JP5021725B2 - 導電率測定用のセンサ装置及びその動作方法 - Google Patents

Description

本発明は、水が流れる電気機器、すなわち汚れた水と共に動作し、特に洗濯機又は食洗機などの家庭用電気機器用の水ダクトを有するような電気機器の導電率測定用のセンサ装置及びこのようなセンサ装置を動作させる方法に関する。

導電率測定用のセンサ装置を洗濯機又は食洗機用の加熱装置に取り付けることは、ドイツ特許第１０２００５００７９３５号Ａ１などにより公知である。２つのセンサ領域が伝導率測定のために水中へ延び、電気端子により単純な態様で外部と接触する。

回転式乾燥機にこのようなセンサ装置を設けることがドイツ特許第１９８，０８，８３９号Ａ１に開示されている。起動用のコンダクタンス電子装置と、評価用の信号を送信するための光カプラと共に、伝導率を測定するための２つの電極がセンサモジュールに設けられる。このコンダクタンス電子装置は変圧器を介して主電源に接続される。このようにして、変圧器と光カプラとを介してセンサモジュールを残りの機器から隔離することが可能となる。
ドイツ特許第１０２００５００７９３５号Ａ１ ドイツ特許第１９８，０８，８３９号Ａ１

本発明の課題は、センサ装置と、このようなセンサ装置を動作させる方法とを提供し、特に、従来技術の問題点を取り除き、高い信頼性で動作する、単純で実用的に使用可能なセンサ装置の提供を可能にすることにある。

この課題は、請求項１の特徴を有するセンサ装置、及び請求項１２の特徴を有する方法により解決される。本発明の好適な及び好ましい展開についてはその他の請求項において示し、本明細書において以下詳述する。本発明の特徴のなかには、本明細書において以下一度しか説明しないものもあるが、これらの特徴は異なる発明構成に独立して適用される。本明細書の内容の一部を請求項の表現が構成する。

発明の実施の形態

水を含んだ電気機器、又は汚れた水と共に動作するこのような機器、及び洗濯機又は食洗機のような家庭用電気機器などの機器にはセンサ装置が装備される。センサ装置のセンサキャリアには、センサとして２つの電極が設けられ、この電極により伝導率測定が行われる。このような伝導率測定から水の汚れ具合などを判断することができる。本発明によれば、２つの電極すなわちセンサが変圧器に直接接続され、別の部品、結合ネットワークなどを必要としない。この状況は、具体的には、変圧器の一方の端子が一方の電極に接続され、同じ面にある他方の変圧器端子が他方の電極に接続されているようなものであると考えることができる。これにより、必然的に水と接触する必要のある電極が、残りの電気機器、特に起動手段及び評価手段から隔離されるようになる。このように、構造上の無駄を制限した状態で隔離が行われ、特に、電流が通じている必要のあるセンサ装置又は機器の部品のみを隔離する必要がある。直接電極で、又はその直近で隔離を行った結果、伝えられるエネルギが低減されるようになる。この結果、サイズに関して、変圧器に対する要求を減らすことが可能となり、ひいてはセンサ装置全体のサイズ及びコストまでも削減できることになる。

変圧器は電極の直近に位置することが望ましい。このことは、２つの電極間の間隔とほぼ同等の間隔、特に数センチ、例えば１ｃｍから５ｃｍ、或いはせいぜい１０ｃｍまでの間隔しか空けないことを意味する。このように空間を小さくした結果、センサ装置全体のサイズを小さくすることができると共に、不必要に長い伝送路などによりもたらされる干渉の影響の可能性も低減させることができるようになる。

本発明の有利な展開では、電極と変圧器とが共通モジュールを形成するか、或いはこのモジュールの部品となる。この電極と変圧器とを共通のキャリア上に配置することができ、このキャリアは特にプリント基板などであってもよい。これらの間の、特に一方の変圧器と他方の電極との間の電気接続は、キャリア上の導電路として実現されることが望ましい。キャリアはプラスチック又はセラミック材料で作られたものであってもよい。部品のキャリアへの固定は、接着又ははんだ付けによって行うことができる。このようなモジュールは、センサハウジングに容易に挿入することができる。このセンサハウジングは、上述のモジュール又はセンサ装置の部品を収納するために細長く、導管状、又は管状であってもよい。取り付けた状態、又はいつでも動作できる状態にある場合、電極は少なくとも部分的に開放されているか、或いは接触可能でなければならない。この目的のために、少なくとも変圧器がセンサハウジング内部に配置される。電極もまた、センサハウジングの開口部の裏側などのセンサハウジング内部に置かれることが望ましい。これらの開口部は、電極によって、また場合によっては特別のシーリング材を使用して閉じられるか、或いはシールされることが望ましい。電極をセンサハウジングに完全に固定することも可能であるが、この場合、変圧器との電気接続を実現することはさらに困難となる。

