DE20022433U1 - Sensor zum Messen der Eigenschaften eines gasförmigen oder flüssigen Mediums - Google Patents

Sensor zum Messen der Eigenschaften eines gasförmigen oder flüssigen Mediums

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Description

JeCk ' Fleck · Herrmann ; ;·*:*; :;"; ' i : i Postfach1469-D-71657Vaihingen/Enz
PATENTANWÄLTE * * * *TeleforT (0*70 *21 ?7 28-0 -Telefax (07042) 9728-11 und 97 28 -22
A 13181-G - v/poe June 05, 2001
Whirlpool Corporation
M 63
Benton Harbor Ml 49022
U.S.A.
Sensor zum Messen der Eigenschaften eines gasförmigen oder flüssigen Mediums
Die Erfindung betrifft einen Sensor zum Messen der Eigenschaften eines gasförmigen oder flüssigen Mediums, insbesondere der Temperatur, der Trübung und des Schaumanteils einer Wasch- oder Spülflüssigkeit in einer Waschoder Spülmaschine, mit mindestens einer ersten Strahlungsquelle, einem Strahlungsempfänger und einem lichtdurchlässigen Sensorkörper als Gehäuse mit einer optischen Grenzfläche, wobei die erste Strahlungsquelle einen Lichtstrahl erzeugt, von dem ein Teil unter und ein Teil über dem kritischen Winkel für Totalreflexion auf die Grenzfläche des Sensorkörpers fällt und der Strahlungsempfänger nach Wasser, Luft oder Schaum als Medium unterscheidbare Messsignale abgibt, sowie mit einer zusätzlichen Strahlungsquelle zur Erfassung der Transparenz des Mediums, die eine Strahlung durch das Medium
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richtet und mit einem Temperatursensor im Sensorkörper zum Messen der Temperatur des Mediums.
Ein derartiger Sensor ist aus der DE 695 11 858 T2 bekannt. Mit dem optischen Teil des Sensors wird nicht nur die Transparenz des Mediums sondern auch dessen Schaumbildung erfasst, so dass je nach Verschmutzung des Mediums unterschiedliche, für eine Prozesssteuerung verwendbare Messsignale erhalten werden. Dies ist gerade beim Einsatz des Sensors bei einer Wasch- oder Spülmaschine von Wichtigkeit, da der Prozessablauf, d.h. die Veränderung der Programme, nach Zeit, Wasser, Energie optimiert werden kann.
Bei Wasch- und Spülmaschinen sind nicht nur die optischen Eigenschaften des Mediums im Wasch- oder Spülbehälter für den Prozessablauf von Bedeutung, sondern auch die Temperatur des Mediums. Aus diesem Grunde wird auch ein Temperatursensor in dem Sensor integriert, der getrennt vom optischen Teil des Sensors die Temperatur des Mediums erfasst.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Sensor der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit denen nicht nur die optischen, sondern auch die thermischen Eigenschaften des überwachten Mediums erfasst werden können und alle erforderlichen Sensoren im Sensorkörper auf einfache Weise mit optimalem Wirkungsgrad untergebracht werden können.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass der Sensorkörper eine zusätzliche Aufnahme für den Temperatursensor aufweist, die in den das zu messende Medium führenden Raum ragt und dass die Aufnahme als Dom
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des Sensorkörpers ausgebildet ist, der einen temperaturabhängigen Widerstand (NTC oder PTC) als Temperatursensor aufnimmt.
Mit dieser Integration eines Temperatursensors in den Sensor wird eine Einheit mit wenigen Bauteilen geschaffen, die mit minimalem Montageaufwand und Befestigungsteilen in eine Wasch- oder Spülmaschine so eingebaut werden kann, dass alle Sensoren in dem als Sensorgehäuse verwendeten Sensorkörper untergebracht und optimal ihre Messwerte erfassen können.
Der Dom des Sensorkörpers ragt weit genug in das zu überwachende Medium, um dessen Temperatur zu messen. Von Vorteil ist dabei, dass der Temperatursensor in dem Dom in Gießharz eingebettet und im Endbereich der Aufnahme gehalten ist. Die Festlegung des Temperatursensors kann jedoch auch so ausgeführt sein, dass der Temperatursensor mittels eines Halters im Endbereich der Aufnahme gehalten ist und dass der Halter mit einer Leiterplatte verbunden ist, die von dem als Gehäuse ausgebildeten Sensorkörper aufgenommen ist.
Eine weitere Vereinfachung im Aufbau des Sensors wird dadurch erreicht, dass die Strahlungsquellen und der Strahlungsempfänger auf der Leiterplatte angeordnet und verdrahtet sind.
Der elektrische Anschluss des Sensors wird dadurch vereinfacht, dass der Temperatursensor an der Leiterplatte angeschlossen ist und dass die Anschlüsse der Leiterplatte mit einer Steckbuchse verbunden sind, die in einer den Sensorkörper verschließenden Verschlussplatte festgelegt ist. Dabei kann die Leiterplatte selbstverständlich auch schon einen Teil der elektrischen Auswerteoder Messschaltung tragen.
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Eine Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorkomponenten als SMD-Bauteile ausgeführt sind. Dadurch können diese besonders genau mit dem idealen Strahlungswinkel automatisch positioniert werden.
Der Einbau in einen Wasch- oder Spülbehälter einer Wasch- oder Spülmaschine wird nach einer weiteren Ausgestaltung dadurch verbessert, dass das aus Sensorkörper und Verschlussplatte bestehende Sensorgehäuse mittels eines Dichtungsringes in einem Durchbruch des Wasch- oder Spülbehälters einer Waschoder Spülmaschine dicht einsetzbar ist.
