DE3917935C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit und/oder der Konzentration von in einem Gemisch vorhandenen Flüssigkeitskomponenten mit einem Widerstand, der in der Mischung angeordnet ist und einen temperaturabhängigen Widerstandswert aufweist, einer Stromversorgungseinheit für den Widerstand und einer ersten Einrichtung zum Anschließen des Widerstands an die Stromversorgungseinheit, wodurch der Widerstandswert des Widerstands ansteigt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren mit den Verfahrensschritten: Einbringen des Widerstands mit temperaturabhängigem Widerstandswert in die Mischung und Versorgen des Widerstands mit Strom zur Erhöhung des Widerstandswerts des Widerstands.

In dem Artikel "Nissan Technical Journal", Nr. 21, Dezember 1985, Seiten 163 bis 165, ist eine Vorrichtung beschrieben, in der ein Alkoholkonzentrationssensor den Unterschied der Dielektrizitätskonstanten zwischen Benzin und Alkohol ausnutzt zur Bestimmung der Alkoholkonzentration des Benzin/Alkoholgemisches. Dieser Sensor zeigt allerdings ungenaue Werte der Alkoholkonzentration an, wenn in dem Benzin/Alkoholgemisch geringe Mengen von Wasser vorhanden sind. Die Ursache dafür ist, daß die Dielektrizitätskonstante des Benzin/Alkoholgemisches beeinflußt wird von im Wasser enthaltenen Ionen, die im Benzin/Alkoholgemisch gelöst sind. Dies gilt besonders, wenn die Alkoholkonzentration 30% übersteigt.

Ein anderer Konzentrationssensor wurde beschrieben in einem öffentlichen Vortrag "Retrofittable Alcohol/Petrolcarboration System", Oktober 1980, gehalten während des "Fourth International Symposium on Alcohol Fuels Technology" in São Paulo, Brasilien. Dieser Alkoholkonzentrationssensor nutzt den Brechungsindexunterschied zwischen Benzin und Alkohol zur Bestimmung der Alkoholkonzentration eines Benzin/Alkoholgemisches. Der Brechungsindex des Benzin/Alkoholgemisches wird allerdings direkt beeinflußt von Färbemitteln, die dem Benzin beigemischt sind, um das Benzin von Leichtöl oder Kerosin unterscheiden zu können. Da die Färbemittel von Raffinerie zu Raffinerie unterschiedlich sind, kann ein derartiger Alkoholkonzentrationssensor nicht für alle Benzin/Alkoholgemische gleichzeitig eingesetzt werden.

Bei einem aus der GB-PS 20 42 737 bekannten Verfahren wird für die Ermittlung des Wassergehaltes in einem insbesondere zu Härtezwecken dienenden Ölbad ein elektrischer temperaturabhängiger Widerstand in das Bad eingetaucht sowie mit soviel Energie gespeist, daß er eine konstante Temperatur oberhalb der Verdampfungstemperatur des Wassers annimmt. Wenn der Widerstand abkühlt und sein Widerstandswert als Ergebnis der Wasserverdampfung sinkt, wird ein Signal ausgelöst und veranlaßt, daß die Energiezufuhr erhöht wird, bis der Widerstand seine vorgebene Temperatur wieder erreicht hat. Die Impulse der erhöhten Energiezufuhr werden erfaßt und lösen ein Signal aus, wenn soviel Wasser in dem Öl ist, daß er zeitliche Änderungswert der Impulse einen vorgegebenen Durchschnittswert überschreitet.

Das vorgenannte Verfahren erfordert für die Aufrechterhaltung der konstanten Temperatur des elektrischen Widerstandes oberhalb der Verdampfungstemperatur des Wassers über die gesamte Dauer der Messung eine entsprechende Energieeinspeisung in den temperaturabhängigen Widerstand, wobei fü die Erzielung und Aufrechterhaltung der stationären Verhältnisse während der Messung relativ lange Einspeisezeiten der Energie in den Widerstand notwendig sind. Hierdurch erfolgt eine zusätzlich Erwärmung und Beeinflussung des Zustandes des Flüssigkeitsgemisches, die sich besonders bei temperaturempfindlichen Flüssigkeiten und auch bei kleineren Flüssigkeitsmengen sehr nachteilig bemerkbar machen.

