WO2005103660A1 - Method and device for determining the boiling point of a liquid medium - Google Patents

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WO2005103660A1
WO2005103660A1 PCT/EP2005/050682 EP2005050682W WO2005103660A1 WO 2005103660 A1 WO2005103660 A1 WO 2005103660A1 EP 2005050682 W EP2005050682 W EP 2005050682W WO 2005103660 A1 WO2005103660 A1 WO 2005103660A1
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WO
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temperature
liquid medium
sensor element
boiling point
surface area
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/050682
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Inventor
Dirk Welting
Imke Heeren
Uwe Glanz
Georg Hejtmann
Ulrich Eisele
Petra Kuschel
Peter Hiller
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/02—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating changes of state or changes of phase; by investigating sintering
    • G01N25/08—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating changes of state or changes of phase; by investigating sintering of boiling point
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/26—Oils; viscous liquids; paints; inks
    • G01N33/28—Oils, i.e. hydrocarbon liquids

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for determining the boiling point of a liquid medium according to the preamble of the independent claims and to the use thereof.
  • Hydraulic fluids in particular brake fluids for Kraßf vehicle brake systems, are used as a hydraulic medium for power transmission in brake systems.
  • Hydraulic fluids have to meet very high requirements for the brakes to function safely and are subject to particular stresses in critical driving situations, such as long-lasting braking on a feeling track.
  • the load can be very high, especially on the wheel brake cylinders, where the highest temperatures are in a braking system.
  • a measure of the thermal load capacity of the brake fluid is the so-called
  • Diffusion through the brake hoses absorbs water from the environment, as this results in a sharp drop in the boiling point of the brake fluid.
  • This effect requires changing the brake fluid in a motor vehicle after about one to two years, since the boiling point of a brake fluid drops quickly when water is absorbed.
  • it can also lead to an unexpected, premature water absorption of the brake fluid, which can lead to failure of the hydraulic or brake system in question. For this reason, it is desirable to be able to monitor the boiling point of a hydraulic fluid or brake fluid of a system continuously, ie online.
  • a device for determining the nature of a pressure transmission fluid is known from German published patent application DE 4002792 AI. This device comprises two electrodes which are connected to one another via a sensor element designed as a linear conductor.
  • a boiling temperature is determined in such a way that the sensor element arranged in the brake fluid is heated up and a stable cellular convection is thereby established in the area of the sensor element.
  • a cellular convection occurs when the sensor element or heating element used as a convection body generates a quantity of heat in the immediately adjacent liquid space that is no longer produced by a laminar one
  • Convection can be passed on quickly enough to the surrounding total volume of fluid. Boundary layers are formed, which surround the heating element at a short distance, like an enveloping current. Within such a cell, heat build-up occurs up to the heating element. Laminar convection allows the cell to emit just as much heat into the liquid space as can be absorbed and distributed in this space per unit of time.
  • the heating element and its convection cell environment thus behave like a common heating structure which is in the state of thermal performance adjustment in relation to laminar convection conditions with the residual liquid.
  • the boundary layer remains stable as long as the
  • Backflow temperature on the inside of the boundary layer is a certain amount higher than on the outside in the residual liquid.
  • Boundary layer between the heater surface and the cell fluid was evaluated.
  • the addition of water now has a specific effect Change in density and viscosity and thus the backflow temperature. This change is evaluated to determine the boiling temperature.
  • a direct measurement of the boiling point of the brake fluid is also not possible with this device.
  • Known sensor that is used to determine the state of a fluid, for example a brake fluid of a motor vehicle brake system, via conductivity or capacitance measurements using interdigital electrodes.
  • Brake fluid is heated and evaporated by a heating device.
  • the transition from the liquid phase to the gas phase is caused by a sudden change in the capacity of the
  • Brake fluid is recognized and the current temperature of the heating device is determined as the current boiling point of the brake fluid.
  • the change in capacitance is determined via the interdigital electrodes.
  • the object of the present invention is to provide a method and a sensor arrangement
  • the inventive method for determining the boiling point of a liquid medium according to the characterizing features of claim 1 has the advantage that it allows a reliable determination of the boiling point of a liquid medium in a simple manner. In particular, this enables the state of
  • the method is based on the fact that the liquid medium on a surface area of a sensor element is locally heated up to its boiling point and the temperature of the surface area that is established is recorded. As soon as there is a largely constant temperature in this as the heating progresses If the surface area is set, this is recorded as the boiling point of the liquid medium.
  • This method is reliable, although it is based on a very simple measuring technique.
  • the measured boiling temperature is compared with a stored temperature range and if the temperature which arises deviates from the stored temperature range, a message, in particular a message
  • Hazard report is issued. This enables, for example, the timely change of the affected liquid medium or the timely shutdown of a system, such as a brake system, the function of which is essentially based on the use of the liquid medium.
  • the boiling temperature is determined at regular intervals. This can be a check according to defined time intervals as well as a check, for example, according to certain mileage of a motor vehicle.
  • the sensor element is made of one
  • Layered composite made of a ceramic material such as zirconium dioxide, since it is particularly insensitive to mechanical shocks, thermal loads and corrosion.
  • the design of the sensor element in the form of a layer composite further enables a modular expansion by possible further functionalities of the sensor element in addition to the temperature measurement.
  • FIG. 1 schematically shows a top view of a sensor element on which the method according to the invention is based
  • FIG. 2 schematically shows the structure of the sensor element in an exploded view
  • FIG. 3 schematically shows a sensor arrangement containing the sensor element.
  • FIG. 1 schematically shows the structure of a sensor element on which the method according to the invention is based for determining the boiling point of a liquid medium.
