DE102021115223A1

DE102021115223A1 - Sensorvorrichtung und Verfahren zur Erfassung von Eigenschaften einer Flüssigkeit

Info

Publication number: DE102021115223A1
Application number: DE102021115223.2A
Authority: DE
Inventors: Daniel Schramm; Marco Rutkowski; Gregory Sapsford
Original assignee: Kyocera Avx Components Werne GmbH
Current assignee: Kyocera Avx Components Werne De GmbH
Priority date: 2021-06-11
Filing date: 2021-06-11
Publication date: 2022-12-15
Also published as: WO2022258541A1; US20220397441A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung von Eigenschaften einer Flüssigkeit. Die Flüssigkeit ist in einem Innenraum 16 aufgenommen. Eine Kondensatoranordnung 22, 26 in dem Innenraum weist beabstandet gegenüberliegende Kondensatorflächen 24a, 24b, 28a, 28b auf, so dass mindestens ein Teil der in dem Innenraum 16 aufgenommenen Flüssigkeit zwischen den Kondensatorflächen 24a, 24b, 28a, 28b angeordnet ist. Eine Auswertevorrichtung 30 zur Lieferung eines Ausgangssignals A abhängig von einem Kapazitätswert C1, C2 der Kondensatoranordnung 22, 24 umfasst eine Anregungsschaltung 32 und eine Auswertungsschaltung 34. Die Anregungsschaltung 32 weist mindestens einen Messwiderstand R1, R2, R1a, R1b und Mittel zum Anlegen einer Wechselspannung an eine Reihenschaltung aus dem Messwiderstand R1, R2, R1a, R1b und der Kondensatoranordnung 22, 24 auf. Die Auswertungsschaltung 30 weist Mittel auf zur Lieferung des Ausgangssignals A mittels Messung einer Spannung U1, U2 über die Kondensatoranordnung 22, 24.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung von Eigenschaften einer Flüssigkeit. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung von Eigenschaften einer Flüssigkeit nach einem kapazitiven Messprinzip.
US 6,269,693 B1 beschreibt einen kapazitiven Sensor zur Messung einer Eigenschaft eines Fluids oder einer Füllhöhe einer Flüssigkeit in einem Behälter. Eine Leiterplatte ist entweder flexibel oder hat starre und flexible Abschnitte. Metallische Beschichtungen bilden Kondensatorplatten auf der Leiterplatte, die dann so gebogen wird, dass zwei Kondensatorplatten durch Abstandhalter in einer Distanz voneinander gehalten werden, so dass sie einen Kondensator bilden. Zusätzliche metallische Beschichtungen sind zur Abschirmung vorgesehen. Leiterbahnen auf der Leiterplatte verbinden die Kondensatorplatten mit einer Auswerteschaltung und die Abschirmung mit einem Referenzpotential. Die gebogene Leiterplatte ist in einem Gehäuse gehalten und durch Fixierstifte fixiert.
Die EP 1 106 997 A2 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Öl-In-Wasser Messung. In einer elektrischen Messzelle wird eine Kapazität als Maß für eine Ölkonzentration im durchströmenden Wasser gemessen.
Es kann als Aufgabe angesehen werden, eine Sensorvorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung von Eigenschaften einer Flüssigkeit vorzuschlagen, bei denen mit einfachen Mitteln eine genaue Erfassung möglich ist, insbesondere zur Erkennung von Wasseranteilen in Öl.
Die Erfindung wird gelöst durch eine Sensorvorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zur Erfassung von Eigenschaften von Flüssigkeiten gemäß Anspruch 13. Abhängige Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung weist einen Innenraum auf zur Aufnahme einer Flüssigkeit, und eine Kondensatoranordnung in dem Innenraum. Der Innenraum ist bevorzugt gebildet innerhalb eines Gehäuses. Es kann sich bspw. um einen Behälter oder Tank handeln, bevorzugt handelt es sich um ein Leitungsstück mit einem Zufluss und einem Abfluss, die über den Innenraum durchströmbar miteinander verbunden sind.
Die Kondensatoranordnung umfasst beabstandet gegenüberliegende Kondensatorflächen mit mindestens einem Zwischenraum, so dass mindestens ein Teil der in dem Innenraum aufgenommenen Flüssigkeit im Zwischenraum zwischen den Kondensatorflächen angeordnet ist. Die Kondensatoranordnung bildet somit bevorzugt zumindest eine Messkapazität, in der die Flüssigkeit mindestens einen Teil des Dielektrikums bildet.
Erfindungsgemäß ist eine Auswertevorrichtung vorgesehen zur Lieferung eines Ausgangssignals das zumindest von einem Kapazitätswert der Kondensatoranordnung abhängig ist, bevorzugt vom Kapazitätswert mindestens einer davon gebildeten Messkapazität. Die Messkapazität kann dabei Teil eines komplexen Widerstands sein. Die Auswertevorrichtung umfasst eine Anregungsschaltung und eine Auswertungsschaltung. Es ist zu bemerken, dass der Begriff der Schaltung hier funktional und nicht notwendigerweise strukturell zu verstehen ist, d. h. Anregungsschaltung und Auswertungsschaltung können ganz oder zum Teil mit denselben Bauelementen realisiert sein und/oder gemeinsame Schaltungsteile nutzen. Ebenso können die Auswertevorrichtung, die Anregungsschaltung und/oder die Auswertungsschaltung weitere Elemente und/oder Funktionalitäten aufweisen. Im Fall einer möglichen gänzlich oder teilweise digitalen Ausbildung einer Schaltung oder von Schaltungsteilen kann so bspw. ein gemeinsamer Prozessor sowohl Teile der Funktionalität der Anregungsschaltung als auch der Auswertungsschaltung sowie ggf. weitere Funktionalitäten realisieren.
