DE102020130626A1 - Sensor probe and point level sensor for determining the level of an electrically conductive fluid or granulate - Google Patents

Sensor probe and point level sensor for determining the level of an electrically conductive fluid or granulate Download PDF

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Jürgen Dorsch
Christoph Hepp
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Abstract

Die Erfindung umfasst eine Sensorsonde (1), mit:- einem im Wesentlichen planares Trägersubstrat (110), wobei das Trägersubstrat (110) eine Aussparung (111) aufweist, welche derart angeordnet ist, dass das Trägersubstrat (110) einen Basisbereich (112), einen ersten länglichen Bereich (113) und einen von dem ersten länglichen Bereich (113) beabstandeten und im Wesentlichen zum ersten länglichen Bereich parallel angeordneten zweiten länglichen Bereich (114) aufweist, wobei der erste längliche Bereich (113) und der zweite längliche Bereich (114) jeweils einen ersten Endbereich (115, 115') und einen zweiten Endbereich (116, 116') aufweisen, wobei der erste längliche Bereich (113) und der zweite längliche Bereich (114) derart ausgestaltet und angeordnet sind, dass die jeweils ersten Endbereiche (115, 115') in den Basisbereich (112) übergehen, dass die jeweils zweiten Endbereiche (116, 116') freiliegen und dass die zweiten Endbereiche (116, 116') sich gegenseitig nicht berühren;- einem auf einer Oberfläche des zweiten Endbereichs (116) des ersten länglichen Bereichs (113) aufgebrachte erste Messelektrodenstruktur (120);- einer auf einer Oberfläche des ersten länglichen Bereichs (113) aufgebrachte und von der ersten Messelektrodenstruktur (120) beabstandete und nicht auf dem zweiten Endbereich (116) aufgebrachte zweite Messelektrodenstruktur (130);- einer auf einer Oberfläche des zweiten länglichen Bereichs (114) aufgebrachte Masseelektrodenstruktur (140), sowie einen Grenzstandsensor (2), welcher eine Elektronikeinheit (220) und eine erfindungsgemäße Sensorsonde (1) aufweist.The invention comprises a sensor probe (1), with: - a substantially planar carrier substrate (110), the carrier substrate (110) having a recess (111) which is arranged in such a way that the carrier substrate (110) has a base region (112) , a first elongate portion (113) and a second elongate portion (114) spaced from the first elongate portion (113) and disposed substantially parallel to the first elongate portion, the first elongate portion (113) and the second elongate portion ( 114) each have a first end region (115, 115') and a second end region (116, 116'), the first elongate region (113) and the second elongate region (114) being designed and arranged in such a way that the respective first End areas (115, 115') merge into the base area (112), that the respective second end areas (116, 116') are exposed and that the second end areas (116, 116') do not touch one another; - one on ei - a first measuring electrode structure (120) applied to a surface of the second end region (116) of the first elongate region (113); - a first measuring electrode structure (120) applied to a surface of the first elongate region (113) and spaced from the first measuring electrode structure (120) and not on the second end region (116) applied second measuring electrode structure (130); - a ground electrode structure (140) applied to a surface of the second elongate area (114), and a point level sensor (2), which has an electronic unit (220) and a sensor probe (1) according to the invention.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensorsonde. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Grenzstandsensor zum Bestimmen eines Pegels eines elektrisch leitenden Fluids oder Granulats, welcher die erfindungsgemäße Sensorsonde aufweist.The invention relates to a sensor probe. Furthermore, the invention relates to a point level sensor for determining a level of an electrically conductive fluid or granulate, which has the sensor probe according to the invention.

Zur Bestimmung des Grenzstands eines Messmediums in einem Behälter, d.h. der Bestimmung, ob das Messmedium eine vorbestimmte Füllhöhe über-, bzw. unterschreitet sind sogenannte Grenzstandsensoren bekannt. Eine Detektion des Über, bzw. Unterschreitens des Grenzstands wird häufig mit Schwimmerschaltern durchgeführt, wie im Stand der Technik beschrieben. Der Nachteil dieser Methode besteht darin, dass mechanisch bewegte Teile verwendet werden. Diese weisen mitunter eine hohe Fehleranfälligkeit auf, insbesondere bei Flüssigkeiten, welche Partikeln oder Schlamm umfassen, was gegebenenfalls zu einem Ausfall des Sensors, bzw. einer Notwendigkeit der Reinigung des Sensors führt.So-called limit level sensors are known for determining the limit level of a measuring medium in a container, i.e. determining whether the measuring medium exceeds or falls below a predetermined filling level. A detection of exceeding or dropping below the limit level is often carried out with float switches, as described in the prior art. The disadvantage of this method is that mechanical moving parts are used. These sometimes have a high susceptibility to errors, particularly in the case of liquids which include particles or sludge, which may lead to a failure of the sensor or to the need to clean the sensor.

Im Stand der Technik sind weitere Arten zur Grenzstandmessung bekannt, beispielsweise eine Detektion des Über-, bzw. Unterschreiten des Grenzstands mittels vibronischen Schwinggabeln. Auch ist es bekannt, die Detektion des Über-, bzw. Unterschreiten des Grenzstands kontaktlos zu bestimmen, beispielsweise mittels Ultraschall- oder Radarverfahren, oder mittels kapazitiven und/oder optischen Messungen.Other types of limit level measurement are known in the prior art, for example detection of exceeding or falling below the limit level by means of vibronic tuning forks. It is also known to determine the detection of exceeding or falling below the limit level without contact, for example by means of ultrasonic or radar methods, or by means of capacitive and/or optical measurements.

Aus der Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen DE102019122701.1 ist ein als diskreter oder kontinuierlicher Grenzschalter verwendbares Sensorelement bekannt, welches per Änderung des Wärmeübertrags in die Umgebung detektieren kann, ob, bzw. zu welchem Grad, eine Kontaktfläche des Sensorelements mit einem Medium benetzt ist.From the patent application with the official file number DE102019122701.1 a sensor element that can be used as a discrete or continuous limit switch is known, which can detect whether, or to what extent, a contact surface of the sensor element is wetted with a medium by changing the heat transfer to the environment.

Heutige Grenzschalter sind nicht, oder nur bedingt, in Umgebungen mit rauen Umgebungsbedingungen (bspw. hinsichtlich der Temperatur und/oder des Drucks) geeignet. Oftmals sind diese wenig langzeitstabil (bspw. durch Beschädigungen durch die Umgebungsbedingungen) und/oder die Auswertung derer Messignale ist erschwert.Today's limit switches are not, or only partially, suitable in environments with harsh environmental conditions (e.g. with regard to temperature and/or pressure). These are often not very stable over the long term (e.g. due to damage caused by the environmental conditions) and/or the evaluation of their measurement signals is made more difficult.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichung anzugeben, mit deren Hilfe der Grenzstand eines Mediums, insbesondere eines elektrisch leitfähigen Fluids und/oder eines Granulats, auch in rauen Umgebungsbedingungen zuverlässig und über einen langen Zeitraum eingesetzt werden kann.The invention is therefore based on the object of specifying a device with the aid of which the limit level of a medium, in particular an electrically conductive fluid and/or a granulate, can be used reliably and over a long period of time even under harsh environmental conditions.

