精確度。

針對該背景，本發明基于該問題，提出了一種用于測量容器內的液體水平的測量裝置和測量方法，其可以更高的精度來測量容器內的液體的水平。

技術實現要素：

該問題通過根據權利要求1和2的測量裝置和根據權利要求10的測量方法來解決。優選的實施例復現在從屬權利要求中以及復現在隨后的說明書中。

本發明基于起始于這樣的基本思想，即在傳感器線路中采用不包含可移動部件的磁感應傳感器構件，特別地在傳感器線路中不采用具有簧片觸頭的傳感器構件。特別地，當傳感器線路的至少一個傳感器構件使用磁阻效應或者是霍爾效應傳感器或磁阻器或EMR傳感器時，來實現上述思想。特別優選地，在傳感器線路上使用這樣一種傳感器構件，其使用磁阻效應或其為霍爾傳感器或磁阻器或EMR傳感器，并且在其下游沒有安裝有觸發器(特別是D觸發器)。在傳感器構件下游安裝的觸發器可以被認為是簧片觸頭的電子實現方式。

根據本發明的用于測量容器內的液體水平的測量裝置具有這樣一種傳感器線路，其具有沿著測量路徑彼此分隔開布置的兩個磁場感應傳感器構件。特別優選地，傳感器線路具有不止兩個，特別優選地不止三個，以及特別優選地不止五個，以及特別優選的不止10個傳感器構件，特別優選地不止15個傳感器構件。所提供的傳感器構件的數量特別地取決于測量路徑的長度，使用的發射磁體幾何形狀以及由其引起的傳感器平行磁場分布，以及所需要的精度。在優選的實施例中，傳感器構件彼此之間等距而對沿著測量路徑設置。然而，其他實施例也是可以想到的，其中在測量路徑的一些區段中的傳感器構件相比于傳感器路徑的其他區段中設置為更接近彼此。例如，能夠想到這樣的實施例，其中在測量路徑的一些區段中需要特別高的精度，例如，在測量路徑的下端，在該下端處，容器內液體的水平可能接近于容器的全空狀態。

在優選的實施例中，傳感器線路中的所有傳感器構件使用磁阻效應。傳感器構件可具有“各向異性-磁阻效應”(AMR效應)，或是“巨大”的磁阻效應(GMR效應)。然而，傳感器構件也可具有其他效應，諸如巨磁阻抗效應(GMI)或隧道磁阻效應(TMR)。傳感器構件可類似地為霍爾效應傳感器。傳感器構件可類似地為基于“異常磁阻”效應(EMR效應)的傳感器或磁阻器。這里，磁阻器(也被稱為磁相關阻抗(MDR))被理解為由半導體構成的傳感器，其相對于通過電阻變化產生的磁場起作用。下文的效應也被稱為Gauss效應或是稱為Thomson效應(以William Thomson命令)。

通過使用具有磁阻效應或是為霍爾效應傳感器的傳感器構件帶來了這樣的額外的優勢，它們的模擬信號性能還允許在兩個傳感器構件之間的區域的浮子位置的內插。

在優選的實施例中，使用具有螺旋條狀紋結構的磁阻傳感器構件。在該情況下，能夠想到采用支持場(support field)裝置，以確保穩定的操作狀態，特別是當沒有發射磁體時，當發射磁體處于被移除狀態時，或是當發射磁體非常弱時。

在優選的實施例中，使用的磁阻傳感器構件包含僅兩種不同類型的阻抗，其中阻抗帶取向為與測量路徑基本垂直以及與測量路徑基本成直角。這種設計的特別的優點在于，可獲得的傳感器阻抗和傳感器表面之間的關系，傳感器表面相比于螺旋條狀紋和旋轉傳感器來說特別地大。這種傳感器構件的特征線是單極的，即不區分由其檢測的磁場的北對齊和南對齊。與南北軸線平行于測量路徑對齊的浮子相互作用，這種傳感器構件可確保與浮子的安裝位置無關的函數，至少如果該浮子具有對稱結構。在優選的實施例中，AMR傳感器(通過集成具有不同的溫度性能的阻抗材料而形成)具有輸出信號的這樣的溫度性能，在特征線的至少中間部分，在第一接近方向上，帶來了輸出信號的溫度獨立性。

在優選的實施例中，將可產生正弦類型或余弦類型的場的角度相關的傳感器信號的磁阻旋轉傳感器用作傳感器線路的傳感器構件。使用旋轉傳感器具有這樣的優勢，當確定傳感器位置的磁場角度時，傳感器輸出幅值的溫度相關性對角度的確定沒有影響，從而對發射器位置沒有影響。在根據本發明的裝置中的這種傳感器類型的進一步的優勢在于，能夠通過與磁場方向無關的MR信號幅值以及通過與該參數有關的溫度，通過兩個通道的輸出信號的平方和的根拉來進行溫度測量，而無需使用額外的溫度傳感器。

在優選的實施例中，相應的傳感器構件具有磁阻元件的全橋布置(惠斯頓電橋)或是這些磁阻元件的半橋電路。在特別優選的實施例中，可為每個傳感器構件通過額外的全橋電路或額外的半橋電路。通過磁場感應傳感器的適當的構造，獲得了初始地依賴于磁場方向的兩個正弦類型和余弦類型的信號。在該情況下，能夠想到采用支持場裝置，以確保穩定的操作狀態，特別是當沒有發射磁體時，當發射磁體處于被移除狀態時，或是當發射磁體非常弱時。

