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Die Erfindung betrifft einen kapazitiven Ölsensor mit einem Trägersubstrat, das eine Oberfläche aufweist, an welcher eine Elektrodenstruktur mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode ausgebildet ist.
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Derartige Ölsensoren sind bekannt und werden beispielsweise zur Beurteilung des Zustandes von Frittieröl verwendet. Zur Messung wird eine zu unterschende Probe, beispielsweise ein Frittieröl oder ein anderes Öl, in den Einflussbereich eines von einem Kondensator erzeugten elektrischen Feldes gebracht. Die Dielektrizitätskonstante der zu untersuchenden Probe beeinflusst somit die Kapazität des Kondensators. Durch Messung der Kapazität sind somit Rückschlüsse auf die Zusammensetzung und den Zustand der zu untersuchenden Probe möglich.
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Bei den bekannten Ölsensoren ist die Elektrodenstruktur auf das in der Regel keramische Trägersubstrat aufgedampft. Es hat sich herausgestellt, dass eine aufgedampfte Elektrodenstruktur bei Reinigungsprozessen durch Bürsten oder Schaben vergleichsweise schnell aufgebraucht wird, so dass der Ölsensor schneller ausgetauscht werden muss. Daher ist es üblich geworden, dass die aufgedampfte Elektrodenstruktur zum Schutz mit einer Glasschicht oder einer sonstigen Schutzschicht abgedeckt ist. In diesem Fall misst der Ölsensor die zu untersuchende Probe dadurch, dass eine Beeinflussung der Streukapazität der Elektrodenstruktur durch das an der Schutzschicht außen anliegende Öl gemessen wird.
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Es hat sich jedoch herausgestellt, dass der Beitrag dieser Streukapazität zur Gesamtkapazität der Elektrodenstruktur verhältnismäßig gering ist, so dass ein mit einer Schutzschicht bedeckter Ölsensor vergleichsweise geringe Empfindlichkeiten aufweist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kapazitiven Ölsensor bereitzustellen, dessen Messempfindlichkeit erhöht ist und der sich einfach reinigen lässt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind erfindungsgemäß die Merkmale von Anspruch 1 vorgesehen. Insbesondere wird somit bei einem kapazitiven Ölsensor der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß zur Lösung der genannten Aufgabe vorgeschlagen, dass die erste Elektrode aus wenigstens einem ersten Draht gebildet ist und die zweite Elektrode aus wenigstens einem zweiten Draht gebildet ist, wobei der wenigstens eine erste Draht und der wenigstens eine zweite Draht jeweils entlang ihrer Verlaufslängen am Trägersubstrat befestigt sind. Die Erfindung erreicht durch die Ersetzung der bisher üblichen aufgedampften Elektrodenstruktur durch eine Elektrodenstruktur aus am Trägersubstrat befestigten Drähten, dass die Elektrodenstruktur auch gegenüber stark beanspruchenden mechanischen Reinigungsvorgängen robust ausgebildet ist. Eine Schutzschicht zum Schutz der Elektrodenstruktur bei Reinigungsvorgängen ist somit nicht erforderlich. Von Vorteil ist dabei, dass äußerst geringe Abstände zwischen der zu untersuchenden Probe und der Elektrodenstruktur erreichbar sind, so dass ein möglichst großer Anteil eines von der Elektrodenstruktur erzeugten elektrischen Feldes durch die zu untersuchende Probe, beispielsweise ein Frittieröl oder eine andere Flüssigkeit, beeinflussbar ist. Somit ist die Empfindlichkeit des kapazitiven Ölsensors vergrößerbar. Durch die Befestigung der Drähte entlang der jeweiligen Verlaufslänge ergibt sich als weiterer Vorteil, dass Zwischenräume zwischen dem jeweiligen Draht und dem Trägersubstrat vermeidbar oder verschlossen sind. Dies erleichtert die Reinigung des kapazitiven Ölsensors, da Räume für schwer zu erreichende Rückstände vermeidbar sind. Die Drähte können stoffschlüssig, kraftschlüssig und/oder formschlüssig am Trägersubstrat gehalten sein.