AT515326B1 - Sensor for detecting the single temporary exceeding of a threshold temperature - Google Patents
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Abstract
Sensor zur Detektion des einmaligen temporären Überschreitens einer Schwelltemperatur TS, umfassend zumindest ein Sensorelement (1) mit einem Sensormaterial bestehend aus einer magnetokalorischen Legierung, - wobei das Sensormaterial des Sensorelements (1) bei Überschreiten der Schwelltemperatur TS von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand übergeht und im ersten Zustand gegenüber dem zweiten Zustand unterschiedliche Magnetisierbarkeit aufweist, - wobei eine Detektionseinheit (5) vorgesehen ist, mit der mittelbar oder unmittelbar der Übergang des Sensormaterials des Sensorelements (1) von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand detektierbar ist.Sensor for detecting the single temporary transgression of a threshold temperature TS, comprising at least one sensor element (1) with a sensor material consisting of a magnetocaloric alloy, - wherein the sensor material of the sensor element (1) transitions from a first state to a second state when the threshold temperature TS is exceeded and in the first state compared to the second state has different magnetizability, - wherein a detection unit (5) is provided with the direct or indirect the transition of the sensor material of the sensor element (1) from the first state to the second state is detectable.
Description
Beschreibungdescription
SENSOR ZUR DETEKTION DES EINMALIGEN TEMPORÄREN ÜBERSCHREITENS EINER SCHWELLTEMPERATURSENSOR FOR THE DETECTION OF THE UNIQUE TEMPORARY EXCEPTION OF A THRESHOLD TEMPERATURE
[0001] Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Detektion des einmaligen temporären Überschreitens einer Schwelltemperatur Ts, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a sensor for detecting the single temporary transgression of a threshold temperature Ts, according to the preamble of patent claim 1.
[0002] Erfindungsgemäße Temperaturüberwachungseinheiten werden insbesondere zur Überwachung von biologischem Material oder zur Überwachung von Kühlketten von Lebensmitteln oder medizinischen Produkten eingesetzt.Temperature monitoring units according to the invention are used in particular for monitoring biological material or for monitoring cold chains of foods or medical products.
[0003] Das Dokument WO 2004/083798 zeigt einen Sensor zur Detektion des einmaligen temporären Überschreitens einer Schwellenwerttemperatur. In einer Ausführungsform ist ein temperaturempfindliches, magnetisches Element vorgesehen. Mit einer Detektionseinheit ist der Übergang des Sensormaterials des Sensorelements von einem ersten Zustand in einem zweiten Zustand detektierbar. Auch in der Veröffentlichung JP 2006/208144 ist ein Sensor mit ähnlichen Merkmalen beschrieben.The document WO 2004/083798 shows a sensor for detecting the single temporary exceeding of a threshold temperature. In one embodiment, a temperature sensitive magnetic element is provided. With a detection unit, the transition of the sensor material of the sensor element from a first state in a second state is detectable. Also in the publication JP 2006/208144 a sensor with similar features is described.
[0004] Die lückenlose Überwachung einer Kühlkette entlang von Produktions-, Transport- und Lagerprozessen ist in vielen Bereichen, wie z.B., der Lebensmittel- und Pharmaindustrie, sowie der Medizin essenziell zur Sicherstellung der Produktqualität. Zur Sicherstellung der Produktqualität muss dabei in den meisten Fällen gewährleistet sein, dass die Temperatur des Kühlgutes in einem engen Toleranzbereich um eine Optimaltemperatur liegt und dass die Temperatur des Kühlgutes diesen Toleranzbereich entlang des gesamten Prozess- bzw. Transportweges nicht verlässt. Ein einmaliges temporäres Verlassen dieses Toleranztemperaturbereiches kann bereits zu nachhaltigem Schaden bzw. Qualitätseinbußen am Produkt bzw. Kühlgut führen. Beispielsweise könnte bei tiefgekühlten Lebensmitteln (Optimaltemperatur z.B. -18°C) bereits ein einmaliges kurzes Auftauen (Temperatur >0°C) zu frühzeitigem Verderben und damit zu einer Gesundheitsgefährdung der Konsumenten führen. Wesentlich kritischer stellt sich die Situation oftmals im Bereich der Pharmaindustrie (temperaturempfindliche Medikamente bzw. Wirkstoffe) und der Medizin (z.B. Blutkonserven, biologische Materialien) dar. An einer kostengünstigen lückenlosen Überwachung von Kühlketten besteht somit in vielen Industrie- bzw. Marktbereichen großes Interesse.The seamless monitoring of a cold chain along production, transportation and storage processes is essential in many areas, such as the food and pharmaceutical industries, as well as in medicine to ensure product quality. To ensure product quality, it must be ensured in most cases that the temperature of the goods to be cooled is within a narrow tolerance range around an optimum temperature and that the temperature of the goods does not leave this tolerance range along the entire process or transport path. A single temporary leaving this tolerance temperature range can already lead to sustained damage or loss of quality of the product or refrigerated goods. For example, for frozen foodstuffs (optimum temperature, for example -18 ° C), a single short thawing (temperature> 0 ° C) could lead to premature spoilage and thus a health risk to consumers. The situation is often much more critical in the field of the pharmaceutical industry (temperature-sensitive drugs or active substances) and medicine (for example blood preserves, biological materials). There is thus great interest in low-cost, seamless monitoring of cold chains in many industrial or market sectors.
[0005] Um die lückenlose Überwachung der Kühlkette sicherzustellen, ist daher ein kostengünstiger Sensor wünschenswert, mit dem bereits eine einmalige und kurzzeitige Unterbrechung der Kühlkette zuverlässig detektiert werden kann.In order to ensure the seamless monitoring of the cold chain, therefore, a cost-effective sensor is desirable, with the already a one-time and short-term interruption of the cold chain can be reliably detected.
[0006] Besonders vorteilhaft ist die Integration einer lückenlosen Kühlkettenüberwachung in RFID-Transponder, da dadurch neben der Temperaturüberwachung auch alle anderen wesentlichen Parameter und Daten für das Supply Chain bzw. Prozess-Chain Management erfasst werden können.Particularly advantageous is the integration of a complete cold chain monitoring in RFID transponder, since in addition to the temperature monitoring, all other essential parameters and data for the supply chain or process chain management can be detected.
[0007] Aus dem Stand der Technik sind gegenwärtig RFID-basierte Systeme zur lückenlosen Kühlkettenüberwachung, bestehend typischer Weise aus einer einfachen elektronischen Schaltung mit einem Temperatursensor, die an einen RFID Transponder angeschlossen bzw. in einen RFID-Transponder integriert sind, bekannt. Ein aus praktischer Sicht wesentliches Problem gegenwärtiger Systeme ist, dass diese elektronische Schaltung eine eigene Energieversorgung, zumeist eine Batterie, benötigt um die lückenlose meist elektronische Temperaturüberwachung sicherzustellen, z.B. ein Temperatur-Monitoring bei dem in gewissen Zeitintervallen die Temperatur gemessen und abgespeichert wird. Dieser Umstand macht die Transponder relativ teuer und damit nur beschränkt für Massengüter einsetzbar und da eine lange Lagerung bei tiefen Temperaturen die Betriebsdauer von Batterien reduziert, ist für lange Lagerzeiten meist ein Tausch der Batterien nötig. Weiters sind batteriehältige RFID-Transponder auch im Hinblick auf deren Entsorgung problematisch.At present, RFID-based systems for seamless cold chain monitoring, consisting typically of a simple electronic circuit with a temperature sensor, which are connected to an RFID transponder or integrated into an RFID transponder, are known from the prior art. A practical problem of current systems is that this electronic circuit requires its own power supply, usually a battery, to ensure complete, usually electronic, temperature monitoring, e.g. a temperature monitoring in which the temperature is measured and stored at certain time intervals. This fact makes the transponder relatively expensive and therefore only limited for bulk goods used and as a long storage at low temperatures reduces the operating life of batteries, is usually necessary for long storage times, the batteries. Furthermore, battery-containing RFID transponders are also problematic with regard to their disposal.
[0008] Weiters sind aus dem aktuellen Stand der Werkstofftechnik Legierungen bekannt, z.B. magnetokalorische Legierungen oder Shape-Memory Legierungen, die ihre magnetischen Eigenschaften beim Über- bzw. Unterschreiten gewisser Schwelltemperaturen ändern. Beispielsweise zeigen bestimmte Mn-Ni-Sn-Co Legierungen (und auch andere, siehe EP2280262 A1) beim Überschreiten einer gewissen Schwelltemperatur Ts einen Übergang vom paramagnetischen Zustand (relative Permeabilität «1) in einen ferromagnetischen Zustand (relative Permeabilität »1) oder umgekehrt. Diese Änderung der magnetischen Materialeigenschaften ist auf Phasenübergänge erster Ordnung in der Legierung zurückzuführen.Furthermore, from the current state of the art materials alloys are known, e.g. magnetocaloric alloys or shape-memory alloys that change their magnetic properties when exceeding or falling below certain threshold temperatures. For example, certain Mn-Ni-Sn-Co alloys (and others, see EP2280262 A1) exhibit a transition from the paramagnetic state (relative permeability "1) to a ferromagnetic state (relative permeability" 1) or vice versa when exceeding a certain threshold temperature Ts. This change in magnetic material properties is due to first-order phase transitions in the alloy.
[0009] In der Patentschrift EP 2280262 A1 wird ein Temperaturwächter beschrieben, der auf den oben genannten Materialeigenschaften basiert. Konkret wird dabei auf ein seit längerem von elektronischen Artikelsicherungsanlagen (EAS) bekanntes akustomagnetisches Prinzip zurückgegriffen. Dieses Prinzip beruht auf dem Phänomen der Magnetostriktion, d.h. dass spezielle Materialien durch Magnetisierung eine Längenänderung erfahren, bzw. umgekehrt, das mechanische Schwingungen eines magnetostriktiven Materials ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. Ein magnetostriktiver Resonator, wie z.B. ein Materialplättchen mit resonanter Länge, kann daher durch ein äußeres magnetisches Wechselfeld (bei Resonanzfrequenz, z.B. 58 kHz) zu mechanischen Schwingungen angeregt werden.In the patent EP 2280262 A1, a temperature monitor is described which is based on the above-mentioned material properties. Specifically, this is a long-used by electronic article surveillance systems (EAS) akustomagnetisches principle recourse. This principle is based on the phenomenon of magnetostriction, i. that special materials undergo a change in length by magnetization, or vice versa, the mechanical vibrations of a magnetostrictive material generates an alternating magnetic field. A magnetostrictive resonator, e.g. a resonant-length material chip may therefore be excited to mechanical vibration by an external alternating magnetic field (at resonant frequency, e.g., 58 kHz).
[0010] Als Vorteil der Erfindung werden in EP 2280262 A1 vor allem die niedrigen Kosten und damit der Einsatz im Massenmarkt angeführt. Ein offensichtlicher Nachteil aus praktischer Sicht ist, dass die in EP 2280262 A1 beschriebene Anordnung eine Parallel-Lösung zu etablierten RFID-Verfahren ist, d.h., der (akustomagnetische) Temperaturwächter nicht sinnvoll in RFID-Transponder integrierbar ist und eine separate (akustomagnetische) Ausleseeinheit benötigt wird. D.h., zusätzlich zu der in vielen Transport- und Produktionslinien bereits etablierten RFID-Technologie muss das akustomagnetische Ausleseverfahren installiert und in das Logistiksystem integriert werden.As an advantage of the invention in EP 2280262 A1 above all the low cost and thus the use in the mass market are cited. An obvious disadvantage from a practical point of view is that the arrangement described in EP 2280262 A1 is a parallel solution to established RFID methods, ie, the (acoustomagnetic) temperature monitor can not meaningfully be integrated into RFID transponders and requires a separate (acoustomagnetic) readout unit becomes. That is, in addition to the RFID technology already established in many transportation and production lines, the acoustomagnetic readout method must be installed and integrated into the logistics system.
