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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Echtzeit-Überwachung des Zustands eines
Fluids in einem Gefäß, beispielsweise
eines Öls
in einem Sumpf einer Brennkraftmaschine oder einem Lastschaltgetriebe.
Ein Beispiel für
eine derartige Vorrichtung ist in dem US-Patent 6 278 281 von Robert
A. Bauer, et al. mit dem Titel „Fluid Condition Monitor" veranschaulicht
und beschrieben, das am 23. Dezember 1998 eingereicht, am 21. August
2001 erteilt worden ist und auf die Anmelderin der vorliegenden
Erfindung lautet. Das vorerwähnte
Patent von Bauer, et al. beschreibt die Überwachung eines Fluidzustands
mit einer Sonde, die voneinander beabstandete, parallele Elektroden
vorzugsweise in der Form zueinander paralleler Platten aufweist,
wobei die Sonde aufeinanderfolgend mit einer ersten Spannung in
einem Millihertz-Frequenzbereich und anschließend mit einer zweiten Spannung
im Hertz-Frequenzbereich angeregt und die Differenz zwischen der
Stromstärke bei
der ersten und der zweiten Anregung gemessen wird. Die gemessene
Stromdifferenz wird anschließend mit
abgespeicherten Werten verglichen, die in einer Nachschlagetabelle
hinterlegt sind, die Werte von Stromdifferenzen für bekannte
Fluidzustände
enthält;
und dann wird der Zustand des Fluids in Echtzeit bestimmt. Ein Mikrocomputer
gibt anschließend
ein Signal ab, falls der erfasste Fluidzustand einen vorbestimmten
Schwellenzustand, beispielsweise einen zum weiteren Gebrauch nicht
mehr geeigneten Zustand, erreicht.
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Obwohl
die Sonde mit parallelen Platten gemäß dem vorgenannten Patent von
Bauer, et al. im Allgemeinen nützlich ist,
ist festgestellt worden, dass es etwas aufwändig und schwierig ist, diese
in bestimmten geschlossenen Fluidgefäßen, beispielsweise in Motorölsümpfen und
Lastschaltgetriebegehäusen
einzubauen, weil die Sonde eine ausreichende Elektrodenoberfläche aufweisen,
robust, zuverlässig
abgedichtet, um einen Fluidverlust zu verhindern, und in der Lage
sein muss, den erhöhten
Temperaturen des Motor- und Lastschaltgetriebeschmiermittels zu
widerstehen. Die vorerwähnte
Sonde der Bauart mit parallelen Platten hat sich in Anwendungen
zur Überwachung
von Motor- und Getriebeschmiermitteln insofern als unzulässig groß erwiesen,
als die erforderliche Oberfläche
der Elektrodenplatten die minimale Größe vorgibt; und dies führt zu der Notwendigkeit
einer übermäßig großen Öffnung oder
eines übermäßig großen Durchbruchs
für das
Einführen der
Sonde in einem Motorsumpf oder Getriebegehäuse.
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Simon
S. Wan und Han-Sheng Lee beschreiben in einem Artikel mit dem Titel „The Application
of a.c. impedance technique for detecting glycol contamination in
engine oil", veröffentlicht
in Sensors and Actuators B40 (1997)193–197, eine Mikrovorrichtung
mit ineinander greifenden Elektroden aus Molybdän, die auf einem Siliziumwaver
zur Messung eines Wechselstromimpedanzspektrums eines zu überprüfenden Motoröls angeordnet
sind. Aus Gründen,
die in dieser Druckschrift erläutert
sind, ist lediglich der Körper-
oder Durchgangswiderstand als Parameter verwendet worden, um das
Maß der
Glykolverunreinigung in einem Motoröl zu bestimmen. US-A-4 757
252 beschreibt ein Sondensystem zur Messung des Zustandes oder eines
Materialiengehalts in einem Gefäß, das in
einer Ausführungsform
eine längliche
Sonde mit einer Prüfelektrode,
einer Masseelektrode und einer ersten sowie einer zweiten Überwachungselektrode
auf weist. Die Masseelektrode sowie die erste und die zweite Überwachungselektrode
weisen eine spiralförmige
Konfiguration auf, so dass sie sich in Längsrichtung entlang der Sonde