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine erste Draht und der wenigstens einen zweite Draht jeweils zumindest an einem Ende umgebogen sind, wobei die Enden jeweils in das Substrat eingelassen sind. Von Vorteil ist dabei, dass eine robuste Befestigung des jeweiligen Drahtes an dem Substrat ausbildbar ist. Bevorzugt weist jeder Draht zwei Enden auf, wobei jedes der zwei Enden umgebogen und in das Substrat eingelassen ist. Hierdurch ergibt sich eine besonders robuste Befestigung des Drahtes, und der Draht ist gegen ein Abheben an den Enden bei besonders groben mechanischen Reinigungsvorgängen sicherbar. Die Verlaufslänge der Drähte kann somit durch einen Abstand der abgebogenen Enden voneinander gegeben sein.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine erste Draht und der wenigstens eine zweite Draht jeweils wenigstens ein Ende aufweisen, welches durch das Trägersubstrat hindurch auf eine von der Oberfläche abgewandte Rückseite geführt ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine elektrische Kontaktierung der Elektroden einfach ausführbar ist. Von Vorteil ist weiter, dass die Rückseite gegen einen Kontakt mit der zu untersuchenden Probe, die möglicherweise eine hohe Temperatur aufweist, schätzbar oder abschirmbar ist. Beispielsweise ist die Rückseite zum Schutz der elektrischen Kontaktierung abdeckbar oder abgedeckt ausbildbar.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine erste Draht und der wenigstens eine zweite Draht jeweils in das Trägersubstrat eingebettet sind. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Möglichkeit zur Befestigung der Drähte entlang ihrer jeweiligen Verlaufslänge am Trägersubstrat erreichbar ist. Zur Vermeidung von Aufnahmeräumen, in die schwer erreichbare Rückstände der zu untersuchenden Probe eindringen könnten, ist bevorzugt vorgesehen, dass der wenigstens eine erste Draht und der wenigstens eine zweite Draht jeweils bis zu einer maximalen Querschnittsbreite des Drahtes in das Trägersubstrat eingebettet sind. Somit sind Hinterschneidungen, die sich ansonsten an dem Draht zwischen Draht und Trägersubstrat ausbilden könnten, vermeidbar.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine erste Draht und der wenigstens eine zweite Draht jeweils aus dem Trägersubstrat hervorragen. Von Vorteil ist dabei, dass ein Aufnahmeraum für eine zu untersuchende Probe zwischen den Drähten ausbildbar oder ausgebildet ist. Eine kapazitive Ölmessung ist somit durch eine Elektrodenstruktur durchführbar, bei welcher die zu untersuchenden Probe in einen Aufnahmeraum oder Bereich eindringen kann, in welchem sich die Elektrodenstruktur zumindest näherungsweise wie ein Plattenkondensator verhält. Hierdurch ist eine besonders hohe Empfindlichkeit des kapazitiven Ölsensors erreichbar.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine erste Draht und der wenigstens eine zweite Draht jeweils bis auf die Oberfläche des Trägersubstrats abgeschliffen sind. Von Vorteil ist dabei, dass eine besonders einfache Reinigung des kapazitiven Ölsensors durchführbar ist, da eine glatte Oberfläche des kapazitiven Ölsensors ausbildbar ist.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Trägersubstrat hitzebeständig ausgebildet ist. Von Vorteil ist dabei, dass auch heiße Proben, beispielsweise Proben mit Temperaturen von mehr als 150C°, insbesondere mehr als 200C°, in Kontakt mit dem kapazitiven Ölsensor bringbar und somit untersuchbar sind. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Trägersubstrat aus einem gießbarem Material, Keramik, Glas oder einem hitzebeständigen Kunststoff ausgebildet ist. Von Vorteil ist dabei, dass die genannten Drähte in das Trägersubstrat eingießbar sind.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Trägersubstrat plattenförmig ausgebildet ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein flächenhafter Kondensator durch die Elektrodenstruktur bereitstellbar ist, welche gut mit dem zu untersuchenden Öl oder der zu untersuchenden Probe benetzbar ist.