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Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen energieautarken Sensor zur
Erfassung von Wasser.
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Aus
dem Stand der Technik sind bisher beispielsweise Sensoren bekannt,
welche die Wasserqualität
hinsichtlich ihres pH-Wertes, der Härte des Wassers oder die Wassertemperatur
erfassen. Ferner sind Wassersensoren bekannt, welche eine Durchflussmenge
bestimmen oder einen Druckabfall über eine vorbestimmte Strecke
erfassen.
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Die
bisher bekannten Wassersensoren benötigen dabei entweder eine Kabelverbindung
zur Signalauswertung oder eine separate Batterie, um eine Funkübertragung
eines Signals zu ermöglichen.
Aufgrund der externen Stromversorgung der bekannten Wassersensoren
ist nur eine begrenzte Miniaturisierung möglich. Ferner müssen Batterien
regelmäßig gewartet
werden bzw. ersetzt werden, falls sie leer sind. Hierdurch ist der
Einsatz von Wassersensoren auf gut zugängliche Stellen begrenzt, bei
denen einerseits ein einfaches Verlegen der Kabelverbindungen und
andererseits ein einfacher Austausch der Batterie möglich ist.
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Vorteile der Erfindung
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Der
erfindungsgemäße Sensor
zur Erfassung von Wasser mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1
weist demgegenüber
den Vorteil auf, dass er energieautark ist und auf eine Batterie
verzichten kann. Hierdurch kann der Sensor problemlos an unzugänglichen
Stellen verwendet werden. Eine Wartung des Sensors ist nicht notwendig.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch
erreicht, dass der Sensor eine erste und eine zweite Elektrode und
eine mit den Elektroden verbundene Schaltung umfasst. Der Sensor
umfasst ferner eine Übertragungseinrichtung
zur Übertragung
eines Signals der Schaltung und ein Material, welches bei Kontakt
mit Wasser Ionen freisetzt. Somit kann der erfindungsgemäße Sensor
bei einem Kontakt mit Wasser durch das Freisetzen von Ionen einen
Elektrolyten bereitstellen, welcher dann zwischen den Elektroden
einen Stromfluss generiert. Dadurch erzeugt die Schaltung ein Signal,
welches als Indikator verwendet wird, dass nun Wasser am Ort des
Sensors vorhanden ist. Solange der Sensor nicht mit Wasser in Kontakt
kommt, ist er in einer Bereitschaftsstellung, wobei keinerlei Wartung
o.Ä. notwendig
ist.
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Die
Unteransprüche
zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Das
Material, welches bei Kontakt mit Wasser Ionen freisetzt, ist vorzugsweise
Bestandteil einer porösen
Schicht oder bildet selbst eine poröse Schicht, wobei die poröse Schicht
jeweils zwischen den Elektroden angeordnet ist. Dadurch kann sichergestellt
werden, dass der Elektrolyt bei Kontakt mit Wasser zwischen den
Elektroden vorhanden ist, und so das Vorhandensein von Wasser sicher
anzeigen kann.
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Alternativ
umfasst der Sensor eine zwischen den Elektroden angeordnete poröse Schicht,
welche eine Beschichtung mit einem Ionen freisetzenden Material
aufweist. Dieser Sensor kann besonders einfach und kostengünstig bereitgestellt
werden.
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Besonders
bevorzugt umfasst der Sensor eine Vielzahl von ersten und zweiten
Elektroden, welche als Stapel angeordnet sind. Dadurch kann ein voltischer
Stapel als Energieversorgung vorgesehen werden.
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Vorzugsweise
ist die Übertragungseinrichtung
eine drahtlose Übertragungseinrichtung,
um eine drahtlose Übertragung
des Signals der Schaltung zu ermöglichen.
Hierdurch kann auf ein Verlegen von Kabeln usw. verzichtet werden.
Dadurch kann der Sensor besonders kostengünstig eingebaut werden. Insbesondere
kann auch eine Befestigung auf rotierenden Teilen ermöglicht werden,
auch da der Sensor eine sehr kleine Masse aufweist. Auch ist ein
flexibler Einsatz an wechselnden Einsatzorten möglich. Die drahtlose Übertragung
kann beispielsweise mittels einer optischen und/oder akustischen Signalübertragungsvorrichtung
erfolgen. Alternativ kann die drahtlose Signalübertragung auch durch eine
induktive Signalübertragungsvorrichtung
oder eine Antenne mittels Hochfrequenz erfolgen.
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Vorzugsweise
versorgt der bei Kontakt mit Wasser erzeugte Strom die Übertragungseinrichtung.
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Weiter
bevorzugt umfasst der Sensor zusätzlich
einen optischen Signalgeber und/oder einen akustischen Signalgeber.
