JP3080987B2 - 流体の混合比を測定するセンサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 従来の技術 本発明は、請求項１の上位概念に記載の流体の混合比
を測定するセンサに関する。

ヨーロッパ特許出願第0335168号公開公報には、内燃
機関の最適な動作のために燃料混合物のアルコール含有
量を測定するセンサが記載されている。このセンサの測
定セルは、燃料混合物がこの測定セルを通って貫流でき
るように、流入口と流出口を有している。測定セルとセ
ンタシリンダの外壁は、少なくとも部分的に導電材料か
ら成り、評価回路の構成部分であるシリンダコンデンサ
を形成している。このシリンダコンデンサの容量は、誘
電体を成す燃料混合物の組成に影響される。この組成に
よって容量のほかに燃料の導電率も変化し、これもコン
デンサの電極を介して捕捉検出される。従来この装置
は、その時点では通常行われていた製造法によりマクロ
的な寸法諸元で実現されていた。

発明の利点 これに対して、請求項１の特徴部分に記載の構成を備
えた本発明によるセンサの有する利点とは、このセンサ
を著しく小さいサイズで実現できることであり、したが
ってこのセンサを投入しても、さして広いスペースを必
要とすることはない。しかも有利には、測定セルのセラ
ミックケーシングは、媒体例えば燃料混合物に対して極
めて良好な親和性を有している。さらに利点とするとこ
ろは、十分に使いこなされた周知の方法や厚膜技術の材
料を用いてこのセンサを構成できることである。この場
合、ケーシングの製造や測定コンデンサの電極のような
回路素子の取り付けを、１つの方法ステップで行うこと
ができる。

請求項２以下に記載の構成により、請求項１に記載の
センサの有利な実施形態が可能である。測定セルが密閉
された別の中空室を有すると有利である。この別の中空
室の内壁には電極が取り付けられており、それらの電極
はこの別の中空室を満たしている基準媒体とともに、や
はり評価回路の構成部分である基準コンデンサを形成す
る。基準コンデンサを測定プロセスに取り入れることに
より、センサの長期間のドリフトならびに温度特性を低
減できる。それというのは同じ動作条件であれば、基準
コンデンサの特性曲線は、誘電体が被測定流体である第
１のコンデンサの特性曲線と同じように変化するからで
ある。

上記の基準媒体は別の中空室内に収容するものである
が熱膨張を免れないので、この別の中空室をスロートを
介して調整容積体と連結するのが有利である。やはり基
準媒体で満たされている調整容積体の有利な実施形態に
よれば、調整容積体を区画する壁は弾性のセラミックダ
イアフラムとして形成されている。センサの温度特性を
補償する別の有利な方式によれば、流体または基準媒体
の温度を直接測定する。このことは有利には、温度に依
存する抵抗により行うことができる。この抵抗は厚膜技
術により中空室または調整容積体の内壁に取り付けられ
ており、したがって流体または基準媒体と直接接触して
いる。測定セルを厚膜技術で構成することにより、評価
回路の一部または全体を厚膜ハイブリッド技術で測定セ
ル自体に取り付けることができ、このことにより障害に
対する信号評価の確実性が高まる。さらに測定セルをこ
のように構成するならば、すでに測定セルの流入口およ
び流出口の形成された低コストのセラミック成形部材を
用いることができる。測定セルの中空室は、所定の領域
で結合層を省くことにより形成される。この関連で結合
層として例えばガラス層が適している。このガラス層は
厚膜ペーストの形式で、簡単に構造化してセラミック支
持体に取り付けることができ、このガラス層により、ガ
ラス化の際に別のセラミック支持体との接合を形成でき
る。この方式はよく知られており十分に完成されたもの
である。

