WO2008012317A1 - Acoustic fluid sensor featuring a cleaning mode - Google Patents

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WO2008012317A1
WO2008012317A1 PCT/EP2007/057643 EP2007057643W WO2008012317A1 WO 2008012317 A1 WO2008012317 A1 WO 2008012317A1 EP 2007057643 W EP2007057643 W EP 2007057643W WO 2008012317 A1 WO2008012317 A1 WO 2008012317A1
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WO
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vibration
fluid sensor
cleaning
sensor according
control circuit
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PCT/EP2007/057643
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Peter Biber
Markus Gilch
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Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a fluid sensor for determining the characteristic properties of a fluid having a vibratory element which can be introduced into the fluid and which can be set into vibration by means of a control circuit.
  • Such a fluid sensor is known from JP 59-126 931 A.
  • the known fluid sensor is a viscosity sensor with which, among other things, the viscosity of engine oil can be determined.
  • a holder of the known fluid sensor can be introduced into the wall of an oil sump of an internal combustion engine.
  • a control circuit which generates a generally sinusoidal actuator signal, which is applied to a piezoelectric actuator layer of the bending oscillator.
  • the actuator ⁇ signal of the bending oscillator is set in vibration.
  • a sensor voltage generated in a piezoelectric sensor layer of the bending oscillator is generally smaller than the actuator voltage. From the ratio of the voltage amplitudes, a viscosity equivalent and thus the composition of the engine oil can be determined.
  • a disadvantage of the known fluid sensor is that impurities contained in the engine oil can deposit on the bending oscillator over time. Such deposits change the vibration characteristics of the bending vibrator. It can Infol gepository ⁇ measurement errors.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a fluid sensor whose function remains unaffected by possible deposits on the vibration element. This object is achieved by a fluid sensor having the features of the independent claim.
  • advantageous embodiments and developments are given.
  • the fluid sensor, the vibration element of the STEU ⁇ erscquaint in a vibration mode is operative counteracting the formation of deposits on the vibration member.
  • the formation of deposits on the vibration element effectively prevented or deposits formed over time can be removed later.
  • the function of the vibration element is not affected by deposits even in the long term.
  • the vibration mode of the vibration element is switchable by the control circuit between a measuring operation and a cleaning operation in which the control unit operates the vibration element in a vibration mode conducive to debris cleaning. This makes it possible to optimize the vibration parameters in each case to the measuring operation and the cleaning operation.
  • the space provided for the measuring operation mode of vibration is a vibration mode ⁇ low vibrational energy and provided for the cleaning ⁇ supply operation mode of vibration a Schwingungsmo ⁇ dus high vibrational energy. This makes it possible to Erzie ⁇ len those accelerations on the vibrating element, which are necessary to ablate or detach deposits on the vibration ⁇ element.
  • control unit may increase the frequency or the amplitude.
  • control unit sets the Values for the frequency and the amplitude to predetermined values intended for the cleaning operation.
  • the cleaning operation is preferably carried out in a non-measuring time, in which the fluid sensor is not for the
  • Measuring operation is needed. By taking place in limited Zeitab ⁇ cut cleanings of the vibration element of the measurement operation is not disturbed. Since the formation of deposits on the vibration element takes place only slowly, are usually taking place in limited periods
  • the fluid to be measured is a liquid.
  • the vibration element can then be operated in a cavitation-inducing vibration mode. In this way, deposits on the vibration element can be removed particularly effectively.
  • the vibrating element is preferably a so-called flexural vibrator, which is constructed in multiple layers with at least one actuator layer and at least one sensor ⁇ layer.
  • Such fluid sensors can be operated in different vibration modes with different vibration energy.
  • Figure 1 shows a cross section through an introduced into the wall of an oil pan viscosity sensor
  • FIG. 2 shows the block diagram of a sensor circuit for operating the viscosity sensor from FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a viscosity sensor 1 which is suitable inter alia for determining the viscosity and the density of engine oil 2.
  • the viscosity sensor 1 has a flexural vibrator 3 having a piezo-electric actuator layer 4 and a piezoelectric ⁇ specific sensor layer 5 in its simplest embodiment. Between the actuator layer 4 and the sensor layer 5 is a common mass ⁇ electrode 6. On the opposite side of the actuator layer 4, an actuator electrode 7 is formed. Accordingly is located externally on the sensor layer 5 is a Sen ⁇ sorelektrode 8.
  • the ground electrode 6, the actuator electrode 7 and the sensor electrode 8 are respectively connected to contact pins 9, 10 and 11.
  • FIG. 1 shows a viscosity sensor 1 which is suitable inter alia for determining the viscosity and the density of engine oil 2.
  • the viscosity sensor 1 has a flexural vibrator 3 having a piezo-electric
  • a contact end 12 of the bending oscillator 3 is enclosed by a hard casting 13.
  • the hard encapsulation 13 is seated in a housing wall 14, which is example ⁇ as can be, the wall of an oil pan.
  • the Hartverguss 13 but can also sit in a socket that is oil-tight in an opening of the housing wall 14 can be used.
  • the actuator layer 4 bezüg ⁇ Lich the longitudinal axis of the bending oscillator 3 alternately to a contraction and expansion can be caused.
  • the flexural vibrator 3 bends in a direction 15, while the flexural vibrator 3 moves in an opposite direction 16 when the actuator layer 4 expands. Since ⁇ by creates a vibration movement of the bending vibrator 3 extending within an oscillation contour 17th
  • the operating frequency of the bending vibrator 3 is arwei ⁇ se in the range of 9 to 18 kHz.