Bei einem aus der DE-PS 32 42 506 bekannten Verfahren wird zunächst in einer Probe eines zu untersuchenden Flüssigkeitsgemisches, in der ein Grenzwert des Flüssigkeitsanteiles mit der niedrigeren Verdampfungstemperatur vorgegeben ist, ein elektrischer Widerstandsdraht mit verschiedenen zugeführten Energiemengen durch Stromimpulse erhitzt und diejenige Energiemenge ermittelt, bei der sich die Zeitspanne für die Einspeisung sprunghaft ändert. Dann wird der Widerstandsdraht in das zu untersuchende Flüssigkeitsgemisch eingetaucht und mit den in der Probe ermittelten Energiemengen, bei welchem sich die Zeitspanne für die Einspeisung merkbar verändert, beaufschlagt und dabei die Zeitspannen mit dem in der Probe bei sprunghafter Änderung der Einspeisezeit ermittelten Wert verglichen. Solange der vorgegebene prozentuale Grenzwert des Anteils der Flüssigkeit mit niedriger Verdampfungstemperatur nicht erreicht ist, werden in dem Flüssigkeitsgemisch Einspeisezeiten gemessen, die merkbar von dem bei sprunghafter Änderung ermittelten Wert der Probe abweichen. Mit Erreichen oder Überschreiten des genannten prozentualen Grenzwerts des Flüssigkeitsanteils mit niedrigerer Verdampfungstemperatur ergibt sich hingegen eine Energie-Einspeisezeit, die dem bei sprunghafter Änderung des Wertes in der Probe entspricht. Dabei wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß bei der Erwärmung eines in dem Flüssigkeitsgemisch befindlichen elektrischen Widerstandsdrahtes mit positivem Temperaturkoeffizient bis über die Verdampfungstemperatur der Flüssigkeitsmischung eine sich nahezu sprunghaft einstellende Widerstandsänderung auftritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit und/oder der Konzentration eines aus mehreren Flüssigkeitskomponenten bestehenden Gemisches anzugeben, die unabhängig von der Dielektrizitätskomponente, den Brechungsindexänderungen und der Verdampfungstemperatur einer Flüssigkeitskomponente des Gemisches sind.

Die erfindungsgemäße Lösung für eine Vorrichtung ist im Patentanspruch 1 angegeben, während die erfindungsgemäße Verfahrenslösung durch die Merkmale des Patentanspruches 7 gegeben ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in jeweils abhängigen Patentansprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gekennzeichnet durch Mittel der ersten Einrichtung, die nach Ablauf einer fest vorgegebenen Zeitspanne nach Anschluß des Widerstands an die Stromversorgungseinheit den Stromfluß durch den Widerstand begrenzen, wodurch der Widerstandswert des Widerstands absinkt, durch eine zweite Einrichtung zur Messung der von der Wärmeleitfähigkeit der Mischung abhängigen Änderungsrate des Widerstandswerts des Widerstands und durch eine dritte Einrichtung zum Umwandeln der gemessenen Änderungsrate des Widerstandswerts des Widerstands in einen Wert, der die Konzentration der ersten Flüssigkeitskomponente der Mischung anzeigt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung einer Konzentration in einem Gemisch aus ersten und zweiten Flüssigkeitskomponenten mit unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten zeichnet sich durch folgende Verfahrensschritte aus:

Begrenzen des durch den Widerstand fließenden Stroms nach einer festgelegten Zeit nach dem Verfahrensschritt zur Senkung des Widerstandswerts des Widerstands, Messen der von der Wärmeleitfähigkeit abhängigen Änderungsrate des Widerstandswerts des Widerstands und Umwandeln der gemessenen Änderungsrate des Widerstandswerts des Widerstands in einen Wert, der die Konzentration der ersten Flüssigkeitskomponente der Mischung anzeigt.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaubild, in dem der Widerstandswert in Abhängigkeit von der Zeit aufgetragen ist;

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittdarstellung des Widerstandselements der Vorrichtung gemäß Fig. 2;

Fig. 4 eine vergrößerte Draufsicht des Widerstandselements gemäß Fig. 3;

Fig. 5 ein Blockschaltbild der Meßschaltung für die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung und

Fig. 6 sieben Wellenformen 6A, 6B, 6C, 6C′, 6D, 6E und 6F, die an den Punkten A, B, C, C′, D, E und F des in Fig. 5 dargestellten Blockschaltbildes auftreten.

Anhand der Fig. 1 wird das Prinzip der Erfindung näher beschrieben.