  • the sensor element 10 comprises a ceramic substrate 11, which is preferably designed as a layer composite of several ceramic layers. To heat the sensor element, it contains a resistance heating element 12 in the form of a
  • the sensor element 10 preferably has a porous cover layer 14 on a large surface facing the liquid medium to be determined.
  • the porous surface structure of the cover layer 14 facilitates the boiling of the liquid medium and prevents delayed boiling in this area.
  • the sensor element contains a measuring element 13, which is designed as a resistive temperature measuring element and is arranged spatially in the immediate vicinity of the porous cover layer 14.
  • the measuring element 13 is separated from the cover layer 14 by a preferably thin ceramic layer. For electrical contacting, the measuring element 13 has connection contacts 15.
  • the sensor element 10 comprises, for example, a plurality of ceramic layers 11a, 11b, 11c, and 11d.
  • the layers 11a-11d are designed as ceramic foils and form a planar ceramic body.
  • the integrated shape of the planar ceramic body of the sensor element 10 is produced by laminating together the ceramic foils printed with functional layers and then sintering the lacquered structure in a manner known per se.
  • Each of the layers is 1 la -1 ld made of a mechanically and thermally resistant ceramic material such as Zr0 2 partially or fully stabilized with Y2O3.
  • the sensor element 10 further comprises a plurality of ceramic insulation layers 17a, 17b, 17c, 17d, 17e, and 17f, which are made of an electrically insulating ceramic material such as, for example
  • the sensor element 10 preferably has additional connection layers 19a, 19b, 19c and 19d.
  • the interconnection layers 19a - 19d are preferably made of ZT0 2 or performed with Y 2 O 3 partially or fully stabilized Zr0 second
  • the material of the connecting layers 19a-19d thus preferably corresponds to the material of the layers 1 la-1 Id.
  • the resistance heating element 12 is also embedded in the ceramic base body of the sensor element 10 between the insulation layers 17c and 17d.
  • the resistance heating element 12 serves to heat the sensor element 10 to the necessary operating temperature.
  • the resistance heating element 12 is classified by means of plated-through holes 20, which electrically conductively connect the conductor track of the resistance heating element 12 to connection contacts 22, which are located on a first large area 23 of the sensor element 10.
  • the measuring element 13 is located between the insulation layers 17e and 17f
  • Form of another meandering resistance conductor track For contacting the measuring element 13, this has further connection contacts 15.
  • the resistance conductor tracks of the heating element 12 and the measuring element 13 are designed in terms of their material in a manner known per se as a cermet in order to be combined with the ceramic foils.
  • the layers 11d and 17f are preferably shortened in their longitudinal extent on the connection side.
  • the layers 11d and 17f are designed with a small layer thickness.
  • the porous cover layer 14 is arranged on the layer 11d, which facilitates the occurrence of a boiling process of the liquid medium from a kinetic point of view and thus prevents delayed boiling.
  • the cover layer 14 is also made of a ceramic material, preferably made of Alumina or zirconia.
  • the layers 11b, 19b, 17b are not absolutely necessary for the functioning of the sensor element and can be omitted from. Their existence only requires an asymmetrical structure of the sensor element and thus a preferred heat flow in the direction of the porous cover layer 14.
  • a further embodiment of the sensor element consists in that the layers 11a-1d and the connecting layers 19a-19d consist of an electrically well-insulating material such as aluminum oxide. In this case, the insulation layers 17a-17f can be omitted. This simplifies the construction of the sensor element.
  • the functioning of the sensor element 10 is based on the fact that it is temporarily or permanently immersed in a liquid medium to be measured, so that at least the further large area 25 of the sensor element 10 is in contact with the liquid medium to be measured and this can be heated by means of the heating element 12.
  • the temperature of the sensor element 10 is detected by means of the measuring element 13. As soon as a boiling process of the liquid medium occurs in the area of the porous cover layer 14, this leads to an energy loss due to the evaporation energy extracted from the sensor element 10. Once the boiling temperature has been reached, the temperature of the sensor element 10 no longer increases significantly, even if the heating process continues.
  • the largely constant temperature that is established is recorded and output as the boiling point of the liquid medium.
  • Boiling point of the liquid medium The higher the concentration of dissolved impurities in the liquid medium, the more the measured, resulting, largely constant temperature deviates from the theoretical boiling temperature. This makes it possible to use the measured boiling temperature to compare the degree of impurity or the level by comparing it with the theoretically expected boiling temperature
  • FIG. 3 shows a sensor arrangement which comprises the sensor element 10 and which is suitable for carrying out the method according to the invention.
  • the sensor element 10 is connected to an evaluation unit 30 for electrical contacting.
  • the evaluation unit 30 the electrical resistance of the measuring element 13 during a
  • the heating process is determined continuously or periodically and the corresponding temperature of the sensor element 10 is determined from the electrical resistance via a stored characteristic map.
  • a largely constant temperature of the sensor element 10 is recorded and output as the boiling temperature. This can be done, for example, by means of a data output unit 32, which either stores the determined boiling temperature electronically or makes it optically or acoustically visible.
  • an error signal can be generated by means of the output unit 32 if the determined boiling temperature is outside of a permissible temperature range likewise stored in the evaluation unit 30.
  • the data stored in the evaluation unit 30 or in the dispensing unit 32 can be sent online, for example, to a
  • Vehicle control or a test device are transmitted.

Abstract

Disclosed is a method for determining the boiling point of a liquid medium, particularly brake fluid, hydraulic oil or a liquid in pressure transmission devices, wherein the liquid medium is locally heated on a surface area (14) or a sensor element (10) up to the boiling point thereof and the temperature of the surface area (14) is detected. A regulating, substantially constant temperature of the surface area (14) as heat increases is detected as the boiling temperature for the liquid medium.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Siedepunktes eines flüssigen MediumsMethod and device for determining the boiling point of a liquid medium
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Siedepunktes eines flüssigen Mediums nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche sowie auf dessen Verwendung.The invention relates to a method and a device for determining the boiling point of a liquid medium according to the preamble of the independent claims and to the use thereof.