Die Aufgabe wird durch ein Sensorsonde gelöst, wobei die Sensorsonde umfasst:

  • - Ein im Wesentlichen planares Trägersubstrat, wobei das Trägersubstrat eine Aussparung aufweist, welche derart angeordnet ist, dass das Trägersubstrat einen Basisbereich, einen ersten länglichen Bereich und einen von dem ersten länglichen Bereich beabstandeten und im Wesentlichen zum ersten länglichen Bereich parallel angeordneten zweiten länglichen Bereich aufweist, wobei der erste längliche Bereich und der zweite längliche Bereich jeweils einen ersten Endbereich und einen zweiten Endbereich aufweisen, wobei der erste längliche Bereich und der zweite längliche Bereich derart ausgestaltet und angeordnet sind, dass die jeweils ersten Endbereiche in den Basisbereich übergehen, dass die jeweils zweiten Endbereich freiliegen und dass die zweiten Endbereiche sich gegenseitig nicht berühren;
  • - Eine auf einer Oberfläche des zweiten Endbereichs des ersten länglichen Bereichs aufgebrachte erste Messelektrodenstruktur;
  • - Eine auf einer Oberfläche des ersten länglichen Bereichs aufgebrachte und von der ersten Elektrode beabstandete und nicht auf dem zweiten Endbereich aufgebrachte zweite Messelektrodenstruktur;
  • - Eine auf einer Oberfläche des zweiten länglichen Bereichs aufgebrachte Masseelektrodenstruktur.
The task is solved by a sensor probe, the sensor probe comprising:
  • - A substantially planar carrier substrate, wherein the carrier substrate has a recess which is arranged such that the carrier substrate has a base region, a first elongate region and a second elongate region spaced from the first elongate region and arranged essentially parallel to the first elongate region , wherein the first elongate area and the second elongate area each have a first end area and a second end area, wherein the first elongate area and the second elongate area are designed and arranged in such a way that the respective first end areas merge into the base area that the respective second end portions are exposed and that the second end portions do not touch each other;
  • - a first measuring electrode structure deposited on a surface of the second end portion of the first elongate portion;
  • - a second sensing electrode pattern deposited on a surface of the first elongate portion and spaced from the first electrode and not deposited on the second end portion;
  • - A ground electrode pattern deposited on a surface of the second elongate region.

Die erfindungsgemäße Sensorsonde ist zu Verwendung in einem Grenzstandsensor zur Detektion eines Grenzstands eines elektrisch leitfähigen Mediums (Fluid oder Granulat) ausgestaltet. Das Design der Sensorsonde ist derart gewählt, dass diese in einen Behälter eingebracht werden kann. Eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Messelektrodenstruktur und der Masseelektrodenstruktur wird etabliert, wenn das sich das Medium in die Aussparung zwischen den beiden länglichen Bereichen befindet. Die zweite Messelektrodenstruktur dient dem Vermeiden von Fehlmessungen durch auf der Oberfläche des Trägersubstrat befindlichem Medium.The sensor probe according to the invention is designed for use in a limit level sensor for detecting a limit level of an electrically conductive medium (fluid or granulate). The sensor probe is designed in such a way that it can be placed in a container. An electrical connection between the first sense electrode structure and the ground electrode structure is established when the medium is in the gap between the two elongate portions. The second measuring electrode structure serves to avoid erroneous measurements due to the medium located on the surface of the carrier substrate.

Bedingt durch die Bauweise ist die Sensorsonde zum Einsatz in Applikationen mit rauen Umgebungsbedingungen, beispielsweise erhöhten Temperaturen, insbesondere bis mindestens 250 °C, und hohen Drücke, insbesondere bis mindestens 20 bar, auch über einen längeren Zeitraum geeignet.Due to the design, the sensor probe is suitable for use in applications with harsh environmental conditions, for example elevated temperatures, in particular up to at least 250° C., and high pressures, in particular up to at least 20 bar, even over a longer period of time.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensorsonde ist vorgesehen, dass erste längliche Bereich und der zweite längliche Bereich derart ausgestaltet sind, dass die zweiten Endbereiche in einer von den jeweiligen ersten Endbereichen abweisenden axialen Richtung konisch verjüngt sind. Dadurch wird das Abtropfen des zu messenden elektrisch leitfähigen Mediums begünstigt, falls das Medium Kontakt zu der Sensorsonde hat und anschließend der Pegel des Mediums wieder absinkt.According to an advantageous embodiment of the sensor probe according to the invention, it is provided that the first elongate area and the second elongate area are designed in such a way that the second end areas taper conically in an axial direction pointing away from the respective first end areas. This will drain the to measuring electrically conductive medium favored if the medium is in contact with the sensor probe and then the level of the medium drops again.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensorsonde ist vorgesehen, dass die erste Messelektrodenstruktur flächig auf dem zweiten Endbereich des ersten länglichen Bereichs aufgebracht ist, wobei die erste Messelektrodenstruktur eine Aussparung an dem vom ersten Endbereich abweisenden Ende des zweiten Endbereichs aufweist. Die erste Messelektrodenstruktur ist also im Bereich der Aussparung schmaler. Die konkrete Form der ersten Messelektrodenstruktur ist stark abhängig von den Einsatzbedingungen, insbesondere der elektrischen Leitfähigkeit des zu messenden Mediums. Experimentell hat sich gezeigt, dass durch Anbringen der Aussparung der ersten Messelektrodenstruktur die Hysterese bei der Messung verbessert wird, da der schmalere Bereich der ersten Messelektrodenstruktur eine gegenüber dem bereiten Bereich größere Oberfläche aufweist, wodurch eine größere Pegeländerung benötigt wird, um eine entsprechende Änderung eines Messsignals zu bewirken.According to an advantageous embodiment of the sensor probe according to the invention, it is provided that the first measuring electrode structure is applied flatly to the second end area of the first elongate area, the first measuring electrode structure having a cutout at the end of the second end area pointing away from the first end area. The first measuring electrode structure is therefore narrower in the area of the recess. The specific form of the first measuring electrode structure is highly dependent on the conditions of use, in particular the electrical conductivity of the medium to be measured. It has been shown experimentally that the hysteresis during the measurement is improved by providing the cutout of the first measuring electrode structure, since the narrower area of the first measuring electrode structure has a larger surface area than the wide area, which means that a larger level change is required to produce a corresponding change in a measurement signal to effect.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensorsonde ist vorgesehen, dass die Sensorsonde derart ausgestaltet ist, dass der Abstand zwischen dem ersten länglichen Bereich und dem zweiten länglichen Bereich kleiner ist als der Abstand zwischen der erster Messelektrodenstruktur und der zweiten Messelektrodenstruktur. Experimentell hat sich gezeigt, dass dadurch die Messgenauigkeit erhöht werden kann. Dies ist dadurch zu begründen, dass das Vorhandensein eines Fluids, bzw. eines Granulats, zwischen erster Elektrodenstruktur und Masseelektrodenstruktur durch ein Messsignal detektiert wird. Die zweite Messelektrodenstruktur verhindert hierbei Fehlmessungen über die feuchte, mit dem Fluid, benetzten Oberfläche des ersten länglichen Bereichs des Trägersubstrats. Da die zweite Messelektrodenstruktur mit einem zum Messsignal phasengleichen Signal beaufschlagt wird, kann, wenn an der ersten Messelektrodenstruktur die Messspannung sinkt, über die feuchte Oberfläche Strom von der zweiten Messelektrodenstruktur zu der ersten Messelektrodenstruktur fließen, was die Sensitivität reduziert. Dieser Effekt wird stärker, je kleiner die Distanz von der ersten zu der zweiten Messelektrodenstruktur im Verhältnis des Abstands der ersten Messelektrodenstruktur zu der Masseelektrodenstruktur ist.According to an advantageous embodiment of the sensor probe according to the invention, it is provided that the sensor probe is designed such that the distance between the first elongate area and the second elongate area is smaller than the distance between the first measuring electrode structure and the second measuring electrode structure. It has been shown experimentally that the measurement accuracy can be increased in this way. The reason for this is that the presence of a fluid or granulate between the first electrode structure and the ground electrode structure is detected by a measurement signal. In this case, the second measuring electrode structure prevents erroneous measurements via the moist surface, wetted with the fluid, of the first elongate region of the carrier substrate. Since the second measuring electrode structure is subjected to a signal that is in phase with the measuring signal, when the measuring voltage at the first measuring electrode structure drops, current can flow from the second measuring electrode structure to the first measuring electrode structure via the moist surface, which reduces the sensitivity. This effect becomes stronger the smaller the distance from the first to the second measuring electrode structure is in relation to the distance between the first measuring electrode structure and the ground electrode structure.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensorsonde ist vorgesehen, dass das Verhältnis des Abstands zwischen dem ersten länglichen Bereich und dem zweiten länglichen Bereich und dem Abstand zwischen der erster Messelektrodenstruktur und der zweiten Messelektrodenstruktur kleiner als 0,5 ist. Je kleiner das Verhältnis ausfällt, desto mehr verbessert sich die Messgenauigkeit, bzw. die Sensitivität.According to an advantageous embodiment of the sensor probe according to the invention, it is provided that the ratio of the distance between the first elongate area and the second elongate area and the distance between the first measuring electrode structure and the second measuring electrode structure is less than 0.5. The smaller the ratio, the more the measurement accuracy or sensitivity improves.