  • a sensor signal is generated by the sensor layer 5, which can be tapped on the contact pins 11 and 10.
  • the amplitude of the sensor signal is generally smaller than the amplitude of the actuator signal and can be used to determine the viscosity of the Engine oil 2 are used.
  • a viscosity equivalent can be determined from the ratio of the amplitudes.
  • the viscosity sensor 1 can also be used to determine the density of the engine oil 2.
  • the oscillation frequency of the bending oscillator 3 is tuned and the resonance maximum is sought.
  • the position of the resonance maximum is characteristic of the density of the engine oil 2.
  • the engine oil contains 2 contaminants, which accumulate with time among other things on the bending vibrator 3. This gradually increases the oscillating mass.
  • the effective elasticity of the bending oscillator 3 can be changed. Both can lead to errone ⁇ measurements in determining the viscosity or the density of the engine oil 2 comes.
  • the deposits on the bending vibrator 3 may be paint-like layers, which are formed for example by dilution of the engine oil 2 with biodiesel. But even solid particles, such as soot particles contained in engine oil 2, can accumulate over time on the bending vibrator 3. In general, the components of the mud-like deposits in the oil pans can also attach to the bending vibrator 3. This is done despite the good in itself cleaning effect of the engine oil 2. Support will be the training of Ablagerun ⁇ gen at the bending transducers 3 by long downtimes.
  • Purification of the flexural resonator 3 preferably takes place in that the typical for the measurement operation is Frequency Ranges ⁇ rich leave 9-18 kHz and switched to higher oscillation frequencies ⁇ .
  • the cleaning operation can be carried out in various ways.
  • Measurement breaks or standstill phases of the motor can be operated as a pure actuator.
  • a suitable cleaning signal is applied to the actuator layer 4.
  • the cleaning signal may have an amplitude or frequency which is above the amplitude or frequency of the actuator signal used for the measuring operation.
  • the cleaning signal may have a constant amplitude and Fre acid sequence during the cleaning process.
  • the oscillation parameters, namely the amplitude and the frequency of the oscillation of the bending oscillator 3 can also be tuned in order to eliminate local particle accumulations in a targeted manner.
  • FIG. 2 shows a block diagram of a sensor circuit 19 for the viscosity sensor 1 from FIG. 1.
  • the sensor circuit 19 comprises a microprocessor 20 which reads out operating parameters required for operation of the viscosity sensor 1 from a data memory 21.
  • the microprocessor 20 can, for example, read out operating parameters provided for the measuring operation or the cleaning operation from the data memory 21 and act on a signal generator 22 with corresponding control signals.
  • the signal generator 22 then generates the actuator signal which is applied to the contact pins 9 and 10 of the
  • Bending oscillator 3 is applied. Furthermore, a signal converter 23 is provided with which, for example, the amplitude of the sensor signal supplied by the sensor layer 5 and tapped off at the contact pins 10 and 11 can be determined. The signal generator 22 and the signal converter 23 each act on a comparator 24, which sets the amplitudes of the actuator signal and the sensor signal in proportion and passes a viscosity equivalent to the microprocessor 20.
  • the sensor circuit 19 shown in FIG. 2 can be supplemented by further sensors for monitoring the oscillation frequency of the bending oscillator 3 or the temperature and the permittivity of the engine oil 2.
  • the sensors for measuring the temperature or the permittivity can also be formed on the bending oscillator 3.
  • the microprocessor 20 ensures that will Runaway ⁇ into measuring pauses or stoppage phases of the motor of the cleaning operation.
  • the microprocessor 20 may be a part of the engine control or be in communication with the engine control.
  • the viscosity sensor 1 described here has a number of advantages.
  • the cleaning operation can effectively suppress contamination-related aging effects.
  • sediment or particles adhering to the bending vibrator 3 can be conveyed away from the bending velocity using the fluid. ger 3 are solved.
  • the cleaning ⁇ supply operation may optionally also be used for self-diagnosis of the viscosity sensor. 1 For example, a breakage of the bending oscillator 3 or a clamping error of the bending oscillator 3 can also be detected in the cleaning operation.
  • the flexural vibrator 3 oscillates permanently in a vibration mode which prevents the formation of deposits on the flexural vibrator 3 from the outset.
  • This can be achieved, for example, by selecting the dimensions of the bending oscillator 3, in particular its length and width, as well as the material composition of the bending oscillator 3 so that the frequency and the amplitude of the oscillation state used for the measuring operation are sufficiently large for the addition of particles to prevent the bending oscillator 3 from the outset.
  • fluid sensors described here can be used to measure the characteristic properties of any liquids and gases.

Abstract

The invention relates to a fluid sensor (1) comprising a flexural resonator (3). In order to clean said fluid sensor (1), the flexural resonator (3) is operated in vibration modes which counteract the formation of depositions on the surface of the flexural resonator (3).

Description

Beschreibungdescription
AKUSTISCHER FLUIDSENSOR MIT REINIGUNGSMODUSACOUSTIC FLUID SENSOR WITH CLEANING MODE
Die Erfindung betrifft einen Fluidsensor zur Bestimmung der charakteristischen Eigenschaften eines Fluids mit einem in das Fluid einbringbaren Schwingungselement, das mit Hilfe einer Steuerschaltung in Schwingungen versetzbar ist.The invention relates to a fluid sensor for determining the characteristic properties of a fluid having a vibratory element which can be introduced into the fluid and which can be set into vibration by means of a control circuit.
