DE4004165A1

DE4004165A1 - Sensoreinrichtung

Info

Publication number: DE4004165A1
Application number: DE19904004165
Authority: DE
Inventors: Gerhard Wiegleb
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Priority date: 1990-02-10
Filing date: 1990-02-10
Publication date: 1991-08-14
Anticipated expiration: 2010-02-11
Also published as: DE4004165C2; BR9004352A

Description

Die vorliegende Erfindung geht von einer gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches konzipierten Sensoreinrichtung aus.

Solche Sensoreinrichtungen sind beispielsweise dafür vorgesehen, das Zusammensetzungsverhältnis eines Gemisches von Flüssigkeiten, z. B. das von Methanol und Benzin oder das von Hydrauliköl und Wasser, zu ermitteln. Die von einer solchen Sensoreinrichtung abgegebenen und von einer zugeordneten elektronischen Schaltungsanordnung verarbeiteten Signale, können beispielsweise dazu benutzt werden, eine nachgeschaltete Alarmeinrichtung in Betrieb zu setzen oder aber die Ausgangswerte einer nachgeschalteten Steuereinrichtung z. B. die einer Motorsteuereinrichtung für Kraftfahrzeuge an die momentan vorliegenden Zusammensetzungsverhältnisse eines solchen Gemisches anzupassen.

Durch die DE-OS 33 17 638 ist eine dem Oberbegriff entsprechende Sensoreinrichtung bekanntgeworden. Die hier offenbarte Sensoreinrichtung weist ein als Hitzdraht ausgebildetes Sensorelement auf, das in einer Gehäuseanordnung gehalten und der Druckflüssigkeit eines hydraulischen Systemes direkt ausgesetzt ist. Die von dem Sensorelement abgegebenen Signale werden bei dieser Sensoreinrichtung zur Weiterverarbeitung an eine ortsfern vorhandene elektronische Schaltungsanordnung weitergegeben.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensoreinrichtung zu schaffen, bei der das dem strömungsfähigen Medium direkt ausgesetzte Sensorelement und die die Signale des Sensorelementes verarbeitende elektronische Schaltungsanordnung räumlich möglichst dicht beieinander angeordnet sowie in einer Gehäuseanordnung untergebracht sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches angegebenen Merkmale gelöst. Eine solche Ausführungsform ist deshalb besonders vorteilhaft, weil wegen der räumlichen Nähe und insbesondere wegen des Vorhandenseins des Sensorelementes und der elektronischen Schaltungsanordnung auf einem gemeinsamen Träger die Korrigierung von Temperaturfehlern besonders einfach ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben, wobei besonders hervorzuheben ist, daß die elektronische Schaltungsanordnung und das Sensorelement mittels Dickschichttechnologie hergestellt sind und somit eine besonders zuverlässig arbeitende, kompakte Abmessungen aufweisende Sensoreinrichtung entsteht. Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles sei der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1a eine Sensoreinrichtung in der Draufsicht Fig. 1b die Sensoreinrichtung im Schnitt gemäß der Linie A-A der Fig. 1a.

Fig. 2 eine übliche Schaltungsanordnung für solche Sensoreinrichtungen mit dem dazugehörigen Temperaturkompensationsdiagramm.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, besteht die Sensoreinrichtung im wesentlichen aus einer Gehäuseanordnung 1, zwei einerseits als Sensorelement 2a ausgebildeten und andererseits mit einer elektronischen Schaltungsanordnung 2b versehenen plattenförmigen Trägern 2 sowie einem die elektrische Versorgung der Sensoreinrichtung sicherstellenden und die Signalweiterleitung gewährleistenden Anschluß 5.

Die Gehäuseanordnung 1 ist einstückig aus Kunststoff gefertigt und weist zwei gegeneinander abgedichtete Kammern 1a, 1b auf. Die beiden Kammern 1a, 1b dienen zur Aufnahme zweier, aus einem keramischen Werkstoff vorzugsweise aus Al₂O₃ bestehenden plattenförmigen Träger 2. Die plattenförmigen Träger 2 werden durch die Gehäuseanordnung 1 parallel zueinander ausgerichtet und auf Abstand gehalten. Einerseits sind die plattenförmigen Träger 2 als Sensorelement 2a ausgebildet sowie von der einen Kammer 1a umgeben, andererseits umgibt die Kammer 1b die beiden plattenförmigen Träger 2, wobei andererseits auf den plattenförmigen Trägern 2 eine elektronische Schaltungsanordnung 2b vorhanden ist. An die eine Kammer 1a sind zwei Anschlußnippel 3 an gegenüberliegenden Kammerwänden so angeformt, daß die Durchlässe der Anschlußnippel 3 und der zwischen den beiden auf Abstand gehaltenen plattenförmigen Trägern 2 einerseits vorhandene Spalt 4 fluchtend ausgerichtet sind. So kann das Flüssigkeitengemisch (Benzin und Methanol) einerseits in die Kammer 1a eingeleitet und nach dem Durchströmen des Sensorelementes andererseits aus der Kammer 1a herausgeleitet werden. An die andere Kammer 1b ist einstückig der Anschluß 5 angeformt, der drei elektrische Steckkontaktelemente 5a aufweist. Der Anschluß 5 mit seinen elektrischen Steckkontaktelementen 5a dient zur Weiterleitung der durch das Sensorelement 2a erzeugten, sowie durch die elektronische Schaltungsanordnung 2b verarbeiteten Signale und zur Sicherstellung der für die Sensoreinrichtung notwendigen elektrischen Versorgung.

