DE102019213334B4

DE102019213334B4 - Sensor arrangement for detecting an electric field

Info

Publication number: DE102019213334B4
Application number: DE102019213334.7A
Authority: DE
Inventors: Jochen Ermisch; Reinhold Keck; Hans-Peter Lindner
Original assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2019-09-03
Filing date: 2019-09-03
Publication date: 2024-02-08
Anticipated expiration: 2039-09-04
Also published as: WO2021043550A1; DE102019213334A1

Abstract

Sensoranordnung (10) zum Detektieren eines durch einen elektrischen Leiter (12) hervorgerufenen elektrischen Felds (14), dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (10) ein Gehäuse (16) aufweist, in dem eine mit dem elektrischen Leiter (12) elektrisch leitend verbindbare Messelektrode (18) angeordnet ist, wobei die Sensoranordnung (10) ferner einen Sensor (26) umfasst, mit dem ein von der Messelektrode (18) ausgehendes elektrisches Feld (14) detektierbar ist, wobei der Sensor (26) mit einer auf einem Bezugspotential liegenden Elektrode (28) elektrisch verbindbar ist, wobei der Sensor (26) in dem Gehäuse (16) angeordnet ist, und wobei der Sensor (269 ferner von außerhalb des Gehäuses (16) für eine Datenkommunikation kontaktierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektrode (18) mittels einer Schraube (20) als Befestigungsmittel an dem Leiter (12) befestigbar ist, so dass die Messelektrode (18) auf einem dem Leiter (12) entsprechenden Potential liegt wobei die Messelektrode (18) einen Elektrodenteil (22) mit einer flächigen Ausdehnung aufweist und wobei an dem Elektrodenteil (22) eine elektrisch isolierende Schicht (24) vorgesehen ist, die in Richtung eines Sensors (26) an der Messelektrode (18) angeordnet ist.Sensor arrangement (10) for detecting an electric field (14) caused by an electrical conductor (12), characterized in that the sensor arrangement (10) has a housing (16) in which an electrically conductively connectable to the electrical conductor (12). Measuring electrode (18) is arranged, the sensor arrangement (10) further comprising a sensor (26) with which an electric field (14) emanating from the measuring electrode (18) can be detected, the sensor (26) being at a reference potential lying electrode (28) can be electrically connected, wherein the sensor (26) is arranged in the housing (16), and wherein the sensor (269 can also be contacted from outside the housing (16) for data communication, characterized in that the measuring electrode (18) can be attached to the conductor (12) by means of a screw (20) as a fastening means, so that the measuring electrode (18) is at a potential corresponding to the conductor (12), the measuring electrode (18) having an electrode part (22) with a has a flat extent and wherein an electrically insulating layer (24) is provided on the electrode part (22), which is arranged on the measuring electrode (18) in the direction of a sensor (26).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zum Detektieren eines elektrischen Felds.The present invention relates to a sensor arrangement for detecting an electric field.

Sensoren zum Bestimmen eines elektrischen Felds sind weitläufig bekannt. Sie dienen etwa dazu, durch das elektrische Feld auf eine Spannung in einem elektrischen Leiter zu schließen und so etwa einzuschätzen, ob der Leiter spannungsfrei ist.Sensors for determining an electric field are widely known. They are used, for example, to determine the voltage in an electrical conductor based on the electric field and thus to estimate whether the conductor is voltage-free.

Es ist ferner bekannt, derartige Sensoren in mikromechanischer Bauweise, etwa als sogenannte MEMS-Sensoren, auszubilden.It is also known to design such sensors in a micromechanical design, for example as so-called MEMS sensors.

Diesbezüglich beschreibt beispielsweise US 2011/241702 A1 eine Sensoranordnung zur Erfassung eines elektrischen Felds. Diese Sensoranordnung kann eine Anordnung von MEMS-basierten resonanten Tunnelbauelementen enthalten. Eine Resonanztunnelvorrichtung kann konfiguriert sein, um ein Resonanztunnelsignal in Reaktion auf das elektrische Feld zu erzeugen. Die Resonanztunnelvorrichtung kann mindestens einen Elektronenzustandsdefinierer enthalten, der auf Änderungen in mindestens einer jeweiligen steuerbaren Eigenschaft des Elektronenzustandsdefinierers anspricht. Die Änderungen in der steuerbaren Charakteristik sind konfiguriert, um das Tunnelsignal zu beeinflussen. Eine Anregungsvorrichtung kann mit der Resonanztunnelvorrichtung gekoppelt sein, um mindestens eine der Änderungen in der steuerbaren Charakteristik zu bewirken, die das Tunnelsignal beeinflussen. Eine Steuerung kann mit der Resonanztunnel-vorrichtung und der Erregungsvorrichtung gekoppelt sein, um die Änderungen der steuerbaren Charakteristik gemäß einer automatisierten Steuerungsstrategie zu steuern, die konfiguriert ist, um eine Auswirkung von Rauschen auf eine Messung des elektrischen Feldes zu reduzieren.In this regard, for example, describes: US 2011/241702 A1 a sensor arrangement for detecting an electric field. This sensor arrangement may contain an arrangement of MEMS-based resonant tunneling devices. A resonant tunneling device may be configured to generate a resonant tunneling signal in response to the electric field. The resonant tunneling device may include at least one electron state definer that is responsive to changes in at least one respective controllable property of the electron state definer. The changes in the controllable characteristic are configured to influence the tunnel signal. An excitation device may be coupled to the resonant tunneling device to effect at least one of the changes in the controllable characteristic that affect the tunneling signal. A controller may be coupled to the resonant tunnel device and the excitation device to control the changes in the controllable characteristic according to an automated control strategy configured to reduce an effect of noise on an electric field measurement.

CN 106597065 betrifft ferner ein berührungsloses MEMS-Gleichstrom-Hochspannungselektroskop, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es eine MEMS-Wechselstrom-Gleichstrom-Erfassungssonde zum Erfassen des elektrischen Feldsignals in der Umgebung enthält; eine Signalerfassungs-einheit zum Empfangen des elektrischen Feldsignals und Durchführen einer Rauschunterdrückung; einen Mikrocontroller, der das elektrische Feldsignal nach dem Entrauschen empfängt und basierend auf dem elektrischen Feldsignal ein positives Signal oder ein negatives Signal erzeugt; und ein akustooptisches Alarmmodul zum Anzeigen des positiven oder negativen Signals. Das elektrische MEMS-Feld realisiert die elektrische Felddetektion basierend auf dem Prinzip der Ladungserfassung und umfasst eine Erregerelektrode, eine Abschirmelektrode und eine Induktionselektrode. CN 106597065 further relates to a high voltage MEMS DC non-contact electroscope characterized by including a MEMS AC-DC sensing probe for detecting the electric field signal in the environment; a signal acquisition unit for receiving the electric field signal and performing noise reduction; a microcontroller that receives the electric field signal after denoising and generates a positive signal or a negative signal based on the electric field signal; and an acousto-optic alarm module to display the positive or negative signal. The MEMS electric field realizes electric field detection based on the principle of charge detection, and includes an exciting electrode, a shielding electrode and an induction electrode.