Stand der TechnikState of the art
Hydraulikflüssigkeiten, insbesondere Bremsflüssigkeiten für Kraßf-Lhrzeugbrem-ssysteme werden als hydraulisches Medium zur Kraftübertragung in Bremssystemen eingesetzt. DerartigeHydraulic fluids, in particular brake fluids for Kraßf vehicle brake systems, are used as a hydraulic medium for power transmission in brake systems. such
Hydraulikfluide müssen für eine sichere Funktion der Bremsen sehr hohe Anforderungen erfüllen und sind in kritischen Fahrsituationen, wie beispielsweise bei lang anhaltenden Bremsungen an Gefiülstrecken, besonderen Beanspruchungen ausgesetzt. Die Belastung kann besonders an den Radbremszylinde n, an welchen die höchsten Temperaturen in einem Bremssystem vorliegen, sehr hoch sein. Ein Maß für die thermische Belastbarkeit der Bremsflüssigkeit stellt der sogenannteHydraulic fluids have to meet very high requirements for the brakes to function safely and are subject to particular stresses in critical driving situations, such as long-lasting braking on a feeling track. The load can be very high, especially on the wheel brake cylinders, where the highest temperatures are in a braking system. A measure of the thermal load capacity of the brake fluid is the so-called
Gleichgewichtssiedepunkt dar. Bei Temperaturen über dem aktuellen Siedepunkt der Bremsflüssigkeit kommt es zu einer Dampf blasenbildung. Ein wirkungsvolles Betätigen der Bremsen ist dann nicht mehr möglich.Equilibrium boiling point. At temperatures above the current boiling point of the brake fluid, vapor bubbles form. It is then no longer possible to apply the brakes effectively.
Besonders kritisch ist es, wenn die verwendete Bremsflüssigkeit hygroskopisch ist und überIt is particularly critical if the brake fluid used is hygroscopic and over
Diffusion durch die Bremsschläuche Wasser aus der Umgebung aufiiimmt, da dies ein starkes Absinken des Siedepunktes der Bremsflüssigkeit zur Folge hat. Dieser Effekt erfordert den Wechsel der Bremsflüssigkeit in einem Kraftfahrzeug nach etwa ein bis zwei Jahren, da der Abfall des Siedepunktes einer Bremsflüssigkeit bei Wasseraufhahme rasch vor sich geht. Ferner kann es aber auch zu einer unerwarteten, vorzeitigen Wasseraufiiahme der Bremsflüssigkeit kommen, die zu einem Versagen des betreffenden Hydraulik- bzw. Bremssystems führen kann. Aus diesem Grunde ist es wünschenswert, den Siedepunkt einer Hydraulikflüssigkeit bzw. Bremsflüssigkeit eines Systems ständig, d.h. online, überwachen zu können.Diffusion through the brake hoses absorbs water from the environment, as this results in a sharp drop in the boiling point of the brake fluid. This effect requires changing the brake fluid in a motor vehicle after about one to two years, since the boiling point of a brake fluid drops quickly when water is absorbed. Furthermore, however, it can also lead to an unexpected, premature water absorption of the brake fluid, which can lead to failure of the hydraulic or brake system in question. For this reason, it is desirable to be able to monitor the boiling point of a hydraulic fluid or brake fluid of a system continuously, ie online.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 4002792 AI ist eine Vorrichtung zur Ermittlung der Beschaffenheit einer Druckübertragungsflüssigkeit bekannt. Diese Vorrichtung umfasst zwei Elektroden, die über ein als Linearleiter ausgebildetes Sensorelement miteinander verbunden sind.A device for determining the nature of a pressure transmission fluid is known from German published patent application DE 4002792 AI. This device comprises two electrodes which are connected to one another via a sensor element designed as a linear conductor.
Eine Siedetemperaturbestimmung erfolgt derart, dass das in der Bremsflüssigkeit angeordnete Sensorelement aufgeheizt wird und sich dadurch eine stabile Zellularkonvektion im Bareich des Sensorelements einstellt. Eine derartige Zellularkonvektion stellt sich ein, wenn das als Konvektionskörper verwendete Sensorelement bzw. Heizelement in dem unmittelbar angrenzenden Flüssigkeitsraum eine Wärmemenge erzeugt, die nicht mehr durch eine laminareA boiling temperature is determined in such a way that the sensor element arranged in the brake fluid is heated up and a stable cellular convection is thereby established in the area of the sensor element. Such a cellular convection occurs when the sensor element or heating element used as a convection body generates a quantity of heat in the immediately adjacent liquid space that is no longer produced by a laminar one
Konvektion schnell genug an das umgebende Gesamtvolumen an Flüssigkeit weitergeleitet werden kann. Hierbei bilden sich Grenzschichten aus, die das Heizelement in geringem Abstand, wie ein Hüllstrom, umgeben. Innerhalb einer derartigen Zelle entsteht ein Wärmerückstau bis zum Heizelement. Die Zelle kann nach außen in den Flüssigkeitsraum durch laminare Konvektion gerade so viel Wärme abgeben, wie in diesem Raum pro Zeiteinheit aufgenommen und verteilt werden kann.Convection can be passed on quickly enough to the surrounding total volume of fluid. Boundary layers are formed, which surround the heating element at a short distance, like an enveloping current. Within such a cell, heat build-up occurs up to the heating element. Laminar convection allows the cell to emit just as much heat into the liquid space as can be absorbed and distributed in this space per unit of time.
