WO2010091663A1 - Messeinrichtung zur überwachung des zustands einer flüssigkeit - Google Patents

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WO2010091663A1
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Karl-Friedrich Pfeiffer
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Conti Temic Microelectronic GmbH
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    • G01N33/28—Oils, i.e. hydrocarbon liquids
    • G01N33/2835—Specific substances contained in the oils or fuels
    • G01N33/2847—Water in oils

Definitions

  • the invention relates to a measuring device for monitoring the state of a liquid. Furthermore, the invention is directed to a corresponding method for monitoring the state of a liquid. The invention is also directed to a motor vehicle with a corresponding measuring device. The method for monitoring the state of a liquid can also be used accordingly in a motor vehicle.
  • the liquid to be monitored is a liquid which is used in a motor vehicle.
  • Such a liquid can be, for example, the brake fluid for actuating the brakes of a motor vehicle, a liquid fuel or fuel for combustion in an internal combustion engine of the motor vehicle, or a urea solution for after-treatment of exhaust gases in a catalytic converter of the motor vehicle.
  • a motor vehicle may be a passenger car, a truck, a bus or a motorcycle.
  • the property of the brake fluid in a motor vehicle deteriorates during its period of use.
  • the brake fluid (DOT 3) initially has a boiling temperature of about 205 ° C, which then drops to about 155 ° C or even less during their use. Since the brake fluid is hygroscopic, it absorbs water during use, for example from the air. Ingested water lowers the boiling point of the brake fluid. If the boiling temperature of the brake fluid drops too low, there is a risk that the brake device will no longer function safely. The brake fluid tends to burn when heated to blistering. In contrast to liquids, gases are compressible, so that when the formation of vapor bubbles, the pedal force applied to the brake pedal can no longer be reliably transmitted to the wheel brake cylinder via the brake fluid.
  • the brake fluid is often changed "on suspicion” or at regular intervals, but it is also often found during the inspection or maintenance of the vehicle, the poor condition of the brake fluid, so that it is replaced
  • the disadvantage here is that the state of the brake fluid, for example, directly on the brake calipers can be different than in the expansion tank.
  • the invention is therefore based on the object to provide a measuring device with which the state of a liquid can be taken in a particularly simple and safe. Furthermore, the measuring device should be designed to be extremely small, so that it can be accommodated on as many, even spatially very cramped places.
  • the invention is also based on the object to provide a corresponding method. A corresponding motor vehicle should also be created.
  • the essence of the invention is that a capacitor is used to monitor the state of a liquid to be monitored, the capacity of which depends on the state of the liquid in its field region becomes.
  • the liquid provides a detectable dielectric contribution.
  • the capacitance of the capacitor is monitored.
  • the embodiment according to claim 6 is characterized by its small footprint.
  • a ceramic substrate has a particularly high chemical and thermal insensitivity to liquids to be monitored.
  • the temperature measurement by means of a conductor track makes use of the fact that the electrical resistance of the conductor track depends on the conductor track temperature. If one knows the electrical resistance of the track at a certain temperature and the change of the resistance of the track with a change in temperature, so you can calculate the temperature of the same in a wide temperature range from the measurement of the electrical resistance of the conductor. - A -
  • a minimum switch a level indicator is created. If a minimum, predetermined level of the liquid is reached, a corresponding note can be issued.
  • FIG. 1 is a schematic view of a measuring device according to the invention according to a first embodiment
  • FIG. 2 is a flowchart showing in simplified form the operation of the measuring device shown in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a flowchart showing in simplified form the operation of the measuring device shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the extended operation of the measuring device shown in FIG. 1;
  • Fig. 4 is a simplified view of a measuring device according to the invention according to a further embodiment.
  • the measuring device comprises a heating element 1 for heating the liquid to be monitored up to its boiling point or boiling point, a passive temperature measuring element 2 for determining the boiling temperature of the liquid, a condenser 3 and a central unit 4, which has control functions and evaluation functions.
  • the heating element 1, the temperature measuring element 2 and the capacitor 3 are connected to the central unit 4 via corresponding lines 5, 6 and 7 respectively. Through the line 5 between the heating element 1 and the central unit 4, the heating element 1 can be switched on or off. Via the line 6 between the temperature measuring element 2 and the central unit 4, temperature data, in particular boiling temperature data, of the liquid can be determined by the central unit 4. Capacitance values of the capacitor 3 can be determined by the central unit 4 via the line 7 between the capacitor 3 and the central unit 4.