[0011] Ziel der Erfindung ist es daher, einen Sensor zu erzeugen, der die aus dem Stand der Technik entstehenden Nachteile überwindet. Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einem Sensor der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1. Dabei ist vorgesehen, dass der Sensor zur Detektion des einmaligen temporären Überschreitens einer Schwelltemperatur Ts, zumindest ein Sensorelement mit einem Sensormaterial bestehend aus einer magnetokalorischen Legierung umfasst, wobei das Sensormaterial des Sensorelements bei Überschreiten der Schwelltemperatur Ts von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand übergeht und im ersten Zustand gegenüber dem zweiten Zustand unterschiedliche Magnetisierbarkeit aufweist, wobei eine Detektionseinheit vorgesehen ist, mit der mittelbar oder unmittelbar der Übergang des Sensormaterials des Sensorelements von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand detektierbar ist.The aim of the invention is therefore to produce a sensor which overcomes the disadvantages arising from the prior art. The invention solves this problem with a sensor of the type mentioned above with the characterizing features of claim 1. It is provided that the sensor for detecting the single temporary transgression of a threshold temperature Ts, at least one sensor element comprising a sensor material consisting of a magnetocaloric alloy, wherein the sensor material of the sensor element transitions from a first state to a second state when the threshold temperature Ts is exceeded and in the first state has different magnetizability compared to the second state, wherein a detection unit is provided with which the sensor material of the sensor element transfers directly or indirectly from the sensor element first state is detectable in the second state.
[0012] Das Sensormaterial des Sensorelements weist einen Phasenübergang erster Ordnung auf und in zumindest einer Phase magnetisch ist, und/oder das eine breite Temperatur-Hysterese aufweist.The sensor material of the sensor element has a first-order phase transition and is magnetic in at least one phase, and / or has a broad temperature hysteresis.
[0013] Eine Aktivierung des Sensormaterials der Sensorvorrichtung ist nicht erforderlich, wenn der Sensor einen Grundkörper aus nicht elektrisch leitfähigem Material, einen auf dem Grundkörper, insbesondere drehbar, kippbar oder translatorisch, gelagerten nichtferromagnetischen Träger, auf dem das Sensorelement angeordnet ist, zumindest ein auf dem Grundkörper angeordneter erster Permanentmagnet und zumindest ein auf dem Träger angeordnetes permanent ferromagnetisches erstes Materialstück, wobei das erste Materialstück im Wirkbereich des ersten Permanentmagnet angeordnet ist, wobei das Sensorelement bei Übergang aus dem ersten Zustand in den zweiten Zustand die Lage des Trägers ändert, wobei die Detektionseinheit zur Messung der Stellung des Trägers ausgebildet ist, umfasst.Activation of the sensor material of the sensor device is not required if the sensor is a base body made of non-electrically conductive material, one on the body, in particular rotatable, tiltable or translational, mounted non-ferromagnetic carrier on which the sensor element is arranged at least one the first body piece arranged in the effective range of the first permanent magnet, wherein the sensor element changes the position of the carrier when passing from the first state to the second state, wherein the Detection unit is designed for measuring the position of the carrier comprises.
[0014] Besonders vorteilhafte Ausführungsformen des Sensors zur Überwachung von Kühlketten werden durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche näher definiert: [0015] Das Auslesen der Zustände des Sensors und des Sensormaterials wird erleichtert, indem der Detektionseinheit ein, insbesondere passiven, RFID- und/oder NFC-Transponder zur Datenübertragung an ein externes Datenkommunikationsgerät, nachgeschalteten ist der bei Aktivierung durch das externe Datenkommunikationsgerät den jeweiligen Zustand des Sensorelements an das Datenkommunikationsgerät überträgt. Das Über- bzw. Unterschreiten der vorgegebenen Schwelltemperaturen kann somit direkt über die RFID- Schnittstelle, ohne zusätzlichen Aufwand detektiert werden.Particularly advantageous embodiments of the sensor for monitoring cold chains are further defined by the features of the dependent claims: Reading the states of the sensor and the sensor material is facilitated by the detection unit, in particular passive, RFID and / or NFC transponder for data transmission to an external data communication device, downstream is the case of activation by the external data communication device transmits the respective state of the sensor element to the data communication device. The exceeding or falling short of the predetermined threshold temperatures can thus be detected directly via the RFID interface, without additional effort.
[0016] Eine einfach umsetzbare Detektion der Zustandsänderung des Sensormaterials des Sensorelements wird erreicht, indem dass die Detektionseinheit zumindest eine Spule umfasst, wobei das Sensorelement im Feldraum der Spule angeordnet und von dieser elektrisch isoliert ist, und wobei die Detektionseinheit zur Messung einer Induktivitätsänderung der Spule mit der Spule elektrisch verschaltet ist. Dabei wird der Platzbedarf des Sensors reduziert, wenn das Sensorelement als Kern der Spule ausgebildet ist und/oder dass das Sensorelement als Trägerkörper der Spule ausgebildet ist.An easily implementable detection of the change in state of the sensor material of the sensor element is achieved in that the detection unit comprises at least one coil, wherein the sensor element is arranged in the field space of the coil and electrically insulated from this, and wherein the detection unit for measuring an inductance change of the coil is electrically connected to the coil. In this case, the space requirement of the sensor is reduced when the sensor element is designed as the core of the coil and / or that the sensor element is designed as a carrier body of the coil.
[0017] Die Detektionsempfindlichkeit kann erhöht werden, indem der Sensor zwei Spulen, nämlich eine Anregerspule und eine Messspule, aufweist, wobei das Sensorelement als magnetisches Koppelelement ausgebildet ist und vorzugsweise als gemeinsamer Kern der beiden Spulen oder als Trägermaterial der beiden Spulen ausgebildet ist und/oder das Sensorelement zwischen den beiden Spulen angeordnet ist.The detection sensitivity can be increased by the sensor comprises two coils, namely a commutator coil and a measuring coil, wherein the sensor element is designed as a magnetic coupling element and is preferably designed as a common core of the two coils or as a carrier material of the two coils and / / or the sensor element is arranged between the two coils.
[0018] Eine alternative Sensorvorrichtung nach einem Elektromechanischen Prinzip wird bereitgestellt indem, der Sensor ein zumindest teilweise elektrisch leitfähiges Trägerteil, zwei elektrische Kontakte und einen Magneten aufweist, wobei die Detektionseinheit zur Detektion einer leitfähigen Verbindung der elektrischen Kontakte ausgebildet ist, wobei das Sensorelement auf dem Trägerteil dem Magneten gegenüberliegend angeordnet ist, wobei das Sensorelement im zweiten Zustand mit dem Magneten in Wechselwirkung bringbar ist und das Trägerteil die Kontakte verbindet.An alternative sensor device according to an electromechanical principle is provided by, the sensor comprises an at least partially electrically conductive support member, two electrical contacts and a magnet, wherein the detection unit is adapted to detect a conductive connection of the electrical contacts, wherein the sensor element on the Carrier part is arranged opposite the magnet, wherein the sensor element in the second state with the magnet can be brought into interaction and the carrier part connects the contacts.
[0019] Eine externe Kühlung zur Aktivierung des Sensorelements entfällt, wenn der Sensor eine Aktivierungseinheit zur Aktivierung des Sensorelements aufweist, die ein weichmagnetisches Material und eine, vorzugsweise auf dem weichmagnetischem Material angebrachte Spule umfasst und wobei das weichmagnetische Material durch die Spule magnetisierbar ist, wobei die Hysteresekurve und/oder die Schwelltemperatur Ts des Sensorelements durch das magnetisierte weichmagnetische Material verschiebbar ist.An external cooling for activating the sensor element is omitted if the sensor has an activation unit for activating the sensor element comprising a soft magnetic material and a preferably mounted on the soft magnetic material coil and wherein the soft magnetic material is magnetizable through the coil, wherein the hysteresis curve and / or the threshold temperature Ts of the sensor element is displaceable by the magnetized soft magnetic material.
[0020] Ein besonders flacher Sensor wird bereitgestellt, wenn der, insbesondere in Form einer Zylinderscheibe ausgebildete, Träger drehbar auf dem Grundkörper angeordnet ist und auf dem Träger ein erstes Sensorelement mit Schwelltemperatur TSi, ein zweites Sensorelement mit Schwelltemperatur TS2 und ein an das zweite Sensorelement anschließend angeordnetes permanent ferromagnetisches Materialstück angeordnet ist, wobei die Schwelltemperatur TSi>TS2 und/oder Tui<TU2 ist, auf dem Grundkörper der erste Permanentmagnet, ein zweiter Permanentmagnet und ein dritter Permanentmagnet angeordnet sind, wobei der dritte Permanentmagnet so ausgebildet und angeordnet ist, dass das durch die magnetische Wechselwirkung zwischen dem dritten Permanentmagneten, dem permanent ferromagnetischen Materialstück und dem im zweiten Zustand befindlichen Sensormaterial verursachte Drehmoment des Trägers größer ist, als jenes Drehmoment, das durch die magnetische Wechselwirkung zwischen dem zweiten Permanentmagneten, dem permanent ferromagnetisches Materialstück und dem im zweiten Zustand befindlichen Sensormaterial verursacht wird, und wobei das erste Sensorelement auf dem Träger im Wirkbereich des ersten Permanentmagneten angeordnet ist, und wobei das permanent ferromagnetische Materialstück im Wirkbereich des zweiten Permanentmagneten angeordnet ist und das zweite Sensorelement im Wirkbereich des drittem Permanentmagneten angeordnet ist, und/oder in einer Ausgangslage das erste Sensorelement auf dem Träger in unmittelbarer Nähe des ersten Permanentmagneten angeordnet ist, das permanent ferromagnetische Materialstück in unmittelbarer Nähe des zweiten Permanentmagneten und das zweite Sensorelement in Umfangsrichtung zwischen dem zweiten Permanentmagneten und dem drittem Permanentmagneten angeordnet ist.A particularly flat sensor is provided when the, in particular in the form of a cylindrical disc formed carrier is rotatably mounted on the body and on the support a first sensor element with threshold temperature TSi, a second sensor element with threshold temperature TS2 and a to the second sensor element arranged thereafter, wherein the threshold temperature TSi> TS2 and / or Tui <TU2, on the base body of the first permanent magnet, a second permanent magnet and a third permanent magnet are arranged, wherein the third permanent magnet is formed and arranged such that that the torque of the carrier caused by the magnetic interaction between the third permanent magnet, the permanent ferromagnetic piece of material and the sensor material located in the second state is greater than the torque caused by the magnetic interaction between the second Permanent magnet, the permanent ferromagnetic piece of material and the sensor material located in the second state is caused, and wherein the first sensor element is disposed on the carrier in the active region of the first permanent magnet, and wherein the permanent ferromagnetic material piece is arranged in the active region of the second permanent magnet and the second sensor element in Is arranged effective range of the third permanent magnet, and / or arranged in a starting position, the first sensor element on the support in the immediate vicinity of the first permanent magnet, the permanent ferromagnetic piece of material in the immediate vicinity of the second permanent magnet and the second sensor element in the circumferential direction between the second permanent magnet and the third permanent magnet is arranged.