額外地或替代地，在根據本發明的裝置中，傳感器線路的至少一個傳感器構件，以及特別優選的所有的傳感器構件，具有產生第一中間信號的第一部分和產生第二中間信號的第二部分，第一中間信號的進程與第二中間信號的進程依賴于外部產生的磁場的方向和/或強度，并且第一中間信號大致具有正弦類型的進程且第二中間信號大致具有余弦類型的進程，并且第一部分的中點對應于第二部分的中點。通過產生正弦類型信號的第一部分相對于產生余弦類型信號的第二部分的這種布置方式，可以有利地實現這樣的效果，可從兩個中間信號的分析推導出瞬時的信號幅值。該信息可例如用于確定浮子的粗略位置(以低精度確定該浮子的位置)。

在優選的實施例中，傳感器線路的傳感器構件可以產生輸出信號，該輸出信號通過將平行于傳感器線路的磁場與磁支持場疊加而確定。這可特別地實現為，在傳感器構件的位置處，通過支持場裝置，產生永磁場，該永磁場取向為垂直于線路縱向方向，并且該永磁場的角度被線性平行的測量場(其由浮子產生并且在每個位置都比支持場弱)所影響。傳感器構件可以是螺旋條狀紋傳感器或是旋轉傳感器或是由具有正弦類型信號并彼此正交取向的帶形成的單橋，并且然后產生基本上取決于在傳感器位置處的場角度的信號。通過將由浮子產生的場與在傳感器位置處的支持場疊加而產生的場的角度，在第一接近方向上僅取決于由浮子產生的場作用在線路方向上的分量。特別地，徑向場分量的影響從而被最小化，該徑向場分量可能例如由于浮子的位置的徑向移動或是翻倒而產生。

在優選的實施例中，單獨的傳感器的輸出信號的表現與相應的傳感器構件相對于磁發射器的中間位置不呈徑向對稱。

在優選的實施例中，測量路徑是線性延伸的測量路徑。在優選的實施例中，傳感器線路是集成到殼體中的。這能夠將傳感器線路與液體分隔開。傳感器線路的殼體可從而同時被用作當浮子從相對于傳感器線路的第一相對位置移動到相對于傳感器線路的第二相對位置的用于浮子的引導件。在優選的實施例中，傳感器線路的殼體被設計為類似條狀，并且浮子被形成為環形或柱形形狀使得其可被推到條上。如果該條是線性延伸的條，其可規定出線性延伸的測量路徑。還可以想到，通過條的形狀，規定出不同于線性延伸的測量路徑的測量路徑，例如如果該條是橢圓弧形，特別優選地形成為跟隨圓形弧形。

在優選的實施例中，傳感器線路的殼體形成為類似條，并且浮子形成為環形或者柱形形狀、并且推到該條上，并且該環形形狀或柱形形狀的浮子的孔的直徑大于該條形殼體的外徑。特別優選地，當浮子布置為相對于條的縱向軸線在條的相反側上對稱地布置，并且在環形形狀或柱形形狀的浮子的向內指向的表面和條的外表面之間設置有1mm的游隙，特別優選地超過1mm的游隙，特別優選地超過2mm的游隙。已知的是殼體可能在容器內結晶。在該情況下，可以想到這樣的操作條件，其中僅一些晶體形成在液體中。在現有技術中已知的用于測量容器中液體的水平的測量裝置中，其中浮子沿著條被引導，當浮子和條之間的游隙選擇為過窄時這帶來了晶體阻礙該浮子移動的情況，這意味著所述浮子不再能夠檢測液體的水平。使用磁阻效應或是霍爾效應傳感器的傳感器構件的采用，特別地相比于現有技術中采用簧片觸頭的實施例，在浮子和條之間選擇更大的游隙。因此，根據采用磁阻效應或是為霍爾效應傳感器的傳感器構件的本發明的采用方式提供了進一步的優勢，即，這些測量裝置能夠更好的使用，即使是在結晶的液體的情況下。

在優選的實施例中，測量裝置具有BUS系統的形式，即用于在傳感器構件惡化測量裝置的評估單元之間經由通用傳輸路徑而傳輸數據的系統，其中在每種情況下的一個傳感器構件沒有涉及在其他傳感器構件和評估單元之間的數據傳輸中。通過使用BUS系統，能夠節省線纜，在替代的實施例中，例如線纜將不得不從相應的傳感器構件直接引導至評估單元。這里，BUS系統額外地提供了這樣的優勢，其安裝空間小于將以其他方式不得不從傳感器構件引導至評估單元的所有電纜的總和。此外，BUS系統相比于單獨的電線更不容易受到干擾。BUS系統類似地允許測量裝置的模塊化設計。通過使用BUS系統，當制造根據本發明的測量裝置時，能夠將測量裝置調整為適應于在每種情況下單獨地制造并且容易地適應于用戶的需求，特別地相對于將采用的傳感器構件的數量。

在優選的實施例中，BUS系統與移位寄存器一起實現。在該實施例中，兩個或更多的傳感器元件局部地連結以形成區塊(“處理單元”)。根據本發明的測量裝置可具有n個這樣的區塊。從相應的區塊，該區塊的單獨的傳感器的模擬測量值被載入到BUS上。在該情況下，在特別優選的實施例中，可以設想的是，每個區塊具有多路復用器，分配到該區塊的傳感器構件的模擬測量值作為輸入信號而施加到該多路復用器并且該多路復用器的輸出信號被載入到BUS上。通過適當地激活相應的區塊的相應的多路復用器，相應的區塊的相應的傳感器構件的模擬測量值可一個接著一個地被載入到BUS上。每個模擬測量值可從而在評估時間內被饋送到評估單元，該評估時間對應于直到所有的模擬測量值已經被載入到BUS上一次的時間。移位寄存器的使用的優勢在于，特別地，可使用對于在電子裝置中的安裝是標準化的或是可以通用地大批量制造的結構元件。此外，可在小的安裝空間中使用限定數量的電路軌跡。因此，測量路徑可形成為非常長，例如甚至好幾米并且但是具有大量的傳感器構件。