In Fig. 1 stellt ein Graph die relative Änderung des Widerstandswerts eines in einem Gemisch aus zwei verschiedenen Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten angeordneten Dünnfilmwiderstands dar. Der Dünnfilmwiderstand hat einen großen Temperaturkoeffizienten, so daß sein Widerstandswert R mit einer hohen Temperaturempfindlichkeit ändert. Die durchgezogene Linie A betrifft eine erste Benzin/Methanolmischung mit einer 50%igen Methanolkonzentration, und die gestrichelte Linie B betrifft eine zweite Benzin/Methanolmischung mit einer 30%igen Methanolkonzentration. Die Wärmeleitfähigkeit des Methanols beträgt etwa 2,11 · 10^-1 (Watt/m · K, 30°C), und die Wärmeleitfähigkeit des Benzins beträgt etwa 1,47 · 10^-1 (Watt/m · K, 20°C). Das bedeutet, daß das Methanol eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die etwa 44% größer ist als diejenige des Benzins. Die Benzin/Methanolmischung mit größerer Methanolkonzentration hat eine größere Wärmeleitfähigkeit. Demgemäß ist die Wärmeleitfähigkeit der ersten Benzin/Methanolmischung größer als diejenige der zweiten Benzin/Methanolmischung.

Vor dem Zeitpunkt T 1 fließt kein Strom durch den Dünnfilmwiderstand. Beginnend mit dem Zeitpunkt T 1 fließt ein Strom durch den Dünnfilmwiderstand und bewirkt in ihm einen Temperaturanstieg (elektrische Arbeit W=I ² · R · t). Mit fortschreitender Zeit steigt der Widerstandswert R des Dünnfilmwiderstands mit ansteigender Temperatur. Die erzeugte Wärme wird teilweise von dem Dünnfilmwiderstand der Benzin/Methanolmischung übertragen. Die vom Dünnfilmwiderstand abgegebene Wärmemenge ist abhängig von der Wärmeleitfähigkeit der Benzin/Methanolmischung. Wenn sich die abgegebene Wärmemenge im Gleichgewicht mit der erzeugten Wärmemenge befindet, wird der Dünnfilmwiderstand auf einer konstanten Temperatur gehalten, wodurch sich auch ein konstanter Widerstandswert ergibt, der in Fig. 1 mit der linear verlaufenden Strecke L dargestellt ist.

Zum Zeitpunkt T 2 wird die Stromzufuhr des Dünnfilmwiderstands unterbrochen oder erheblich reduziert. Dies führt zu einer Abkühlung des Dünnfilmwiderstands aufgrund der Wärmeübertragung vom Dünnfilmwiderstand zur Benzin/Methanolmischung. Dadurch sinkt der Widerstandswert R des Dünnfilmwiderstands mit einer Rate ab, die der Wärmeleitfähigkeit der Benzin/Methanolmischung entspricht.

Aus Fig. 1 ist entnehmbar, daß der Widerstandswert R des Dünnfilmwiderstands mit einer geringeren Rate ansteigt und mit einer größeren Rate abfällt, wenn er sich in einer Benzin/Methanolmischung mit höherer Wärmeleitfähigkeit befindet. Die Änderungsrate (Anstieg oder Abfall) des Widerstandswerts R des Dünnfilmwiderstands entspricht der Wärmeleitfähigkeit der Benzin/Methanolmischung und daher auch der Methanolkonzentration in der Benzin/Methanolmischung. Daher ist es möglich, die Wärmeleitfähigkeit der Benzin/Methanolmischung zu messen durch Bestimmen der Zeitspanne (Ty-T 1) oder (Tx-T 2), während der eine vorbestimmte Änderung (Anstieg oder Abfall) des Widerstandswerts R auftritt. Da die Methanolkonzentration der Benzin/Methanolmischung der Wärmeleitfähigkeit der Benzin/Methanolmischung entspricht, ist es möglich, auf der Grundlage der gemessenen Methanolkonzentration die Wärmeleitfähigkeit der Benzin/Methanolmischung zu bestimmen bzw. zu messen.

Eine geringe, die erlaubte Wasserkonzentration übersteigende Wassermenge in der Benzin/Alkoholmischung führt dazu, daß sich die Mischung trennt in eine obere, aus Benzin bestehende Phase und in eine untere, aus Alkohol und Wasser bestehende Phase. Diese Trennung führt zu Störungen im Motor. Die erlaubte Wasserkonzentration hängt von verschiedenen Faktoren ab, zum Beispiel von der Art des Alkohols, der Alkoholkonzentration und der Temperatur der Benzin/Alkoholmischung. Die erlaubten Wasserkonzentrationen, oberhalb deren sich eine Benzin/Methanolmischung in zwei Phasen aufspaltet, betragen 0,3%, 0,5%, 0,8%, 1,2% und 1,7% bei entsprechenden Methanolkonzentrationen von 10%, 20%, 30%, 40% und 50%. Da die Wärmeleitfähigkeit von Wasser gering ist und 6,07 · 10^-1 (Watt/m · K, 30°C) beträgt, ist die Wasserkonzentration zu gering, um einen wesentlichen Einfluß auf die Wärmeleitfähigkeit der Benzin/Alkoholmischung zu haben, falls die tatsächliche Wasserkonzentration geringer als die erlaubte Wasserkonzentration ist.