図面 図面には本発明の２つの実施例が示されており、以下
の記載で詳細に説明する。

第1a図はセンサの平面図であり、第1b図は第1a図に示
されたセンサの横断面図であり、さらに第２図は別のセ
ンサの横断面図である。

実施例の説明 第1a図および第1b図には、参照番号100で測定セルが
示されており、これはセラミック成形部材として構成さ
れたセラミック支持体１および２により形成されてい
る。セラミック成形部材１は上部のカバーを形成してお
り、そこにはすでに流入口11および流出口12の上面も形
成されている。セラミック成形部材２は測定セルの下面
として用いられる対向部材を形成している。これら両方
のセラミック成形部材１および２は、第１図による平面
図では示されていない結合層を介して互いに結合されて
いる。測定セル100の内部には互いに分離された２つの
中空室10および20が設けられており、これらは結合層を
部分的に省くことにより形成されている。混合比を求め
るべき流体は、流入口11と流出口12を介し測定セル100
を通して導くことができ、その際、一方の中空室10だけ
を通して流される。矢印により流れの方向が示されてい
る。セラミック支持体１、２により形成された中空室10
の対向する２つの内壁に、それぞれ１つの電極15および
16が取り付けられている。第1b図に示されているよう
に、これら両方の電極15および16は、貫流する流体を誘
電体とするプレート状コンデンサを形成している。この
コンデンサの容量は流体の混合比に応じて変化する。

この測定コンデンサは、第1b図において参照番号40で
示されている評価回路の一部であり、この評価回路は部
分的に直接、厚膜ハイブリッド技術で測定セルに取り付
けられている。別の中空室20の対向する２つの内壁に
は、第１の中空室10のように２つの電極が取り付けられ
ており、第1a図にはこれらの電極のうち一方の電極25だ
けが示されている。それというのは第２の中空室20は第
１の中空室10と並置されているからであり、したがって
第１の中空室10と第２の中空室20の境界を成す壁は同じ
セラミック支持体１および２により形成される。第２の
中空室20内には基準媒体が収容されており、この基準媒
体は、第２の中空室20内の電極により形成された基準コ
ンデンサの誘電体として用いられる。このコンデンサも
評価回路40の構成部分である。上記の基準コンデンサに
より一方ではセンサの温度特性が補償され、他方では特
性曲線の長期間のドリフトが捕捉検出される。なぜなら
ば測定コンデンサと基準コンデンサの動作条件は広範囲
にわたり一致しており、それ故それらの特性曲線が時間
とともに同じように変化することを予期できるからであ
る。第1a図において参照番号31でスロートが示されてお
り、このスロート31は、中空室20の領域におけるセラミ
ック支持体２の孔として構成されている。このスロート
により、中空室20と、やはり基準媒体で満たされている
調整容積体30との間が連絡されている。調整容積体30
は、セラミック支持体２と、中間層７を介してセラミッ
ク支持体２に取り付けられた弾性のセラミックダイアフ
ラム５との間の中空室である。このダイアフラム５によ
り、例えば第２の中空室20と調整容積体30をいっぱいに
満たしている基準媒体の容積を、温度にしたがって変化
させることができる。

抵抗やコンデンサの電極ような回路素子は、スクリー
ン印刷技術により極めて容易に測定セル100のセラミッ
ク基板上に印刷することができる。この目的で鋼鉄製ま
たはポリエステルのスクリーンは、その網目が印刷すべ
き個所に対しては開放されておりそれらの個所の間は閉
じられているように作成される。インキドクタブレード
により、相応のペーストがスクリーンを通してセラミッ
ク基板上に塗布される。この場合、種々異なるペースト
を用いるような複数個の印刷ステップが必要になること
もある。印刷後、ペーストはいくらか高められた温度で
乾かされてから焼き付けられる。この方式でセラミック
支持体を接合することもできる。結合層として有利には
構造化されたガラス層が用いられる。中空室10および20
の内部に電極のほかに、あるいは調整容積体30内にも、
温度に依存する抵抗を印刷して流体および／または基準
媒体の温度を検出するのも有利である。