Aus der DE 69926792 T2 ist eine Vorrichtung zum Messen eines elektrischen Potentials zwischen einem ersten und einem zweiten Leiter bekannt, wobei die Leiter voneinander beabstandet und jeweils an einen entsprechenden ersten bzw. zweiten Anschluss angekoppelt sind, die durch eine Wegstrecke voneinander beabstandet sind.From the DE 69926792 T2 a device for measuring an electrical potential between a first and a second conductor is known, the conductors being spaced apart from one another and each being coupled to a corresponding first and second connection, which are spaced apart from one another by a distance.

Aus der CN 108362928 A ist ein berührungsloser elektrischer Feldkopplungssensor bekannt, der an einer Hochspannungsausrüstung auf dem Dach einer elektrischen Lokomotive um eine Oberleitung herum angeordnet ist.From the CN 108362928 A A non-contact electric field coupling sensor is known which is arranged on high-voltage equipment on the roof of an electric locomotive around an overhead line.

Derartige aus dem Stand der Technik bekannte Lösungen können jedoch noch weiteres Verbesserungspotential bieten, insbesondere hinsichtlich einer verlässlichen Detektion des elektrischen Felds und hinsichtlich einer guten Langzeitstabilität des Sensors.However, such solutions known from the prior art can offer further potential for improvement, in particular with regard to reliable detection of the electric field and good long-term stability of the sensor.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Es ist insbesondere die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, durch welche zumindest zum Teil eine verlässliche Detektion des elektrischen Felds und/oder eine gute Langzeitstabilität des Sensors erreicht werden kann.It is the object of the present invention to at least partially overcome the disadvantages known from the prior art. It is in particular the object of the present invention to provide a solution through which, at least in part, reliable detection of the electric field and/or good long-term stability of the sensor can be achieved.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß zumindest zum Teil durch eine Sensoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß ferner zumindest zum Teil durch eine Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, in der Beschreibung oder den Figuren beschrieben, wobei weitere in den Unteransprüchen oder in der Beschreibung oder den Figuren beschriebene oder gezeigte Merkmale einzeln oder einer beliebigen Kombination einen Gegenstand der Erfindung darstellen können, wenn sich aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt.According to the invention, the problem is solved at least in part by a sensor arrangement with the features of claim 1. The problem is also solved according to the invention at least in part by use with the features of claim 9. Preferred embodiments of the invention are in the subclaims, in which Description or the figures described, whereby further features described or shown in the subclaims or in the description or the figures, individually or in any combination, can constitute an object of the invention if the context does not clearly indicate the opposite.

Beschrieben wird eine Sensoranordnung zum Detektieren eines durch einen insbesondere spannungsführenden elektrischen Leiter hervorgerufenen elektrischen Felds, wobei die Sensoranordnung ein Gehäuse aufweist, in dem eine mit dem elektrischen Leiter elektrisch leitend verbindbare Messelektrode angeordnet ist, wobei die Sensoranordnung ferner einen Sensor umfasst, mit dem ein von der Messelektrode ausgehendes beziehungsweise hervorgerufenen elektrisches Feld detektierbar ist, wobei der Sensor mit einer auf einem Bezugspotential liegenden Elektrode, die auch als Bezugselektrode beziehungsweise Referenzelektrode bezeichnet werden kann, elektrisch verbindbar ist, wobei der Sensor in dem Gehäuse angeordnet ist, wobei der Sensor ferner von außerhalb des Gehäuses für eine Datenkommunikation kontaktierbar ist, und wobei die Messelektrode mittels einer Schraube als Befestigungsmittel an dem Leiter befestigbar, so dass die Messelektrode auf einem dem Leiter entsprechenden Potential liegt wobei die Messelektrode einen Elektrodenteil mit einer flächigen Ausdehnung aufweist und wobei an dem Elektrodenteil eine elektrisch isolierende Schicht vorgesehen ist, die in Richtung eines Sensors an der Messelektrode angeordnet ist.A sensor arrangement is described for detecting an electric field caused by a particularly live electrical conductor, the sensor arrangement having a housing in which a measuring electrode which can be electrically conductively connected to the electrical conductor is arranged, the sensor arrangement further comprising a sensor with which one of The electric field emanating from or caused by the measuring electrode can be detected, wherein the sensor can be electrically connected to an electrode lying at a reference potential, which can also be referred to as a reference electrode or reference electrode, wherein the sensor is arranged in the housing is, wherein the sensor can also be contacted from outside the housing for data communication, and wherein the measuring electrode can be attached to the conductor by means of a screw as a fastening means, so that the measuring electrode is at a potential corresponding to the conductor, the measuring electrode having an electrode part with a flat extension and wherein an electrically insulating layer is provided on the electrode part, which is arranged in the direction of a sensor on the measuring electrode.

Eine derartige Sensoranordnung erlaubt zumindest zum Teil eine verlässliche Detektion des elektrischen Felds und/oder eine gute Langzeitstabilität.Such a sensor arrangement allows, at least in part, reliable detection of the electric field and/or good long-term stability.

Die hier beschriebene Sensoranordnung dient insbesondere dem Detektieren eines durch einen elektrischen Leiter hervorgerufenen elektrischen Felds. Ein elektrisches Feld wird dabei insbesondere dann hervorgerufen, wenn der Leiter Spannung führt. Durch die Detektion des elektrischen Felds kann weiterhin auf die am elektrischen Leiter anliegende Spannung geschlossen werden. Dies kann oftmals wichtig sein, um etwa bei einem vorliegenden Leiter ermitteln zu können, ob der Leiter spannungslos ist oder ob etwa noch eine Spannung anliegt. Beispielsweise aber in keiner Weise beschränkend kann dies etwa wichtig sein bei Montagearbeiten oder bei ServiceArbeiten.The sensor arrangement described here is used in particular to detect an electric field caused by an electrical conductor. An electric field is created in particular when the conductor is live. By detecting the electric field, it is also possible to draw conclusions about the voltage present on the electrical conductor. This can often be important in order to be able to determine, for example, whether the conductor is de-energized or whether there is still voltage present. For example, but in no way limiting, this can be important for assembly work or service work.

Die hier beschriebene Sensoranordnung umfasst ein Gehäuse, in dem eine mit dem elektrischen Leiter elektrisch leitend verbindbare Messelektrode angeordnet ist. Die Messelektrode ist somit bevorzugt mit dem elektrischen Leiter verbindbar beziehungsweise verbunden. In letzterem Fall kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass der Leiter durch das Gehäuse geführt wird beziehungsweise dass der Leiter zumindest zum Teil innerhalb des Gehäuses angeordnet ist.The sensor arrangement described here comprises a housing in which a measuring electrode that can be electrically connected to the electrical conductor is arranged. The measuring electrode is therefore preferably connectable or connected to the electrical conductor. In the latter case, it can be provided, for example, that the conductor is guided through the housing or that the conductor is at least partially arranged within the housing.