在替代的實施例中，該替代實施例也是優選地，可使用數字總線結構作為BUS系統。在該實施例中，相應的傳感器構件的模擬測量值通過在相應傳感器構件的本地區域中轉換器而被轉換為數字測量值，在特別優選的實施例中，所述數字測量值在轉換之前被放大。另外，在特別優選的實施例中，模擬測量值或數字測量值的一個校準可以在相應的傳感器構件的本地區域中進行。例如，為了在相應的傳感器構件的本地區域中執行這些任務，可以提供由集成電路，一方面傳感器構件連接到該集成電路，并且另一方面該集成電路連接到數字總線結構。可從而實現的是，每個傳感器可用作測量點，其可經由相應的編址讀取，或是用作“菊花鏈”布置(例如，SPI-BUS)。在特別優選的實施例中，連接到相應的傳感器構件的集成電路具有模擬放大部分、模數轉換器和用于BUS通信的處理單元，以及在特別優選的實施例中，具有用于標定數據的存儲元件和/或集成的溫度補償。在該實施例中，模擬信號路徑被縮短并且從而獲得了免受干擾的更好的保護。BUS系統可被縮減到四條線路(Supply+和-，DATA，Clock)。

在優選的實施例中，浮子被設計為使得，其可圍繞傳感器線路的縱向方向自由地旋轉，其中傳感器線路的縱向方向對應于測量線路。這可特別優選地實現為，傳感器線路被集成到設計為條的殼體中，而浮子被設計為環形或柱形形狀。在現有技術已知的實施例中，其中環形形狀或柱形形狀的浮子具有凹部，設置在條上并且在條的縱向方向上延伸的肋部接合在該凹部中。從而，環形形狀或柱形形狀的浮子不會繞條的縱向軸線旋轉。浮子在條上的這種引導的采用從而帶來了液體中的結晶阻擋浮子沿著條的縱向軸線的移動的風險(如果晶體位于肋和界定凹部的壁之間的間隙中)。根據一個優選的實施例，浮子被設計為能夠繞傳感器線路的縱向延伸方向自由地旋轉，這樣的事實意味著，能夠無需這種引導。

在優選的實施例中，傳感器線路具有支持場裝置，其在傳感器構件中產生磁支持場。采用的支持場裝置可由一個或多個結構元件(例如永磁體)構成。然而，支持磁場裝置也可由例如當通過電磁線圈產生磁場所需的多個部件構成。在優選的實施例中，支持場裝置由多個永磁體形成，其中至少一個永磁體，特別優選地精確地一個永磁體被分配至每個傳感器構件。然而，也可以想到其他的實施例，其中支持場裝置的一個永磁體被分配至多個一起的傳感器構件。如果，在一個這樣的實施例中，傳感器構件設置在支撐構件上，例如印刷電路板上，永磁體可在相同的印刷電路板設置在傳感器旁邊或與設置為與傳感器相反。類似地，永磁體可直接設置在傳感器基板上或下方。將形成支持場裝置的磁體布置在傳感器構件的附近使得能夠適應具有較少的延伸場的較小的磁體，因此，在實際使用中，可以減少由于粘附金屬雜質而引起的問題。在特別優選的實施例中，額外的永磁體可在與傳感器和其他結構元件相同的焊接過程中施加到印刷電路板。為了改進焊接或膠粘過程，磁體可設置有表面涂覆。

在特別簡單的實施例中，支持場裝置由單個磁體構成，該單個磁體在多個區段中不同地被磁化。

在優選的實施例中，傳感器沿著測量路徑均勻地布置。在特別優選的實施例中，在該實施例中提供由支持場裝置，其中使用的永磁鐵類似地均勻布置。

為了避免在傳感器位置的偏離的磁流密度，在傳感器的行的相應的外部傳感器的情況下，通過磁體的行的斷裂，相應的外部磁體可以包括不同與內部磁體的形狀或條件。

在優選的實施例中，支持場裝置具有形成為相同的永磁體。

為了有助于安裝過程中磁體的操作以及確保所有磁體的正確的磁化，該步驟有利地通過未磁化的磁體而進行，該些未磁化的磁體僅在額外的生產步驟中被磁化。

磁場感應傳感器構件，特別是磁阻傳感器構件，特別是螺旋條狀紋傳感器，通常具有這樣的特征線進程，對于傳感器中由磁場生成發射器產生的磁場的磁場分量的每個場強度，該特征線進程復現了由傳感器構件產生的傳感器信號的強度相對于能夠由傳感器構件產生的最大傳感器信號的關系的值，該行程僅在磁場向量的部分小的場強度區域中是大致線性的并且在靠近特征線基本線性行進的區段非線性地行進。通過使用支持場裝置。能夠影響傳感器的特征線，從而以調整外部磁場的磁場分量的場強度區域，其中特征線線性地行進。從而，用于產生傳感器信號的裝置可通過適當地選擇該支持場裝置而被調節，例如使得，傳感器的特征線由于當發射器的信號過強時而變得非線性的情況下，通過采用支持場裝置，提供了這樣一種特征線進程，其中，一方面，在預期有最強的發射器磁體的情況下，由此在傳感器中產生的場強度仍然在傳感器特征線的大范圍的線性區域中，另一方面，提供這樣的特征線進程，即使在遠離的較弱的磁體的情況下，該特征線進程仍然能夠被很好的評估。支持場的使用還能夠提供該裝置的單個結構，其可與具有發射器的不同磁場的不同的發射器一起使用。