Erfindungsgemäß weist die Anregungsschaltung zumindest einen Messwiderstand und Mittel zum Anlegen einer Wechselspannung an eine Reihenschaltung aus dem Messwiderstand und der Kondensatoranordnung bzw. von mindestens einer Messkapazität davon auf. Die Kondensatoranordnung bzw. bevorzugt eine davon gebildete Messkapazität kann durch Beschaltung bspw. Teil eines komplexen Widerstands sein, bspw. zusammen mit mindestens einem Messwiderstand als RC-Glied geschaltet sein, das mit einer Wechselspannung geeigneter Wellenform und Frequenz angeregt wird. Die Auswertungsschaltung weist erfindungsgemäß Mittel auf zur Lieferung des Ausgangssignals zumindest mittels Messung der Spannung über die Kondensatoranordnung. Somit wird bei oder nach Anregung die Spannung über die Kondensatoranordnung gemessen. Die Messung bzw. Auswertung kann bspw. die Phase der Spannung umfassen, allerdings wird bevorzugt die Spannungshöhe gemessen, insbesondere der Spitzenwert der Spannung.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Flüssigkeit in dem Innenraum, in dem die Kondensatoranordnung angeordnet ist, aufgenommen oder durchströmt diesen, so dass Flüssigkeit zwischen den Kondensatorflächen angeordnet ist. Es wird eine Spannung über die Kondensatoranordnung bzw. Messkapazität gemessen und ausgehend hiervon ein Ausgangssignal erzeugt, das von Eigenschaften der Flüssigkeit abhängig ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichen somit eine Erfassung von Eigenschaften der im Innenraum aufgenommenen oder diesen durchfließenden Flüssigkeit unter Auswertung elektrischer Eigenschaften, d.h. bspw. nach rein kapazitivem Messprinzip und/oder durch Erfassung von Eigenschaften eines komplexen Widerstands, von dem eine Messkapazität einen Teil darstellt. Gegenüberliegende Kondensatorflächen der Kondensatoranordnung bilden mindestens eine Messkapazität, bei der die Flüssigkeit im Zwischenraum zwischen den Kondensatorflächen als Dielektrikum wirkt. Somit hängt der Kapazitätswert der Messkapazität und damit der Kondensatoranordnung von den dielektrischen Eigenschaften der Flüssigkeit ab, die je nach Zusammensetzung und Art der Flüssigkeit abweichen können. So kann bspw. ein Anteil von Wasser in Öl, das zwischen den Kondensatorflächen angeordnet ist, erkannt werden.
Durch die Schaltung der Kondensatoranordnung als RC-Glied und Anregung mit einer Wechselspannung kann mit besonders einfachen Mitteln dennoch eine hoch genaue Erfassung erzielt werden, so dass es möglich ist, auch bspw. kleinste Anteile vom Wasser in Öl zu ermitteln.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bildet die Reihenschaltung einen Tiefpass und die Frequenz der anregenden Wechselspannung liegt im Bereich der Grenzfrequenz des Tiefpasses. Im einfachsten Fall eines RC-Glieds liegt die Grenzfrequenz bekanntlich bei fc = 1/(2π RC). Bei der Bestimmung der Grenzfrequenz wird hier bevorzugt der Kapazitätswert C bei Füllung der Messkapazität mit reiner Flüssigkeit ohne Verunreinigungen betrachtet. Unter einer Anregung „im Bereich“ der Grenzfrequenz kann bspw. verstanden werden, dass die Frequenz der Wechselspannung in derselben Größenordnung der Grenzfrequenz liegt. Bevorzugt liegt die Messfrequenz, d. h. die Frequenz der anregenden Wechselspannung etwas höher als die Grenzfrequenz. Bekanntlich beträgt bei idealem Tiefpass der Ausgangspegel bei der Grenzfrequenz ca. 70% des Eingangspegels. Als geeigneten Bereich für die Anregungsfrequenz „im Bereich der Grenzfrequenz“ könnte bspw. ein Frequenzbereich angesehen werden, bei dem - nur auf den RC-Tiefpass bezogen, nicht auf weitere Beschaltung - der Ausgangspegel zwischen 10% und 90% des Eingangspegels beträgt, bevorzugt 40 - 80%.
Bevorzugt weist die Auswertungsschaltung einen Spitzenwertdetektor auf, so dass ein Spitzenwert der Wechselspannung über die Kondensatoranordnung ermittelt werden kann. Der ermittelte Spitzenwert kann bevorzugt durch einen Tiefpassfilter gefiltert und in einem Analog/Digital-Wandler digitalisiert werden, so dass er anschließend von einer digitalen Steuereinheit verarbeitet werden kann. Die Verarbeitung kann bevorzugt durch ein auf einem Prozessor ausgeführtes Programm erfolgen. Bei Verwendung eines ausreichend schnellen A/D-Wandlers kann ggfs. auch auf die Spitzenwertdetektion verzichtet und direkt der jeweilige Momentanwert der Wechselspannung über die Kondensatoranordnung ausgewertet werden.
Die Anregungsschaltung ist bevorzugt so ausgebildet, dass die Wechselspannung (Anregungsspannung) durchgängig mit konstanter Wellenform und/oder Frequenz angelegt wird. Bevorzugt ist die Anregungsspannung eine Rechteckspannung mit konstantem Spannungswert. So wird die Messkapazität zyklisch auf- und entladen, limitiert durch den Messwiderstand. In einer alternativen Ausgestaltung kann als Anregungssignal ein rechteckförmiges Signal mit konstantem Strom verwendet werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Auswertungsschaltung dazu ausgelegt sein, einen Spitzenwert der Spannung über die Kondensatoranordnung mit einem Schwellenwert zu vergleich. Der Vergleich kann in einem analogen Schaltungsteil bspw. mittels eines Komparators durchgeführt werden oder anhand eines digitalisierten Werts durch eine Digitalschaltung, insbesondere durch ein Programm, das auf einem Prozessor ausgeführt wird. Der Schwellenwert kann fest vorgegeben sein oder dynamisch bestimmt werden. In einer möglichen Ausführungsform wird der Schwellenwert festgelegt durch eine statistische Analyse von Messungen in einem definierten Zustand, insbesondere bei Füllung des Innenraums mit einer reinen Flüssigkeit ohne Verunreinigungen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung können zwei Kondensatoranordnungen jeweils als Messkapazitäten in dem Innenraum vorgesehen sein. Eine erste Kondensatoranordnung mit ersten Kondensatorflächen ist an die Auswertevorrichtung angeschlossen, die dazu ausgelegt ist, eine erste Wechselspannung an die Reihenschaltung aus einem ersten Messwiderstand und der ersten Kondensatoranordnung anzulegen. Eine zweite Kondensatoranordnung mit beabstandet gegenüberliegenden zweiten Kondensatorflächen in dem Raum ist ebenfalls an die Auswertevorrichtung angeschlossen, so dass diese ein Ausgangssignal liefern kann, dass auch von der Kapazität der zweiten Kondensatoranordnung abhängt. Hierfür kann die Auswertevorrichtung bspw. zweikanalig aufgebaut sein, insbesondere eine zweite Anregungsschaltung aufweisen, die dazu ausgelegt ist, eine zweite Wechselspannung an eine Reihenschaltung aus einem zweiten Messwiderstand und der zweiten Kondensatoranordnung anzulegen.