電極と変圧器とをセンサハウジング内に配置した場合、電気接続の可能性が設けられ、自由端又は後端においてセンサハウジングから突出することが望ましい。この接続可能性としては、プラグイン接続、又ははんだ付けするためのむき出しの接点バンクなどが考えられる。

本発明の有利な展開では、バス接続を特に集積回路の形で設けることができる。特に有利な状態では、この集積回路が、センサ装置の一部を形成するか、或いは変圧器と前述の接続可能性との間などのセンサハウジング内部に配置される。上記接続可能性は、センサを起動させ、及び／又は評価するためのインタフェースとしての役割を果たす。上記バス接続により、通信、すなわち電極の駆動及び評価が容易になる。さらに、本明細書で以下説明するように、別のセンサ接続を接続できるようになる。従って、前述の電気接続の可能性と同じ様に、電気機器の水を含む領域の外部に上記バス接続を配置すべきである。

さらに、センサ装置は、特にセンサハウジング内又は前述の共通のキャリア上に評価装置、特にマイクロプロセッサを有することができ、このマイクロプロセッサは、任意で数本の配線部品を有することができる。前述のバス接続のように、上記マイクロプロセッサは、変圧器の電極側とは異なる側に配置される。このマイクロプロセッサは、いわゆるセンサ装置の内蔵知能を構成する。この結果、理論的に使用可能な情報を得るために、電極の測定データを処理し、予備評価できるようになる。例えば、電気機器の制御ユニットで使用するために、バス接続を介してこのマイクロプロセッサを任意で外部につないでもよい。電極の近くで、又はセンサ装置内で情報を処理することにより、干渉の影響を受ける可能性のあるさらなる伝送路が不必要となり、容易に検出可能な、クリアな信号を生成できるという利点が得られるようになる。従って、ある特定の導電率又は抵抗値の表示のみならず、或る限界値を大幅に上回る、或いは下回る値を評価に盛り込むことができるようになる。

前述の電極及び変圧器からなるモジュールを、特に、前述のマイクロプロセッサ及び／又はバス接続のような別の装置と電気的に絶縁することが可能となり、この場合、電極のみが、及び任意で電気接続の可能性が開放されたままとなる。絶縁塗料又はワックスなどの絶縁層で被覆加工することにより、このような電気的絶縁を構成することができる。部品又はモジュールをセンサハウジングに挿入した後、これらを前述の絶縁材料のうちの１つでシールすることも可能である。

本明細書で上記暗示したように、センサ装置又はセンサハウジングに別のセンサを設けることができ、このセンサを露出させるか、或いは外部から接触可能にすることもできる。このセンサは、水温を測定するための温度センサなどであってもよい。本明細書で以下説明するように、さらなるセンサを設けることも可能である。１つの展開では、センサ又はさらなるセンサを、高周波数において高インピーダンスの、すなわち、いわゆる不在センサとなるように構成することができる。低周波数の場合、このセンサは、特に変圧器との接続時に評価可能な減衰を引き起こす。特に、伝導率測定用の他のセンサすなわち２つの電極が低周波数において高インピーダンスであり、高周波数において変圧器上で評価可能な減衰を引き起こす場合、センサ装置に上記複数の異なる種類のセンサを設け、変圧器すなわち該変圧器の片側に設けられた２つの端子にわたって同時に接続することができる。周波数帯域に応じて、１つのセンサ又は１つのセンサの種類が起動され、又は評価される。これは、周波数に依存する前述の２つの電極とは明らかに逆であると考えられる。

別の展開では、１又はそれ以上のセンサがその都度際だった共振周波数を有することが可能となり、この周波数において、これらのセンサは、残りの周波数帯域の場合よりも大幅に低いインピーダンスを有するようになる。従って、仮想上いずれの場合にも、異なる共振周波数を有するランダムな数のセンサを、同じ変圧器を介してすなわちそのセンサの共振周波数で起動することにより評価できることになる。

本発明のさらに別の展開では、センサのうちの少なくとも１つは周波数に依存しない。この場合、異なる周波数における測定が可能になる結果として、特性のわからない、周波数に依存しないセンサの影響を測定できるようになる。このようにしてセンサの影響を取り除くことが可能となることにより、周波数に依存するセンサの特性を再度評価できるようになる。

このようにして、前述の方法を使用して、進歩性のあるセンサ装置を異なる方法で動作させることが可能であり、特に前述の電極に関する場合、これらの電極はさらなるセンサを有し、これらのセンサを前述の例のうちの１つに従って構成することができる。