Die Erfindung wird anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen mit einem Temperatursensor erweiterten optischen Sensor nach der DE 198 31 688 A1 und
Fig. 2 einen Sensor mit Leiterplatte und anders gehaltenem Temperatursensor.
Bei einem Sensor nach Fig. 1 bilden der lichtdurchlässige Sensorkörper 20 und eine Verschlussplatte 25 ein Sensorgehäuse, das alle Sensoren aufnimmt. Dabei ist mit 10 ein Raum angedeutet, in dem sich das Medium befindet, dessen optische und thermische Eigenschaften zu messen sind. Ein Teil des Sensorkörpers 20 ist als Linse 21 mit Grenzfläche 22 ausgebildet. Die Linse 21 endet der Grenzfläche 22 gegenüberliegend gerade. An dieser Geraden ist die erste Strahlungsquelle als Leuchtdiode LED2 und ein Fototransistor FT als Strahlungs-
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empfänger angeordnet. Der Lichtstrahl der Leuchtdiode LED2 ist breit, der je nach Brechungszahlfaktor an der Grenzfläche 22 und/oder der Reflexion an Schaumstoffbläschen des Mediums mehr oder weniger zum Fototransistor FT zurückgelangt. Der Fototransistor FT gibt daher ein nach Wasser, Luft oder
Schaum unterscheidbares Messsignal ab, wie z.B. der aus der DE 42 42 927 A1 bekannte optische Sensor.
Der Sensorkörper 20 bildet neben der Linse 21 eine Kammer 23, die ebenfalls in den Raum 10 mit dem Medium ragt und eine Leuchtdiode LED1 als zusätzliche Strahlungsquelle aufnimmt. Die Leuchtdiode LED1 ist so eingesetzt, dass ihre Strahlung das Medium passiert und auf die Grenzfläche 22 der Linse 21 trifft. Die Strahlung wird durch den Trübungsgrad des Mediums mehr oder weniger geschwächt, so dass nur ein Teil an der Grenzfläche 22 reflektiert und dem Fototransistor FT als Strahlungsempfänger zugeführt wird. Der reflektierte Anteil der Strahlung nimmt mit zunehmender Verschmutzung des Mediums ab, so dass der Strahlungsempfänger ein vom Verschmutzungsgrad abhängiges Messsignal liefert.
Da nur ein einziger Strahlungsempfänger eingesetzt ist, werden die Leuchtdioden LED1 und LED2 zeitlich nacheinander ein- und ausgeschaltet, so dass der Fototransistor FT im Zeitmultiplex entsprechende Messsignale abgibt. Zur Erfassung der Transparenz kann der zusätzlichen Strahlungsquelle aus Leuchtdiode LED1 auch ein getrennter Strahlungsempfänger zugeordnet werden, der vorzugsweise auch im Sensorgehäuse untergebracht wird. Die Messsignale für Transparenz und Reflexion des Mediums liegen dann parallel vor.
• · ·♦·
-*6 -" 5. Juni 2001
Der Sensorkörper 20 weist eine Aufnahme 24 auf, die als Dom ausgebildet ist und ausreichend weit in den Raum 10 mit dem Medium ragt. Am Ende des Aufnahmeraumes des Doms 24 ist ein Temperatursensor TS in Form eines temperaturabhängigen Widerstandes NTC oder PTC angeordnet, der in Gießharz eingebettet und in dieser Position gehalten ist. Die Verschlussplatte 25 verschließt das Sensorgehäuse und nimmt eine Steckbuchse 26 auf, an der die Leuchtdioden LED1 und LED2, der Fototransistor FT und der Temperatursensor TS angeschlossen sind. Der Sensor kann über diese Steckverbindung leicht mit den
elektrischen Mess- und Auswerteschaltungen der Prozesssteuerung verbunden werden.
Wie das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 zeigt, kann die zur Messung der Transparenz vorgesehene Leuchtdiode LED1 auch einem Lichtleiter 23 des Sensorkörpers 20 zugeordnet sein, der die Strahlung der Leuchtdiode LED1 umlenkt und auf die Grenzfläche 22 der Linse 21 richtet. Der reflektierte Teil der Strahlung kann wieder zum einzigen Strahlungsempfänger oder zu einem eigens zugeordneten zusätzlichen Strahlungsempfänger außerhalb des Sensorkörpers 20 geleitet werden. Es ist auch hier wieder ein Zeitmultiplex- oder Parallelbetrieb für die Erfassung der Transparenz und Reflexion des Mediums möglich.
Die Leuchtdioden LED1 und LED2 und der Fototransistor FT sind auf einer Leiterplatte 27 angeordnet und verdrahtet. Der Temperatursensor TS ist mit einem Halter 28 im Dom 24 in Position gehalten, wobei der Halter 28 sich auf der Leiterplatte 27 abstützt oder mit dieser verbunden ist. Die Leiterplatte 27 ist mit dem Verschlusselement 25 in dem Sensorkörper 20 gehalten, wobei das Verschlusselement 25 mit dem Sensorkörper 20 verrastbar ist und umlaufend einen Dichtungsring 29 trägt, so dass das Sensorgehäuse dicht in einen Durchbruch
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des Wasch- oder Spülbehälters einer Wasch- oder Spülmaschine einsetzbar ist. Der Temperatursensor TS ist auf der Leiterplatte 27 angeschlossen und wie die Elemente des optischen Sensors zu einer Steckbuchse im Verschlusselement 25 geführt. Teile der Mess- und Auswerteschaltungen können bereits auf der Leiterplatte 27 angeordnet und verdrahtet sein.
Die optische Indikation, ob Wasser oder Luft im Schacht des Geschirrspülers vorliegt, dient als Sicherheitskontrolle und ob der Wasserzulauf bzw. der Abpumpvorgang ausgeführt werden kann. Ohne Wasser ist das Betreiben der Umwälzpumpe und der Heizung aus Sicherheitsgründen nicht möglich.

