DE102008020119A1 - Vorrichtung zur Ermittlung des Alkoholgehaltes eines Gemischs - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung des Alkoholgehaltes eines Gemischs, welches Alkohol und Benzin sowie gegebenenfalls weitere Flüssigkeiten enthält, wobei die Vorrichtung einen Kondensator, der in einem vom Gemisch durchflossenen Gehäuse angeordnet ist, sowie Anschlussleitungen, die mit einer elektronischen Messanordnung verbindbar sind, enthält. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung anzugeben, die es ermöglicht, auch Gemische mit mehr als zwei Bestandteilen zu analysieren und die kostengünstig hergestellt werden kann. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung gelöst, bei der die Elektroden (1.1, 2.1) des Kondensators auf jeweils einer Keramikplatte (1, 2) angeordnet sind und mindestens eine der Keramikplatten (1, 2) eine Widerstandsanordnung (1.2, 2.2) enthält, und die Keramikplatten (1, 2) mit einer Glasabdeckung (1.3, 2.3) versehen sind, welche an den Stellen, an denen sich die Elektroden (1.1, 2.1) befinden, eine Öffnung (1.3.1, 2.3.1) aufweisen, und wobei die Keramikplatten (1, 2) in einer Trägerplatte (5) eingeschmolzen sind, aus der die elektrischen Anschlüsse (6) nach außen geführt werden, und wobei die Messanordnung mittels einer Abdeckkappe (4) aus elektrisch nicht leitendem Material verschlossen ist, welche mindestens eine Öffnung (4.1) aufweist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung des Alkoholgehaltes eines Gemischs, welches Alkohol und Benzin sowie gegebenenfalls weitere Flüssigkeiten enthält, wobei die Vorrichtung einen Kondensator, der in einem vom Gemisch durchflossenen Gehäuse angeordnet ist, sowie Anschlussleitungen, die mit einer elektronischen Messanordnung verbindbar sind, enthält.
- Als alternativer Kraftstoff wird in zunehmendem Maße Alkohol verwendet, der aus nicht fossilen Energieträgern hergestellt werden kann. Insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit Einspritzmotoren wird dem Benzin Alkohol beigemischt. Um eine einwandfreie Arbeitsweise einer solchen Brennkraftmaschine zu erreichen, ist die Kenntnis des Alkoholgehaltes im Gemisch erforderlich. Damit eine dem Betriebszustand angepasste Kraftstoffmenge in den Verbrennungsraum eingespritzt oder verdampft werden kann, muss laufend der Alkoholgehalt bestimmt werden.
- Der Alkoholgehalt oder den Heizwert eines Gemisches aus Alkohol und Benzin kann durch Messen der Kapazität und der daraus zu berechenden relativen Dielektrizitätskonstante ermittelt werden. Zur Kompensation der Frequenzabhängigkeit der Kapazität und der Temperaturabhängigkeit der Dielektrizitätskonstante ist es bekannt, drei Größen, nämlich die Kapazität, den Leitwert sowie die Temperatur des Gemisches zu bestimmen.
- In der
DE-OS 38 41 316 wird eine Vorrichtung zum Feststellen des Alkoholgehaltes und des Heizwertes eines Gemischs durch Messen von physikalischen Parameter des Gemischs in einem Gehäuse und mit einer elektronischen Messschaltung beschrieben. Dabei stellen ein Mittelzylinder und ein Teil der Wan dung eines Gehäuses die Elektroden eines Kondensators dar. Eine Spannungszuführung und eine Signalausgabe zur oder von der Messschaltung verlaufen über die Zentnerscheiben. - Nach
EP 0 472 767 B1 ist eine Vorrichtung zum Feststellen des Alkoholgehaltes oder des Heizwert eines Gemischs bekannt, welche ein elektrisch leitendes Gehäuse aufweist, das eine erste Elektrode eines Kondensators bildet und ein elektrisch leitendes Sensorelement die zweite Elektrode des Kondensators bildet. Das Sensorelement ist in einer Zwischenplatte hermetisch eingeglast, wobei das Gehäuse durch die Zwischenplatte zur Messschaltung hin hermetisch abgedichtet ist. Durch Messen der Kapazität und der daraus berechneten relativen Dielektrizitätskonstante kann der Alkoholgehalt des Gemischs durch Vergleich mit einer Referenzkapazität ermittelt werden. Zur Kompensation von Frequenz- und Temperaturabhängigkeit werden neben der Kapazität des Kondensators noch der elektrische Leitwert zwischen einem Sensorelement und dem Gehäuse sowie die Temperatur des Gemischs bestimmt. - Nachteilig ist dabei, dass mit dieser Anordnung nur binäre Gemische untersucht werden können und dass die Anordnung einen komplizierten Aufbau aufweist und eine metallische Kapselung erfordert.