Ein derartiger Fluidsensor ist aus der JP 59-126 931 A bekannt. Bei dem bekannten Fluidsensor handelt es sich um einen Viskositätssensor, mit dem sich unter anderem die Viskosität von Motoröl bestimmen lässt. Zu diesem Zweck kann eine Halte- rung des bekannten Fluidsensors in die Wand einer Ölwanne eines Verbrennungsmotors eingebracht werden. Ein in dieSuch a fluid sensor is known from JP 59-126 931 A. The known fluid sensor is a viscosity sensor with which, among other things, the viscosity of engine oil can be determined. For this purpose, a holder of the known fluid sensor can be introduced into the wall of an oil sump of an internal combustion engine. One in the
Halterung eingespannter Biegeschwinger taucht dann in das sich in der Ölwanne befindende Motoröl ein. Ferner ist eine Steuerschaltung vorgesehen, die ein in der Regel sinusförmiges Aktorsignal erzeugt, das an eine piezoelektrische Aktor- schicht des Biegeschwingers angelegt wird. Durch das Aktor¬ signal wird der Biegeschwinger in Schwingungen versetzt. Eine in einer piezoelektrischen Sensorschicht des Biegeschwingers erzeugte Sensorspannung ist im Allgemeinen kleiner als die Aktorspannung. Aus dem Verhältnis der Spannungsamplituden kann ein Viskositätsäquivalent und damit die Zusammensetzung des Motoröls bestimmt werden.Bracket clamped bending vibrator then immersed in the located in the oil pan engine oil. Furthermore, a control circuit is provided which generates a generally sinusoidal actuator signal, which is applied to a piezoelectric actuator layer of the bending oscillator. By the actuator ¬ signal of the bending oscillator is set in vibration. A sensor voltage generated in a piezoelectric sensor layer of the bending oscillator is generally smaller than the actuator voltage. From the ratio of the voltage amplitudes, a viscosity equivalent and thus the composition of the engine oil can be determined.
Ein Nachteil des bekannten Fluidsensors ist, dass sich im Motoröl enthaltene Verunreinigungen im Laufe der Zeit auf dem Biegeschwinger ablagern können. Derartige Ablagerungen verändern die Schwingungseigenschaften des Biegeschwingers. Infol¬ gedessen kann es zu Messfehlern kommen.A disadvantage of the known fluid sensor is that impurities contained in the engine oil can deposit on the bending oscillator over time. Such deposits change the vibration characteristics of the bending vibrator. It can Infol gedessen ¬ measurement errors.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, einen Fluidsensor zu schaffen, dessen Funktion von möglichen Ablagerungen auf dem Schwingungselement unbeeinträchtigt bleibt . Diese Aufgabe wird durch einen Fluidsensor mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. In davon abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben .Based on this prior art, the invention is therefore an object of the invention to provide a fluid sensor whose function remains unaffected by possible deposits on the vibration element. This object is achieved by a fluid sensor having the features of the independent claim. In dependent claims advantageous embodiments and developments are given.
Bei dem Fluidsensor ist das Schwingungselement von der Steu¬ erschaltung in einem Schwingungsmodus betreibbar, der der Ausbildung von Ablagerungen auf dem Schwingungselement entgegenwirkt. Dadurch kann die Ausbildung von Ablagerungen auf dem Schwingungselement wirksam verhindert oder mit der Zeit entstandene Ablagerungen können nachträglich entfernt werden. Bei dem Fluidsensor gemäß der Erfindung wird daher die Funktion des Schwingungselements auch auf lange Sicht nicht durch Ablagerungen beeinträchtigt.The fluid sensor, the vibration element of the STEU ¬ erschaltung in a vibration mode is operative counteracting the formation of deposits on the vibration member. As a result, the formation of deposits on the vibration element effectively prevented or deposits formed over time can be removed later. In the fluid sensor according to the invention, therefore, the function of the vibration element is not affected by deposits even in the long term.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schwingungsmodus des Schwingungselements von der Steuerschaltung zwischen einem Messbetrieb und einem Reinigungsbetrieb umschaltbar, in dem die Steuereinheit das Schwingungselement in einem der Reinigung von Ablagerungen förderlichen Schwingungsmodus betreibt. Dadurch ist es möglich, die Schwingungsparameter jeweils auf den Messbetrieb und den Reinigungsbetrieb hin zu optimieren .In a preferred embodiment, the vibration mode of the vibration element is switchable by the control circuit between a measuring operation and a cleaning operation in which the control unit operates the vibration element in a vibration mode conducive to debris cleaning. This makes it possible to optimize the vibration parameters in each case to the measuring operation and the cleaning operation.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der für den Messbetrieb vorgesehene Schwingungsmodus ein Schwingungs¬ modus mit niedriger Schwingungsenergie und der für den Reini¬ gungsbetrieb vorgesehene Schwingungsmodus ein Schwingungsmo¬ dus mit hoher Schwingungsenergie. Dadurch ist es möglich, diejenigen Beschleunigungen am Schwingungselement zu erzie¬ len, die notwendig sind, um Ablagerungen auf dem Schwingungs¬ element abzutragen oder abzulösen.In a further preferred embodiment, the space provided for the measuring operation mode of vibration is a vibration mode ¬ low vibrational energy and provided for the cleaning ¬ supply operation mode of vibration a Schwingungsmo ¬ dus high vibrational energy. This makes it possible to Erzie ¬ len those accelerations on the vibrating element, which are necessary to ablate or detach deposits on the vibration ¬ element.