[0021] Eine alternative Ausführung der Sensorvorrichtung wird erreicht, indem der Träger, insbesondere um seine Mitte, kippbar auf dem Grundkörper angeordnet ist und an einem Ende des Trägers ein erstes Sensorelement mit Schwelltemperatur TSi und auf dem ersten Sensorelement gegenüberliegenden Ende des Trägers zweites Sensorelement mit Schwelltemperatur TS2 angeordnet ist, wobei die Schwelltemperatur TSi>TS2 und/oder Tui<Tu2, wobei auf dem Grundkörper der erste Permanentmagnet und ein zweiter Permanentmagnet angeordnet sind, wobei je ein Permanentmagnet gegenüber dem ersten und zweiten Sensorelement angeordnet ist, wobei das erste Materialstück im Wirkbereich des ersten Permanentmagneten auf dem Träger angeordnet ist und ein zweites Materialstück im Wirkbereich des zweiten Permanentmagneten auf dem Träger angeordnet ist.An alternative embodiment of the sensor device is achieved by the carrier, in particular about its center, is arranged tiltably on the base body and at one end of the carrier a first sensor element with threshold temperature TSi and on the first sensor element opposite end of the carrier second sensor element Threshold temperature TS2 is arranged, wherein the threshold temperature TSi> TS2 and / or Tui <Tu2, wherein on the base body, the first permanent magnet and a second permanent magnet are arranged, wherein a respective permanent magnet with respect to the first and second sensor element is arranged, wherein the first piece of material in Effective range of the first permanent magnet is arranged on the carrier and a second piece of material is arranged in the effective range of the second permanent magnet on the carrier.
[0022] Die Baugröße des Sensors wird weiter reduziert, wenn der Träger auf dem Grundkörper zwischen dem ersten Permanentmagneten und einem zweiten Permanentmagneten translatorisch bewegbar angeordnet ist, und an einem Ende des Trägers ein erstes Sensorelement mit Schwelltemperatur TSi und auf dem ersten Sensorelement gegenüberliegenden Ende des Trägers zweites Sensorelement mit Schwelltemperatur TS2 angeordnet ist, wobei die Schwelltemperatur TSi>TS2 und/oder T^cT^, wobei der erste Permanentmagnet und der zweite Permanentmagnet auf dem Grundkörper angeordnet sind, wobei je ein Permanentmagnet gegenüber dem ersten Sensorelement und dem zweiten Sensorelement angeordnet ist, wobei das erstes Materialstück im Wirkbereich des ersten Permanentmagneten auf dem Träger angeordnet ist und ein zweites Materialstück im Wirkbereich des zweiten Permanentmagneten auf dem Träger angeordnet ist.The size of the sensor is further reduced when the carrier is arranged translationally movable on the base body between the first permanent magnet and a second permanent magnet, and at one end of the carrier a first sensor element with threshold temperature TSi and on the first sensor element opposite end of The second sensor element is arranged with threshold temperature TS2, wherein the threshold temperature TSi> TS2 and / or T ^ cT ^, wherein the first permanent magnet and the second permanent magnet are arranged on the base body, wherein each one permanent magnet with respect to the first sensor element and the second sensor element arranged is, wherein the first piece of material is arranged in the effective range of the first permanent magnet on the carrier and a second piece of material is arranged in the effective range of the second permanent magnet on the carrier.
[0023] Biologisches Material, oder gekühlte Lebensmittel können besonders gut überwacht werden, wenn Tu zwischen -100° und +20°C und/oder Ts zwischen -30°C und +100°C liegt und/oder die Differenz Ts - Tu = 5 bis 80 °C beträgt.Biological material, or refrigerated food can be monitored particularly well when Tu between -100 ° and + 20 ° C and / or Ts between -30 ° C and + 100 ° C and / or the difference Ts - Tu = 5 to 80 ° C is.
[0024] Die Schwelltemperatur Ts und die Einsatztemperatur Ts-Tu kann besonders gut eingestellt werden, wenn das Sensorelement aus einer der folgenden Legierungen besteht: Gd5(Si1-xGex)4, Ni-Mn, Ni-Mn-Ga, Ni-Mn-ln-(Co), La-Fe-Si, La-Fe-Si-Co, La-Fe-Si-Co-B, La-Fe-Si-Cu, La-Fe-Si-Ga, La(Fe, Si,Co), LaFexSi1-x, La(Fe,Si)13, RCo2 mit R aus (R=Dy,Ho, Er), DyA12, DyNi2 Tb-Gd-A1, Gd-Ni, Mn-As-Sb, MnFe-P-As.The threshold temperature Ts and the operating temperature Ts-Tu can be adjusted particularly well if the sensor element consists of one of the following alloys: Gd5 (Si1-xGex) 4, Ni-Mn, Ni-Mn-Ga, Ni-Mn In (Co), La-Fe-Si, La-Fe-Si-Co, La-Fe-Si-Co-B, La-Fe-Si-Cu, La-Fe-Si-Ga, La (Fe, Si, Co), LaFexSi1-x, La (Fe, Si) 13, RCo2 with R from (R = Dy, Ho, Er), DyA12, DyNi2 Tb-Gd-A1, Gd-Ni, Mn-As-Sb, MnFe-P-As.
[0025] Eine besonders geeignete Anwendung des Sensors wird bereitgestellt, wenn ein RFID und/oder NFC Transponder umfassend eine in den RFID und/oder NFC Transponder integrierten Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche.A particularly suitable application of the sensor is provided if an RFID and / or NFC transponder comprising a sensor integrated in the RFID and / or NFC transponder according to one of the preceding claims.
[0026] Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
[0027] Die Erfindung ist im Folgenden anhand von besonders vorteilhaften, aber nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft beschrieben: [0028] Fig. 1 zeigt einen Phasenübergang erster Ordnung einer magnetoka lorischen Legierung.The invention is illustrated schematically in the following with reference to particularly advantageous, but not limiting exemplary embodiments in the drawings and is described by way of example with reference to the drawings: Figure 1 shows a first order phase transition of a magnetocaloric alloy.
[0029] Fig. 2 zeigt Hystereskurven magnetokalorischer Legierungen.Fig. 2 shows hysteresis curves of magnetocaloric alloys.
[0030] Fig. 3a bis 3c zeigen drei Ausführungsformen der Erfindung.3a to 3c show three embodiments of the invention.
[0031] Fig. 4 zeigt den Aufbau eines erfindungsgemäßen RFID-/NFC-4 shows the structure of an RFID / NFC according to the invention.
Transponders.Transponder.
[0032] Fig. 5a bis 5c, 6 und 7 zeigen weitere Ausführungsformen des Temperatursensors.5a to 5c, 6 and 7 show further embodiments of the temperature sensor.
[0033] Fig. 8a und 8b zeigen eine Ausführungsform mit elektromechanischer Detek- tierung.FIGS. 8a and 8b show an embodiment with electromechanical detection.
[0034] Fig. 9a zeigt eine Ausführungsform mit Aktivierungseinheit.Fig. 9a shows an embodiment with activation unit.
[0035] Fig. 9b zeigt eine Verschiebung einer Hysteresekurve durch Aufbrin gung eines externen magnetischen Feldes.Fig. 9b shows a shift of a hysteresis curve by Aufbrin movement of an external magnetic field.
[0036] Fig. 10 zeigt Hystereskurven von Sensorelementen.Fig. 10 shows hysteresis curves of sensor elements.
[0037] Fig. 11a bis 11c zeigen eine weitere Ausführungsform des Temperaturwächters in Ausgangslage.11a to 11c show a further embodiment of the temperature monitor in the starting position.
[0038] Fig. 12a bis 12c zeigen die in Fig. 11a bis 11 c dargestellte Ausführungsform desFIGS. 12a to 12c show the embodiment of the invention shown in FIGS. 11a to 11c
Temperaturwächters in Detektionslage.Temperature monitor in detection position.
[0039] Fig. 13a zeigt eine weitere Ausführungsform des Temperaturwächters inFIG. 13 a shows a further embodiment of the temperature monitor in FIG
Ausgangslage.Starting position.
[0040] Fig. 13b zeigt die in Fig. 13a dargestellte Ausführungsform des Tempe raturwächters in Detektionslage.Fig. 13b shows the embodiment of the Tempe raturwächters shown in Fig. 13a in detection position.
[0041] Fig. 14a zeigt eine weitere Ausführungsform des Temperaturwächters inFIG. 14a shows another embodiment of the temperature monitor in FIG
Ausgangslage.Starting position.
[0042] Fig. 14b zeigt die in Fig. 14a dargestellte Ausführungsform des Tempe raturwächters in Detektionslage.Fig. 14b shows the embodiment shown in Fig. 14a Tempe raturwächters in detection position.
[0043] Fig. 1 zeigt sogenannte Phasenübergänge erster Ordnung einer magnetokalorischen Legierung, bei denen das Material eine ausgeprägte Temperatur-Hysterese aufweist. Der Übergang vom paramagnetischen zum ferromagnetischen Zustand findet bei höherer Temperatur Ts statt als das Zurückkehren vom ferromagnetischen Zustand in den paramagnetischen Zustand bei der Temperatur Tu. Die Schwelltemperatur Ts für den Phasenübergang, sowie die Steilheit und die Breite der Temperatur-Hysteresekurve lassen sich durch die Legierungszusammensetzung, den Herstellungsprozess der Legierung, sowie durch thermische Nachbehandlung innerhalb gewisser Grenzen einstellen. Mit gegenwärtig verfügbaren magnetokalorischen Materialien sind Hysteresekurven mit Breiten von ca. 20-30 K bei Ansprechtemperaturen im Bereich von ca. 120-600 K realisierbar. Zusätzlich sind auch Materialien mit „sprunghaftem“ Wechsel vom paramagnetischen in den ferromagnetischen Zustand ohne ausgeprägter Temperatur-Hysterese bekannt. Weiters besteht bei einigen dieser Materialien die Möglichkeit die Ansprechtemperaturen Ty und Ts durch einprägen eines äußeren Magnetfeldes zu verschieben. In Fig. 9b wird eine derartige die Hystereskurve näherungsweise entlang Temperaturachse verschoben.Fig. 1 shows so-called first-order phase transitions of a magnetocaloric alloy in which the material has a pronounced temperature hysteresis. The transition from the paramagnetic to the ferromagnetic state occurs at higher temperature Ts than the return from the ferromagnetic state to the paramagnetic state at the temperature Tu. The threshold temperature Ts for the phase transition, as well as the transconductance and the width of the temperature hysteresis curve can be determined by the alloy composition , adjust the manufacturing process of the alloy, as well as by thermal aftertreatment within certain limits. With currently available magnetocaloric materials hysteresis curves with widths of about 20-30 K at response temperatures in the range of about 120-600 K can be realized. In addition, materials with "erratic" changes from the paramagnetic to the ferromagnetic state without pronounced temperature hysteresis are known. Furthermore, with some of these materials, it is possible to shift the response temperatures Ty and Ts by impressing an external magnetic field. In Fig. 9b, such a hysteresis curve is shifted approximately along the temperature axis.
[0044] Weiters sind unter den magnetokalorischen Materialien und Shape Memory Legierungen auch solche bekannt, die einen sogenannten „Virgin Effect“ zeigen, d.h., dass die Hystereskurve und damit zumindest eine Ansprechtemperatur beim ersten Abkühlen anders aussieht bzw. wo anders liegt als bei den darauffolgenden Temperaturzyklen (Fig. 2). Im unteren Teilbild von Fig. 2 zeigt beispielsweise die durchgezogene Kurve den Verlauf der Magnetisierung beim ersten Abkühlen, die strichpunktierte Kurve den Verlauf beim Wiedererwärmen nach der ersten Abkühlung und schließlich die strichlierte Kurve den Magnetisierungsverlauf beim neuerlichen Abkühlen des Materials.Furthermore, among the magnetocaloric materials and shape memory alloys, those are also known which show a so-called "virgin effect", ie that the hysteresis curve and thus at least one response temperature looks different during the first cooling or where it is different from the subsequent ones Temperature cycles (Fig. 2). In the lower part of Fig. 2, for example, the solid curve shows the course of the magnetization during the first cooling, the dash-dotted curve the course during reheating after the first cooling and finally the dashed curve the magnetization during renewed cooling of the material.