Die Elektrode liegt somit auf dem gleichen elektrischen Potential, wie der elektrische Leiter. Dadurch kann ein zu dem elektrischen Leiter entsprechendes elektrisches Feld von der Messelektrode ausgehen. Entsprechend kann das von der Messelektrode ausgehende Feld detektiert und dadurch auf die in dem elektrischen Leiter vorliegende elektrische Spannung geschlossen werden.The electrode is therefore at the same electrical potential as the electrical conductor. As a result, an electric field corresponding to the electrical conductor can emanate from the measuring electrode. Accordingly, the field emanating from the measuring electrode can be detected and the electrical voltage present in the electrical conductor can thereby be inferred.

Hierzu umfasst die Sensoranordnung einen Sensor, mit dem das von der Messelektrode ausgehende elektrische Feld detektierbar ist. Grundsätzlich ist die Ausgestaltung des Sensors nicht beschränkt, insoweit durch den Sensor das elektrische Feld detektierbar ist. Beispiele für derartige Sensoren sind auf dem technischen Gebiet für den Fachmann grundsätzlich bekannt und beispielsweise in dem vorbeschriebenen Stand der Technik beschrieben. Beispiele arbeiten etwa mit einer kontaktlosen Messung, beispielsweise auf dem grundsätzlich bekannten Prinzip der Feldmühle.For this purpose, the sensor arrangement includes a sensor with which the electric field emanating from the measuring electrode can be detected. In principle, the design of the sensor is not limited insofar as the electric field can be detected by the sensor. Examples of such sensors are generally known to those skilled in the technical field and are described, for example, in the prior art described above. Examples work with contactless measurement, for example based on the generally known principle of the field mill.

Für eine Auswertung ist es ferner vorgesehen, dass der Sensor mit einer auf einem Bezugspotential liegenden Elektrode elektrisch verbindbar ziehungsweise verbunden ist. Dies kann von Wichtigkeit sein, da eine Auswertung der Messung des elektrischen Felds insbesondere durch einen Vergleich der detektierten Größe mit einem bekannten Potential möglich sein kann. Hierzu kann der Sensor oder auch eine Auswerteeinheit mit einem Bezugspotential verbunden sein.For evaluation, it is further provided that the sensor is electrically connectable or connected to an electrode that is at a reference potential. This can be important because an evaluation of the measurement of the electric field can be possible, in particular by comparing the detected quantity with a known potential. For this purpose, the sensor or an evaluation unit can be connected to a reference potential.

Der Sensor ist dabei in dem Gehäuse angeordnet und wird dadurch durch das Gehäuse gegen äußere Einflüsse geschützt. Insbesondere ist der Sensor vollständig in dem Gehäuse angeordnet beziehungsweise von dem Gehäuse umgeben, etwa in diesem eingehaust.The sensor is arranged in the housing and is thereby protected by the housing against external influences. In particular, the sensor is arranged completely in the housing or is surrounded by the housing, for example housed in it.

Um eine Detektion auszuwerten und/oder und die von dem Sensor erhobenen Daten zu verwenden ist es ferner vorgesehen, dass der Sensor von außerhalb des Gehäuses für eine Datenkommunikation kontaktierbar ist. Dies kann beispielsweise ermöglicht sein, indem der Sensor mit einer Datenverbindung, etwa einem Datenkabel, verbunden ist, welche durch das Gehäuse verläuft und etwa mit einem mit einem entsprechenden Anschluss versehen sein kann. Alternativ kann es vorgesehen sein, dass an dem Gehäuse ein Anschluss vorgesehen ist, der etwa über ein Datenkabel oder eine andere Datenverbindung mit dem Sensor für eine Datenverbindung verbunden ist, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Beispielsweise sind auch sogenannte kabellose Datenverbindungen möglich.In order to evaluate a detection and/or to use the data collected by the sensor, it is further provided that the sensor can be contacted from outside the housing for data communication. This can be made possible, for example, by connecting the sensor to a data connection, such as a data cable, which runs through the housing and can be provided with a corresponding connection. Alternatively, it can be provided that a connection is provided on the housing, which is connected to the sensor for a data connection, for example via a data cable or another data connection, but is not limited to this. For example, so-called wireless data connections are also possible.

Durch eine hier beschriebene Sensoranordnung wird es möglich, dass der Sensor durch das Gehäuse sicher vor äußeren Einflüssen geschützt ist. Es wird somit verlässlich verhindert, dass der Sensor verschmutzt und hierdurch verfälschte Messergebnisse liefert.A sensor arrangement described here makes it possible for the sensor to be safely protected from external influences by the housing. This reliably prevents the sensor from becoming dirty and thereby providing falsified measurement results.

Darüber hinaus wird es so möglich, dass der Sensor einen einfachen Aufbau aufweist und so etwa auf Schutz-Bauteile des Sensors selbst, wie etwa auf Abdeckungen, etwa aus Glas, in Ausgestaltungen der Sensoranordnung verzichtet werden kann. Dies kann weiterhin ermöglichen, dass das Sensorsignal besonders verlässlich ist, da keine Beeinflussungen des elektrischen Felds durch die Schutz-Bauteile des Sensors selbst auftreten.In addition, this makes it possible for the sensor to have a simple structure and for example, protective components of the sensor itself, such as covers, for example made of glass, can be dispensed with in embodiments of the sensor arrangement. This can further enable the sensor signal to be particularly reliable, since the electric field is not influenced by the protective components of the sensor itself.

Die flächige Ausgestaltung des Elektrodenteils dient der Homogenisierung des elektrischen Felds. Die elektrisch isolierende Schicht kann es ermöglichen, dass die Gefahr für Spannungsüberschläge zwischen der Messelektrode und dem Sensor deutlich reduziert oder sogar ganz verhindert wird. Dies gewährleistet einen besonders sicheren Betrieb und kann ferner die Messgenauigkeit wie auch die Langzeitstabilität positiv beeinflussen.The flat design of the electrode part serves to homogenize the electric field. The electrically insulating layer can enable the risk of voltage flashovers between the measuring electrode and the sensor to be significantly reduced or even completely prevented. This ensures particularly safe operation and can also have a positive effect on measurement accuracy and long-term stability.

