DE102016221742A1

DE102016221742A1 - Feuchtesensor sowie Verfahren zur Auswertung

Info

Publication number: DE102016221742A1
Application number: DE102016221742.9A
Authority: DE
Inventors: Daniel Koenig; Peter Bakucz; Gabor Klimaj; Erick Gonzalez Rodriguez; Roberto Ferrozzi
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-11-07
Filing date: 2016-11-07
Publication date: 2018-01-04
Also published as: US20180128801A1

Abstract

Die Erfindung beansprucht einen Feuchtesensor mit einem Gehäuse, einen Datenlogger, der einen solchen Feuchtesensor aufweist sowie ein Auswerteverfahren für den Feuchtesensor bzw. den Datenlogger. Das Gehäuse des Feuchtesensors weist dabei eine Ausnehmung auf, in der ein Feuchtesensorelement angeordnet ist. Um das Feuchtesensorelement gegenüber dem Eindringen von Wasser zu schützen, ist eine Membran vorgesehen, die wenigstens einen Teil der Ausnehmung abdeckt und so ein Erfassungvolumen um das Feuchtesensorelement herum definiert. Diese Membran ist dabei derart ausgestaltet, dass sie einen Luftaustausch mit der Umgebung erlaubt, so dass die Luftfeuchtigkeit vom Feuchtesensorelement erfasst werden kann. Sie ist jedoch ebenfalls derart ausgestaltet, dass sie das Eindringen von Wasser im Wesentlichen verhindert. Des Weiteren ist das Erfassungsvolumen möglichst klein ausgestaltet, so dass ein Angleichen der Feuchte des Erfassungsvolumen an das zu messende Umgebungsklima möglichst schnell erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Feuchtesensor sowie einen Datenlogger für Informationen über den Luftfeuchtegehalt und ein entsprechendes Auswerteverfahren.
Stand der Technik
Zur Erfassung der Klimabedingungen während des Transports von verderblichen Waren, z.B. Lebensmitteln, werden Datenlogger eingesetzt, die die Transportbedingungen erfassen und abspeichern. Bei einer direkten Anbindung bzw. einer offenen Gehäusekonstruktion des entsprechenden Feuchtesensors an die Umgebung kann dabei das Problem auftreten, dass Betauungssituationen oder Spritzwasser während des Transports eine Verfälschung der Messwerte oder sogar ein erhöhtes Ausfallrisiko des Sensors darstellen Als Abhilfe werden daher oftmals Feuchtesensoren in tauchdichten/spritzwassergeschützten Gehäusen eingesetzt, deren Innenklima über eine luft- und feuchtedurchlässige Membran an das Umgebungsklima angebunden sind. Dadurch wird die Reaktionszeit des damit verbundenen Datenloggers jedoch in der Regel drastisch reduziert, da der Feuchteaustausch durch die Membran deutlich langsamer stattfindet als bei einer direkten Anbindung an die Umgebung. Darüber hinaus kann die eintretende Feuchte von den verwendeten Polymermaterialien des Datenloggers aufgenommen werden, so dass eine feuchtereduzierende Wirkung auf das Innenvolumen festzustellen ist.
Als Folge können Betauungssituationen und hohe relative Feuchten, die zu einer Schädigung des Transportgutes führen können und die durch starke Temperaturschwankungen während des Transporters auch innerhalb kurzer Zeit auftreten können, nicht mehr detektiert werden. Dies führt zu nicht entdeckten Schadenssituationen und dazu, dass der Datenlogger seinen Zweck unter den genannten Situationen nicht erfüllen kann.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung beansprucht einen Feuchtesensor mit einem Gehäuse, einen Datenlogger, der einen solchen Feuchtesensor aufweist sowie ein Auswerteverfahren für den Feuchtesensor bzw. den Datenlogger.
