DE10127978C1

DE10127978C1 - Vorrichtung zur Erkennung des Verschmutzungsgrades einer Flüssigkeit

Info

Publication number: DE10127978C1
Application number: DE2001127978
Authority: DE
Inventors: Willi Wimmer
Original assignee: Vogt Electronic AG
Current assignee: Vogt Electronic AG
Priority date: 2001-06-08
Filing date: 2001-06-08
Publication date: 2002-11-14
Anticipated expiration: 2021-06-09

Abstract

Eine Vorrichtung zur Erkennung des Verschmutzungsgrades einer Flüssigkeit weist einen LC-Schwingkreis als Messaufnehmer (1) und einen Oszillator (2) zur Anregung des Schwingkreises auf, wobei der Messaufnehmer (1) und der Oszillator (2) berührungslos energetisch gekoppelt sind. Ferner weist die genannte Vorrichtung eine Durchstimmeinrichtung (3) zur frequenzmäßigen Durchstimmung des Oszillators (2) und eine Mess- und Auswerteschaltung (4) zur Erfassung des Bedämpfungszustandes des Oszillators (2) und zum Bereitstellen eines Signals, das proportional zum Verschmutzungsgrad der Flüssigkeit ist, auf.

Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Erkennung des Verschmutzungs grades einer Flüssigkeit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der DE 37 09 665 A1 be kannt. Eine ähnliche Vorrichtung ist in der WO 96/07090 A1 beschrieben.

Weitere Vorrichtungen zur Erkennung des Verschmutzungsgrades einer Flüssigkeit als solche sind zwar aus dem Stand der Technik bekannt, jedoch ar beiten diese mit zwei Elektroden, zwischen denen der Übergangswiderstand be stimmt wird. Dies setzt stets eine galvanische Verbindung voraus, die sehr alte rungsempfindlich ist, und für die besondere, flüssigkeitsdichte elektrische Durch führungen, zum Beispiel bei der Verwendung an Waschmaschinen oder Spülma schinen, geschaffen werden müssen. Diese Durchführungen im Speziellen sowie die gesamte Vorrichtung zur Erkennung des Verschmutzungsgrades einer Flüs sigkeit im allgemeinen nach dem Stand der Technik bedürfen darüber hinaus ei nes besonderen Isolierungsaufwandes, um Bedienpersonen nicht der Gefahr ei nes elektrischen Schlages auszusetzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erkennung des Verschmutzungsgrades einer Flüssigkeit bereitzustellen, bei welcher die mit den entsprechenden Vorrichtungen nach dem Stand der Technik verbundenen Isolations- und Durchkontaktierungsprobleme entfallen und die besonders platz sparend gestaltet werden kann. Außerdem soll eine Verwendung einer solchen Vorrichtung angegeben werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Er kennung des Verschmutzungsgrades einer Flüssigkeit nach Anspruch 1, und durch eine Verwendung nach Anspruch 12.

Vorteilhafte und bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung zur Erken nung des Verschmutzungsgrades einer Flüssigkeit nach Anspruch 1 sind der Ge genstand der Ansprüche 2 bis 11.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figu ren erläutert. Es zeigt.

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erkennung des Verschmutzungsgrades einer Flüssigkeit,

Fig. 2 einen prinzipiellen Frequenzgang der Ausgangsspannung der Schaltung von Fig. 1 und

Fig. 3 verschiedene Ausführungsbeispiele eines Messaufnehmers zur Verwen dung in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erkennung des Ver schmutzungsgrades einer Flüssigkeit.

Das in Fig. 1 dargestellte Prinzipschaltbild trifft Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erkennung des Verschmutzungsgrades einer Flüssigkeit.

Die Schaltung weist einen LC-Schwingkreis als Messaufnehmer 1 sowie einen Oszillator 2 zur Anregung des Schwingkreises 1 auf. Ferner sind eine Durchstimmeinrichtung 3 zur frequenzmäßigen Durchstimmung des Oszillators 2 und eine Mess- und Auswerteschaltung 4 vorhanden. Die Mess- und Auswerte schaltung 4 dient zur Erfassung des Bedämpfungszustandes des Oszillators 2 und zum Bereitstellen eines Signals, das proportional zum Verschmutzungsgrad der Flüssigkeit ist. Das genannte Signal wird am Ausgang 5 der Schaltung bereitge stellt.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind der Messaufneh mer 1 und der Oszillator 2 berührungslos energetisch gekoppelt.