In einer ersten Variante der erfindungsgemäßen Sensorsonde ist vorgesehen, dass das Trägersubstrat aus einem Leiterplattenmaterial, insbesondere FR4 oder Rogers RO4350B , TLX8, oder andere für die jeweiligen Einsatzbedingungen geeignete Materialien besteht. Bei Verwendung einer Leiterplatte als Trägersubstrat können die elektrischen Leiterbahnen, welche die Messelektrodenstrukturen und die Masseelektrodenstruktur mit ihrem jeweiligen Kontaktpad verbinden, in einer Zwischenschicht der Leiterplatte unter der Oberfläche vorgesehen sein. So wird verhindert, dass das Medium die Leiterbahnen kontaktiert und zu Messfehlern führen kann.In a first variant of the sensor probe according to the invention, it is provided that the carrier substrate consists of a printed circuit board material, in particular FR4 or Rogers RO4350B , TLX8, or other materials appropriate to the conditions of use. If a printed circuit board is used as the carrier substrate, the electrical conductor tracks which connect the measuring electrode structures and the ground electrode structure to their respective contact pad can be provided in an intermediate layer of the printed circuit board below the surface. This prevents the medium from contacting the conductor tracks and causing measurement errors.

In einer zweiten Variante der erfindungsgemäßen Sensorsonde ist vorgesehen, dass das Trägersubstrat aus einem cofired keramischen Material, insbesondere LTCC oder HTCC, besteht.In a second variant of the sensor probe according to the invention, it is provided that the carrier substrate consists of a cofired ceramic material, in particular LTCC or HTCC.

In einer dritten Variante der erfindungsgemäßen Sensorsonde ist vorgesehen, dass das Trägersubstrat aus einem keramischen Material, insbesondere Al2O3, besteht.In a third variant of the sensor probe according to the invention, it is provided that the carrier substrate consists of a ceramic material, in particular Al 2 O 3 .

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der zweiten oder der dritten Variante der erfindungsgemäßen Sensorsonde ist vorgesehen, dass die erste Messelektrodenstruktur, die zweite Messelektrodenstruktur und die Masseelektrodenstruktur mittels einer Dickschichttechnik, insbesondere Siebdruck, oder mittels einer Dünnschichttechnik auf dem Trägersubstrat aufgebracht sind, insbesondere in einem gemeinsamen Fertigungsschritt. Beispiele für Dünnschichttechniken sind beispielsweise physikalische Gasphasenabscheidungsverfahren (PVD) wie beispielsweise Aufdampfen, Sputtern, etc., und chemische Gasphasenabscheidungsverfahren (PVD) wie beispielsweise die Atomlagenabscheidung.According to an advantageous embodiment of the second or the third variant of the sensor probe according to the invention, it is provided that the first measuring electrode structure, the second measuring electrode structure and the ground electrode structure are applied to the carrier substrate by means of thick-film technology, in particular screen printing, or by means of thin-film technology, in particular in a common production step. Examples of thin film techniques include physical vapor deposition (PVD) techniques such as evaporation, sputtering, etc., and chemical vapor deposition (PVD) techniques such as atomic layer deposition.

Bei der zweiten und der dritten Variante ist vorgesehen, dass die elektrischen Leiterbahnen, welche die Messelektrodenstrukturen und die Masseelektrodenstruktur mit ihrem jeweiligen Kontaktpad verbinden, auf der Oberfläche des Substrats aufgebracht und angeordnet sind, auf welcher sich die jeweilige Messelektrodenstruktur oder die Masseelektrodenstruktur befindet. Hierbei ist es erforderlich, dass oberhalb der elektrischen Leiterbahnen eine Schutzschicht aufgebracht ist, damit die elektrischen Leiterbahnen jederzeit frei von dem Medium sind. Die die erste Messelektrodenstruktur, die zweite Messelektrodenstruktur und die Masseelektrodenstruktur sind jedoch frei von der Schutzschicht.In the second and the third variant, it is provided that the electrical conductor tracks, which connect the measuring electrode structures and the ground electrode structure with their respective contact pad, are applied and arranged on the surface of the substrate on which the respective measuring electrode structure or the ground electrode structure is located. In this case, it is necessary for a protective layer to be applied above the electrical conductor tracks, so that the electrical conductor tracks are free of the medium at all times. However, the first sensing electrode pattern, the second sensing electrode pattern, and the ground electrode pattern are free of the protective layer.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensorsonde ist vorgesehen, dass die erste Messelektrodenstruktur, die zweite Messelektrodenstruktur und die Masseelektrodenstruktur aus einem metallischen Material, insbesondere Platin oder Gold, bestehen.According to an advantageous embodiment of the sensor probe according to the invention, it is provided that the first measuring electrode structure, the second measuring electrode structure and the ground electrode structure consist of a metallic material, in particular platinum or gold.