derart erstrecken, dass die Prüfelektrode
von der Masseelektrode getrennt ist. Die Sonde ist Teil einer Schaltung,
die einen aus Oszillator mit einer festen Frequenz enthält, der
dazu eingerichtet ist, ein Hochfrequenzsignal zur Messung von Kapazitäts- oder
Blindleitwertänderungen
in Abhängigkeit
von dem Zustand der Materialien in dem Gefäß bereitzustellen. DE-A 37
060 48 beschreibt eine Sonde zur Messung einer Treibstoffmenge in
einem Treibstofftank. Die Sonde ist mit wenigstens zwei Elektroden
versehen, die schraubenlinienförmig
von einem flexiblen Träger
vorstehen. Schließlich
offenbart die US-A-4 410 885 ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Erfassung eines leitfähigen
Fluids, das bzw. die dazu dient, die Gegenwart eines leitfähigen Fluids,
beispielsweise Wasser, in der Ölwanne
einer Brennkraftmaschine zu erfassen. In der Ölwanne ist eine Sensorsonde
angeordnet, die an eine Energieversorgung angeschlossen ist und ein
inneres sowie ein äußeres Elektrodenelement
aufweist. Wenn Wasser in der Ölwanne
die Spitze des inneren Elektrodenelementes bedeckt, fließt ein Strom
von dem inneren Elektrodenelement durch das Wasser entweder unmittelbar
zu der Ölwanne
oder durch das äußere Elektrodenelement
zu der Ölwanne.
Der Stromfluss löst
sofort ein Alarmlicht aus, das den Fahrer warnt, den Motor abzustellen
oder eine sonstige Abhilfe schaffende Maßnahme zu treffen.
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Demgemäß ist es
erwünscht,
eine Sondeneinrichtung zur Elektroimpedanz-Überwachung eines Fluids insbesondere
durch eine Sondenanregung mit relativ niedriger Spannung bei Frequenzen
in einem Bruchteil eines Hertz oder im Millihertz bereich zu schaffen,
die hinreichend klein und robust aufgebaut ist, um in einer minimal
bemessenen Öffnung
in dem Fluidgefäß und insbesondere
einem Motorsumpf oder einem Getriebegehäuse eingeführt zu werden.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung, wie sie in dem unabhängigen
Anspruch 1 definiert ist, ist eine Sonde zur relativ Niederspannungs-,
Niederstrom-Elektroimpedanz-Überwachung
eines Fluidzustands geschaffen, bei der eine Sondenanregung mit
einem Bruchteil eines Hertz dazu verwendet wird, den Sondenstrom
zu messen.
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Die
Sondeneinrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung weist eine Konfiguration auf, die der Sonde ermöglicht,
durch einen Durchbruch oder eine Öffnung eingeführt zu werden,
der bzw. die eine minimale Größe aufweist,
und sie ist deshalb insbesondere zum Einbau in einem Motorölsumpf oder
Lastschaltgetriebegehäuse
geeignet. Die erfindungsgemäße Sonde
verwendet ein Paar Elektroden in Drahtform, die spiralförmig über einem
Träger
oder Kern gewunden sind, um durch die Öffnung in dem Gefäß sowie
in das zu überwachende Fluid
eingeführt
zu werden. Die Enden der Elektroden sind an Leitungen oder Anschlüssen befestigt,
die sich durch die Tragstruktur hindurch erstrecken, die vorzugsweise
in Form eines Gewindestopfens ausgebildet ist, der in die Fluidgefäßöffnung eingeführt und
darin abgedichtet wird. In einer Ausführungsform sind die Spiraldrähte in einer
spirallinien- oder schraubenlinienförmigen Anordnung gewickelt.
In einer Abwandlung weist die Spiralwindung einen Bereich mit einer
ersten gleichmäßigen Schraubensteigung
oder Ganghöhe
auf, während ein
weiterer Bereich mit einer zweiten gleichmäßigen Schraubensteigung oder
Ganghöhe
gewickelt ist, die ungefähr
doppelt so groß ist,
wie die erste Ganghöhe.
In einer weiteren Ausführungsform
sind die beiden Drahtelektroden in einer gleichmäßig zueinander beabstandeten
parallelen Anordnung mit einer gewünschten gleichmäßigen Ganghöhe gemeinsam
gewickelt.