Claims (7)

1. Sensor zum Messen der Eigenschaften eines gasförmigen oder flüssigen Mediums, insbesondere der Temperatur, der Trübung und des Schaumanteils einer Wasch- oder Spülflüssigkeit in einer Wasch- oder Spülmaschine, mit mindestens einer ersten Strahlungsquelle, einem Strahlungsempfänger und einem lichtdurchlässigen Sensorkörper als Gehäuse mit einer optischen Grenzfläche, wobei die erste Strahlungsquelle einen Lichtstrahl erzeugt, von dem ein Teil unter und ein Teil über dem kritischen Winkel für Totalreflexion auf die Grenzfläche des Sensorkörpers fällt und der Strahlungsempfänger nach Wasser, Luft oder Schaum als Medium unterscheidbare Messsignale abgibt, sowie mit einer zusätzlichen Strahlungsquelle zur Erfassung der Transparenz des Mediums, die eine Strahlung durch das Medium richtet und mit einem Temperatursensor im Sensorkörper zum Messen der Temperatur des Mediums, dadurch gekennzeichnet,
dass der Sensorkörper (20) eine zusätzliche Aufnahme (24) für den Temperatursensor (TS) aufweist, die in den das zu messende Medium (10) führenden Raum ragt und
dass die Aufnahme (24) als Dom des Sensorkörpers (20) ausgebildet ist, der einen temperaturabhängigen Widerstand (NTC oder PTC) als Temperatursensor (TS) aufnimmt.
2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (TS) in dem Dom (24) in Gießharz eingebettet und im Endbereich der Aufnahme (24) gehalten ist.
3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (TS) mittels eines Halters (28) im Endbereich der Aufnahme (24) gehalten ist und dass der Halter (28) mit einer Leiterplatte (27) verbunden ist, die von dem als Gehäuse ausgebildeten Sensorkörper (20) aufgenommen ist.
4. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquellen (LED1, LED2) und der Strahlungsempfänger (FT) auf der Leiterplatte (27) angeordnet und verdrahtet sind.
5. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (TS) an der Leiterplatte (27) angeschlossen ist und dass die Anschlüsse der Leiterplatte (27) mit einer Steckbuchse (26) verbunden sind, die in einer den Sensorkörper (20) verschließenden Verschlussplatte (25) festgelegt ist.
6. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das aus Sensorkörper (20) und Verschlussplatte (25) bestehende Sensorgehäuse mittels eines Dichtungsringes (29) in einen Durchbruch des Wasch- oder Spülbehälters einer Wasch- oder Spülmaschine dicht einsetzbar ist.
7. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorkomponenten als SMD-Bauteile (Surface Mounted Device) angeführt sind.
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