Um vom für den Messbetrieb vorgesehenen Schwingungsmodus in dem für den Reinigungsbetrieb vorgesehenen Schwingungsmodus umzuschalten, kann die Steuereinheit die Frequenz oder die Amplitude erhöhen. Vorzugsweise setzt die Steuereinheit die Werte für die Frequenz und die Amplitude auf vorbestimmte, für den Reinigungsbetrieb vorgesehene Werte.In order to switch from the vibration mode provided for the measuring operation in the vibration mode provided for the cleaning operation, the control unit may increase the frequency or the amplitude. Preferably, the control unit sets the Values for the frequency and the amplitude to predetermined values intended for the cleaning operation.
Der Reinigungsbetrieb wird vorzugsweise in einer messfreien Zeit durchgeführt, in der der Fluidsensor nicht für denThe cleaning operation is preferably carried out in a non-measuring time, in which the fluid sensor is not for the
Messbetrieb benötigt wird. Durch die in begrenzten Zeitab¬ schnitten stattfindenden Reinigungen des Schwingungselements wird der Messbetrieb nicht gestört. Da die Ausbildung von Ablagerungen auf dem Schwingungselement nur langsam erfolgt, sind in der Regel in begrenzten Zeiträumen stattfindendeMeasuring operation is needed. By taking place in limited Zeitab ¬ cut cleanings of the vibration element of the measurement operation is not disturbed. Since the formation of deposits on the vibration element takes place only slowly, are usually taking place in limited periods
Reinigungsvorgänge ausreichend, um das Schwingungselement von Ablagerungen freizuhalten.Cleaning operations sufficient to keep the vibration element of deposits.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das zu messende Fluid eine Flüssigkeit. Das Schwingungselement kann dann in einem Kavitation hervorrufenden Schwingungsmodus betrieben werden. Auf diese Weise können Ablagerungen auf dem Schwingungselement besonders wirksam entfernt werden.In a preferred embodiment, the fluid to be measured is a liquid. The vibration element can then be operated in a cavitation-inducing vibration mode. In this way, deposits on the vibration element can be removed particularly effectively.
Bei dem Schwingungselement handelt es sich vorzugsweise um einen sogenannten Biegeschwinger, der mehrschichtig mit wenigstens einer Aktorschicht und wenigstens einer Sensor¬ schicht aufgebaut ist. Derartige Fluidsensoren können in verschiedenen Schwingungsmoden mit unterschiedlicher Schwin- gungsenergie betrieben werden.In the vibrating element is preferably a so-called flexural vibrator, which is constructed in multiple layers with at least one actuator layer and at least one sensor ¬ layer. Such fluid sensors can be operated in different vibration modes with different vibration energy.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung im Einzelnen beschrieben werden. Es zeigen:Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description, are described in the embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings in detail. Show it:
Figur 1 einen Querschnitt durch einen in die Wand einer Ölwanne eingebrachten Viskositätssensor; undFigure 1 shows a cross section through an introduced into the wall of an oil pan viscosity sensor; and
Figur 2 das Blockschaltbild einer Sensorschaltung zum Betrieb des Viskositätssensors aus Figur 1. Figur 1 zeigt einen Viskositätssensor 1, der sich unter anderem zur Bestimmung der Viskosität und der Dichte von Motoröl 2 eignet. Der Viskositätssensor 1 verfügt über einen Biegeschwinger 3, der in seiner einfachsten Ausführungsform eine piezoelektrische Aktorschicht 4 und eine piezoelektri¬ sche Sensorschicht 5 aufweist. Zwischen der Aktorschicht 4 und der Sensorschicht 5 befindet sich eine gemeinsame Masse¬ elektrode 6. Auf der gegenüberliegenden Seite der Aktorschicht 4 ist eine Aktorelektrode 7 ausgebildet. Dementspre- chend befindet sich außen auf der Sensorschicht 5 eine Sen¬ sorelektrode 8. Die Masseelektrode 6, die Aktorelektrode 7 und die Sensorelektrode 8 sind jeweils an Kontaktstifte 9, 10 und 11 angeschlossen. Ein Kontaktende 12 des Biegeschwingers 3 ist von einem Hartverguss 13 umschlossen. Der Hartverguss 13 sitzt in einer Gehäusewand 14, bei der es sich beispiels¬ weise um die Wand einer Ölwanne handeln kann. Der Hartverguss 13 kann aber auch in einer Fassung sitzen, die öldicht in eine Öffnung der Gehäusewand 14 einsetzbar ist.FIG. 2 shows the block diagram of a sensor circuit for operating the viscosity sensor from FIG. 1. FIG. 1 shows a viscosity sensor 1 which is suitable inter alia for determining the viscosity and the density of engine oil 2. The viscosity sensor 1 has a flexural vibrator 3 having a piezo-electric actuator layer 4 and a piezoelectric ¬ specific sensor layer 5 in its simplest embodiment. Between the actuator layer 4 and the sensor layer 5 is a common mass ¬ electrode 6. On the opposite side of the actuator layer 4, an actuator electrode 7 is formed. Accordingly is located externally on the sensor layer 5 is a Sen ¬ sorelektrode 8. The ground electrode 6, the actuator electrode 7 and the sensor electrode 8 are respectively connected to contact pins 9, 10 and 11. FIG. A contact end 12 of the bending oscillator 3 is enclosed by a hard casting 13. The hard encapsulation 13 is seated in a housing wall 14, which is example ¬ as can be, the wall of an oil pan. The Hartverguss 13 but can also sit in a socket that is oil-tight in an opening of the housing wall 14 can be used.