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Die
Sondeneinrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung eignet sich somit für
die Einführung
in die Wand des Fluidgefäßes durch
eine minimal bemessene Öffnung;
und die Herstellung sowie der Einbau der Sonde sind stark vereinfacht.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine Seitenansicht einer Ausführungsform
der Erfindung;
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2 zeigt
eine Draufsicht auf die Ausführungsform
nach 1;
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3 zeigt
einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, wie sie in einem Fluidgefäß eingebaut ist;
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4 zeigt
eine vergrößerte Ansicht
eines Abschnitts der Ausführungsform
nach 1;
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5 zeigt
eine der 4 ähnliche Ansicht einer weiteren
Ausführungsform
der Erfindung;
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6 zeigt
eine der 4 ähnliche Ansicht einer weiteren
Ausführungsform
der Erfindung;
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7 zeigt
ein elektrisches Ersatzschaltbild der Ausführungsform nach 1;
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8 zeigt
ein Blockschaltbild eines Systems, das die vorliegende Erfindung
gemeinsam mit einer Niederspannungs-Sondenanregung mit einer (niedrigen)
Frequenz im Bereich eines Bruchteils eines Hertzes und einer (hohen)
Frequenz im Hertzbereich verwendet;
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9 zeigt
ein Flussdiagramm des Programms für den Controller des Systems
nach 8;
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10 zeigt
eine graphische Darstellung der Impedanzwerte, die in Abhängigkeit
von der Frequenz für
die spirallinienförmig
gewickelte Sonde nach 5 gemäß der vorliegenden Erfindung
in einem synthetischen Motoröl
aufgezeichnet sind;
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11 zeigt
eine graphische Darstellung der prozentualen Änderung (in %) ausgehend von
einem nicht verunreinigten Fluid in Abhängigkeit von der Frequenz der
Anregungsspannung für
eine 1%-ige Verunreinigung mit einem ATF-Motorkühlmittel, gemessen mit der
erfindungsgemäßen Spiralsonde.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft den Gegenstand des vorerwähnten Patentes
von Robert A. Bauer, et al. mit dem Titel „Fluid Condition Monitor". Bezugnehmend auf 1, 2 und 6 ist
die Sondeneinrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung allgemein mit 10 bezeichnet und enthält einen
Stopfen oder eine Basis, der bzw. die allgemein mit 12 bezeich net
ist und einen mit einem Gewinde versehenen Schaftabschnitt 14 aufweist.
Der Stopfen 12 enthält
ferner vorzugsweise einen einen vergrößerten Durchmesser aufweisenden,
radial nach außen
ragenden Flanschabschnitt 16, der dazu dient, den Einbau
zu erleichtern, und der Abflachungen oder eine hexagonale Gestalt
aufweisen kann; und der Stopfen ist ferner mit einem im Wesentlichen
länglichen
Trägerabschnitt 18 versehen,
der von dem Gewindeabschnitt 14 in Axialrichtung vorragt.
Bezugnehmend auf 2 weist der Trägerabschnitt 18 im
Querschnitt in der Ausführungsform
nach 1 eine gerippte oder kreuzförmige Konfiguration auf, kann
jedoch auch andere Konfigurationen, beispielsweise eine rohrförmige Gestalt,
wie sie hier nachstehend näher
beschrieben ist, aufweisen.