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine erste Draht und der wenigstens eine zweite Draht jeweils einen runden Querschnitt aufweisen. Von Vorteil ist dabei, dass die Elektrodenstruktur aus gewöhnlichen Metalldrähten bildbar ist. Dies reduziert die Fertigungskosten.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine erste Draht und der wenigstens eine zweite Draht jeweils aus einem lebensmittelechten Metall gefertigt sind. Von Vorteil ist dabei, dass auch Proben untersucht werden können, welche mit Lebensmitteln in Berührung kommen, ohne dass der kapazitive Ölsensor mit einer Schutzschicht überzogen sein muss. Beispielsweise können der wenigstens eine erste Draht und der wenigstens eine zweite Draht aus Kupfer oder Edelstahl gefertigt sein.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine erste Draht und/oder der wenigstens eine zweite Draht jeweils einen abdeckungslosen Oberflächenbereich aufweisen. Von Vorteil ist dabei, dass ein direkter Kontakt zwischen der Elektrodenstruktur und der zu untersuchenden Probe erreichbar ist. Somit kann ein möglichst großer Anteil eines von der Elektrodenstruktur erzeugten elektrischen Feldes durch eine zu untersuchende Probe geführt werden, wodurch eine hohe Empfindlichkeit des kapazitiven Ölsensors erreichbar ist.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine erste Draht parallel zu dem wenigstens einen zweiten Draht ausgerichtet ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein gleichmäßiger Abstand zwischen den Drähten entlang der Verlaufsrichtung erreichbar ist. Somit sind Zwischenräume zwischen den Drähten einfach mechanisch reinigbar.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode zwei oder mehr Drähte aufweist/aufweisen. Von Vorteil ist dabei, dass ein von dem kapazitiven Ölsensor untersuchbarer Bereich vergrößerbar ist. Somit ist eine Empfindlichkeit des kapazitiven Ölsensors nochmals steigerbar. Günstig ist es, wenn die zwei oder mehr Drähte der ersten Elektrode und/oder der zweiten Elektrode an einem Ende miteinander elektrisch verbunden sind. Von Vorteil ist dabei, dass größere Elektrodenstrukturen bildbar sind. Besonders günstig ist es dabei, wenn die Drähte der jeweiligen Elektrode jeweils aus einem einzigen Draht gefertigt, beispielsweise gebogen sind. Besonders günstig ist es, wenn die Drähte der ersten Elektrode und/oder der zweiten Elektrode zueinander parallel verlaufen.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zwischen zwei benachbarten Drähten ein Tal gebildet ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein Aufnahmeraum für eine zu untersuchende Probe geschaffen ist. Vorzugsweise ist das Tal an seinen beiden Enden offen ausgebildet. Von Vorteil ist dabei, dass ein Ausschaben oder Auskratzen des Tals zur Beseitigung von Rückständen der Probe einfach ausführbar ist.
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Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben, ist jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Ausführungsbeispiele ergeben sich durch Kombination der Merkmale einzelner oder mehrerer Schutzansprüche untereinander und/oder mit einzelnen oder mehreren Merkmalen der Ausführungsbeispiele.
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Es zeigt:
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1 einen erfindungsgemäßen kapazitiven Ölsensor in einer stark vereinfachten, dreidimensionalen Schrägansicht,
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2 den erfindungsgemäßen kapazitiven Ölsensor aus 1 in einer Ansicht von der Seite,
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3 eine. Prinzipdarstellung eines Schnitts durch einen erfindungsgemäßen kapazitiven Ölsensor und
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4 einen weiteren erfindungsgemäßen Ölsensor mit abgeschliffenen Drähten.