Auf die einerseits als Sensorelement 2a ausgebildeten plattenförmigen Träger 2 ist jeweils auf die einander zugewandten Plattenflächen eine elektrisch leitfähige Schichtstruktur 6 so aufgedruckt sowie mit einer als Schutzschicht ausgebildeten Glasur derart überzogen, daß ein als Kondensator ausgebildetes Sensorelement 2a entsteht. Die Glasur schützt die elektrisch leitfähige Schichtstruktur 6 dabei vor einem elektrischen Kontakt mit dem Flüssigkeitengemisch (Benzin und Methanol).

Die elektronische Schaltungsanordnung 2b ist andererseits auf den beiden plattenförmigen Trägern 2 vorhanden. Auf den beiden einander zugewandten Plattenflächen der plattenförmigen Träger 2 ist dabei jeweils eine zur elektronischen Schaltungsanordnung 2b gehörige weitere elektrisch leitfähige Schichtstruktur 7 aufgedruckt. Zwischen den beiden weiteren Schichtstrukturen 7 ist ein den Abstand zwischen den beiden plattenförmigen Trägern 2 ausfüllendes Dieelektrikum 8 vorhanden, so daß ein Vergleichskondensator entsteht. Auf den voneinander abgewandten Plattenflächen der plattenförmigen Träger 2 ist die Verschaltung und sind die Bauelemente 2b′ der elektronischen Schaltungsanordnung 2b angeordnet. Die elektronische Schaltungsanordnung 2b ist über Anschlußelemente direkt mit den elektrischen Steckkontaktelementen 5a des Anschlusses 5 verbunden.

Durch das einerseits als Kondensator ausgebildete Sensorelement 2a und den andererseits gebildeten Vergleichskondensator ist ein kapazitives System entstanden, durch das die Dieelektrizitätsänderung des strömungsfähigen Flüssigkeitengemisch (Benzin und Methanol) erfaßt wird. Das Zusammensetzungsverhältnis des Flüssigkeitengemisches (Benzin : Methanol) wird mittels der unterschiedlichen Dieelektrizitätskonstanten von Benzin bzw. Methanol festgestellt.

Sowohl das Sensorelement 2a als auch die elektronische Schaltungsanordnung 2b sind in Dickschichttechnologie aufgebaut. Die Anordnung des Sensorelementes 2a und der elektronischen Schaltungsanordnung 2b auf gemeinsamen Trägern 2 erlaubt eine einfache Anpassung an die jeweilig vorliegenden Temperaturverhältnisse. Dies bedeutet, daß das Sensorelement 2a und die Schaltungsanordnung 2b wegen ihrer räumlich engen Anordnung auf zwei gemeinsamen Trägern 2 auch etwa der gleichen Temperatur ausgesetzt sind und somit eine Kompensation des auftretenden Temperaturfehlers einfach realisiert werden kann.

Die andererseits auf den beiden plattenförmigen Trägern 2 vorhandene elektronische Schaltungsanordnung 2b zur Verarbeitung der vom Sensorelement 2a abgegebenen Signale kann z. B. so wie die in der Fig. 2 dargestellte, dem Stand der Technik entnommene elektronische Schaltungsanordnung ausgeführt sein.