In Fig. 2 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung schematisch dargestellt. Die Bezugsziffer 10 bezeichnet einen Flüssigkeitstank für eine aus ersten und zweiten Flüssigkeitskomponenten bestehende Mischung 11 für einen Verbrennungsmotor. Die ersten und zweiten Flüssigkeitskomponenten können beispielsweise Benzin und Alkohol sein. Am Boden des Flüssigkeitstanks 10 ist ein aufrecht stehender und nach oben offener Behälter 12 befestigt. Der Flüssigkeitstank 10 enthält eine Einlaßröhre 13 für die nicht dargestellte Rückführungsleitung von dem Verbrennungsmotor und eine Auslaßröhre 14, durch die dem Motor Kraftstoff zugeführt wird. Die Einlaßröhre 13 erstreckt sich senkrecht oberhalb des Behälters 12, so daß der zurückgeführte Kraftstoff in den Behälter 12 gelangt und in den Flüssigkeitstank 10 überfließen kann. Die Auslaßröhre 14 erstreckt sich senkrecht in den Behälter 12 hinein. Diese Anordnung ermöglicht es dem Verbrennungsmotor, durch die Auslaßröhre 14 Kraftstoff anzusaugen, selbst wenn der Flüssigkeitstank 10 nur eine geringe Menge Kraftstoff enthält. Es ist weiterhin eine Meßvorrichtung 15 zur Messung der Kraftstoffüllhöhe vorhanden, die diejenige geringe Füllhöhe ermittelt, bei der der Flüssigkeitstank 10 wieder mit Kraftstoff aufgefüllt werden sollte. Am Boden des Behälters 12 ist ein Widerstandselement 20 so angeordnet, daß es immer mit Kraftstoff bedeckt ist. Der Behälter 12 verhindert Kraftstoffschwappen, so daß das Widerstandselement 20 nicht durch Kraftstoffschwappen beeinträchtigt wird. Das Widerstandselement 20 ist über Leitungen 21, die um die Auslaßröhre 14 gewunden sind, mit einer Meßschaltung 30 verbunden. Die Meßschaltung 30 befindet sich auf dem Oberteil des Flüssigkeitstanks 10.

Wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt, enthält das Widerstandselement 20 ein Substrat 22, einen darauf vorhandenen Dünnfilmwiderstand 23 mit an einander entgegengesetzten Enden vorhandenen Elektroden 24. Das Substrat 22 kann aus Aluminium oder Silizium bestehen und eine Stärke von etwa 100 µm aufweisen. Der Dünnfilmwiderstand 23 kann aus einer dünnen Schicht aus Platin oder Nickel bestehen, die mittels einer Kathodenzerstäubungstechnik (sputtering technique) auf dem Substrat 22 mit einer Stärke von etwa 0,5 µm bis etwa 1,0 µm aufgetragen werden kann. Die Elektroden 24 können aus einer dünnen Schicht Platin, Gold oder Nickel bestehen, die ebenfalls mittels einer Kathodenzerstäubungstechnik auf dem Substrat 22 mit einer Stärke von 2 µm bis 4 µm aufgetragen ist. Die Elektroden 24 sind über die Leitungen 21 mit der Meßschaltung 30 verbunden. Am Boden des Behälters 12 ist eine Befestigungsplatte 25 angebracht. Durch das Substrat 22 und durch die Befestigungsplatte 25 erstrecken sich Schrauben 26 zur Befestigung dieser Anordnung.

Wie in Fig. 5 dargestellt, ist der Dünnfilmwiderstand 23 mit einem elektronischen Schalter 33 und mit einer Spannungsquelle Vcc in Reihe geschaltet. Der elektronische Schalter 33 enthält einen Transistor 34, der mit einem den Strom begrenzenden Widerstand 35 parallel geschaltet ist. Der elektronische Schalter 33 schaltet den Strom für den Dünnfilmwiderstand 23 zu. Der elektronische Schalter 33 wird über die Steuerelektrode (gate) des Transistors 34 gesteuert, die mit einem monostabilen Multivibrator 32 verbunden ist. Der monostabile Multivibrator 32 erzeugt einen Hochpegelimpuls mit einer vorbestimmten Breite als Antwort auf die Vorderflanken (Anstiegsflanken) von Impulsen, die mit einer bestimmten Wiederholungsrate von einem Oszillator 31 erzeugt werden. Die vorbestimmte Impulsbreite entspricht dem Zeitintervall (T 2-T 1) von Fig. 1. Bei Auftreten eines Hochpegelsignals am Ausgang des monostabilen Multivibrators 32 wird der Transistor 34 eingeschaltet, wodurch der Maximalstrom durch den Dünnfilmwiderstand geleitet wird. Wenn der Transistor 34 aufgrund eines Tiefpegelsignals ausgeschaltet wird, fließt nur noch der Minimalstrom durch den Dünnfilmwiderstand 32.

