DE10027281A1 - Container filling level measuring device e.g. for automobile fuel tank, uses elongate electronic filling level sensor with spring mounting allowing container thermal expansion compensation - Google Patents
Container filling level measuring device e.g. for automobile fuel tank, uses elongate electronic filling level sensor with spring mounting allowing container thermal expansion compensationInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Messen des Füllstandes einer in einem Behälter befindlichen Flüssigkeit, insbesondere des in einem Kraftstoff behälter befindlichen Kraftstoffes.The invention relates to an arrangement for measuring the level of a liquid in a container, especially that in a fuel container of fuel.
In einer Vielzahl von Anwendungsfällen ist es erforderlich, den Füllstand der in einem Behälter befindlichen Flüssigkeit zu messen. Eine solche Füllstandsmes sung wird beispielsweise in Kraftstoffbehältern von Kraftfahrzeugen durchgeführt, um Informationen über die im Kraftstoffbehälter befindliche Kraftstoffmenge zu erhalten. Hierzu werden insbesondere sogenannte Hebelgeber eingesetzt, bei denen als eigentliches Sensorelement ein Schwimmer dient. Aufgrund seiner me chanischen Arbeitsweise muss dieser Hebelgeber speziell an den Behälter ange passt werden, so dass aufgrund der im Kraftfahrzeugsektor häufigen Änderung der Form des Kraftststoffbehälters eine Umkonstruktion des Hebelgebers bei je dem Wechsel der Behältergeometrie erforderlich ist.In a large number of applications, it is necessary to adjust the fill level of the to measure liquid in a container. Such a level measurement solution is carried out, for example, in fuel tanks of motor vehicles, to get information about the amount of fuel in the fuel tank receive. So-called lever encoders are used in particular for this purpose which a float serves as the actual sensor element. Because of its me The mechanical method of operation, this lever transmitter must be specially attached to the container be adjusted so that due to the frequent change in the automotive sector the shape of the fuel tank a redesign of the lever transmitter at each the change of the container geometry is necessary.
Anstelle der Verwendung eines mechanischen Hebelgebers ist es grundsätzlich auch möglich, einen elektronischen Füllstandssensor einzusetzen, bei dem die Höhe des Füllstandes beispielsweise durch Messung der Kapazität zwischen zwei in den Behälter eingeführten Elektroden erfaßt wird. In der Regel besteht jedoch der Kraftstoffbehälter eines Kraftfahrzeuges aus Polyethylen hoher Dichte (HDPE). Dieses Material dehnt sich nun bei Temperaturschwankungen und bei den im PKW-Sektor üblichen Kraftstoffbehältergrößen um bis zu 20 mm aus, so dass mit einem in den Behälter eingeführten elektronischen Füllstandssensor er hebliche Fehlmessungen verbunden sind. Aus diesem Grunde werden in der Au tomobilindustrie nahezu ausschließlich mechanisch arbeitende Hebelgeber einge setzt.Instead of using a mechanical lever encoder, it is fundamental also possible to use an electronic level sensor in which the Level of the level, for example, by measuring the capacity between two electrodes inserted into the container is detected. As a rule, however the fuel tank of a motor vehicle made of high density polyethylene (HDPE). This material now expands with temperature fluctuations and at the usual fuel tank sizes in the car sector by up to 20 mm, so that with an electronic level sensor inserted into the container he considerable incorrect measurements are connected. For this reason, in the Au tomobilindustrie almost exclusively mechanically operating lever encoders puts.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Messen des Füllstandes einer in einem Behälter befindlichen Flüssigkeit, insbesondere des in einem Kraftststoffbehälter befindlichen Kraftstoffes anzugeben, die einerseits eine genaue Messung des Füllstandes mit einem elektronischen Füllstandssensor er möglicht und andererseits mit nur geringem konstruktivem Aufwand an geänderte Bauformen des Behälters angepasst werden kann.The invention is based on the object, an arrangement for measuring the Level of a liquid in a container, in particular in specify a fuel tank located fuel, the one hand accurate measurement of the level with an electronic level sensor possible and on the other hand with only little design effort to changed Designs of the container can be adapted.