Des Weiteren wird die Aufgabe durch einen Grenzstandsensor zum Bestimmen eines Pegels eines elektrisch leitfähigen Fluids oder Granulats gelöst, wobei der Grenzstandsensor umfasst:

  • - Eine erfindungsgemäße Sensorsonde; und
  • - Eine Elektronikeinheit mit
    1. i. Einer Signalerzeugungsschaltung, wobei die Signalerzeugungsschaltung dazu ausgestaltet ist, die erste Messelektrodenstruktur mit einem ersten Wechselspannungssignal mit einer definierten Amplitude und einer definierten Frequenz zu beaufschlagen, wobei die Signalerzeugungsschaltung dazu ausgestaltet ist, die erste Messelektrodenstruktur mit einem zum ersten Wechselspannungssignal phasengleichen zweiten Wechselspannungssignal zu beaufschlagen;
    2. ii. Einer Signalaufbereitungsschaltung, wobei die Elektronikeinheit dazu ausgestaltet ist, ein Messsignal in Form eines elektrischen Stroms zwischen der ersten Messelektrodenstruktur und der Masselektrodenstruktur zu erfassen, wobei die Signalaufbereitungsschaltung dazu ausgestaltet ist, das Messsignal in einem definierten Frequenzbereich, welcher im Wesentlichen der Frequenz des ersten Wechselspannungssignals entspricht, zu filtern;
    3. iii. Einer Signalauswertungsschaltung, welche die Amplitude des Messsignals erfasst und bei Überschreiten oder Unterschreiten eines vorbestimmten Werts der Amplitude des Messsignals ein Signal ausgibt.
Furthermore, the object is achieved by a limit level sensor for determining a level of an electrically conductive fluid or granulate, the limit level sensor comprising:
  • - A sensor probe according to the invention; and
  • - An electronics unit with
    1. i. A signal generation circuit, wherein the signal generation circuit is designed to apply a first AC voltage signal with a defined amplitude and a defined frequency to the first measuring electrode structure, wherein the signal generation circuit is designed to apply a second AC voltage signal that is in phase with the first AC voltage signal to the first measuring electrode structure;
    2. ii. A signal processing circuit, the electronics unit being designed to detect a measurement signal in the form of an electric current between the first measuring electrode structure and the ground electrode structure, the signal processing circuit being designed to record the measurement signal in a defined frequency range which essentially corresponds to the frequency of the first AC voltage signal , to filter;
    3. iii. A signal evaluation circuit which detects the amplitude of the measurement signal and outputs a signal when the amplitude of the measurement signal exceeds or falls below a predetermined value.

Der erfindungsgemäße Grenzstandsensor erlaubt ein Zuverlässiges Detektieren eines Grenzstands des Mediums, also des elektrisch leitfähigen Fluids oder Granulats. The limit level sensor according to the invention allows a limit level of the medium, ie the electrically conductive fluid or granulate, to be reliably detected.

Befindet sich Medium in der Aussparung zwischen den beiden länglichen Bereichen - hat also der Pegel des Mediums den Grenzstandsensor erreicht - so ändert sich die Amplitude des Messsignals. Konkret verringert sich die zwischen der ersten Messelektrodenstruktur und der Masseelektrodenstruktur anliegenden Spannung, bzw. ist ein Stromfluss zwischen der Messelektrodenstruktur und der Masseelektrodenstruktur messbar.If there is medium in the gap between the two elongated areas - i.e. the level of the medium has reached the point level sensor - the amplitude of the measuring signal changes. Specifically, the voltage present between the first measuring electrode structure and the ground electrode structure decreases, or a current flow between the measuring electrode structure and the ground electrode structure can be measured.

Mittels der zweiten Messelektrodenstruktur lassen sich Fehlmessungen durch auf der Oberfläche des Trägersubstrat befindlichem Medium verhindern: Die zweite Messelektrodenstruktur wird mit einem zum ersten Wechselspannungssignal phasengleichen zweiten Wechselspannungssignal beaufschlagt. Dadurch können Kriechströme über die Oberfläche des Trägersubstrats von der ersten Messelektrodenstruktur zur Masseelektrodenstruktur durch das an der zweiten Messelektrodenstruktur anliegende phasengleiche Signal abgefangen und somit kompensiert werden.The second measuring electrode structure can be used to prevent incorrect measurements caused by the medium present on the surface of the carrier substrate: the second measuring electrode structure is subjected to a second AC voltage signal that is in phase with the first AC voltage signal. As a result, leakage currents across the surface of the carrier substrate from the first measuring electrode structure to the ground electrode structure can be intercepted and thus compensated for by the in-phase signal present at the second measuring electrode structure.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Grenzstandsensors ist vorgesehen, dass die Signalerzeugungsschaltung dazu ausgestaltet ist, das erste Wechselspannungssignal und das zweite Wechselspannungssignal als periodisches Signal, insbesondere als Rechtecksignal oder Sinussignal, zu generieren. Die Verwendung eines periodischen Wechselspannungssignals verhindert eine Elektrolyse des Mediums, welche beispielsweise bei einem Gleichspannungssignal auftreten könnte.According to an advantageous embodiment of the point level sensor according to the invention, it is provided that the signal generation circuit is designed to generate the first AC voltage signal and the second AC voltage signal as a periodic signal, in particular as a square-wave signal or sinusoidal signal. The use of a periodic AC voltage signal prevents electrolysis of the medium, which could occur with a DC voltage signal, for example.

Im Falle, dass als Fluid Wasser verwendet wird, kann vorgesehen sein, dass die die definierte Frequenz zwischen 10 Hz bis mehreren hundert kHz liegt, bevorzugt 1 kHz. Die beaufschlagte Frequenz ist jedoch recht unkritisch und hat auf die eigentliche Messung kaum Einfluss. Jedoch erleichtern Frequenzen im genannten Frequenzbereich die Erzeugung der Signale. Ebenso sind Störungen (durch Ein- und Abstrahlung) durch die Umgebung reduziert. Bei Verwendung von Wasser als Fluid ist die definierte Amplitude kleiner als 1 V ist, bevorzugt 0,9 V. Durch diese Dimensionierung der Amplitude sind Elektrolyse und Korrosion wesentlich reduziert. If water is used as the fluid, it can be provided that the defined frequency is between 10 Hz and several hundred kHz, preferably 1 kHz. However, the applied frequency is quite uncritical and has hardly any influence on the actual measurement. However, frequencies in the frequency range mentioned make it easier to generate the signals. Disturbances (through ingress and emanation) from the environment are also reduced. When water is used as the fluid, the defined amplitude is less than 1 V, preferably 0.9 V. This dimensioning of the amplitude significantly reduces electrolysis and corrosion.

Diese maximal verwendbaren Amplitudenwerte sind allgemein gesprochen so gewählt, dass eine Überspannung an der ersten Messelektrodenstruktur und an der Masseelektrodenstruktur verhindert wird. Die konkreten Überspannungswerte sind abhängig von dem Material der ersten Messelektrodenstruktur und der Masseelektrodenstruktur, sowie von dem verwendeten Fluid, und sind aus der einschlägigen Literatur bekannt.Generally speaking, these maximum usable amplitude values are selected in such a way that an overvoltage at the first measurement electrode structure and at the ground electrode structure is prevented. The specific overvoltage values depend on the material of the first measuring electrode structure and the ground electrode structure, as well as on the fluid used, and are known from the relevant literature.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Grenzstandsensors ist vorgesehen, dass der Grenzstandsensor ein Gehäuse aufweist, in welchem sich die Elektronikeinheit befindet, wobei die Sensorsonde derart angeordnet wird, dass sich der Basisbereich zumindest teilweise in dem Gehäuse befindet und dass sich der erste längliche Bereich und der zweite längliche Bereich außerhalb des Gehäuses befinden, wobei eine Dichtung vorgesehen ist, welche derart am Gehäuse angebracht ist, dass das Innere des Gehäuses bei In-Kontakt-Bringen des Grenzstandsensors mit dem elektrisch leitenden Fluid oder Granulat frei von dem elektrisch leitenden Fluid oder Granulat ist. Da das Medium, also das elektrisch leitende Fluid oder Granulat, mitunter unter hohem Druck steht, kann dadurch die empfindliche Elektronikeinheit und insbesondere die elektrischen Kontaktierungen des Grenzstandsensors vor Beschädigungen geschützt werden.According to an advantageous embodiment of the point level sensor according to the invention, it is provided that the point level sensor has a housing in which the electronics unit is located, with the sensor probe being arranged in such a way that the base area is at least partially in the housing and that the first elongated area and the second elongate area are located outside of the housing, a seal being provided which is attached to the housing in such a way that the interior of the housing is free of the electrically conductive fluid or granules when the point level sensor is brought into contact with the electrically conductive fluid or granules . Since that If the medium, ie the electrically conductive fluid or granulate, is sometimes under high pressure, the sensitive electronics unit and in particular the electrical contacts of the point level sensor can be protected from damage.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen

  • 1: ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensorsonde;
  • 2: ein Ausführungsbeispiel eines Grenzstandsensors, welcher die Sensorsonde enthält.
The invention is explained in more detail with reference to the following figures. Show it
  • 1 : an embodiment of a sensor probe according to the invention;
  • 2 : an embodiment of a point level sensor, which contains the sensor probe.

In 1 ist skizzenhaft eine Draufsicht auf eine Ausführung einer erfindungsgemäße Sensorsonde 1 abgebildet. Die Sensorsonde 1 lässt sich grob in drei Bereiche einteilen: Ein Basisbereich 112, einen an den Basisbereich 112 angrenzenden ersten länglichen Bereich 113 und einen an den Basisbereich 112 angrenzenden zweiten länglichen Bereich 114. Der erste und der zweite längliche Bereich 113, 114 sind derart in Bezug auf den Basisbereich 112 angeordnet, dass sich zwischen den länglichen Bereichen 113, 114 eine Aussparung 111 befindet.In 1 a top view of an embodiment of a sensor probe 1 according to the invention is shown as a sketch. The sensor probe 1 can be roughly divided into three areas: a base area 112, a first elongate area 113 adjoining the base area 112, and a second elongate area 114 adjoining the base area 112. The first and second elongate areas 113, 114 are in Arranged with respect to the base portion 112 such that there is a recess 111 between the elongated portions 113,114.

Die Sensorsonde besteht aus einem im Wesentlichen planaren Trägersubstrat 110. Dieses Trägersubstrat 110 kann aus einem Leiterplattenmaterial, beispielsweise FR4, Rogers RO4350B , oder TLX8, o.ä., oder aus einem keramischen, bzw. cofired keramischen Material bestehen. Alternativ kann das Trägersubstrat auch aus einem Halbleitermaterial oder aus einem metallischen Material, welches eine Isolation aufweist, bestehen.The sensor probe consists of an essentially planar carrier substrate 110. This carrier substrate 110 can be made of a printed circuit board material, for example FR4, Rogers RO4350B , or TLX8, or similar, or consist of a ceramic or cofired ceramic material. Alternatively, the carrier substrate can also consist of a semiconductor material or of a metallic material which has insulation.

Auf die Oberfläche des Trägersubstrats 110 im ersten länglichen Bereich 113 sind eine erste Messelektrodenstruktur 120 und eine zweite Messelektrodenstruktur 130 aufgebracht. Das Aufbringungsverfahren und das Material der ersten Messelektrodenstruktur 120, bzw. der zweiten Messelektrodenstruktur 130 werden entsprechend des verwendeten Materials des Trägersubstrats gewählt.A first measuring electrode structure 120 and a second measuring electrode structure 130 are applied to the surface of the carrier substrate 110 in the first elongate region 113 . The application method and the material of the first measuring electrode structure 120 and the second measuring electrode structure 130 are selected according to the material used for the carrier substrate.

Besteht das Trägersubstrat 110 beispielsweise aus einem keramischen Material, so können die erste Messelektrodenstruktur 120 und eine zweite Messelektrodenstruktur 130 per Dickschicht- oder Dünnschichtverfahren aufgebracht werden. Als Material eignet sich in diesem Fall ein metallisches Material, bspw. Platin.If the carrier substrate 110 consists of a ceramic material, for example, then the first measuring electrode structure 120 and a second measuring electrode structure 130 can be applied using thick-film or thin-film processes. In this case, a metallic material, for example platinum, is suitable as the material.

Auf die Oberfläche des Trägersubstrats 110 im zweiten länglichen Bereich 114 ist eine Masseelektrodenstruktur 140 aufgebracht. Das Aufbringungsverfahren und das Material der Masseelektrodenstruktur 140 entspricht dem der ersten Messelektrodenstruktur 120 und eine zweiten Messelektrodenstruktur 130.A ground electrode structure 140 is applied to the surface of the carrier substrate 110 in the second elongate region 114 . The application method and the material of the ground electrode structure 140 corresponds to that of the first measuring electrode structure 120 and a second measuring electrode structure 130.

In einem Endbereich des Basisbereichs 112 ist je ein Kontaktpad 121, 131, 141 für jede der Elektrodenstrukturen 120, 130, 140 aufgebracht. Das Kontaktpad 121 ist der ersten Messelektrodenstruktur 120 zugeordnet. Das Kontaktpad 131 ist der zweiten Messelektrodenstruktur 130 zugeordnet. Das Kontaktpad 141 ist der Masseelektrodenstruktur 140 zugeordnet. Über (nicht abgebildete) elektrische Leiterbahnen sind die Kontaktpads 121, 131, 141 mit den entsprechenden Elektrodenstrukturen 120, 130, 140 verbunden. Im Falle, dass ein Leiterplattenmaterial als Trägersubstrat 110 verwendet wird, sind die elektrischen Leiterbahnen in einer Zwischenschicht der Leiterplatte unter der Oberfläche vorgesehen sein.A contact pad 121 , 131 , 141 for each of the electrode structures 120 , 130 , 140 is applied in an end area of the base area 112 . The contact pad 121 is assigned to the first measurement electrode structure 120 . The contact pad 131 is assigned to the second measurement electrode structure 130 . The contact pad 141 is associated with the ground electrode structure 140 . The contact pads 121, 131, 141 are connected to the corresponding electrode structures 120, 130, 140 via electrical conductor tracks (not shown). In the event that a printed circuit board material is used as the carrier substrate 110, the electrical conductor tracks are to be provided in an intermediate layer of the printed circuit board below the surface.

Im Falle, dass ein keramisches Material für das Trägersubstrat 110 verwendet wird, sind die elektrischen Leiterbahnen auf der Oberfläche des Substrats aufgebracht. Die Leiterbahn der ersten Messelektrodenstruktur 120 ist derart angeordnet, dass sie, falls notwendig, um die zweite Messelektrodenstruktur 130 herumgeführt wird. Alternativ sind die Leiterbahnen auf der anderen Seite des Trägersubstrats 110 aufgebracht. Es ist erforderlich, dass oberhalb der elektrischen Leiterbahnen eine Schutzschicht aufgebracht ist, damit die elektrischen Leiterbahnen jederzeit frei von dem Medium sind. Die erste Messelektrodenstruktur 120, die zweite Messelektrodenstruktur 130 und die Masseelektrodenstruktur 140 sind jedoch frei von der Schutzschicht.If a ceramic material is used for the carrier substrate 110, the electrical conductor tracks are applied to the surface of the substrate. The conductor track of the first measuring electrode structure 120 is arranged in such a way that it is routed around the second measuring electrode structure 130, if necessary. As an alternative, the conductor tracks are applied to the other side of the carrier substrate 110 . It is necessary for a protective layer to be applied above the electrical conductor tracks so that the electrical conductor tracks are free of the medium at all times. However, the first sensing electrode pattern 120, the second sensing electrode pattern 130 and the ground electrode pattern 140 are free of the protective layer.

