JPH06502016A - 流体の混合比を測定するセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 流体の混合比を測定するセンサ 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１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、燃料混合物が二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。ｊ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業も変化し、これもコン デンサの電極を介して捕捉検土される。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 たがって二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 、しかも有利番二は、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。

上記の暴虐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、 二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ｆ１１１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、すてに測定セルの流入 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ＩＩ断面図である。

実施例の説明 第１ａ図および第ｉｂ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ｌおよび２により形成 されている。セラミック成形部材ｌ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ｌ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１ 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。混合比をめるべき流体は、流入口１１と流出口１２を 介し１定セル１００を通して導（ことができ、その際、一方の中空室ＩＯ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ｌ、 ２により形成された中空室］Ｏの対向する２つの内壁に、それぞれ１つの電極１ ５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ｔ極１５および１６は、貫流する流体？誘電体こ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。

このあ定コンデンサは、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、二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ｔ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ＩＯ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。二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」定：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。ｇ４整容積体３０は、セラミ ック支持体２と、中間１７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をいっば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。二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ｌＯ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ｌＯ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ｌ、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ｌ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ｌ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３ １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５．二は孔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。

国ａｙＡ−ｔｒ報告 フロントページの続き （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

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、流体例えば燃 料混合物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．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．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．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．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手段が、例えば厚膜技術で取り付けられた温度に依存す る少なくとも１つの抵抗が設けられている、請求項１〜４のいずれか１項記載の センサ。 ６．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．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．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．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。