Das Gehäuse des Feuchtesensors weist dabei eine Ausnehmung auf, in der ein Feuchtesensorelement angeordnet ist. Um das Feuchtesensorelement gegenüber dem Eindringen von Wasser zu schützen, ist eine Membran vorgesehen, die wenigstens einen Teil der Ausnehmung abdeckt und so ein Erfassungsvolumen um das Feuchtesensorelement herum definiert. Diese Membran ist dabei derart ausgestaltet, dass sie einen Luftaustausch mit der Umgebung erlaubt, so dass die Luftfeuchtigkeit vom Feuchtesensorelement erfasst werden kann. Sie ist jedoch ebenfalls derart ausgestaltet, dass sie das Eindringen von Wasser im Wesentlichen verhindert. Des Weiteren ist das Erfassungsvolumen möglichst klein ausgestaltet, so dass ein Angleichen der Feuchte des Erfassungsvolumen an das zu messende Umgebungsklima möglichst schnell erfolgt.
Die Wandungen der Ausnehmung bzw. des Erfassungsvolumen können aus Metall ausgeführt werden, so dass eine Feuchteaufnahme durch die Wandungen und damit ein Einfluss auf das Klima des Erfassungsvolumen ausgeschlossen werden kann. Statt einer kompletten Ausgestaltung des Gehäuses aus Metall kann auch vorgesehen sein, dass nur die Wandung mit einer Metallschicht bezogen ist. Alternativ kann auch ein anderes Material speziell für die Wandung der Ausnehmung verwendet werden, welches keine oder nur eine sehr geringe Aufnahme von Feuchtigkeit aus der Luft aufweist.
Das Erfassungsvolumen ist bei der Erfindung bewusst sehr klein ausgeführt, so dass ein Angleichen der Feuchte des Erfassungsvolumens an die Umgebung schnell erfolgen kann. Dabei ist vorgesehen, dass das Erfassungsvolumen derart dimensioniert ist, dass das Feuchtesensorelement einen wesentlichen Teil des Volumens einnimmt. Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Feuchtesensorelement wenigstens ein Viertel des Erfassungsvolumens einnimmt, welches durch die Wände der Ausnehmung, der Membran und ggf. einem Träger, auf dem das Feuchtesensorelement aufgebracht ist, umschlossen wird.
Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung der Ausnehmung als Zylinder, ausgehend von der Oberfläche des Gehäuses. Dabei ist die Membran am oberen Ende des Zylinders im Bereich der Oberfläche des Gehäuses vorgesehen. Das Feuchtesensorelement ist dabei an der Wand oder am Boden des Zylinders angebracht. Die Positionierung kann dabei über eine Trägerplatte (in der Regel eine Leiterplatte) erfolgen, auf dem das Feuchtesensorelement aufgebracht ist. Diese Trägerplatte kann mit den Wänden der zylindrischen Ausnehmung verbunden sein, z.B. über eine Dichtung in Form eines Dichtrings. Alternative Dichtungen sind jedoch ebenfalls möglich.
Weiterhin kann eine Auswerteeinheit vorgesehen sein, die sich vorteilhafterweise im Inneren des Gehäuses befindet, so dass diese Auswerteeinheit von äußeren Umwelteinflüssen geschützt ist. Vorteilhafterweise wird die Auswerteeinheit auf der gleichen Trägerplatte angeordnet wie das Feuchtesensorelement.
Bei dem zugehörigen Auswerteverfahren werden einander zugeordnete Temperatur- und Feuchte(sensor)größen erfasst, mittels der eine Bestimmung der Luftfeuchtigkeit möglich ist. Vorteilhafterweise wird diese Bestimmung zeitlich zu verschiedenen Zeitpunkten mit jeweils neu erfassten Temperatur-/Feuchtegrößen durchgeführt. Hierbei kann beispielsweise auch die Veränderung der Temperatur-/Feuchtegrößen herangezogen werden, um die Luftfeuchtigkeit zu ermitteln.