在使用螺旋條狀紋傳感器時以及在磁阻旋轉傳感器的情況下，支持磁場的使用帶來了信號傳感器與N-S定向的無關性，N-S定向是各向異性的磁阻傳感器的典型特征且被克服，并且從而單個傳感器構件的信號形狀不再相對于發射器磁體位置鏡像對稱。因此，當評估單個傳感器信號時，位置確定的不確定度被降低。因此，在所有位置都明晰的發射器磁體的位置確定能夠通過在發射器磁體的動作區域中的更少的單個傳感器元件而實現，這意味著，對于給定的水平測量范圍，單獨的傳感器構件的平均間隔增加，或是其總數可以降低。

如果將具有相同的可逆磁化的溫度系數的材料用于支持場的磁體和發射器的磁體，傳感器構件的敏感度以及從而傳感器信號將幾乎不會被永磁體的溫度行為所影響。

在優選的實施例中，浮子具有不止一個永磁體，其中所有的永磁體或者相對于軸線軸向地磁化，或者所有的永磁體相對于軸線徑向地磁化，并且其中所有的永磁體在與永磁體相交并且垂直于軸線的平面中徑向對稱地布置。這里永磁體的徑向對稱設置被理解為表明，當浮子繞軸線旋轉某一角度時，永磁體再次與彼此重合。在具有這樣的浮子的情況下，可在相應的單個傳感器構件處取決于浮子相對于該單個傳感器構件的定位而產生大致與傳感器線路平行的磁場，該磁場的本地強度確定相應的單個傳感器構件的輸出信號。在特征線在南極和北極不同的傳感器布置中，具有徑向磁化磁體的浮子設計特別地提供了這樣的優點，(只要浮子具有對稱的機械結構)，關于頂部/底部的安裝可以根據需求進行。在根據本發明的測量裝置中，當浮子位于第一測量位置時，由浮子產生的磁場在第一位置沿著基本平行于測量路徑的傳感器線路延伸，并且，當浮子位于第二測量位置時，由浮子產生的磁場在第二位置沿著基本平行于測量路徑的傳感器線路延伸。特別優選地，第一測量位置選擇為使得，傳感器構件設置在沿著傳感器線路的第一位置處，在該位置處由浮子產生的磁場大致平行于測量路徑。此外，第二測量位置優選地選擇為使得，傳感器構件設置在沿著傳感器線路的第二位置處，在該位置處由浮子產生的磁場大致平行于測量路徑。在該優選的實施例中，從而在每個測量位置設置一個傳感器構件，其僅觀察到大致平行于測量路徑延伸的測量場。在本發明的大部分實施例中，在第一測量位置和第二測量位置之間將存在任意數量的測量位置，因為在第一和第二測量位置之間的水平可能占據任意數量的狀態，并且浮在液體上的浮子可從而占據相對于傳感器線路的任意數量的位置。

在特別優選的實施例中，浮子具有在浮子的周向上等距分布的多個永磁體，該浮子設計為環形或者柱形形狀，其中所有的永磁體或者相對于軸線軸向地對齊，或者所有的永磁體相對于軸線徑向地對齊，并且其中所有的永磁體在與永磁體相交并且垂直于軸線的平面中徑向對稱地布置，其中永磁體的數量為二，特別優選地為三，特別優選地為四，或是特別優選地為五。

在優選的實施例中，浮子具有中空-柱形磁體，該中空-柱形磁體的縱向軸線平行于測量路徑指向或者位于測量路徑上，并且磁體徑向或軸向平行于縱向軸線被磁化。相對于具有在設計為環形形狀或是柱形形狀的浮子的周邊上等距分布的多個永磁體的浮子，中空-柱形的磁體的使用簡化了浮子結構。

在優選的實施例中，該裝置具有溫度測量裝置，其可測量容器內液體的溫度。因此，與溫度相關的傳感器的補償和/或發射器參數可以產生。溫度測量可類似地給出將被測量高度的液體的狀態的指示。溫度測量裝置可具有單獨提供的測量構件，例如具有鉑測量電阻的測量構件。溫度測量裝置可類似地使用具有PN結的半導體結構元件。溫度測量裝置可類似地使用例如具有非線性阻抗(諸如熱敏電阻)的結構元件。溫度測量裝置可類似地使用例如熱電結構元件，諸如熱電偶。溫度測量裝置可類似地通過評估傳感器線路的輸出信號，例如通過檢測旋轉傳感器的溫度相關的MR信號幅值(其中MR信號幅值可經由兩個通道的輸出信號的平方和而被檢測)，來檢測溫度。溫度測量裝置還可以是評估單元的一部分。特別地，微控制器中的溫度可通過帶隙基準而被檢測。其優點在于，無需用于測量溫度的額外的部件。

本發明的一個進一步有利的構造在于，多個信號傳感器構件的傳感器信號以時間順序通過多路復用器的幫助而被饋送至模數轉換器，使得用于評估信號的模數轉換器的數量小于將被評估的獨立的傳感器信號的數量。

在優選的實施例中，電導體可被設置在根據本發明的測量裝置的傳感器線路的區域中。電導體被配置為使得，當電流流過該電導體時，該電導體產生場，該場在傳感器線路中產生信號，該信號獨立于傳感器線路相對于電導體在第一接近方向上的位置。因此，使用該信號，能夠控制獨立傳感器構件的敏感度。因此例如可以控制傳感器構件的功能。

