DE202004017677U1

DE202004017677U1 - Vorrichtung zum Erfassen eines Leitwerts eines Fluids

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Publication number: DE202004017677U1
Application number: DE202004017677U
Authority: DE
Original assignee: Elektromanufaktur Zangenstein Hanauer GmbH and Co KGaA
Current assignee: Elektromanufaktur Zangenstein Hanauer GmbH and Co KGaA
Priority date: 2004-11-15
Filing date: 2004-11-15
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2014-11-16
Also published as: WO2006050767A3; WO2006050767A2; DE112005002791A5; US7733097B2; KR20070086201A; US20090140754A1

Abstract

Vorrichtung zum Erfassen eines Leitwerts eines Fluids, mit:
– einer ersten Leitwertelektrode (10, 126),
– einer zweiten Leitwertelektrode (12, 128), und
– einer ersten Feldlinienblendeneinrichtung (14, 132), die der ersten Leitwertelektrode (10, 126) zugeordnet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen die Erfassung von Leitwerten von Fluiden und insbesondere eine zur Leitwerterfassung eines Fluids vorgesehene Vorrichtung.
Hintergrund der Erfindung
Vorrichtungen zum Erfassen von Leitwerten von Fluiden sind bekannt und werden in wasserführenden Haushaltsgeräten, wie zum Beispiel Waschmaschinen und Geschirrspülmaschinen, verwendet. Für derartige Haushaltsgeräte werden Leitwertsensoren verwendet, die zwei sich von einer gemeinsamen Basis weg erstreckende Elektroden aufweisen. Beim Betrieb des Haushaltsgerät erstrecken sich die Leitwertelektroden in verwendetes Reinigungsfluid. Zur Leitwertmessung wird an die Leitwertelektroden eine Spannung angelegt und der dabei zwischen den Leitwertelektroden entstehende Stromfluss durch das Reinigungsfluid gemessen. Vorteilhafterweise wird hierbei eine Wechselspannung verwendet, um Polarisationseffekte an den Elektroden zu verhindern.
Bekannte Leitwertsensoren weisen mehrere Nachteile auf.
Die sich bei Messung ergebenden Feldlinienverteilungen zwischen den Leitwertelektroden sind komplex, insbesondere nicht homogen, und erfordern aufwändige Auswertestrategien, um aus einem gemessenen Strom auf den Leitwert des Fluids schließen oder diesen näherungsweise bestimmen zu können. Des Weiteren ergeben sich bei bekannten Leitwertsensoren große Felder, die insbesondere gegenüber Einflüssen von einem Leitwertsensor benachbarten elektrisch und/oder magnetisch leitenden Komponenten anfällig sind.
Des Weiteren ergeben sich elektrische, zwischen einzelnen Leitwertelektroden (z. B. auf der zwischenliegenden Oberfläche des Gehäuses) vorliegende elektrische Kriechstrecken, die das Messergebnis verfälschen. Konstruktive Lösungen für dieses Problem sind nicht bekannt. Vielmehr werden aufwändige Auswertestrategien verwendet, um Einflüsse von Kriechstrecken zu berücksichtigen.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Mittel für eine verbesserte Leitwertmessung von Fluiden und insbesondere eine hierfür geeignete Vorrichtung bereitzustellen, mit denen insbesondere die Nachteile des Standes der Technik hinsichtlich der Feldverteilungen und Kriechstrecken vermieden werden.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Die obige Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung durch eine Vorrichtung zum Erfassen eines Leitwerts eines Fluids mit einer ersten Leitwertelektrode und einer zweiten Leitwertelektrode gelöst, wobei der ersten Leitwertelektrode eine Feldlinienblendeneinrichtung zugeordnet ist.
Unter einer Feldlinienblendeneinrichtung wird im Folgenden ein Mittel verstanden, mit dem Feldlinien zwischen Leitwertelektroden verglichen mit Feldlinien zweier allein verwendeter Leitwertelektroden gezielt beeinflusst oder gesteuert werden, um beispielsweise eine gewünschte Feldlinienverteilung, eine gewünschte Feldliniendichte, eine gewünschte Form des elektrischen Feldes insgesamt und/oder einen gewünschten Leitwertverlauf längs der Feldlinien zu erreichen. Zur Veranschaulichung dieser Eigenschaft einer Feldlinienblendeneinrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist der Begriff "Blende" gewählt. Im Bereich der Optik werden Blenden verwendet, um den Verlauf und/oder die Verteilung von Strahlung zu steuern, insbesondere um Strahlung in bestimmten Bereichen zu konzentrieren, Strahlung in bestimmtem Bereich zu vermeiden und/oder Strahlungsbereiche auszublenden. Bei der vorliegenden Erfindung wird dies hinsichtlich elektrischer Felder mit einer Feldlinienblendeneinrichtung erreicht. Dabei ist eine Feldlinienblendeneinrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht auf mit optischen Blenden vergleichbare Bauformen (z. B. Lochblenden, Schlitzblenden) beschränkt. Vielmehr kann eine Feldlinienblendeneinrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Bauform aufweisen, die für eine optische Blende ungeeignet ist.
Vorzugsweise ist der zweiten Leitwertelektrode eine zweite Feldblendeneinrichtung zugeordnet.
Ferner ist es vorgesehen, wenigstens eine weitere Leitwertelektrode zu verwenden, wobei jeder der wenigstens einen weiteren Leitwertelektrode jeweils eine weitere Feldlinienblendeneinrichtung zugeordnet sein kann.
Demnach umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung wenigstens zwei Leitwertelektroden Und wenigstens eine Feldlinienblendeneinrichtung, wobei jede Feldlinienblendeneinrichtung einer Leitwertelektrode zugeordnet ist.
Wenigstens eine der wenigstens einen Feldlinienblendeneinrichtung kann eine geschlossene Fläche umfassen, auf der die Elektrode angebracht oder in die die Elektrode teilweise eingelassen ist.
Es ist auch möglich, dass wenigstens eine der wenigstens einen Feldlinienblendeneinrichtung eine Fläche, die zwischen der zugeordneten Leitwertelektrode und wenigstens einer anderen der wenigstens zwei Leitwertelektroden angeordnet ist, mit einer Unterbrechung umfasst, die benachbart zu der zugeordneten Leitwertelektrode angeordnet ist.
Wenigstens eine der wenigstens einen Feldlinienblendeneinrichtung kann eine Fläche umfassen, auf der die zugeordnete Leitwertelektrode angebracht ist, in die zugeordnete Leitwertelektrode teilweise eingelassen ist und/oder aus der sich die zugeordnete Leitwertelektrode erstreckt und die einen Teil einer Gehäusewand eines Gehäuses für die erfindungsgemäße Vorrichtung bildet.
Wenigstens eine der wenigstens einen Feldlinienblendeneinrichtungen kann eine Ummantelung der zugeordneten Leitwertelektrode umfassen, wobei die Ummantelung in einem zu wenigstens einer anderen der wenigstens zwei Leitwertelektroden weisenden Bereich eine entsprechende Oberflächenbereiche der zugeordneten Leitwertelektrode wenigstens teilweise freilassende Unterbrechung aufweist.
Bei Verwendung einer Unterbrechung kann diese als länglicher Schlitz, runde Öffnung oder mehreckige Öffnung ausgebildet sein.
Vorzugsweise umfasst wenigstens eine der wenigstens zwei Leitwertelektroden eine elektrische Kriechstrecken an der Leitwertelektrode verlängernde Isolierung auf.