Die genannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst in einer Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Gemäß diesen Merkmalen umfasst die Anordnung einen in Längsrichtung ausgedehnten elektronischen Füllstandssen sor, dessen freies Ende kraftschlüssig an einer zum Boden des Behälters festge legten anliegt.The stated object is achieved according to the invention in an arrangement with the features of claim 1. According to these features, the Arrangement of a longitudinally extending electronic level sor, the free end of which is firmly attached to the bottom of the container put on concerns.
Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, dass der Füllstandssensor unabhängig von den durch thermische Ausdehnung hervorgerufenen Formänderungen des Behälters ein korrektes, auf den Boden des Behälters jeweils bezogenes Füll stands-Messsignal abgibt.This measure ensures that the level sensor is independent from the changes in shape caused by thermal expansion of the Correct filling, based on the bottom of the container emits the measuring signal.
Insbesondere ist ein starrer, stabförmiger Füllstandssensor vorgesehen, der in Richtung seiner Längsachse federnd und verschiebbar gelagert ist. Durch diese Maßnahme ist erst sichergestellt, dass der Füllstandssensor stets an der Refe renzfläche anliegt.In particular, a rigid, rod-shaped fill level sensor is provided, which in Is resiliently and displaceably mounted in the direction of its longitudinal axis. Through this Measure is only ensured that the level sensor is always at the ref boundary surface.
Insbesondere ist der Füllstandssensor in einer an der Behälterwand befindlichen Führungsnut angeordnet. Dadurch ist ein mechanisch stabiler Einbau des Füll standssensors sichergestellt.In particular, the fill level sensor is located on the container wall Guide groove arranged. This means that the filling is mechanically stable level sensor ensured.
Anstelle einer Führungsnut kann auch eine mit dem Innenraum des Behälters kommunizierende Tasche vorgesehen sein, die innerhalb oder gewissermaßen als Aufsatz außerhalb des eigentlichen Behälters angeordnet sein kann. Instead of a guide groove, one can also be used with the interior of the container communicating pocket can be provided within or to some extent can be arranged as an attachment outside the actual container.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Füllstandssen sor mit der Behälterwand derart verklipst, dass er in Längsrichtung gleiten kann, jedoch quer zur Behälterwand mechanisch fixiert ist.In a further advantageous embodiment of the invention, the fill level is clipped to the container wall in such a way that it can slide in the longitudinal direction, but is mechanically fixed transversely to the container wall.
Alternativ hierzu kann der Füllstandssensor auch an einer Durchführung für die elektrischen Versorgungsleitungen gehaltert sein und frei in den Innenraum des Behälters hineinragen.As an alternative to this, the fill level sensor can also be provided on a bushing for the electrical supply lines are held and free in the interior of the Protrude into the container.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Füllstandssensor als flexi bler Stab ausgebildet, der durch Biegung gegen die Referenzfläche verspannt ist. Durch diese Vorspannung kann der Füllstandssensor der thermischen Ausdeh nung des Behälters folgen und bleibt mit seinem freien Ende stets auf der Refe renzfläche liegen.In a further preferred embodiment, the level sensor is a flexi bare rod, which is braced against the reference surface by bending. Due to this bias, the level sensor of thermal expansion of the container and always remains on the reef with its free end interface.
Vorzugsweise ist hierzu das freie Ende des Füllstandssensors in der Art eines Fu ßes abgebogen, der als Auflager des Füllstandssensors dient.For this purpose, the free end of the fill level sensor is preferably in the manner of a foot ßes bent, which serves as a support for the level sensor.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das abgebogene freie Ende des Füllstandssensors in eine Tasche am Boden des Behälters eingeführt. Da durch ist der Füllstandssensor an seinem Ende mechanisch fixiert.In a further preferred embodiment, the bent free end is the level sensor inserted into a pocket on the bottom of the container. There the level sensor is mechanically fixed at its end.