Dabei ist es möglich, dass die Frequenz der ersten Wechselspannung und der zweiten Wechselspannung gleich sind. Bevorzugt können sich die Frequenzen allerdings auch unterscheiden, die Messung mittels der ersten Kondensatoranordnung also unter Nutzung einer anderen Anregungsfrequenz erfolgt als die Messung mittels der zweiten Kondensatoranordnung. Dies kann einerseits dazu dienen, eine redundante Sensorvorrichtung zu ermöglich, wobei der Betrieb auf unterschiedlichen Frequenzen einerseits eine gegenseitige Beeinflussung verringert und andererseits dafür sorgt, dass die beiden Messungen nicht in gleicher Weise durch Störeinflüsse beeinflusst sind. Wie nachfolgend im Hinblick auf vorteilhafte Ausführungsformen erläutert wird, kann auch eine der beiden Messungen zur Normierung der anderen Messung genutzt werden. Besonders bevorzugt kann zumindestdie erste Frequenz so gewählt sein, dass sie oberhalb der Grenzfrequenz des Tiefpasses aus dem ersten Messwiderstand und der ersten Kondensatoranordnung liegt
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kondensatoranordnung eine Mehrzahl von Paaren von beabstandet gegenüberliegend angeordneten Kondensatorflächen auf, die jeweils Messkapazitäten bilden. Dabei sind die Messkapazitäten bevorzugt so elektrisch miteinander verbunden, dass sie elektrisch parallel geschaltet sind. So können die einzelnen Messkapazitäten zu einer gemeinsamen, kombinierten Messkapazität zusammengeschaltet werden. Hierdurch erhöht sich einerseits der Kapazitätswert, was für die Auswertung günstig ist. Andererseits kann so ein relativ großer Teil des Innenraums gleichzeitig durch Ermittlung des Kapazitätswerts der kombinierten Messkapazität erfasst werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform können die Kondensatorflächen als Leiterflächen auf Leiterplattenabschnitten gebildet sein. Dabei können auf Vorder- und Rückseite eines oder aller Leiterplattenabschnitte jeweils deckungsgleiche Leiterflächen vorgesehen sein, die durch eine direkte elektrische Verbindung kurzgeschlossen, d. h. auf gleichem elektrischen Potential gehalten sind. So wirkt das Material des Leiterplattenabschnitts nicht als Dielektrikum und beeinflusst nicht die Messung.
In bevorzugten Ausführungsformen kann die Kondensatoranordnung eine Leiterplattenstruktur aufweisen mit mehreren starren Leiterplattenabschnitten, die jeweils durch flexible Leiterbahnträgerabschnitte verbunden sind. Dabei handelt es sich jeweils um flaches, elektrisch nicht leitendes Trägermaterial mit darauf aufgebrachten elektrisch leitfähigen Leiterstrukturen. Als Trägermaterial können insbesondere geeignete Kunststoffmaterialien dienen. Die starren Leiterplattenabschnitte bestehen bevorzugt aus Epoxidharz mit Glasfasergewebe, insbesondere FR4. Die flexiblen Leiterbahnträgerabschnitte sind biegsam und können bspw. aus Polyimid bestehen. Auf den starren Leiterplattenabschnitten können Leiterflächen angeordnet sein, die die Kondensatorflächen bilden. Die Leiterflächen bestehen aus leitfähigem Material, bspw. Metall, bevorzugt Kupfer. Die flexiblen Leiterbahnträgerabschnitte weisen bevorzugt Leiterbahnen auf, die mit den Kondensatorflächen elektrisch verbunden sind.
Bei Verwendung einer Leiterbahnplattenstruktur mit starren Leiterplattenabschnitten und flexiblen Leiterbahnträgerabschnitten besteht ein gewisses Risiko eines Leitungsbruchs insbesondere im Bereich der flexiblen Leiterbahnträgerabschnitte. Um eine evtl. Beschädigung der flexiblen Leiterbahnträgerabschnitte erkennen zu können, kann eine Schaltung zur Erkennung einer Leitungsunterbrechung vorgesehen sein. Diese kann insbesondere an mindestens eine Leiterbahn angeschlossen sein, die entlang einer Kante eines flexiblen Leiterbahnträgerabschnitts verläuft, da im Randbereich naturgemäße eine Beschädigung am ehesten zu befürchten ist. Besonders bevorzugt sind die auf beiden Seiten der flexiblen Leiterbahnträgerabschnitte jeweils am Rand verlaufenden Leiterbahnen entsprechend angeschlossen und somit überwacht.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann auf einem der starren Leiterplattenabschnitte ein Detektionselement angeordnet sein. Ein solches Detektionselement ist bevorzugt so ausgebildet, dass es anhand seiner elektrischen Eigenschaften erkennbar ist, so dass mit einer geeigneten Detektionsschaltung seine elektrische Verbindung bzw. die Trennung derselben ermittelt werden kann. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Detektionselement um einen Detektionswiderstand, der weiter bevorzugt elektrisch parallel zur Kondensatoranordnung geschaltet sein kann. Die Auswertungsschaltung kann bevorzugt Mittel aufweisen zur Erkennung, ob der Detektionswiderstand verbunden ist oder nicht. So kann eine Beschädigung dadurch erkannt werden, dass eine elektrische Verbindung der Auswertungsschaltung zum Detektionswiderstand unterbrochen ist.
Besonders bevorzugt kann das Detektionselement an die Auswerteschaltung über einen Leitungspfad angeschlossen sein, der sich über alle flexiblen Leiterbahnträgerabschnitte erstreckt. So wird die Unversehrtheit aller Leiterbahnträgerabschnitte geprüft.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen

1 in einer schematischen Darstellung eine erste, vereinfachte Ausführungsform einer Sensorvorrichtung;
2 ein schematisches Schaltbild einer Auswertungsschaltung, an die eine Sensorvorrichtung angeschlossen ist;
3 in Seitenansicht einen Teil einer Leiterplattenstruktur in aufgefaltetem Zustand,
4a, 4b in Längs- und Querschnitt eine zweite Ausführungsform einer Sensorvorrichtung mit der Leiterplattenstruktur aus 3 in gefalteter Form;
5 in schematischer Darstellung ein Schaltbild zur elektrischen Konfiguration der Leiterplattenstruktur in der zweiten Ausführungsform der Sensorvorrichtung gemäß 4a, 4b;
6a, 6b Schaltpläne einer ersten und zweiten Variante zum Anschluss der Leiterplattenstruktur aus 3-5 an eine Auswertevorrichtung;
7 ein Diagramm mit Darstellung von Spannungssignalen in Abhängigkeit von einer Anregungsfrequenz bezogen auf einen idealen Tiefpass,
8 ein Diagramm mit Darstellung von Spannungssignalen in Abhängigkeit von einer Anregungsfrequenz bezogen auf die Schaltung aus 5, 6a, 6b.

