DE102005053075B4 - In-Linie Sensor zur Bestimmung von Flüssigkeitsqualität - Google Patents
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Abstract
Sensorvorrichtung
zum Erfassen einer Flüssigkeitseigenschaft,
mit:
einer ersten Elektrode, die einen Flüssigkeitsdurchtrittsweg aufweist, der sich zwischen Enden der ersten Elektrode erstreckt, wobei wenigstens eines dieser Enden geeignet ist, mit einer Flüssigkeitsleitung verbunden zu sein;
einer zweiten Elektrode, die innerhalb des ersten Elektrodenflüssigkeitsdurchtrittswegs gelagert ist und elektrisch von der ersten Elektrode isoliert ist, derart, dass die Flüssigkeit in dem Durchtrittsweg einen Raum zwischen der ersten und der zweiten Elektrode füllen kann; und
einem Gehäuse, das wenigstens teilweise an der ersten Elektrode angebracht ist, und elektrischen Leitungen, die mit den Elektroden verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Leitungen wenigstens teilweise durch das Gehäuse gestützt werden und dass die zweite Elektrode in dem Flüssigkeitsdurchtrittsweg durch ein Montageelement gelagert ist, von dem ein erstes Ende an der zweiten Elektrode befestigt ist und ein weiterer Abschnitt durch die erste Elektrode gelagert ist, und über das die zweite Elektrode wahlweise versorgbar...
einer ersten Elektrode, die einen Flüssigkeitsdurchtrittsweg aufweist, der sich zwischen Enden der ersten Elektrode erstreckt, wobei wenigstens eines dieser Enden geeignet ist, mit einer Flüssigkeitsleitung verbunden zu sein;
einer zweiten Elektrode, die innerhalb des ersten Elektrodenflüssigkeitsdurchtrittswegs gelagert ist und elektrisch von der ersten Elektrode isoliert ist, derart, dass die Flüssigkeit in dem Durchtrittsweg einen Raum zwischen der ersten und der zweiten Elektrode füllen kann; und
einem Gehäuse, das wenigstens teilweise an der ersten Elektrode angebracht ist, und elektrischen Leitungen, die mit den Elektroden verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Leitungen wenigstens teilweise durch das Gehäuse gestützt werden und dass die zweite Elektrode in dem Flüssigkeitsdurchtrittsweg durch ein Montageelement gelagert ist, von dem ein erstes Ende an der zweiten Elektrode befestigt ist und ein weiterer Abschnitt durch die erste Elektrode gelagert ist, und über das die zweite Elektrode wahlweise versorgbar...
Description
- 1. Gebiet der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Sensor zur Bestimmung einer Fluid- oder Flüssigkeitsqualität.
- Insbesondere betrifft die Erfindung einen Sensor, der in Line entlang eines FLüssigkeitsfließweges gesetzt werden kann, zur Bestimmung einer Qualität bzw. Eigenschaft einer Flüssigkeit, die entlang dieses Weges fließt.
- 2. Beschreibung des Standes der Technik
- Es sind eine Vielzahl von Flüssigkeitsqualitätssensoren bekannt. Eine Art der Bestimmung, die durch derartige Sensoren gemacht wird, ist die Konzentration von einer oder mehrerer Komponenten innerhalb einer Flüssigkeitsmischung. Einige beispielhafte Sensoren verwenden eine kondensatorbasierte Messtechnik zur Bestimmung der interessierenden Qualität.