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Bezugnehmend
auf 6 ist veranschaulicht, dass über dem Träger 18 spirallinienförmig ein
Paar Drahtelektroden gewickelt sind, die jeweils mit 20 bzw. 22 bezeichnet
sind und die in einer zueinander beabstandeten spiralförmigen,
vorzugsweise schraubenförmigen
Anordnung mit einer Ganghöhe
angeordnet sind, die durch das Bezugszeichen P bezeichnet ist, wobei
die Elektroden in Axialrichtung in einer im Wesentlichen äquidistanten
Anordnung ineinander greifen oder einander abwechseln, wobei der
Abstand durch das Bezugszeichen S bezeichnet ist und ungefähr der halben
Ganghöhe
P entspricht. Die Querabmessung des Trägers 18 ist in 6 durch
das Bezugszeichen D gekennzeichnet. Die Dicke oder der Drahtdurchmesser
der Elektroden 20, 22 ist in 6 durch
das Bezugszeichen T bezeichnet. In der momentan bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist der Träger
aus einem Material hergestellt, das einen hohen elektrischen Widerstand
und eine niedrige Dielektrizitätskonstante
aufweist, um angesichts der Niederspannungsanregung der Sonde, die in
den Elektroimpedanztechniken, beispielsweise der in der vorerwähnten Patentschrift
von Bauer, et al., beschriebenen, verwendet wird, den Leckstrom
zu minimieren. In der momentanen Ausführungsform der Erfindung ist
die erfindungsgemäße Sondeneinrichtung
dazu vorgesehen, den Zustand eines synthetischen Motoröls, wie
es beispielsweise mit 5W-30
bezeichnet und gewöhnlich
in Personenkraftwagen eingesetzt wird, oder eines Getriebefluids
zu überwachen,
das in Getrieben von Schwer- oder Leichtlastwagen oder in automatischen
Getrieben von Personenkraftfahrzeugen verwendet wird. Bei einer
Anwendung für
ein Motoröl
eines Personenkraftfahrzeugs (PCMO, Passenger Car Motor Oil) ist
eine zufriedenstellende Sonde mit den nachstehend in Tabelle 1 angegebenen
Dimensionen verwendet worden.
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In
der momentanen Ausführungsform
der Erfindung ist eine Sonde mit den in Tabelle I angegebenen Dimensionen
mit zufriedenstellenden Ergebnissen auch für ein mineralisches PCMO eingesetzt
worden. Es ist jedoch verständlich,
dass die obigen Dimensionen abgeändert
werden können,
um an die gewünschte
Querabmessung des Trägers
angepasst zu werden. Falls eine kleinere Dimension D verwendet wird,
wird die Länge der
spiralförmigen
Windung für
die Drähte 20, 22 notwendigerweise
erhöht,
um die gleiche Größe der Elektrodenoberfläche zur
Schaffung der gewünschten
elektrischen Empfindlichkeit zur Verfügung zu stellen.
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Falls
dies erwünscht
ist, wird ein Temperatur erfassender Thermistor 24 an dem
Träger 18 montiert; und
an diesen werden gesonderte Leitungen angeschlossen, die sich durch
Löcher 26 hindurch
erstrecken, die in dem Stopfen 12 vorgesehen sind, wie
dies durch gestrichelte Linien in 1 angezeigt
ist.
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Bezugnehmend
auf 3 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung allgemein
bei 100 angezeigt und verwendet einen mit einem Gewinde
versehenen Stopfen oder Stöpsel,
wie er allgemein bei 102 bezeichnet ist und der einen von
ihm wegragenden länglichen
Träger 104 aufweist,
der eine Hohlrohrkonfiguration aufweist, wie dies in 3 veranschaulicht
ist. In der Darstellung ist der Stopfen in einer Gewindebohrung 106 aufgenommen,
die in der Wand des Fluidgefäßes vorgesehen
ist, die durch das Bezugszeichen 108 bezeichnet ist. Der
Stopfen 102 weist einen einen vergrößerten Durchmesser aufweisenden
Flansch 110 auf, der gegen die Außenfläche des Gehäuses 108 durch einen
geeigneten O-Ring 112 abgedichtet ist. Zwei Drahtelektroden 114, 116,
die über
dem Träger 104 spirallinienförmig gewickelt
sind, sind im Querschnitt veranschaulicht. Es versteht sich, dass
der Träger 104 an
seinem Außenumfang
im (nicht veranschaulichten) Querschnitt unter rechten Winkeln zu
der Achse der spirallinienförmig
gewundenen Drähte 114, 116 eine
polygonale oder kreisförmige
Konfiguration aufweisen kann.
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Zwei
elektrische Leitungen oder Anschlüsse 118, 120 sind
in einem geeigneten Fitting angeordnet, der in dem mit einem Flansch
versehenen Ende des Stopfens 102 eingeschraubt ist; und
die Leitungen sind darin durch ein geeignetes Vergussmaterial 122 abgedichtet.
Ein Ende einer jeden Leitung 118, 120 erstreckt
sich in die Bohrung 124 des Trägers 104 hinein, und
die Leitungen sind jeweils an einem der Elektrodendrähte 114 bzw. 116 befestigt,
wie dies durch gestrichelte Linien in 3 angezeigt
ist.