Das Heizelement und sein Konvektionszellenumfeld verhalten sich damit wie ein gemeinsames Heizgebilde, das sich in bezug auf laminare Konvektionsverhältnisse mit der Restflüssigkeit im Zustand der thermischen Leistungsanpassung befindet. Die Grenzschicht bleibt stabil, solange dieThe heating element and its convection cell environment thus behave like a common heating structure which is in the state of thermal performance adjustment in relation to laminar convection conditions with the residual liquid. The boundary layer remains stable as long as the
Rückstautemperatur an der Innenseite der Grenzschicht um einen gewissen Betrag höher ist als an der Außenseite in der Restflüssigkeit.Backflow temperature on the inside of the boundary layer is a certain amount higher than on the outside in the residual liquid.
Zur Bestimmung der Siedetemperatur mittels der Vorrichtung gemäß der DE 4002792 AI wird der veränderliche Heizwiderstand des Sensorelements infolge der Rückstautemperatur an derTo determine the boiling temperature by means of the device according to DE 4002792 AI, the variable heating resistance of the sensor element due to the backflow temperature at the
Grenzschicht zwischen der Heizeroberfläche und der Zellenflüssigkeit ausgewertet. Bei hygroskopischen Bremsflüssigkeiten bewirkt nun der Versatz mit Wasser eine spezifische Veränderung von Dichte und Viskosität und damit der Rückstautemperatur. Diese Änderung wird zur Bestimmung der Siedetemperatur ausgewertet. Eine direkte Messung der Siedetemperatur der Bremsflüssigkeit ist aber auch mit dieser Vorrichtung nicht möglich.Boundary layer between the heater surface and the cell fluid was evaluated. With hygroscopic brake fluids, the addition of water now has a specific effect Change in density and viscosity and thus the backflow temperature. This change is evaluated to determine the boiling temperature. A direct measurement of the boiling point of the brake fluid is also not possible with this device.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 197 10358 AI ist weiterhin ein milσostrukturierterFrom the German published application DE 197 10358 AI is still a milσostrukturierter
Sensor bekannt, der zur Bestimmung des Zustande eines Fluids, beispielsweise einer Bremsflüssigkeit einer Kraftfahrzeugbremsanlage, über Leitfähigkeits- bzw. Kapazitätsmessungen mittels interdigitaler Elektroden verwendet wird. Dabei wird Bremsflüssigkeit von einer Heizeinrichtung erhitzt und verdampft. Der Übergang von der flüssigen Phase in die Gasphase wird durch eine schlagartige Änderung der Kapazität derKnown sensor that is used to determine the state of a fluid, for example a brake fluid of a motor vehicle brake system, via conductivity or capacitance measurements using interdigital electrodes. Brake fluid is heated and evaporated by a heating device. The transition from the liquid phase to the gas phase is caused by a sudden change in the capacity of the
Bremsflüssigkeit erkannt und die dabei aktuell vorliegende Temperatur der Heizeinrichtung wird als aktueller Siedepunkt der Bremsflüssigkeit bestimmt. Die Kapazitätsänderung wird über die interdigitalen Elektroden bestimmt.Brake fluid is recognized and the current temperature of the heating device is determined as the current boiling point of the brake fluid. The change in capacitance is determined via the interdigital electrodes.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bzw. eine Sensoranordnung zurThe object of the present invention is to provide a method and a sensor arrangement
Verfügung zu stellen, das die Bestimmung der Siedetemperatur eines flüssigen Mediums auf einfache Weise in hinreichender Genauigkeit gestattet.To make available that allows the boiling temperature of a liquid medium to be determined in a simple manner with sufficient accuracy.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung des Siedepunktes eines flüssigen Mediums gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass es in einfacher Weise eine zuverlässige Bestimmung der Siedetemperatur eines flüssigen Mediums gestattet. Dies ermöglicht es insbesondere, den Zustand vonThe inventive method for determining the boiling point of a liquid medium according to the characterizing features of claim 1 has the advantage that it allows a reliable determination of the boiling point of a liquid medium in a simple manner. In particular, this enables the state of
Hydraulikflüssigkeiten bzw. Schmierölen zu verschiedenen Zeitpunkten zuverlässig zu ch-u-akterisieren. Diese Informationen werden online erhalten und die zugrundeliegenden elektrischen Signale können in einfacher Weise beispielsweise im Boldcomputer eines Kraftfahrzeugs verarbeitet werden.To reliably ch-u hydraulic fluids or lubricating oils at different times. This information is obtained online and the underlying electrical signals can be processed in a simple manner, for example in the bold computer of a motor vehicle.
Das Verfahren beruht darauf, dass das flüssige Medium an einem Oberflächeribereich eines Sensorelement lokal bis zu dessen Siedepunkt erhitzt wird und die sich dabei einstellende Temperatur des Oberflachenbereichs erfasst wird. Sobald eine sich bei fortschreitender Beheizung weitgehend konstante Temperatur in diesem Oberflächenbereich einstellt, wird diese als Siedetemperatur des flüssigen Mediums erfasst Dieses Verfahren ist zuverlässig, obwohl es auf einer sehr einfach gestalteten Messtechnik beruht.The method is based on the fact that the liquid medium on a surface area of a sensor element is locally heated up to its boiling point and the temperature of the surface area that is established is recorded. As soon as there is a largely constant temperature in this as the heating progresses If the surface area is set, this is recorded as the boiling point of the liquid medium. This method is reliable, although it is based on a very simple measuring technique.
Mit den in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafteWith the measures listed in the subclaims are advantageous
Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich.Further developments of the method according to the invention are possible.