Bei der beschriebenen Sensoranordnung ist es ferner möglich, dass der Sensor und die E-Feld erzeugende Mess-Elektrode konstruktiv in geeigneten, insbesondere festen Positionen und damit einem definierten Abstand zueinander in das gemeinsame Gehäuse eingebracht werden. So wird es möglich, über die Lage, den Anstand und die Form der Messelektrode beziehungsweise der Spannungselektroden das elektrische Feld anwendungsspezifisch für die Erfassung im Sensor zu optimieren. Insbesondere kann eine Anpassung der Sensoranordnung für verschiedene Spannungsbereiche durch eine Einstellung des Abstands zwischen Sensor und Messelektrode eingestellt beziehungsweise kalibriert werden. Dies ermöglicht ein hoch anpassbares und dadurch exaktes Messverhalten des Sensors.With the sensor arrangement described, it is also possible for the sensor and the measuring electrode generating the E-field to be structurally installed in the common housing in suitable, in particular fixed positions and thus at a defined distance from one another. This makes it possible to optimize the electric field for application-specific detection in the sensor using the position, the position and the shape of the measuring electrode or the voltage electrodes. In particular, the sensor arrangement can be adjusted or calibrated for different voltage ranges by adjusting the distance between the sensor and the measuring electrode. This enables highly customizable and therefore precise measuring behavior of the sensor.

Bevorzugt kann es vorgesehen sein, der Sensor als MEMS-Sensor ausgestaltet ist. Unter einem MEMS-Sensor (MEMS - Micro-Electro-Mechanical System) kann insbesondere ein derartiger Sensor verstanden werden, der als Bauelement ausgestaltet ist, der Logikelemente und mikromechanische Strukturen in einem Chip vereinen und/oder beispielsweise basierend auf Silizium hergestellt sein kann. Die Strukturen können kleiner als ein Mikrometer sein.It can preferably be provided that the sensor is designed as a MEMS sensor. A MEMS sensor (MEMS - Micro-Electro-Mechanical System) can be understood in particular to mean such a sensor that is designed as a component that combines logic elements and micromechanical structures in a chip and/or can be manufactured, for example, based on silicon. The structures can be smaller than a micrometer.

Derartige Sensoren ermöglichen somit kleinformatige Ausgestaltungen bei niedrigen Kosten. Somit kann eine hohe Anwendungsbreite auch bei kleinstem Raumbedarf kostengünstig umgesetzt werden.Such sensors thus enable small-format designs at low costs. This means that a wide range of applications can be implemented cost-effectively even with minimal space requirements.

Insbesondere bei der Verwendung derartiger Sensoren kann die vorliegende Erfindung ihre Vorteile besonders effektiv ausbilden. Denn bei MEMS-Sensoren ist es bekannt, dass diese aufgrund ihrer kleinen Strukturen wirksam gegen äußere Einflüsse, wie etwa mechanische Einflüsse oder Verschmutzungen, geschützt werden sollten, um eine verlässliche Messung und einen langzeitstabilen Betrieb zu gewährleisten.The present invention can develop its advantages particularly effectively, particularly when using such sensors. It is known that MEMS sensors, due to their small structures, should be effectively protected against external influences, such as mechanical influences or contamination, in order to ensure reliable measurement and long-term stable operation.

Hierzu ist es im Stand der Technik oftmals vorgesehen, dass die Sensoren beziehungsweise deren zu schützende Strukturen, insbesondere Messstrukturen, mit einer Abdeckung, wie etwa einer Glasplatte, abgedeckt sind. Dabei kann es jedoch zu dem Nachteil insbesondere bei einer Messung eines E-Felds von Gleichspannung dazu kommen, dass durch die Glasplatte ein Gegenfeld erzeugt wird, welches das Messergebnis verfälschen oder sogar unbrauchbar machen kann. Dies kann durch die vorliegende Erfindung überwunden werden. Denn die Funktion der Abdeckung, wie etwa der Glasplatte, kann durch das Gehäuse übernommen werden, so dass ein verlässliches und exaktes Messergebnis kombiniert werden kann mit einer guten Langzeitstabilität. Denn, wie vorstehend beschrieben, der Sensor kann durch das Vorsehen des Gehäuses, in dem der Sensor angeordnet ist, wirksam und verlässlich gegen äußere Einflüsse geschützt werden auch dann, wenn der Sensor selbst keinen direkten Schutz gegen äußere Einflüsse aufweist.For this purpose, it is often provided in the prior art that the sensors or their structures to be protected, in particular measuring structures, are covered with a cover, such as a glass plate. However, the disadvantage can arise, particularly when measuring an E-field of direct voltage, that an opposing field is generated by the glass plate, which can falsify the measurement result or even make it unusable. This can be overcome by the present invention. The function of the cover, such as the glass plate, can be taken over by the housing, so that a reliable and precise measurement result can be combined with good long-term stability. Because, as described above, the sensor can be effectively and reliably protected against external influences by providing the housing in which the sensor is arranged, even if the sensor itself does not have any direct protection against external influences.

Entsprechend kann es beispielsweise für MEMS-Sensoren aber in keiner Weise beschränkt hierauf vorgesehen sein, dass der Sensor eine Messanordnung aufweist, die zu der bezüglich des Sensors äußeren Atmosphäre freiliegt. In anderen Worten liegt die Messanordnung zu dem Inneren des Gehäuses und damit zu der Messelektrode frei. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem auf eine entsprechende Abdeckung, wie etwa eine Glasplatte, die an dem Sensor vorgesehen ist, verzichtet wird.Accordingly, for MEMS sensors, for example, but in no way limited to this, it can be provided that the sensor has a measuring arrangement that is exposed to the external atmosphere with respect to the sensor. In other words, the measuring arrangement is exposed to the interior of the housing and thus to the measuring electrode. This can be achieved, for example, by omitting a corresponding cover, such as a glass plate, which is provided on the sensor.

Dadurch kann wie vorstehend bereits angedeutet es verhindert werden, dass insbesondere bei der Messung eines durch eine Gleichspannung erzeugten elektrischen Felds die Abdeckung, wie etwa die Glasplatte, ein Gegenfeld erzeugt beziehungsweise eine Beeinflussung des elektrischen Messfelds auftritt. Somit kann bei einem besonderen einfachen Aufbau und damit einer einfachen Herstellbarkeit des Sensors eine hohe Langzeitstabilität mit einer exakten Messung kombiniert werden.As already indicated above, this can prevent the cover, such as the glass plate, from generating an opposing field or influencing the electrical measuring field, particularly when measuring an electric field generated by a direct voltage. Thus, with a particularly simple structure and thus easy production of the sensor, high long-term stability can be combined with precise measurement.

Die Messelektrode weist einen Elektrodenteil zum Homogenisieren oder zum Verstärken des elektrischen Felds auf. Diese Ausgestaltung erlaubt eine anwendungsspezifische Anpassung des Felds an den Sensor beziehungsweise ermöglicht optimale Messbedingungen des E-Felds für den Sensor. Das derartige Elektrodenteil weist eine flächige Ausdehnung für eine Homogenisierung auf. Zusätzlich kann das Elektrodenteil eine gekrümmte Ausdehnung für eine Verstärkung aufweisen. Grundsätzlich kann das Elektrodenteil jedoch in geeigneter Weise ausgestaltet sein, um das elektrische Feld zu verstärken oder zu homogenisieren.The measuring electrode has an electrode part for homogenizing or amplifying the electric field. This configuration allows an application-specific adaptation of the field to the sensor or enables optimal measurement conditions of the E-field for the sensor. The electrode part of this type has a surface area for homogenization. Additionally, the electrode part may have a curved extension for reinforcement. In principle, however, the electrode part can be designed in a suitable manner in order to strengthen or homogenize the electric field.