Dadurch kann auch eine Redundanz bei der Signalerzeugung erreicht
werden.
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Um
Informationen über
eine Erfassung von Wasser zu speichern, umfasst der Sensor vorzugsweise
einen Speicher, insbesondere einen nicht-flüchtigen Speicher. Dadurch ist
es möglich, dass
auch noch später
Daten aus dem Speicher über die
Erfassung von Wasser ausgelesen werden können. Der Sensor umfasst dabei
weiter bevorzugt einen Anschluss, um eine Datenausleseeinrichtung anzuschließen, um
den Speicher auszulesen. Das Auslesen der Daten kann alternativ
auch drahtlos erfolgen.
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Weiter
bevorzugt umfasst der Sensor ein Gehäuse, welches einen oder mehrere
Bereiche aufweist, die bei Überschreiten
eines an der Außenseite des
Gehäusebereichs
anliegenden Wasserdrucks Wasser in das Gehäuse einlässt. Dadurch kann insbesondere
eine Langzeitabsicherung der Funktion des Sensors und ein gewisser
Schutz des Sensors durch das Gehäuse
sichergestellt werden, ohne dass die Funktion des Sensors beeinträchtigt wäre. Das Gehäuse kann
dabei derart gestaltet werden, dass je nach Anwendungsfall die Gehäusebereiche
unterschiedliche Wasserdrücke
benötigen,
um das Wasser in den Sensor zu leiten.
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Durch
dieses abhängig
vom Wasserdruck Wasser einlassende Gehäuse kann somit ein vorbestimmter
Schwellenwert in das Gehäuse
eingebaut werden. Durch das Gehäuse
kann ferner eine Alterung vermieden werden. Weiterhin weist das
Gehäuse
vorzugsweise wenigstens einen Bereich auf, welcher eine Permeabilität für Gase aufweist,
da bei der Stromerzeugung Gase erzeugt werden können, welche aus dem Gehäuse entweichen
müssen.
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Vorzugsweise
ist der erfindungsgemäße Sensor
sehr flach aufgebaut. Dadurch kann er beispielsweise als Bodensensor
für auslaufendes
Wasser eingesetzt werden. Einsatzbereiche sind beispielsweise in
Gebäuden,
in Fahrzeugen, in Anlagen der Chemie und/oder Lebensmitteltechnologie
und der Schifffahrt möglich.
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Weiter
bevorzugt kann der Sensor auch zur Erfassung von Luftfeuchtigkeit
ausgelegt sein. Hierbei kann durch eine hohe Luftfeuchtigkeit eine
Freisetzung von Ionen erfolgen, durch welche die Schaltung ein Signal
erzeugt.
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Zeichnung
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Nachfolgend
werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben.
In der Zeichnung ist:
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1 eine
schematische Schnittansicht eines Sensors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
und
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2 eine
schematische Schnittansicht eines Sensors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 1 ein Sensor 1 gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung im Detail beschrieben.
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Wie
in 1 gezeigt, umfasst der Sensor 1 eine
erste Elektrode 2, eine zweite Elektrode 3 aus verschiedenen
Materialien und eine poröse
Schicht 4, welche zwischen der ersten und zweiten Elektrode 2, 3 angeordnet
ist. Die verschiedenen Materialien für die Elektroden sind nötig, damit
der voltische Stapel als eine Art Batterie funktioniert. Wie aus 1 ersichtlich
ist, sind insgesamt drei erste und zweite Elektroden 2, 3 sowie
drei poröse
Schichten 4 vorgesehen, welche in Form eines Stapels angeordnet sind.
Das Bezugszeichen 5 kennzeichnet eine Grenzschicht zwischen
benachbarten Stapeln. Die Vielzahl von ersten Elektroden 2 und
die zweiten Elektroden 3 sind jeweils in bekannter Weise
in Reihe miteinander verbunden.
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Über Verbindungsleitungen 8 und 9 sind
die Elektroden 2, 3 mit einer Schaltung 6 verbunden.
Die Schaltung 6 ist eine Auswerteschaltung, welche mit einer
drahtlosen Übertragungseinrichtung 7 verbunden
ist.