Die wenigstens eine Isolierung kann einen ein freies Ende der zugeordneten Leitwertelektrode freilassenden Mantel umfassen, der Kunststoff, Gummi, Keramik und/oder eine isolierende auf die zugeordnete Leitwertelektrode aufgebrachte Schicht umfassen kann.
Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Gehäuse mit einem ersten Gehäusefinger und einem zweiten Gehäusefinger.
Dabei ist es vorgesehen, dass einer der Gehäusefinger länger als der andere Gehäusefinger ist. Diese Ausgestaltung kann in Verbindung mit weiteren im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung bevorzugt sein.
Die erste Leitwertelektrode kann sich wenigstens teilweise in dem ersten Gehäusefinger erstrecken und/oder oder wenigstens teilweise auf einer Außenseite einer Wand des ersten Gehäusefingers, die zu dem zweiten Gehäusefinger weist, und/oder sich wenigstens teilweise aus dem ersten Gehäusefinger erstreckend angeordnet sein.
Vorzugsweise umfasst der erste Gehäusefinger die erste Feldlinienblendeneinrichtung.
Die zweite Leitwertelektrode kann sich wenigstens teilweise in dem zweiten Gehäusefinger erstrecken und/oder wenigstens teilweise auf einer Außenseite einer Wand des zweiten Gehäusefingers, die zu dem ersten Gehäusefinger weist, und/oder sich wenigstens teilweise aus dem zweiten Gehäusefinger erstreckend angeordnet sein.
Vorzugsweise umfasst der zweite Gehäusefinger die zweite Feldlinienblendeneinrichtung.
Die wenigstens eine weitere Leitwertelektrode kann sich wenigstens teilweise in einem der ersten und zweiten Gehäusefinger erstrecken und/oder wenigstens teilweise auf einer Außenseite einer Wand des einen der ersten und zweiten Gehäusefinger, die zu dem anderen der ersten und zweiten Gehäusefinger weist, und/oder sich wenigstens teilweise aus dem einen der ersten und zweiten Gehäusefinger erstreckend angeordnet sein.
Vorzugsweise kann dann die wenigstens eine weitere, der wenigstens einen weiteren Leitwertelektrode zugeordnete Feldlinienblendeneinrichtung von dem einen der ersten und zweiten Gehäusefinger umfasst sein.
Ferner ist es vorgesehen, dass sich die wenigstens eine weitere Leitwertelektrode in einem Bereich zwischen den ersten und zweiten Gehäusefingern wenigstens teilweise aus dem Gehäuse erstreckt.
Vorzugsweise ist ein Oberflächenbereich des Gehäuses wenigstens in einem Bereich zwischen wenigstens zwei Leitwertelektroden so ausgestaltet, dass er Kriechstrecken verlängernd wirkt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass entsprechende Oberflä chenbereiche des Gehäuses mit Nuten, Wellen, Rillen, Vertiefungen, Erhöhungen, Trennwänden etc. ausgebildet sind.
Die Verwendung von mehr als zwei Leitwertelektroden ermöglicht es, unterschiedliche Messstrecken zu verwirklichen, auf deren Grundlage genauere und detailliertere Aussagen über den Leitwert des Fluids gemacht werden können. Mehr als zwei Leitwertelektroden ermöglichen ferner Messungen, die zur Kompensation von Fehlern dienen können, die bei Verwendung von nur zwei Leitwertelektroden auftreten. Des Weiteren können bei geeigneter Anordnung mehr als zwei Leitwertelektroden auch zur Messung eines aktuellen Pegels des Fluids verwendet werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner eine Transmissionserfassungseinrichtung aufweisen, mit der die Transmission (z.B. Trübung) des Fluids erfasst werden kann.
Vorzugsweise werden bei der Transmissionserfassungseinrichtung ein Sender zum Aussenden eines optischen Messstrahls und wenigstens ein Empfänger verwendet, der den optischen Messstrahl nach dessen Durchgang durch das Fluid bzw. von dem optischen Messstrahl hervorgerufene optische Messstrahlung empfängt.
Bei Verwendung des Gehäuses mit ersten und zweiten Gehäusefingern kann der Sender in einem der ersten und zweiten Gehäusefinger und der wenigstens eine Empfänger in dem anderen der ersten und zweiten Gehäusefinger, vorzugsweise einander gegenüber liegend, angeordnet sein.
Alternativ kann der Sender außerhalb eines Gehäusefingers so angeordnet sein, dass der Sender den optischen Messstrahl in Richtung dieses Gehäusefingers so abgegeben kann, dass er sich unmittelbar oder unter Verwendung eines lichtleitenden Elements dort ausbreiten kann. Hierbei ist es vorgesehen, dass der wenigstens eine Empfänger außerhalb des anderen Gehäusefingers so angeordnet ist, dass aus dem zweiten Gehäusefinger austretende Messstrahlung empfangen werden kann. Auch empfängerseitig ist es möglich, in dem entsprechenden Gehäusefinger lichtleitende Komponenten vorzusehen, die eine gerichtete Ausbreitung von Messstrahlung durch den zweiten Gehäusefinger zu dem wenigstens einen Empfänger ermöglichen.
Des Weiteren kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Temperaturerfassungseinrichtung aufweisen, mit der eine Temperatur des Fluids erfasst werden kann.
Die Verwendung der Temperaturerfassungseinrichtung erlaubt es, baueinheitlich integriert und zeitgleich die aktuelle Temperatur des Fluids bei einer Leitwertmessung zu erfassen und damit Temperaturabhängigkeiten des Leitwerts bei dessen Ermittlung zu berücksichtigen.
Vorzugsweise umfasst die Temperaturerfassungseinrichtung wenigstens einen Temperatursensor.
Bei Verwendung des Gehäuses mit ersten und zweiten Gehäusefingern ist die Temperaturerfassungseinrichtung und insbesondere ein hierfür verwendeter Temperatursensor in einem äußeren Endbereich des längeren Gehäusefingers angeordnet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann eine Auswerteeinrichtung umfassen, die eine wenigstens teilweise Auswertung von Signalen der wenigstens zwei Leitwertelektroden erlaubt. In welchem Umfang von der Auswerteeinrichtung Signale von Leitwertelektroden ausgewertet werden können und/oder sollen, kann beispielsweise davon abhängen, ob und, wenn ja, welche weitere Auswertemittel vorgesehen sind.
Vorzugsweise ist die Auswerteeinrichtung auch zur wenigstens teilweisen Auswertung von Signalen der Transmissionserfassungseinrichtung und/oder der Temperaturerfassungseinrichtung ausgelegt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch eine Steuereinrichtung umfassen, mit der Betrieb der wenigstens zwei Leitwertelektroden, vorzugsweise der gesamten erfindungsgemäßen Vorrichtung, wenigstens teilweise möglich ist. Auch hier kann der Umfang der mittels der Steuereinrichtung möglichen Steuerung davon abhängen, in Verbindung mit welchen weiteren Mitteln die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet wird.
Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung auch zur wenigstens teilweisen Steuerung der Transmissionserfassungseinrichtung und/oder der Temperaturerfassungseinrichtung und/oder der Auswerteeinrichtung ausgelegt.
Zur Anordnung von Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung und insbesondere zur Anordnung der wenigstens zwei Leitwertelektroden kann wenigstens eine Leiterplatte verwendet werden, an der Komponenten und insbesondere die wenigstens zwei Leitwertelektroden angeschlossen sind. Vorzugsweise wird eine Leiterplatte verwendet, die die Befestigung von Komponenten und insbesondere der wenigstens zwei Leitwertelektroden unmittelbar an der Leiterplatte erlaubt und weitere Befestigungsmittel vermeidet. Des Weiteren ist es vorgesehen, zwei Leiterplatten zu verwenden, die senkrecht zueinander ausgerichtet sein und/oder aneinander befestigt sein können.