第２図には、２つの中空室10および20が上下に配置さ
れた測定セル100が示されている。この実施例の測定セ
ル100は、３つのセラミック支持体１、２、３およびセ
ラミックダイアフラム５を重ね合わせてガラス化するこ
とにより形成されている。セラミック支持体１は、流入
口11および流出口12の形成されたセラミック成形部材で
ある。中空室10は、セラミック支持体１と２の間の中間
室として構成されている。中空室10の領域において、セ
ラミック支持体１および２に電極15および16が取り付け
られている。さらに中空室10は、セラミック支持体１に
形成された流入口11および流出口12と連絡されており、
したがって混合比を測定すべき流体は、中空室10内に設
けられたコンデンサの誘電体を形成する。基準媒体は、
セラミック支持体２および３の間の第２の中空室20内に
収容されており、この第２の中空室内でも２つの電極25
および26が基準コンデンサを形成している。中空室20
は、孔31を介して調整容積体30と連絡されており、この
調整容積体は弾性のセラミックダイアフラム５により区
画されている。中空室20と調整容積体30は、中空室10と
同じように結合層７を用いて形成されている。側壁はそ
れぞれ、構造化されたガラス結合層７により形成され
る。セラミックダイアフラム５には孔９が設けられてお
り、この孔を介して中空室20と調整容積体30内に基準媒
体が満たされている。孔９の封止部８として有利にはろ
う滴を用いることができ、これを金属化された孔９に塗
布する。第２図には評価回路は示されていない。第２図
に示されたセンサの動作は、第１図に示されたセンサの
動作に相応する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ツィーゲンバイン， ボト ドイツ連邦共和国 Ｄ−7410 ロイトリ ンゲン リヒャルト−シュトラウス−ヴ ェーク 21 (72)発明者 マイヘーファー， ベルント ドイツ連邦共和国 Ｄ−7410 ロイトリ ンゲン エルムスタールシュトラーセ 24 (56)参考文献 特開 昭61−260153（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−2056（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−121846（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭44−2479（ＪＰ，Ｙ１) 特表 平６−504118（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 27/22 G01R 27/26

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流入口および流出口を備えた中空室を有す
   る測定セルが設けられており、前記中空室を通って流体
   が導かれ、 前記中空室の壁部の領域は導電性であり、少なくとも１
   つの別の導電性の平面とともに、評価回路の構成部分で
   あるコンデンサを形成する形式の、 流体の混合比を測定するセンサにおいて、 前記測定セル（100）は少なくとも２つのセラミック支
   持体（1,2）により形成されており、 前記の少なくとも２つのセラミック支持体（1,2）は、
   少なくとも１つの結合層（７）を介して１つの層構成体
   として結合されており、 前記中空室（10）は、２つのセラミック支持体（1,2）
   の間の少なくとも１つの結合層（７）を部分的に欠如さ
   せることにより形成されており、 前記中空室（10）の領域にそれぞれ少なくとも１つの電
   極（15,16）が、前記中空室（10）を区画するセラミッ
   ク支持体（１、２）に厚膜技術で被着されていることを
   特徴とする、流体の混合比を測定するセンサ。
2. 【請求項２】前記測定セル（100）は少なくとも１つの
   別の中空室（20）を有しており、該中空室は、２つのセ
   ラミック支持体（1,2,3）の間の少なくとも１つの結合
   層（７）を部分的に欠如させることにより形成されてお
   り、 前記の別の中空室（20）の領域にそれぞれ少なくとも１
   つの電極（25,26）が、該別の中空室（20）を区画する
   セラミック支持体（1,2,3）に厚膜技術で取り付けられ
   ており、 該別の中空室（20）は基準媒体で満たされており、 前記電極（25,26）および基準媒体により形成されたコ
   ンデンサは評価回路（40）の構成部分である、請求項１
   記載のセンサ。
3. 【請求項３】前記の別の中空室（20）はスロート（31）
   を介して、調整容積体としての第３の中空室（30）と連
   絡されている、請求項２記載のセンサ。
4. 【請求項４】前記第３の中空室（30）は、少なくとも部
   分的に弾性のセラミックダイアフラム（５）により区画
   される、請求項３記載のセンサ。
5. 【請求項５】少なくとも１つの中空室（10,20,30）内
   に、流体および／または基準媒体の温度を検出するため
   に、温度に依存する少なくとも１つの抵抗が設けられて
   おり、該抵抗は厚膜技術で取り付けられている、請求項
   １〜４のいずれか１項記載のセンサ。
6. 【請求項６】評価回路（40）の一部は、厚膜ハイブリッ
   ド技術で測定セル（100）に取り付けられている、請求
   項１〜５のいずれか１項記載のセンサ。
7. 【請求項７】前記の少なくとも１つの結合層（７）は厚
   膜技術で構造化されたガラス層である、請求項１〜６の
   いずれか１項記載のセンサ。
8. 【請求項８】前記セラミック支持体（1,2,3）は、流入
   口（11）と流出口（12）の形成された成形セラミック部
   材である、請求項１〜７のいずれか１項記載のセンサ。
9. 【請求項９】前記基準媒体は、測定セル（100）の孔
   （９）を介して別の中空室（20）ないし第３の中空室
   （30）内に収容されており、前記の孔（９）は封止され
   ており基準媒体は別の中空室（20）および第３の中空室
   （30）内に封入されている、請求項２〜８のいずれか１
   項記載のセンサ。