Beispiele für eine elektrisch isolierende Schicht können etwa eine Beschichtung oder eine aufgebrachte vorgefertigte Schicht umfassen. Als nicht beschränkendes Beispiel kann eine vorgefertigte Folie aus einem elektrisch isolierenden Material aufgebracht werden, wie etwa eine Folie, die hergestellt ist aus Polyimid, wie etwa die unter der Bezeichnung Kapton vertriebene Folie. Jedoch ist die elektrisch isolierende Schicht auch auf andere Arten an der Elektrode vorsehbar, wie etwa durch einen Verguss der Elektrode in einem entsprechenden Material, beispielsweise einem Vergussmaterial aus einem Epoxidharz.Examples of an electrically insulating layer may include a coating or an applied prefabricated layer. As a non-limiting example, a preformed film of electrically insulating material may be applied, such as a film made from polyimide, such as the film sold under the name Kapton. However, the electric ric insulating layer can also be provided on the electrode in other ways, such as by potting the electrode in a corresponding material, for example a potting material made of an epoxy resin.

Weiterhin kann es von Vorteil sein, dass das Gehäuse zumindest teilweise mit elektrisch leitfähigen Schirmbereichen versehen ist. Diese Ausgestaltung kann das Messergebnis unter Umständen signifikant verbessern, da von außen auf den Sensor wirkende Fremdfelder effektiv abgeschirmt werden können. Somit kann die Messung besonders exakte und verlässliche Ergebnisse liefern.Furthermore, it can be advantageous for the housing to be at least partially provided with electrically conductive shielding areas. This configuration can, under certain circumstances, significantly improve the measurement result, since external fields acting on the sensor from outside can be effectively shielded. This means that the measurement can deliver particularly precise and reliable results.

Beispiele für derartige Abschirmungen können beispielsweise metallische oder metallisierte Bereiche sein, die an oder in dem Gehäuse vorgesehen sind.Examples of such shields can be, for example, metallic or metallized areas that are provided on or in the housing.

Es ist ersichtlich, dass derartige Abschirmungen an herkömmlichen Sensoren, wie insbesondere MEMS-Sensoren nur schwer oder gar nicht umsetzbar waren, so dass insbesondere in dieser Ausgestaltung die Sensoranordnung wie hier beschrieben gegenüber den Lösungen aus dem Stand der Technik auch hinsichtlich des Messergebnisses verbessert sein können.It can be seen that such shields were difficult or impossible to implement on conventional sensors, in particular MEMS sensors, so that, particularly in this embodiment, the sensor arrangement as described here can also be improved in terms of the measurement result compared to the solutions from the prior art .

Es kann weiterhin vorteilhaft sein, in dem Gehäuse ferner eine Verarbeitungselektronik angeordnet ist, die mit dem Sensor für eine Datenkommunikation verbunden ist.It can also be advantageous for processing electronics to be arranged in the housing, which is connected to the sensor for data communication.

Diese Ausgestaltung erlaubt eine besonders einfache Anbindung an bestehende Systeme, da der Sensor mit einer Verarbeitungselektronik an elektronische Systeme auf einfache Weise anschließbar sein kann.This configuration allows a particularly simple connection to existing systems, since the sensor can be easily connected to electronic systems with processing electronics.

Darüber hinaus kann auch die Verarbeitungselektronik besonders effektiv vor äußeren Beeinflussungen geschützt werden, so dass die Vorteile hinsichtlich einer verbesserten Langzeitstabilität auch hinsichtlich der Verarbeitungselektronik gelten. Dies, ohne dass es besonderer Schutzmechanismen für die Verarbeitungselektronik bedarf.In addition, the processing electronics can also be protected particularly effectively from external influences, so that the advantages in terms of improved long-term stability also apply to the processing electronics. This is done without the need for special protection mechanisms for the processing electronics.

Die Verarbeitungselektronik kann dabei als ein Prozessor ausgebildet sein, der Daten von dem Sensor erhält und anhand einer Auswertung des ermittelten elektrischen Felds vor dem Hintergrund der Referenzelektrode eine Auswertung hinsichtlich der Spannung der Messelektrode und damit des elektrischen Leiters erlauben kann. Grundsätzlich kann die Verarbeitungselektronik einer Verarbeitung von Sensordaten des Sensors dienen.The processing electronics can be designed as a processor that receives data from the sensor and, based on an evaluation of the determined electric field against the background of the reference electrode, can allow an evaluation with regard to the voltage of the measuring electrode and thus of the electrical conductor. In principle, the processing electronics can be used to process sensor data from the sensor.

Weiter bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass die auf einem Bezugspotential liegende Elektrode, also die Referenzelektrode beziehungsweise Bezugselektrode, eine geerdete Elektrode ist. Diese Ausgestaltung kann einen besonders einfachen Aufbau erlauben, da die Referenzelektrode lediglich geerdet werden braucht. Trotz des einfachen Aufbaus kann diese Ausgestaltung exakte Messungen erlauben.More preferably, it can be provided that the electrode lying at a reference potential, i.e. the reference electrode or reference electrode, is a grounded electrode. This configuration can allow a particularly simple structure, since the reference electrode only needs to be grounded. Despite the simple structure, this design can allow precise measurements.

Es kann ferner vorgesehen sein, dass das Gehäuse luftdicht, bevorzugt druckstabil, ausgebildet ist. Dies kann insbesondere bedeuten, dass bei einem in dem Gehäuse vorliegenden Atmosphärendruck kein Luftaustausch mit der das Gehäuse umgebenden Atmosphäre stattfindet oder sogar, dass ein gewünschtes innerhalb des Gehäuses vorliegendes Vakuum oder ein innerhalb des Gehäuses vorliegender Schutzgasüberdruck stabil in dem Gehäuse bestehen bleibt. Dies kann es anwendungsspezifisch erlauben, dass eine für einen Sensor, wie etwa einen MEMS-Sensor, optimal geeignete Messumgebung beziehungsweise optimal geeignete Messbedingungen vorliegen können.It can also be provided that the housing is designed to be airtight, preferably pressure-stable. This can mean, in particular, that at an atmospheric pressure present in the housing, no air exchange takes place with the atmosphere surrounding the housing or even that a desired vacuum present within the housing or an excess protective gas pressure present within the housing remains stable in the housing. Depending on the application, this can allow an optimally suitable measurement environment or optimally suitable measurement conditions to be present for a sensor, such as a MEMS sensor.

Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale der Sensoranordnung wird hiermit auf die Beschreibung der Verwendung, die Figuren und die Beschreibung der Figuren verwiesen.With regard to further advantages and technical features of the sensor arrangement, reference is hereby made to the description of the use, the figures and the description of the figures.

Dem Vorstehenden folgend wird die Verwendung einer Sensoranordnung wie vorstehend beschrieben zur Detektion einer Messung eines elektrischen Felds, insbesondere einer DC-E-Feld Messung und/oder einer AC-E-Feld-Messung beschrieben, also zur Detektion einer reinen DC-E-Feld Messung, einer reinen AC-E-Feld-Messung oder einer AC-E-Feld-Messung mit überlagertem DC-E-Feld.Following the foregoing, the use of a sensor arrangement as described above for detecting a measurement of an electric field, in particular a DC E-field measurement and/or an AC E-field measurement, i.e. for detecting a pure DC E-field is described measurement, a pure AC E-field measurement or an AC E-field measurement with a superimposed DC E-field.

Unter einer DC-E-Feld Messung wird dabei die Messung eines durch eine Gleichspannung erzeugten elektrischen Felds verstanden, wohingegen unter einer AC-E-Feld-Messung die Messung eines durch eine Wechselspannung erzeugten elektrischen Felds verstanden werden soll.A DC E-field measurement is understood to mean the measurement of an electric field generated by a direct voltage, whereas an AC E-field measurement is to be understood as the measurement of an electric field generated by an alternating voltage.

Der Vorteil der vorbeschriebenen Sensoranordnung kann dabei insbesondere darin gesehen werden, dass eine effektive Abschirmung des Sensors gegen äußere Einflüsse, wie etwa gegen mechanische Einflüsse oder gegen das Einwirken von Verschmutzungen, gegeben ist. Dadurch kann ein langzeitstabiler Betrieb in Kombination mit einem exakten Messergebnis erlaubt werden.The advantage of the sensor arrangement described above can be seen in particular in the fact that the sensor is effectively shielded against external influences, such as against mechanical influences or against the effects of contamination. This allows long-term stable operation in combination with an exact measurement result.

Darüber hinaus können die Vorteile insbesondere bei einer DC-E-Feld-Messung besonders ausgeprägt sein, da insbesondere bei einer derartigen Messung oftmals eine direkte Abdeckung des Sensors ein Gegenfeld erzeugt, das die Messung verfälschen oder sogar ganz verhindern beziehungsweise unbrauchbar machen kann. Dadurch, dass es möglich ist, auf eine derartige Abdeckung zu verzichten, die unmittelbar am Sensor angeordnet ist, kann die Verwendung einer vorbeschriebenen Sensoranordnung insbesondere für eine DC-E-Feld-Messung besonders vorteilhaft sein, da kein durch die Abdeckung bedingtes Gegenfeld erzeugt wird. Ferner kann der Sensor einfach im Aufbau und dadurch kostengünstig sein.In addition, the advantages can be particularly pronounced in a DC E-field measurement, since, particularly in such a measurement, a direct covering of the sensor often generates an opposing field that falsifies or even completely prevents the measurement can make it unusable. Because it is possible to dispense with such a cover, which is arranged directly on the sensor, the use of a previously described sensor arrangement can be particularly advantageous, in particular for a DC E-field measurement, since no opposing field caused by the cover is generated . Furthermore, the sensor can be simple in construction and therefore inexpensive.

Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale der Verwendung wird hiermit auf die Beschreibung der Sensoranordnung, die Figuren und die Beschreibung der Figuren verwiesen. With regard to further advantages and technical features of use, reference is hereby made to the description of the sensor arrangement, the figures and the description of the figures.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren und den zugehörigen Beispielen. In den Figuren zeigen:

1 schematisch eine Schnittansicht einer Ausgestaltung einer Sensoranordnung von der Seite;
2 schematisch ein Diagramm darstellend der Vorteil einer Erfindungsgemäßen Sensoranordnung gegenüber einer unmittelbar abgedeckten Sensoranordnung.

Further details, features and advantages of the subject matter of the invention result from the subclaims and from the following description of the figures and the associated examples. Show in the figures:

1 schematically a sectional view of an embodiment of a sensor arrangement from the side;
2 schematically a diagram showing the advantage of a sensor arrangement according to the invention compared to a directly covered sensor arrangement.

In der 1 ist schematisch eine Schnittansicht einer Ausgestaltung einer Sensoranordnung 10 von der Seite gezeigt.In the 1 A sectional view of an embodiment of a sensor arrangement 10 is shown schematically from the side.

Die Sensoranordnung 10 dient dem Detektieren eines durch einen elektrischen Leiter 12 hervorgerufenen elektrischen Felds 14.The sensor arrangement 10 is used to detect an electric field 14 caused by an electrical conductor 12.

Die Sensoranordnung 10 umfasst hierzu ein Gehäuse 16, in dem eine mit dem elektrischen Leiter 12 elektrisch leitend verbundene Messelektrode 18 angeordnet ist. Insbesondere kann das Gehäuse 16 luftdicht ausgestaltet sein, um vorzugsweise auch bei einem in dem Volumen 32 im Gehäuse 16 herrschenden Überdruck oder Unterdruck einen Gasaustausch mit der das Gehäuse 16 umgebenden Atmosphäre zu verhindern. Ferner kann das Gehäuse 16 zumindest teilweise mit elektrisch leitfähigen, etwa metallischen, Schirmbereichen versehen sein, die nicht im Detail gezeigt sind.For this purpose, the sensor arrangement 10 comprises a housing 16 in which a measuring electrode 18 which is electrically conductively connected to the electrical conductor 12 is arranged. In particular, the housing 16 can be designed to be airtight in order to preferably prevent gas exchange with the atmosphere surrounding the housing 16 even when there is excess pressure or negative pressure in the volume 32 in the housing 16. Furthermore, the housing 16 can be at least partially provided with electrically conductive, for example metallic, shielding areas, which are not shown in detail.

1 zeigt, dass die Messelektrode 18 mittels einer Schraube 20 als Befestigungsmittel an dem Leiter 12 befestigt ist, so dass die Messelektrode 18 auf einem dem Leiter 12 entsprechenden Potential liegt. Es ist ferner gezeigt, dass die Messelektrode 18 einen Elektrodenteil 22 aufweist, der eine flächige Ausdehnung aufweist. Dadurch kann das hervorgerufene elektrische Feld 14 homogenisiert werden, was besonders vorteilhafte Messbedingungen erlauben kann. 1 shows that the measuring electrode 18 is fastened to the conductor 12 by means of a screw 20 as a fastening means, so that the measuring electrode 18 is at a potential corresponding to the conductor 12. It is also shown that the measuring electrode 18 has an electrode part 22 which has a planar extent. As a result, the electric field 14 caused can be homogenized, which can allow particularly advantageous measurement conditions.

