DE4446597C2 - Device for the detection of liquids - Google Patents
Device for the detection of liquidsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Detektion von Flüssigkeiten, die zwei mit einem geringen Abstand zueinander angeordnete, flächenhafte elektrische Kon takte aufweist und bei der die Kontakte auf einem saug fähigen und elektrisch nichtleitenden Substrat aufge bracht sind.The invention relates to a device for detection of liquids, the two with a short distance mutually arranged, flat electrical con has clocks and in which the contacts on a suction capable and electrically non-conductive substrate are brought.
Bei einer bekannten derartigen Vorrichtung werden in nerhalb eines Gewebes zwei Drähte parallel nebenein ander derart angebracht, daß bei einem Auftreffen von ausreichend großen Tropfen die Drähte leitend durch die Flüssigkeit verbunden sind. Aufgrund des Abstandes der Drähte können mit einer derartigen Vorrichtung jedoch kleine Tropfen nicht erfaßt werden. Darüber hinaus ist es schwierig, eine großflächige Flüssigkeitsüberwachung zu realisieren. Dies liegt insbesondere daran, daß erhebliche Leitungsverluste auftreten, die eine große Dämpfung der auftretenden Effekte zur Folge haben. Ebenfalls besteht das Problem, daß nach dem Auftreten einer Leckage eine Restleitfähigkeit verbleiben kann, so daß nur eine einmalige Verwendung gewährleistet ist.In a known device of this type two wires parallel to each other within a fabric otherwise attached in such a way that when Sufficiently large drops conduct the wires through the Liquid are connected. Due to the distance of the Wires can, however, be used with such a device small drops cannot be detected. Beyond that it is difficult to monitor liquid over a large area to realize. This is particularly because significant line losses occur, which is a large Dampening of the effects that occur. There is also the problem that after the occurrence a leak can leave a residual conductivity, so that only one use is guaranteed.
In der DE-PS 2 84 867 wird eine Vorrichtung zur Messung des Wassergehaltes eines Mediums beschrieben. Hierzu wird ein Körper, dessen elektrischer Widerstand von seiner jeweiligen Feuchtigkeitsaufnahme abhängig ist, zwischen zwei elektrische Kontakte geschaltet. Der je weilige Widerstand wird meßtechnisch bestimmt.DE-PS 2 84 867 describes a device for measurement described the water content of a medium. For this becomes a body whose electrical resistance of is dependent on its respective moisture absorption, switched between two electrical contacts. The ever Resistance is determined by measurement.
Aus der DE-OS 18 06 486 ist es bekannt, einen stabför migen Körper im Bereich seiner Enden mit elektrischen Kontakten zu versehen. Der Körper kann beispielsweise aus einer porrösen Substanz ausgebildet und zur Aufnah me von Feuchtigkeit geeignet sein. Ebenfalls ist es aus dieser Druckschrift bereits bekannt, eine mit Ausneh mungen versehene Elektrode zu verwenden, die einen Zu gang zum porösen Material durch die Elektrode hindurch ermöglicht.From DE-OS 18 06 486 it is known to stabför body in the area of its ends with electrical Contacts. The body can, for example formed from a porous substance and for inclusion me of moisture. It is also over already known in this publication, one with exception mung provided electrode to use a Zu passage to the porous material through the electrode enables.
Die DE-PS 9 40 071 zeigt eine Vorrichtung zur Ermittlung dieses Feuchtigkeitsgehaltes von Substanzen, bei der flächenartig ineinander verschachtelte Leiterbahnen von Elektroden gabelartig ineinander eingreifen. Die Lei terbahnen sind auf einem Träger aufgebracht, dessen Widerstand durch Feuchtigkeitsaufnahme veränderbar ist.DE-PS 9 40 071 shows a device for determination this moisture content of substances at which interconnects of nested areas Engage electrodes like a fork. The lei tracks are applied to a carrier, the Resistance is changeable by moisture absorption.
In der DE 28 45 269 A1 wird ein Bauteil aus faserver stärktem Kunststoff beschrieben, bei dem kapazititve Flächengeber verwendet sind, deren Dielektrikum aus einer hygroskopischen Schicht besteht. Hierdurch ist eine Feuchtigkeitserfassung möglich.DE 28 45 269 A1 describes a component made from fiber strengthened plastic described in the capacitive Area sensors are used, the dielectric of which a hygroscopic layer. This is moisture detection possible.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vor richtung der einleitend genannten Art derart auszu bilden, daß eine sensible flächenhafte Flüssigkeits detektion ermöglicht wird.The object of the present invention is to provide a direction of the type mentioned in the introduction form that a sensitive areal liquid detection is made possible.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens einer der Kontakte eine flüssigkeitsdurch lässige Konsistenz aufweist, daß die Kontakte auf ein ander abgewandten Seiten des Substrates angeordnet sind, daß mindestens einer der Kontakte als mit Durch lässen versehene Metallschicht ausgebildet ist und daß die Kontakte und das Substrat entsprechend einem Plattenkondensator angeordnet sind.This object is achieved in that at least one of the contacts passes through a liquid casual consistency that the contacts on a arranged on opposite sides of the substrate are that at least one of the contacts as with through let provided metal layer is formed and that the contacts and the substrate corresponding to one Plate capacitor are arranged.