根據本發明用于測量容器內液體水平的方法，該容器具有根據本發明的測量裝置，設想如下方案，當確定浮子沿著測量路徑的位置時，傳感器構件的輸出信號與存儲在存儲器中的數值相比較，并且比較的結果是用于確定浮子位置的基礎。特別地，作為方法的一部分，進行了傳感器構件的輸出信號與從存儲在非易失性存儲器中的傳感器構件特征線得到的期望的傳感器信號的增量比較。術語“傳感器構件特征線”被理解為傳感器構件的輸出電壓與在浮子移動方向上浮子和傳感器構件之間間隔之間的函數關系。在該情況下，在用于多個可能位置(浮子可能相對于傳感器線路位于該多個位置處)的評估單元中，通過使用存儲的傳感器構件特征線得到的針對傳感器線路的單獨的傳感器構件的期望的傳感器信號被檢測，并且測量的信號和期望的信號之間的差值的平方和最小(最小二乘法)的位置處的位置被輸出作為浮子的實際位置除了水平信息之外，液體的溫度也可被傳遞至進一步的處理單元。如果沒有達到一定的液體溫度或者超過一定的液體溫度，則可以發送警告信號。

如果傳感器構件的特征線是溫度相關的，那么，在優選的實施例中，對應于不同的操作溫度的傳感器構件特征線可被存儲在存儲器中，并且當該執行該方法時以檢測期望的傳感器信號時，通過使用在優選實施例中的溫度測量，可選擇最有可能對應于測量溫度的傳感器構件特征線。替代地，由傳感器構件產生的測量值在使用傳感器構件的已知的溫度行為被進一步地評估之前，可被轉換為存儲在存儲器中的傳感器構件特征線的期望的電壓值所相關的溫度。

特別地，根據本發明的測量裝置，和/或根據本發明的測量方法優選地在以下情況下使用，當測量容器內墨水的水平時，當測量容器內溶劑的水平時，或是當測量容器內含尿素液體的水平時。

該水平測量的一個當前的應用是從商用車和乘用車排出的廢氣的凈化。合成尿素水溶液用于在SCR催化劑中對廢氣進行后處理。為此，尿素-水溶液從柴油機中被噴射到廢氣中，以降低廢氣中氮氧化物(NOx)的比例。在該情況下，在還原反應中，NOx被還原為N₂O，并且形成氮氣和水。其他的還原劑和/或還原劑前體(其例如在廢氣中或在廢氣的區域中僅被轉換為還原劑)是已知的。這些方法通常稱為SCR方法(SCR：選擇性催化還原)。通過選擇性催化還原，氮氧化物以更大的可選擇性被還原為氮氣，例如，由此，在廢氣中的氮氧化物濃度可被顯著地降低。通過尿素的熱分解，實際上的還原物質，即氣態氨從作為還原劑前體的尿素生成。