[0045] Schließlich besteht bei vielen dieser Materialien auch die Möglichkeit den Übergang vom paramagnetischen zum ferromagnetischen Zustand und umgekehrt durch mechanische Beanspruchung auszulösen.Finally, in many of these materials it is also possible to trigger the transition from paramagnetic to ferromagnetic state and vice versa by mechanical stress.
[0046] Eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensors ist in Fig. 3a bis 3c dargestellt. Das Sensorelement 1, bestehend aus einem magnetokalorischem Sensormaterial, wird in unmittelbare Nähe einer Spule 3 gebracht. Bei Zylinderspulen bildet das Sensorelement 1 beispielsweise den Trägerkörper der Spulenwicklung bzw. den Spulenkern (Fig. 3a). Bei einer in Fig. 3b und 3c dargestellten Ausführungsform ist die Spule 3 als Flachspule ausgebildet, z.B. in Form gedruckter bzw. fotolithographisch erzeugter Flachspulen. Das Sensorelement 1 ist auf und/oder unterhalb der Spule 3 aufgebracht (Fig. 3b und 3c). Die Spule 3 ist dabei von dem Sensorelement 1 durch eine Folie oder eine auf den Spulenwicklungen 31 angebrachten Isolator elektrisch isoliert.A first embodiment of a sensor according to the invention is shown in Fig. 3a to 3c. The sensor element 1, consisting of a magnetocaloric sensor material, is brought into the immediate vicinity of a coil 3. In the case of cylindrical coils, the sensor element 1 forms, for example, the carrier body of the coil winding or the coil core (FIG. 3 a). In an embodiment shown in Figs. 3b and 3c, the coil 3 is formed as a flat coil, e.g. in the form of printed or photolithographically produced flat coils. The sensor element 1 is applied to and / or below the coil 3 (FIGS. 3b and 3c). The coil 3 is electrically insulated from the sensor element 1 by a foil or an insulator attached to the coil windings 31.
[0047] Da die Induktivität L einer Spule 3 ganz allgemein von der magnetischen Permeabilität des die Spule 3 unmittelbar umgebenden Feldraumes abhängt, ist beim Übergang des Sen sormaterials des Sensorelements 1 vom paramagnetischen in den ferromagnetischen Zustand auch eine Änderung der Induktivität L der Spule 3 zu erwarten. Diese Induktivitätsänderung kann durch eine Detektionseinheit 5, wie in Fig. 4 schematisch dargestellt mit einer einfachen elektronischen Schaltung detektiert werden.Since the inductance L of a coil 3 quite generally depends on the magnetic permeability of the coil 3 immediately surrounding field space, is at the transition of Sen sormaterials of the sensor element 1 from the paramagnetic in the ferromagnetic state, a change in the inductance L of the coil 3 too expect. This inductance change can be detected by a detection unit 5, as shown schematically in FIG. 4, with a simple electronic circuit.
[0048] Die Spule 3, das Sensorelement 1 und die Detektionseinheit 5 können wie in Fig. 4 dargestellt, in einen kostengünstigen, passiven RFID- und/oder NFC-Transponder 4 integriert werden. Die Information über den magnetischen Zustand des Sensormaterials des Sensorelements 1 und damit die Information, ob die Temperaturschwelle Ts jemals überschritten wurde, kann auf Basis der RFID-Technologie drahtlos durch einen Transponder 4 mit Antenne 43 über eine RFID/NFC Funkverbindung 45 zu einem externen Datenkommunikationsgerät 44 übertragen werden (Fig. 4).As shown in FIG. 4, the coil 3, the sensor element 1 and the detection unit 5 can be integrated into a low-cost, passive RFID and / or NFC transponder 4. The information about the magnetic state of the sensor material of the sensor element 1 and thus the information as to whether the temperature threshold Ts has ever been exceeded can be based on the RFID technology wirelessly through a transponder 4 with antenna 43 via an RFID / NFC radio link 45 to an external data communication device 44 are transmitted (Fig. 4).
[0049] Die Detektion des Überschreitens einer vorgegebenen Schwelltemperatur Ts basiert, auf einem Phasenübergang erster Ordnung einer magnetokalorischen bzw. shape memory Legierung („Sensorelement“)· Beim Überschreiten einer vorgegebenen Schwelltemperatur Ts ändern sich die magnetischen Materialeigenschaften des Sensormaterials des Sensorelements 1 von paramagnetisch zu ferromagnetisch. Das Sensorelement 1 ist in einem RFID-Transponder integriert und der para- bzw. ferromagnetische Zustand des Sensorelements 1 wird mittels einer elektronischen Schaltung detektiert.The detection of exceeding a predetermined threshold temperature Ts is based on a first-order phase transition of a magnetocaloric or shape memory alloy ("sensor element"). When a predetermined threshold temperature Ts is exceeded, the magnetic material properties of the sensor material of the sensor element 1 change from paramagnetic ferromagnetic. The sensor element 1 is integrated in an RFID transponder and the para- or ferromagnetic state of the sensor element 1 is detected by means of an electronic circuit.
[0050] Die Detektion des magnetischen Zustandes des Sensorelements 1 und die damit verbundene Änderung der Induktivität der Spule 3 kann auf unterschiedliche, aus dem Stand der Technik bekannte Weisen bestimmt werden. Dies sind insbesondere: [0051] · Messung der Impedanz der als Messspule ausgebildeten Spule 3 und Vergleich mit einem vorgegebenen Impedanzschwellwert [0052] · Vergleichsmessung der Induktivität einer Referenzspule und der Induktivität derThe detection of the magnetic state of the sensor element 1 and the associated change in the inductance of the coil 3 can be determined in different, known from the prior art ways. These are in particular: Measurement of the impedance of the coil 3 designed as a measuring coil and comparison with a predetermined impedance threshold value Comparison of the inductance of a reference coil and the inductance of the coil
Spule 3 [0053] · Bestimmung der Resonanzfrequenz eines die Spule enthaltenden Schwingkreises und Vergleich mit einer vorgegebenen Resonanzfrequenz [0054] · Vergleichsmessung der Resonanzfrequenz eines die Spule 3 enthaltenden Schwing kreises mit der Resonanzfrequenz eines Referenzschwingkreises [0055] · Messung von Spannungsanstiegszeiten an der Spule 3 bei vorgegebenen Strom durch die Spule 3 und Vergleich mit einem vorgegebenen Schwellwertes für die Spannungsanstiegszeit [0056] · Vergleichsmessung der Spannungsanstiegszeit an der Spule 3 und der Spannungs anstiegszeit an einer Referenzspule bei vorgegebenen Ströme durch Messspule und Referenzspule [0057] In den Fig. 5a bis 5c sind Ausführungsformen der Erfindung dargestellt, bei denen das Überschreiten einer Schwelltemperatur Ts durch Änderung der magnetischen Kopplung zweier Spulen 3 a und 3b durch das Sensorelement 1 angezeigt wird. Das Sensorelement 1 wird als magnetisches Koppelelement in unmittelbare Nähe der beiden Spulen (Induktivitäten) gebracht. Bei Zylinderspulen bildet das Sensorelement 1 beispielsweise einen gemeinsamen Trägerkörper der Spulenwicklungen 31 bzw. einen gemeinsamen Spulenkern (Fig. 5a). Bei Flachspulen, z.B. in Form gedruckter bzw. fotolithographisch erzeugter Spulen 3 kann das Sensorelement 1 auf und/oder unterhalb der beiden Spulen 3 aufgebracht werden (Fig. 5b, Fig. 5c). Eine der beiden Spulen dient als Anregerspule 3a, die andere als Messspule 3b. Die magnetische Kopplung bzw. die Gegeninduktivität zwischen Anreger- 3a und Messpule 3b hängt damit maßgeblich von den magnetischen Eigenschaften des Sensormaterials des Sensorelements 1 ab.Coil 3 Determination of the resonant frequency of a resonant circuit containing the coil and comparison with a predetermined resonant frequency Comparative measurement of the resonant frequency of a resonant circuit containing the coil 3 with the resonant frequency of a reference resonant circuit Measurement of voltage rise times on the coil 3 at predetermined current through the coil 3 and comparison with a predetermined threshold value for the voltage rise time. Comparative measurement of the voltage rise time at the coil 3 and the voltage rise time at a reference coil at predetermined currents through the measuring coil and reference coil In FIGS 5 c, embodiments of the invention are shown in which the exceeding of a threshold temperature Ts is indicated by changing the magnetic coupling of two coils 3 a and 3 b by the sensor element 1. The sensor element 1 is brought as a magnetic coupling element in the immediate vicinity of the two coils (inductors). In the case of cylindrical coils, the sensor element 1 forms, for example, a common carrier body of the coil windings 31 or a common coil core (FIG. 5 a). For flat coils, e.g. In the form of printed or photolithographically produced coils 3, the sensor element 1 can be applied to and / or below the two coils 3 (FIG. 5b, FIG. 5c). One of the two coils serves as an exciting coil 3a, the other as a measuring coil 3b. The magnetic coupling or the mutual inductance between stimulator 3a and measuring coil 3b thus significantly depends on the magnetic properties of the sensor material of the sensor element 1.
[0058] Beim Übergang des Sensormaterials vom paramagnetischen in den ferromagnetischen Zustand vergrößert sich auch die magnetische Kopplung von Anreger- 3a und Messspule 3b. Ein in die Anregerspule 3a eingespeister elektrischer Strom induziert, bei ferromagnetischem Zustand des Sensormaterials, eine größere Spannung in der Messspule 3b als bei paramagne tischem Zustand des Sensormaterials. Die Detektoreinheit 5 misst dabei diesen Spannungsunterschied und leitet diesen an einen Kommunikationskontroller 42 weiter oder gleicht diesen beispielsweise mit einem in einem Speicher 41 abgespeicherten Vergleichswert ab. Die Spannungsänderung, ein Vergleichswert oder ein einfaches binäres Signal kann dann auf Anfrage eines externen Datenkommunikationsgerätes 44 mittels drahtloser RFID-/NFC-Verbindung 45 übermittelt werden.The transition of the sensor material from the paramagnetic to the ferromagnetic state also increases the magnetic coupling of exciter 3a and measuring coil 3b. An electric current fed into the excitation coil 3a induces, in the case of the ferromagnetic state of the sensor material, a greater voltage in the measuring coil 3b than in the case of a paramagnetic state of the sensor material. In this case, the detector unit 5 measures this voltage difference and forwards it to a communication controller 42 or compares it, for example, with a comparison value stored in a memory 41. The voltage change, a comparison value or a simple binary signal can then be transmitted on request of an external data communication device 44 by means of wireless RFID / NFC connection 45.
[0059] Die Spannung an der Messspule 3b dient demnach als Indikator für den magnetischen Zustand des Sensormaterials des Sensorelements 1. Die Spulenanordnung, umfassend die Spulen 3a und 3 b sowie das Sensorelement 1, und die Detektionseinheit 5 können wiederum in einen kostengünstigen, passiven RFID- und/oder NFC-Transponder integriert werden, so dass die Information über den magnetischen Zustand des Sensormaterials und damit die Information, ob die Temperaturschwelle Ts jemals überschritten wurde, auf Basis der RFID-Technologie drahtlos zu einem externen Datenkommunikationsgerät 44 übertragen werden kann (Fig. 6).Accordingly, the voltage at the measuring coil 3b serves as an indicator for the magnetic state of the sensor material of the sensor element 1. The coil arrangement, comprising the coils 3a and 3b and the sensor element 1, and the detection unit 5 can turn into a low-cost, passive RFID - And / or NFC transponder are integrated, so that the information about the magnetic state of the sensor material and thus the information as to whether the temperature threshold Ts has ever been exceeded, can be transmitted wirelessly to an external data communication device 44 based on RFID technology (Fig 6).