- Eine beispielhafte Situation ergibt sich bei Kraftfahrzeugbrennstoffsystemen. Es ist beispielsweise nützlich, den Alkoholgehalt innerhalb der Brennstoffmischung zu dem Zweck zu bestimmen, die Brennstoffzuführparameter in Brennstoffeinspritzsystemen einzustellen. Ein bekannter Sensor, der eine solche Bestimmung durchführt, ist in der
US 5,367,264 gezeigt. Dieses Dokument offenbart einen Weg der Bestimmung des Alkoholgehalts einer Brennstoffmischung basierend auf einer Kapazität und Leitfähigkeit eines kondensatorbasierten Messkreises, der der Brennstoffmischung ausgesetzt ist. Eine Vielfalt derartiger Geräte ist bekannt. - Eine andere Situation, in der eine Flüssigkeitsqualitätsbestimmung nützlich ist, ist in einer Katalysatoranordnung, die eine bekannte ausgewählte katalytische Reaktion verwendet, um die fahrzeugmotoremissionen zu steuern. In dieser Situation ist es nützlich, ein Harnstoffkonzentrationsniveau in einer Flüssigkeitszufuhr zu dem Katalysator zu bestimmen. Derartige Vorrichtungen verwenden eine Mischung aus Harnstoff und deionisiertem Wasser zur Erzeugung von Ammoniakwasser, das verwendet wird, das Stickstoffoxid in Abgasen zu steuern. Es ist wünschenswert, in der Lage zu sein, eine Angabe eines Harnstoffkonzentrationsgehalts oder -niveaus zu liefern, so dass der Katalysator wie gefordert oder gewünscht arbeitet.
- Sensorvorrichtungen zur Erfassung einer Flüssigkeitseigenschaft, die auf einem kapazitiven Grundprinzip beruhen, sind bspw. aus der
US 4 543 191 , derGB 2 149 117 A FR 7 832 473 - Ein Nachteil der bisher vorgeschlagenen Vorrichtungen ist jener, dass sie typischerweise auf sehr spezifische Anwendungen begrenzt sind. Eine weitere Begrenzung ist jene, dass die Anordnung derartiger Vorrichtungen allgemein auf eine Zufuhr oder einen Reservetank begrenzt ist. So gibt es eine Notwendigkeit für eine vielseitigere Anwendung, die für verschiedene Situationen geeignet ist und die besser in ein geeignetes System eingefügt werden kann. Die vorliegende Erfindung betrifft diese Notwendigkeiten.
- Insbesondere stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, bisher bekannte Sensorvorrichtungen zum Erfassen einer Flüssigkeitseigenschaft hinsichtlich der Qualität der mit ihnen erzielbaren Messergebnisse zu verbessern.
- Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Sensorvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
- Eine beispielhaft angegebene Ausführungsform einer Sensorvorrichtung zum Erfassen einer Flüssigkeitseigenschaft umfasst eine erste Elektrode, die einen Flüssigkeitskanal aufweist, der sich zwischen den Enden der ersten Elektrode erstreckt. Wenigstens eines der Enden ist in der Lage mit einer Flüssigkeitsleitung gekoppelt zu werden. Eine zweite Elektrode ist in dem ersten Elektrodenflüssigkeitsdurchflussweg angebracht und elektrisch von der ersten Elektrode isoliert. Die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsdurchflussweg kann einen Raum zwischen der ersten und zweiten Elektrode füllen. Ein Gehäuse ist an der ersten Elektrode gelagert, um Elektronik aufzunehmen, die verwendet wird, um eine Bestimmung bezüglich der Flüssigkeitseigenschaft zu machen. In einer Ausführungsform ist das Gehäuse auf die erste Elektrode angeformt.
- Die beispielhafte Sensorvorrichtung kann beispielsweise in einer Flüssigkeitszuführleitung eingesetzt werden. Durch Anordnung des Sensors in Line mit einem geeigneten Flüssigkeitsdurchflussweg, ist der Sensor in der Lage, Flüssigkeitsqualitätsinformationen betreffend im Wesentlichen die gesamte Flüssigkeit, die durch den Durchflussweg strömt, zu liefern. Dies bedeutet einen Vorteil verglichen mit Anordnungen, wo ein Sensor der Flüssigkeit innerhalb eines begrenzten Abschnitts beispielsweise eines Zuführtanks, ausgesetzt ist. Zusätzlich ist die dargestellte Sensoranordnung bereit, in eine Vielzahl von Anordnungen eingebracht bzw. eingebaut zu werden und benötigt beispielsweise keine Veränderung eines Zuführtanks.
- Die verschiedenen Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich für den Durchschnittsfachmann aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsformen. Die Zeichnungen, die die detaillierte Beschreibung begleiten, können kurz wie folgt beschrieben werden.
- Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
1 ist eine Querschnittsdarstellung, die eine Ausführungsform eines Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. -
2 ist eine Ansicht von oben der Darstellung von1 . -
3 ist eine Querschnittsdarstellung, die ausgewählte Abschnitte einer alternativen Ausführungsform eines Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. -
4 zeigt eine weitere Ausführungsform. - Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
- Wie aus
1 ersichtlich weist, eine Flüssigkeitsqualitätserfassungsvorrichtung20 einen Flüssigkeitsdurchfluss- oder -durchtrittsweg22 auf, durch den eine interessierende Flüssigkeit fließen kann. Der Flüssigkeitsdurchtrittsweg22 wird durch eine erste Elektrode24 gebildet. Ein erstes Ende26 und ein zweites Ende28 der ersten Elektrode24 sind in der Lage, mit wenigstens einer Flüssigkeitsleitung30 gekoppelt zu werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann das erste Ende26 mit einer ersten Leitung30 und das zweite Ende28 mit einer zweiten Leitung32 verbunden werden. In einer Ausführungsform sind die Leitungen30 und32 Abschnitte derselben Leitung. - Durch Koppeln bzw. Verbinden der ersten Elektrode
24 mit den Leitungen30 und32 nimmt der Flüssigkeitsdurchtrittsweg22 Flüssigkeit auf, die durch die Leitungen30 und32 fließt und befindet sich in Linie mit den Leitungen eines geeigneten Abschnitts eines Flüssigkeitshandhabungssystems. In einem Ausführungsbeispiel sind die Leitungen30 und32 Brennstoffzuführleitungen. In einem anderen Ausführungsbeispiel sind die Leitungen30 und32 eine Harnstoffmischungszufuhr für eine Katalysatoranordnung. - Die Erfassungsvorrichtung
20 umfasst einen Gehäuseabschnitt40 , der auf einer ersten Elektrode24 gelagert ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel trägt ein Gehäuseabschnitt42 Elektronik auf einer Leiterplatte44 . Eine Abdeckung46 schließt den Behälterabschnitt42 ab, um die Elektronik auf der Leiterplatte44 beispielsweise vor Kontamination zu schützen. Ein Lagerabschnitt48 ist mit dem Behälterabschnitt42 verbunden und um wenigstens einen Abschnitt des Äußeren der ersten Elektrode24 aufgenommen. - In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Lagerabschnitt
48 an der ersten Elektrode24 angeformt. Das gesamte Gehäuse40 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf einmal angeformt und in seiner Position mit der ersten Elektrode24 während des Formungsprozesses befestigt. - Eine zweite Elektrode
50 ist in dem Flüssigkeitsdurchtrittsweg22 derart gelagert, dass die Flüssigkeit, die durch den Durchtrittsweg22 fließt, den Raum zwischen der Innenseite der ersten Elektrode24 und dem Äußeren der zweiten Elektrode50 füllt. Im Ausführungsbeispiel von1 weist die erste Elektrode50 eine stabile bzw. massive Stange auf. In dem Ausführungsbeispiel von3 weist die erste Elektrode50' ein hohles Rohr auf. In dem Ausführungsbeispiel von3 weist die zweite Elektrode50' einen zweiten Flüssigkeitsdurchtrittsweg53 auf, durch den die Flüssigkeit, die in dem Durchtrittsweg22' fließt, fließen kann. - Das Ausführungsbeispiel von
1 ist in Situationen nützlich, wo die interessierende Flüssigkeit eine relativ hohe Leitfähigkeit hat, wie beispielsweise ein Harnstoffkonzentrationsflüssigkeitssensor. Das Ausführungsbeispiel von3 ist in Situationen nützlich, die eine Flüssigkeit von geringerer Leitfähigkeit umfassen, wie beispielsweise ein Kraftfahrzeugbrennstoffalkoholkonzentrationssensor. Aufgrund dieser Beschreibung wird der Fachmann in der Lage sein, geeignete Konfigurationen der zweiten Elektrode auszuwählen und sie gemäß einer Größe der ersten Elektrode zu bemessen, um die Notwendigkeiten ihrer speziellen Situation zu erfüllen. - Die erste Elektrode
24 und die zweite Elektrode50 wirken als eine Kathode bzw. eine Anode eines Kondensators. - Kondensatorbasierte Flüssigkeitsqualitäts- oder Eigenschaftsmessungstechniken sind bekannt.