一些尿素-水溶液在低于-11.5℃的溫度以下結晶。該結晶實際上是可逆的，但是其導致技術問題，由于該結晶，尿素-水溶液不再適合于操作。

水平測量儀可以與檢測物理或化學測量變量的其他的傳感器單元(其使得能夠獲得液體的量或其確定液體水平)一起安裝。溫度測量儀還可以是另一傳感器單元的一部分。

附圖說明

本發明將通過使用附圖而被更詳細地討論，這些附圖僅示出了實施例。在圖中：

圖1示出了根據本發明的、用于測量液體的水平的測量裝置的第一設計的示意圖，

圖2是根據圖1的實施例中所使用的浮子的示意性側面截面圖，

圖3示出了用于根據圖1的實施例的浮子的磁體產生的磁場的指向線路方向的磁場分量的場強度的進程，

圖4示出了根據圖1的實施例的傳感器線路的傳感器構件的傳感器特征線，其示出了輸出信號取決于指向線路方向的磁場分量的主要的場強度，

圖5示出了針對浮子的不同相對位置的傳感器構件和沿著根據圖1的實施例的傳感器線路(y-方向)的傳感器構件的輸出信號的進程，

圖6示出了根據本發明的、用于測量液體的水平的測量裝置的第二設計的示意圖，

圖7是根據圖6的實施例中所使用的浮子的示意性側面截面圖，

圖8示出了用于根據圖6的實施例的浮子的磁體產生的磁場的指向線路方向的磁場分量的場強度的進程，

圖9示出了根據圖6的實施例的傳感器線路的傳感器構件的傳感器特征線，其示出了輸出信號取決于指向線路方向的磁場分量的主要的場強度，

圖10示出了針對浮子的不同相對位置的傳感器構件和沿著根據圖6的實施例的傳感器線路(y-方向)的傳感器構件的輸出信號的進程，

圖11示出了根據本發明的、用于測量液體的水平的測量裝置的第三設計的示意圖，

圖12是根據圖11的實施例中所使用的浮子的示意性側面截面圖，

圖13示出了用于根據圖11的實施例的浮子的磁體產生的磁場的指向線路方向的磁場分量的場強度的進程，

圖14示出了根據圖11的實施例的傳感器線路的傳感器構件的傳感器特征線，其示出了輸出信號取決于指向線路方向的磁場分量的主要的場強度，

圖15示出了針對浮子的不同相對位置的傳感器構件和沿著根據圖11的實施例的傳感器線路(y-方向)的傳感器構件的輸出信號的進程，

圖16示出了根據本發明的、用于測量液體的水平的測量裝置的第四設計的示意圖，

圖17是根據圖16的實施例中所使用的浮子的示意性側面截面圖，

圖18示出了用于根據圖16的實施例的浮子的磁體產生的磁場的指向線路方向的磁場分量的場強度的進程，

圖19示出了根據圖16的實施例的傳感器線路的傳感器構件的傳感器特征線，其示出了輸出信號取決于指向線路方向的磁場分量的主要的場強度，

圖20示出了針對浮子的不同相對位置的傳感器構件和沿著根據圖16的實施例的傳感器線路(y-方向)的傳感器構件的輸出信號的進程，

圖21示出了根據本發明的、用于測量液體的水平的測量裝置的第五設計的示意圖，

圖22是根據圖21的實施例中所使用的浮子的示意性側面截面圖，

圖23示出了用于根據圖21的實施例的浮子的磁體產生的磁場的指向線路方向的磁場分量的場強度的進程，

圖24示出了根據圖21的實施例的傳感器線路的傳感器構件的傳感器特征線，其示出了輸出信號取決于指向線路方向的磁場分量的主要的場強度，

圖25示出了針對浮子的不同相對位置的傳感器構件和沿著根據圖21的實施例的傳感器線路(y-方向)的傳感器構件的輸出信號的進程，

圖26a和b示出了產生正弦類型、場角度相關的傳感器信號的一個傳感器構件以及產生余弦類型、場角度相關的傳感器信號的另一傳感器構件的輸出信號依賴于溫度的關系，以及

圖27示出了根據本發明的、用于測量液體的水平的測量裝置的第六設計的示意圖，

圖28是根據圖27的實施例中所使用的浮子的示意性側面截面圖，

圖29示出了用于根據圖27的實施例的浮子的磁體產生的磁場的指向線路方向的磁場分量的場強度的進程，

圖30示出了根據圖27的實施例的傳感器線路的傳感器構件的傳感器特征線，其示出了輸出信號取決于指向線路方向的磁場分量的主要的場強度，

圖31示出了針對浮子的不同相對位置的傳感器構件和沿著根據圖27的實施例的傳感器線路(y-方向)的傳感器構件的輸出信號的進程，

圖32示出了在傳感器線路的觀察方向上的示意性截面圖，其示出了支持場磁體相關于傳感器構件的布置以及由支持場磁體在傳感器構件中產生的磁場，

圖33示出了具有兩個中空柱形磁體的浮子的示意性側視圖，該兩個中空柱形磁體以軸向平行的方式被磁化，

圖34示出了具有徑向磁化的兩個條形磁體的浮子的平面圖，

圖35示出了具有徑向磁化的三個條形磁體的浮子的平面圖，

圖36示出了用于根據具有移位寄存器的實施例的本發明的測量裝置的BUS系統的示意圖，

圖37示出了用于根據具有數字化BUS結構的實施例的本發明的測量裝置的BUS系統的示意圖，以及

圖38示出了用于傳感器構件的集成電路的示意圖，其適合于處理傳感器構件的模擬測量值，以通過根據圖37的數字化BUS結構作為數字測量值傳輸。

具體實施方式

在圖1-5中示出的根據本發明的用于測量容器(沒有更詳細地示出)內液體水平P的測量裝置，具有浮子1，該浮子具有配置為環形/中空柱形形狀的永磁體2。該裝置進一步具有傳感器線路4，該傳感器線路由沿著測量路徑彼此分隔開布置的15個磁場感應傳感器構件3形成。中空柱形的磁體2的縱向軸線平行于測量路徑對齊，并且磁體2平行于該縱向軸線而軸向地被磁化。該裝置還具有評估單元6。

在圖1中，浮子1示出為處于沿著測量路徑的測量位置處。在該測量位置處，浮子1占據一相對于傳感器線路4的相對位置。如果液體的水平改變，則浮在液體上的浮子1沿著傳感器線路4移動，并且占據沿著測量路徑的另一測量位置以及從而占據相對于傳感器線路4的另一相對位置。

在圖1所示出的測量位置處，由浮子1產生的磁場在傳感器構件5的位置處基本上平行于測量路徑延伸。如果浮子1移動至另一測量位置，則由浮子1產生的磁場在傳感器線路的另一位置處基本上平行于測量路徑延伸。

可從圖1看出，傳感器構件4并未沿著測量路徑等距地布置。因此，沿著測量路徑形成有其中水平可以更高的精度被檢測的區域(當在測量路徑的每段中具有更多數量的傳感器構件)，并且形成有水平以較低的精度被檢測的區域。

圖4示出了所使用的傳感器元件4是單極傳感器元件。它們輸出的輸出信號與磁體的南北對齊無關。這樣的傳感器構件也可用于根據本發明的沒有使用支持場的測量裝置中。單極傳感器構件例如是，AMR傳感器，而沒有具有限定場方向的單獨的支持場的影響，例如DE 10342260 A1所描述的。

根據圖1的實施例提供了這樣的優勢，特征線(圖4)沒有翻轉，這意味著不需要支持場。該特征線的形式特別地通過陡峭的信號側而支持浮子位置的精確確定。借助于溫度補償，該溫度補償在約輸出電壓范圍中間處獨立，輸出電壓的溫度相關性可被最小化，因此，當數字化傳感器信號時，能夠實現轉換范圍的更好的利用。如果使用具有彼此正交布置的電阻帶的惠斯通電橋作為傳感器類型，則可通過低的傳感器表面需求而得到更高的傳感器阻抗。