Die flüssigkeitsdurchlässige Konsistenz der Kontakte ermöglicht ein Eindringen der Flüssigkeiten in das Substrat und hierdurch eine Veränderung der Dielektrizitätskonstante des Substrates. Somit wird auch die Kapazität des ausgebildeten Kondensators verändert.The liquid permeable consistency of the contacts allows liquids to penetrate into the Substrate and thereby a change in Dielectric constant of the substrate. Thus also the capacitance of the capacitor formed changed.
Ebenfalls ist es möglich, bei Realisierung einer ent sprechenden Empfindlichkeit einer elektronischen Aus wertung eine Gasdetektion durch Veränderung der Dielektrizitätskonstante des Substrates durchzuführen. Bei einer Detektion von Flüssigkeiten führen bereits sehr kleine einzelne Tröpfchen zu einer erkennbaren Veränderung der elektrischen Eigenschaften. It is also possible to implement an ent speaking sensitivity of an electronic off a gas detection by changing the Perform dielectric constant of the substrate. When liquids are detected, they already lead very small individual droplets into a recognizable one Change in electrical properties.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden auf dem Substrat als Basisschicht Adsorbentien aufgebracht. Hierdurch können Eigenschaften als Warnsensor mit Eigenschaften als Sicherheitssaugschicht kombiniert werden, ohne eine Verminderung der Sensitivität hervor zurufen.According to a development of the invention Substrate applied as a base layer adsorbents. This allows properties as a warning sensor Properties combined as a safety suction layer are produced without a decrease in sensitivity shout.
Durch entsprechende Spülvorgänge ist nach einer Flüssigkeitsdetektion in einfacher Weise eine Reinigung möglich, so daß eine Regeneration zur Wiederverwend barkeit durchgeführt wird.Appropriate rinsing is after one Liquid detection in a simple way cleaning possible so that regeneration for reuse availability is carried out.
Eine preiswerte und leichte Ausführungsform wird dadurch bereitgestellt, daß das Substrat aus Papier ausgebildet ist.An inexpensive and lightweight embodiment will provided that the substrate is made of paper is trained.
Eine Beeinflussung einer Ausbreitungsrichtung der Flüssigkeiten durch Faserrichtungen wird dadurch er möglicht, daß das Substrat aus Textilgewebe ausgebildet ist.Influencing a direction of propagation of the This makes it liquid through fiber directions possible that the substrate is formed from textile fabric is.
Eine zweckmäßige Anordnung besteht darin, daß die Kontakte auf einander abgewandten Seiten des Substrates angeordnet sind.A convenient arrangement is that the Contacts on opposite sides of the substrate are arranged.
Ein mögliches Fertigungsverfahren besteht darin, daß mindestens einer der Kontakte als mit Durchlässen versehene Metallschicht ausgebildet ist. Eine mögliche Realisierung besteht in einer Aufdampfung einer Metall schicht.One possible manufacturing process is that at least one of the contacts as with culverts provided metal layer is formed. A possible Realization consists in the evaporation of a metal layer.
Ein anderes Fertigungsverfahren wird dadurch bereit gestellt, daß mindestens einer der Kontakte aufgedruckt ist. Another manufacturing process is ready provided that at least one of the contacts is printed is.
Eine Geometrie der Kontakte zur Bereitstellung sowohl einer ausreichenden Flüssigkeitsdurchlässigkeit als auch einer ausreichenden Kontaktierung wird dadurch realisiert, daß mindestens einer der Kontakte gitter artig ausgebildet ist.A geometry of the contacts to provide both sufficient fluid permeability as Sufficient contacting is also ensured realizes that at least one of the contacts grid is well-trained.
Eine andere Materialauswahl besteht darin, daß mindestens einer der Kontakte als Graphitschicht ausge bildet ist.Another material selection is that at least one of the contacts out as a graphite layer forms is.
Zur Bereitstellung adsorbierender Eigenschaften wird vorgeschlagen, daß einer der Kontakte als Aktivkohle schicht ausgebildet ist.To provide adsorbing properties suggested that one of the contacts be activated carbon layer is formed.