Als Füllstandssensor ist insbesondere ein kapazitiver oder ein reflektiver Mess wertaufnehmer geeignet.In particular, a capacitive or reflective measurement is used as the fill level sensor suitable for value sensors.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich gemäß der wei teren Unteransprüche.Further advantageous embodiments of the invention result from the white other subclaims.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen. Es zeigen: To further explain the invention reference is made to the drawings. It demonstrate:
Fig. 1 einen Behälter mit einer erfindungsgemäßen Anordnung eines elektri schen Füllstandssensors gemäß der Erfindung in einer Prinzipdarstel lung, Fig. 1 shows a container with an inventive arrangement, a development electrical rule level sensor according to the invention in a Prinzipdarstel,
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Anordnung mit zwei Füllstandssensoren in ei nem sogenannten sattelförmigen Kraftststoffbehälter, Fig. 2 shows an arrangement according to the invention with two level sensors in egg nem so-called saddle-shaped Kraftststoffbehälter,
Fig. 3 eine vorteilhafte Ausführungsform, bei der der Füllstandssensor in einer in der Behälterwand befindlichen Nut angeordnet ist, Fig. 3 shows an advantageous embodiment in which the level sensor is arranged in a container wall disposed in the groove,
Fig. 4 und 5 weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, bei denen der Füllstandssensor jeweils in eine an einer Seitenwand des Behälters angeformten Tasche eingeführt ist, Fig. 4 and 5 show further advantageous embodiments of the invention in which the level sensor is in each case inserted into a formed on a side wall of the container bag,
Fig. 6 eine alternative Ausführungsform der Erfindung mit einem flexiblen Füllstandssensor, Fig. 6 shows an alternative embodiment of the invention with a flexible filling level sensor,
Fig. 7-9 weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, bei denen als flexi bler Füllstandssensor ein reflektometrischer Messwertaufnehmer ver wendet wird. Fig. 7-9 further advantageous embodiments of the invention, in which a reflectometric sensor is used as a flexi bler level sensor ver.
Gemäß Fig. 1 ist in einem Behälter 2a ein in eine Längsrichtung 3 ausgedehnter, stabförmiger elektronischer Füllstandssensor 4a angeordnet, dessen freies En de 6 auf einer Referenzfläche, im Ausführungsbeispiel unmittelbar auf dem Bo den 8a des Behälters 2a aufliegt. Als Referenzfläche ist grundsätzlich jede Fläche geeignet, die sich in einem vorbekannten und festen Höhenabstand zum tiefsten Punkt des Bodens des Behälters 2a befindet. Wichtig ist, dass zumindest ein Teil der messempfindlichen Länge des Füllstandssensors 4a mit dem Innenraum des Behälters 2a kommuniziert. Die für die Messung nutzbare empfindliche Länge des Füllstandssensors 4a muss dabei nicht bis zum Ende 6a reichen. Wichtig ist ledig lich ein fest vorgebener Abstand zwischen dem messempfindlichen Endpunkt des Füllstandssensors 4a - entsprechend dem Messsignal "Null" - und einem vorbe stimmten Punkt des Bodens 8a.According to Fig. 1 a is in a container 2 a an extended in a longitudinal direction 3, a rod-shaped electronic liquid level sensor 4 is arranged, whose free En de 6 on a reference surface, in the exemplary embodiment on the Bo to 8 a of the container 2 rests directly a. Basically any surface is suitable as a reference surface, which is located at a known and fixed height distance from the lowest point of the bottom of the container 2 a. It is important that at least part of the measurement-sensitive length of the level sensor 4 a communicates with the interior of the container 2 a. The sensitive length of the level sensor 4 a that can be used for the measurement does not have to reach the end 6 a. The only important thing is a fixed distance between the measurement-sensitive end point of the level sensor 4 a - corresponding to the measurement signal "zero" - and a predetermined point of the bottom 8 a.