Die Transmissionserfassungseinrichtung und/oder die Temperaturerfassungseinrichtung und/oder die Steuereinrichtung und/oder die Auswerteeinrichtung können ebenfalls an der Leiterplatte elektrisch angeschlossen und vorzugsweise daran befestigt sein.
Des Weiteren stellt die vorliegende Erfindung ein System zur Erfassung eines Leitwerts eines Fluids bereit, das die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer ihrer Ausführungsformen und eine damit verbundene Steuereinheit umfasst.
Die Steuereinheit kann beispielsweise einen Teil einer Steuerung eines Haushaltsgeräts darstellen.
Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße System eine Auswerteeinheit, die als Teil einer Haushaltsgerätesteuerung bzw. -elektronik ausgebildet sein kann.
Die Steuereinheit dient zur wenigstens teilweisen Steuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, beispielsweise abhängig davon, ob die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Steuereinrichtung umfasst und in welchem Umfang diese deren Steuerung bewerkstelligt. Entsprechendes gilt für die Auswerteeinheit.
Außerdem stellt die vorliegende Erfindung ein Haushaltgerät bereit, das einen Fluidaufnahmebereich zur Aufnahme eines Fluids und die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer ihrer Ausführungsformen umfasst, wobei die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erfassung eines Leitwerts des Fluids in dem Fluidaufnahmebereich angeordnet ist.
Beispielsweise kann der Fluidaufnahmebereich eine Leitung zur Entfernung von Reinigungsfluids, ein wannenartig gestalteter Bereich am Boden im Inneren einer Spülmaschine oder ein Bereich einer Waschmaschine sein, in dem sich während des Betriebs Reinigungsfluid befindet.
Vorzugsweise ist das Haushaltsgerät eine Waschmaschine oder ein Geschirrspüler.
Da sich die vorliegende Erfindung auch zur Leitwertmessung von gasförmigen Stoffen eignet, kann das Haushaltsgerät auch ein Wäschetrockner sein. Dabei kann die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise im Abluftbereich des Wäschetrockners angeordnet sein.
Kurzbeschreibung der Figuren
Bei der folgenden Beschreibung bevorzugte Ausführungsformen wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, von denen zeigen:
1 und 2 eine schematische herkömmliche Anordnung von Leitwertelektroden,
3 und 4 schematische Darstellungen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
5 und 6 schematische Darstellungen einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
7 ein veranschaulichendes Ersatzschaltbild für die Anordnung von 1 und 2,
8 ein veranschaulichendes Ersatzschaltbild für die Anordnungen von 3 und 4 und 5 und 6,
9 und 10 schematische Darstellungen einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
11 und 12 veranschaulichen Ersatzschaltbilder hinsichtlich bei Leitwertmessungen möglicher Kriechstrecken,
13 und 14 schematische Darstellungen einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
15 und 16 schematische Darstellungen einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
17 und 18 schematische Darstellungen einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
19 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer bevorzugten Anwendung,
20 und 21 veranschaulichende Ersatzschaltbilder für Ausführungsformen von 9, 10 und 13 bis 18,
22 eine bekannte Leitwertelektrodenanordnung zur 4-Pol-Leitwertmessung, und
23 eine bekannte Leitwertelektrodenanordnung der vorliegenden Erfindung zur "abgemagerten 4-Pol-Leitwertmessung".
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
1 und 2 veranschaulichen schematisch zwei Leitwertelektroden 2 und 4 und eine sich im Messbetrieb in einem zu vermessenden Fluid zwischen den Leitwertelektroden 2 und 4 ergebenden Feldlinienverteilung, wenn die Leitwertelektroden 2 und 4, wie in 1 und 2 veranschaulicht, auf herkömmliche Weise, sich von einer gemeinsamen Basis frei in das Fluid erstreckend angeordnet verwendet werden.
Die sich bei der Berechnung des Leitwerts oder dessen näherungsweisen Berechnung ergebenden Probleme aufgrund der in 1 und 2 gezeigten Feldlinienverteilung sind offensichtlich.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch verhindert, dass Leitwertelektroden zugeordnete Feldlinienblendeneinrichtungen verwendet werden.
3 und 4 veranschaulichen eine erfindungsgemäße Anordnung von zwei Leitwertelektroden 10 und 12 und zwei Feldlinienblendeneinrichtungen 14 und 16. Die Feldlinienblendeneinrichtungen 14 und 16 sind aus einem elektrisch isolierend, elektrisch nicht leitendem Material, wie zum Beispiel Kunststoff, Plexiglas, Keramik und dergleichen hergestellt. Bevorzugt sind elektrisch nicht leitende Materialien, die chemisch beständig, temperaturenempfindlich und hydrophob sind, um die Aufnahme von Fluid, insbesondere Wasser, möglichst gering zu halten oder vollständig zu vermeiden. Ferner sind Materialien bevorzugt, deren Oberflächenbeschaffenheit Anlagerungen und Ablagerungen von Schmutzpartikeln, Kleinteilen und dergleichen wenigstens teilweise vermeiden.
Die Feldlinienblendeneinrichtungen 14 und 16 weisen jeweils eine Unterbrechung 18 und 20 auf. Die Unterbrechungen 18 and 20 sind als längliche, rechteckige Schlitze ausgebildet. Daher können die Feldlinienblendeneinrichtungen 14 und 16 hinsichtlich ihrer Ausgestaltung mit optischen Schlitzblenden verglichen werden.
Die Verwendung der Feldlinienblendeneinrichtungen 14 und 16 führt zu der in 3 und 4 veranschaulichten Feldlinienverteilung zwischen den Leitwertelektroden 10 und 12 bei Ver- wendung in einem Fluid. Die Feldlinien erstrecken sich zwischen den Leitwertelektroden 10 und 12 in einem im Wesentlichen nur zwischen diesen angeordneten Bereich. Der sich dadurch ergebende Stromfluss zwischen den Leitwertelektroden 10 und 12 durch das Fluid erfolgt dementsprechend im Wesentlichen auch nur in diesem Bereich.
Indem beispielsweise die in 3 dargestellten Abmessungen der Unterbrechungen 18 und 20 verkleinert werden, kann eine sich hinsichtlich 3 im Wesentlichen gradlinige Feldlinienausbreitung zwischen den Leitwertelektroden 10 und 12 erreicht werden. Entsprechendes gilt für die in 4 dargestellten Abmessungen der Unterbrechungen 18 und 20.
Die Feldlinienblendeneinrichtungen 14 und 16"konzentrieren" den Stromfluss durch das Fluid auf einen zwischen den Leitwertelektroden 10 und 12 liegenden Bereich. Die Ermittlung eines Leitwerts des Fluids wird dadurch vereinfacht. Ferner werden aufgrund der eingeschränkten, eingeengten Feldlinienverteilung Störeinflüsse, beispielsweise durch benachbarte elektrisch und/oder magnetisch leitende Materialien auf Leitwertmessungen vermieden.
Die in 5 und 6 dargestellte Anordnung ist mit der von 3 und 4 vergleichbar, abgesehen davon, dass die Feldlinienblendeneinrichtungen 14 und 16 keine Unterbrechungen aufweisen. Vielmehr sind bei dieser Ausführungsform die Leitwertelektroden 10 und 12 auf den Leitwertblendeneinrichtungen 14 und 16, beispielsweise durch thermisches Verbinden, Einpressen oder Kleben, angeordnet.