[0060] Alternativ sind auch Anordnungen von Spulen 3 und Sensorelement 1 möglich bei denen die in der Messspule 3b induzierte Spannung bei ferromagnetischem Zustand des Sensorelements 1 geringer ist als bei paramagnetischem Zustand des Sensorelements 1. In Fig. 7 ist eine derartige alternative Anordnung dargestellt. Das Sensorelement 1 wird zwischen den beiden Spulen 3 angeordnet, wodurch die in der Messspule 3b induzierte Spannung erhöht oder reduziert wird.Alternatively, arrangements of coils 3 and sensor element 1 are possible in which the voltage induced in the measuring coil 3b in the case of the ferromagnetic state of the sensor element 1 is lower than in the paramagnetic state of the sensor element 1. FIG. 7 shows such an alternative arrangement. The sensor element 1 is arranged between the two coils 3, whereby the voltage induced in the measuring coil 3b is increased or reduced.
[0061] Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 8a und 8b dargestellt. Der Übergang des Sensormaterials des Sensorelements 1 in den ferromagnetischen Zustand kann auch auf elektromechanische Weise detektiert werden, wie schematisch in Fig. 8a und 8b dargestellt. Das Sensorelement 1 ist dabei auf einem einseitig fest eingespannten elastischen und nichtferromagnetischen Träger 8 aufgebracht und in geringem Abstand gegenüber einem Permanentmagneten 9 angeordnet. Zumindest ein Teil 81 des Trägers ist elektrisch leitfähig, so dass bei Verbiegung des Trägers 8 in Richtung zweier dem metallischen Trägerteil 81 gegenüberliegenden Kontaktfedern 6 und 7 die beiden Kontaktfedern 6 und 7 elektrisch leitend verbunden werden. Beim Übergang des Sensormaterials in den ferromagnetischen Zustand wird dieses vom Permanentmagneten 9 angezogen, wodurch sich der Träger 8 in Richtung der Kontaktfedern 6 und 7 verbiegt und einen elektrischen Kontakt zwischen den Kontaktfedern 6 und 7 herstellt, der einfach detektiert werden kann.A further embodiment of the invention is shown in FIGS. 8a and 8b. The transition of the sensor material of the sensor element 1 into the ferromagnetic state can also be detected in an electromechanical manner, as shown schematically in FIGS. 8a and 8b. In this case, the sensor element 1 is applied to an elastic and non-ferromagnetic carrier 8 firmly clamped on one side and arranged at a small distance from a permanent magnet 9. At least one part 81 of the carrier is electrically conductive, so that when the carrier 8 is deflected in the direction of two contact springs 6 and 7 opposite the metallic carrier part 81, the two contact springs 6 and 7 are electrically conductively connected. During the transition of the sensor material in the ferromagnetic state, this is attracted to the permanent magnet 9, whereby the carrier 8 bends in the direction of the contact springs 6 and 7 and makes an electrical contact between the contact springs 6 and 7, which can be easily detected.
[0062] Neben der in Fig. 8a und 8b dargestellten Ausführungsform sind auch viele andere aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren zur Detektion der Stellung/Position des Trägers 8 bzw. des Sensorelements 1 einsetzbar, beispielsweise kapazitive Näherungsschalter. Mit den oben beschriebenen Anordnungen ist es daher möglich das einmalige und temporäre Überschreiten einer vorgegebenen oberen Schwelltemperatur Ts auch beliebig lange nach dem Zeitpunkt des Überschreitens zu detektieren, solange zwischen dem Zeitpunkt des Überschreitens von Ts und dem Detektionszeitpunkt die untere Temperaturschwelle Tu nicht unterschritten wurde, da dies das Sensormaterial in seinen ursprünglichen Zustand bringen würde. Durch Anordnung von zwei unterschiedlichen Sensorelementen mit jeweils zugehöriger Spulenanordnung mit entsprechenden unteren und oberen Schwelltemperaturen Tu, Ts kann jedoch zuverlässig auch ein ggf. stattgefundenes „Rücksetzen“ detektiert werden.In addition to the embodiment illustrated in FIGS. 8a and 8b, many other methods known from the prior art for detecting the position / position of the carrier 8 or of the sensor element 1 can also be used, for example capacitive proximity switches. With the arrangements described above, it is therefore possible to detect the one-time and temporary exceeding a predetermined upper threshold temperature Ts as long after the time of exceeding, as long as between the time of exceeding Ts and the detection time, the lower temperature threshold Tu was not exceeded this would bring the sensor material back to its original state. By arranging two different sensor elements, each with a corresponding coil arrangement with corresponding lower and upper threshold temperatures Tu, Ts, however, a possibly occurring "reset" can be reliably detected.
[0063] Die in den Fig. 3 bis 8 beschriebenen Ausführungsformen lassen sich in dünnen, in Form mehrlagiger Folien aufgebauten RFID-Transpondern integrieren, wobei grundsätzlich keine Einschränkung auf eine bestimmte RFID-Technologie notwendig ist. Bevorzugte RFID-Frequenzbereiche bzw. Technologien sind naturgemäß jene, die bereits gegenwärtig im Supply Chain und Prozess Chain Management eingesetzt werden, d.h., die auf induktiver Kopplung und Lastmodulation beruhenden Technologien in den Frequenzbereichen 120-140 kHz, sowie 13 -14 MHz, sowie auf Backscatter-Kopplung beruhende RFID-Technologien im UHF Bereich mit 800-1000 MHz und im Mikrowellenbereich mit 2.4-2.5 GHz. Bei Nutzung NFC-kompatibler RFID-Technik mit 13,56 MHz ergäbe sich nicht nur für die Hersteller und Lieferanten die Mög lichkeit der Detektion von Unterbrechungen der Kühlkette, sondern auch für den Konsumenten. So könnte jeder mit NFC-fähigem Mobiltelefon und zugehöriger Anwendung ausgestatteter Konsument direkt vor Ort, beispielsweise im Lebensmittelgeschäft oder in der Apotheke überprüfen, ob die von ihm gewählte Tiefkühl, bzw. Kühlware lückenlos unterhalb einer vorgegebenen kritischen Schwelltemperatur Ts gekühlt war.The embodiments described in FIGS. 3 to 8 can be integrated into thin RFID transponders constructed in the form of multi-layered films, wherein in principle no restriction to a particular RFID technology is necessary. Naturally, preferred RFID frequency bands or technologies are those currently used in supply chain and process chain management, ie inductive coupling and load modulation based technologies in the frequency ranges 120-140 kHz, and 13-14 MHz, as well as on Backscatter coupling based RFID technologies in the UHF range 800-1000 MHz and in the microwave range 2.4-2.5 GHz. Using 13.56 MHz NFC-compatible RFID technology would not only provide manufacturers and suppliers with the ability to detect cold chain interruptions, but also consumers. Thus, any consumer equipped with an NFC-enabled mobile phone and associated application could check directly on site, for example in the grocery store or in the pharmacy, whether the frozen food or chilled goods selected by him were completely cooled below a predetermined critical threshold temperature Ts.
[0064] Bei den oben genannten, in Fig. 3 bis 8 beschriebenen Ausführungsformen ist eine Aktivierung, eine Scharfschaltung, des Sensors nötig, die explizit immer dann notwendig ist, wenn die Herstellungs- bzw. Lagerungstemperatur des Sensorelements 1 oberhalb der zu überwachenden oberen Temperaturschwelle Ts liegt, was bei Sensoren zur Überwachung von Kühlketten zumeist der Fall ist. In diesem Fall befindet sich das Sensormaterial des Sensorelements 1 bereits vor dem Anbringen des Sensors am zu überwachenden Produkt im ferromagnetischen Zustand und muss erst in den paramagnetischen Zustand gebracht werden. Wenn dies im Hinblick auf das zu überwachende Produkt möglich ist, kann dies, nach Anbringen des Sensors am Produkt, durch ein Abkühlen des Produkts mit angebrachtem Sensor unterhalb von Tu erfolgen. Ist dies nicht möglich, so kann das vorab aktivierte Sensorelement 1 unmittelbar vor dem Anbringen auf das bereits unterhalb von Ts abgekühlte Produkt aufgebracht werden. Alternativ kann der Sensor auch bei Temperaturen oberhalb von Ts am Produkt angebracht und gemeinsam mit dem Produkt in den Solltemperaturbereich zwischen Tu und Ts abgekühlt werden. Anschließend kann das Sensorelement 1 durch lokale Abkühlung unterhalb von Tu aktiviert werden. Bei oberflächlicher Anordnung des Sensorelements 1 am Sensor, insbesondere bei folienartigem Sensoraufbau, kann die zur Aktivierung erforderliche lokale Abkühlung des Sensorelements 1 beispielsweise durch gezieltes Besprühen mit Kältespray oder durch Kontakt mit einer Kältequelle erfolgen.In the abovementioned embodiments described in FIGS. 3 to 8, activation, arming, of the sensor is necessary, which is explicitly necessary whenever the manufacturing or storage temperature of the sensor element 1 is above the upper temperature threshold to be monitored Ts is what is usually the case with sensors for monitoring cold chains. In this case, the sensor material of the sensor element 1 is already in the ferromagnetic state before attaching the sensor to the product to be monitored and must first be brought into the paramagnetic state. If this is possible with regard to the product to be monitored, this may be done by cooling the product with the sensor attached below Tu after attaching the sensor to the product. If this is not possible, then the previously activated sensor element 1 can be applied to the already cooled below Ts product immediately before mounting. Alternatively, the sensor may be attached to the product even at temperatures above Ts and cooled together with the product to the set temperature range between Tu and Ts. Subsequently, the sensor element 1 can be activated by local cooling below Tu. With a superficial arrangement of the sensor element 1 on the sensor, in particular in the case of a film-like sensor structure, the local cooling of the sensor element 1 required for activation can take place, for example, by targeted spraying with cold spray or by contact with a cold source.
[0065] Weitere Möglichkeiten zur Aktivierung bzw. "Scharfschaltung" des Sensors können bei bestimmten Sensormaterialien des Sensorelements 1 durch eine Magnetisierung des Sensormaterials durch permanentes Anlegen eines Magnetfeldes erfolgen. Dies bewirkt eine Verschiebung der Hysteresekurve durch das Magnetfeld. Ein Beispiel einer dafür tauglichen Anordnung zeigt Fig. 9a in einer schematisierten Seitenansicht. Die in Fig. 9a beschriebene Ausführungsform weist einen ähnlichen Aufbau zu der in Fig. 6 beschriebenen Ausführungsform auf. Neben der Detektionseinheit 5, der Anregerspule 3a, der Messspule 3b, dem Kommunikationskontroller 42, dem Speicher 41 und der Antenne 43 weist der in einem Transponder 4 integrierte Sensor eine Aktivierungseinheit 12 mit weichmagnetischem Material 14 und einer um dieses gewickelten Spule 13 auf.Other ways to activate or " arming " For certain sensor materials of the sensor element 1, the sensor can be effected by magnetization of the sensor material by permanent application of a magnetic field. This causes a shift of the hysteresis curve by the magnetic field. An example of a suitable arrangement is shown in FIG. 9a in a schematic side view. The embodiment described in FIG. 9 a has a similar construction to the embodiment described in FIG. 6. In addition to the detection unit 5, the exciting coil 3a, the measuring coil 3b, the communication controller 42, the memory 41 and the antenna 43, the sensor integrated in a transponder 4 has an activation unit 12 with soft magnetic material 14 and a coil 13 wound around it.