So ist es von Vorteil, wenn die gemessene Siedetemperatur mit einem hinterlegten Temperaturbereich verglichen wird und bei Abweichung der sich einstellenden Temperatur von dem hinterlegten Temperaturbereich eine Meldung, insbesondere eineIt is therefore advantageous if the measured boiling temperature is compared with a stored temperature range and if the temperature which arises deviates from the stored temperature range, a message, in particular a message
Gefahrenmeldung ausgegeben wird. Dies ermöglicht beispielsweise den rechtzeitigen Wechsel des betroffenen flüssigen Mediums bzw. die rechtzeitige Stilliegung einer Anlage, wie beispielsweise einer Bremsanlage, deren Funktion wesentlich auf dem Einsatz des flüssigen Mediums beruht.Hazard report is issued. This enables, for example, the timely change of the affected liquid medium or the timely shutdown of a system, such as a brake system, the function of which is essentially based on the use of the liquid medium.
Weiterhin ist von Vorteil, wenn die Siedetemperatur in regelmäßigen Abständen bestimmt wird. Dabei kann es sich sowohl um eine Kontrolle nach definierten zeitlichen Abständen handeln als auch um eine Kontrolle beispielsweise nach bestimmten Fahrleistungen eines Kraftfahrzeugs.It is also advantageous if the boiling temperature is determined at regular intervals. This can be a check according to defined time intervals as well as a check, for example, according to certain mileage of a motor vehicle.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn __t_mindest derjenige Oberflächenbereich des Sensorelementes, der bis zu Siedetemperatur des flüssigen Mediums erhitzt wird, porös strakturiertist.It is particularly advantageous if at least that surface area of the sensor element that is heated up to the boiling point of the liquid medium is porous.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist das Sensorelement aus einemIn a particularly advantageous embodiment, the sensor element is made of one
Schichtverb-md eines keramischen Materials wie Zirkondioxid ausgeführt, da dieser besonders unempfindlich ist gegenüber mechanischen Erschütterungen, thermischen Belastungen und Korrosion.Layered composite made of a ceramic material such as zirconium dioxide, since it is particularly insensitive to mechanical shocks, thermal loads and corrosion.
Die Ausführung des Sensorelements in Form eines Schichtverbundes ermöglicht weiterhin eine baukastenartige Erweiterung um mögliche weitere FunMonalitäten des Sensorelements neben der Temperaturmessung.The design of the sensor element in the form of a layer composite further enables a modular expansion by possible further functionalities of the sensor element in addition to the temperature measurement.
Zeichnung Ein Ausfiihrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Figur 1 zeigt schematisch eine Draufsicht eines dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrunde liegendes Sensorelement, Figur 2 zeigt schematisch den Aufbau des Sensorelements in einer Explosionsdarstellung und Figur 3 zeigt schema isch eine das Sensorelement beinhaltende Sensoranordnung.drawing An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. FIG. 1 schematically shows a top view of a sensor element on which the method according to the invention is based, FIG. 2 schematically shows the structure of the sensor element in an exploded view, and FIG. 3 schematically shows a sensor arrangement containing the sensor element.
Ausfuhrungsbeispielexemplary
In Figur 1 ist schematisch der Aufbau eines dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrunde liegenden Sensorelements zur Bestimmung des Siedepunktes eines flüssigen Mediums dargestellt. Das Sensorelement 10 umfässt ein keramisches Substrat 11, das vorzugsweise als Schichtverbund mehrerer keramischer Schichten ausgeführt ist. Zur Beheizung des Sensorelementes enthält dieses ein Widerstandsheizelement 12 in Form einesFIG. 1 schematically shows the structure of a sensor element on which the method according to the invention is based for determining the boiling point of a liquid medium. The sensor element 10 comprises a ceramic substrate 11, which is preferably designed as a layer composite of several ceramic layers. To heat the sensor element, it contains a resistance heating element 12 in the form of a
Heizmäanders. Weiterhin weist das Sensorelement 10 auf einer dem zu bestimmenden flüssigen Medium zugewandten Großfläche vorzugsweise eine poröse Deckschicht 14 auf. Die poröse Oberflächenstruktur der Deckschicht 14 erleichtert das Sieden des flüssigen Mediums und verhindert Siedeverzüge in diesem Bereich. Das Sensorelemenl beinhaltet zur Bestimmung der Siedetemperatur des flüssigen Mediums ein Messelement 13, das als resistives Temperaturmesselement ausgeführt ist und räumlich in unmittelbarer Nähe der porösen Deckschicht 14 angeordnet ist. Zum Schutz vor möglichen korrosiven Einflüssen des flüssigen Mediums ist das Messelement 13 jedoch durch eine vorzugsweise dünne keramische Schicht von der Deckschicht 14 separiert. Zur elektrischen Kontaktierung weist das Messelement 13 Anschlusskontakte 15 auf.Heating meander. Furthermore, the sensor element 10 preferably has a porous cover layer 14 on a large surface facing the liquid medium to be determined. The porous surface structure of the cover layer 14 facilitates the boiling of the liquid medium and prevents delayed boiling in this area. To determine the boiling temperature of the liquid medium, the sensor element contains a measuring element 13, which is designed as a resistive temperature measuring element and is arranged spatially in the immediate vicinity of the porous cover layer 14. To protect against possible corrosive influences of the liquid medium, the measuring element 13 is separated from the cover layer 14 by a preferably thin ceramic layer. For electrical contacting, the measuring element 13 has connection contacts 15.