Alternativ zu der Anordnung der Leitwertelektroden 10 und 12 auf den Leitwertblendeneinrichtungen 14 und 16 gemäß 5 und 6 können die Leitwertelektroden 10 und 12 auch in die Feldlinienblendeneinrichtungen 14 und 16 so eingebettet sein, dass im Wesentlichen nur einander gegenüber liegende Flächen der Leitwertelektroden 10 und 12 freigelassen sind. Vergleichbares kann erreicht werden, wenn bei der Ausführungsform von 3 und 4 die Unterbrechungen 18 und 20 bzw. die Leitwertelektroden 10 und 12 so bemessen und so angeordnet sind, dass die Unterbrechungen 18 und 20 die Leitwertelektroden 10 und 12 umfassen oder umrahmen.
Zur weiteren Erläuterung der Anordnungen gemäß 3/4 und 5/6 gegenüber der Anordnung gemäß 1/2 wird auf 7 und 8 Bezug genommen, die veranschaulichende Ersatzschaltbilder für diese Anordnungen zeigen.
7 veranschaulicht vereinfacht zwischen den Leitwertelektroden 2 und 4 wirksame Impedanzen von zwischen diesen befindlichem Fluid. Für sich "unmittelbar, geradlinig" zwischen den Leitwertelektroden 2 und 4 durch das Fluid ausbreitenden Strom ist die relativ kleinste Impedanz Z₁ wirksam. Dieser Strom ist auf sich "unmittelbar, geradlinig" zwischen den Leitwertelektroden 2 und 4 ausbreitende Feldlinien zurückzuführen. Für Ströme, die auf davon abweichenden Feldlinien beruhen und eine größere Strecke durch das Fluid zurücklegen, sind größere Fluidimpedanzen Z₂, Z₃,...Z_n wirksam. Dabei sind die wirksamen Impedanzen umso größer, je länger der Stromweg ist; bezugnehmend auf 1 heißt das, dass für den auf die in 1 oberste Feldlinie zurückzuführenden Strom die Impedanz größer ist, als für den auf die darunterliegende Feldlinie zurückzuführenden Strom.
8 zeigt vereinfacht Impedanzverhältnisse zwischen den Elektroden 10 und 12. Aufgrund der Feldlinienblendeneinrichtungen 14 und 16 werden Feldlinien, wie in 3 bis 6 veranschaulicht, auf verglichen mit 1 und 2 kleinere Bereiche beschränkt. Dies ist in 8 dadurch veranschaulicht, dass dort Impedanzen für bei den Anordnungen von 3 bis 6 nicht vorhandene, "ausgeblendete" Feldlinien (z.B. Z₃,...Z_n) nicht dargestellt sind. Im Ergebnis erreichen die Anordnungen von 3 bis 6 eine Erhöhung des insgesamt zwischen den Leitwertelektroden 10 und 12 für Leitwertmessungen wirksamen Widerstands bezogen auf einen konstant angenommenen Leitwert. Dies heißt auch, dass verglichen mit der Anordnung von 1 und 2 Leitwertänderungen (wie z. B. partielle Leitwertänderungen im Bereich der Leitwertelektroden) relativ größere Änderungen des zwischen den Leitwertelektroden 10 und 12 fließenden Stroms zur Folge haben. Leitwertmessungen können also genauer und mit höherer Auflösung durchgeführt werden.
Des Weiteren wird mit den Anordnungen gemäß 3 bis 6 erreicht, dass keine oder relativ weniger "äußere Fluidimpedanzen" eine Rolle spielen. Diese "äußeren Fluidimpedanzen" können Leitwertmessungen beeinträchtigen, weil sich entsprechende Feldlinien in größerem Abstand zu den Leitwertelektroden ausbreiten und aufgrund von Wechselwirkungen mit elektrisch und/oder magnetisch leitenden Materialien zu Fehlmessungen führen können.
Die im Folgenden beschriebenen Figuren veranschaulichen schematisch Ausführungsformen, die als Sensoreinheit für eine Waschmaschine oder eine Geschirrspülmaschine ausgestaltet sind.
Die in 9 und 10 schematisch in Querschnittsansichten dargestellte Ausführungsform umfasst ein Gehäuse 100 mit einem ersten Gehäusefinger 102 und einem zweiten Gehäusefinger 104. Bezüglich einer auch als Basis bezeichneten Ebene 106 erstreckt sich der zweite Gehäusefinger 104 weiter von der Basis 106 weg als der erste Gehäusefinger 102. Im einge bauten Zustand wird dadurch erreicht, dass der zweite Gehäusefinger 104 weiter in ein zu vermessendes Fluid hineinragt.
Das Gehäuse 100 kann insgesamt aus einem lichtdurchlässigen Material, wie zum Beispiel Plexiglas, hergestellt sein. Wenigstens ist das Gehäuse 100 in den Bereichen der Gehäusefinger 102 und 104 lichtdurchlässig, in denen optische Messstrahlung aus dem Gehäuse 100 austreten bzw. in dieses gelangen soll.
In dem Gehäuse 100 ist ein lichtleitender Körper 108 angeordnet, der einen ersten Lichtleiterkörperfinger 110 und einen zweiten Lichtleitkörperfinger 112 aufweist. Die ersten und zweiten Lichtleitkörperfinger 110 und 112 erstrecken sich in die ersten bzw. zweiten Gehäusefinger 102 und 104. Vorzugsweise ist der Lichtleitköper 108 einstückig ausgeformt. Es ist allerdings auch möglich, den Lichtleitköper 108 zweistückig auszubilden, wobei es dann möglich ist, den Lichtleitkörper 108 im Wesentlichen auf die ersten und zweiten Lichtleitkörperfinger 110 und 112 zu beschränken.
An ihren zu den freien Enden der Gehäusefinger 102 und 104 weisenden Enden umfassen die Lichtleitkörperfinger 110 und 112 Reflexionsflächen 114 und 116. Die Reflexionsflächen 114 und 116 dienen zur inneren Reflexion von Messstrahlung in den Lichtleitkörpefingern 110 und 112, also zur Reflexion von optischer Messstrahlung innerhalb der Lichtleiterkörper 110 und 112.
Benachbart zu dem der Reflexionsfläche 114 gegenüberliegenden Ende des Lichtleitkörperfingers 110 sind ein erster und ein zweiter Empfänger für optische Messstrahlung so angeordnet, dass an der Reflexionsfläche 114 reflektierte Strahlung zu den ersten und zweiten Empfängern 118 und 120 gelangen kann.
Dem der Reflexionsfläche 116 gegenüberliegenden Ende des zweiten Lichtleitkörperfingers 112 benachbart ist ein Sender 122 für optische Messstrahlung so angeordnet, dass von dem Sender 122 abgegebene Messstrahlung sich durch den zweiten Lichtleitkörperfinger 112 ausbreiten und an der Reflexionsfläche 116 reflektiert werden kann.
Die Ausgestaltung des Lichtleitkörpers 108 (insbesondere der Reflexionsflächen 114 und 116) sowie die Anordnung der ersten und zweiten Empfänger 118 und 120 und des Senders 122 relativ zu dem Lichtleitkörper 108 (insbesondere zu den Reflexionsflächen 114 und 116) ist der Gestalt, dass von dem Sender 122 abgegebene optische Messstrahlung durch den zweiten Lichtleitkörperfinger 112 zu der Reflexionsfläche 116 gelangt, dort so reflektiert wird, dass die Messstrahlung aus dem zweiten Gehäusefinger 104 austritt, sich durch zwischen den ersten und zweiten Gehäusefingern 102 und 104 befindlichem Fluid ausbreitet, in den ersten Gehäusefinger 102 zur Reflexion an der Reflexionsfläche 114 eintritt und von dort durch den ersten Lichtleitkörperfinger 110 zu den ersten und zweiten Empfängern 118 und 120 reflektiert wird.