[0066] Das weichmagnetische Material 14 ist im Ausgangszustand, nach der Anbringung des Sensors am bereits gekühlten Produkt im Temperaturbereich zwischen der unteren Temperaturschwelle Tu und der Schwelltemperatur Ts unmagnetisiert und weist eine Remanenzflussdichte von 0 auf. Ohne Magnetisierung durch ein permanentes Magnetfeld liegt zumindest die Übergangstemperatur vom paramagnetischen zum ferromagnetischen Zustand des Sensorelements 1 oberhalb der Lagerungstemperatur bzw. Herstellungstemperatur TP des Sensors (Fig. 9b) und damit gleichzeitig sehr weit oberhalb der zu überwachenden Temperaturschwelle Ts. Nach Anbringen des Sensors am Kühlgut und Abkühlung auf die Solltemperatur T (Tu<T<Ts) wird der Sensor durch Magnetisierung des weichmagnetischen Materials 14, durch die Aktivierungseinheit 12 mit Spule 13, aktiviert, da dadurch die im weichmagnetischen Material 14 verbleibende Remanenzflussdichte das Sensorelement 1 soweit magnetisiert wird, dass sich die Hysteresekurve in den Einsatzbereich des Sensors (Tu<T<Ts) verschiebt. Die Magnetisierung des weichmagnetischen Materials 14 kann alternativ von außen durch einen in die Nähe des Sensorelements 1 gebrachten Permanent- oder Elektromagneten erfolgen oder über das externe Datenkommunikationsgerät 44, wie in Fig. 9 dargestellt, beispielsweise im Zuge der Initiali-sierung/Einschleusung ins RFID-überwachte Supply Chain Management System. Auf Basis der gegenwärtigen Materialforschung kann auch davon ausgegangen werden, dass in sehr naher Zukunft auch Sensormaterialien verfügbar sein werden, die selbst geeignete weichmagnetische Eigenschaften aufweisen, sodass das in Fig. 9 dargestellte weichmagnetische Material 14 beiThe soft magnetic material 14 is unmagnetized in the initial state, after attaching the sensor to the already cooled product in the temperature range between the lower temperature threshold Tu and the threshold temperature Ts and has a Remanenzflussdichte of 0 on. Without magnetization by a permanent magnetic field is at least the transition temperature from the paramagnetic to the ferromagnetic state of the sensor element 1 above the storage temperature or manufacturing temperature TP of the sensor (Fig. 9b) and thus at the same time far above the monitored temperature threshold Ts. After attaching the sensor to the refrigerated goods and cooling down to the target temperature T (Tu <T <Ts), the sensor is activated by magnetization of the soft magnetic material 14, by the activation unit 12 with coil 13, since thereby the remanent flux density remaining in the soft magnetic material 14 is magnetized to the sensor element 1 to the extent that the hysteresis curve shifts to the area of application of the sensor (Tu <T <Ts). The magnetization of the soft magnetic material 14 may alternatively be done from the outside by a brought into the vicinity of the sensor element 1 permanent or electromagnet or via the external data communication device 44, as shown in Fig. 9, for example in the course of initialization / injection into the RFID monitored supply chain management system. On the basis of current material research, it can also be assumed that sensor materials which themselves have suitable soft magnetic properties will be available in the very near future, so that the soft magnetic material 14 shown in FIG
Verwendung solcher Materialien entfallen kann.Use of such materials can be omitted.
[0067] Alternativ zu den beschriebenen Ausführungsformen lässt sich bei Wahl entsprechender Sensormaterialien des Sensorelements 1 auch die Überwachung des Unterschreitens einer Schwelltemperatur Tu einsetzen oder der Übergang von magnetischen zu paramagnetischem Zustand detektieren und zur Kennzeichnung des Unterschreitens einer minimal Temperatur heranziehen.As an alternative to the described embodiments, monitoring of the undershooting of a threshold temperature Tu can also be used when selecting corresponding sensor materials of the sensor element 1, or the transition from magnetic to paramagnetic state can be detected and used to indicate the undershooting of a minimum temperature.
[0068] In den Fig. 11a bis 14b sind weitere Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Mit diesen Ausführungsformen werden Sensoren zur Detektion des einmaligen temporären Überschreitens einer Schwelltemperatur Ts, ohne die Notwendigkeit eines expliziten Aktivierens des Sensors, realisiert. Die in Fig. 11a bis 11c dargestellte Ausführungsform umfasst einen Grundkörper 10 aus nicht elektrisch leitfähigem und nicht ferromagnetischem Material und einen auf dem Grundkörper 10 drehbar gelagerten nichtferromagnetischen Träger 11, der als Kreisscheibe ausgebildet ist. Auf dem Träger 11 ist ein mit diesem fest verbundenes erstes Sensorelement 1a bestehend aus einem magnetokalorischem Sensormaterial mit ausgeprägter Temperatur-Hysterese und Übergang vom ferromagnetischen in den paramagnetischen Zustand bei der unteren Temperaturschwelle Tlm und Temperaturschwelle TSi (Fig. 10) und ein zweites Sensorelement 1b aus einem magnetokalorischem Sensormaterial mit nur sehr geringer oder gar keiner Temperatur-Hysterese und Ansprechtemperatur TS2 geringfügig oberhalb von Tm (Fig. 10) angebracht. Auf dem Träger 11 ist weiters ein erstes permanent ferromagnetisches Materialstück F1 aufgebracht. Das erste Sensorelement 1a, ist am Umfang des Trägers 11 diametral gegenüber dem ersten permanent-ferromagnetisches Materialstück F1 angeordnet, das zweite Sensorelement 1b liegt ebenfalls, wie das erste Materialstück F1, am Umfang des Trägers 11 und schließt an das erste permanent-ferromagnetisches Materialstück F1 an.Further embodiments of the invention are shown in FIGS. 11a to 14b. With these embodiments, sensors for detecting the one-time temporary overshoot of a threshold temperature Ts, without the need for an explicit activation of the sensor realized. The embodiment shown in FIGS. 11a to 11c comprises a main body 10 of non-electrically conductive and non-ferromagnetic material and a non-ferromagnetic carrier 11 rotatably mounted on the main body 10 and designed as a circular disk. On the carrier 11, a first sensor element 1a connected thereto is composed of a magnetocaloric sensor material with pronounced temperature hysteresis and transition from the ferromagnetic state to the paramagnetic state at the lower temperature threshold Tlm and temperature threshold TSi (FIG. 10) and a second sensor element 1b a magnetocaloric sensor material with very little or no temperature hysteresis and response temperature TS2 slightly above Tm (Fig. 10) attached. On the carrier 11, a first permanent ferromagnetic material piece F1 is further applied. The first sensor element 1a is arranged diametrically opposite the first permanent ferromagnetic material piece F1 on the circumference of the carrier 11, the second sensor element 1b likewise lies, like the first material piece F1, on the circumference of the carrier 11 and adjoins the first permanent ferromagnetic material piece F1 at.
[0069] Auf dem Grundkörper 10 ist ein, jeweils mit dem Grundkörper 10 fest verbundener, erster Permanentmagnet M1, zweiter Permanentmagnet M2 und dritter Permanentmagnet M3, angebracht, wobei der dritte Permanentmagnet M3 stärker, eine höhere Haltekraft oder Magnetisierung aufweist bzw. größer ist als der zweite Permanentmagnet M2. Der erste Permanentmagnet M1 ist auf dem Grundkörper 10 gegenüber dem ersten Sensorelement 1a, bzw. in dessen Wirkbereich angeordnet. Der zweite Permanentmagnet M2 ist gegenüber dem ersten permanent-ferromagnetisches Materialstück F1 befestigt, zieht dieses an und richtet den Träger 11 aus. Der größere dritte Permanentmagnet M3 ist im Wirkbereich des zweiten Sensorelements 1b angeordnet und von diesem entlang des Umfangs des Trägers 11 beabstandet.On the base body 10 is a, in each case fixedly connected to the base body 10, the first permanent magnet M1, second permanent magnet M2 and third permanent magnet M3 mounted, wherein the third permanent magnet M3 stronger, has a higher holding force or magnetization or greater than the second permanent magnet M2. The first permanent magnet M1 is arranged on the base body 10 with respect to the first sensor element 1a, or in its effective range. The second permanent magnet M2 is fastened to the first permanent ferromagnetic material piece F1, attracts it and aligns the carrier 11. The larger third permanent magnet M3 is arranged in the effective range of the second sensor element 1b and spaced therefrom along the circumference of the carrier 11.
[0070] Zur Bestimmung der Stellung bzw. Position des Trägers 11 sind Kontakte 6 und 7 mit elektrischen Leiterbahnen zur Detektionseinheit 5 auf dem Grundkörper 10 befestigt und eine elektrisch leitfähige Fläche 15 zur kapazitiven Bestimmung der Trägerstellung auf der Unterseite des Trägers 11 angebracht. Es sind jedoch auch alle anderen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Detektion der Stellung des Trägers 11 verwendbar.For determining the position or position of the carrier 11, contacts 6 and 7 are fastened to the detection unit 5 on the base body 10 with electrical conductor tracks, and an electrically conductive surface 15 for capacitive determination of the carrier position is mounted on the underside of the carrier 11. However, all other methods known from the prior art for detecting the position of the carrier 11 are also usable.