- Wie am Besten aus
1 hervorgeht, ist die zweite Elektrode50 in dem Flüssigkeitsdurchtrittsweg22 durch ein Montageelement52 gelagert, von dem ein erstes Ende an der zweiten Elektrode50 befestigt ist, und ein weiterer Abschnitt durch die erste Elektrode24 gelagert ist. In einem Ausführungsbeispiel ist eines der Enden des Montageelements52 an die zweite Elektrode50 gelötet. Ein Isolator54 isoliert elektrisch das Montageelement von der ersten Elektrode24 und, demzufolge, verbleibt die zweite Elektrode50 von der ersten Elektrode24 elektrisch isoliert. In dem Fall, dass Flüssigkeit den Durchtrittsweg22 füllt, baut die Flüssigkeit zwischen der ersten Elektrode24 und der zweiten Elektrode25 ein Dielektrikum für kondensatorbasierte Flüssigkeitsqualtitätsmessungen auf. - In der Ausführungsform von
1 , weist das Montageelement52 einen Zapfen auf und der Isolator54 weist eine Glasdichtung auf, die mit einer Doppelfunktion dient, nämlich des Lagerns des Montagelements52 in einer elektrisch isolierenden Weise von der ersten Elektrode24 und das Schaffen einer flüssigkeitsdichten Dichtung einer Öffnung55 in der ersten Elektrode24 , in der das Montageelement52 teilweise aufgenommen ist. - Ein elektrisch leitendes Element
56 ist mit dem Montageelement52 und geeigneten Abschnitten der Elektronik auf der Leiterplatte44 (siehe2 ) verbunden, zum wahlweisen Versorgen der zweiten Elektrode50 . Ein weiterer elektrischer Leiter58 ist mit der ersten Elektrode24 und geeigneter Elektronik auf der Leiterplatte44 verbunden. Im Betrieb des Kondensators, der die erste Elektrode24 und die zweite Elektrode50 aufweist, in einer gewünschten Weise, kann die interessierende Flüssigkeitsqualität bestimmt werden. In einem Ausführungsbeispiel benützen die Sensorelektroniken bekannte Techniken um eine derartige Bestimmung durchzuführen. - Ein weiteres Merkmal der Ausführungsform von
1 ist ein Temperatursensor60 , der durch das Gehäuse40 gestützt ist. In diesem Ausführungsbeispiel weist der Temperatursensor60 eine bekannte NTC-Vorrichtung auf und wird von dem Lagerabschnitt48 des Gehäuses40 derart gelagert, dass die Temperatursensorvorrichtung60 sich in Kontakt mit einer äußeren Oberfläche der ersten Elektrode24 befindet. Elektrische Leiter62 verbinden die Temperatursensorvorrichtung60 mit geeigneter Elektronik, die auf der Leiterplatte44 gelagert ist, zum Betrieb der Vorrichtung in einer bekannten Weise. Die Temperaturinformation kann wie bekannt verwendet werden, Flüssigkeitsqualitätsbestimmungen zu machen. - Ein signifikanter Vorteil der beispielhaften Ausführungsformen ist der, dass der Sensor
20 leicht in eine Flüssigkeitszuführanordnung eingebaut werden kann und Teil beispielsweise einer Kraftstoffzuführleitung gemacht werden kann. In einem Ausführungsbeispiel ist ein Ende der ersten Elektrode24 mit einem Tank oder Behälter verbunden, während das andere Ende mit einer Leitung verbunden ist, die erlaubt, dass Flüssigkeit in den Tank oder den Behälter hineinfließt oder herausfließt. - Wie aus
2 ersichtlich, weist das beispielhafte Gehäuse40 einen elektrischen Verbindungsabschnitt70 auf, der eine Verbindung der auf der Leiterplatte44 gelagerten Elektronik mit anderen Vorrichtungen ermöglicht. In einer Ausführungsform trägt die Leiterplatte44 eine Kontrolleinrichtung, wie einen Mikroprozessor, und eine Mehrzahl von Oszillatoren zum Betreiben des Kondensators, der die erste Elektrode24 und die zweite Elektrode50 in einer bekannten Weise aufweist, um Messungen zu machen, wie beispielsweise Kapazität, die elektrische Leitfähigkeit, Leitfähigkeit oder eine Kombination von diesen. Bekannte Techniken zur Durchführung derartiger Messungen sind in einem Beispiel verwendet. - Das Beispiel von
4 umfasst eine modifizierte zweite Elektrode50 , die so geformt ist, um ein getrenntes Montageelement zu vermeiden. Anstelle ist ein Abschnitt52' in eine Richtung gebogen, um das Anbringen der zweiten Elektrode50' in einem entsprechenden Durchtrittsweg22 zu erleichtern. Der Gehäuseabschnitt40' ist auch gegenüber jenem von1 verändert, wie das aus der Zeichnung ersichtlich ist.