Insbesondere ist der Lichtleitkörper so ausgestaltet, dass einerseits ein Strahlungsweg von dem Sender 122 zu dem ersten Empfänger 118 und andererseits ein Strahlungsweg von dem Sender 122 zu dem zweiten Empfänger 120 realisiert werden kann. Dies kann beispielsweise durch eine Ausgestaltung der Reflexionsfläche 114 und/oder der Reflexionsfläche 116 derart erreicht werden, dass dort nicht nur Reflexion, sondern auch weitere Wechselwirkungen (z. B. Strahlteilung, Fokussierung) von Messstrahlung mit der bzw. den Flächen 114 und 116 derart vorgesehen sind, dass gewünschte Strahlungswege erreicht werden.
Der Sender 122, die ersten und zweiten Empfänger 118 und 120 und der Lichtleiterkörper 108 stellen einen Teil einer Einrichtung zum Erfassen der Transmission des Fluids dar.
In dem seinem freien Ende benachbarten Bereich des zweiten Gehäusefingers 104 ist ein Temperatursensor 124 angeordnet. Aufgrund der längeren Ausgestaltung des zweiten Gehäusefingers 104 verglichen mit dem ersten Gehäusefinger 102 ist der Temperatursensor 124 im eingebauten Zustand der dargestellten Vorrichtung entfernt von weiteren Komponenten, die Temperaturmessungen verfälschende Abwärme erzeugen können, und "weit" in zu vermessendes Fluid hineinragend angeordnet.
Des Weiteren weist diese Ausführungsform eine erste Leitwertelektrode 126, eine zweite Leitwertelektrode 128 und eine weitere, dritte Leitwertelektrode 130 auf. Die ersten und zweiten Leitwertelektroden 126 und 128 sind als längliche, im Querschnitt runde Elektroden ausgebildet, die sich bezüglich der Basis 106 gemäß 7 nach links erstrecken.
Abhängig davon, in welchem Umfang die ersten und zweiten Leitwertelektroden 126 und 128 mit zu vermessendem Fluid in Kontakt gebracht werden sollen, weisen die ersten und zweiten Gehäusefinger 102 und 104 längliche Unterbrechungen (Schlitze) 132 und 134 auf. Im zusammengebauten Zustand dieser Ausführungsform erstrecken sich entsprechende Bereiche der Leitwertelektroden 126 und 128 durch die Unterbrechungen 132 und 134 in das Fluid. Um ein Eindringen von Fluid in das Gehäuse 100 zu vermeiden, sind die Unterbrechungen 132 und 134 bzw. die ersten und zweiten Leitwertelektroden 126 und 128 so bemessen, dass sie abdichtend, form- und vorteilhafterweise auch kraftschlüssig aneinander angreifen. Ergänzend oder alternativ können die ersten und zweiten Leitwertelektroden 126 und 128 in den Unterbrechungen 132 und 134 verklebt oder auf andere Weise abdichtend befestigt werden.
Die dritte Leitwertelektrode 130 erstreckt sich in einem Bereich zwischen den ersten und zweiten Gehäusefingern 102 und 104 aus dem Gehäuse 100.
Um den Einfluss von Kriechstrecken, die Leitwertmessungen beeinflussen können, zu vermeiden oder zu reduzieren sind folgende einzeln und in Kombination verwendbare Lösungen vorgesehen.
11 zeigt ein veranschaulichendes Ersatzschaltbild für zwischen zwei Leitwertelektroden, hier den Leitwertelektroden 126 und 128, herrschende Impedanzverhältnisse. Die Impedanz Z_K gibt die Impedanz einer Kriechstrecke, beispielsweise über Oberflächenbereiche des Gehäuses 100 zwischen den Leitwertelektroden 126 und 128, an. Die Impedanz Z_F gibt die insgesamt wirksame Impedanz von Fluid zwischen den Elektroden 126 und 128 an. Um den Einfluss von Kriechstrecken zu reduzieren, ist das Verhältnis der Impedanzen Z_K und Z_F so zu modifizieren, dass der für Leitwertmessungen bedeutsamere Impedanzanteil durch die Fluidimpedanz bereitgestellt wird.
Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Impedanz Z_K vergrößert wird. Eine Vergrößerung der Impedanz Z_k führt zu einem relativ erhöhten Strom durch die Impedanz Z_F. Dieser Summenstrom erlaubt genauere Aussagen über den Leitwert des Fluids. Aufgrund der Erhöhung des Stromanteils durch die Impedanz Z_F und einer entsprechenden Verringerung des Stromanteils durch die Impedanz Z_K wird der Anteil des insgesamt zwischen den Leitwertelektroden 126 und 128 fließenden Stroms, der durch Aussagen über den Leitwert erlaubenden Strom bereitgestellt wird, erhöht. Einflüsse aufgrund von Kriechstrecken entstehenden Stroms werden demgegenüber reduziert.
Die Erhöhung der Impedanz Z_K kann durch elektrisch isolierende Mäntel, Hüllen oder Beschichtungen auf den Leitwertelektroden 126 und 128 erreicht werden. Auch wenn in diesem Zusammenhang bisher auf die Leitwertelektroden 126 und 128 Bezug genommen ist, ist es insbesondere bei der dritten Leitwertelektrode 130 vorgesehen, diese mit einem solchen Mantel, Hülle oder Beschichtung so zu versehen, dass im Wesentlichen nur deren freies Ende oder ein diesem benachbarter Bereich mit Fluid in Kontakt treten kann. Bei den ersten und zweiten Leitwertelektroden 126 und 128 kann dies auch dadurch erreicht werden, dass die Unterbrechungen 132 und 134 so ausgeformt sind, dass kleine Bereiche (z.B. Enden, Seitenflächen) der Leitwertelektroden 126, 128 (teilweise) mit Fluid in Kontakt treten können.
Ferner ist es möglich, die Impedanz I_K zu vergrößern, indem Oberflächenbereiche zwischen Leitwertelektroden, auf denen sich Kriechstrecken bilden können, zu verlängern. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass entsprechende Oberflächenbereiche des Gehäuses 100 mit Nuten, Wellen, Rillen oder Vertiefungen ausgestattet sind.
Der Einfluss von Kriechstrecken kann auch dadurch wenigstens reduziert werden, dass die Leitwertelektroden verlängert werden. Diese Vorgehensweise ist durch das Ersatzschaltbild von 12 veranschaulicht. Werden die Leitwertelektroden 126 und 128 gegenüber den Leitwertelektroden gemäß 11 verlängert, beispielsweise doppelt so lang ausgestaltet, verringert sich die insgesamt aufgrund des Fluids zwischen den Leitwertelek-troden 126 und 128 wirksame Impedanz, wird beispielsweise halbiert. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sich der zwischen den Leitwertelektroden 126 und 128 durch das Fluid fließende Strom erhöht, während der Strom durch die Impedanz Z_K verkleinert wird. Das Ergebnis ist eine mit der unter Bezugnahme auf 11 beschriebene Änderung des Verhältnisses der Fluid- und Kriechstreckenwiderstände. Daher werden auch bei dieser Vorgehensweise Einflüsse aufgrund von Kriechstrecken zwischen Leitwertelektroden 126 und 128 reduziert. Es ist hierbei zu berücksichtigen, dass dadurch eine weniger konzentrierte, breitere Feldlinienverteilung verglichen mit der vorherigen Vorgehensweise bewirkt wird. Daher ist bei dieser Vorgehensweise darauf zu achten, dass durch ihre Anwendung nicht die durch die Verwendung von Feldlinienblendeneinrichtungen erreichten Vorteile in nicht akzeptabler Weise kompensiert werden.