Der elektronische Füllstandssensor 4a ist mit seinem dem freien Ende 6a gegen überliegenden Ende mittels einer Druckfeder 12 federnd und verschiebbar in Richtung seiner Längsachse 14 in einer Durchführung 10 für die zum Füll standssensor 4a führenden elektrischen Anschlussleiter zu einer außerhalb des Behälters 2a angeordneten Auswerteelektronik 16 gelagert. Durch die Druckfe der 12 wird der Füllstandssensor 4a auf den Boden 8a gedrückt, so dass er stets in die im Behälter 2a noch befindliche Flüssigkeit 17 eintaucht, und ein Messsignal abgibt, das die Höhe h des Flüssigkeitspegels 18 exakt wiedergibt.The electronic level sensor 4 a is resilient with its free end 6 a opposite end by means of a compression spring 12 and displaceable in the direction of its longitudinal axis 14 in a bushing 10 for the level sensor 4 a leading electrical connecting conductor to an outside of the container 2 a Evaluation electronics 16 stored. By the Druckfe 12 , the level sensor 4 a is pressed onto the bottom 8 a, so that it is always immersed in the liquid 17 still in the container 2 a, and emits a measurement signal that accurately reflects the height h of the liquid level 18 .
Als Füllstandssensor 4a ist beispielsweise ein kapazitiver Messwertaufnehmer mit zueinander parallelen, beispielsweise koaxialen angeordneten als Elektroden die nenden elektrischen Leitern vorgegeben. Alternativ hierzu kann als Füllstandssen sor 4a auch ein reflektometrischer Messwertaufnehmer eingesetzt werden, bei dem die Laufzeit eines sich in einem elektrischen Leiter ausbreitenden und in Hö he des Flüssigkeitspegels 18 reflektierten elektrischen Signales gemessen wird.A fill level sensor 4 a, for example, is a capacitive transducer with mutually parallel, for example coaxial, electrodes arranged as the terminating electrical conductors. As an alternative to this, a reflectometric sensor can also be used as the fill level sensor 4 a, in which the transit time of an electrical signal that propagates in an electrical conductor and is reflected in the height of the liquid level 18 is measured.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist bei einem sattelförmigen Behälter 2b in jede der voneinander durch eine sattelförmige Erhebung 20 getrennten Kammern ein Füllstandssensor 4a eingeführt. Die Messsignale der beiden Füllstandssenso ren 4a werden in der gemeinsamen Auswerteelektronik 16 verarbeitet, die im Ausführungsbeispiel unmittelbar an der als Durchführung dienenden Halterung 10 eines der Füllstandssensoren 4a angeordnet ist. Alternativ hierzu kann die Aus werteelektronik 16 auch an einer anderen Stelle des Behälters 2b, beispielsweise am Einfüllstutzen angeordnet sein.In the exemplary embodiment according to FIG. 2, in the case of a saddle-shaped container 2 b, a fill level sensor 4 a is introduced into each of the chambers separated from one another by a saddle-shaped elevation 20 . The measurement signals of the two fill level sensors 4 a are processed in the common evaluation electronics 16 which, in the exemplary embodiment, is arranged directly on the holder 10 of the fill level sensors 4 a serving as a feedthrough. Alternatively, the stop may evaluation electronics 16 at another point of the container 2 b, for example, be arranged on the filler neck.
Gemäß Fig. 3 ist der starre Füllstandssensor 4a in einer an die Wand des Behäl ters 2a, 2b angeformte Nut 22 eingelegt, die bei entsprechender Formgebung zu gleich als Clip-Verschluss wirkt.Referring to FIG. 3, the rigid liquid level sensor 4 is a placed in a the wall of the Behäl ters 2 a, 2 b integrally formed groove 22 acting with appropriate shaping to same as clip closure.