1 zeigt in schematischer Darstellung eine Sensorvorrichtung 10 gemäß einer ersten Ausführungsform. Ein Gehäuse 12 mit einem Innenraum 16 ist vorgesehen zur Aufnahme einer Flüssigkeit, die durch einen Zufluss 16 zuströmt, den Innenraum 14 durchströmt und durch einen Abfluss 18 abgeführt wird.
Bei der Flüssigkeit kann es sich bspw. um Öl handeln, in dem als Verunreinigung unbekannte Anteile von Wasser in Form von einzelnen Tröpfchen enthalten sein können. Die Sensorvorrichtung 10 dient dazu, eventuelle Wasseranteile zu erfassen und ein Ausgangsignal A auszugeben, das das Vorhandensein von Wasseranteilen anzeigt.
Dies erfolgt nach einem vorrangig kapazitiven Messprinzip, wobei allerdings wie nachfolgend dargestellt eine betrachtete Messkapazität auch Teil eines komplexen Widerstands sein kann und bei der Messung bzw. Erfassung auch andere Komponenten des komplexen Widerstands erfasst werden können.
Im Innenraum 14 ist eine Kondensatoranordnung 20 angeordnet. Die Kondensatoranordnung 20 umfasst eine erste Messkapazität 22, gebildet aus zwei sich über einen Zwischenraum 26 gegenüberliegenden Kondensatorflächen 24a, 24b und eine zweite Messkapazität 26, gebildet aus Kondensatorflächen 28a, 28b, die im selben Abstand voneinander über den Zwischenraum 26 angeordnet sind.
Die im Zwischenraum 26 angeordnete Flüssigkeit (Öl) bildet somit das Dielektrikum der beiden Messkapazitäten 22, 26. Der Kapazitätswert C1, C2 der Messkapazitäten 22, 26 hängt dabei von den Eigenschaften der Flüssigkeit ab, insbesondere von der evtl. Verunreinigung, hier bspw. durch Wassertröpfchen. Die Permittivität von Öl liegt erheblich niedriger als die Permittivität von Wasser, so dass Wassertröpfchen, die den Zwischenraum 26 durchströmen, zu einer Erhöhung der Kapazitätswerte C1, C2 der Messkapazitäten 22, 26 führen. Ebenso können andere Bestandteile in der Flüssigkeit, die von der reinen Flüssigkeit abweichende dielektrische Eigenschaften haben, zu einer detektierbaren Änderung führen.
Dabei sind die Messkapazitäten 22, 26 in der Strömungsrichtung vom Zufluss 16 zum Abfluss 18 hintereinander angeordnet, so dass sie von der Flüssigkeit und den darin transportierten Verunreinigungen sequentiell durchströmt werden. Zudem sind die Messkapazitäten 22, 26 im Strömungsweg so angeordnet, dass mindestens im Wesentlichen der gesamte Flüssigkeitsstrom den Zwischenraum 26 durchströmt. So ist sichergestellt, dass durchströmende Wasseranteile nacheinander den Kapazitätswert beider Messkapazitäten 22,26 verändern.
Die Messkapazitäten 22, 26 sind an eine Auswertevorrichtung 30 angeschlossen, die in vorgegebenen Messintervallen jeweils einen Kapazitätswert C1 für die erste Messkapazität 22 und einen Kapazitätswert C2 für die zweite Messkapazität 26 bestimmt und abhängig von den ermittelten Kapazitätswerten C1, C2 das Ausgangssignal A ausgibt, dass die Überschreitung eines Schwellenwerts des Wasseranteils im durchströmenden Öl anzeigt.
2 zeigt in einem schematischen Blockschaltbild Funktionselemente der Auswertevorrichtung 30, die an die Messkapazitäten 22, 24 angeschlossen sind. Die Auswertevorrichtung ist zweikanalig aufgebaut, d.h. für jede der Messkapazitäten 22, 24 ist jeweils ein separater Kanal vorgesehen aus einer Anregungsschaltung 32, die an eine Reihenschaltung aus einem jeweiligen Messwiderstand R1, R2 und der jeweiligen Messkapazität 22, 24 angeschlossen ist, und einem Kanal einer Auswerteschaltung 34, die das Ausgangssignal A erzeugt.
Jeder Messkanal der Auswerteschaltung 34 ist an eine der Messkapazitäten 22, 24 angeschlossen, um deren jeweiligen Kapazitätswert C1, C2 zu ermitteln. Dazu weist sie für jeden Messkanal jeweils einen Pufferverstärker 36, einen Spitzenwertdetektor 38, einen Tiefpass 40 und einen A/D-Wandler 42 auf. Die beiden A/D-Wandler 42 sind an einen Prozessor 44 angeschlossen, auf dem ein Programm ausgeführt wird, das Signale Û1, Û2 der A/D-Wandler 42 verarbeitet und daraus das Ausgangssignal A erzeugt.
Die erste und zweite Messkapazität 22, 24 ist mit dem jeweiligen Messwiderstand R1, R2 jeweils als RC-Glied geschaltet, so das ein komplexer Widerstand gebildet ist, der von der zugehörigen Anregungsschaltung 32 angeregt wird mit einem Rechtecksignal einer Frequenz f1, f2. Dabei unterscheiden sich die Anregungsfrequenzen f1, f2 der beiden Messkanäle. Dadurch wird die jeweilige Kapazität C1, C2 durch den jeweiligen Messwiderstand R1, R2 zyklisch aufgeladen und entladen. Dabei ist bei festem Zeitablauf die sich über die jeweilige Messkapazität 22, 24 ergebende Spannung, U2 abhängig vom Kapazitätswert C1, C2.
Das jeweilige Spannungssignal U1, U2 wird in der Auswerteschaltung 34 gemessen, digitalisiert und verarbeitet. Zunächst wird es durch den Pufferverstärker 36 gepuffert. Sein Spitzenwert wird mit dem Spitzenwertdetektor 38 ermittelt und gefiltert durch den TiefpassFilter 40 vom AD-Wandler 42 als digitales Signal ausgewertet, dass dem Prozessor 44 zugeführt wird.