Alternativ zu der oben beschriebenen Anordnung und Ausgestaltung der ersten und zweiten Leitwertelektroden 126 und 128 bzw. der Unterbrechungen 132 und 134 ist es möglich, die ersten und zweiten Gehäusefinger 102 und 104 an ihren freien Enden mit im Querschnitt beispielsweise runden Unterbrechungen auszustatten, durch die sich die ersten und zweiten Leitwerkelektroden 126 und 128 in das Fluid erstrecken können.
Die in 13 und 14 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß 9 und 10 dadurch, dass die dritte Leitwertelektrode 130 weggelassen und vierte und fünfte Leitwertelektroden 136 und 138 vorgesehen sind. Die obigen Ausführungen bezüglich der ersten und zweiten Leitwertelektroden 126 und 128 gelten entsprechend für die vierten und fünften Leitwertelektroden 136 und 138.
Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform, die als Kombination der Ausführungsformen gemäß 9/10 und 13/14 betrachtet werden kann, sind die ersten bis fünften Leitwertelektroden werden 126, 128, 130, 136 und 138 vorgesehen.
Den bevorzugten Ausführungsformen ist gemeinsam, dass eine Leiterplatte 140 verwendet wird, an der die Sender 118, 120, der Empfänger 122, unter Verwendung entsprechender Leiterstrukturen der Temperatursensor 124 und die Leitwertelektroden befestigt sind. Die Leiterplatte 140 kann auch zur Befestigung des Lichtleiterkörpers 108 dienen. Auf diese Weise kann eine vorab vollständig herzustellende Einheit geschaffen werden, die zum Zusammenbau in das Gehäuse 100 auf einfache Weise eingebracht werden kann, ohne dass weitere Maßnahmen, wie zum Beispiel Verdrahtung, erforderlich sind.
Bei allen Ausführungsformen ist es ferner vorgesehen, diese als "eigenständige" Sensoreinheit auszuführen. Dabei können Steuer- und Auswerteeinrichtungen in das Gehäuse 100 integriert sein, die einerseits den Betrieb steuern und andererseits von unterschiedlichen Komponenten bereitgestellte Signale auswerten, um konkrete Informationen aus Messung bereitzustellen. Beispielsweise können auf diese Weise der Leitwert, die Transmission und die Temperatur des Fluids ausgegeben werden.
Solche Steuer- und Auswerteeinrichtungen umfassenden Ausführungsformen sind in 15 bis 18 veranschaulicht, wobei dort unter Bezugnahme auf vorherige Figuren bereits erläuterte Bezugszeichen weggelassen sind.
Bei der Ausführungsform von 15 und 16 ist zusätzlich zu der Leiterplatte 140 eine weitere Leiterplatte 142 mit darauf angeordneten Bauelementen 144 bis 152 in dem Gehäuse angeordnet. Die Leiterplatte 142 weist an ihrem in 5 rechts liegenden Ende einen Leiterplattenstecker 154 zur Verbindung beispielsweise mit einer Waschmaschine oder Spülmaschine auf; anstelle eines Leiterplattensteckers kann die Verbindung 154 auch als Busanschluss, als Kombination von elektrischen und optischen Anschlüssen, Lötverbindungen oder Federkontakte ausgestaltet sein.
Zur Verbindung der Leiterplatte 142 und insbesondere der darauf angeordneten Bauelemente 144 bis 152 ist eine in 15 mit 152 bezeichnete Verbindung vorgesehen. Die Verbindung 153 kann durch Lötstellen, Steckverbindungen, Busverbindungen, eine Kombination von elektrischen und optischen Anschlüssen, Federkontakte und dergleichen realisiert sein.
Bei der Ausführungsform von 17 und 18 wird nur eine Leiterplatte 158 mit darauf angeordneten Bauelementen 160 bis 168 verwendet. Die obigen Ausführungen hinsichtlich des Leiterplattensteckers 154 gelten entsprechend für einen an der Leiterplatte 158 vorgesehenen Leiterplattenstecker 170.
Weitere Komponenten in dem Gehäuse, beispielsweise Leitwertsensoren, Sender, Empfänger und Temperatursensoren können an dem Gehäuse 100 befestigt und über elektrisch leitende Verbindungen (z. B. Drahtverbindungen, leitfähige Kunststoffe) mit der Leiterplatte 158 verbunden sein.
Bezugnehmend auf 19 bis 23 sind bevorzugte Ausführungsformen hinsichtlich der Verwendung von drei und mehr Leitwertelektroden erläutert.
Der Abstand zwischen zwei Leitwertelektroden dividiert durch die Austrittsfläche definiert eine sogenannte Zellkonstante, wobei als Austrittsfläche die metallische Kontaktfläche von einer Leitwertelektrode mit Fluid betrachtet werden kann. Je nach Leitwertmessbereichen werden bestimmte Zellkonstanten empfohlen. Durch die Verwendung von mehr als zwei Leitwertelektroden, die in unterschiedlichen Abständen angeordnet sind, ermöglicht mehrere auf unterschiedliche Leitwertbereiche optimierte Zellkonstanten. Dies ist bei den oben beschriebenen Ausführungsformen mit drei und mehr Leitwertelektroden möglich.
Mehr als zwei in unterschiedlichen Abständen angeordnete Leitwertelektroden können bei gleicher Betriebsspannung betrieben werden. Dabei werden zwischen Leitwertelektroden mit geringerem Abstand höherer Feldstärken und höhere Ströme erzeugt. So können beispielsweise bei der Ausführungsform von 13 und 14 die Leitwertelektroden 126 und 128 und die Leitwertelektroden 136 und 138 mit gleicher Betriebsspannung betrieben werden und erlauben so Messaussagen über zwei unterschiedlich lange Messstrecken. Dabei ist es möglich, die Messungen mit den Leitwertelektroden 126 und 128 und den Leitwertelektroden 136 und 138 gleichzeitig oder, um Wechselwirkungen zwischen den zwei Messfeldern zu vermeiden, intermittierend durchzuführen.
Auch ist es bei dieser Anordnung möglich, nahezu identische Felder zu erzeugen, die sich aber über unterschiedlich große Messstrecken erstrecken. Auf diese Weise durchgeführte Messungen erlauben es, Leitwertmessungen verfälschende Einflüsse, wie zum Beispiel An- und/oder Ablagerungen an Leitwertelektroden, wenigstens näherungsweise, zu ermitteln und bei entsprechender Korrektur genauere Angaben über Leitwerte zu erreichen.
Die Anordnung von vier Leitwertelektroden derart, dass jeweils zwei Leitwertelektroden einander benachbart angeordnet und zu dem anderen Leitwertelektodenpaar Abstand aufweisen, erlaubt es, durch Parallelschaltung eines oder beider Leitwertelektrodenpaare eine für den jeweiligen Leitwertmessbereich optimale Zellkonstante einzustellen.
Durch die Wahl der Ausrichtung einer Leitwertelektrodenanordnung beim Einbau beispielsweise in eine Waschmaschine oder Spülmaschine kann mittels der Leitwertelektroden der Pegel bzw. das Niveau von Fluid ermittelt werden. Wenn beispielsweise die Ausführungsform von 9 und 10 wie in 19 veranschaulicht eingebaut wird, erlauben die Leitwertelektroden 126, 130 und 128 eine Messung des Fluidpegels 172. Gemäß 19 ist es möglich, zu ermitteln, ob sich der Fluidpegel 172 unterhalb der Leitwertelektrode 126, zwischen den Leitwertelektroden 126 und 130, zwischen den Leitwertelektroden 130 und 128 oder über der Leitwertelektrode 128 befindet. Entsprechendes gilt für Anordnungen mit vier und mehr Leitwertelektroden.