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1 zeigt einen im Ganzen mit 1 bezeichneten erfindungsgemäßen kapazitiven Ölsensor. 2 zeigt den kapazitiven Ölsensor 1 in einer Seitenansicht. Die Darstellungen des kapazitiven Ölsensors 1 in den 1 und 2 ist stark vereinfacht, um die Erfindung zu erläutern.
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Der kapazitive Ölsensor 1 weist ein Trägersubstrat 2 auf, welches eine Oberfläche 3 bildet. Zur Untersuchung einer nicht weiter dargestellten, in der Regel flüssigen Probe, beispielsweise ein Öl oder dergleichen, wird die zu untersuchende Probe mit dieser Oberfläche 3 in Kontakt gebracht.
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An der Oberfläche 3 ist eine Elektrodenstruktur 4 ausgebildet. Die Elektrodenstruktur 4 hat eine erste Elektrode 5 und eine zweite Elektrode 6, die gemeinsam zur kapazitiven Untersuchung der Probe einen Kondensator mit einer Kapazität bilden. In Abhängigkeit von einer Dielektrizitätskonstante der zu untersuchenden Probe verändert sich diese Kapazität, so dass Rückschlüsse auf Materialeigenschaften und damit auf einen Zustand der zu untersuchenden Probe in an sich bekannter Weise durch kapazitive Messungen gewinnbar sind.
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Bei den erfindungsgemäßen kapazitiven Ölsensor 1 ist die erste Elektrode 5 aus wenigstens einem ersten Draht 7 gebildet. Dieser wenigstens eine erste Draht 7 ist entlang seiner Verlaufslänge am Trägersubstrat 2 befestigt.
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Die zweite Elektrode 6 des kapazitiven Ölsensors 1 ist in ähnlicher Weise aus wenigstens einem zweiten Draht 8 gebildet.
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Der wenigstens eine erste Draht 7 weist ein erstes Ende 9 und ein zweites Ende 10 auf.
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An dem ersten Ende 9 und dem zweiten Ende 10 ist der wenigstens eine erste Draht 7 umgebogen, wobei die Enden 9, 10 jeweils in das Trägersubstrat 2 eingelassen sind.
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In gleicher Weise hat der wenigstens eine zweite Draht 8 ein erstes Ende 11 und ein zweites Ende 12, an denen der wenigstens eine zweite Draht 8 umgebogen ist, wobei die Enden 11, 12 jeweils in das Trägersubstrat 2 eintauchen und somit eingelassen sind.
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An dem zweiten Ende 10 ist der wenigstens eine erste Draht 7 durch das Trägersubstrat 2 hindurch auf die Rückseite 13 geführt, welche von der Oberfläche 3 abgewandt orientiert ist.
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Dieses zweite Ende 10 des wenigstens einen ersten Drahts 7 ist somit elektrisch verbunden mit einem an der Rückseite 13 ausgebildeten Anschlusspin 14.
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In analoger Weise ist das zweite Ende 12 des mindestens einen zweiten Drahts 8 durch das Trägersubstrat 2 hindurch auf die Rückseite 13 geführt und mit einem Anschlusspin 15 elektrisch verbunden.
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Aus den Darstellungen in 1 und 2 ist ersichtlich, dass die erste Elektrode 5 aus mehreren ersten Drähten 7 und die zweite Elektrode 6 aus mehreren zweiten Drähten 8 gebildet ist.
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Die ersten Drähte 7 sind jeweils untereinander identisch ausgebildet und jeweils an einem zweiten Ende 10 zu einem Anschlusspin 14 geführt. Die zweiten Drähte 8 sind ebenfalls jeweils identisch zueinander ausgebildet und jeweils zu einem Anschlusspin 15 geführt. Zur Beschaltung der Elektrodenstruktur 4 werden die Anschlusspins 14 miteinander elektrisch verbunden und die Anschlusspins 15 miteinander elektrisch verbunden.