Ein detaillierter Aufbau des Sensorelementes 10 ist in Figur 2 dargestellt. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen Bauteilkomponenten wie in Figur 1. Das Sensorelement 10 umfesst beispielsweise eine Mehrzahl von keramischen Schichten 1 la, 11b, 11c, und lld. Die Schichten lla-lld werden dabei als keramische Folien ausgeführt und bilden einen planaren keramischen Körper. Die integrierte Form des planaren keramischen Körpers des Sensorelements 10 wird durch Zusammerilaminieren der mit Fuπktionsschichten bedruckten keramischen Folien und anschließendem Sintern der la______ierten Struktur in an sich bekannter Weise hergestellt. Jede der Schichten 1 la -1 ld ist aus einem mechanisch und thermisch beständigen keramischen Material wie beispielsweise aus mit Y2O3 teil- oder vollstabilisiertem Zr02 ausgeführt.A detailed structure of the sensor element 10 is shown in FIG. 2. The same reference numerals designate the same component components as in FIG. 1. The sensor element 10 comprises, for example, a plurality of ceramic layers 11a, 11b, 11c, and 11d. The layers 11a-11d are designed as ceramic foils and form a planar ceramic body. The integrated shape of the planar ceramic body of the sensor element 10 is produced by laminating together the ceramic foils printed with functional layers and then sintering the lacquered structure in a manner known per se. Each of the layers is 1 la -1 ld made of a mechanically and thermally resistant ceramic material such as Zr0 2 partially or fully stabilized with Y2O3.
Das Sensorelement 10 umfasst weiterhin mehrere keramische Isolationsschichten 17a, 17b, 17c, 17d, 17e, und 17f, die aus einem elektrisch isolierenden keramischen Material wie beispielsweiseThe sensor element 10 further comprises a plurality of ceramic insulation layers 17a, 17b, 17c, 17d, 17e, and 17f, which are made of an electrically insulating ceramic material such as, for example
Aluminiumoxid, mit Barium dotiertem Aluminiumoxid oder Mullit ausgeführt sind. Zur besseren Aribindung der Isolationsschichten 17a - 17f an die keramischen Schichten 11a - lld weist das Sensorelement 10 vorzugsweise zusätzliche Verbindungsschichten 19a, 19b, 19c und 19d auf. Die Verbindungsschichten 19a - 19d sind dabei vorzugsweise aus Zt02 oder aus mit Y2O3 teil- oder vollstabilisiertem Zr02 ausgeführt. Das Material der Verbindungsschichten 19a — 19d entspricht somit vorzugsweise dem Material der Schichten 1 la — 1 Id.Alumina, alumina or mullite doped with barium. For better bonding of the insulation layers 17a-17f to the ceramic layers 11a-lld, the sensor element 10 preferably has additional connection layers 19a, 19b, 19c and 19d. The interconnection layers 19a - 19d are preferably made of ZT0 2 or performed with Y 2 O 3 partially or fully stabilized Zr0 second The material of the connecting layers 19a-19d thus preferably corresponds to the material of the layers 1 la-1 Id.
In den keramischen Grundkörper des Sensorelements 10 ist ferner zwischen den Isolationsschichten 17c und 17d das Widerstandsheizelement 12 eingebettet. Das Widerstandsheizelement 12 dient dem Aufheizen des Sensorelements 10 auf die notwendige Betriebstemperatur. DieThe resistance heating element 12 is also embedded in the ceramic base body of the sensor element 10 between the insulation layers 17c and 17d. The resistance heating element 12 serves to heat the sensor element 10 to the necessary operating temperature. The
Konlaklierung des Widerstandsheizelements 12 erfolgt mittels Durchkontaktierungen 20, die die Leiterbahn des Widerstandsheizelements 12 mit Anschlusskontakten 22, die sich auf einer ersten Großfläche 23 des Sensorelements 10 befinden, elektrisch leitend verbinden.The resistance heating element 12 is classified by means of plated-through holes 20, which electrically conductively connect the conductor track of the resistance heating element 12 to connection contacts 22, which are located on a first large area 23 of the sensor element 10.
Weiterhin befindet sich zwischen den Isolationsschichten 17e und 17f das Messelement 13 inFurthermore, the measuring element 13 is located between the insulation layers 17e and 17f
Form einer weiteren mäanderfδrmigen Widerstandsleiterbahn. Zur Kontaktierung des Messelements 13 weist dieses weitere Anschlusskontakte 15 auf. Die Widerstandsleiterbahnen des Heizelementes 12 und des Messelements 13 sind hinsichtlich ihres Materials in an sich bekannter Weise als Cermet ausgeführt, um mit den keramischen Folien zu vereintem. Um einen freien Zugang zu den weiteren Anschlusskontakten 15 zu gewährleisten, sind die Schichten lld und 17f vorzugsweise in ihrer Längsausdehnung anschlussseitig verkürzt. Um die Leiterbahn des Messelement 13 in einer möglichst geringe Distanz zu der Oberfläche der weiteren Großfläche 25 des Sensorelements 10 zu positionieren, sind die Schichten lld und 17f mit einer geringen Schichtdicke ausgeführt.Form of another meandering resistance conductor track. For contacting the measuring element 13, this has further connection contacts 15. The resistance conductor tracks of the heating element 12 and the measuring element 13 are designed in terms of their material in a manner known per se as a cermet in order to be combined with the ceramic foils. In order to ensure free access to the further connection contacts 15, the layers 11d and 17f are preferably shortened in their longitudinal extent on the connection side. In order to position the conductor track of the measuring element 13 as close as possible to the surface of the further large area 25 of the sensor element 10, the layers 11d and 17f are designed with a small layer thickness.