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Bezugnehmend
auf 5 ist eine weitere Ausführungsform der Sonde allgemein
bei 200 angezeigt und weist einen Träger oder Stab 202 auf, über dem
in einer spiralförmigen,
zueinander beabstandeten Anordnung zwei Elektrodendrähte 204, 206 gewickelt
oder gewunden sind, die über
eine Strecke L1 mit einer Ganghöhe P und
einem Abstand S zueinander gewickelt sind, wobei S vorzugsweise
ein halb P beträgt.
Die Drähte sind
in einer spirallinienförmigen
Anordnung für
die Länge
L2 mit einer größeren Ganghöhe fortgesetzt, die in der
momentan bevorzugten Ausführungsform
ungefähr
2P beträgt,
und haben dort einen Abstand zueinander von 2S. Die spirallinienförmige Anordnung
mit 2facher Ganghöhe
der Ausführungsform 200 verwendet
den Bereich, der die Ganghöhe
P und den Abstand S für
die Länge
L1 aufweist und in 5 als „Bereich
kleinen Abstands" bezeichnet
ist, als einen Bereich mit größerer Empfindlichkeit
auf die Oberflächenimpedanz
an der Grenzfläche
zwischen dem Fluid und der Elektrode; während der Bereich, der den
Abstand von 2S und die Ganghöhe
2P für
die Länge
L2 aufweist und in 5 als „Bereich
großen
Abstands" bezeichnet
ist, eine erhöhte
Empfindlichkeit hinsichtlich der Körper- oder Durchgangsimpedanz
des Fluids aufweist. Somit bietet die Anordnung nach 4 und 5 einen
Weg zur Erhöhung
der Empfindlichkeit der Sonde hinsichtlich beider elektrochemischer
Erscheinungen, die durch den Strom in der Sonde gemessen werden.
Es ist mit Bezug auf 7 verständlich, dass der Strom für eine konstante
Spannungsanregung proportional zu der Impedanzänderung ist und deshalb das
elektrische Analogon zu der Än derung
der Gesamtimpedanz ZAC bildet. Es ist ferner
verständlich,
dass ZAC die Summe der Impedanz aufgrund
der Änderung
des Widerstandes und des kapazitiven Blindwiderstandes, die durch
die Sonde erfasst und durch die Änderungen
der Körperimpedanz
des Stromflusses durch das Fluid beeinflusst werden, und der Impedanz
aufgrund von Oberflächeneffekten
der Elektrode darstellt.
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Bezugnehmend
auf 6 weist eine weitere Ausführungsform, die allgemein mit 300 bezeichnet
ist, einen Träger
oder Stab 302, der an einem (nicht veranschaulichten) Stopfenabschnitt
befestigt ist, der dem Stopfen 12 nach 1 ähnlich ausgebildet
ist. Um den Stab 302 ist ein Paar Elektrodendrähte 304, 306 umgelegt
oder umgewickelt, die in einer zueinander beabstandeten, vorzugsweise
parallelen spirallinienförmigen Anordnung
mit einem Parallelabstand zueinander, der durch S bezeichnet ist,
und einer Ganghöhe,
die durch P bezeichnet ist, verlaufen. Die Ausführungsform 300 weist
insofern eine andere Ganghöhe
auf, als die Ganghöhe
P größer ist
als 2S oder zweimal der Abstand. Es ist verständlich, dass eine Erhöhung der
Ganghöhe eine
Vergrößerung der
Länge der
Sonde nach sich zieht, um die gleiche Elektrodengröße bereitzustellen.
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In
der momentan bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist der Träger 18, 104, 202, 302 vorzugsweise
aus einem Material gebildet, dass eine niedrige Dielektrizitätskonstante
(starke Isoliereigenschaften), einen hohen Körperwiderstand und einen hohen
Oberflächenwiderstand
aufweist, der vorzugsweise nicht kleiner ist als 1012 Ohms-cm.
In der momentan bevorzugten Ausführungsform
sind die Stababschnitte aus Polytetrafluoräthylen (PTFE) gebildet, wobei
jedoch verständlich
ist, dass andere Materialien, wie bei spielsweise Polyphenylensulfid
oder beliebige sonstige Materialien, die bei Schmieröltemperaturen
von bis zu 150°C
stabil sind, verwendet werden können.