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Die ersten Drähte 7 sind jeweils länger als die benachbarten zweiten Drähte 8 ausgebildet, so dass die Anschlusspins 14 versetzt zu den Anschlusspins 15 angeordnet sind.
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Bei anderen Ausführungsbeispielen sind andere Ausgestaltungen und Anordnungen der Drähte 7,8 realisiert.
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Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Drähte 7 jeweils untereinander und zu den jeweils benachbarten Drähten 8 parallel geführt, so dass der Abstand benachbarter Drähte 7, 8 entlang der Verlaufsrichtung gleichbleibt.
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In 2 ist erkennbar, dass die Drähte 7, 8 aus der Oberfläche 3 des Trägersubstrats 2 hervorstehen.
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3 zeigt eine Schnittansicht, bei welcher die Schnittebene parallel zur Zeichenebene in 2 liegt. Zur Vereinfachung der Darstellung sind nur zwei Drähte 7, 8 dargestellt.
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Aus 3 ist ersichtlich, dass der wenigstens eine erste Draht 7 und der wenigstens eine zweite Draht 8 jeweils in das Trägersubstrat 2 eingebettet sind, wobei die Drähte 7, 8 jeweils bis zu ihrer maximalen Querschnittsbreite in das Trägersubstrat 2 eintauchen. Somit ist erreichbar, dass keine Hinterschneidungen hinter den Drähten 7 und 8, also zwischen den Drähten 7, 8 und dem Trägersubstrat 2, gebildet werden, in denen sich schwer erreichbare Rückstände ablagern könnten.
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Das Trägersubstrat 2 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 bis 3 aus hitzebeständiger Keramik gebildet. Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann das Trägersubstrat aus hitzebeständigem Glas, hitzebeständigem Kunststoff oder anderem hitzebeständigem Material gebildet sein.
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Besonders günstig ist es, wenn das Trägersubstrat aus einem gießbaren Material gefertigt ist, so dass das Trägersubstrat 2 an die Drähte 7, 8 angießbar ist.
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Aus den Darstellungen in 2 und 3 ist erkennbar, dass die Drähte 7, 8 der Elektrodenstruktur 4 aus gewöhnlichem Draht mit rundem Querschnitt gebildet sind.
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Der wenigstens eine erste Draht 7 und der wenigstens eine zweite Draht 8 sind jeweils aus lebensmittelechtem Metall, beispielsweise Kupfer oder Edelstahl, gefertigt. Da keine Schutzschicht zur Bedeckung der Elektrodenstruktur 4 vorhanden ist, weisen der wenigstens eine erste Draht 7 und der wenigstens eine zweite Draht 8 jeweils einen abdeckungslosen Oberflächenbereich 16 auf, welcher direkt mit der zu untersuchenden Probe in Kontakt bringbar ist.
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Aus den Darstellungen gemäß 1 und 2 ist ersichtlich, dass die erste Elektrode 5 zwei oder mehr Drähte 7 aufweist. Bei dem Ausführungsbeispiel weist die erste Elektrode 5 fünf erste Drähte 7 auf, die miteinander elektrisch verbindbar und/oder verbunden sind.
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Bei weiteren Ausführungsbeispielen sind andere Anzahlen von ersten Drähten 7 ausgebildet.
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Ebenso weist die zweite Elektrode 6 mehrere zweite Drähte 8 auf. Die mehreren zweiten Drähte 8 sind ebenfalls miteinander elektrisch verbindbar und/oder verbunden.