Durch Anlegen eines in der Regel sinusförmigen Aktorsignals an die Kontaktstifte 9 und 10 kann die Aktorschicht 4 bezüg¬ lich der Längsachse des Biegeschwingers 3 wechselweise zu einer Kontraktion und Expansion veranlasst werden. Bei einer Kontraktion verbiegt sich der Biegeschwinger 3 in eine Rich- tung 15, während sich der Biegeschwinger 3 bei einer Expansion der Aktorschicht 4 in eine Gegenrichtung 16 bewegt. Da¬ durch entsteht eine Schwingungsbewegung des Biegeschwingers 3, die innerhalb einer Schwingungskontur 17 verläuft.By applying a generally sinusoidal actuator signal to the contact pins 9 and 10, the actuator layer 4 bezüg ¬ Lich the longitudinal axis of the bending oscillator 3 alternately to a contraction and expansion can be caused. During a contraction, the flexural vibrator 3 bends in a direction 15, while the flexural vibrator 3 moves in an opposite direction 16 when the actuator layer 4 expands. Since ¬ by creates a vibration movement of the bending vibrator 3 extending within an oscillation contour 17th
Die Arbeitsfrequenz des Biegeschwingers 3 liegt typischerwei¬ se im Bereich zwischen 9 bis 18 kHz.The operating frequency of the bending vibrator 3 is typischerwei ¬ se in the range of 9 to 18 kHz.
Während der Schwingung des Biegeschwingers 3 wird von der Sensorschicht 5 ein Sensorsignal erzeugt, die an den Kontakt- stiften 11 und 10 abgegriffen werden kann. Die Amplitude des Sensorsignals ist im Allgemeinen kleiner als die Amplitude des Aktorsignals und kann zur Bestimmung der Viskosität des Motoröls 2 herangezogen werden. Insbesondere kann aus dem Verhältnis der Amplituden ein Viskositätsäquivalent bestimmt werden .During the oscillation of the bending oscillator 3, a sensor signal is generated by the sensor layer 5, which can be tapped on the contact pins 11 and 10. The amplitude of the sensor signal is generally smaller than the amplitude of the actuator signal and can be used to determine the viscosity of the Engine oil 2 are used. In particular, a viscosity equivalent can be determined from the ratio of the amplitudes.
Daneben kann der Viskositätssensor 1 auch zur Bestimmung der Dichte des Motoröls 2 verwendet werden. Zur Bestimmung der Dichte des Motorenöls 2 wird die Schwingungsfrequenz des Biegeschwingers 3 durchgestimmt und das Resonanzmaximum gesucht. Die Lage des Resonanzmaximums ist für die Dichte des Motoröls 2 charakteristisch.In addition, the viscosity sensor 1 can also be used to determine the density of the engine oil 2. To determine the density of the engine oil 2, the oscillation frequency of the bending oscillator 3 is tuned and the resonance maximum is sought. The position of the resonance maximum is characteristic of the density of the engine oil 2.
In der Praxis enthält das Motoröl 2 Verschmutzungen, die sich mit der Zeit unter anderem am Biegeschwinger 3 anlagern. Dadurch vergrößert sich allmählich die schwingende Masse. Außerdem kann die effektive Elastizität des Biegeschwingers 3 verändert werden. Beides kann dazu führen, dass es zu Fehl¬ messungen bei der Bestimmung der Viskosität oder der Dichte des Motoröls 2 kommt.In practice, the engine oil contains 2 contaminants, which accumulate with time among other things on the bending vibrator 3. This gradually increases the oscillating mass. In addition, the effective elasticity of the bending oscillator 3 can be changed. Both can lead to errone ¬ measurements in determining the viscosity or the density of the engine oil 2 comes.
Die Ablagerungen auf dem Biegeschwinger 3 können lackartige Schichten sein, die zum Beispiel durch Verdünnung des Motoröls 2 mit Biodiesel entstehen. Aber auch feste Partikel, wie beispielsweise im Motoröl 2 enthaltene Rußpartikel, können sich im Laufe der Zeit an dem Biegeschwinger 3 anlagern. Überhaupt können sich die Bestandteile der schlammförmigen Ablagerungen in den Ölwannen auch am Biegeschwinger 3 anlagern. Dies erfolgt trotz der an sich guten Reinigungswirkung des Motoröls 2. Gefördert wird die Ausbildung von Ablagerun¬ gen an den Biegeschwingern 3 durch lange Stillstandszeiten.The deposits on the bending vibrator 3 may be paint-like layers, which are formed for example by dilution of the engine oil 2 with biodiesel. But even solid particles, such as soot particles contained in engine oil 2, can accumulate over time on the bending vibrator 3. In general, the components of the mud-like deposits in the oil pans can also attach to the bending vibrator 3. This is done despite the good in itself cleaning effect of the engine oil 2. Support will be the training of Ablagerun ¬ gen at the bending transducers 3 by long downtimes.
