DE4004165C2 - Sensoreinrichtung - Google Patents

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 EP 0 346 127 A2 ist eine dem Oberbegriff entsprechende Sensoreinrichtung bekanntgeworden. Die hier offenbarte Sensoreinrichtung weist einen plattenförmigen Träger auf, auf dem einerseits das dem Gas ausgesetzte Sensorelement und andererseits eine elektronische Schaltungsanordnung vorhanden ist. Die hinsichtlich unterschiedlicher Gaskonzentrationen ihre elektrische Leitfähigkeit verändernde Sensorschicht ist dabei auf einer Seite des plattenförmigen Trägers angebracht und von mehreren in dem Träger vorhandenen Durchbrüchen umgeben. Bei schwierigen Strömungsverhältnissen kann es aber bei einer solchen Ausbildung des Sensorelementes dazu kommen, daß die Sensorschicht zumindest nicht gleichmäßig von dem Gas bestrichen wird, so daß es zu Fehlmeldungen bzw. zu Fehlfunktionen kommen kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensoreinrichtung mit einem gemeinsamen Träger für das Sensorelement und die elektronische Schaltungsanordnung dahingehend weiterzubilden, so daß auch bei ungünstigen Strömungsverhältnissen ein gleichmäßiges Bestreichen des Sensorelementes durch das strömungsfähige Medium gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches angegebenen Merkmale gelöst. Eine solche Ausführungsform ist deshalb besonders vorteilhaft, weil wegen des die Schaltungsanordnung gegen das strömungsfähige Medium abdichtende Gehäuse eine solchermaßen ausgebildete Sensoreinrichtung auch dann eingesetzt werden kann, wenn das strömungsfähige Medium einen Stoff darstellt, der zu Beschädigungen der Schaltungsanordnung bzw. der elektronischen Bauelemente führen könnte.

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 zeigt

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 bestehender plattenförmiger 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 Dielektrikum 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 Dielektrizitätsänderung des strömungsfähigen Flüssigkeitengemisch (Benzin und Methanol) erfaßt wird. Das Zusammensetzungsverhältnis des Flüssigkeitengemisches (Benzin : Methanol) wird mittels der unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten 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 (11)

1. Sensoreinrichtung zur Ermittlung und/oder Überwachung der Beschaffenheit eines strömungsfähigen Mediums, mit einem einer Gehäuseanordnung zugeordneten plattenförmigen Träger auf dem das dem strömungsfähigen Medium direkt ausgesetzte Sensorelement und eine elektronische Schaltungsanordnung vorhanden ist, die die vom Sensorelement erzeugten Signale verarbeitet, wobei das Sensorelement über auf dem Träger vorhandene Leiterbahnen mit der elektronischen Schaltungsanordnung bzw. mit einem die elektrischen Versorgung der Sensoreinrichtung sicherstellenden und die Weiterleitung der verarbeiteten Signale gewährleistenden Anschluß in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseanordnung (1) an Stelle des einen Trägers zwei auf Abstand gehaltene plattenförmige Träger (2) zugeordnet sind, die auf ihren einander zugewandten Plattenflächen als das dem strömungsfähigen Medium zugeordnete Sensorelement (2a) ausgebildet sind und daß ein die elektronische Schaltungsanordnung (2b) tragender Bereich der plattenförmigen Träger (2) von einer die elektronische Schaltungsanordnung (2b) gegen das strömungsfähige Medium abdichtenden, zur Gehäuseanordnung (1) gehörenden Kammer (1b) umgeben ist.

2. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 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.

3. Sensoreinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht eine Glasur ist.

4. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß 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 Dielektrikum (8) vorhanden ist, und daß die weiteren elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen (7) elektrisch getrennt von den auf den plattenförmigen Trägern (2) vorhandenen elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen (6) angeordnet sind.

5. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (2a) als Kondensator und daß das durch die weitere elektrisch leitfähige Schichtstruktur (7) sowie das Dielektrikum (8) gebildete Vergleichselement als Vergleichskondensator ausgebildet ist, so daß ein kapazitives, die Dielektrizitätsänderungen des strömungsfähigen Mediums erfassendes System gebildet ist.

6. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 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.

7. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseanordnung (1) zwei gegeneinander abgedichtete Kammern (1a, 1b) aufweist, wobei die andere Kammer (1b) die auf zumindest einem der plattenförmigen Träger (2) vorhandene elektronische Schaltungsanordnung (2b) und die eine Kammer (1a) das durch die plattenförmigen Träger (2) gebildete Sensorelement (2a) umgibt, wobei an der einen Kammer (1a) zumindest zwei Anschlußnippel (3) vorhanden sind, durch die das strömungsfähige Medium in die eine Kammer (1a) hinein bzw. herausgeleitet wird.

8. Sensoreinrichtung nach Anspruch 7, 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.

9. Sensoreinrichtung nach Anspruch 8, 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) vorhandene Spalt (4) fluchtend ausgerichtet sind.

10. Sensoreinrichtung nach Anspruch 7, 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.

11. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß an die andere Kammer (1b) der Gehäuseanordnung (1) der Anschluß (5) direkt angeformt ist.