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die es ermöglicht, auch Gemische mit mehr als zwei Bestandteilen zu analysieren, und die kostengünstig hergestellt werden kann.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung gelöst, welche die in Anspruch 1 genannten Merkmale aufweist.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
- Mit der erfindungsgemäßen Anordnung können neben der Kapazität, dem elektrischen Leitwert und der Temperatur zusätzlich die Wärmeleitfähigkeit und die Wärmekapazität der zu untersuchenden Flüssigkeiten bestimmt werden. Hierzu wird in einer der Keramikplatten ein Platin-Widerstand als Heizer verwendet und die zu analysierende Flüssigkeit damit kurz aufgeheizt. Ein in der anderen Keramikplatte angebrachter Platin-Widerstand dient als Temperatursensor, mit dem das Aufheizen der Flüssigkeit erfasst wird. Auf diese Weise kann ein definierter Temperaturimpuls gestartet und der Verlauf der Temperatur in der Messanordnung bestimmt werden. Daraus lässt sich das dynamische Verhalten der Wärmekapazität bestimmen. Aus den damit ermittelten Werten können verschiedene Störeffekte erkannt werden und sowohl die Anteile als auch die Materialkennwerte eines Dreistoffgemischs bestimmt werden, so dass auch angegeben werden kann, aus welchen Flüssigkeiten das Gemisch besteht.
- Die elektrische Leitfähigkeit wird vorzugsweise mit einer Hilfselektrode und einer Gegenelektrode bestimmt, wobei die Hilfselektrode entweder gesondert im Gehäuse angeordnet ist oder sich auf einer der Keramikplatten befindet.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
- Darin zeigen:
-
1 einen Längsschnitt durch die Anordnung, -
2 die zugehörige Draufsicht, -
3 die Draufsicht auf eine Keramikplatte, -
4 eine Glasabdeckung, -
5 die Draufsicht auf eine Keramikplatte mit Glasabdeckung und -
6 einen Längsschnitt durch eine Keramikplatte. - Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt die Schnittdarstellungen zweier Ausführungsformen. Die Vorrichtung enthält ein vom zu untersuchendem Gemisch durchflossenes Gehäuse, in dem von einer Abdeckkappe4 geschützt, die Keramikplatten1 und2 angeordnet sind. Die Abdeckkappe4 besteht aus Kunststoff. Die in der Figur dargestellte Ausführungsform enthält eine zusätzliche Hilfselektrode3 , die es ermöglicht, direkt die elektrische Leitfähigkeit zu messen. Bei der in1a dargestellten Ausführung sind die Keramikplatten1 und2 sowie die Hilfselektrode3 in einer Glas- oder Polymerkeramikeinschmelzung angeordnet.1b zeigt eine Ausführungsmöglichkeit, bei der die Trägerplatte5 aus einer Keramik oder einer Polymerkeramik besteht, die mit Glaseinschmelzungen5.1 versehen ist, in denen die Keramikplatten1 und2 befestigt sind. Dabei ist es auch möglich, die Anschlussleitung6.3 für die Hilfselektrode3 auf die gleiche Weise in einer Glasdurchführung anzuordnen. - In
2 ist die Draufsicht auf die Abdeckkappe4 dargestellt. Sie enthält zwei schlitzförmige Öffnungen4.1 und4.2 , durch welche das zu untersuchende Medium ein- und ausströmen kann. -
3 erläutert die Anordnung der Elektroden auf der Keramikplatte1 (3A ) und der Keramikplatte2 (3A ). Die Kondensatorelektroden1.1 und2.1 sind in der jeweiligen Keramikplatte1 oder2 integriert und bestehen aus Platin. Ferner ist auf mindestens einer der Keramikplatten1 oder2 ein mäanderförmiges Widerstandselement1.2 aufgebracht, welches entweder als Temperatursensor oder als Heizelement dienen kann. Die Keramikplatten1 und2 enthalten ferner eine halb leitende sensitive Schicht. Das in einer der beiden Keramikplatten1 oder2 integrierte Widerstandselement1.2 dient als Temperatursensor, das in der anderen Keramikplatte integrierte Widerstandselement1.2 als Heizer. Die Keramikplatten1 und2 sind stoffschlüssig mit der Trägerplatte5 verbunden, die vorteilhaft als Glasplatte oder als Polymer-Keramik ausgeführt ist. Die elektrischen Anschlüsse6 der Elektroden1.1 ,1.2 ,2.1 und2.2 sind durch die Trägerplatte5 nach außen geführt und sind mit einer Prozessoreinheit verbunden, durch die eine Auswertung der Messwerte der Sensoren und des Kondensators erfolgt. - In