Die zweiten Endbereiche 116, 116' der länglichen Bereiche 113, 114 sind derart ausgestaltet, dass die konusförmig zulaufen. Nach Eintauchen und Austauchen der länglichen Bereiche 113, 114 in das Medium verbessert diese Form das Abtropfen des Mediums, so dass nur geringe Mengen des Mediums auf den länglichen Bereichen 113, 114 verbleiben.The second end regions 116, 116' of the elongated regions 113, 114 are designed in such a way that they taper in a conical manner. After the elongate areas 113, 114 have been immersed and removed in the medium, this shape improves the drainage of the medium, so that only small amounts of the medium remain on the elongate areas 113, 114.

Die erste Messelektrodenstruktur weist 120 eine Aussparung 122 an dem vom ersten Endbereich 115 abweisenden Ende des zweiten Endbereichs 116 auf. Durch diese Aussparung kann eine (falls gewünschte) Hysterese vergrößert oder angepasst werden.The first measuring electrode structure has 120 a cutout 122 at the end of the second end region 116 facing away from the first end region 115 . A hysteresis (if desired) can be increased or adjusted through this recess.

Die Sensorsonde ist zum Einbau in einen Grenzstandsensor 2 vorgesehen. Ein Beispiel für einen solchen Grenzstandsensor 2 ist in 2 gezeigt. Hierbei wird die Sensorsonde in ein Gehäuse 210 eingesetzt. Eine Dichtung 211 im Gehäuse 210 verhindert, dass das Medium in das Innere des Gehäuses 210 eindringen kann.The sensor probe is intended for installation in a point level sensor 2. An example of such a point level sensor 2 is in 2 shown. In this case, the sensor probe is inserted into a housing 210 . A seal 211 in the housing 210 prevents the medium from penetrating into the interior of the housing 210 .

Im Gehäuse ist eine Elektronikeinheit 220 vorgesehen, welche über die Kontaktpads 121, 131, 141 die entsprechenden Elektrodenstrukturen 120, 130, 140 kontaktiert. An electronics unit 220 is provided in the housing, which contacts the corresponding electrode structures 120 , 130 , 140 via the contact pads 121 , 131 , 141 .

Die Elektronikeinheit 220 besteht aus einer Signalerzeugungsschaltung, einer Signalaufbereitungsschaltung und einer Signalauswertungsschaltung.The electronics unit 220 consists of a signal generation circuit, a signal processing circuit and a signal evaluation circuit.

Die Signalerzeugungsschaltung ist dazu ausgestaltet, die erste Messelektrodenstruktur 120 mit einem ersten Wechselspannungssignal mit einer definierten Amplitude und einer definierten Frequenz zu beaufschlagen. Die zweite Messelektrodenstruktur 130 wird hierbei von der Signalerzeugungsschaltung mit einem zum ersten Wechselspannungssignal phasengleichen zweiten Wechselspannungssignal beaufschlagt. Bei dem ersten Wechselspannungssignal handelt es sich beispielsweise um ein Rechtecksignal, welches eine Frequenz von ca. 1 KHz bei einer Amplitude von ca. 0,9 V hat. Der Wert der Amplitude hat sich für Wasser als zu detektierendes Fluid als optimal herausgestellt. In Abhängigkeit der Anwendungsfälle kann jedoch ein, insbesondere für die Frequenz, weiter Wertebereich verwendet werden.The signal generation circuit is designed to apply a first AC voltage signal with a defined amplitude and a defined frequency to the first measuring electrode structure 120 . In this case, the second measuring electrode structure 130 is acted upon by the signal generation circuit with a second AC voltage signal which is in phase with the first AC voltage signal. The first AC voltage signal is, for example, a square-wave signal which has a frequency of approximately 1 kHz and an amplitude of approximately 0.9 V. The value of the amplitude has turned out to be optimal for water as the fluid to be detected. Depending on the application, however, a wide range of values, in particular for the frequency, can be used.

Die Signalaufbereitungsschaltung ist dazu ausgestaltet, ein Messsignal in Form eines elektrischen Stroms oder einer elektrischen Spannung zwischen der ersten Messelektrodenstruktur 120 und der Masseelektrodenstruktur 140 zu erfassen. Die Signalaufbereitungsschaltung weist ein Filterelement auf, mit dessen Hilfe das Messsignal in einem definierten Frequenzbereich, in diesem Fall um 1 kHz herum, gefiltert wird. Dadurch können Störsignale herausgefiltert werden. Außerdem wird das gefilterte Signal verstärkt.The signal conditioning circuit is designed to acquire a measurement signal in the form of an electrical current or an electrical voltage between the first measurement electrode structure 120 and the ground electrode structure 140 . The signal processing circuit has a filter element, which is used to filter the measurement signal in a defined frequency range, in this case around 1 kHz. This allows interference signals to be filtered out. In addition, the filtered signal is amplified.

Das gefilterte und verstärkte Messsignal wird der Signalauswertungsschaltung zugeführt. Diese bestimmt die Amplitude des Messsignals und vergleicht diese mit einem vorbestimmten Wert. Der vorbestimmte Wert ist in der Schaltung einstellbar, beispielsweise mittels einer Kalibration (bei Verwendung verschiedener Medien) oder eines Festwiderstands (falls nur das Verwenden eines einzigen bestimmten Mediums vorgesehen ist. Bei der Auswertung wird die Ansprechgeschwindigkeit verschiedener Medien berücksichtigt. So ist es möglich, dass bestimmte Medien erst nach einiger Zeit das finale Messsignal liefern. Es kann vorgesehen sein, dass vor der Auswertung erst einige Zeit, beispielsweise einige Sekunden, abgewartet wird. Im Falle, dass die Amplitude des Messsignals den vorbestimmten Wert unterschreitet (bei Messen der Spannung) oder überschreitet (bei Messen des Stroms), wird ein Signal ausgegeben, welches das Erreichen des Grenzstands anzeigt. Konkret weist die Signalauswerteschaltung hierfür ein Schalterelement auf, welche bei Über- oder Unterschreiten des vorgegebenen Werts den Ausgang auf „1“, bzw. „High“ schaltet.The filtered and amplified measurement signal is fed to the signal evaluation circuit. This determines the amplitude of the measurement signal and compares it with a predetermined value. The predetermined value can be set in the circuit, for example by means of a calibration (when using different media) or a fixed resistor (if only a single specific medium is to be used. During the evaluation, the response speed of different media is taken into account. It is thus possible that certain media only deliver the final measurement signal after some time. Provision can be made for waiting some time, for example a few seconds, before the evaluation. In the event that the amplitude of the measurement signal falls below the predetermined value (when measuring the voltage) or exceeds (when measuring the current), a signal is output which indicates that the limit level has been reached. Specifically, the signal evaluation circuit has a switch element for this purpose, which sets the output to "1" or "High" if the specified value is exceeded or not reached. switches.