Claims

1. Sensoreinrichtung zur Ermittlung und/oder Überwachung der Beschaffenheit eines strömungsfähigen Mediums, mit einer Gehäuseanordnung, einem der Gehäuseanordnung zugeordneten sowie dem strömungsfähigen Medium direkt ausgesetzten Sensorelement und einer elektronischen Schaltungsanordnung, die die vom Sensorelement erzeugten Signale verarbeitet, wobei das Sensorelement über die elektronische Schaltungsanordnung mit einem die elektrische Versorgung der Sensoreinrichtung sicherstellenden und die Weiterleitung der verarbeiteten Signale gewährleistenden Anschluß in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung zumindest einen plattenförmigen Träger (2) aufweist, der einerseits als das dem strömungsfähigen Medium direkt zugeordnete Sensorelement (2a) ausgebildet und auf dem andererseits die elektronische Schaltungsanordnung (2b) vorhanden ist, wobei dem plattenförmigen Träger (2) ein die elektronische Schaltungsanordnung (2b) gegen das strömungsfähige Medium abdichtendes, zur Gehäuseanordnung (1) gehöriges Gehäuseelement zugeordnet ist.

2. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung zwei auf Abstand gehaltene plattenförmige Träger (2) aufweist, die einerseits als das dem strömungsfähigen Medium direkt zugeordnete Sensorelement (2a) ausgebildet sind und außerdem andererseits zumindest auf einem der plattenförmigen Träger (2) die elektronische Schaltungsanordnung (2b) vorhanden ist, wobei zumindest diesem plattenförmigen Träger (2) ein die elektronische Schaltungsanordnung (2b) gegen das strömungsfähige Medium abdichtendes, zur Gehäuseanordnung (1) gehöriges Gehäuseelement zugeordnet ist.

3. Sensoreinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits auf jeder der einander zugewandten Plattenflächen der beiden plattenförmigen Träger (2) eine elektrisch leitfähige Schichtstruktur (6) aufgebracht ist, wobei jede Schichtstruktur (6) mit einer, einen elektrischen Kontakt zwischen dem strömungsfähigen Medium und der Schichtstruktur (6) verhindernden Schutzschicht überzogen ist.

4. Sensoreinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht eine Glasur ist.

5. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß andererseits auf jeder der einander zugewandten Plattenflächen der beiden plattenförmigen Träger (2) eine weitere als Vergleichselement ausgebildete elektrisch leitfähige Schichtstruktur (7) aufgebracht ist, wobei zwischen den beiden weiteren Schichtstrukturen (7) ein Dieelektrikum (8) vorhanden ist, und daß die weiteren elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen (7) elektrisch getrennt von den einerseits auf den plattenförmigen Trägern (2) vorhandenen elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen (6) angeordnet sind.

6. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (2a) als Kondensator und daß durch die weitere elektrisch leitfähige Schichtstruktur (7) sowie das Dieelektrikum (8) gebildete Vergleichselement als Vergleichskondensator ausgebildet ist, so daß ein kapazitives, die Dieelektrizitätsänderungen des strömungsfähigen Mediums erfassendes System gebildet ist.

7. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Gehäuseanordnung (1) vorhandene elektronische Schaltungsanordnung (2b) und das Sensorelement (2a) mittels Dickschichttechnologie hergestellt sind, wobei die beiden plattenförmigen Träger (2) aus einem keramischen Material bestehen.

8. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseanordnung (1) zwei gegeneinander abgedichtete Kammern (1a, 1b) aufweist, wobei die andere Kammer (1b) die andererseits auf zumindest einem der plattenförmigen Träger (2) vorhandene elektronische Schaltungsanordnung (2b) und die eine Kammer (1a) das einerseits gebildete Sensorelement (2a) der beiden plattenförmigen Träger (2) umgibt, dabei sind an der einen Kammer (1a) zumindest zwei Anschlußnippel (3) vorhanden, durch die das strömungsfähige Medium in die eine Kammer (1a) hinein bzw. herausgeleitet wird.

9. Sensoreinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußnippel (3) an einander gegenüberliegenden Kammerwänden der einen Kammer (1a) vorhanden sind und daß das Sensorelement (2a) mit den Haupterstreckungsebenen seiner beiden plattenförmigen Träger (2) senkrecht zu den mit den Anschlußnippeln (3) versehenen Kammerwänden ausgerichtet ist.

10. Sensoreinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußnippel (3) und das Sensorelement (2a) derart angeordnet sind, daß die Durchlässe der Anschlußnippel (3) und der zwischen den beiden auf Abstand gehaltenen plattenförmigen Trägern (2) einerseits vorhandene Spalt (4) fluchtend ausgerichtet sind.

11. Sensoreinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die andere die elektronische Schaltungsanordnung (2b) umgebende Kammer (1b) der Gehäuseanordnung (1) mit einer Vergußmasse gefüllt und dadurch gegen das strömungsfähige Medium abgedichtet ist.

12. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an die andere Kammer (1b) der Gehäuseanordnung (1) der Anschluß (5) direkt angeformt ist.