4 ist eine Glasabdeckung dargestellt, mit der die sensitive Schicht und die Widerstandselemente1.2 oder2.2 geschützt werden. Der Bereich, der die Kondensatorelektroden1.1 oder2.1 überdeckt ist mit einer Öffnung1.3.1 bzw.2.3.1 versehen, damit das zu untersuchende Medium ungehindert auf die Elektroden1.1 und2.1 gelangen kann. - Eine mit der Glasabdeckung
1.3 versehene Keramikplatte1 ist aus5 ersichtlich. -
- 1
- erste Keramikplatte
- 1.1
- erste Elektrode
- 1.2
- erstes Widerstandselement
- 1.3
- Glasabdeckung für erste Keramikplatte
- 2
- zweite Keramikplatte
- 2.1
- zweite Elektrode
- 2.2
- zweites Widerstandselement
- 2.3
- Glasabdeckung für zweite Keramikplatte
- 3
- Hilfselektrode
- 4
- Abdeckkappe
- 4.1, 4.2
- Öffnungen
- 5
- Trägerplatte
- 6
- elektrische Anschlüsse
- 6.1
- Anschlüsse der ersten Keramikplatte
- 6.1.1
- Anschluss
der Elektrode
1.1 - 6.1.2, 6.1.3
- Anschlüsse
des Widerstandselementes
1.2 - 6.2
- Anschlüsse der zweiten Keramikplatte
- 6.2.1
- Anschluss
der Elektrode
2.1 - 6.2.2, 6.2.3
- Anschlüsse
des Widerstandselementes
2.2 - 6.3
- Anschluss der Hilfselektrode
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 3841316 A [0004]
- - EP 0472767 B1 [0005]
Claims (9)
- Vorrichtung zur Ermittlung des Alkoholgehaltes eines Gemischs, welches mindestens Alkohol und Benzin enthält, wobei die Vorrichtung einen Kondensator, der in einem vom Gemisch durchflossenen Gehäuse angeordnet ist, sowie Anschlussleitungen (
6 ), die mit einer elektronischen Messanordnung verbindbar sind, enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (1.1 ,2.1 ) des Kondensators auf jeweils einer Keramikplatte (1 ,2 ) angeordnet sind und mindestens eine der Keramikplatten (1 ,2 ) eine Widerstandsanordnung (1.2 ,2.2 ) enthält, und die Keramikplatten (1 ,2 ) mit einer Glasabdeckung (1.3 ,2.3 ) versehen sind, welche an den Stellen, an denen sich die Elektroden (1.1 ,2.1 ) befinden, eine Öffnung (1.3.1 ,2.3.1 ) aufweisen, und wobei die Keramikplatten (1 ,2 ) in einer Trägerplatte (5 ) eingeschmolzen sind, aus der die elektrischen Anschlüssen (6 ) nach außen geführt werden, und wobei die Messanordnung mittels einer Abdeckkappe (4 ) aus elektrisch nicht leitendem Material verschlossen ist, welche mindestens eine Öffnung (4.1 ) aufweist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsanordnung (
1.2 ,2.2 ) ein Temperatursensor oder ein Heizer ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (
5 ) eine Glasdurchführung aufweist oder aus Glas besteht. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (
5 ) aus Keramik oder einer Polymerkeramik besteht. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckkappe (
4 ) aus Kunststoff besteht. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (
1.1 ,2.1 ) des Kondensators und/oder die Widerstandsanordnungen (1.2 ,2.2 ) aus Platin bestehen. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf mindestens einer der Keramikplatten (
1 ,2 ) mindestens eine Halbleiterschicht angeordnet ist. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine Hilfselektrode (
3 ) enthält, deren elektrische Anschlussleitung (6.3 ) durch die Trägerplatte (5 ) geführt und mit dieser stoffschlüssig verbunden ist. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikplatten (
1 ,2 ) mit je einer Glasabdeckung (1.3 ,2.3 ) geschützt sind, welche mit einer Öffnung (1.3.1 ,2.3.1 ) versehen sind.
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