Claims (14)
- Sensorvorrichtung zum Erfassen einer Flüssigkeitseigenschaft, mit: einer ersten Elektrode, die einen Flüssigkeitsdurchtrittsweg aufweist, der sich zwischen Enden der ersten Elektrode erstreckt, wobei wenigstens eines dieser Enden geeignet ist, mit einer Flüssigkeitsleitung verbunden zu sein; einer zweiten Elektrode, die innerhalb des ersten Elektrodenflüssigkeitsdurchtrittswegs gelagert ist und elektrisch von der ersten Elektrode isoliert ist, derart, dass die Flüssigkeit in dem Durchtrittsweg einen Raum zwischen der ersten und der zweiten Elektrode füllen kann; und einem Gehäuse, das wenigstens teilweise an der ersten Elektrode angebracht ist, und elektrischen Leitungen, die mit den Elektroden verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Leitungen wenigstens teilweise durch das Gehäuse gestützt werden und dass die zweite Elektrode in dem Flüssigkeitsdurchtrittsweg durch ein Montageelement gelagert ist, von dem ein erstes Ende an der zweiten Elektrode befestigt ist und ein weiterer Abschnitt durch die erste Elektrode gelagert ist, und über das die zweite Elektrode wahlweise versorgbar ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse auf einen Abschnitt der ersten Elektrode angeformt ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Elektrode einen zylindrischen Abschnitt und die zweite Elektrode einen kleineren zylindrischen Abschnitt aufweist.
- Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die zweite Elektrode eine massive Stange aufweist.
- Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die zweite Elektrode ein hohles Rohr aufweist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, mit einem Montageelement, das mit der zweiten Elektrode verbunden ist und einen Abschnitt aufweist, der von der ersten Elektrode getragen wird.
- Vorrichtung nach Anspruch 6, mit einem Isolator, der elektrisch das Montageelement von der ersten Elektrode isoliert.
- Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Isolator eine Glasdichtung aufweist.
- Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Montageelement einen Zapfen aufweist, von dem ein Ende mit der zweiten Elektrode verbunden ist und ein zweites Ende durch die erste Elektrode getragen wird.
- Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die erste Elektrode eine Öffnung aufweist, wobei das zweite Ende des Zapfens wenigstens teilweise in der Öffnung aufgenommen ist und eine Glasdichtung umfasst, die den Abschnitt des Zapfens umgibt, der in der Öffnung aufgenommen ist, und die Öffnung in einer flüssigkeitsdichtenden Weise abdichtet.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Elektrode eine Kathode und die zweite Elektrode eine Anode eines Kondensators aufweist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, mit einem Temperatursensor, der von dem Gehäuse getragen wird, wobei der Temperatursensor sich in Kontakt mit der ersten Elektrode befindet, zum Erfassen einer Temperatur der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsdurchtrittsweg.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Elektrode ein Rohr aufweist, des Verbindungsabschnitte an Enden des Rohres aufweist, die in der Lage sind, eine Flüssigkeitsdichte, abgedichtete Verbindung mit einer Flüssigkeitsleitung zu schaffen.
- Verwendung einer Sensorvorrichtung nach einem vorstehenden Anspruch in einem Flüssigkeitszuführsystem.
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