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Es können weniger erste Drähte 7 als zweite Drähte 8 oder mehr erste Drähte 7 als zweite Drähte 8 oder genauso viele erste Drähte 7 wie zweite Drähte 8 ausgebildet sein. Bevorzugt sind die ersten Drähte 7 und die zweiten Drähte 8 abwechselnd zueinander angeordnet, so dass sich eine abwechselnde Folge ergibt.
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Aus den Darstellungen in 2 und 3 ist ersichtlich, dass jeweils zueinander benachbarte Drähte 7, 8 zwischen sich ein Tal 17 bilden.
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In 1 sind exemplarisch für ein derartiges Tal 17 die beiden Enden 18 bezeichnet, an denen dieses Tal 17 offen ausgebildet ist. Es ergibt sich so eine Struktur oder Form, die leicht durch eine mechanische Reinigungsbewegung entlang der Verlaufsrichtung der Drähte 7, 8 reinigbar ist.
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In 3 ist noch ersichtlich, dass sich die Kapazität zwischen den Drähten 7, 8 aus wenigstens drei Anteilen zusammensetzt. Dies ist zum einen die Kapazität eines von den Drähten 7, 8 gebildeten Hauptmesskondensators 19. Dieser Hauptmesskondensator 19 weist eine Kapazität auf, die näherungsweise der Kapazität eines Plattenkondensators entspricht, wobei der Zwischenraum des Plattenkondensators durch das Tal 17 gebildet ist. Ein weiterer Beitrag zur Kapazität ist ein Kondensator 20, dessen Kapazität durch die Materialeigenschaften des Trägersubstrats 2 gebildet ist. Schließlich trägt zur Kapazität ein Streufeldkondensator 21 bei, welcher ebenfalls durch das zu untersuchende Medium oder die zu untersuchende Probe beeinflussbar ist. Der Beitrag des Streufeldkondensators 21 zur Kapazität der Elektrodenstruktur 4 ist jedoch gering.
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4 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines kapazitiven Ölsensors 1. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 sind funktionell und/oder konstruktiv zu dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel gleichartige oder identische Bauteile und Funktionseinheiten mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und nicht noch einmal gesondert beschrieben. Die Ausführungen zu den 1 bis 3 gelten daher zu 4 entsprechend.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 4 unterscheidet sich von den vorangegangenen Ausführungsbeispielen dadurch, dass die Drähte 7, 8 bis zur Oberfläche abgeschliffen sind. Somit ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 kein Hauptkondensator 19 vorhanden (vgl. 3), sondern der Streufeldkondensator 21 ist für die Messung der zu untersuchenden Probe verantwortlich. Es ergibt sich somit eine glatte Oberfläche 3, welche keine Unebenheiten aufweist und daher leicht zu reinigen ist. Insgesamt kann gesagt werden, dass die Oberfläche 3 des Trägersubstrats 2 bei einer Messung mit der zu untersuchenden Probe benetzbar ist und benetzt wird.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 4 unterscheidet sich von dem vorangehenden Ausführungsbeispielen ferner dadurch, dass die erste Elektrode 5 und die zweite Elektrode 6 jeweils nur ein Anschlusspin 14, 15 aufweisen. Dies wird dadurch erreicht, dass die Drähte 7 bzw. 8 an ihren ersten Enden 9 bzw. 11 jeweils im Trägersubstrat 2 miteinander elektrisch verbunden sind.
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Allgemein kann zur Erfindung gesagt werden, dass das Trägersubstrat 2 des erfindungsgemäßen kapazitiven Ölsensors 1 plattenförmig ausgebildet sein kann.
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Bei dem kapazitiven Ölsensor 1 wird vorgeschlagen, an einem Trägersubstrat 2 zur Bildung einer Elektrodenstruktur 4 eine erste Elektrode 5 mit wenigstens einem ersten Draht 7 und eine zweite Elektrode 6 mit wenigstens einen zweiten Draht 8 zu bilden, wobei die Drähte 7, 8 jeweils entlang ihrer Verlaufslänge an dem Trägersubstrat 2 befestigt sind.