これらの特徴及びさらなる特徴を特許請求の範囲、説明、及び図面から得ることができ、本発明の実施形態において及び別の分野において、個々の特徴を単独で又は副次的な組み合わせの形の両方で実現することができ、またこれらの特徴は、好適な、個別に保護される構成を表すことができ、この保護は本願において特許請求の範囲に記載される。本出願を個々のセクション及び副題に細分することにより、この細分に従って行われる記述の一般的妥当性を限定するつもりは一切無い。

添付の図面に関連して、本発明の実施例（実施形態）について本明細書で以下説明する。

図１は、センサ装置１１、すなわちその２つの部分を示す図である。細長い、プラスチック又はセラミックなどのキャリア１２は、その右側領域に電極１４ａ及び１４ｂを有し、これらの電極は、前述のドイツ特許第１０２００５００７９３５号Ａ１により公知のように数センチの間隔を有すると共に導電面として構成される。これらの電極は、キャリア１２上の導電路１５ａ及び１５ｂを介して変圧器１７と電気接続される。変圧器１７は、電極１４と同様にキャリア１２に固定される。この変圧器１７は、特に専門家には信号技術により周知のように小型の変圧器として構成される。

変圧器１７は、別の導電路１８によりマイクロプロセッサ２０に接続され、このマイクロプロセッサもまた、キャリア１２に固定される。次にマイクロプロセッサ２０が、導電路１８により、左側のキャリア終端１３において接点バンク２１と接続されるか、或いは接触可能となる。所定の構成に応じて、図示の３つの接点バンク２１又は導電路１８よりも多くの接点バンク又は導電路を有することが可能となる。キャリア１２をさらに複雑な構成にした場合、キャリアの下側面に別の接点バンクを有することもできる。接点バンク２１は、特にこれらの接点バンク間のスロット２２により、端子としてコネクタに直接差込むように構成される。

使用目的、及び特にキャリア１２の材質又は生産量に応じて、部品の構成及びキャリア１２上の導電路を、場合によって異なるものにすることができる。専門家であれば、最も有利な構成を選択することができるであろう。

図１の右側にセンサハウジング２４を確認できる。このセンサハウジング２４は、細長い管状のものであり、左側終端は、キャリア１２を挿入するために開口部２５で開かれているのに対し、右側終端は閉じられている。センサハウジング２４の右側平坦部２６に２つの開口部２８ａ及び２８ｂが形成される。センサハウジング２４の構成に関しては、ドイツ特許第１０２００５００７９３５号Ａ１を再度参照されたい。

図２は、キャリア１２がどのようにセンサハウジング２４に係合されるかを示す図である。斜線部分によって明らかにされるように、電極１４ａ及び１４ｂは開口部２８ａ及び２８ｂの下に位置する。特に、電極１４が開口部２８を内側から封止するか、或いは弾性シーリング材、シーリング用リング又は導電性シーリング用接着剤などのシーリング材が使用される。センサハウジング２４すなわちセンサ装置１１の右側領域、特に全体的な平坦部分２６は、水ダクトの中へ突出する必要がある。

これについては図３に示しており、この場合、センサ装置１１のほとんどの領域が水ダクトの壁３０を貫通し、すなわち後者の場合水中に入るようになる。ボルト締め、圧力嵌め、又は溶接などの異なる方法で締付けを行うことができる。最初にセンサハウジング２４を壁３０に固定し、その後キャリア１２を取り付けることも可能である。

図３は、センサハウジング２４の開口部２５を有する左側終端が、接点バンク２１を有する左側のキャリア終端１３が突出した状態で、どのように水ダクト３０の反対側から突出するかを示す図である。これにより接続が容易になると同時に、湿気が水ダクトから上記領域へ通過できないことが確実になる。

図３の変形例として、センサ装置１１の平坦部２６に配置された温度センサ２３を破線形で示している。温度センサ２３は、抵抗、すなわち周波数に依存する代わりに温度に依存するキャパシタンスに基づく従来型の温度センサであってもよい。この温度センサ２３は、電極１４のようにキャリア１２に固定され、該電極１４のように、接続路１５ａ及び１５ｂを介して変圧器１７の片側の２つの端子に接続される。この温度センサ２３は、前述の周波数に依存する抵抗特性を有することもでき、これにより、電極１４を介した伝導率測定のように同じ変圧器１７を介した個別の評価が可能となる。温度センサ２３は、センサハウジング２４と最大熱電導による接触状態にあるか、或いは開口部側に配置され、水と直接接触する状態にあるかのいずれかの状態にあることができる。とはいうものの、この温度センサ２３は、センサハウジング２４内に配置され、結果として密閉されることが望ましい。