Eine Detektion von nichtleitenden Flüssigkeiten wird insbesondere dadurch unterstützt, daß die Kontakte und das Substrat entsprechend einem Plattenkondensator an geordnet sind.Detection of non-conductive liquids is made supported in particular by the fact that the contacts and the substrate according to a plate capacitor are ordered.
Eine hohe Sensibilität bei der Detektion von nicht leitenden Flüssigkeiten wird dadurch bereitgestellt, daß der Kondensator als Wickelkondensator ausgebildet ist. Eine derartige Ausbildung ist allerdings vor wiegend für lokal begrenzte und nicht für flächenhafte Flüssigkeitsdetektionen zweckmäßig.A high sensitivity in the detection of no conductive liquids is provided by that the capacitor is designed as a wound capacitor is. Such training is, however, before predominantly for local and not for area Expedient liquid detections.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfin dung schematisch dargestellt. Es zeigen:Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing shown schematically. Show it:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der Vorrichtung als Querschnitt mit neben einer Kontaktschicht angeordnetem Flüssigkeitstropfen, Fig. 1 is a schematic representation of the device as a cross section having disposed next to a contact layer liquid drops,
Fig. 2 die Vorrichtung gemäß Fig. 1 mit einge drungenem Flüssigkeitstropfen Fig. 2 shows the device of FIG. 1 with penetrated drops of liquid
Fig. 3 eine modifizierte Vorrichtung, bei der auf dem Substrat eine adsorbierende Schicht aufge bracht ist. Fig. 3 shows a modified device in which an adsorbing layer is brought up on the substrate.
Gemäß der Ausführungsform in Fig. 1 weist die Vor richtung ein Substrat (1) auf, das saugfähig und elek trisch nichtleitend ist. Das Substrat (1) kann porös ausgebildet sein. Insbesondere ist an eine Ausbildung aus Papier oder Textilgewebe gedacht. Im Bereich von zwei einander abgewandter Oberflächen (2, 3) des Sub strates (1) sind Kontakte (4, 5) angeordnet.According to the embodiment in FIG. 1, the device has a substrate ( 1 ) which is absorbent and electrically non-conductive. The substrate ( 1 ) can be porous. In particular, an education from paper or textile fabric is intended. In the area of two mutually facing surfaces ( 2 , 3 ) of the sub strate ( 1 ) contacts ( 4 , 5 ) are arranged.
Die Kontakte (4, 5) weisen eine für Flüssigkeiten durch lässige Konsistenz auf. Dies kann beispielsweise da durch realisiert werden, daß die Kontakte (4, 5) als eine mit Unterbrechungen versehene aufgedampfte oder aufgedruckte Metallschicht ausgebildet sind. Insbeson dere ist hierbei an eine gitterförmige Ausbildung ge dacht. Es ist aber auch möglich, beispielsweise Gra phitschichten oder Schichten von Aktivkohle zu verwen den. Graphitschichten können vorzugsweise aufgedruckt werden, Schichten aus Aktivkohle können mechanisch oder chemisch aufgebracht werden. Die Auswahl des jeweiligen Materials für die Kontakte (4, 5) erfolgt in Abhängig keit von den chemischen und physikalischen Eigenschaf ten der zu detektierenden Flüssigkeit.The contacts ( 4 , 5 ) have a casual consistency for liquids. This can be realized, for example, by the contacts ( 4 , 5 ) being designed as an intermittent vapor-deposited or printed metal layer. In particular, this is ge thought of a grid-shaped training. However, it is also possible, for example, to use graphite layers or layers of activated carbon. Graphite layers can preferably be printed on, layers of activated carbon can be applied mechanically or chemically. The selection of the respective material for the contacts ( 4 , 5 ) depends on the chemical and physical properties of the liquid to be detected.
Die Kontakte (4, 5) sind über Anschlußleitungen (6, 7) und ein Meßinstrument (8) an eine Stromquelle (9) ange schlossen. Mit Hilfe des Meßinstrumentes (8) kann eine Kapazität bestimmt werden. Die Stromquelle (8) ist gemäß der Ausführung in Fig. 1 als Gleichstromquelle ausgebildet. Für Kapazitätsmessungen ist aber auch an eine Verwendung von Wechselstromquellen gedacht.The contacts ( 4 , 5 ) are connected via connecting lines ( 6 , 7 ) and a measuring instrument ( 8 ) to a current source ( 9 ). A capacity can be determined with the aid of the measuring instrument ( 8 ). According to the embodiment in FIG. 1, the current source ( 8 ) is designed as a direct current source. However, the use of alternating current sources is also considered for capacitance measurements.
Die Kapazitätsmessung kann beispielsweise durch Verwen dung einer zusätzlichen Induktivität im Bereich des Meßinstrumentes (8) zur Ausbildung eines Schwingkreises erfolgen. Es würde dann die jeweilige Resonanzfrequenz ermittelt.The capacitance measurement can take place, for example, by using an additional inductance in the area of the measuring instrument ( 8 ) to form a resonant circuit. The respective resonance frequency would then be determined.
