DE10127978C1 - Vorrichtung zur Erkennung des Verschmutzungsgrades einer Flüssigkeit - Google Patents
Vorrichtung zur Erkennung des Verschmutzungsgrades einer FlüssigkeitInfo
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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 εr 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 (12)
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.
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.
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