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Die
ersten und zweiten Elektroden 2, 3 und die porösen Schichten 4 bilden
somit einen voltischen Stapel in Mehrlagentechnik. Als Material
für die
Elektroden können
beispielsweise Zink und Kohle verwendet werden. Die zwischen den
Elektroden 2, 3 angeordnete poröse Schicht 4 weist
eine große Oberfläche auf
und ist mit einem Material beschichtet, welches bei Kontakt mit
Wasser Ionen freisetzt. Wenn der erfindungsgemäße Sensor 1 somit
mit Wasser in Kontakt kommt, werden aufgrund der Wasserlöslichkeit
der Beschichtung Ionen freigesetzt, welche zusammen mit dem Wasser
einen Elektrolyten bilden, welcher zwischen der ersten Elektrode 2 und
der zweiten Elektrode 3 vorhanden ist. Somit ist der erfindungsgemäße Sensor
in der Lage, bei einem Wasserkontakt Energie zu erzeugen und die
Schaltung 6 kann ein Signal erzeugen, welches über die drahtlose Übertragungseinrichtung 7 beispielsweise an
eine Zentraleinheit übertragen
wird. Die Übertragungseinrichtung 7 ist
dabei vorzugsweise eine Antenne für eine drahtlose Übertragung,
wobei die zur Übertragung
notwendige Energie ebenfalls aus der durch Wasserkontakt entstandenen
Batterie verwendet wird. Es sei angemerkt, dass die Schaltung auch noch
zusätzliche
Informationen, beispielsweise über den
Standort des Sensors und andere Daten übermitteln kann. Durch die
zusätzliche Übersendung
des Standorts durch den Sensor kann bei einem System mit einer Vielzahl
von Sensoren eine sichere Zuordnung erfolgen, an welcher Stelle
im System nun Wasser vorhanden ist, und entsprechende Gegenmaßnahmen
eingeleitet werden.
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Der
erfindungsgemäße Sensor 1 ist
somit energieautark und benötigt
weder eine Batterie noch eine Kabelverbindung zur Energieversorgung
oder zur Übermittlung
von Signalen. Dadurch kann der erfindungsgemäße Sensor breit eingesetzt
werden, insbesondere an Stellen, an denen bisher nur mit großem Aufwand
Sensoren angeordnet werden konnten. Auch kann eine Verwendung an
rotierenden Teilen ermöglicht
werden. Ferner ist der erfindungsgemäße Sensor sehr kleinbauend,
so dass neue Einsatzgebiete möglich
sind.
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Der
Sensor 1 stellt somit eine Anordnung bereit, welche erst
in Verbindung mit Wasser eine funktionsfähige Batterie aufweist, was
einerseits als Indikator für
das Vorhandensein von Wasser verwendet werden kann und andererseits
auch als Energieversorgung für
den Sensor verwendet werden kann.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 2 ein Sensor gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile
sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen wie im vorhergehenden
Ausführungsbeispiel
bezeichnet.
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Wie
in 2 gezeigt, entspricht der Sensor 1 des
zweiten Ausführungsbeispiels
im Wesentlichen dem des ersten Ausführungsbeispiels. Im Unterschied
zum ersten Ausführungsbeispiel
weist der Sensor 1 des zweiten Ausführungsbeispiels jedoch ein
Gehäuse 10 auf.
Dadurch kann ein Schutz des Sensors 1 gegen äußere Umwelteinflüsse erreicht werden.
Das Gehäuse 10 weist
einen wasserdurchlässigen
Gehäusebereich 11 auf,
welcher in Abhängigkeit
von einem außen
am Gehäuse
anliegenden Wasserdruck Wasser in das Innere des Gehäuses zum
Sensor 1 durchlässt.
Durch unterschiedliche Wahl des wasserdurchlässigen Gehäusebereichs 11 kann
Wasser bei unterschiedlichen Druckniveaus in das Gehäuse 1 eingelassen
werden. Somit kann in Abhängigkeit
von der Ausgestaltung des wasserdurchlässigen Gehäusebereichs 11 ein
Schwellenwert eingebaut werden, ab welchem Wasserdruck der Sensor
reagieren soll.
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Ferner
ist im Gehäuse 10 ein
gasdurchlässiger
Gehäusebereich 12 gebildet,
da bei der Energieerzeugung durch die Elektroden 2, 3 und
den durch eindringendes Wasser erzeugten Elektrolyten Gase entstehen
können,
welche aus dem Gehäuse 10 abgeführt werden
müssen.
Als wasserdurchlässiger Gehäusebereich 11 bzw.
als gasdurchlässiger
Gehäusebereich 12 kann
beispielsweise jeweils eine Membran verwendet werden. Als wasserdurchlässiger Gehäusebereich 11 kann
auch ein Bereich des Gehäuses
mit einer dünnen
Wandstärke,
welcher eine Sollbruchstelle im Gehäuse definiert, die bei einem
vorbestimmten äußeren Wasserdruck
bricht, verwendet werden. Das Wasser kann dann durch die gebrochene
Sollbruchstelle in das Innere des Gehäuses zu den Elektroden 2, 3 strömen.