Der Verknüpfungspunkt J 1 zwischen dem Dünnfilmwiderstand 23 und dem Widerstand 35 ist mit einem Eingang 37b eines Komparators 37 verbunden, dessen anderer Eingang 37a an einen Verknüpfungspunkt J 2 angeschlossen ist, der zwischen Widerständen 36A und 36B liegt, die einen Spannungsteiler zwischen der Spannungsquelle Vcc und Masse bilden. Die Widerstandswerte der Widerstände 36A und 36B sind so ausgewählt, daß sie eine geeignete Referenzspannung an den Eingang 37a des Komparators 37 anlegen. Der Komparator 37 erzeugt nur dann ein Tiefpegelsignal, wenn die Spannung an seinem Eingang 37b die Referenzspannung überschreitet. Der Ausgang des Komparators 37 ist an einen Eingang 38a eines UND-Gliedes 38 gelegt. Der andere Eingang 38b des UND-Glieds 38 ist über einen Inverter 39 mit dem Ausgang des monostabilen Multivibrators 32 verbunden. Das UND-Glied 38 erzeugt ein Hochpegelsignal nur dann, wenn an seinen beiden Eingängen 38a und 38b ein Hochpegelsignal anliegt. Das Ausgangssignal des UND-Gliedes 38 wird einer Berechnungsschaltung 40 zugeführt.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeitdiagramme von Fig. 6 die Wirkungsweise der Meßschaltung 30 beschrieben. Zum Zeitpunkt T 1 wechselt der Ausgang des Oszillators 31 in ein Hochpegelsignal (Fig. 6A), wodurch der monostabile Multivibrator 32 ein Hochpegelsignal erzeugt (siehe Fig. 6B). Dieses Hochpegelsignal schaltet den Transistor 34 durch und schließt, nach Durchführung durch den Inverter 39, das UND-Glied 38. Wenn der Transistor 34 durchgeschaltet ist, fließt der Maximalstrom durch den Dünnfilmwiderstand 33 zur Erhöhung seiner Temperatur und seines Widerstandswerts R. Da unter diesen Bedingungen der Verknüpfungspunkt J 1 an Masse liegt (siehe Fig. 6C), erzeugt der Komparator 37 ein Hochpegelsignal (siehe Fig. 6D), das am UND-Glied 38 anliegt. Da das UND-Glied 38 aufgrund des an ihm anliegenden Tiefpegelsignals des Inverters 39 (siehe Fig. 6E) geschlossen ist, liegt an seinem Ausgang lediglich ein Tiefpegelsignal an (siehe Fig. 6F).

Nach einer fest vorgegebenen Zeit nach dem Zeitpunkt T 1 wechselt der Ausgang des monostabilen Multivibrators 32 in ein Tiefpegelsignal über (siehe Fig. 6B) zum Ausschalten des Transistors 34 und zum gleichzeitigen Öffnen des UND-Gliedes 38. Wenn der Transistor 34 ausgeschaltet ist, wird der durch den Dünnfilmwiderstand 23 fließende Strom auf einen Minimumwert durch den Widerstand 35 reduziert, und an dem Verknüpfungspunkt J 1 liegt eine Spannung an (siehe Fig. 6C). Diese Spannung hat eine Größenordnung, die bestimmt wird vom Verhältnis des Widerstandswerts R des Dünnfilmwiderstands 23 und des Widerstandswerts Ro des Widerstands 35 und ist kleiner als die Referenzspannung am Verknüpfungspunkt J 2 (siehe Fig. 6C), so daß der Ausgang des Komparators 37 auf Hochpegel gehalten wird (siehe Fig. 6D). Da das UND-Glied 38 aufgrund des Hochpegelsignals des Inverters 39 (siehe Fig. 6E) öffnet, ändert sich der Ausgang des UND-Gliedes 38 in ein Hochpegelsignal (siehe Fig. 6F).