[0071] Fig. 11a bis 11c zeigen unterschiedliche Ansichten und Darstellungsformen dieser Ausführungsform der Erfindung in Ausgangslage, die bei der Produktion der Sensorvorrichtung hergestellt wird, wobei davon ausgegangen wird, dass bei der Produktion des Sensors eine Umgebungstemperatur T>TSi herrscht (vgl. Fig. 10). Sowohl das Sensormaterial des ersten Sensorelements 1a als auch Sensormaterial des zweiten Sensorelements 1b befindet sich somit im ferromagnetischen Zustand. Wird das erste Sensorelement 1a in ferromagnetischem Zustand zur Sensormontage geliefert, so genügt bei der Sensormontage auch eine Umgebungstemperatur zwischen Tm und TSi. Auf dem Grundkörper 10 sind die drei Permanentmagnete M1, M2 und M3 angeordnet. Auf dem gegenüber dem Grundkörper 10 drehbar gelagerten Träger 11 aus elektrisch und magnetisch nicht leitfähigem Material sind das erste Sensorelement 1a und der erste Permanentmagnet M1 derart angeordnet, dass das erste Sensorelement 1a durch die magnetischen Kräfte des ersten Permanentmagneten M1 in seiner nächsten Umgebung gehalten wird und das erste permanent-ferromagnetisches Materialstück F1 durch die magnetischen Kräfte des zweiten Permanentmagneten M2 in dessen nächsten Umgebung gehalten wird. Zusätzlich befindet sich neben dem dritten Permanentmagneten M3 in Drehrich tung zu dem dritten Permanentmagnet M3 das zweite Sensorelement 1b. Die Verhältnisse der Größe und magnetischen Kräfte der Permanentmagneten M1, M2, M3 und des ersten Materialstück F1, sowie deren Anordnung, und der Größe und Permeabilitäten des ersten und zweiten Sensorelements 1a, 1b, im ferromagnetischen Zustand sind derart aufeinander abgestimmt, dass die in Fig. 11a bis 11c dargestellte Ausgangslage während der Sensorproduktion hergestellt werden kann und für T>Tui stabil bestehen bleibt, wobei der dritte Permanentmagnet M3 stärker/größer ausgeführt ist, als der zweite Permanentmagnet M2. In Ausgangslage des Trägers 11 besteht zwar eine Kraftwirkung auf das zweite Sensorelement 1b in Richtung des dritten Permanentmagnet M3, jedoch wird durch die Anziehungskräfte zwischen dem ersten Sensorelement 1a und dem ersten Permanentmagnet M1, sowie zwischen dem zweiten Permanentmagneten M2 und dem permanent-ferromagnetisches Materialstück F1 die Annäherung des dritten Permanentmagneten M3 und des ersten Sensorelements 1b, und damit die Verdrehung des Trägers 11 zum Grundkörper 10 verhindert. In dieser Ausgangslage kann der Sensor am Kühlgut auch bei Temperaturen >Tui montiert werden. Durch den folgenden Abkühlvorgang unterhalb von TS2 verliert zunächst das Sensormaterial des zweiten Sensorelement 1b seine ferromagnetischen Eigenschaften und unmittelbar danach auch das Sensormaterial des ersten Sensorelement 1a (vgl. Fig. 10). Der Träger 11 wird danach ausschließlich durch die von dem zweiten Permanentmagnet M2 auf das erste permanent-ferromagnetisches Materialstück F1 ausgeübten magnetischen Kräfte in einer Position entsprechend der Ausgangslage gehalten. Der Sensor ist in diesem Zustand nun aktiviert bzw. „scharfgeschalten“. Kommt es in diesem aktivierten Zustand zu einer Überschreitung der Schwelltemperatur TS2 wird das Sensormaterial des zweiten Sensorelement 1b ferromagnetisch und es kommt zu einer resultierenden Anziehungskraft des zweiten Sensorelements 1b in Richtung des stärkeren dritten Permanentmagnet M3. Aufgrund des nunmehrigen Fehlens der Kraftwirkung zwischen dem ersten Permanentmagnet M1 und dem ersten Sensorelement 1a kommt es zu einer Drehbewegung des Trägers 11, so dass das zweite Sensorelement 1b und das erste permanent-ferromagnetisches Materialstück F1 in unmittelbarer Nähe zum dritten Permanentmagnet M3 zu liegen kommen. Fig. 12a bis 12c zeigen diese „Detektionslage“, die näherungsweise auch stabil eingehalten wird. Wenn die Temperatur TS2 nach erfolgter Drehbewegung nun wieder unterschritten wird diese Lage beibehalten, da das erste permanent-ferromagnetisches Materialstück F1 von dem dritten Permanentmagnet M3 in Position gehalten wird.11a to 11c show different views and illustrations of this embodiment of the invention in the starting position, which is produced in the production of the sensor device, it being assumed that in the production of the sensor an ambient temperature T> TSi prevails (see FIG 10). Both the sensor material of the first sensor element 1a and sensor material of the second sensor element 1b is thus in the ferromagnetic state. If the first sensor element 1a is supplied in a ferromagnetic state for sensor mounting, an ambient temperature between Tm and TSi is sufficient for sensor mounting. On the base body 10, the three permanent magnets M1, M2 and M3 are arranged. On the opposite to the base body 10 rotatably mounted carrier 11 of electrically and magnetically non-conductive material, the first sensor element 1a and the first permanent magnet M1 are arranged such that the first sensor element 1a is held by the magnetic forces of the first permanent magnet M1 in its immediate vicinity and the first permanent-ferromagnetic material piece F1 is held by the magnetic forces of the second permanent magnet M2 in its immediate vicinity. In addition, in addition to the third permanent magnet M3 in direction of rotation direction to the third permanent magnet M3, the second sensor element 1b. The ratios of the size and magnetic forces of the permanent magnets M1, M2, M3 and the first piece of material F1, and their arrangement, and the size and permeability of the first and second sensor elements 1a, 1b, in the ferromagnetic state are coordinated such that the in Fig 11a to 11c can be produced during sensor production and remains stable for T> Tui, the third permanent magnet M3 being made stronger / larger than the second permanent magnet M2. Although in the initial position of the carrier 11 there is a force acting on the second sensor element 1b in the direction of the third permanent magnet M3, but by the attractive forces between the first sensor element 1a and the first permanent magnet M1, and between the second permanent magnet M2 and the permanent ferromagnetic material piece F1 the approach of the third permanent magnet M3 and the first sensor element 1b, and thus prevents the rotation of the carrier 11 to the base body 10. In this initial position, the sensor can be mounted on the refrigerated goods even at temperatures> Tui. As a result of the following cooling process below TS2, first the sensor material of the second sensor element 1b loses its ferromagnetic properties and immediately thereafter also the sensor material of the first sensor element 1a (see FIG. The carrier 11 is thereafter held in a position corresponding to the initial position exclusively by the magnetic forces exerted on the first permanent ferromagnetic material piece F1 by the second permanent magnet M2. The sensor is now activated or "armed" in this state. If, in this activated state, the threshold temperature TS2 is exceeded, the sensor material of the second sensor element 1b becomes ferromagnetic, resulting in a resultant attractive force of the second sensor element 1b in the direction of the stronger third permanent magnet M3. Due to the now lacking of the force effect between the first permanent magnet M1 and the first sensor element 1a, a rotational movement of the carrier 11 occurs, so that the second sensor element 1b and the first permanent ferromagnetic material piece F1 come to lie in the immediate vicinity of the third permanent magnet M3. FIGS. 12a to 12c show this "detection position" which is maintained approximately stable. If the temperature TS2 now falls below again after the rotational movement has taken place, this position is maintained since the first permanent ferromagnetic material piece F1 is held in position by the third permanent magnet M3.
[0072] Bei geeigneter Anordnung und Abstimmung der Permanentmagneten M1, M2, M3 und Permeabilitäten bzw. Größen der Sensormaterialien der Sensorelemente 1a, 1b und des permanent-ferromagnetisches Materialstück F1 wird die Detektionslage beibehalten auch wenn TSi überschritten wird und das erste Sensorelement 1a in den ferromaqnetischen Zustand wechselt.With a suitable arrangement and tuning of the permanent magnets M1, M2, M3 and permeabilities or sizes of the sensor materials of the sensor elements 1a, 1b and the permanent ferromagnetic material piece F1, the detection position is maintained even if TSi is exceeded and the first sensor element 1a in the Ferromaqnetischen state changes.
[0073] Die Bestimmung der Position des Trägers 11 bzw. das Erkennen der Detektionslage, kann auf vielfältige aus dem Stand der Technik bekannten Weisen erfolgen. In der in Fig. 11a bis 11c und 12a bis 12c dargestellten Ausführungsform erfolgt dies auf Basis einer Änderung der Kapazität, Leitfähigkeit oder Impedanz zwischen zwei auf dem Grundkörper 10 angebrachten bzw. aufgedruckten Elektroden 6 und 7. Diese Änderung ergibt sich durch die in Detektionslage unmittelbar über den Elektroden 6 und 7 befindliche Metallfläche 15, welche auf der Unterseite des Trägers 11 an entsprechender Stelle angeordnet ist. Die Anschlussleitungen der Elektroden 6 und 7 werden einer in einen RFID-Transponder integrierten Detektionseinheit 5 zugeführt (vgl. Fig. 4 und 6). Alternativ sind natürlich auch induktive Methoden gemäß den in Fig. 3 und 5 dargestellten Prinzipen sowie kontaktbehaftete Detektionsmethoden über (Fe-der)kontakte, Positionsschalter, etc. möglich. Auf die oben beschriebene Weise kann ein sich automatisch aktivierender RFID- kompatibler Temperaturwächter zur Kühlkettenüberwachung realisiert werden.The determination of the position of the carrier 11 or the detection of the detection position can be carried out in various ways known from the prior art. In the embodiment illustrated in FIGS. 11a to 11c and 12a to 12c, this takes place on the basis of a change in the capacitance, conductivity or impedance between two electrodes 6 and 7 mounted or printed on the base body 10. This change results directly from the detection position over the electrodes 6 and 7 located metal surface 15, which is arranged on the underside of the carrier 11 at a corresponding location. The connection lines of the electrodes 6 and 7 are fed to a detection unit 5 integrated in an RFID transponder (compare FIGS. 4 and 6). Alternatively, of course, inductive methods according to the principles shown in FIGS. 3 and 5 as well as contact-based detection methods via (Fe-der) contacts, position switches, etc. are possible. In the manner described above, an automatically activating RFID compatible temperature monitor for cold chain monitoring can be realized.
[0074] E in alternatives und besonders einfaches Ausführungsbeispiel eines sich selbst aktivierenden Temperaturwächters auf Basis magnetokalorischer Prinzipien zeigen Fig. 13a, 13b in Seitenansicht. Auf einem Grundkörper 10 sind zwei Permanentmagnete M1 und M2 und ein Auflager 16 für einen Träger 11 in Form eines zweiseitigen Hebels befestigt. Der Hebel ragt auf jeder Seite jeweils über einen der Permanentmagnete M1 bzw. M2. An einem Ende des Hebels ist im Bereich des ersten Permanentmagneten M1 ein erstes permanent-ferromagnetisches Material- oder Metallstück F1, sowie ein erstes Sensorelement 1a befestigt. Am anderen Ende des Hebels befindet sich ein zweites permanent-ferromagnetisches Material- oder Metallstück F2 und ein zweites Sensorelement 1b im Bereich des zweiten Permanentmagneten M2. Im Zuge der Sensorherstellung (beide Sensormaterialien ferromagnetisch) wird der Hebel in Ausgangslage positioniert. Durch die magnetische Kraftwirkung bleibt diese Ausgangslage stabil, solange das durch den ersten Permanentmagnet M1, das erste permanent-ferromagnetisches Materialstück F1 und das erste Sensorelement 1a erzeugte Drehmoment größer ist als das durch den zweiten Permanentmagnet M2, das zweite permanent-ferromagnetisches Materialstück F2 und das zweite Sensorelement 1 b erzeugte Drehmoment. Die Kraftverhältnisse bzw. Drehmomentverhältnisse sind durch die Wahl und Position der Permanentmagneten M1, M2, bzw. die Permeabilitäten der Sensormaterialien der Sensorelemente 1a, 1b und die permanentferromagnetischen Materialien F1, F2 sowie deren Position entlang des Hebels justierbar. In der in den Fig. 13a und 13b dargestellten Form/Ausgangslage kann der Sensor am Kühlgut (auch bei Temperaturen > TSi ) montiert werden. Durch die Abkühlung des Sensors unterhalb von Tlm verliert zunächst das zweite Sensorelement 1b seine ferromagnetischen Eigenschaften und unmittelbar danach auch das erste Sensorelement 1a (vgl. Fig. 10). Der Träger 11 wird danach ausschließlich durch ein resultierendes von dem Permanentmagnet ersten M1 und dem ersten permanent-ferromagnetischem Materialstück F1 ausgeübtes Drehmoment in einer Position entsprechend der Ausgangslage gehalten. Der Sensor ist in diesem Zustand nun aktiviert bzw. „scharfgeschalten“. Kommt es in diesem aktivierten Zustand zu einer Überschreitung der Schwelltemperatur TS2 wird das zweite Sensorelement 1b ferromagnetisch und es ändern sich die Drehmomentverhältnisse, durch die nun wirksam werdende magnetische Kraft vom zweiten Permanentmagnet M2 auf das zweite Sensorelement 1b. Bei geeigneter Dimensionierung kommt es zu einem resultierenden Drehmoment, sodass der Hebel in Richtung des zweiten Permanentmagnet M2 in eine Detektionslage kippt (Fig. 13b). Bei geeigneter Dimensionierung und Positionierung der permanent-ferromagnetischen Materialstücke F1, F2 wird diese Lage des Hebels stabil beibehalten, auch wenn durch Unterschreitung von TS2 das zweite Sensorelement 1 b wieder in den paramagnetischen Zustand übergeht.An alternative and particularly simple embodiment of a self-activating temperature monitor based on magnetocaloric principles is shown in FIGS. 13a, 13b in a side view. On a base body 10, two permanent magnets M1 and M2 and a support 16 for a carrier 11 in the form of a two-sided lever are attached. The lever protrudes on each side in each case via one of the permanent magnets M1 and M2. At one end of the lever, in the region of the first permanent magnet M1, a first permanent-ferromagnetic material or metal piece F1, as well as a first sensor element 1a are fastened. At the other end of the lever is a second permanent ferromagnetic material or metal piece F2 and a second sensor element 1b in the region of the second permanent magnet M2. As part of the sensor production (both sensor materials ferromagnetic), the lever is positioned in the starting position. Due to the magnetic force effect, this initial position remains stable as long as the torque generated by the first permanent magnet M1, the first permanent ferromagnetic material piece F1 and the first sensor element 1a is greater than that by the second permanent magnet M2, the second permanent ferromagnetic material piece F2 and the second sensor element 1 b generated torque. The force ratios or torque ratios are adjustable by the choice and position of the permanent magnets M1, M2, or the permeabilities of the sensor materials of the sensor elements 1a, 1b and the permanent ferromagnetic materials F1, F2 and their position along the lever. In the form / initial position shown in Figures 13a and 13b, the sensor can be mounted on the goods to be cooled (even at temperatures> TSi). As a result of the cooling of the sensor below Tlm, first the second sensor element 1b loses its ferromagnetic properties and immediately thereafter the first sensor element 1a (see FIG. The carrier 11 is then held in a position corresponding to the initial position exclusively by a resultant torque exerted by the permanent magnet first M1 and the first permanent ferromagnetic material piece F1. The sensor is now activated or "armed" in this state. If, in this activated state, the threshold temperature TS2 is exceeded, the second sensor element 1b becomes ferromagnetic and the torque ratios change as a result of the magnetic force now becoming effective from the second permanent magnet M2 to the second sensor element 1b. With suitable dimensioning, a resulting torque occurs, so that the lever tilts in the direction of the second permanent magnet M2 into a detection position (FIG. 13b). With suitable dimensioning and positioning of the permanent ferromagnetic material pieces F1, F2, this position of the lever is stably maintained, even if falls below the TS2, the second sensor element 1 b again in the paramagnetic state.