Dabei wirkt das jeweilige RC-Glied an beiden Messkanälen als Tiefpass. In 7 ist beispielhaft für die erste Messkapazität 22 - idealisiert und doppelt logarithmisch - der Verlauf der Ausgangsspannung U1 in Abhängigkeit von der Frequenz f gezeigt. Wie dort dargestellt ergibt sich für eine festen Kapazitätswert C1 (entsprechend bspw. dem Kapazitätswert der ersten Messkapazität 22, gefüllt mit Flüssigkeit ohne Verunreinigungen) bei Anregung mit verschiedenen Frequenzen f der mit einer durchgezogenen Linie dargestellte Verlauf des Spitzenwerts der Ausgangsspannung Û1. Deutlich unterhalb der Grenzfrequenz f_G = 1/(2π R1C1) ergibt sich im Wesentlichen keine Dämpfung und ein im wesentlichen konstanter Verlauf des Spitzenwerts der Ausgangsspannung Û1. Im Bereich der Grenzfrequenz f_G ergibt sich ein mit dem Dämpfungsverlauf zu höheren Frequenzen f hin abfallender Spannungswert Û1.
Dabei ist die Grenzfrequenz f_G allerdings abhängig vom Kapazitätswert C1 und somit von den Eigenschaften der Flüssigkeit, hier insbesondere vom Anteil möglicher Wasser-Verunreinigungen im Ölstrom. Durch einen Wasseranteil erhöht sich die Kapazität C1 auf eine erhöhte Kapazität C1', so dass die Grenzfrequenz f_G sinkt. In 7 zeigt die strichpunktierte Linie den Verlauf des Spitzenwerts der Ausgangsspannung Û1 über verschiedene Frequenzen f für einen geringen Wasseranteil im Zwischenraum 26. Wie dort dargestellt ist die Kurve gegenüber den Verhältnissen ohne Verunreinigungen nach links verschoben.
Somit kommt es - bei fester Frequenz f1 - durch die Änderung der Kapazität C1 auf die Kapazität C1 zu einer Differenz im Ausgangssignal U1. Um eine hinreichende Sensitivität des Sensors zu erreichen, wird die Messfrequenz f1 so gewählt, dass sich eine deutliche Differenz ΔU bei einer Änderung der Kapazität zeigt. Bekanntlich beträgt der Pegel des Ausgangssignals bei der Grenzfrequenz fg ca. 70%. Die Messfrequenz f1 kann bspw. so gewählt werden, dass der Pegel des Ausgangssignals (jeweils betrachtet bei fester Kapazität C1 ohne Kontamination) zwischen 90% und 10% beträgt.
Bei geeigneter Wahl der Messfrequenz bzw. Anregungsfrequenz f1 des ersten Kanals der Auswertungsvorrichtung 30 ergibt sich dann ein variables Ausgangssignal Û1 abhängig davon, ob sich reine Flüssigkeit (Öl) ohne Wasseranteil oder ein gewisser Anteil an Wassertröpfchen im Zwischenraum 26 befindet. Ebenso bewirken andere Arten von Verunreinigungen wie bspw. Metallspäne eine Änderung des komplexen Widerstands, die an einem geänderten Ausgangssignal erkennbar ist.
Die beiden separaten Messkapazitäten 22, 24 und die jeweils zugeordneten Kanäle der Auswertungsschaltung 30 liefern somit dem Prozessor 40 in digitaler Form Signale Û1, Ü2. Die beiden Signale Û1, Û2 werden durch ein vom Prozessor 44 ausgeführtes Auswertungsprogramm verarbeitet, um das Ausgangssignal A zu generieren.
Dies umfasst einerseits eine Entscheidung darüber, ob das jeweilige Signal Û1, Û2 eine Abweichung zeigt, die auf einen Wasseranteil im strömenden Öl hinweist. Andererseits kann die Verarbeitung auch eine Plausibilisierung des jeweiligen Signals umfassen, um mögliche Fehlerzustände zu erkennen.
In einer bevorzugten Ausführung führt das vom Prozessor 44 ausgeführte Auswertungsprogramm für mindestens eines der Signale Û1, Û2 einen Schwellenwertvergleich durch, wobei beim Unterschreiten einer zuvor festgelegten Schwelle eine solche Veränderung erkannt wird, dass im Ausgangssignal A eine Verunreinigung des Öls durch Wasser angezeigt wird. Die jeweilige Schwelle kann einerseits nach vorherigen Berechnungen fest vorgegeben sein oder andererseits durch Messungen und ggf. statistische Auswertungen ermittelt werden.
So kann bspw. im Neuzustand, in dem davon ausgegangen werden kann, dass sich lediglich reines Öl im Zwischenraum 26 befindet, eine Häufigkeitsverteilung einer Vielzahl von Messungen erfasst und so bspw. die statistischen Parameter einer Standardverteilung (Mittelwert, Standardabweichung Sigma) ermittelt werden. Die Entscheidungsschwelle kann hiervon abhängig dann festgelegt werden bspw. als Mittelwert minus n*Sigma, wobei der Faktor n geeignet zu wählen ist, so dass einerseits eine hinreichende Sensitivität erreicht wird aber andererseits eine ausreichende Robustheit gegen Fehldetektionen gewährleistet bleibt.
Im Betrieb der Sensorvorrichtung 10 können die beiden Kanäle der Auswertevorrichtung 30 mit gleichen oder unterschiedlichen Frequenzen f1, f2 betrieben werden. In einer Ausführungsform mit gleichen Frequenzen f1, f2 kann es u.U. zu Übersprechen zwischen den Kanälen kommen, so dass zumindest geringfügig voneinander abweichende Frequenzen bevorzugt sein können. Dabei können beide Frequenzen f1, f2 im Bereich der Grenzfrequenz des jeweiligen RC-Gliedes liegen (wobei die Kapazität C ohne Verunreinigungen maßgeblich ist). Die Signale Û1, Û2 aus den beiden Kanälen können jeweils eigenständig zu einer separaten Messung und Erkennung von deutlichen Verunreinigungen genutzt werden. Die Erkennung der beiden Kanäle kann dann plausibilisiert werden, so dass bspw. nur bei gleichzeitiger Erkennung von Verunreinigungen in beiden Kanälen das Vorliegen einer Verunreinigung signalisiert wird.