In der momentan bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind die Elektrodendrähte aus korrosionsbeständigem Stahl
der AISI-Art 303 gebildet, obwohl auch andere geeignete
Materialien verwendet werden können.
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Bezugnehmend
auf 8 ist das System 500 veranschaulicht,
das die vorliegende Erfindung verwendet, wobei die Sondeneinrichtung 10, 100, 200, 300 gemäß der vorliegenden
Erfindung in einem Fluid eingetaucht ist, das in einem Gefäß 501 enthalten
ist, in dem ein Thermistor 502 zur Temperaturerfassung
angeordnet ist. Die Sondeneinrichtung 10, 100, 200, 300 empfängt eine
Konstantspannungsanregung mit dem effektiven Mittelwert von 1,0
Volt über
eine Leitung 504 in der Folge zuerst bei 0,04 Hertz und
anschließend
bei 1 Hertz von einer Anregungsquelle 506. Die Sonde 10, 100, 200, 300 ist über ihre
andere Leitung 508 an dem Eingang eines Strom-Spannungs-Wandlers 510 angeschlossen,
der ein Ausgangssignal über
eine Leitung 512 zu dem Eingang eines Controllers oder
einer Steuerungseinrichtung 514 liefert, der bzw. die einen
Mikrocomputer enthält.
Der Mikrocomputer in dem Controller oder der Steuerungseinrichtung 514 ist
mit einem Temperatursensor, beispielsweise einem Thermistor 502 über Leitungen 516, 518 verbunden
und misst die Temperatur des Fluids in dem Gefäß 501 durch Erfassung
von Änderungen
des Widerstandes des Thermistors 502 in einer in der Technik
allgemein bekannten Weise. Obwohl in 8 in schematisierter
Weise veranschaulicht ist, dass der Thermistor 502 gesondert
montiert ist, versteht es sich, dass der Thermistor in der in 1 veranschaulichten
Weise an der Sonde 10, 100, 200, 300 montiert
sein kann. Der Con troller 514 weist einen Ausgang auf,
der über
eine Leitung 516 angeschlossen ist, um eine Zustandsanzeige 520 zu
aktivieren, und/oder ein Ausgangssignal über eine Leitung 522 liefert,
die mit einer Alarmeinrichtung 524 für den Fahrzeugführer verbunden
ist.
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Der
Controller oder die Steuerungseinrichtung 514 empfängt ein
Eingangssignal über
eine Leitung 526 von einer vom Benutzer ausgelösten Starteinheit 528,
beispielsweise einem Motorzündungs-Systemschalter; und
der Controller 514 gibt ein Signal über eine Leitung 530 zur
Aktivierung der Spannungsquelle 506 ab.
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Bezugnehmend
auf 9 ist ein Flussdiagramm für den Betrieb des Controllers 514 nach 8 veranschaulicht,
wobei die Sonde 10, 100, 200, 300 in
Schritt 400 mit einem Effektivwert von 1 Volt zunächst bei einer
verhältnismäßig niedrigen
Frequenz (L) von 0,04 Hertz und darauffolgend mit einer verhältnismäßig hohen
Frequenz (H) von 1–10
Hertz angeregt wird. Das System fährt mit Schritt 402 fort
und misst die Stromamplitude I0,04Hz und
I1Hz und misst die Fluidtemperatur TF.
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Anschließend fährt das
System fort, die Impedanz für
jeden der gemessenen Ströme
IH, IL in Schritt 404 zu
berechnen.
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Das
System geht anschließend
zu dem Schritt 406 über
und subtrahiert den Wert von ZH, der in
Schritt 404 berechnet worden ist, von dem Wert von ZL, wie er in Schritt 404 berechnet
worden ist, um die Differenzimpedanz ΔZ zu erhalten.
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Anschließend fährt das
System mit Schritt 408 fort und greift auf eine Nachschlagetabelle
zu, die abgespeicherte Werte von ΔZ
als Funktion der Temperatur TF bei unterschiedlichen
bekannten Fluidzuständen enthält, wobei
das System auf der Grundlage von ΔZ,
TF von Schritt 406 und TF von Schritt 402 den Fluidzustand
ermittelt. Das System geht dann zu Schritt 410 über und
bestimmt, ob der Fluidzustand, wie er in Schritt 408 ermittelt
worden ist, kleiner ist als eine vorbestimmte kritische Schwelle.