[0075] Weiters kann durch geeignete Anordnung und Abstimmung der Permanentmagneten M1, M2 und Permeabilitäten bzw. Größen der Sensorelementen 1a,1b und der permanentferromagnetischen Materialstücke F1, F2 die Detektionslage beibehalten werden auch wenn TSi überschritten wird und das erste Sensorelement 1a in den ferromagnetischen Zustand wechselt.Furthermore, by suitable arrangement and tuning of the permanent magnets M1, M2 and permeabilities or sizes of the sensor elements 1a, 1b and the permanent ferromagnetic material pieces F1, F2, the detection position can be maintained even if TSi is exceeded and the first sensor element 1a in the ferromagnetic state replaced.
[0076] Zur Detektion der Hebelposition kann auf gängige aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren bzw. auf eine in den vorangehenden Ausführungsformen beschriebene Methode zurückgegriffen werden.For detecting the lever position, it is possible to resort to common methods known from the prior art or to a method described in the preceding embodiments.
[0077] In Fig. 14a und Fig. 14b ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, dabei kann die gewünschte Funktionalität anstatt auf dem in Fig. 13a und 13b dargestellten Kippmechanismus auch auf einer rein translatorischen Bewegung beruhen, was eine besonders flache Bauform des Sensors ermöglicht.In Fig. 14a and Fig. 14b, a further embodiment is shown, while the desired functionality instead of on the tilting mechanism shown in Fig. 13a and 13b also based on a purely translational movement, which allows a particularly flat design of the sensor.
[0078] Auf einem Grundkörper 10 sind zwei Permanentmagnete M1, M2 befestigt. Der Bereich zwischen den Permanentmagneten M1 und M2 dient als Gleitfläche für einen Träger 11. An einem Ende des Trägers 11, der dem ersten Permanentmagnet M1 zugewandten Seite, sind ein erstes permanent-ferromagnetisches Materialstück F1 sowie das erste Sensorelement 1a befestigt. Am anderen Ende des Trägers 11, der dem zweiten Permanentmagnet M2 zugewandten Seite, befindet sich ebenfalls ein zweites permanent-ferromagnetisches Materialstück F2 und ein zweites Sensorelement 1b. Im Zuge der Sensorherstellung - beide Sensorelemente sind ferromagnetisch - wird der Träger 11 in der Ausgangslage positioniert (Fig. 14a). Durch die magnetische Kraftwirkung bleibt diese Ausgangslage stabil, solange die durch den ersten Permanentmagnet M1, das erste permanent-ferromagnetische Materialstück F1 und das erstes Sensorelement 1a erzeugte Kraft größer ist als die durch den zweiten Permanentmagnet M2, das zweite permanent-ferromagnetisches Materialstück F2 und das zweiten Sensorelement 1 b erzeugte Kraft. Die Kraftverhältnisse sind durch die Wahl und Position der Permanentmagneten M1, M2, bzw. die Permeabilitäten der Sensormaterialien der Sensorelemente 1a, 1b und der permanent-ferromagnetischen Materialien F1, F2, sowie deren Position entlang des Trägers 11 justierbar. In dieser Ausgangslage kann der Sensor am Kühlgut auch bei Temperaturen > TSi montiert werden. Durch den folgenden Abkühlvorgang unterhalb von Tui verliert zunächst das zweite Sensorelement 1b seine ferromagnetischen Eigenschaften und unmittelbar danach auch das erste Sensorelement 1b (vgl. Fig. 10). Der Träger 11 wird danach ausschließlich durch die resultierende vom ersten Permanentmagnet M1 auf das erste permanent-ferromagnetische Materialstück F1 ausgeübte Kraft in seiner Position entsprechend der Ausgangslage gehalten. Der Sensor ist in diesem Zustand nun aktiviert bzw. „scharfgeschalten“. Kommt es in diesem aktivierten Zustand zu einer Überschreitung der Schwelltemperatur TS2 wird das zweite Sensorelement 1b ferromagnetisch und es ändern sich die Kraftverhältnisse, durch die nun wirksam werdende magnetische Kraft des zweiten Permanentmagneten M2 auf das zweite Sensorelement 1b. Bei geeigneter Dimensionierung kommt es zu einer resultierenden Kraft, die den Träger 11 in Richtung des zweiten Permanentmagneten M2 bis zum Anschlag in eine Detektionslage zieht (Fig. 14b). Bei geeigneter Dimensionierung und Positionierung der permanentferromagnetischen Materialstücke F1, F2 wird diese Lage des Trägers 11 stabil beibehalten, auch wenn durch Unterschreitung von TS2 das zweite Sensorelement 1b wieder in den paramagnetischen Zustand übergeht.On a base body 10, two permanent magnets M1, M2 are attached. The area between the permanent magnets M1 and M2 serves as a sliding surface for a carrier 11. At one end of the carrier 11, the side facing the first permanent magnet M1, a first permanent-ferromagnetic material piece F1 and the first sensor element 1a are attached. At the other end of the carrier 11, the second permanent magnet M2 side facing, there is also a second permanent-ferromagnetic material piece F2 and a second sensor element 1b. In the course of the sensor production - both sensor elements are ferromagnetic - the carrier 11 is positioned in the starting position (FIG. 14a). Due to the magnetic force effect, this starting position remains stable as long as the force generated by the first permanent magnet M1, the first permanent ferromagnetic material piece F1 and the first sensor element 1a is greater than that by the second permanent magnet M2, the second permanent ferromagnetic material piece F2 and the second sensor element 1 b generated force. The force relationships are adjustable by the choice and position of the permanent magnets M1, M2, or the permeabilities of the sensor materials of the sensor elements 1a, 1b and the permanent ferromagnetic materials F1, F2, as well as their position along the carrier 11. In this initial position, the sensor on the goods to be cooled even at temperatures > TSi be mounted. As a result of the following cooling process below Tui, first the second sensor element 1b loses its ferromagnetic properties and immediately thereafter also the first sensor element 1b (see FIG. The carrier 11 is thereafter held in its position corresponding to the initial position exclusively by the resulting force exerted by the first permanent magnet M1 on the first permanent ferromagnetic material piece F1. The sensor is now activated or "armed" in this state. If, in this activated state, the threshold temperature TS2 is exceeded, the second sensor element 1b becomes ferromagnetic and the force relationships change due to the magnetic force of the second permanent magnet M2 now acting on the second sensor element 1b. With suitable dimensioning, a resultant force is produced which pulls the carrier 11 in the direction of the second permanent magnet M2 until it stops in a detection position (FIG. 14b). With suitable dimensioning and positioning of the permanent ferromagnetic material pieces F1, F2 this position of the carrier 11 is stably maintained, even if falls below the TS2, the second sensor element 1b again in the paramagnetic state.
[0079] Weiters kann durch geeignete Anordnung und Abstimmung der Permanentmagneten M1, M2 und der Permeabilitäten bzw. Größen der Sensormaterialien der Sensorelemente 1a, 1b und der permanent-ferromagnetischen Materialstücke F1, F2 die Detektionslage beibehalten werden auch wenn TSi überschritten wird und das erste Sensorelement 1a in den ferromagnetischen Zustand wechselt.Furthermore, by suitable arrangement and tuning of the permanent magnets M1, M2 and the permeabilities or sizes of the sensor materials of the sensor elements 1a, 1b and the permanent ferromagnetic material pieces F1, F2, the detection position can be maintained even if TSi is exceeded and the first sensor element 1a changes to the ferromagnetic state.
[0080] Neben dem Gleiten des Trägers 11 auf dem Grundkörper 10 ist es natürlich auch möglich, die Bewegung es Trägers 11 auf dem Grundkörper 10 durch Rollen oder Kugellager zu erleichtern.In addition to the sliding of the carrier 11 on the base body 10, it is of course also possible to facilitate the movement of the carrier 11 on the base body 10 by means of rollers or ball bearings.
[0081] Zur Detektion der Trägerposition kann wieder auf gängige aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren bzw. auf zuvor beschriebene Methoden zurückgegriffen werden.To detect the carrier position, it is again possible to resort to common methods known from the prior art or methods described above.
[0082] Weiters kann durch geeignete Anordnung und Abstimmung von Permanentmagneten und Permeabilitäten bzw. Größen und Eigenschaften der Sensorelemente und der permanentferromagnetischen Materialstücke auch ein Temperaturwächter für das Unterschreiten einer vorgegebenen Schwelltemperatur realisiert werden.Furthermore, by suitable arrangement and coordination of permanent magnets and permeabilities or sizes and properties of the sensor elements and the permanent ferromagnetic material pieces, a temperature monitor for falling below a predetermined threshold temperature can be realized.
[0083] Besonders geeignete aber nicht einschränkend gemeinte Sensormaterialien sind Materialien auf Basis der folgenden Legierungen: Gd5(Si1-xGex)4, Ni-Mn, Ni-Mn-Ga, Ni-Mn-ln-(Co), La-Fe-Si, La-Fe-Si-Co, La-Fe-Si-Co-B, La-Fe-Si-Cu, La-Fe-Si-Ga, La(Fe, Si,Co), LaFexSi1-x, La(Fe,Si)13, RCo2 mit R aus (R=Dy,Ho, Er), DyA12, DyNi2 Tb-Gd-A1, Gd-Ni, Mn-As-Sb, MnFe-P-As.Particularly suitable but non-limiting sensor materials are materials based on the following alloys: Gd5 (Si1-xGex) 4, Ni-Mn, Ni-Mn-Ga, Ni-Mn-In (Co), La-Fe Si, La-Fe-Si-Co, La-Fe-Si-Co-B, La-Fe-Si-Cu, La-Fe-Si-Ga, La (Fe, Si, Co), LaFexSi1-x, La (Fe, Si) 13, RCo2 with R (R = Dy, Ho, Er), DyA12, DyNi2 Tb-Gd-A1, Gd-Ni, Mn-As-Sb, MnFe-P-As.
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