In alternativen Ausführungen können die Frequenzen f1, f2 auch stärker voneinander abweichen. Bspw. kann der erste an die erste Messkapazität 22 angeschlossene Kanal mit einer Frequenz f1 im Bereich der Grenzfrequenz des jeweiligen R1C1-Gliedes betrieben werden (wobei auch hier die Kapazität C1 ohne Verunreinigungen maßgeblich ist.) Der zweite, an die zweite Messkapazität 24 angeschlossene Kanal wird dann bspw. mit einer Anregungsfrequenz f2 deutlich unterhalb der Anregungsfrequenz f1 und auch unterhalb der Grenzfrequenz betrieben, d.h. in Bereichen, in denen die in 7 gezeigten Kurven keine oder wenig Änderungen mit der Frequenz aufweisen. In diesem Fall kann das im zweiten Kanal erstellte Signal U2 zur Normierung des Signals Û1 genutzt werden, bspw. durch Differenzbildung oder Bildung des Verhältnisses der beiden Signale.
Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass die Kapazitätswerte C1, C2 temperaturabhängig sind. Es ist daher bevorzugt ein Temperatursensor (nicht dargestellt) im Innenraum 16 des Gehäuses 12 angeordnet, dessen Messsignal ebenfalls dem Prozessor 44 zugeführt wird. Das Auswerteprogramm berücksichtigt dann eine zuvor rechnerisch oder experimentell ermittelte Kompensationskurve abhängig von dem Temperatursignal.
Während die oben beschriebene erste Ausführungsform der Sensorvorrichtung lediglich die Grundform bildet, sind verschiedene weitere Ausführungen möglich. Nachfolgend wird anhand von 3, 4a, 4b eine zweite Ausführungsform einer Sensorvorrichtung beschrieben. Die zweite Ausführungsform sieht eine spezielle Anordnung von Kondensatorflächen der Messkapazitäten 22, 26 im Innenraum 16 des Gehäuses 12 vor, wie nachfolgend im Detail erläutert wird. Im Übrigen aber entspricht die Sensorvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der oben beschriebenen Sensorvorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform, insbesondere hinsichtlich der Auswertungsvorrichtung 30. Nachfolgend werden deshalb die Unterschiede zwischen den Ausführungsformen erläutert, wobei für gleiche oder direkt vergleichbare Elemente identische Bezugszeichen verwendet werden.
4a, 4b zeigen jeweils in Quer- und Längsschnitt einen Teil einen Sensorvorrichtung 110 gemäß der zweiten Ausführungsform. Diese umfasst ein zweiteiliges Gehäuse 12 mit einem Gehäuseoberteil 12a und Gehäuseunterteil 12b, zwischen denen der Innenraum 16 gebildet ist. Im Innenraum 16 ist eine Kondensatoranordnung 120 angeordnet. Jede der Gehäusehälften 12a, 12b weist dabei jeweils eine Haltestruktur 60 mit in Richtung des Innenraums 16 vorstehenden Halteelementen 62 und dazwischen gebildeten Schlitzen 64 auf.
Ein Teil der Kondensatoranordnung 120 ist in 3 gezeigt. Sie umfasst eine Leiterplattenstruktur mit mehreren - im dargestellten Beispiel fünf - starren Leiterplattenabschnitten 52a, 52b, die jeweils mit flexiblen Leiterbahnträgerabschnitten 54 zu einer Kette verbunden sind. Die starren Leiterplattenabschnitte 52a, 52b sind bspw. übliche FR4-Leiterplatten, die flexiblen Leiterbahnträgerabschnitte 54 sind bspw. Polyimid-Streifen.
Die flexiblen Leiterbahnträgerabschnitte 54 setzen jeweils an Kanten 58 der starren Leiterplattenabschnitte 52a, 52b an und sind dort befestigt. Die flexiblen Leiterbahnträgerabschnitte 54 sind in der gezeigten Ausführungsform nicht mittig, sondern am Rand der jeweiligen Kante 58 angeordnet. Dabei sind die flexiblen Leiterbahnträgerabschnitte 54 von geringer Breite verglichen mit der Länge der Kanten 58, so dass die überwiegende Länge der Kanten 58 frei bleibt und die entsprechenden Bereiche der starren Leiterplattenabschnitte 52a, 52b zur Befestigung genutzt werden können, wie nachfolgend näher erläutert wird.
Auf jedem der starren Leiterplattenabschnitte 52a, 52b sind jeweils beidseits große Leiterflächen 24a, 24b, 28a, 28b angeordnet. Jeweils auf Vorder- und Rückseite jedes der starren Leiterplattenabschnitte 52a, 52b sind nebeneinander zwei Leiterflächen 24a, 28a bzw. 24b, 28b angeordnet. Die Leiterflächen 24a, 24b, 28a, 28b sind ebenso wie Leiterbahnen 56 auf den flexiblen Leiterbahnträgerabschnitten 54 sowie Leiterbahnen auf den starren Leiterplattenabschnitten 52a, 52b und als Kupferschichten gebildet. Die Leiterbahnen verbinden die Leiterflächen 24a, 24b, 28a, 28b elektrisch wie schematisch in 5 gezeigt.
Zur Anordnung im Innenraum 16 wird die Leiterplattenstruktur der Kondensatoranordnung 120 gefaltet, so dass die starren Leiterplattenabschnitte 52a, 52b jeweils parallel im Abstand zueinander angeordnet sind und die Leiterflächen 24a, 24b, 28a, 28b als Kondensatorflächen wirken und Messkapazitäten über die dazwischen angeordneten Zwischenräume bilden.
Die Leiterplattenstruktur der Kondensatoranordnung 120 wird in der gefalteten Anordnung innerhalb des Gehäuses 12 gehalten, indem die Kanten 58 der starren Leiterplattenabschnitte 52a, 52b jeweils in die Schlitze 64 der Haltestruktur 60 eingesteckt sind, wo sie in enger Passung aufgenommen und durch sowohl die Halteelemente 62 als auch die starren Leiterplattenabschnitte 52a, 52b durchdringenden Haltestifte fixiert sind. Dabei sind wie in 4b gezeigt allerdings nur die freien, d.h. nicht durch die flexiblen Leiterbahnträgerabschnitte 54 belegten Abschnitte der Kanten 58 in den Schlitzen 64 aufgenommen, so dass die flexiblen Leiterbahnträgerabschnitte 54 nicht eingeklemmt werden.
Wie in 5 schematisch gezeigt sind die beidseitig auf den starren Leiterplattenabschnitten 52a, 52b aufgebrachten Leiterflächen 24a, 24b; 28a, 28b elektrisch kurzgeschlossen, d.h. die Leiterflächen auf Vorder- und Rückseite sind stets auf gleichem elektrischen Potential. Wie bereits erläutert bilden jeweils gegenüberliegende Leiterflächen 24a, 24b; 28a, 28b Messkapazitäten über die dazwischen angeordneten Zwischenräume, wobei die im Innenraum 16 aufgenommene Flüssigkeit das Dielektrikum bildet. Durch die direkte elektrische Verbindung der beidseitigen Leiterflächen 24a, 24b; 28a, 28b ist sichergestellt, dass das Material der starren Leiterplattenabschnitte 52a, 52b kein Dielektrikum der Messkapazitäten bildet und so keinen Einfluss auf die Messung hat.