Auf der dem zu messenden flüssigen Medium unmittelbar zugewandten weiteren Großfläche 25 ist auf der Schicht lld die poröse Deckschicht 14 angeordnet, die einen eintretenden Siedevorgang des flüssigen Mediums unter kinetischen Aspekten erleichtert und somit Siedeverzüge verhinder Die Deckschicht 14 ist ebenfalls aus einem keramischen Material, vorzugsweise aus Aluminiumoxid oder Zirkondioxid ausgeführt. Die Schichten 1 lb, 19b, 17b sind für die Funktionsweise des Sensorelements nicht zwingend erforderlich und können aus weggelassen werden. Ihre Existenz bedingt lediglich einen asymmetrischen Aufbau des Sensorelements und somit einen bevorzugten Wärmefluss in Richtung der porösen Deckschicht 14.On the further large surface 25 directly facing the liquid medium to be measured, the porous cover layer 14 is arranged on the layer 11d, which facilitates the occurrence of a boiling process of the liquid medium from a kinetic point of view and thus prevents delayed boiling. The cover layer 14 is also made of a ceramic material, preferably made of Alumina or zirconia. The layers 11b, 19b, 17b are not absolutely necessary for the functioning of the sensor element and can be omitted from. Their existence only requires an asymmetrical structure of the sensor element and thus a preferred heat flow in the direction of the porous cover layer 14.
Eine weitere Ausfi-hrungsform des Sensorelements besteht darin, dass die Schichten 1 la- 1 ld sowie die Verbindungsschichten 19a— 19d aus einem elektrisch gut isolierenden Material wie beispielsweise Alun-iniumoxid bestehen. Die Isolationsschichten 17a- 17f können in diesem Fall weggelassen werden. Dies vereinfacht den Aufbau des Sensorelements.A further embodiment of the sensor element consists in that the layers 11a-1d and the connecting layers 19a-19d consist of an electrically well-insulating material such as aluminum oxide. In this case, the insulation layers 17a-17f can be omitted. This simplifies the construction of the sensor element.
Die Funktionsweise des Sensorelements 10 beruht darauf, dass dieses in ein zu messendes flüssiges Medium temporär oder permanent eingetaucht wird, sodass zumindest die weitere Großfläche 25 des Sensorelements 10 in Kontakt mit dem zu messenden flüssigen Medium steht und dieses mittels des Heizelementes 12 aufgeheizt werden kann. Die sich einstellendeThe functioning of the sensor element 10 is based on the fact that it is temporarily or permanently immersed in a liquid medium to be measured, so that at least the further large area 25 of the sensor element 10 is in contact with the liquid medium to be measured and this can be heated by means of the heating element 12. The emerging
Temperatur des Sensorelementes 10 wird mittels des Messelements 13 erfasst. Sobald im Bereich der porösen Deckschicht 14 ein Siedevorgang des flüssigen Mediums eintritt, führt dies zu einem Energieverlust durch die dem Sensorelement 10 entzogene Verdunstungsenergie. Ab Erreichen der Siedetemperatur erhöht sich auch bei einem fortgesetzten Heizvorgang die Temperatur des Sensorelements 10 nicht mehr nennenswert.The temperature of the sensor element 10 is detected by means of the measuring element 13. As soon as a boiling process of the liquid medium occurs in the area of the porous cover layer 14, this leads to an energy loss due to the evaporation energy extracted from the sensor element 10. Once the boiling temperature has been reached, the temperature of the sensor element 10 no longer increases significantly, even if the heating process continues.
Die sich einstellende weitgehend konstante Temperatur wird erfasst und als Siedetemperatur des flüssigen Mediums ausgegeben.The largely constant temperature that is established is recorded and output as the boiling point of the liquid medium.
Weist das flüssigen Medium keinerlei gelöste Verunreinigungen auf, so entspricht die gemessene, sich einstellende, weitgehend konstante Temperatur der theoretischenIf the liquid medium has no dissolved impurities, the measured, resulting, largely constant temperature corresponds to the theoretical
Siedetemperatur des flüssigen Mediums. Je höher die Konzentration an gelösten Veirunreinigungen im flüssigen Medium ist, desto stärker weicht die gemessene, sich einstellende, weitgehend konstante Temperatur von der theoretischen Siedetemperatur ab. Dies ermöglicht es, über die gemessene Siedetemperatur durch einen Vergleich mit der theoretisch zu erwartenden Siedetemperatur den Grad an Verunreinigung bzw. derBoiling point of the liquid medium. The higher the concentration of dissolved impurities in the liquid medium, the more the measured, resulting, largely constant temperature deviates from the theoretical boiling temperature. This makes it possible to use the measured boiling temperature to compare the degree of impurity or the level by comparing it with the theoretically expected boiling temperature
Degradation des flüssigen Mediums zu bestimmen. Unterschreitet die gemessene Siedetemperatur einen bestimmten Grenzwert, so kann ein Fehlersignal generiert werden, weün die Gefahr besteht, dass die weitere Verwendung des flüssigen Mediums zu einer Beeinträchtigung oder zu einem Betriebsausfall eines das flüssige Medium beinhaltenden Gesamtsystems führen kann. In Figur 3 ist eine Sensoranordnung dargestellt, die das Sensorelement 10 umfasst und die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Das Sensorelement 10 ist zur elektrischen Kontaktierung mit einer Auswerteeinheit 30 verbunden. Mittels der Auswerteeinheit 30 wird der elektrische Widerstand des Messelements 13 während einesDetermine degradation of the liquid medium. If the measured boiling temperature falls below a certain limit value, an error signal can be generated if there is a risk that the further use of the liquid medium can lead to an impairment or an operational failure of an overall system containing the liquid medium. FIG. 3 shows a sensor arrangement which comprises the sensor element 10 and which is suitable for carrying out the method according to the invention. The sensor element 10 is connected to an evaluation unit 30 for electrical contacting. By means of the evaluation unit 30, the electrical resistance of the measuring element 13 during a