圖1所示出的圖中復現的點表示可在示于圖1的操作條件下(即，當浮子1位于適于圖1的位置處)在單獨的傳感器構件的信號輸出處提取的單獨的傳感器構件3的輸出信號(測量值A)。圖1中示出的圖中所復現的曲線復現了輸出信號的進程(以與圖5相比較的方式)，如將由浮子的磁體(圖3)產生的磁場和傳感器線路(圖4)的相應的傳感器構件的傳感器特征線的指向線路方向的磁場分量的場強度的進程考慮在內將發生的輸出信號。該曲線進程可被存儲在評估單元6在非易失性存儲器中，或者可通過溫度補償從存儲在非易失性存儲器中的曲線進程而生成。為了檢測浮子的位置，在圖中示出的曲線進程沿著圖的y-方向數學地移動，直到其占據圖1中的最適合的位置，在該位置處，對于每一測量值A，誤差(與曲線進程的差值)是最小的。浮子的位置可通過重合在測量值A上的從而檢測的曲線的最適合的位置而確定。

第二實施例，其在圖6-10中示出，示出了中空柱形磁體12的使用，其縱向軸線平行于測量路徑對齊，磁體12相對于縱向軸線徑向地被磁化。傳感器線路14的傳感器構件13與第一實施例中的傳感器構件3是相同的傳感器類型。相比于第一結構(圖1-5)，第二實施例的相同的結構元件以相同的附圖標記表示，但是增加了10。相比于軸向磁化的浮子磁體的使用，該實施例提供了這樣的優勢，由于該徑向磁化，對于傳感器構件的給定輸出電壓，可能的傳感器位置的最大數量從6減少到4，(在圖10中示出的曲線進程的側的數量相比于圖5中示出的曲線進程)，并且從而較低的傳感器目的足以實現位置的一定程度的確定。

第三實施例，其在圖11-15中示出，示出了中空柱形磁體22的使用，其縱向軸線平行于測量路徑對齊，磁體22相對于縱向軸線軸向地被磁化。傳感器線路24的傳感器構件23是具有螺旋條狀紋結構的磁阻傳感器，其中然而也可使用具有彼此正交但是相對于線路縱向方向傾斜平均45°的電阻帶的惠斯通電橋。相比于第一結構(圖1-5)，第三實施例的相同的結構元件以相同的附圖標記表示，但是增加了20。

在第三實施例中，如圖11-15所示，傳感器線路具有支持場，該支持場正交于線路縱向方向曲線并且穩定特征線，例如DE 102010025170 B4中描述的。與由浮子21產生的磁場的南北對齊相關的特征線形狀(圖14)在確定發射器位置時降低不明確性，并且能夠減小沿著傳感器線路的傳感器密度。

第四實施例，其在圖16-20中示出，示出了中空柱形磁體32的使用，其縱向軸線平行于測量路徑對齊，磁體32相對于縱向軸線徑向地被磁化。傳感器線路34的傳感器構件33是螺旋條狀紋類型的傳感器構件，其中然而也可使用具有彼此正交并且相對于線路縱向方向傾斜平均45°的電阻帶的惠斯通電橋，類似于第三實施例的傳感器構件23。相比于第一結構(圖1-5)，第三實施例的相同的結構元件以相同的附圖標記表示，但是增加了30。圖16示出了，溫度傳感器37可設置為根據本發明的測量裝置的一部分。

在第四實施例中，如圖16-20所示，傳感器線路具有支持場，該支持場正交于線路縱向方向取向并且穩定特征線，例如DE 102010025170 B4中描述的。與由浮子31產生的磁場的南北對齊相關的特征線形狀(圖19)在確定發射器位置時降低不明確性，并且能夠減小沿著傳感器線路的傳感器密度。

第五實施例，其在圖21-25中示出，示出了中空柱形磁體42的使用，其縱向軸線平行于測量路徑對齊，磁體42相對于縱向軸線軸向地被磁化。傳感器線路44的傳感器構件43是旋轉傳感器類型的傳感器構件，即具有旋轉45°的兩個惠斯通電橋的AMR傳感器，例如DE 10308030 B4中描述的。相比于第一結構(圖1-5)，第四實施例的相同的結構元件以相同的附圖標記表示，但是增加了40。

用作傳感器線路44的傳感器構件43的磁阻旋轉傳感器產生正弦類型和余弦類型的場角度相關的傳感器信號(電橋信號)。兩個電橋信號的評估允許，溫度相關的傳感器信號幅值的檢測，而與發射器的位置無關，而得知溫度相關的傳感器信號能夠得到關于當前主要操作溫度的結論。兩個橋信號的評估能夠獨立于與溫度相關的傳感器幅值來確定在傳感器位置處的場角度以及從而測量完全溫度無關的水平。如果具有相同可逆磁化的溫度系數的材料用于支持磁體和發射器磁體，則當評估傳感器信號時獲得的在傳感器構件處的場角度以及從而水平高度在溫度改變時實際上不變化。

在第五實施例中，如圖21-25所示，傳感器線路具有支持場，該支持場正交于線路方向并且穩定特征線。與由浮子41產生的磁場的南北對齊相關的特征線形狀(圖24)在確定發射器位置時降低不明確性，并且能夠減小沿著傳感器線路的傳感器密度。

圖21在一個相應的繪出的圖中示出了一個惠斯通電橋的輸出信號(測量值A)，以及在另一相應的圖中示出了旋轉45°的另一相應的惠斯通電橋的輸出信號(測量值A)。類似地，在圖24和25中，相應的上圖示出了相關于一個惠斯通電橋的傳感器特征線、或是輸出信號的進程，而相應的下圖示出了相關于旋轉45°的另一惠斯通電橋的傳感器特征線、或是輸出信號的進程。