Fig. 2 veranschaulicht die Vorrichtung gemäß Fig. 1 nach einem Eindringen des Flüssigkeitstropfens (10) in den Bereich des Substrates (1). Es ist ersichtlich, daß aufgrund der saugfähigen Eigenschaften des Substrates (1) bereits ein geringer Anteil des Flüssigkeitstropfens (10) ausreichend ist, um eine Ver änderung der Dielektrizitätskonstante zu erreichen. FIG. 2 illustrates the device according to FIG. 1 after the liquid drop ( 10 ) has penetrated into the region of the substrate ( 1 ). It can be seen that due to the absorbent properties of the substrate ( 1 ) a small proportion of the liquid drop ( 10 ) is sufficient to achieve a change in the dielectric constant.
Gemäß der Ausführungsform in Fig. 3 ist einer der Kon takte (4, 5) als saugfähige Schicht ausgebildet. Dies kann beispielsweise durch eine Ausbildung aus Aktiv kohle erfolgen. Zusätzlich zur Kontaktierung über das Substrat (1) erfolgt zusätzlich eine Adsorbtion der austretenden Flüssigkeit. Hierdurch werden die elek trischen Eigenschaften der Aktivkohleschicht selber nicht verändert. Dies hat den Vorteil, daß eine Re generation durch Spülung in einfacher Weise möglich ist.According to the embodiment in Fig. 3, one of the contacts ( 4 , 5 ) is formed as an absorbent layer. This can be done, for example, by training from activated carbon. In addition to contacting via the substrate ( 1 ), there is also an adsorption of the emerging liquid. This does not change the electrical properties of the activated carbon layer itself. This has the advantage that a re generation by flushing is possible in a simple manner.
Der Ablauf bei einer Verwendung der Vorrichtung gemäß Fig. 2 ist dabei derart, daß die Vorrichtung mit dem nichtadsorbierenden Kontakt (4) in Richtung des zu er wartenden Flüssigkeitseintrittes ausgerichtet wird. Nach dem Eindringen eines Flüssigkeitstropfens (10) erfolgt zunächst eine Verbindung zwischen den Kontakten (4, 5) durch die Verteilung des Flüssigkeitstropfens (10) innerhalb des Substrates (1) beziehungsweise die entsprechende Veränderung der Dielektrizitätskonstante. Aufgrund der Eigenschaften des adsorbierenden Kontaktes (5) wandert jedoch der Flüssigkeitstropfen (10) durch das Substrat (1) hindurch, so daß nach einem Abschluß des Adsorbtionsvorganges allenfalls geringe Reste des Flüssigkeitstropfens (10) innerhalb des Substrates (1) verbleiben.The procedure when using the device according to FIG. 2 is such that the device with the non-adsorbing contact ( 4 ) is aligned in the direction of the expected liquid entry. After the penetration of a liquid drop ( 10 ), a connection is first made between the contacts ( 4 , 5 ) through the distribution of the liquid drop ( 10 ) within the substrate ( 1 ) or the corresponding change in the dielectric constant. Due to the properties of the adsorbing contact ( 5 ), however, the liquid drop ( 10 ) migrates through the substrate ( 1 ), so that after the completion of the adsorption process, at most small residues of the liquid drop ( 10 ) remain inside the substrate ( 1 ).
Grundsätzlich wird ein Aufbau der Vorrichtung derart für zweckmäßig gehalten, daß in Richtung eines vorge sehenen Flüssigkeitseintrittes der Kontakt (4), das Substrat (1) und der Kontakt (5) hintereinander ange ordnet sind. Die Abstandsdimensionierung der Kontakte (4) und somit die Dimensionierung des Substrates (1) kann in Abhängigkeit von den jeweils vorliegenden An wendungsanforderungen erfolgen. Insbesondere kann hier durch eine Anpassung von Empfindlichkeit der Detektion und zu erwartender Größe der Flüssigkeitstropfen (10) erfolgen. Bei sehr kleinen Flüssigkeitstropfen (10) ist ein geringer Abstand der Kontakte (4, 5) vorteilhaft.Basically, a structure of the device is considered to be expedient in such a way that in the direction of a liquid inlet provided the contact ( 4 ), the substrate ( 1 ) and the contact ( 5 ) are arranged one behind the other. The distance dimensioning of the contacts ( 4 ) and thus the dimensioning of the substrate ( 1 ) can take place depending on the respective existing application requirements. In particular, the sensitivity of the detection and the expected size of the liquid drops ( 10 ) can be adjusted here. In the case of very small drops of liquid ( 10 ), a small distance between the contacts ( 4 , 5 ) is advantageous.
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