Zum Aufnehmen der Messung wird der Grenzstandsensor 2 an einem Behälter, z. B. einem Tank auf der Höhe des zu detektierenden Grenzstands angebracht. Mittels elektronischer Leitungen 230 wird der Grenzstandsensor an die Stromversorgung und an die Steuerung angeschlossen. Berührt das Medium den Grenzstandsensor, so füllt dieses die Aussparung 111, so dass ein erhöhter Stromfluss zwischen der ersten Messelektrodenstruktur 120 und der Masseelektrodenstruktur 140 vorliegt. Über die elektronischen Leitungen 230 sendet die Signalauswertungsschaltung das Signal an die Steuereinheit, welche entsprechend Maßnahmen treffen kann.To record the measurement, the point level sensor 2 is attached to a container, e.g. B. attached to a tank at the height of the limit level to be detected. The point level sensor is connected to the power supply and to the controller by means of electronic lines 230 . If the medium touches the point level sensor, it fills the recess 111 so that there is an increased current flow between the first measuring electrode structure 120 and the ground electrode structure 140 . The signal evaluation circuit sends the signal via the electronic lines 230 to the control unit, which can take appropriate measures.

Mittels der zweiten Messelektrodenstruktur 130 lassen sich Fehlmessungen durch eventuell auf der Oberfläche des Trägersubstrat 110 befindlichem Medium verhindern: Durch Beaufschlagen mit dem phasengleichen zweiten Wechselspannungssignal können Kriechströme zwischen der ersten Messelektrodenstruktur 120 und der Masseelektrodenstruktur 140 kompensiert werden.The second measuring electrode structure 130 can be used to prevent incorrect measurements caused by any medium present on the surface of the carrier substrate 110: Leakage currents between the first measuring electrode structure 120 and the ground electrode structure 140 can be compensated for by applying the in-phase second AC voltage signal.

BezugszeichenlisteReference List

11
Sensorsondesensor probe
110110
Trägersubstratcarrier substrate
111111
Aussparungrecess
112112
Basisbereichbase area
113113
erster länglicher Bereichfirst elongated area
114114
zweiter länglicher Bereichsecond elongated area
115, 115'115, 115'
erste Endbereichefirst end areas
116, 116'116, 116'
zweite Endbereichesecond end areas
120120
erste Messelektrodenstrukturfirst measuring electrode structure
121121
Kontaktpad der ersten MesselektrodenstrukturContact pad of the first measuring electrode structure
122122
Aussparung der ersten MesselektrodenstrukturRecess of the first measuring electrode structure
130130
zweite Messelektrodenstruktursecond measuring electrode structure
131131
Kontaktpad der zweiten MesselektrodenstrukturContact pad of the second measuring electrode structure
140140
Masseelektrodenstrukturground electrode structure
141141
Kontaktpad der MasseelektrodenstrukturContact pad of the ground electrode structure
22
Grenzstandsensorlevel sensor
210210
GehäuseHousing
211211
Dichtungpoetry
220220
Elektronikeinheitelectronics unit
230230
elektronische Leitungenelectronic lines

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102019122701 [0004]DE 102019122701 [0004]
  • RO 4350 B [0014, 0030]RO 4350 B [0014, 0030]

Claims (13)