In einer weiteren alternativen Ausgestaltung gemäß Fig. 4 ist der Füllstandssen sor 4a in einer im Behälterinneren angeordneten Tasche 24 angeordnet, die über Öffnungen 26, 28 mit dem Innenraum des Behälters 2a, 2b kommuniziert, so dass sich in der Tasche 24 und im Innenraum der gleiche Flüssigkeitspegel 18 einstellt. In a further alternative embodiment according to FIG. 4, the fill level sensor 4 a is arranged in a pocket 24 arranged in the interior of the container, which communicates via openings 26 , 28 with the interior of the container 2 a, 2 b, so that in the pocket 24 and the same liquid level 18 is set in the interior.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 ist die zur Führung des Füllstandssensors vorgesehene Tasche 24 außen am Behälter 2a, 2b angeformt, wobei die als Refe renzfläche dienende Auflagefläche des Füllstandssensors 4a nicht zwingender weise gleichebig zur Bodenfläche des Behälters 2 verlaufen muss. Durch Öffnun gen 26, 28 im Bereich des Bodens 8a, 8b bzw. im Bereich der Decke ist sicherge stellt, dass der Flüssigkeitspegel 18 in der Tasche 24 so auf dem gleichen Niveau wie der Flüssigkeitspegel im Behälter 2a, 2b ist, solange sich noch Flüssigkeit 17 im Behälter 2a, 2b befindet. In dieser Ausführungsform kann sich der Endpunkt des messempfindlichen Teils des Füllstandssensors 4a auf der Höhe des Bo dens 8a, 8b befinden, so dass zumindest der meßempfindliche Längenbereich des Füllstandssensors 4a mit dem Innenraum des Behälters 8a, 8b kommuniziert.In the exemplary embodiment according to FIG. 5, the pocket 24 provided for guiding the fill level sensor is integrally formed on the outside of the container 2 a, 2 b, the contact surface of the fill level sensor 4 a serving as a reference surface not necessarily having to be the same as the bottom surface of the container 2 . By openings 26 , 28 in the area of the bottom 8 a, 8 b or in the area of the ceiling, it is ensured that the liquid level 18 in the pocket 24 is at the same level as the liquid level in the container 2 a, 2 b, as long as there is still liquid 17 in the container 2 a, 2 b. In this embodiment, the end point of the measuring-sensitive part of the level sensor 4 a is at the level of the bottom 8 a, 8 b, so that at least the measuring-sensitive length range of the level sensor 4 a communicates with the interior of the container 8 a, 8 b.
In der alternativen Ausgestaltung gemäß Fig. 6 sind im Behälter 2b zwei flexible, insbesondere jeweils aus einem reflektometrischen Messwertaufnehmer aufge baute Füllstandssensoren 4b angeordnet, die unter Ausbildung einer Krümmung verlegt sind, so dass deren freies Ende 6b kraftschlüssig gegen den Boden 8b des Behälters 2b gedrückt wird. Das freie Ende 6b des Füllstandssensors 4b ist in Form eines Fußes auf eine Länge von wenigstens etwa 20 mm umgebogen, so dass sich der Füllstandssensor 4b mit einer größeren Fläche am Boden 8b ab stützt.In the alternative embodiment according to FIG. 6, two flexible level sensors 4 b, each constructed from a reflectometric measurement sensor, are arranged in the container 2 b, which are laid to form a curve, so that their free end 6 b is non-positively connected to the base 8 b of the container 2 b is pressed. The free end 6 b of the level sensor 4 b is bent in the form of a foot to a length of at least about 20 mm, so that the level sensor 4 b is supported with a larger area on the bottom 8 b.
Die freien Enden 6b sind außerdem jeweils in eine am Boden 8b des Behälters 2b angeordnete Tasche 40 eingeführt und auf diese Weise gegen Verrutschen gesi chert. Zur Halterung des Füllstandssensors 4b ist ein an der Innenwand des Be hälters 2b angeordneter Clip 42 vorgesehen, auf den der Füllstandssensor 4b aufgeclipst werden kann. Um eine Vorbiegung des Füllstandssensors 4b zu er zeugen, ist dieser durch einen starren Draht 44 ähnlich einem Bogen gespannt.The free ends 6 are each also b inserted into a at the bottom 8 of the container 2 b b located pocket 40 and gesi chert in this way against slipping. To hold the level sensor 4 b, a clip 42 is provided on the inner wall of the container 2 b, onto which the level sensor 4 b can be clipped. To test a pre-bend of the level sensor 4 b, it is stretched by a rigid wire 44 similar to an arc.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich mit der Anordnung gemäß Fig. 7. Dazu wird das Ende des einen aus einem flexiblen reflektometrischen Messwertauf nehmer aufgebauten Füllstandssensors 4b mit dem Anfang eines weiteren, ebenfalls aus einem reflektometrischen Messwertaufnehmers aufgebauten Füll standssensor 4b elektrisch verbunden, so dass ein einziger längerer Sensor ent steht (Reihenschaltung). Die Auswerteelektronik 16 wertet dann bei einer Füll standsmessung nach dem Laufzeitverfahren die Echoimpulse in zwei Zeitfenstern aus, um den Füllstand in der jeweiligen Kammer zu erfassen.An advantageous embodiment is obtained with the arrangement according to FIG. 7. For this purpose the end of a slave of a flexible reflectometric Messwertauf constructed level sensor 4 b with the beginning of another, constructed also of a reflectometric measuring sensor fill level sensor 4 b are electrically connected, so that a single longer sensor is created (series connection). The evaluation electronics 16 then evaluates the echo pulses in two time windows during a level measurement according to the transit time method in order to detect the level in the respective chamber.