Falls die Bestimmung in Schritt 410 zu bejahen ist, kehrt
das System zu Schritt 400 zurück. Falls jedoch die Bestimmung
in Schritt 410 negativ ist, geht das System dazu über, eine
Fahrzeugführerwarnung
in Schritt 412 und/oder Anzeigen des Fluidzustands in Schritt 414 zu
aktivieren.
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Bezugnehmend
auf 10 sind Messwerte der Impedanz ΔZ (in Ohm)
für ein
synthetisches Personenkraftfahrzeug-Motoröl (PCMO, Passenger Car Motor
Oil) 5W30, die mit der erfindungsgemäßen spirallinienförmigen Sonde
nach 1–4 aufgenommen
worden sind, in Abhängigkeit
von der Frequenz des Anregungsstroms für ein neues und ein gealtetes Öl aufgezeichnet.
Aus 10 ist ersichtlich, dass die Spiralsonde eine
beträchtliche
und leicht erfassbare Impedanzänderung
zwischen den hohen und den niedrigen Frequenzen erzeugt und somit
eine nützliche
Vorrichtung zur Messung der Änderung
des Ölzustands
bildet.
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Bezugnehmend
auf 10 sind Werte der Impedanzänderung ΔZ in Prozent (%) in Abhängigkeit
von der Frequenz des Anregungsstroms für Messungen aufgezeichnet,
die mit der erfindungsgemäßen Spiralsonde
vorgenommen worden sind, die in ein kommerziell erhältliches
Automatikgetriebefluid eingetaucht worden ist, das mit einem Motorkühlmittel,
das ein Frostschutzmittel auf Basis von Glykol enthält, mit
einem Anteil von 1 Prozent (1%) verunreinigt war. Aus 11 ist
ersichtlich, dass an den hohen und niedrigen Frequenzen, die gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet werden, annähernd
eine 100%-ige Änderung
des Blindwiederstandes Zi zwischen den Messungen des verunreinigten
und des nicht verunreinigten Fluids aufgetreten ist, wodurch die
Verwendungsfähigkeit
der Spiralsonde bei der Erfassung einer Verunreinigung in einem
Getriebefluid demonstriert ist.
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Durch
die vorliegende Erfindung ist somit eine einzigartige und neue spirallinienförmig konfigurierte Sonde
zur Echtzeit-Messung des Zustands eines zu überwachenden Fluids durch eine
Elektroimpedanzmessung mit verhältnismäßig niedriger
Spannung, niedrigem Strom geschaffen, indem die Sonde bei einer
verhältnismäßig niedrigen
Spannung und einem verhältnismäßig niedrigen
Strom in der Folge zunächst
mit einer (niedrigen) Frequenz im Bereich eines Bruchteils eines
Hertz und anschließend
mit einer (hohen) Frequenz im Hertzbereich angeregt wird.
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Es
wird der Strom sowohl bei der hohen als auch der niedrigen Frequenz
gemessen, und die Impedanzen ZH, ZL werden berechnet. Aus ZH,
ZL wird anschließend die Impedanzdifferenz ΔZ berechnet.
Aus einer Nachschlagetabelle mit abgespeicherten Werten von ΔZ als Funktion
der Temperatur bei unterschiedlichen Fluidzuständen wird danach der Fluidzustand
für das
berechnete ΔZ
und die gemessene Temperatur aufgefunden. Falls sich herausstellt,
dass der bestimmte Fluidzustand unterhalb eines im Vorfeld festgelegten Schwellenwertes
oder kritischen Wertes liegt, kann das System einen Alarm für den Fahrzeugführer in
Gang setzen und/oder den ermittelten Fluidzustand anzeigen.
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Obwohl
die Erfindung hier vorstehend in Bezug auf die veranschaulichten
Ausführungsformen
beschrieben ist, versteht es sich, dass die Erfindung Modifikationen
und Veränderungen
erfahren kann und lediglich durch die folgenden Ansprüche beschränkt ist.