  • the heating element 1, the temperature-measuring element 2 and the condenser 3 are substantially in direct contact with the liquid to be monitored, that is, they can be wetted by this, but are optionally electrically isolated from the liquid. They can be placed in a reservoir or in a corresponding liquid line that carries the liquid. Preferably, they are arranged essentially in a spatially limited measuring range, such as a measuring chamber, into which the liquid to be monitored can also flow.
  • the condenser 3 comprises two plate-like elec- trodes 8, 9, which run parallel and spaced from one another.
  • the electrodes 8, 9 are made of an electrically conductive material. Between the two electrodes 8, 9 is the field region 10 of the capacitor 3, which is penetrated by an electric field during operation of the capacitor 3.
  • the electrodes 8, 9 are substantially complete with the liquid to be monitored in contact, but are optionally electrically isolated from the liquid.
  • the electrodes 8, 9 are connected via a line 7 to the central unit 4 for measuring the capacitance of the capacitor 3.
  • the heating element 1 is arranged, which is designed as a heating resistance element.
  • the heating element 1 preferably extends substantially over the entire width dimension of the electrodes 8, 9 according to FIG. 1 and is connected via the line 5 to the central unit 4 for actuation. It is designed to be particularly long, to allow the fastest possible heating of the liquid.
  • the heating element 1 in this embodiment runs like a loop in the field region 10.
  • the central unit 4 can supply the heating element 1 with electricity, in order to bring about a heating thereof.
  • the heating element 1 is also in direct contact with the liquid to be monitored, so that it is wetted and the liquid can heat to their respective boiling point.
  • the temperature measuring element 2 protrudes into the field region 10 in order to determine the boiling temperature of the liquid located there. It is connected via the line 6 to the central unit 4, so that the current temperature, in particular the boiling temperature, the liquid to be monitored can be determined.
  • the heating element 1 is activated, in which this is energized via line 5.
  • the actuation of the heating element 1 can be carried out at any intervals or at certain times by the central unit 4.
  • the start of the measurement can For example, take place simultaneously with the start of the engine of the motor vehicle.
  • the liquid located between the electrodes 8, 9 in the field region 10 is heated by the heating element 1 until it boils.
  • This reference step 11 of the heating element 1 is assigned the reference symbol 11 in FIG.
  • the central unit 4 it is checked in the central unit 4 whether the previous change in capacitance of the capacitor 3 per unit of time has exceeded a predetermined capacitance change threshold.
  • the threshold may have been determined from experimental trials.
  • the specification of the threshold value is identified by the reference numeral 13.
  • the check as to whether the capacitance change of the capacitor 3 per time unit according to step 12 exceeds the threshold value according to the specification 13 takes place in step 14.
  • the transmission of the threshold value for step 14 is assigned the arrow 19. If the predetermined threshold is not exceeded, then again the capacitance change of the capacitor 3 per unit time is determined, so that the step 12 is performed again. This repetition step is shown by the arrow 20. If the given
  • Threshold is exceeded, the current boiling temperature of the liquid between the electrodes 8, 9 is determined via the temperature-measuring element 2.
  • the measurement of the boiling temperature of the liquid by the temperature measuring element 2 is indicated by the reference numeral 15. This measuring step takes place after the step 14, which is shown by the arrow between step 14 and step 15.
  • step 15a occurs after the step 15, which is shown by the arrow 15b.
  • the specification of the limit value for step 15a is indicated by reference numeral 15c.
  • the output of indications of the boiling temperature of the liquid is indicated at steps 16a / b, which occur according to arrows 22a and 22b after time after step 15a. If the boiling point falls below a certain limit value, a corresponding warning message 16b is output by the central unit 4, otherwise according to 16a the message that the boiling point is still sufficiently high. If the boiling temperature limit has not been reached, the liquid should then be replaced by a new liquid. For example, the liquid is then heavily contaminated or has too high a water content, both of which affect the quality of the liquid. After determining the boiling point of the liquid at step 15, the heating element 1 can be switched off again by the central unit 4 and the measurement can be ended.
  • the heating element 1 can also be designed as a temperature measuring element. It then has a so-called dual function. The separate temperature measuring element 2 can then be dispensed with.
  • the heating element 1 can also be energized by the central unit 4 here.
  • the actuation of the heating element 1 can be triggered for example by the start of the engine of the motor vehicle. It is then checked by the CPU 4 in step 12, whether the capacitance of the capacitor 3 changes. If the capacitance of the capacitor 3 abruptly changes - which can be determined by step 14 - although the heating element 1 is not turned on, after a test 23 an output of a corresponding warning via the central unit 4, according to which then too little liquid in the System is. A predetermined level was undershot. In the test 23 it is checked whether the heating element 1 is turned on or off.