Der Datenlogger für den Feuchtesensor ist dabei derart eingerichtet, dass er die erfasste Luftfeuchtigkeit bzw. die damit verbundenen Luftfeuchtigkeitsgrößen für eine spätere Kontrolle oder Bearbeitung in einem entsprechenden internen oder externen Speicher abspeichert. Darüber hinaus ist aber auch möglich, dass diese Luftfeuchtigkeitsgrößen an eine entsprechende Anzeige weitergegeben wird. Weiterhin ist möglich, dass ein Vergleich der einzelnen oder kumulierten Luftfeuchtigkeitsgrößen mit einem oder mehreren Schwellenwerten erfolgt. Wird dabei festgestellt, dass die Luftfeuchtigkeit zu einem Zeitpunkt oder über einen vorgegebenen Zeitraum oberhalb eines Schwellenwerts liegt, kann ein entsprechendes Warnsignal erzeugt bzw. abgespeichert werden. Diese Warnsignals kann ebenfalls über eine Anzeige angezeigt werden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Mit der 1 wird schematisch ein System zur Ermittlung einer Luftfeuchtigkeitsgröße basierend auf erfassten Temperatur-/Feuchtegrößen gezeigt. Ein möglicher Aufbau der Erfindung wird in 2 beschrieben. In der 3 ist mit Hilfe eines Flussdiagramms eine mögliche Ausgestaltung eines Auswerteverfahrens zur vorliegenden Erfindung dargestellt.
Offenbarung der Erfindung
In der 1 wird mit Hilfe eines Blockschaltbilds das (Wirkungs-)Prinzip der vorliegenden Erfindung verdeutlicht. Eine Auswerteeinheit 100 erfasst mittels geeigneter Sensoren 120 und 130 Feuchtesensorgrößen und Temperatursensorgrößen der Luft in einem Erfassungsvolumen. Die Sensoren 120 und 130 können dabei getrennt voneinander realisiert oder in einem gemeinsamen Feuchtesensorelement untergebracht sein.. Ausgehend von diesen Sensorgrößen bzw. deren zeitlichen Veränderung kann die Auswerteeinheit 100 auf die Luftfeuchtigkeit der Luft in dem Erfassungsvolumen schließen. Die Luftfeuchtigkeit bzw. die ermittelte Luftfeuchtigkeitsgröße kann in einem internen Speicher 110 oder einem externen Speicher 140 zur weiteren Bearbeitung oder späteren Kontrolle abgelegt werden. Auch eine Anzeige der Luftfeuchtigkeit mittels einer geeigneten Anzeige 150 ist möglich. Diese Anzeige kann dabei durchaus auch in Form eine akustischen Anzeige ausgestaltet sein.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass die Auswerteeinheit 100 die ermittelten Luftfeuchtigkeitsgrößen mit einem oder mehreren Schwellenwerten vergleicht. Über- oder unterschreitet dabei die Luftfeuchtigkeitsgröße einen oder mehrere Schwellenwerte, kann ein Warnsignal erzeugt, abgespeichert und/oder angezeigt werden. Optional kann auch vorgesehen sein, dass das Warnsignal nur dann erzeugt wird, wenn die Über-/Unterschreitung über einen vorgegebenen Zeitraum oder mehrmals erfolgt ist.
Eine mögliche Ausgestaltung des Aufbaus des Feuchtesensors ist in 2 dargestellt. Der Feuchtesensor besteht dabei aus einem Gehäuse, z.B. einer Kappe 220 und einem Gehäuseboden 250. In der Kappe 220 ist eine Ausnehmung 260 eingebracht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel führt diese Ausnehmung 260 in zylindrischer Form ausgehend von der (Außen-)Oberfläche der Kappe 220 ins Innere des Gehäuses. Hierzu sind seitlich der Ausnehmung Wände 265 vorgesehen. Am Boden der Ausnehmung 260 ist das Feuchtesensorelement 200 vorgesehen, welches neben der Feuchte(sensor)größe auch die Temperaturgröße der im Erfassungsvolumen der Ausnehmung befindlichen Luft erfasst. Das Feuchtesensorelement 200 kann dabei wie in 2 dargestellt, auf einer Trägerplatte 210 angeordnet sein, die die Ausnehmung 260 abschließt. Zur Sicherung des Inneren 270 des Gehäuses 220 und 250 ist vorgesehen, dass die Wände 265 und die Trägerplatte 210 über eine Dichtung 240 miteinander verbunden sind. Die Dichtung 240 kann dabei über einen Dichtring erfolgen. Zur Definition des Erfassungsvolumen ist am oberen Ende der Ausnehmung 260 eine Membran 230 vorgesehen, z.B. in Verlängerung der Oberfläche der Kappe 220. Diese Membran 230 ist dabei derart ausgestaltet, dass ein Luftaustausch zwischen dem Außenraum 280 und dem Erfassungsvolumen ermöglicht, das Eindringen von Wasser jedoch verhindert wird. Vorteilhafterweise ist dabei das Erfassungsvolumen derart klein ausgestaltet und/oder derart nahe an der Oberfläche der Kappe 220 angeordnet, dass ein schneller Austausch der Luft zwischen Außenraum 280 und Ausnehmung 260 möglich ist. Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung, bei der das Feuchtesensorelement 200 einen wesentlichen Teil der Ausnehmung 260 einnimmt, zumindest jedoch ein Viertel des Erfassungsvolumens.
In einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, die Auswerteeinheit 290 zur Auswertung der Sensorsignale ebenfalls auf die Trägerplatte 210 des Feuchtesensorelements 200 aufzubringen. Um die Auswerteeinheit 290 von äußeren Einflüssen abzuschirmen, ist vorgesehen, die Anbringung der Trägerplatte 290 derart zu gestalten, dass diese mit der Auswerteeinheit 290 in das Innere 270 des Gehäuses 220 und 250 hineinragt. So kann beispielsweise die Dichtung zwischen Trägerplatte 210 und den Wänden 265 wie in der 2 dargestellt, zwischen Auswerteeinheit 290 und Feuchtesensorelement 200 angeordnet werden.
In einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass die Ausnehmung durch das Gehäuse hindurchführt, so dass ein Luftstrom durch das Gehäuse möglich ist. Hierzu kann das Feuchtesensorelement auf den Wänden der Ausnehmung bzw. Durchführung angeordnet sein. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass das Feuchtesensorelement ähnlich wir in 2 auf einem Träger in der Ausnehmung bzw. der Durchführung angeordnet ist. Hierbei ist jedoch notwendig, dass der Träger durchbrochen ist, so dass ein Luftstrom durch das Gehäuse ermöglicht wird.
Zur Auswertung der Sensorgrößen des Feuchtesensorelements kann ein Verfahren gemäß dem Flussdiagramm der 3 eingesetzt werden. Hierbei werden mittels geeigneter Sensoren zunächst in einem Schritt 300 eine Temperaturgröße und in einem Schritt 310 eine Feuchtegröße erfasst. Beide Größen sollten dabei zeitnah oder gemeinsam erfasst werden, da sie zur späteren Auswertung einem gemeinsamen Zustand zugeordnet werden sollen. Anschließend erfolgt im Schritt 320 eine Auswertung der erfassten Sensorgrößen zur Ableitung einer Luftfeuchtigkeitsgröße. Diese Luftfeuchtigkeitsgröße kann in einem nachfolgenden Schritt 350 abgespeichert werden, bevor das Auswerteverfahren beendet oder erneut mit der Erfassung weiterer Temperatur- und Feuchtegrößen durchlaufen wird.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung kann die Ermittlung der Luftfeuchtigkeitsgröße in Schritt 320 auch in Abhängigkeit von der relativen Änderung der erfassten Sensorgrößen durchgeführt werden.
Optional kann vorgesehen sein, dass die ermittelte Luftfeuchtigkeitsgröße in einem Schritt 330 mit einem oder mehreren Schwellenwerten verglichen wird. Wird erkannt, dass die Luftfeuchtigkeit über einem festgelegten ersten Schwellenwert liegt, kann in einem nachfolgenden Schritt 340 ein Warnsignal erzeugt, abgespeichert und/oder angezeigt werden. Alternativ kann der Schritt 340 auch durchlaufen werden, wenn die Luftfeuchtigkeit unter einen festgelegten zweiten Schwellenwert fällt. Ansonsten wird normal das Verfahren mit dem Schritt 350 durchlaufen.