Sensorsonde (1) für einen Grenzstandsensor (2), umfassend: - Ein im Wesentlichen planares Trägersubstrat (110), wobei das Trägersubstrat (110) eine Aussparung (111) aufweist, welche derart angeordnet ist, dass das Trägersubstrat (110) einen Basisbereich (112), einen ersten länglichen Bereich (113) und einen von dem ersten länglichen Bereich (113) beabstandeten und im Wesentlichen zum ersten länglichen Bereich parallel angeordneten zweiten länglichen Bereich (114) aufweist, wobei der erste längliche Bereich (113) und der zweite längliche Bereich (114) jeweils einen ersten Endbereich (115, 115') und einen zweiten Endbereich (116, 116') aufweisen, wobei der erste längliche Bereich (113) und der zweite längliche Bereich (114) derart ausgestaltet und angeordnet sind, dass die jeweils ersten Endbereiche (115, 115') in den Basisbereich (112) übergehen, dass die jeweils zweiten Endbereiche (116, 116') freiliegen und dass die zweiten Endbereiche (116, 116') sich gegenseitig nicht berühren; - Eine auf einer Oberfläche des zweiten Endbereichs (116) des ersten länglichen Bereichs (113) aufgebrachte erste Messelektrodenstruktur (120); - Eine auf einer Oberfläche des ersten länglichen Bereichs (113) aufgebrachte und von der ersten Messelektrodenstruktur (120) beabstandete und nicht auf dem zweiten Endbereich (116) aufgebrachte zweite Messelektrodenstruktur (130); - Eine auf einer Oberfläche des zweiten länglichen Bereichs (114) aufgebrachte Masseelektrodenstruktur (140).Sensor probe (1) for a point level sensor (2), comprising: - A substantially planar carrier substrate (110), wherein the carrier substrate (110) has a recess (111) which is arranged such that the carrier substrate (110) has a base region (112), a first elongate region (113) and one of a second elongate portion (114) spaced from said first elongate portion (113) and substantially parallel to said first elongate portion, said first elongate portion (113) and said second elongate portion (114) each having a first end portion (115, 115' ) and a second end region (116, 116'), wherein the first elongate region (113) and the second elongate region (114) are designed and arranged in such a way that the respective first end regions (115, 115') fit into the base region ( 112) that the respective second end regions (116, 116') are exposed and that the second end regions (116, 116') do not touch one another; - a first measuring electrode structure (120) deposited on a surface of the second end portion (116) of the first elongate portion (113); - a second sensing electrode structure (130) applied to a surface of the first elongate portion (113) and spaced from the first sensing electrode structure (120) and not applied to the second end portion (116); - a ground electrode structure (140) deposited on a surface of the second elongate region (114). Sensorsonde (1) nach Anspruch 1, wobei der erste längliche Bereich (113) und der zweite längliche Bereich (114) derart ausgestaltet sind, dass die zweiten Endbereiche (116, 116') in einer von den jeweiligen ersten Endbereichen (115, 115') abweisenden axialen Richtung konisch verjüngt sind.sensor probe (1) after claim 1 wherein the first elongate portion (113) and the second elongate portion (114) are configured such that the second end portions (116, 116') are tapered in an axial direction away from the respective first end portions (115, 115'). . Sensorsonde (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Messelektrodenstruktur (120) flächig auf dem zweiten Endbereich (116) des ersten länglichen Bereichs (113) aufgebracht ist, wobei die erste Messelektrodenstruktur (120) eine Aussparung (122) an dem vom ersten Endbereich (115) abweisenden Ende des zweiten Endbereichs (116) aufweist.sensor probe (1) after claim 1 or 2 , wherein the first measuring electrode structure (120) is applied areally to the second end area (116) of the first elongate area (113), wherein the first measuring electrode structure (120) has a cutout (122) at the end of the second end area that faces away from the first end area (115). Has end portion (116). Sensorsonde (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sensorsonde derart ausgestaltet ist, dass der Abstand zwischen dem ersten länglichen Bereich (113) und dem zweiten länglichen Bereich (114) kleiner ist als der Abstand zwischen der erster Messelektrodenstruktur (120) und der zweiten Messelektrodenstruktur (130).Sensor probe (1) according to at least one of the preceding claims, wherein the sensor probe is designed in such a way that the distance between the first elongate area (113) and the second elongate area (114) is smaller than the distance between the first measuring electrode structure (120) and the second sensing electrode structure (130). Sensorsonde (1) nach Anspruch 4, wobei das Verhältnis des Abstands zwischen dem ersten länglichen Bereich (113) und dem zweiten länglichen Bereich (114) und dem Abstand zwischen der ersten Messelektrodenstruktur (120) und der zweiten Messelektrodenstruktur (130) kleiner als 0,5 ist.sensor probe (1) after claim 4 , wherein the ratio of the distance between the first elongate region (113) and the second elongate region (114) and the distance between the first measurement electrode structure (120) and the second measurement electrode structure (130) is less than 0.5. Sensorsonde (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Trägersubstrat (110) aus einem Leiterplattenmaterial, insbesondere FR4, Rogers RO4350B, oder TLX8, besteht.Sensor probe (1) according to at least one of the preceding claims, wherein the carrier substrate (110) consists of a circuit board material, in particular FR4, Rogers RO4350B, or TLX8. Sensorsonde (1) nach zumindest einem Ansprüche 1 bis 5, wobei das Trägersubstrat (110) aus einem cofired keramischen Material, insbesondere LTCC oder HTCC, besteht.Sensor probe (1) after at least one Claims 1 until 5 , wherein the carrier substrate (110) consists of a cofired ceramic material, in particular LTCC or HTCC. Sensorsonde (1) nach zumindest einem Ansprüche 1 bis 5, wobei das Trägersubstrat (110) aus einem keramischen Material, insbesondere Al2O3, besteht.Sensor probe (1) after at least one Claims 1 until 5 , wherein the carrier substrate (110) consists of a ceramic material, in particular Al 2 O 3 . Sensorsonde (1) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die erste Messelektrodenstruktur (120), die zweite Messelektrodenstruktur (130) und die Masseelektrodenstruktur (140) mittels einer Dickschichttechnik, insbesondere Siebdruck, oder mittels einer Dünnschichttechnik auf dem Trägersubstrat (110) aufgebracht sind, insbesondere in einem gemeinsamen Fertigungsschritt.sensor probe (1) after claim 7 or 8th , wherein the first measuring electrode structure (120), the second measuring electrode structure (130) and the ground electrode structure (140) are applied to the carrier substrate (110) by means of thick-film technology, in particular screen printing, or by means of thin-film technology, in particular in a common production step. Sensorsonde (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Messelektrodenstruktur (120), die zweite Messelektrodenstruktur (130) und die Masseelektrodenstruktur (140) aus einem metallischen Material, insbesondere Platin oder Gold, bestehen.Sensor probe (1) according to at least one of the preceding claims, wherein the first measuring electrode structure (120), the second measuring electrode structure (130) and the ground electrode structure (140) consist of a metallic material, in particular platinum or gold. Grenzstandsensor (2) zum Bestimmen eines Pegels eines elektrisch leitfähigen Fluids oder Granulats, umfassend: - Eine Sensorsonde (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10; - Eine Elektronikeinheit (220) mit i. Einer Signalerzeugungsschaltung, wobei die Signalerzeugungsschaltung dazu ausgestaltet ist, die erste Messelektrodenstruktur (120) mit einem ersten Wechselspannungssignal mit einer definierten Amplitude und einer definierten Frequenz zu beaufschlagen, wobei die Signalerzeugungsschaltung dazu ausgestaltet ist, die zweite Messelektrodenstruktur (130) mit einem zum ersten Wechselspannungssignal phasengleichen zweiten Wechselspannungssignal zu beaufschlagen; ii. Einer Signalaufbereitungsschaltung, wobei die Elektronikeinheit (220) dazu ausgestaltet ist, ein Messsignal in Form eines elektrischen Stroms oder einer elektrischen Spannung zwischen der ersten Messelektrodenstruktur (120) und der Masseelektrodenstruktur (140) zu erfassen, wobei die Signalaufbereitungsschaltung dazu ausgestaltet ist, das Messsignal in einem definierten Frequenzbereich, welcher im Wesentlichen der Frequenz des ersten Wechselspannungssignals entspricht, zu filtern; iii. Einer Signalauswertungsschaltung, welche die Amplitude des Messsignals erfasst und bei Überschreiten oder Unterschreiten eines vorbestimmten Werts der Amplitude des Messsignals ein Signal ausgibt.Limit level sensor (2) for determining a level of an electrically conductive fluid or granulate, comprising: - A sensor probe (1) according to at least one of Claims 1 until 10 ; - An electronic unit (220) with i. A signal generation circuit, wherein the signal generation circuit is designed to apply a first AC voltage signal with a defined amplitude and a defined frequency to the first measurement electrode structure (120), the signal generation circuit being designed to apply a phase to the first AC voltage signal to the second measurement electrode structure (130). apply second AC voltage signal; ii. A signal conditioning circuit, wherein the electronics unit (220) is designed to detect a measurement signal in the form of an electrical current or an electrical voltage between the first measurement electrode structure (120) and the ground electrode structure (140), the signal processing circuit is designed to filter the measurement signal in a defined frequency range, which essentially corresponds to the frequency of the first AC voltage signal; iii. A signal evaluation circuit which detects the amplitude of the measurement signal and outputs a signal when the amplitude of the measurement signal exceeds or falls below a predetermined value. Grenzstandsensor (2) nach Anspruch 11, wobei die Signalerzeugungsschaltung dazu ausgestaltet ist, das erste Wechselspannungssignal und das zweite Wechselspannungssignal als periodisches Signal, insbesondere als Rechtecksignal oder Sinussignal, zu generieren.Point level sensor (2) after claim 11 , wherein the signal generation circuit is designed to generate the first AC voltage signal and the second AC voltage signal as a periodic signal, in particular as a square-wave signal or sinusoidal signal. Grenzstandsensor (2) nach zumindest einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei der Grenzstandsensor (2) ein Gehäuse (210) aufweist, in welchem sich insbesondere die Elektronikeinheit (220) befindet, wobei die Sensorsonde (1) derart angeordnet wird, dass sich der Basisbereich (112) zumindest teilweise in dem Gehäuse (210) befindet und dass sich der erste längliche Bereich (113) und der zweite längliche Bereich (114) außerhalb des Gehäuses (210) befinden, wobei eine Dichtung (211) vorgesehen ist, welche derart am Gehäuse (210) angebracht ist, dass das Innere des Gehäuses (210) bei In-Kontakt-Bringen des Grenzstandsensors (2) mit dem elektrisch leitenden Fluid oder Granulat frei von dem elektrisch leitenden Fluid oder Granulat ist.Limit level sensor (2) according to at least one of Claims 11 or 12 , wherein the point level sensor (2) has a housing (210), in which in particular the electronic unit (220) is located, the sensor probe (1) being arranged in such a way that the base region (112) is at least partially in the housing (210) and that the first elongate portion (113) and the second elongate portion (114) are outside the housing (210), there being a seal (211) which is attached to the housing (210) such that the interior of the The housing (210) is free of the electrically conductive fluid or granules when the point level sensor (2) is brought into contact with the electrically conductive fluid or granules.
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