Die Durchstimmeinrichtung 3 kann manuell, jedoch vorzugsweise automa tisch betrieben werden. Sie sorgt für die frequenzmäßige Durchstimmung des Os zillators 2. Wenn die aktuelle Oszillatorfrequenz mit der Resonanzfrequenz f₀ des Messaufnehmers 1 übereinstimmt, ist die Bedämpfung des Oszillators 2 deutlich höher als bei Nichtübereinstimmung der beiden letztgenannten Frequenzen. Die starke Bedämpfung im Resonanzfall führt zu einer deutlichen Verringerung der am Ausgang 5 der Schaltung bereitgestellten Spannung U, so wie es in Fig. 2 zu se hen ist.

Befindet sich im Feldverlauf des Schwingkreises 1 leitfähiges Material, so werden darin Wirbelströme erzeugt. Diese Wirbelströme erzeugen vor allem bei höheren Frequenzen eine Rückwirkung in der Induktivität L, wodurch durch die Gegeninduktion die Impedanz des Schwingkreises 1 geändert wird. So verringert sich etwa durch die nichtmagnetischen Eigenschaften der Verschmutzungsbeimengungen der Flüssigkeit die Induktivität, was eine Frequenzerhöhung zur Folge hat, wie es aus der hierzu gültigen Gleichung (1) hervorgeht:

Ähnliches geschieht mit der Kapazität. Kommt ein Material mit einer hohen Dielektrizitätszahl in die Nähe des Schwingkreises 1, so wird die Kapazität C er höht. Dies wirkt sich durch eine Frequenzverringerung aus, wie der hierzu gültigen Gleichung (2) entnommen werden kann

wobei ε₀ und ε_r die absolute und die relative Dielektrizitätskonstante, A die Kon densatorfläche und d der Abstand zwischen den Kondensatorteilen sind.

Die Induktivitätsverkleinerung ist aber im Vergleich zur Kapazitätserhöhung vernachlässigbar, so dass insgesamt die Resonanzfrequenz des als Messauf nehmer dienenden LC-Schwingkreises 1 durch den Verschmutzungseinfluß ver ringert wird. Diese Abhängigkeit wird bei erfindungsgemäßen Vorrichtungen zur Erkennung des Verschmutzungsgrades einer Flüssigkeit ausgenutzt, d. h. es wird ausgenutzt, dass die Resonanzfrequenz f₀ des als Messaufnehmer 1 dienen den LC-Schwingkreises auch vom Verschmutzungsgrad der ihn umgebenden Flüssigkeit abhängt.

Bei jedem der genannten Ausführungsbeispiele steht somit die Resonanz frequenz f₀ des Schwingkreises 1 und damit die am Ausgang 5 der in Fig. 1 dar gestellten Prinzipschaltung bereitgestellte Spannung U in ihrem Frequenzgang in Abhängigkeit zu der vom Messaufnehmer 1 zu detektierenden äußeren Größe, also zur Größe der Verschmutzung der Flüssigkeit.

In anderen Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen zur Erkennung des Verschmutzungsgrades einer Flüssigkeit wird am Ausgang 5 der dargestellten Schaltung nicht der in Fig. 2 gezeigte Frequenzgang der Span nung U bereitgestellt, sondern ein von der Mess- und Auswerteschaltung 4 noch weiter aufbereitetes Signal, das proportional zum Verschmutzungsgrad der Flüs sigkeit ist. Dieses Signal kann dann wiederum zur Steuerung anderer Vorrichtun gen, wie zum Beispiel Pumpen, Ventilen oder Anzeigeeinrichtungen dienen.

In Fig. 3 sind Ausführungsbeispiele von Messaufnehmern für bestimmte er findungsgemäße Vorrichtungen zur Erkennung des Verschmutzungsgrades einer Flüssigkeit dargestellt, wobei das besondere dieser Messaufnehmer ist, dass sie jeweils nur aus einem Leiter bestehen. Auf der rechten Seite von Fig. 3 ist das jeweils entsprechende Ersatzschaltbild zu sehen, das wieder genau so ein passi ver LC-Schwingkreis ist, wie er schon in Fig. 1 gezeigt worden war. Die Besonder heit besteht darin, dass die Eigenkapazität der Leiteranordnung zur Realisierung der Kapazität C des LC-Schwingkreises genutzt wird. Um eine möglichst große Änderung der Frequenz mit der zu erkennenden äußeren Größe, also des Ver schmutzungsgrades, zu erreichen, muß dafür gesorgt werden, dass die Wickelka pazität möglichst stark durch diese Größe, also durch die Verschmutzung, geän dert wird. Dies kann in besonders vorteilhafter Weise durch Planarspulen realisiert werden, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind. In anderen Ausführungsbeispielen kann der Leiter aber auch in konventioneller Wickeltechnik realisiert sein. Die zu ver wendenden Formen sind nicht etwa auf die in Fig. 3 dargestellten geometrischen Formen beschränkt. Vielmehr ist eine große Vielfalt anderer Formen denkbar. Dem Fachmann ist bekannt, dass jede Leiteranordnung stets eine gewisse parasi täre Kapazität aufweist, die bei den entsprechenden Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen zur Erkennung des Verschmutzungsgrades einer Flüssigkeit ausgenutzt wird. Sternförmige Anordnungen sind ebenfalls denk bar, genauso wie andere Anordnungen.