Die Reinigung des Biegeschwingers 3 erfolgt vorzugsweise dadurch, dass der für den Messbetrieb typische Frequenzbe¬ reich von 9 bis 18 kHz verlassen und auf höhere Schwingungs¬ frequenzen umgeschaltet wird. Daneben ist es auch möglich, die Amplitude der Biegeschwingung zu erhöhen. Beides führt zu einer Erhöhung der Beschleunigung des Biegeschwingers 3. Dementsprechend erhöhen sich die Kräfte, die auf die Ablage- rungen am Biegeschwinger 3 wirken. Während des Reinigungsbetriebs führt der Biegeschwinger 3 daher eine Schwingung aus, die zur Ablösung oder Verringerung der Ablagerungen auf dem Biegeschwinger 3 führt. Es wird daher wie bei einer herkömm- liehen Ultraschallreinigung der Effekt ausgenutzt, dass sich an der Oberfläche haftende Partikel bei hohen Frequenzen, insbesondere im Ultraschallbereich oberhalb 20 kHz, leicht ablösen lassen, vor allem in Verbindung mit einem chemisch aggressiven Fluid. Aufgrund der guten Reinigungswirkung des Motoröls 2 kann die mit erhöhter Frequenz oder Amplitude erfolgende Schwingung des Biegeschwingers 3 die Reinigungs¬ wirkung des Motoröls 2 wesentlich verstärken.Purification of the flexural resonator 3 preferably takes place in that the typical for the measurement operation is Frequency Ranges ¬ rich leave 9-18 kHz and switched to higher oscillation frequencies ¬. In addition, it is also possible to increase the amplitude of the bending vibration. Both lead to an increase in the acceleration of the bending oscillator 3. Accordingly, the forces that are placed on the storage ments on the bending vibrator 3 act. During the cleaning operation, the bending oscillator 3 therefore executes a vibration which leads to detachment or reduction of the deposits on the bending oscillator 3. Therefore, as in the case of conventional ultrasonic cleaning, the effect is exploited that particles adhering to the surface can easily be detached at high frequencies, in particular in the ultrasonic range above 20 kHz, above all in conjunction with a chemically aggressive fluid. Due to the good cleaning effect of the engine oil 2, which takes place with increased frequency or amplitude oscillation of the bending oscillator 3, the cleaning ¬ effect of the engine oil 2 significantly enhance.
Der Reinigungsbetrieb kann auf verschiedene Art und Weise durchgeführt werden. Zum einen kann der Biegeschwinger 3 inThe cleaning operation can be carried out in various ways. On the one hand, the bending vibrator 3 in
Messpausen oder Stillstandsphasen des Motors als reiner Aktor betrieben werden. Dazu wird ein geeignetes Reinigungssignal an die Aktorschicht 4 angelegt. Das Reinigungssignal kann eine Amplitude oder Frequenz aufweisen, die oberhalb der Amplitude oder Frequenz des für den Messbetrieb verwendeten Aktorsignals liegt. Das Reinigungssignal kann während des Reinigungsvorgangs eine gleich bleibende Amplitude und Fre¬ quenz aufweisen. Die Schwingungsparameter, nämlich die Amplitude und die Frequenz der Schwingung des Biegeschwingers 3, können aber auch durchgestimmt werden, um lokale Partikelanlagerungen gezielt zu beseitigen.Measurement breaks or standstill phases of the motor can be operated as a pure actuator. For this purpose, a suitable cleaning signal is applied to the actuator layer 4. The cleaning signal may have an amplitude or frequency which is above the amplitude or frequency of the actuator signal used for the measuring operation. The cleaning signal may have a constant amplitude and Fre acid sequence during the cleaning process. The oscillation parameters, namely the amplitude and the frequency of the oscillation of the bending oscillator 3, can also be tuned in order to eliminate local particle accumulations in a targeted manner.
Die für den Reinigungsbetrieb verwendeten höheren Frequenzen können dazu führen, dass der Biegeschwinger 3 in höheren Moden mit wenigstens einem Schwingungsknoten schwingt. Unter Umständen treten auch Torsionsschwingungen auf. Schließlich kann bei hohen Frequenzen oder großen Amplituden die Grenze zur Kavitation überschritten werden. In Figur 1 sind verschiedene Kavitationsblasen 18 eingezeichnet. Wenn Kavitation auftritt, ist die Reinigungswirkung besonders gut. Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild einer Sensorschaltung 19 für den Viskositätssensor 1 aus Figur 1. Die Sensorschaltung 19 umfasst einen Mikroprozessor 20, der aus einem Datenspeicher 21 für den Betrieb des Viskositätssensors 1 erforderli- che Betriebsparameter ausliest. Der Mikroprozessor 20 kann beispielsweise für den Messbetrieb oder den Reinigungsbetrieb vorgesehene Betriebsparameter aus dem Datenspeicher 21 auslesen und einen Signalgenerator 22 mit entsprechenden Steuersignalen beaufschlagen. Der Signalgenerator 22 erzeugt dann das Aktorsignal, das an den Kontaktstiften 9 und 10 desThe higher frequencies used for the cleaning operation may cause the flexural vibrator 3 to vibrate in higher modes with at least one node of vibration. Under certain circumstances, torsional vibrations also occur. Finally, at high frequencies or large amplitudes, the limit to cavitation can be exceeded. In Figure 1, various cavitation bubbles 18 are shown. If cavitation occurs, the cleaning effect is particularly good. FIG. 2 shows a block diagram of a sensor circuit 19 for the viscosity sensor 1 from FIG. 1. The sensor circuit 19 comprises a microprocessor 20 which reads out operating parameters required for operation of the viscosity sensor 1 from a data memory 21. The microprocessor 20 can, for example, read out operating parameters provided for the measuring operation or the cleaning operation from the data memory 21 and act on a signal generator 22 with corresponding control signals. The signal generator 22 then generates the actuator signal which is applied to the contact pins 9 and 10 of the
Biegeschwingers 3 anliegt. Ferner ist ein Signalwandler 23 vorgesehen, mit dem sich beispielsweise die Amplitude des von der Sensorschicht 5 gelieferten und an den Kontaktstiften 10 und 11 abgegriffenen Sensorsignals bestimmen lässt. Der Signalgenerator 22 und der Signalwandler 23 beaufschlagen jeweils einen Komparator 24, der die Amplituden des Aktorsignals und des Sensorsignals ins Verhältnis setzt und ein Viskositätsäquivalent an den Mikroprozessor 20 weitergibt.Bending oscillator 3 is applied. Furthermore, a signal converter 23 is provided with which, for example, the amplitude of the sensor signal supplied by the sensor layer 5 and tapped off at the contact pins 10 and 11 can be determined. The signal generator 22 and the signal converter 23 each act on a comparator 24, which sets the amplitudes of the actuator signal and the sensor signal in proportion and passes a viscosity equivalent to the microprocessor 20.