Mit einer Anordnung von Leitwertelektroden, die unterschiedlich lange Messstrecken realisiert, können chemische Effekte, Wechselwirkungen und/oder Prozesse, die sich in Leitwertelektrodennähe, beispielsweise in Abhängigkeit von Frequenz und/oder Spannung, einstellen und Leitwertmessungen beeinflussen können, ermittelt werden. Beispielsweise ergeben sich bei der Ausführungsform von 13 und 14 für die Leitwertelektroden 126 und 130 und die Leitwertelektroden 126 und 128 unterschiedlich lange Messstrecken. Unter der Annahme, dass die Messstrecke zwischen den Leitwertelektroden 126 und 130 halb so groß ist wie die Messstrecke zwischen den Leitwertelektroden 126 und 128 ergeben sich die in 20 und 21 gezeigten Impedanzverhältnisse. Impedanzen aufgrund von chemischen Effekten etc. an den Leitwertelektroden 126, 130 und 128 sind jeweils zusammenfassend durch die Impedanzen Z_CH1, Z_CH2 und Z_CH3 angegeben. Die für die Leitwertelektroden 126 und 130 aufgrund des Fluids wirksame Impedanz ist durch die Impedanz Z_F angegeben. Aufgrund es hier angenommenen Messstreckenverhältnisses ist zwischen den Leitwertelektroden 126 und 128 aufgrund des Fluids eine doppelt so große Impedanz wirksam; dies ist in 21 durch die beiden Impedanzen Z_F angegeben. Wenn, wie hier angenommenen, eine symmetrische Wechselspannung an die Leitwertelektroden 126 und 128 angelegt wird und die Leitwertelektroden 126 und 128 aus gleichem Material und mit gleichen Abmessungen aufgebaut sind, kann davon ausgegangen werden, dass die Impedanzen Z_CH1, Z_CH2 und Z_CH3 gleich groß sind. Dementsprechend ergeben sich dann für Impedanzverhältnisse der in 20 und 21 gezeigten Anordnungen zwei Gleichungen mit zwei Unbekannten. Der Einfluss der Impedanzen Z_CH1, Z_CH2 und Z_CH3 bzw. der für diese Impedanzen veranwortlichen Zustände und/oder Vorgänge kann ermittelt und bei der Leitwertbestimmung berücksichtigt werden.
Drei Leitwertelektroden ermöglichen auch eine "abgemagerte Vier-Pol-Messung". Herkömmliche Vier-Pol-Leitwertmessungen verwenden, wie in 22 veranschaulicht, zwei Elektroden 174 und 176, die mit einer Spannungsquelle 178 verbunden sind und ein nahezu homogenes Feld 180 erzeugen. In dem Feld 180 sind zwei Elektroden 182 und 184 angeordnet, die über ein Spannungsgerät 186 miteinander verbunden sind und als passive Elektroden zur Leitwertmessung betrieben werden.
Herkömmliche Anordnungen zu 4-Pol-Leitwertmessung haben mehrere Nachteile. Zur Erzeugung des Feldes 180 sind die Elektroden 174 und 176 in entsprechenden Abmessungen vorzusehen. Dies führt nicht nur zu entsprechend großem Herstellungsaufwand für die Elektroden 174 und 176, sondern erfordert auch einen entsprechend großen Bauraum für derartige Anordnungen. Des Weiteren ist die Anordnung der Elektroden 182 und 184 relativ zu den Elektroden 174 und 176 so genau vorzunehmen, dass eine gewünschte Positionierung der Elektroden relativ zu einander erreicht wird.
Demgegenüber ermöglicht es die vorliegende Erfindung, vergleichbare Messungen mit deutlich verkleinerten Feldern durchzuführen. Dies ist in 23 für die Elektroden 126, 128 und 130 veranschaulicht, wobei der Einfachheit halber die entsprechenden Feldlinienblendeneinrichtungen nicht dargestellt sind. Mit den Leitwertelektroden 126 und 128 wird ein homogenes, "schmales" Feld erzeugt, in dem mittels der Leitwertelektrode 130 Messungen durchgeführt werden können. Zur "abgemagerten 4-Pol-Messung" ist die Leitwertelektrode 130 mit einem Spannungsmesser 188 verbunden, der wiederum mit der Leitwertelektrode 126 in Verbindung steht. Zur Erzeugung eines Feldes 190 sind die Leitwertelektroden 126 und 128 mit einer Spannungsquelle 192 verbunden. Aufgrund der Wirkungen des Feldes 190 treten entstehen Potentialdifferenzen zwischen den Leitwertelektroden 126 und 130, die mittels des Messgeräts 188 erfasst und zur Bestimmung des Leitwerts eines Fluids verwendet werden. Alternativ können hierfür auch die Leitwertelektroden 130 und 128 verwendet werden.

Claims

Vorrichtung zum Erfassen eines Leitwerts eines Fluids, mit: – einer ersten Leitwertelektrode (10, 126), – einer zweiten Leitwertelektrode (12, 128), und – einer ersten Feldlinienblendeneinrichtung (14, 132), die der ersten Leitwertelektrode (10, 126) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einer zweiten Feldlinienblendeneinrichtung (16, 134), die der zweiten Leitwerkelektrode (12, 128) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, mit wenigstens einer weiteren Leitwertelektrode (130, 136, 138) und einer dieser zugeordneten weiteren Feldlinienblendeneinrichtung.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der wenigstens eine der wenigstens einen Feldlinienblendeneinrichtung (14, 16, 132, 134) eine geschlossene Fläche, auf der die zugeordnete Leitwertelektrode (10, 12, 126, 128, 130, 136, 138) wenigstens teilweise angeordnet ist, umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der wenigstens eine der wenigstens einen Feldlinienblendeneinrichtung (14, 16, 132, 134) von einer Gehäusewand eines Gehäuses (100) für die Vorrichtung umfasst ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der wenigstens eine der wenigstens einen Feldlinienblendeneinrichtung (14, 16, 132, 134) eine Fläche, die zwischen der zugeordneten Leitwertelektrode (10, 12, 126, 128, 130, 136, 138) und wenigstens einer der übrigen Leitwertelektroden (10, 12, 126, 128, 130, 136, 138) angeordnet ist, mit einer Unterbrechung umfasst (18, 20, 132, 134), die benachbart zu der zugeordneten Leitwertelektrode (10, 12, 126, 128, 130, 136, 138) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der wenigstens eine der wenigstens einen Feldlinienblendeneinrichtung (14, 16, 132, 134) eine Ummantelung der zugeordneten Leitwertelektrode (10, 12, 126, 128, 130, 136, 138) umfasst, die in einem zu wenigstens einer der übrigen Leitwertelektroden (10, 12, 126, 128, 130, 136, 138) weisenden Bereich eine entsprechende Oberflächenbereiche der zuge ordneten Elektrode (10, 12, 126, 128, 130, 136, 138) wenigstens teilweise freilassende Unterbrechung (18, 20, 132, 134) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, bei der die Unterbrechung (18, 20, 132, 134) ein länglicher Schlitz, eine runde Öffnung oder eine mehreckige Öffnung ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der wenigstens eine der wenigstens zwei Leitwertelektroden (10, 12, 126, 128, 130, 136, 138) eine elektrische kriechstreckenverlängernde Isolierung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die wenigstens eine Isolierung einen ein freies Ende der zugeordneten Leitwertelektrode (10, 12, 126, 128, 130, 136, 138) freilassenden Mantel umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der der Mantel Kunststoff, Gummi, Keramik und/oder eine isolierende auf die zugeordnete Leitwertelektrode aufgebrachte Schicht umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einem Gehäuse (100) mit einem ersten Gehäusefinger (102) und einem zweiten Gehäusefinger (104).