Bei bestimmten Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer Vorrichtungen zur Erkennung des Verschmutzungsgrades einer Flüssigkeit ist der Messaufneh mer in einen Träger integriert, wobei der Messaufnehmer im Querschnitt des Trä gers gesehen näher zu einer Frontfläche des Trägers hin angeordnet sein kann, als zu der anderen Frontfläche des Trägers. Der Messaufnehmer ist in anderen Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer Vorrichtungen zur Erkennung des Ver schmutzungsgrades einer Flüssigkeit nicht in einen Träger integriert, sondern an einen Träger montiert.

Bei vielen Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer Vorrichtungen zur Er kennung des Verschmutzungsgrades einer Flüssigkeit, die mit berührungsloser energetischer Kopplung zwischen dem Messaufnehmer 1 und dem Oszillator 2 arbeiten, liegt der Abstand zwischen dem Oszillator 2 und dem Messaufnehmer 1 im Bereich von 1 cm bis 1 m.

Des weiteren ist bei anderen Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer Vorrichtungen zur Erkennung des Verschmutzungsgrades einer Flüssigkeit min destens ein weiterer LC-Schwingkreis als weiterer Messaufnehmer vorgesehen. Häufig werden dabei der weitere Messaufnehmer beziehungsweise einer der wei teren Messaufnehmer zur Referenzmessung verwendet. Bei verschiedenen derart ausgelegten Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer Vorrichtungen zur Erken nung des Verschmutzungsgrades einer Flüssigkeit sind die einzelnen Schwing kreise so ausgelegt, dass sich ihre Eigenfrequenzen im Verschmutzungsgrad- Arbeitsbereich der Vorrichtung nicht überschneiden. Wird ein Träger verwendet, so kann der weitere Messaufnehmer auf der vom erstgenannten Messaufneh mer 1 abgewandten Seite Des Trägers montiert oder in den Träger naher zu der von der erstgenannten Frontfläche abgewandten Frontfläche des Trägers integriert sein.

Besonders häufig finden die beschriebenen Ausführungsbeispiele erfindungsgemä ßer Vorrichtungen zur Erkennung des Verschmutzungsgrades von Wasser in einer Waschmaschine oder in einer Spülmaschine Anwendung.

Claims

1. Vorrichtung zur Erkennung des Verschmutzungsgrades einer Flüssigkeit, mit
einem LC-Schwingkreis als Messaufnehmer (1),
einem Oszillator (2) zur Anregung des Schwingkreises,
einer Durchstimmeinrichtung (3) zur frequenzmäßigen Durchstimmung des Oszillators (2) und
einer Mess- und Auswerteschaltung (4) zur Erfassung des Bedämpfungszustandes des Oszillators (2) und zum Bereitstellen eines Signals, das proportional zum Verschmutzungsgrad der Flüssigkeit ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Messaufnehmer (1) und der Oszillator (2) berührungslos energetisch gekoppelt sind und
der Messaufnehmer (1) nur aus einem Leiter besteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Leiter in Planartechnik oder in Wickeltechnik realisiert ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messaufnehmer (1) in einen Träger integriert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Messaufnehmer (1) im Querschnitt des Trägers gesehen näher zu einer Frontfläche des Trägers hin angeordnet ist, als zu der anderen Frontfläche des Trägers.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Messaufnehmer (1) an einen Träger montiert ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen weiteren LC-Schwingkreis als weiteren Messaufnehmer.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Messaufnehmer bzw. einer der weiteren Messaufnehmer zur Referenzmessung verwendet wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingkreise so ausgelegt sind, dass sich ihre Eigenfrequenzen im Verschmutzungsgrad-Arbeitsbereich der Vorrichtung nicht überschneiden.

9. Vorrichtung nach auf Anspruch 4 oder auf Anspruch 5 rückbezogenem Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Messaufnehmer auf der vom erstgenannten Messaufnehmer (1) abgewandten Seite des Trägers montiert ist oder in den Träger näher zu der von der erstgenannten Frontfläche abgewandten Frontfläche des Trägers integriert ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen Oszillator (2) und Messaufnehmer (1) im Bereich von 1 cm bis 1 m liegt.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit Wasser ist.

12. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Erkennung des Verschmutzungsgrades von Wasser in einer Waschmaschine oder in einer Spülmaschine.