Nachdem der Transistor 34 ausgeschaltet ist, übersteigt die vom Dünnfilmwiderstand 23 abgegebene Wärmemenge die von ihm erzeugte Wärmemenge. Das führt dazu, daß der Widerstandswert R des Dünnfilmwiderstands 23 mit zunehmender Zeit absinkt. Mit absinkendem Widerstandswert R steigt die Spannung am Verknüpfungspunkt J 1 (siehe Fig. 6C). Wenn die Spannung am Verknüpfungspunkt J 1 die am Verknüpfungspunkt J 2 anliegende Referenzspannung übersteigt, wechselt der Ausgang des Komparators 37 in ein Tiefpegelsignal (siehe Fig. 6D), wodurch das UND-Glied 38 ebenfalls ein Tiefpegelsignal abgibt (siehe Fig. 6F). Diese Operationen werden in gleichen Zeitintervallen wiederholt, die gleich sind mit den Wiederholungsperioden der vom Oszillator 31 erzeugten Impulssignale.

Aus Fig. 6F ist entnehmbar, daß der Ausgang des UND-Gliedes 38 zum Zeitpunkt T 2 einen Hochpegelwert einnimmt, zu welchem Zeitpunkt der Dünnfilmwiderstand 23 einen fest vorgegebenen, maximalen Widerstandswert (L in Fig. 1) aufweist und zum Zeitpunkt Tx einen Tiefpegelwert einnimmt, wenn der Widerstandswert R des Dünnfilmwiderstands 23 auf einen vorgegebenen Wert abgesunken ist. Die Impulsbreite (Tx-T 2) des vom UND-Glied 38 erzeugten Signals, das die Änderungsrate des Widerstandswerts R des Dünnfilmwiderstands 23 anzeigt, entspricht der Wärmeleitfähigkeit der Benzin/Methanolmischung und weiter dadurch auch der Methanolkonzentration der Benzin/Methanolmischung.

Der Impulsausgang des UND-Gliedes 38 wird der Berechnungsschaltung 40 zugeführt, welche die erhaltenen Signale in einen Wert umwandelt, der die Methanolkonzentration der Benzin/Methanolmischung anzeigt. Dafür kann die Berechnungsschaltung 40 einen Zähler enthalten, der vom Impulsausgang des UND-Gliedes 38 angesteuert wird, um die von einem Kristalloszillator während einer Periode, die gleich der Impulsbreite des Signals des UND-Gliedes 38 ist, zugeführten Impulse zu zählen. Der Zähler summiert eine Anzahl, die proportional der Ausgangsfrequenz des Kristalloszillators und der Impulsbreite des Ausgangs des UND-Gliedes 38 ist. Da der Kristalloszillator eine konstante Frequenz aufweist, ist die Anzahl der gezählten Werte direkt proportional der Ausgangsperiode des UND-Gliedes 38. Der Zählwert kann einem digitalen Computer zugeführt werden, der einen Methanolkonzentrationswert errechnet bzw. bestimmt aus einem gegebenen Verhältnis des Methanolkonzentrationswerts in Abhängigkeit vom Zählwert. Das Verhältnis kann entweder experimentell oder empirisch ermittelt werden. Falls gewünscht, kann über einen Digital/Analogwandler, der mit dem Computer verbunden ist, der Konzentrationswert in analoger Form ausgegeben werden.

Während die dargestellte Meßschaltung 30 angeordnet ist, um das Intervall (Tx-T 2) zu ermitteln zwischen dem Zeitpunkt T 2, zu dem der durch den Dünnfilmwiderstand 23 fließende Strom auf einen Minimumwert reduziert ist, und dem Zeitpunkt Tx, zu dem der Widerstandswert R des Dünnfilmwiderstands 23 auf einen festgelegten Wert abgesunken ist, um die Änderungsrate des Widerstandswerts R zu ermitteln, ist es auch möglich, die Meßschaltung 30 so anzuordnen, daß die Änderungsrate des Widerstandswerts R ermittelt werden kann durch Messen eines Zeitintervalls, währenddessen eine festvorgegebene Änderung (Anstieg oder Abfall) des Widerstandswerts R auftritt. Beispielsweise kann die Meßschaltung 30 derart modifiziert sein, daß sie die Änderungsrate des Widerstandswerts R ermittelt durch Messen des Intervalls (Ty-T 1) zwischen dem Zeitpunkt T 1, zu dem der durch den Dünnfilmwiderstand 23 fließende Strom einen Maximalwert einnimmt, und dem Zeitpunkt Ty, zu dem der Widerstandswert R des Dünnfilmwiderstands 23 auf einen festvorgegebenen Wert angestiegen ist oder ansteigt. Ferner kann die Meßschaltung 30 eine Wheatstone-Brücke enthalten zur Feststellung der Änderungsrate des Widerstandswerts R des Dünnfilmwiderstands 23 durch Messung einer Änderung (Anstieg oder Abfall) des Widerstandswerts R für ein konstantes Zeitintervall.