Dabei sind wie weiter in 5 gezeigt die einzelnen Messkapazitäten parallelgeschaltet, so dass zwei kombinierte Messkapazitäten gebildet sind, die jeweils alle Zwischenräume und somit den gesamten Innenraum 16 erfassen. Die beiden kombinierten Messkapazitäten sind wie in 1 für die grundlegende Ausführungsform gezeigt hintereinander zwischen Zu- und Abfluss (nicht dargestellt) angeordnet.
6a zeigt eine erste Variante des Anschlusses der Kondensatoranordnung 120 an die Auswertevorrichtung 30. Wie bereits im Hinblick auf 2 erläutert ist die kombinierte Messkapazität C1 in Reihe mit einem Widerstandselement an die Anregungsschaltung 32 angeschlossen. Dabei kann ein komplexer Widerstand bspw. auf verschiedene Arten dadurch gebildet sein, dass das Widerstandselement R1a aus Sicht der Anregungsschaltung 32 vor der Messkapazität angeordnet sein, oder alternativ dahinter (Widerstandselement R1b), oder es können beide dargestellten Widerstandselemente R1a, R1b vorgesehen sein.
Zusätzlich kann zur Detektion von Leitungsunterbrechungen, insbesondere im Bereich der flexiblen Leiterbahnträgerabschnitte 54, durch Parallelschaltung eines Detektionswiderstands Rd zur Messkapazität C1 eine Leiterschleife über alle starren Leiterplattenabschnitte 52a, 52b und über alle flexiblen Leiterbahnträgerabschnitte 54 gebildet sein. Der Detektionswiderstand Rd kann wie in der ersten Variante gemäß 6a dargestellt auf dem letzten starren Leiterplattenabschnitt 52a, 52b angeordnet sein oder an anderer Stelle, bspw. auf dem ersten starren Leiterplattenabschnitt 52a wie in der zweiten Variante gemäß 6b gezeigt. In jedem Fall ist eine den Detektionswiederstand Rd enthaltende Leiterschleife über alle flexiblen Leiterbahnträgerabschnitte 54 gebildet, wobei bevorzugt die Leiterbahnen der Leiterschleife jeweils entlang der beiden Ränder der flexiblen Leiterbahnträgerabschnitte 54 verlaufen, so dass diese in besonderer Weise überwacht werden.
Durch die Parallelschaltung des Detektionswiederstands Rd zur kombinierten Messkapazität C1, in Kombination mit der Reihenschaltung mit den Widerstandselementen R1a und/oder R1b wird wiederum ein komplexer Widerstand gebildet. Die Auswertung erfolgt dennoch wie zuvor erläutert, wobei allerdings in dem Fall, dass infolge eines Leitungsbruchs die Leiterschleife mit dem Detektionswiederstands Rd nicht mehr geschlossen ist, dies durch die Auswertevorrichtung 30 erkannt wird.
Für den komplexen Widerstand, der durch R1a/R1b, die Kapazität C1 und den Detektionswiderstand Rd gebildet ist, zeigt 8 beispielhaft den Verlauf der Ausgangsspannung U1 in Abhängigkeit von der Frequenz f. Für eine Kapazitätswert C1 (ohne Verunreinigungen) ergibt sich der mit einer durchgezogenen Linie dargestellte Frequenzgang mit einer Grenzfrequenz etwa bei f_G = 1/(2π R1C1), während sich bei Wasseranteilen im Zwischenraum 22 der mit einer strichpunktierten Linie dargestellte Frequenzgang ergibt mit einer geringeren Grenzfrequenz, d.h. als gegenüber den Verhältnissen ohne Verunreinigungen nach links verschobene Kurve.
Als punktierte Linie ist frequenzabhängig die jeweilige Differenz der Ausgangssignale zwischen dem betrachteten Fall der Flüssigkeit ohne Verunreinigungen (durchgezogene Linie) und der Flüssigkeit mit Wassertröpfchen (strichpunktierte Linie) dargestellt. Die Differenzkurve bildet ein Maximum im Bereich knapp oberhalb der Grenzfrequenz f_G für den Fall ohne Verunreinigungen aus.
Diese Frequenz, bei der die sich abhängig von der Kapazitätsänderung einstellende Spannungsdifferenz maximal ist, wird als bevorzugte Anregungsfrequenz f₁ des ersten Kanals der Auswertevorrichtung 30 verwendet. Wie beispielhaft in 8 aufgetragen ergibt sich bei dieser Messfrequenz f₁ im Fall der Flüssigkeit ohne Wasseranteil eine Ausgangsspannung Ua, während sich bei einem gewissen Anteil an Wassertröpfchen die Ausgansspannung Ub ergibt.
Während der Frequenzgang im Bereich der Grenzfrequenz wie dargestellt variabel ist, sind die Signalverläufe deutlich ober- bzw. unterhalb der Grenzfrequenz sehr flach. Die Spannungswerte U1 bei geringen Frequenzen (im Beispiel von 8 ca. 5V) und bei hohen Frequenzen (im Beispiel von 8 ca. 2,7 V) sind u.a. durch den Detektionswiderstand Rd bestimmt. Spannungswerte deutlich außerhalb des so eingegrenzten Spannungsbereiches (im Beispiel 2,7 - 5V) zeigen somit einen Fehlerzustand an, d.h. bspw. einen Kurzschluss oder Leitungsbruch. Dies ist durch ein vom Prozessor 44 ausgeführtes Auswertungsprogramm leicht erkennbar.