導電率測定用の電極１４及び温度測定用の温度センサ２３双方の起動及び評価は、本明細書で上述した態様で行われるため、これらに対してさらなる言及を行う必要はない。

温度センサを、マイクロプロセッサ２０に直接接続することもできる。しかしながら、この場合隔離された状態とはならず、温度センサ２３がセンサハウジング２４内に位置する場合にのみ、この接続を行うことが望ましい。

部品用のキャリアと該キャリアのために設けられたセンサハウジングとに分解したセンサ装置である。 図１から互いに差込んだ状態の２つの部分である。 電気機器の水ダクトの壁に設置したさらなる温度センサを有する図２のセンサ装置の平面図である。

符号の説明

１１ 電気機器の伝導率測定用のセンサ装置
１２ センサキャリア
１３ 終端
１４ａ、１４ｂ 電極
１５ａ、１５ｂ 電気接続
１７ 変圧器
１８ 導電路
２２ スロット
２４ センサハウジング
２６ 平坦な領域
２８ａ、２８ｂ 開口部
３０ 水ダクト

Claims (12)

1. 水が流れる電気機器、あるいは汚れた水と共に動作し、水ダクト（３０）を有する電気機器のための伝導率測定用のセンサ装置（１１）であって、
   ２つの電極（１４ａ、１４ｂ）がセンサキャリア（１２）に伝導率測定用のセンサとして設けられ、
   それらの２つの電極（１４ａ、１４ｂ）が別の部品又は結合回路なしで変圧器（１７）と直接接続されており、
   前記変圧器（１７）は、前記電極（１４ａ、１４ｂ）の直近に配置されており、
   前記電極（１４ａ、１４ｂ）及び前記変圧器（１７）は、共通モジュールを形成すると共に、共通のキャリア（１２）に置かれ、
   前記センサ装置は、細長い又は導管状のセンサハウジング（２４）を有し、組立てた状態において、前記電極（１４ａ／１４ｂ）は、少なくとも部分的に露出されるか、或いは接触可能となっており、
   前記電極（１４ａ、１４ｂ）及び前記変圧器（１７）は、前記センサハウジング（２４）の内部に配置され、前記センサハウジング（２４）の後部から突出する終端（１３）への電気接続のために、接点バンク（２１）が、前記電極（１４ａ、１４ｂ）及び前記変圧器（１７）のために設けられており、
   前記センサハウジング（２４）は、平坦な領域（２６）とそこに形成された複数の開口部（２８ａ、２８ｂ）を有する細長状又は管状のものであり、そこには前記電極（１４ａ、１４ｂ）が配置されることを特徴とするセンサ装置。
2. 前記変圧器（１７）は、前記電極（１４ａ、１４ｂ）の直近に配置されていて、前記２つの電極間の間隔と同じ規模の間隔を有することを特徴とする、請求項１に記載のセンサ装置。
3. 前記間隔が、数センチの間隔であることを特徴とする、請求項２に記載のセンサ装置。
4. 前記電極（１４ａ、１４ｂ）及び前記変圧器（１７）は、共通のプリント基板上に置かれ、前記キャリア（１２）で導電路として電気接続（１５ａ、１５ｂ）が実現されることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
5. 前記電極が前記開口部を閉じるかシールすることを特徴とする、請求項１に記載のセンサ装置。
6. 前記変圧器（１７）と前記接点バンク（２１）との間に、前記センサ（１４ａ、１４ｂ）の起動及び／又は評価をするためのインタフェースとしてバス接続（２０）を有することを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
7. 前記接点バンク（２１）が、前記電気機器の前記水が流れる領域（３０）の外部に配置されることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
8. 前記電極（１４ａ、１４ｂ）及び前記変圧器（１７）のための共通のキャリア（１２）に、又は前記センサハウジング（２４）内に、マイクロプロセッサ（２０）及び任意でその配線が設けられ、前記接点バンク（２１）は、前記センサハウジング（２４）の外部に、又は前記センサ装置（１１）の前記水が流れる領域（３０）の外部に配置されることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
9. 前記センサハウジング（２４）上に、又は前記センサハウジング（２４）の内部に、別のセンサ（２３）を有することを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
10. 前記別のセンサは、露出されるか、或いは外部から接触可能となることを特徴とする請求項９に記載のセンサ装置。
11. 前記電気機器が、洗濯機又は食洗機などの家庭用電気機器であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のセンサ装置。
12. 前記電極（１４ａ／１４ｂ）又は前記変圧器（１７）は、前記電極において前記水の導電率を通じて減衰を測定するために高周波数パルスで起動することを特徴とする、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のセンサ装置（１１）を動作させる方法。

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