Obwohl die Erfindung im Zusammenhang mit einer Benzin/Methanolmischung beschrieben worden ist, ist es offensichtlich, diese Erfindung auch für aus anderen Komponenten bestehende Mischungen anzuwenden.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren und eine Vorrichtung angegeben zur Messung einer Konzentration in einem Gemisch aus ersten und zweiten Flüssigkeitskomponenten mit unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten. Im Gemisch ist ein Dünnfilmwiderstand angeordnet. Der Dünnfilmwiderstand hat einen temperaturabhängigen Widerstandswert. Dem Dünnfilmwiderstand wird ein Strom zugeführt zur Erhöhung des Widerstandswerts. Nach einer vorbestimmten Zeit wird der dem Dünnfilmwiderstand zugeführte Strom begrenzt zur Senkung des Widerstandswerts. Die Änderungsrate des Widerstandswerts des Dünnfilmwiderstands wird gemessen. Die gemessene Rate, die der Wärmeleitfähigkeit des Gemisches und daher auch der Konzentration der ersten Flüssigkeitskomponente des Gemisches entspricht, wird in einen Wert umgewandelt, der die Konzentration dieser ersten Flüssigkeitskomponente des Gemisches anzeigt. Daher ist die Anzeige der Konzentration der ersten Flüssigkeitskomponente des Gemisches frei von schädlichen Einflüssen, die von unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten und/oder Brechungsindexänderungen des Gemisches herrühren.

Obwohl der Erfindung nur für ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben ist zur Messung der Konzentration eines Gemisches aus ersten und zweiten Flüssigkeitskomponenten mit unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten, ist es naheliegend, diese Erfindung auch für aus mehreren Flüssigkeitskomponenten bestehenden Gemischen zu verwenden.

Claims (17)

1. Vorrichtung zur Bestimmung einer Konzentration in einer Mischung (11) aus ersten und zweiten Flüssigkeitskomponenten mit unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten mit

• - einem Widerstand (23), der in der Mischung (11) angeordnet ist und einen temperaturabhängigen Widerstandswert aufweist,
• - einer Stromversorgungseinheit für den Widerstand (23) und
• - einer ersten Einrichtung (30) zum Anschließen des Widerstands (23) an die Stromversorgungseinheit, wodurch der Widerstandswert (R) des Widerstands (23) ansteigt,

gekennzeichnet durch

• - Mittel (34) der ersten Einrichtung (30), die nach Ablauf einer fest vorgegebenen Zeitspanne nach Anschluß des Widerstands (23) an die Stromversorgungseinheit den Stromfluß durch den Widerstand (23) begrenzen, wodurch der Widerstandswert (R) des Widerstands (23) absinkt,
• - eine zweite Einrichtung (30) zur Messung der von der Wärmeleitfähigkeit der Mischung (11) abhängigen Änderungsrate des Widerstandswerts (R) des Widerstands (23) und
• - eine dritte Einrichtung (40) zum Umwandeln der gemessenen Änderungsrate des Widerstandswerts (R) des Widerstands (23) in einen Wert, der die Konzentration der ersten Flüssigkeitskomponente der Mischung (11) anzeigt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Flüssigkeitskomponente Alkohol in einer Benzin/ Alkohol-Kraftstofffmischung ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung (30) Mittel (37, 38) enthält zur Messung einer Zeitspanne (Tx-T2 Ty-T1), in der der Widerstandswert (R) des Widerstands (23) sich um einen fest vorgegebenen Wert ändert und daß die dritte Einrichtung (40) Mittel enthält zur Umwandlung des gemessenen Zeitintervalls in einen Wert, der die Konzentration der ersten Flüssigkeitskomponente der Mischung (11) anzeigt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung (30) Mittel (37, 38) enthält zur Messung eines Zeitintervalls (Tx-T2), in dem der Widerstandswert (R) des Widerstands (23) um einen vorbestimmten Wert absinkt und daß die dritte Einrichtung (40) Mittel enthält zur Umwandlung des gemessenen Zeitintervalls in einen Wert, der die Konzentration der ersten Flüssigkeitskomponente der Mischung (11) anzeigt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung (30) Mittel (37, 38) enthält zur Messung eines Zeitintervalls zwischen einem Zeitpunkt (T2), zu dem der durch den Widerstand (23) fließende Strom begrenzt wird, und einem Zeitpunkt (Tx), zu dem der Widerstandswert (R) des Widerstands (23) auf einen vorgegebenen Wert abgesunken ist, und daß die dritte Einrichtung (40) Mittel enthält zur Umwandlung des gemessenen Zeitintervalls (Tx-T2) in einen Wert, der die Konzentration der ersten Flüssigkeitskomponente der Mischung (11) anzeigt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand eine Dünnfilmwiderstand (23) ist.