Der Vergleich im Schritt 330 kann auch über einen vorgegebenen Zeitraum erfolgen, d.h. es kann festgestellt werden, inwieweit die Luftfeuchte während eines vorgegebenen Zeitraums oberhalb/unterhalb eines Schwellenwerts liegt. Hierzu kann das Verfahren auf abgespeicherte Daten zurückgreifen oder bei der Überschreibung/Unterschreitung eines entsprechenden Schwellenwerts eine Indizierung des Speichereintrags vornehmen. Weiterhin ist möglich, die Überschreitung/Unterschreitung des Schwellenwerts aufzusummieren. Die Abspeicherung/Anzeige des Warnsignals kann dann erst bei einer ausreichenden Häufigkeit oder Dauer des Überschreitens/Unterschreitens durchgeführt werden.

Claims

Feuchtesensor mit einem Gehäuse, wobei das Gehäuse (220, 250) eine Ausnehmung (260) aufweist, in dem ein Feuchtesensorelement (200) angeordnet ist, wobei wenigstens ein Teil der Ausnehmung (260) durch eine wenigstens feuchte- aber nicht wasserdurchlässige Membran (230) abgedeckt ist.
Feuchtesensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungen der Ausnehmung durch ein Material ausgeführt ist, das keine Feuchte aufnehmen kann und damit auch keinen Einfluss auf den Feuchtegehalt der Ausnehmung haben kann, wobei die Wandung der Ausnehmung aus Metall besteht oder zumindest eine äußere Metallschicht aufweist.
Feuchtesensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (230) in der Ausnehmung (260) ein Erfassungsvolumen definiert, welches über die feuchtedurchlässige Membran (230) zumindest teilweise hinsichtlich der Luftfeuchtigkeit mit dem Außenvolumen (280) in Kontakt ist, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Membran (230) weitestgehend wasserundurchlässig ist.
Feuchtesensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Feuchtesensorelement (200) einen wesentlichen Teil des Volumens in der Ausnehmung (260) einnimmt.
Feuchtesensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen, welches durch die Ausnehmung (260) und die feuchtedurchlässige Membran (230) begrenzt wird, maximal dem vierfachen Volumen des Feuchtesensorelements (200) entspricht.
Feuchtesensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (260) in Form eines Zylinders ausgestaltet ist, wobei das Feuchtesensorelement (200) am Boden des Zylinders und die Membran (230) am oberen Ende des Zylinders, gegenüber dem Feuchtesensorelement (200) vorgesehen ist.
Feuchtesensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Feuchtesensorelement (200) auf einer Trägerplatte angeordnet ist, welche mit den Wänden der zylindrischen Ausnehmung (260) über eine Dichtung (240), insbesondere einen Dichtring, verbunden ist.
Feuchtesensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinheit (100, 290) für das Feuchtesensorelement (200) vorgesehen ist, welches innerhalb des Gehäuses (220, 250) auf der Trägerplatte (210) angeordnet ist.
Verfahren zur Auswertung eines Feuchtesensorelements, wobei zueinander zugeordnete • Temperaturgrößen, welche die Temperatur im Umfeld des Feuchtesensorelements (200) repräsentieren, und • Feuchtegrößen des Feuchtesensorelements, die die am Feuchtesensorelement (200) erfasste Luftfeuchtigkeit repräsentieren, erfasst werden, wobei eine Luftfeuchtigkeitsgröße in Abhängigkeit von der zeitlichen Veränderung der zueinander zugeordneten Temperaturgrößen und Feuchtegrößen ermittelt wird.
Datenlogger mit einem Feuchtesensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und einer Auswerteeinheit (100, 290), die ein Auswerteverfahren nach Anspruch 9 ausführt, wobei die ermittelten Luftfeuchtigkeitsgrößen in einem Speicher (110, 140) abgelegt werden.
Datenlogger nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anzeigeelement (150) vorgesehen ist, welches in Abhängigkeit von einem Vergleich wenigstens einer ermittelten Luftfeuchtigkeitsgröße mit einem Schwellenwert angesteuert wird.