Eine weitere Ausgestaltung gemäß Fig. 8 zeigt eine weitere vorteilhafte Anord nung. Hier werden die zwei reflektometrischen Füllstandssensoren 4b des Sattel tankes ebenfalls mit nur einer Auswerteelektronik 16 betrieben. Die zwei Füll standssensoren 4b werden abwechselnd zur Messung benutzt, wobei die Aus werteelektronik 16 diese Umschaltung steuert (sequentielle Ansteuerung).Another embodiment according to FIG. 8 shows a further advantageous arrangement. Here, the two reflectometric level sensors 4 b of the saddle tank are also operated with only one evaluation electronics 16 . The two level sensors 4 b are used alternately for the measurement, the evaluation electronics 16 controlling this changeover (sequential activation).
Alternativ dazu können gemäß Fig. 9 auch die Längen der beiden Füllstandssen soren 4b so unterschiedlich gestaltet werden, dass bei einer Füllstandsmessung nach dem Laufzeitverfahren die Echoimpulse in zwei Zeitfenstern ausgewertet werden können, wie es in Fig. 7 bereits dargestellt wurde. Dazu wird der Sendeimpuls gleichzeitig in beide Sensoren eingekoppelt (Parallelschaltung). As an alternative to this, the lengths of the two level sensors 4 b can also be designed so differently according to FIG. 9 that the echo pulses can be evaluated in two time windows when measuring the level using the transit time method, as has already been shown in FIG. 7. For this purpose, the transmission pulse is coupled into both sensors simultaneously (parallel connection).
22
a, a,
22
b Behälter
b container
33rd
Längsrichtung
Longitudinal direction
44
a, a,
44
b Füllstandssensor
b Level sensor
66
a, a,
66
b freies Ende
b free end
88th
a, a,
88th
b Boden
b floor
1010th
Durchführung
execution
1212th
Druckfeder
Compression spring
1616
Auswerteelektronik
Evaluation electronics
1717th
Flüssigkeit
liquid
1818th
Flüssigkeitsspiegel
Liquid level
2020th
Erhebung
Survey
2222
Nut
Groove
2424th
Tasche
bag
2626
Öffnung
opening
2828
Öffnung
opening
4444
Tasche
bag
4646
Clip
Clip
Claims (18)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19925459 | 1999-06-02 | ||
DE19939361 | 1999-08-19 | ||
DE10027281A DE10027281A1 (en) | 1999-06-02 | 2000-05-31 | Container filling level measuring device e.g. for automobile fuel tank, uses elongate electronic filling level sensor with spring mounting allowing container thermal expansion compensation |
Publications (1)
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---|---|
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Family
ID=26053631
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
DE10027281A Pending DE10027281A1 (en) | 1999-06-02 | 2000-05-31 | Container filling level measuring device e.g. for automobile fuel tank, uses elongate electronic filling level sensor with spring mounting allowing container thermal expansion compensation |
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Country | Link |
---|---|
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
2000
- 2000-05-31 DE DE10027281A patent/DE10027281A1/en active Pending
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