Die in Figur 2 dargestellte Sensorschaltung 19 kann um weitere Sensoren zur Überwachung der Schwingungsfrequenz des Biegeschwingers 3 oder der Temperatur und der Permittivität des Motoröls 2 ergänzt werden. Die Sensoren zur Messung der Temperatur oder der Permittivität können auch auf dem Biege- schwinger 3 ausgebildet sein.The sensor circuit 19 shown in FIG. 2 can be supplemented by further sensors for monitoring the oscillation frequency of the bending oscillator 3 or the temperature and the permittivity of the engine oil 2. The sensors for measuring the temperature or the permittivity can also be formed on the bending oscillator 3.
Der Mikroprozessor 20 sorgt dafür, dass in Messpausen oder in Stillstandsphasen des Motors der Reinigungsbetrieb durchge¬ führt wird. Der Mikroprozessor 20 kann dabei ein Teil der Motorsteuerung sein oder mit der Motorsteuerung in Verbindung stehen .The microprocessor 20 ensures that will Runaway ¬ into measuring pauses or stoppage phases of the motor of the cleaning operation. The microprocessor 20 may be a part of the engine control or be in communication with the engine control.
Der hier beschriebene Viskositätssensor 1 weist eine Reihe von Vorteilen auf. Durch den Reinigungsbetrieb können ver- schmutzungsbedingte Alterungseffekte wirksam unterdrückt werden. Außerdem können am Biegeschwinger 3 anhaftende Sedimente oder Partikel unter Einsatz des Fluids vom Biegeschwin- ger 3 gelöst werden. Für die Durchführung der Reinigung können in der Regel herkömmliche Sensorschaltungen verwendet werden, die gegebenenfalls umprogrammiert werden. Der Reini¬ gungsbetrieb kann gegebenenfalls auch für die Eigendiagnose des Viskositätssensors 1 verwendet werden. Beispielsweise lässt sich im Reinigungsbetrieb auch ein Bruch des Biege¬ schwingers 3 oder ein Einspannfehler des Biegeschwingers 3 feststellen .The viscosity sensor 1 described here has a number of advantages. The cleaning operation can effectively suppress contamination-related aging effects. In addition, sediment or particles adhering to the bending vibrator 3 can be conveyed away from the bending velocity using the fluid. ger 3 are solved. In order to carry out the cleaning, it is generally possible to use conventional sensor circuits which may be reprogrammed. The cleaning ¬ supply operation may optionally also be used for self-diagnosis of the viscosity sensor. 1 For example, a breakage of the bending oscillator 3 or a clamping error of the bending oscillator 3 can also be detected in the cleaning operation.
Bei einer abgewandelten Ausführungsform des Viskositätssensors 1 schwingt der Biegeschwinger 3 dauerhaft in einem Schwingungsmodus, der von vornherein die Ausbildung von Ablagerungen auf dem Biegeschwinger 3 verhindert. Dies lässt sich beispielsweise erreichen, indem die Abmessungen des Biegeschwingers 3, insbesondere seine Länge und seine Breite sowie die Materialzusammensetzung des Biegeschwingers 3 so gewählt werden, dass die Frequenz und die Amplitude des für den Messbetrieb verwendeten Schwingungszustands ausreichend groß sind, um die Anlagerung von Partikeln an dem Biege- schwinger 3 von vornherein zu verhindern.In a modified embodiment of the viscosity sensor 1, the flexural vibrator 3 oscillates permanently in a vibration mode which prevents the formation of deposits on the flexural vibrator 3 from the outset. This can be achieved, for example, by selecting the dimensions of the bending oscillator 3, in particular its length and width, as well as the material composition of the bending oscillator 3 so that the frequency and the amplitude of the oscillation state used for the measuring operation are sufficiently large for the addition of particles to prevent the bending oscillator 3 from the outset.
Es sei angemerkt, dass das hier beschriebene Konzept auch auf anderen Viskositätssensoren mit Schwingungselementen angewandt werden kann, beispielsweise auf Viskositätssensoren, die an beiden Enden eingespannt sind.It should be noted that the concept described here can also be applied to other viscosity sensors with vibration elements, for example to viscosity sensors clamped at both ends.
Schließlich sei noch angemerkt, dass die hier beschriebenen Fluidsensoren zur Messung von charakteristischen Eigenschaften beliebiger Flüssigkeiten und Gase verwendet werden kön- nen.Finally, it should be noted that the fluid sensors described here can be used to measure the characteristic properties of any liquids and gases.