Weiterhin ist gezeigt, dass an der Messelektrode 18 beziehungsweise an dem Elektrodenteil 22 eine elektrisch isolierende Schicht 24 vorgesehen ist, die in Richtung eines Sensors 26 an der Messelektrode 18 angeordnet ist. Die elektrisch isolierende Schicht 24 ist beispielsweise als Folie aus Polyimid ausgestaltet.Furthermore, it is shown that an electrically insulating layer 24 is provided on the measuring electrode 18 or on the electrode part 22, which is arranged on the measuring electrode 18 in the direction of a sensor 26. The electrically insulating layer 24 is designed, for example, as a film made of polyimide.

Die gezeigte elektrisch isolierende Schicht 24 ermöglicht insbesondere einen sicheren, potentialgetrennten Aufbau, wodurch wiederum etwa Spannungsüberschläge zwischen Messelektrode 18 und Sensor 26 verhindert werden können.The electrically insulating layer 24 shown enables in particular a safe, electrically isolated structure, which in turn can prevent voltage flashovers between measuring electrode 18 and sensor 26.

Der Sensor 26 ist ebenfalls in dem Gehäuse 16 angeordnet. Durch den Sensor 26 ist das von der Messelektrode ausgehende elektrische Feld 14 detektierbar. Als solches kann der Sensor 26 beispielsweise auf dem Prinzip der Feldmühle basieren, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Insbesondere ist der Sensor 26 jedoch als MEMS-Sensor ausgebildet.The sensor 26 is also arranged in the housing 16. The electric field 14 emanating from the measuring electrode can be detected by the sensor 26. As such, the sensor 26 can, for example, be based on the principle of the field mill, but is not limited to this. In particular, however, the sensor 26 is designed as a MEMS sensor.

Dadurch, dass der Sensor 26 in dem Gehäuse 26 angeordnet ist, kann es möglich sein, auf eine unmittelbar an dem Sensor 26 vorgesehene Abdeckung zu verzichten. In anderen Worten kann es vorgesehen sein, dass der Sensor 26 eine Messanordnung aufweist, die zu der bezüglich des Sensors 26 äußeren Atmosphäre, also insbesondere dem Volumen 32 innerhalb des Gehäuses 16, freiliegt.Because the sensor 26 is arranged in the housing 26, it may be possible to dispense with a cover provided directly on the sensor 26. In other words, it can be provided that the sensor 26 has a measuring arrangement that is exposed to the external atmosphere with respect to the sensor 26, i.e. in particular the volume 32 within the housing 16.

Es ist ferner vorgesehen, dass der Sensor 26 mit einer auf einem Bezugspotential liegenden Elektrode 28, die als Referenzelektrode dient elektrisch verbunden ist. In der in 1 gezeigten Ausgestaltung ist die auf einem Bezugspotential liegende Elektrode 28 eine geerdete Elektrode 28.It is further provided that the sensor 26 is electrically connected to an electrode 28 which is at a reference potential and serves as a reference electrode. In the in 1 In the embodiment shown, the electrode 28 which is at a reference potential is a grounded electrode 28.

Es ist ferner gezeigt, dass der Sensor 26 von außerhalb des Gehäuses 16 für eine Datenkommunikation kontaktierbar. Hierzu ist eine Datenverbindung 30 vorgesehen, die als Datenschnittstelle dienen kann.It is also shown that the sensor 26 can be contacted from outside the housing 16 for data communication. For this purpose, a data connection 30 is provided, which can serve as a data interface.

Es kann ferner vorgesehen sein, dass in dem Gehäuse 16 ferner eine nicht im Detail gezeigte Verarbeitungselektronik angeordnet ist, die mit dem Sensor 26 für eine Datenkommunikation verbunden ist.It can also be provided that processing electronics, not shown in detail, are arranged in the housing 16 and are connected to the sensor 26 for data communication.

Durch die mögliche Integration einer Verarbeitungselektronik beziehungsweise Messelektronik in das Gehäuse 16 kann auch die Verarbeitungselektronik sicher und verlässlich gegen äußere Einflüsse geschützt werden. Beispiele für eine derartige Verarbeitungselektronik umfassen beispielsweise eine etwa analoge MEMS-Sensor-Signalaufbereitung, eine Abtastung, eine Digitalisierung, und/oder eine gegebenenfalls Microcontroller-gestützte Auswertung spezieller AC/DC-Messgrößen.Due to the possible integration of processing electronics or measuring electronics into the housing 16, the processing electronics can also be protected safely and reliably against external influences. Examples of such processing electronics include, for example, approximately analog MEMS sensor signal processing, scanning, digitization, and/or a possibly microcontroller-supported evaluation of special AC/DC measured variables.

In 2 ist der positive Effekt der vorliegenden Erfindung gezeigt.In 2 the positive effect of the present invention is shown.

In der 2 ist hierzu ein Diagramm gezeigt, bei dem auf der X-Achse die Zeit in Sekunden aufgetragen ist und bei dem auf der Y-Achse sie Spannung in Millivolt aufgeführt ist.In the 2 A diagram is shown in which the time is plotted in seconds on the X-axis and the voltage in millivolts is plotted on the Y-axis.

Dabei zeigen die Kurven A₁ und A₂ jeweils Kurven für einen MEMS-Sensor 28, der mit einer Glasabdeckung versehen ist und zeigen die Kurven B₁ und B₂ Kurven für einen MEMS-Sensor 28 ohne eine derartige Abdeckung, jeweils bei einer Messung eines E-Felds hervorgerufen durch eine Gleichspannung.The curves A ₁ and A ₂ each show curves for a MEMS sensor 28 that is provided with a glass cover and the curves B ₁ and B ₂ show curves for a MEMS sensor 28 without such a cover, each for a measurement E-field caused by a direct voltage.

Die Kurven A₁ und B₁ entsprechen dabei jeweils einem Gegenfeld, das insbesondere durch die Abdeckung hervorgerufen wird und die Kurven A₂ und B₂ entsprechen dabei jeweils dem detektierten Feld.The curves A ₁ and B ₁ each correspond to an opposing field, which is caused in particular by the cover, and the curves A ₂ and B ₂ each correspond to the detected field.

Es ist deutlich zu erkennen, dass bei einem MEMS-Sensor mit Abdeckung der Messstrukturen durch die Abdeckung ein signifikantes Gegenfeld erzeugt wird, das auch nach Ausschalten der an dem Leiter 14 anliegenden Spannung zwar abklingt aber noch vorhanden ist. Dieses Gegenfeld fehlt bei einem MEMS-Sensor 26 ohne Abdeckung völlig. Die Zeitachse hinsichtlich der Kurven A₁ und B₁ bezieht sich somit auf einen Zeitverlauf nach einem Ausschalten der Spannung.It can be clearly seen that in the case of a MEMS sensor with the measuring structures covered, the cover generates a significant opposing field, which decays but is still present even after the voltage applied to the conductor 14 is switched off. This opposing field is completely missing in a MEMS sensor 26 without a cover. The time axis with regard to curves A ₁ and B ₁ therefore refers to a time course after the voltage has been switched off.