Es sei darauf hingewiesen, dass sich die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen und Varianten beschränkt, sondern weitere Ausführungen möglich sind. So kann bspw. statt zwei Messkapazitäten 22, 26 nur eine einzige Messkapazität oder weitere Messkapazitäten vorgesehen sein. Es kann bspw. auch eine andere Anzahl von starren Leiterplattenabschnitten 52a, 52b vorgesehen sein. Statt einer Signalauswertung mit Spitzenwertdetektion kann auch durch Verwendung schneller A/D Wandler der jeweilige Momentanwert ausgewertet werden. Generell können die Merkmale der Ausführungsformen sowie der Ansprüche beliebig kombiniert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6269693 B1 [0002]
EP 1106997 A2 [0003]

Claims

Sensorvorrichtung, mit - Innenraum (16) zur Aufnahme einer Flüssigkeit, - einer Kondensatoranordnung (22, 26) in dem Innenraum (16), wobei die Kondensatoranordnung (22, 26) beabstandet gegenüberliegende Kondensatorflächen (24a, 24b, 28a, 28b) aufweist, so dass mindestens ein Teil der in dem Innenraum (16) aufgenommenen Flüssigkeit zwischen den Kondensatorflächen (24a, 24b, 28a, 28b) angeordnet ist, - einer Auswertevorrichtung (30) zur Lieferung eines Ausgangssignals (A) abhängig zumindest von einem Kapazitätswert (C1, C2) der Kondensatoranordnung (22, 24), wobei die Auswertevorrichtung (30) eine Anregungsschaltung (32) und eine Auswertungsschaltung (34) umfasst, - wobei die Anregungsschaltung (32) mindestens einen Messwiderstand (R1, R2, R1a, R1b) und Mitteln zum Anlegen einer Wechselspannung an eine Reihenschaltung aus dem Messwiderstand (R1, R2, R1a, R1b) und der Kondensatoranordnung (22, 24) aufweist, - und wobei die Auswertungsschaltung (30) Mittel aufweist zur Lieferung des Ausgangssignals (A) mittels Messung einer Spannung (U1, U2) über die Kondensatoranordnung (22, 24).
Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, bei der - die Reihenschaltung aus dem Messwiderstand (R1, R2, R1a, R1b) und der Kondensatoranordnung (22, 24) einen Tiefpass bildet, - und die Wechselspannung mit einer Frequenz (f1, f2) im Bereich der Grenzfrequenz des Tiefpasses angelegt wird.
Sensorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der - die Auswertungsschaltung (30) einen Spitzenwertdetektor (38) aufweist.
Sensorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der - die Auswertungsschaltung (30) dazu ausgelegt ist, einen Spitzenwert (Û1, Û2) der Spannung über die Kondensatoranordnung (22, 24) mit einem Schwellenwert zu vergleichen.
Sensorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der - die Kondensatoranordnung eine erste Kondensatoranordnung (22) mit ersten Kondensatorflächen (24a, 24b) und die Auswertevorrichtung eine erste Auswertevorrichtung mit einer ersten Anregungsschaltung (32) ist, die eine erste Wechselspannung an die Reihenschaltung aus einem ersten Messwiderstand (R1) und der ersten Kondensatoranordnung (22) anlegt, - und in dem Innenraum (16) eine zweite Kondensatoranordnung (24) mit beabstandet gegenüberliegenden zweiten Kondensatorflächen (28a, 28b) angeordnet ist, - wobei die Auswertevorrichtung zur Lieferung eines Ausgangssignals abhängig von einem Kapazitätswert (C2) auch der zweiten Kondensatoranordnung (24) eine zweite Anregungsschaltung (32) aufweist, die eine zweite Wechselspannung an eine Reihenschaltung aus einem zweiten Messwiderstand (R2) und der zweiten Kondensatoranordnung (24) anlegt, - wobei die erste Wechselspannung eine erste Frequenz (f1) aufweist, und die zweite Wechselspannung eine zweite Frequenz (f2) aufweist, - wobei die erste Frequenz (f1) sich von der zweiten Frequenz (f2) unterscheidet.
Sensorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der - die Kondensatoranordnung (22, 24) eine Mehrzahl von Paaren von beabstandet gegenüberliegenden Kondensatorflächen (24a, 24b, 28a, 28b) aufweist, die jeweils Messkapazitäten bilden, - wobei die Messkapazitäten so miteinander verbunden sind, dass sie elektrisch parallel geschaltet sind.
Sensorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der - mindestens eine der Kondensatorflächen als Leiterfläche auf einem Leiterplattenabschnitt gebildet ist.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 7, bei der - auf einer Vorderseite des Leiterplattenabschnitts eine erste Leiterfläche und auf einer gegenüberliegenden Rückseite eine zweite Leiterfläche angeordnet ist, - wobei die erste und zweite Leiterfläche (24a, 24b) durch direkte elektrische Verbindung auf gleichem elektrischen Potential sind.
Sensorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der - die Kondensatoranordnung eine Leiterplattenstruktur (120) aufweist mit mehreren starren Leiterplattenabschnitten (52a - g), die jeweils durch flexible Leiterbahnträgerabschnitte (56) verbunden sind, - wobei auf den starren Leiterplattenabschnitten Leiterflächen (24a, 24b, 28a, 28b) angeordnet sind, die die Kondensatorflächen bilden, - und wobei die flexiblen Leiterbahnträgerabschnitte (54) Leiterbahnen (56) aufweisen, die mit den Kondensatorflächen (24a, 24b, 28a, 28b) elektrisch verbunden sind.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 9, bei der - mindestens einem der starren Leiterplattenabschnitte ein Detektionselement (Rd) angeordnet ist, - und die Auswertungsschaltung (30) Mittel aufweist zur Erkennung, ob das Detektionselement (Rd) mit der Auswertungsschaltung verbunden ist oder nicht.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 10, bei der - das Detektionselement ein Detektionswiderstand (Rd) ist, der elektrisch parallel zur Kondensatoranordnung (22, 24) geschaltet ist.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, bei der - das Detektionselement (Rd) an der Auswertungsschaltung (30) über einen Leitungspfad angeschlossen ist, der sich über alle flexiblen Leiterbahnträgerabschnitte (54) erstreckt.
Verfahren zur Erfassung von Eigenschaften einer Flüssigkeit, bei dem - die Flüssigkeit in einem Innenraum (16) aufgenommen ist, - wobei in dem Innenraum mindestens eine Kondensatoranordnung (22, 24) angeordnet ist, wobei die Kondensatoranordnung (22, 24) beabstandet gegenüberliegende Kondensatorflächen (24a, 24b, 28a, 28b) aufweist, so dass mindestens ein Teil der in dem Innenraum aufgenommenen Flüssigkeit zwischen den Kondensatorflächen (24a, 24b, 28a, 28b) angeordnet ist, - wobei eine Wechselspannung an eine Reihenschaltung aus einem Messwiderstand (R1, R2, R1a, R1b) und der Kondensatoranordnung (22, 24) angelegt wird, - und wobei eine Spannung (U1, U2) über die Kondensatoranordnung (22, 24) gemessen und ausgehend davon ein Ausgangssignal (A) erzeugt wird, das von Eigenschaften der Flüssigkeit abhängig ist.