Heizvorgangs fortlaufend oder periodisch bestimmt und aus dem elektrischen Widerstand über ein hinterlegtes geeignetes Kennfeld die korrespondierende Temperatur des Sensorelements 10 bestimmt Eine sich einstellende, weitgehend konstante Temperatur des Sensorelements 10 wird erfasst und als Siedetemperatur ausgegeben. Dies kann bspw. mittels einer Datenausgabeeinheit 32 geschehen, die die ermittelte Siedetemperatur entweder elektronisch speichert oder optisch bzw. akustisch sichtbar macht. Weiterhin kann mittels der Ausgabeeinheit 32 ein Fehlersignal generiert werden, falls die ermittelte Siedetemperatur außerhalb eines ebenfalls in der Auswerteeinheit 30 hinterlegten zulässigen Temperaturbereichs angesiedelt ist Die in der Auswerteeinheit 30 bzw. in der Ausgäbeeinheit 32 hinterlegten Daten können beispielsweise online an eineThe heating process is determined continuously or periodically and the corresponding temperature of the sensor element 10 is determined from the electrical resistance via a stored characteristic map. A largely constant temperature of the sensor element 10 is recorded and output as the boiling temperature. This can be done, for example, by means of a data output unit 32, which either stores the determined boiling temperature electronically or makes it optically or acoustically visible. Furthermore, an error signal can be generated by means of the output unit 32 if the determined boiling temperature is outside of a permissible temperature range likewise stored in the evaluation unit 30. The data stored in the evaluation unit 30 or in the dispensing unit 32 can be sent online, for example, to a
Fahrzeugsteuerung bzw. ein Prüfgerät übertragen werden. Vehicle control or a test device are transmitted.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verfahren zur Bestimmung des Siedepunktes eines flüssigen Mediums, insbesondere einer Bremsflüssigkeit, eines Hydrauliköls oder einer Flüssigkeit in1. Method for determining the boiling point of a liquid medium, in particular a brake fluid, a hydraulic oil or a liquid in
Drac_riil_ertragungsvoιrichtunge__, wobei das flüssige Medium an einem Oberflächetibereich eines Sensorelement lokal bis zu dessen Siedepunkt erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin die Temperatur des Oberflachenbereichs (14) erfasst wird, und dass eine bei fortschreitender Beheizung sich einstellende, weilgehend konstante Temperatur des Oberflachenbereichs (14) als Siedetemperatur des flüssigenDrac_riil_ertragungsvoιrichtunge__, wherein the liquid medium at a surface tib area of a sensor element is locally heated to its boiling point, characterized in that the temperature of the surface area (14) is also recorded, and that a constant temperature of the surface area (14 ) as the boiling point of the liquid
Mediums erfasst wird.Medium is detected.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die sich einstellende, weitgehend konstante Temperatur mit einem hinterlegten Temperaturbereich verglichen wird und bei Abweichung der sich einstellenden Temperatur von dem hinterlegten2. The method according to claim 1, characterized in that the resulting, largely constant temperature is compared with a stored temperature range and if the temperature which arises differs from the stored one
Temperaturbereich eine Meldung ausgegeben wird.Temperature range a message is output.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die sich einstellende, weitgehend konstante Temperatur in regelmäßigen Abständen bestimmt wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the resulting, largely constant temperature is determined at regular intervals.
4. Sensoranordnung zur Bestimmung des Siedepunktes eines flüssigen Mediums, insbesondere einer Bremsflüssigkeit, eines Hydrauliköls oder einer Flüssigkeit in Druckübertragungsvorrichtungen, mit einem Sensorelement, das eine Heizvorrichtung zur Beheizung eines Oberflachenbereichs des Sensorelements und ein Temperaturmesselement zur Messung der Temperatur des Oberflachenbereichs umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Datenauswertungsvorrichtung (30) zum Abgleich der am Sensorelement (10) anliegenden Heizleistung und der Temperatur des Oberflachenbereichs (14) vorgesehen ist.4. Sensor arrangement for determining the boiling point of a liquid medium, in particular a brake fluid, a hydraulic oil or a liquid in pressure transmission devices, with a sensor element which comprises a heating device for heating a surface area of the sensor element and a temperature measuring element for measuring the temperature of the surface area, characterized in that that a data evaluation device (30) is also provided for comparing the heating power applied to the sensor element (10) and the temperature of the surface area (14).
5. Sensoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächenbereich (14) des Sensorelements (10) porös stn-kturiert ist.5. Sensor arrangement according to claim 4, characterized in that the surface area (14) of the sensor element (10) is porous stn-structured.
6. Sensoranordnung nach Anspruch 4 oder 5 , dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (10) auf der Basis von keramischen Folien (11a- lld) aus Zirkondioxid ausgeführt ist.6. Sensor arrangement according to claim 4 or 5, characterized in that the sensor element (10) on the basis of ceramic foils (11a-lld) is made of zirconium dioxide.
7. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit ihm ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 durchführbar ist.7. Sensor arrangement according to one of claims 4 to 6, characterized in that a method according to one of claims 1 to 3 can be carried out with it.
8. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturmesselement (13) ein resistives Messelement ist.8. Sensor arrangement according to one of claims 4 to 7, characterized in that the temperature measuring element (13) is a resistive measuring element.
9. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (12) eine mäanderfSrmige Widerstandsleiterbahn ist.9. Sensor arrangement according to one of claims 4 to 8, characterized in that the heating device (12) is a meandering resistance conductor track.
10. Sensoranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die10. Sensor arrangement according to claim 9, characterized in that the
Heizvorrichtung (12) als Temperaturmesselement (13) ausgeführt ist.Heating device (12) is designed as a temperature measuring element (13).
11. Verwendung einer Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 9 zur11. Use of a sensor arrangement according to one of claims 4 to 9 for
Kontrolle der Qualität von Bremsflüssigkeiten oder von Schmier- oder Hydraulikölen. Check the quality of brake fluids or lubricating or hydraulic oils.
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