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der die erste Leitwertelektrode (10, 126) sich wenigstens teilweise in dem ersten Gehäusefinger (102) erstreckend und/oder wenigstens teilweise auf einer zu dem zweiten Gehäusefinger (104) weisenden Außenseite einer Wand des ersten Gehäusefingers (102) angeordnet ist und/oder sich wenigstens teilweise durch eine Öffnung in dem ersten Gehäusefinger (102) erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, bei der der erste Gehäusefinger (102) die erste Feldlinienblendeneinrichtung (132) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei der die zweite Leitwertelektrode (12, 128) Sich wenigstens teilweise in dem zweiten Gehäusefinger (104) erstreckend und/oder oder teilweise auf einer zu dem ersten Gehäusefinger (102) weisenden Außenseite einer Wand des zweiten Gehäusefingers (104) angeordnet ist und/oder sich wenigstens teilweise durch eine Öffnung in dem zweiten Gehäusefinger (104) erstreckt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, bei der der zweite Gehäusefinger (104) die zweite Feldlinienblendeneinrichtung (134) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, soweit auf einen der Ansprüche 3 bis 11 rückbezogen wenigstens eine der wenigstens einen weiteren Leitwertelektroden (130, 136, 138) sich wenigstens teilweise in einem der ersten und zweiten Gehäusefinger (102, 104) erstreckend und/oder wenigstens teilweise auf einer zu dem anderen der ersten und zweiten Gehäusefinger (102, 104) weisenden Außenseite einer Wand des einen der ersten und zweiten Gehäusefinger (102, 104) angeordnet ist und/oder sich wenigstens teilweise durch eine Öffnung in dem einen der ersten und zweiten Gehäusefinger (102, 104) erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der der eine der ersten und zweiten Gehäusefinger (102, 104) eine entsprechende der wenigstens einen weiteren Feldlinienblendeneinrichtung umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, bei der sich wenigstens eine der wenigstens einen weiteren Leitwertelektrode (130, 136, 139) in einem Bereich zwischen dem ersten und zweiten Gehäusefinger (102, 104) wenigstens teilweise aus dem Gehäuse (100) erstreckt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, bei der das Gehäuse (100) wenigstens in einem zwischen wenigstens zwei der wenigstens zwei Leitwertelektroden (10, 12, 126, 128, 130, 136, 138) liegendenden Oberflächenbereich eine Kriechstrecke verlängernde Oberflächengestaltung, vorzugsweise Nuten, Trennwände und/oder Wellen, aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einer Transmissionserfassungseinrichtung (118, 120, 122) zur Erfassung einer Transmission des Fluids.
Vorrichtung nach Anspruch 21, bei der die Transmissionserfassungseinrichtung (118, 120, 122) einen Sender (122) zum Aussenden eines optischen Messstrahls und wenigstens einen Empfänger (118, 120) zum Empfangen des optischen Messstrahls nach dessen Durchgang durch das Fluid umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 22, soweit auf einen der Ansprüche 12 bis 21 rückbezogen, bei der der Sender (122) in einem der ersten und zweiten Gehäusefinger (102, 104) und der wenigstens eine Empfänger (118, 120) in dem anderen des ersten und zweiten Gehäusefinger (102, 104) angeordnet sind, oder der Sender (122) zur Abgabe des optischen Messstrahls in einen der ersten und zweiten Gehäusefinger (102, 104) außerhalb desselben und der wenigstens eine Empfänger (118, 120) zum Empfang des optischen Messstrahls aus dem anderen der ersten und zweiten Gehäusefinger (102, 104) außerhalb desselben angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einer Temperaturerfassungseinrichtung (124) zur Erfassung einer Temperatur des Fluids.
Vorrichtung nach Anspruch 24, bei der die Temperaturerfassungseinrichtung (124) wenigstens einen Temperatursensor umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 26 soweit auf einen der Ansprüche 12 bis 19 rückbezogen, bei der der wenigstens eine Temperatursensor (124) in einem der ersten und zweiten Gehäusefinger (102, 104) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einer Auswerteeinrichtung zur wenigstens teilweisen Auswertung von Signalen der wenigstens zwei Leitwertelektroden (10, 12, 126, 128, 130, 136, 138).
Vorrichtung – nach einem der Ansprüche 21 bis 27, bei der die Auswerteeinrichtung zur wenigstens teilweisen Auswertung von Signalen der Temperaturerfassungseinrichtung ausgelegt ist, und/oder – nach einem der Ansprüche 24 bis 27, bei der die Auswerteeinrichtung zur wenigstens teilweisen Auswertung von Signalen der Temperaturerfassungseinrichtung ausgelegt ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einer Steuereinrichtung zur wenigstens teilweisen Steuerung der wenigstens zwei Leitwertelektroden (10, 12, 126, 128, 130, 136, 138).
Vorrichtung nach Anspruch 29 – soweit auf einen der Ansprüche 21 bis 28 rückbezogen, bei der die Steueeinrichtung zur wenigstens teilweisen Steuerung der Transmissionserfassungseinrichtung ausgelegt ist, und/oder – soweit auf einen der Ansprüche 24 bis 28 rückbezogen, bei der die Steuereinrichtung zur wenigstens teilweisen Steuerung der Temperaturerfassungseinrichtung ausgelegt ist und/oder – soweit auf Anspruch 27 oder 28 rückbezogen, bei der die Steuereinrichtung zur wenigstens teilweisen Steuerung der Auswerteeinrichtung ausgelegt ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, mit wenigstens einer Leiterplatte (140) mit der die wenigstens zwei Leitwertelektroden (10, 12, 126, 128, 130, 136, 138) verbunden sind, vorzugsweise darauf angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 31 – soweit auf einen der Ansprüche 21 bis 309 rückbezogen, bei der die Leiterplatte (140) mit der Transmissionserfassungseinrichtung verbunden ist, und/oder – soweit auf einen der Ansprüche 24 bis 30 rückbezogen, bei der Leiterplatte (140) mit der Temperaturerfassungseinrichtung verbunden ist, und/oder – soweit auf einen der Ansprüche 27 bis 30 rückbezogen, bei der die Leiterplatte (140) mit der Auswerteeinrichtung verbunden ist, und/oder – soweit auf Anspruch 29 und 30 rückbezogen, bei der die Leiterplatte (140) mit der Steuereinrichtung verbunden ist.
System zur Erfassung eines Leitwerts eines Fluids, mit: – der Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, und – einer mit der Vorrichtung verbundenen Steuereinheit zur wenigstens teilweisen Steuerung der Vorrichtung.
System nach Anspruch 33, mit einer Auswerteeinheit zur wenigstens teilweisen Auswertung von Signalen der Vorrichtung.
Haushaltsgerät, mit: – einem Fluidaufnahmebereich zur Aufnahme eins Fluids, und – der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 32, wobei die Vorrichtung zur Erfassung eines Leitwerts des Fluids in dem Fluidaufnahmebereich angeordnet ist.
Haushaltsgerät nach Anspruch 35, wobei das Haushaltsgerät eine Waschmaschine, ein Geschirrspüler oder ein Wäschetrockner ist.