7. Verfahren zur Ermittlung einer Konzentration in einer Mischung (11) aus ersten und zweiten Flüssigkeitskomponenten mit unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten mit folgenden Verfahrensschritten:

• (a) Einbringen des Widerstands (23) mit temperaturabhängigem Widerstandswert in die Mischung (11) und
• (b) Versorgen des Widerstands (23) mit Strom zur Erhöhung des Widerstandswerts (R) des Widerstands (23),

gekennzeichnet durch

• (c) Begrenzen des durch den Widerstand (23) fließenden Stroms nach einer festgelegten Zeit nach dem Verfahrensschritt (a) zur Senkung des Widerstandswerts (R) des Widerstands (23),
• (d) Messen der von der Wärmeleitfähigkeit abhängigen Änderungsrate des Widerstandswerts (R) des Widerstands (23) und
• (e) Umwandeln der gemessenen Änderungsrate des Widerstandswerts (R) des Wiederstands (23) in einen Wert, der die Konzentration der ersten Flüssigkeitskomponente der Mischung (11) anzeigt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Flüssigkeitskomponente Alkohol in einer Benzin/ Alkohol-Kraftstoffmischung ist.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Der Verfahrensschritt(d) zusätzlich den Schritt enthält:

• - Messen eines Zeitintervalls (Ty-T1, Tx-T2), in dem der Widerstandswert (R) des Widerstands (23) sich um einen festgelegten Wert geändert hat,
  und daß der Verfahrensschritt (e) zusätzlich den Schritt enthält:
• - Umwandeln des gemessenen Zeitintervalls in einen Wert, der die Konzentration der ersten Flüssigkeitskomponente der Mischung (11) anzeigt.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt (d) den Schritt enthält:

• - Messen eines Zeitintervalls (Tx-T2), in dem der Widerstandswert (R) des Widerstands (23) um einen festgelegten Wert absinkt,
  und daß der Verfahrensschritt (e) den Schritt enthält:
• - Umwandeln des gemessenen Zeitintervalls in einen Wert, der die Konzentration der ersten Flüssigkeitskomponente der Mischung (11) anzeigt.

11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt (d) den Schritt enthält:

• - Messen eines Zeitintervalls (Tx-T2) zwischen einem Zeitpunkt (T2), zu dem der durch den Widerstand (23) fließende Strom begrenzt wird, und einem Zeitpunkt (Tx), zu dem der Widerstandswert (R) des Widerstands (23) auf einen festgelegten Wert abgefallen ist,
  und daß der Verfahrensschritt (e) den Schritt enthält:
• - Umwandeln des gemessenen Zeitintervalls in einen Wert, der die Konzentration der ersten Flüssigkeitskomponente der Mischung (11) anzeigt.

12. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt (d) den Schritt enthält:

• - Messen eines Zeitintervalls (Ty-T1), in dem der Widerstandswert (R) des Widerstands (23) um einen festgelegten Wert ansteigt,
  und daß der Verfahrensschritt (e) den Schritt enthält:
• - Umwandeln des gemessenen Zeitintervalls in einen Wert, der die Konzentration der ersten Flüssigkeitskomponente der Mischung (11) anzeigt.

13. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt (d) den Schritt enthält:

• - Messen eines Zeitintervalls (Ty-T1) zwischen einem Zeitpunkt (T1), zu dem dem Widerstand (23) Strom zugeführt wird, und einem Zeitpunkt (Ty), zu dem der Widerstandswert (R) des Widerstands (23) auf einen festgelegten Wert angestiegen ist,
  und daß der Verfahrensschritt (e) den Schritt enthält:
• - Umwandeln des gemessenen Zeitintervalls in einen Wert, der die Konzentration der ersten Flüssigkeitskomponente der Mischung (11) anzeigt.

14. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt (d) den Schritt enthält:

• - Messen der Änderung des Widerstandswerts (R) des Widerstands (23) während eines konstanten Zeitintervalls,
  und daß der Verfahrensschritt (e) den Schritt enthält:
• - Umwandeln der gemessenen Änderungen des Widerstandswerts (R) in einen Wert, der die Konzentration der ersten Flüssigkeitskomponente der Mischung (11) anzeigt.

15. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand als Dünnfilmwiderstand (23) ausgebildet ist.