Schließlich sei darauf hingewiesen, dass Merkmale und Eigenschaften, die im Zusammenhang mit einem bestimmten Ausführungsbeispiel beschrieben worden sind, auch mit einem anderen Ausführungsbeispiel kombiniert werden können, außer wenn dies aus Gründen der Kompatibilität ausgeschlossen ist. Es wird darauf hingewiesen, dass in den Ansprüchen und in der Beschreibung der Singular den Plural einschließt, außer wenn sich aus dem Zusammenhang etwas anderes ergibt . Insbesondere wenn der unbestimmte Artikel verwendet wird, ist sowohl der Singular als auch der Plural gemeint . Finally, it should be understood that features and characteristics described in connection with a particular embodiment may be combined with another embodiment except where excluded for compatibility. It should be noted that in the claims and the description, the singular includes the plural unless the context indicates otherwise. In particular, when the indefinite article is used, it means both the singular and the plural.

Claims

Patentansprüche claims
1. Fluidsensor zur Bestimmung der charakteristischen Eigenschaften eines Fluids (2) mit einem in das Fluid (2) einbringbaren Schwingungselement (3) , das mit Hilfe einer Steuerschaltung (19) in Schwingungen versetzbar ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s das Schwingungselement (3) von der Steuerschaltung (19) in einem Schwingungsmodus betreibbar ist, der der Ausbil- düng von Ablagerungen auf dem Schwingungselement (3) ent¬ gegenwirkt .A fluid sensor for determining the characteristic properties of a fluid (2) with a vibration element (3) which can be set into the fluid (2) and which can be set into vibration by means of a control circuit (19), characterized in that the vibration element (3) is actuated by the Control circuit (19) is operable in a vibration mode, the ent-fertilg of deposits on the vibration element (3) ent ¬ counteracts.
2. Fluidsensor nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s das Schwingungselement (3) von der Steuerschaltung (19) zwischen einem Messbetrieb und einem Reinigungsbetrieb umschaltbar ist, in dem die Steuerschaltung (19) das Schwingungselement (3) in wenigstens einem der Reinigung des Schwingungselements (3) förderlichen Schwingungsmodus betreibt.2. Fluid sensor according to claim 1, characterized in that the vibration element (3) of the control circuit (19) is switchable between a measuring operation and a cleaning operation in which the control circuit (19) the vibration element (3) in at least one of the cleaning of the vibration element ( 3) operates beneficial vibration mode.
3. Fluidsensor nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s das Schwingungselement (3) von der Steuerschaltung (19) zwischen einem für den Messbetrieb verwendbaren Schwingungsmodus mit niedriger Schwingungsenergie und einem der Reinigung des Schwingungselements (3) dienenden Schwin¬ gungsmodus mit hoher Schwingungsenergie umschaltbar ist.3. Fluid sensor according to claim 2, characterized in that the vibration element (3) of the control circuit (19) can be switched between a usable for measuring mode vibration mode with low vibration energy and the cleaning of the vibration element (3) vibra ¬ tion mode with high vibration energy.
4. Fluidsensor nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Frequenz eines für den Reinigungsbetrieb verwendeten Schwingungsmodus oberhalb der Frequenz eines für den Messbetrieb verwendeten Schwingungsmodus liegt.4. The fluid sensor according to claim 3, wherein a frequency of a vibration mode used for the cleaning operation is above the frequency of a vibration mode used for the measuring operation.
5. Fluidsensor nach Anspruch 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Amplitude eines für den Reinigungsbetrieb verwendeten Schwingungsmodus oberhalb der Amplitude eines für den Messbetrieb verwendeten Schwingungsmodus liegt.5. Fluid sensor according to claim 3 or 4, characterized in that the amplitude of a vibration mode used for the cleaning operation is above the amplitude of a vibration mode used for the measuring operation.
6. Fluidsensor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Steuerschaltung (19) für den Messbetrieb und den Rei¬ nigungsbetrieb jeweils vorbestimmte Werte für die Schwin¬ gungsparameter aus einem Datenspeicher (21) ausliest.6. Fluid sensor according to one of claims 2 to 5, characterized in that the control circuit (19) for the measuring operation and the Rei ¬ nigungsbetrieb each read out predetermined values for the vibra ¬ tion parameters from a data memory (21).
7. Fluidsensor nach einem der Ansprüche 2 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Steuerschaltung (19) den Reinigungsbetrieb in einem messfreien Zeitintervall durchführt.7. The fluid sensor according to claim 2, wherein the control circuit carries out the cleaning operation in a time interval free of measurement.
8. Fluidsensor nach einem der Ansprüche 2 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s im Reinigungsbetrieb ein die Grenze zur Kavitation über¬ schreitender Schwingungsmodus einstellbar ist.8. Fluid sensor according to one of claims 2 to 7, characterized in that in the cleaning mode, a limit to cavitation over ¬ bordering vibration mode is adjustable.
9. Fluidsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s das Schwingungselement ein wenigstens einseitig einge¬ spannter Biegeschwinger (3) ist.9. The fluid sensor of any of claims 1 to 8, characterized in that the vibration element is an at least one-side ¬ tensioned flexural oscillator (3).
10. Fluidsensor nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s der Biegeschwinger (3) mehrschichtig mit einer Aktorschicht (4) und einer Sensorschicht (5) ausgebildet ist. 10. The fluid sensor according to claim 9, characterized in that the bending oscillator (3) is designed as a multi-layered layer with an actuator layer (4) and a sensor layer (5).
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