圖26a示出了兩個電橋信號的輸出信號的平方和的絕對值在較低值(具有較小直徑的閉合圈)和較高值(具有較大直徑的閉合圈)之間，并且取決于溫度。然后使用下面的方程：

其中，T表示溫度，VMR為一個電橋信號的輸出信號且VMR2為第二電橋信號的輸出信號，并且TK表示磁阻效應的材料相關的溫度系數，r(T0)描述了在參考溫度T0時的信號幅值。圖26b示出了在兩個電橋信號的輸出信號的平方和以及溫度之間的線性關系，使得能夠從兩個電橋信號的輸出信號的平方和的跟來得到溫度。

第六實施例，其在圖27-31中示出，示出了中空柱形磁體52的使用，其縱向軸線平行于測量路徑對齊，磁體52相對于縱向軸線徑向地被磁化。傳感器線路54的傳感器構件53是旋轉傳感器類型的傳感器構件，例如DE 10308030 B4中描述的。相比于第一結構(圖1-5)，第六實施例的相同的結構元件以相同的附圖標記表示，但是增加了50。

在第六實施例中，如圖27-31所示，傳感器線路具有支持場，該支持場穩定特征線，例如DE 10308030 B4所描述的。與由浮子51產生的磁場的南北對齊相關的特征線形狀(圖30)在確定發射器位置時降低不明確性，并且能夠減小沿著傳感器線路的傳感器密度。

圖27在一個相應的繪出的圖中示出了一個惠斯通電橋的輸出信號(測量值A)，以及在另一相應的圖中示出了旋轉45°的另一相應的惠斯通電橋的輸出信號(測量值A)。類似地，在圖30和31中，相應的上圖示出了相關于一個惠斯通電橋的傳感器特征線、或是輸出信號的進程，而相應的下圖示出了相關于旋轉45°的另一惠斯通電橋的傳感器特征線、或是輸出信號的進程。

圖32示出了在傳感器線路的觀察方向上的示意性截面圖，其示出了支持場磁體61相關于傳感器構件63的布置。傳感器構件設置在印刷電路板64上，并且支持場磁體61設置在印刷電路板64相反于傳感器構件63的一側上。由支持場磁體61生成的支持場的磁場線如虛線所示。箭頭66示出了，在傳感器構件的區域中支持場僅在垂直于傳感器線路的一個方向上延伸并且不在傳感器構件63的高度方向上延伸。在優選的實施例中，支持場磁體以圖32所示的方式被分配至傳感器線路的每個傳感器構件。

圖33示出了具有兩個中空柱形磁體72的浮子71的示意性側視圖，該兩個中空柱形磁體以軸向平行的方式被磁化。通過使用兩個中空柱形的磁體，磁場的強度可增加。

圖34示出了具有徑向磁化的兩個條形磁體82的浮子81的平面圖。條形磁體82彼此偏移180°設置。條形磁體92在與永磁體相交并且垂直于軸線的平面內以徑向對稱的方式設置。

圖35示出了具有徑向磁化的三個條形磁體92的浮子的平面圖，條形磁體92彼此偏移120°設置。條形磁體92在與永磁體相交并且垂直于軸線的平面內以徑向對稱的方式設置。

圖36示出了用于根據具有移位寄存器的實施例的本發明的測量裝置的BUS系統100的示意圖。測量裝置的傳感器構件3設置為沿著測量路徑彼此隔開地設置。在每種情況下，八個傳感器構件3邏輯上合并到一個區塊中。在圖36中，測量裝置具有n個區塊以及從而8n個傳感器構件。每個區塊具有多路復用器101。相應的多路復用器101的輸入信號是分配至相應的區塊的相應的傳感器構件3的模擬測量值。作為輸出信號，多路復用器在BUS系統100的DATA線上提供模擬測量值，并且實際上是對應于多路復用器101的當前存在的激活狀態的應當被連接的那個傳感器構件3的相應的模擬測量值。多路復用器101經由Sens+和Sens-線路而被提供電力。多路復用器可經由A0、A1、A2線路而被激活，使得其可將傳感器構件的模擬測量值一個接一個載入到DATA線上。

圖37示出了用于根據具有數字化BUS結構的實施例的本發明的測量裝置的BUS系統110的示意圖。與未示出的供給線一起，BUS還具有CLK線和DATA線。對每個傳感器構件(在此未詳細地示出)分配有集成電路“MR_IC”111，該集成電路處理傳感器構件的相應的模擬測量值，并且將其轉換為數字測量值，以從而當相應的電路111適當地激活時、將該數字測量值載入到DATA線上。

集成電路111可具有示于圖38中的基本設計。據此，來自于傳感器構件3的模擬測量值被饋送到電路111。模擬測量值通過放大器“OP”112被放大并且通過轉換器113被轉換為數字測量值。數字測量值被饋送到功能區塊113。此外，來自于存儲器115的標定值和來自于溫度傳感器116的溫度信號被饋送到該功能區塊114。使用該信息，功能區塊可進行數字測量值的標定和溫度補償。適當調整的信號被饋送至通信構件117，該通信構件與BUS配合通信。集成電路111還具有供電單元118。用于傳感器構件的集成電路的示意圖(其中集成電路適合于處理傳感器構件的模擬測量值，用于通過根據圖37的數字化總線結構作為數字測量值輸出)，

圖39示出了用于傳感器構件的進一步的集成電路的示意圖，所述集成電路適合于處理傳感器構件的模擬測量值，以通過根據圖37的數字化總線結構作為數字測量值傳輸。