Hinsichtlich der Kurven A₂ und B₂ ist zu erkennen, dass nach einem Einschalten der Spannung in dem Leiter 14 und bei konstanten Bedingungen das Messsignal bei einem MEMS-Sensor mit Abdeckung abklingt, eine Messung somit verfälscht beziehungsweise unmöglich wird. Demgegenüber bleibt das Messsignal bei einem MEMS-Sensor ohne Abdeckung konstant, was verlässliche Messbedingungen erlaubt. Die Zeitachse hinsichtlich der Kurven A₂ und B₂ bezieht sich somit auf einen Zeitverlauf nach einem Ausschalten der Spannung.With regard to curves A ₂ and B ₂ , it can be seen that after switching on the voltage in the conductor 14 and under constant conditions, the measurement signal decays in a MEMS sensor with a cover, and a measurement is therefore falsified or impossible. In contrast, the measurement signal remains constant with a MEMS sensor without a cover, which allows reliable measurement conditions. The time axis with regard to curves A ₂ and B ₂ therefore refers to a time course after the voltage has been switched off.

Eine hier beschriebene Sensoranordnung 10 ermöglicht somit deutliche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik.A sensor arrangement 10 described here thus enables significant advantages over the prior art.

Durch das Vorsehen des Sensors 26 und der Messelektrode 18 innerhalb des Gehäuses 16 kann ein vor Umwelteinflüssen, wie etwa vor Verschmutzungen, geschützter Betrieb des Sensors 26 möglich sein. Dies gilt auch für offene beziehungsweise nicht selbst geschützte Sensoren 26, insbesondere MEMS-Sensoren. Dies kann dabei möglich sein unter optimierten Kostenbedingungen.By providing the sensor 26 and the measuring electrode 18 within the housing 16, operation of the sensor 26 that is protected from environmental influences, such as contamination, can be possible. This also applies to open or not self-protected sensors 26, in particular MEMS sensors. This can be possible under optimized cost conditions.

Denn der Einsatz von einfachen und kostengünstigen MEMS-Sensoren mit eigenen Abdeckungen, wie etwa Glasabdeckungen, ist nicht notwendig. Dadurch entfällt auch bei der Herstellung der Sensoren 26 ein aufwendiger und teilweise herstellungskritischer Abdeck-Prozess bei der Fertigung der MEMS-Chips, wodurch somit die Herstellung der Sensoren 26 vereinfacht werden kann.The use of simple and inexpensive MEMS sensors with their own covers, such as glass covers, is not necessary. This also eliminates the need for a complex and sometimes production-critical covering process in the production of the sensors 26 in the production of the MEMS chips, which means that the production of the sensors 26 can be simplified.

Durch die Integration der Messelektrode 18, die ein elektrisches Feld 14 erzeugt, und des Sensors 26 in einem Gehäuse 16 kann ferner eine definierte Form des elektrischen Felds 14 direkt proportional zur Spannung ermöglicht werden. Dies erlaubt wiederum eine Sensorkalibrierung in der Fertigung. Eine Einbau-Justage des Sensors 26 etwa an der Endanwendung kann so entfallen, was die Anwendbarkeit des Sensors 26 weiter verbessern kann.By integrating the measuring electrode 18, which generates an electric field 14, and the sensor 26 in a housing 16, a defined shape of the electric field 14 can be made directly proportional to the voltage. This in turn allows sensor calibration in production. An installation adjustment of the sensor 26, for example at the end application, can be omitted, which can further improve the applicability of the sensor 26.

Ferner kann durch einfache konstruktive Variationen, wie beispielweise durch eine anwendungsspezifische Anpassung beziehungsweise Änderung des Abstands zwischen Messelektrode 18 und Sensor 26 eine einfache Anpassung an verschiedene Anwendungsbereiche beziehungsweise Spannungsbereiche ermöglicht werden.Furthermore, simple structural variations, such as an application-specific adjustment or change in the distance between measuring electrode 18 and sensor 26, make it possible to easily adapt to different areas of application or voltage ranges.

Durch die Vermeidung der durch die Sensor-Abdeckung bedingten Mess-/E-Feld Beeinflussung können so besonders vorteilhafte oder auch insbesondere grundsätzliche Voraussetzungen für eine hinreichend genaue DC-E-Feld-/Spanungsmessung ermöglicht werden, wie dies vorstehend mit Bezug auf 2 ausführlich und im Detail gezeigt ist.By avoiding the measurement/E-field influence caused by the sensor cover, particularly advantageous or even fundamental prerequisites for a sufficiently accurate DC E-field/voltage measurement can be made possible, as described above with reference to 2 is shown in detail and in detail.

Claims

Sensor arrangement (10) for detecting an electric field (14) caused by an electrical conductor (12), characterized in that the sensor arrangement (10) has a housing (16) in which an electrically conductively connectable to the electrical conductor (12). Measuring electrode (18) is arranged, the sensor arrangement (10) further comprising a sensor (26) with which an electric field (14) emanating from the measuring electrode (18) can be detected, the sensor (26) being at a reference potential lying electrode (28) can be electrically connected, wherein the sensor (26) is arranged in the housing (16), and wherein the sensor (269 can also be contacted from outside the housing (16) for data communication, characterized in that the measuring electrode (18) can be attached to the conductor (12) by means of a screw (20) as a fastening means, so that the measuring electrode (18) is at a potential corresponding to the conductor (12), the measuring electrode (18) having an electrode part (22) with a has a flat extent and wherein on the electrode part (22) there is an electrical insulating layer (24) is provided, which is arranged on the measuring electrode (18) in the direction of a sensor (26).

Sensor arrangement according to Claim 1 , characterized in that the sensor (26) is designed as a MEMS sensor.

Sensor arrangement according to Claim 2 , characterized in that the sensor (26) has a measuring arrangement which is exposed to the external atmosphere with respect to the sensor (26).

Sensor arrangement according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the housing (16) is designed to be airtight.

Sensor arrangement according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that the housing (16) is at least partially provided with electrically conductive shielding areas.

Sensor arrangement according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that processing electronics are also arranged in the housing (16), which are connected to the sensor (26) for data communication.

Sensor arrangement according to one of the Claims 1 until 6 , characterized in that the electrode (28) lying at a reference potential is a grounded electrode (28).

Sensor arrangement according to one of the Claims 1 until 7 , characterized in that the electrical conductor (12) is electrically conductively connected to the measuring electrode (18).

Use of a sensor arrangement (10) according to one of Claims 1 until 8th for detecting an electric field (14), in particular an electric field (14) generated by a direct voltage.