  • the connection between steps 14 and 23 is assigned the reference numeral 28.
  • the output of the warning is assigned the reference numeral 24.
  • the transmission between steps 23 and 24 has the reference numeral 25. After the output be the warning at 24 is again step 12; the reference numeral 27 is associated with this continuous loop.
  • the step 15 that is, the boiling point of the liquid is determined by the temperature measuring element 2 .
  • the step 15 takes place after the step 23, which is indicated by the arrow 26.
  • step 15 the corresponding steps according to FIG. 2 may again follow, to which reference is hereby made again.
  • the current boiling temperature of the liquid is thus compared in step 15a in the central unit 4 with a predetermined boiling temperature limit value, which is given measure 15c.
  • the output of liquid boiling temperature indications is indicated at steps 16a / b, which are timed after step 15a according to arrows 22a and 22b. If the boiling point falls below a certain limit value, a corresponding warning 16b is output by the central unit 4, otherwise, according to 16a, the message that the boiling point is still sufficiently high. If the boiling temperature limit has not been reached, the liquid should then be replaced by a new liquid.
  • the step 12 can again take place, in which the capacitance change of the capacitor 3 per unit of time is monitored by the central unit 4.
  • the connection between steps 15 and 12 has the reference numeral 27. This is a continuous loop.
  • the boiling point measurement can be ended via a connection 29.
  • the termination of the boiling point measurement the reference numeral 30 is assigned.
  • the steps 15 and 30 are interconnected.
  • the heating element 1 is switched off via a connection 31, after the boiling point of the liquid has been determined.
  • the continuous loop 27 continues to be executed independently.
  • the capacitor 3 is designed as an interdigital capacitor, which accordingly has interdigital electrodes 8, 9.
  • Each electrode 8, 9 has projections 21 and 32, respectively, which extend in the direction of the adjacent electrode 8, 9.
  • the projections 21, 32 engage in one another like a fanner.
  • the field region 10 comprises a volume region around the two electrodes 8, 9, which is essentially determined by the dimensions of the electrodes 8, 9 and their distance from one another. Between the electrodes 8, 9, the heating element 1 is arranged, which runs around the projections 21 and 32 and is therefore formed meander-shaped.
  • a temperature measuring element 33 is provided which extends at a distance from the electrodes 8, 9.
  • the heating element 1 can also serve as a temperature measuring element here. However, it is also possible here again to find the separate temperature measuring element 2 which projects into the field region 10.
  • the electrodes 8, 9, the heating element 1, the temperature measuring element 33 and possibly the temperature measuring element 2 are again connected to the central unit 4 via corresponding lines.
  • the temperature-measuring element 33 is again actuated here, if a sudden or abrupt change in capacitance of the capacitor 3 is detected by the central unit 4.
  • the operation or use of this measuring device essentially corresponds to the previously described type and way. These are referred to.
  • This measuring device has an extremely small design, so that it can be arranged almost arbitrarily. For example, it can be installed in the monitoring of the state of a brake fluid in the caliper of a braking device at which a much lower boiling point than in a
  • Brake fluid reservoir may be present.
  • the second temperature-measuring element 33 may be formed, for example, as printed circuit trace. Further, due to the extremely small field area 10, only an extremely small amount of liquid needs to be heated. Preferably, the entire measuring device is arranged in a spatially limited measuring chamber.
  • the state of the fuel in a tank of a motor vehicle or in the fuel supply to an internal combustion engine of a motor vehicle can be monitored with the measuring device because the ignitability of the fuel is related to the fuel boiling point.
  • the measuring device can find application in a urea solution. Care should be taken to ensure that the volume of urea solution heated is as small as possible in order to avoid an excessive concentration change in the urea tank.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zur Überwachung des Zustands einer Flüssigkeit, die umfasst ein Heizelement (1) zur Erhitzung der zu überwachenden Flüssigkeit bis zu deren Siedepunkt, ein Temperatur-Messelement (1, 2) zur Bestimmung der Siedetemperatur der Flüssigkeit und einen Kondensator (3) mit einer ersten Elektrode (8), einer zu der ersten Elektrode (8) beabstandet angeordneten zweiten Elektrode (9), und einem Feldbereich (10) zwischen den Elektroden (8, 9) für die erhitzte Flüssigkeit, so dass bei einer Messung die erhitzte Flüssigkeit im Feldbereich (10) einen Dielektrizitätsbeitrag liefert. Ferner umfasst die Messeinrichtung eine Zentraleinheit (4), die mit dem Kondensator (3) zur Überwachung von dessen Kapazität und mit dem Temperatur-Messelement (1, 2) zur Messung der Temperatur der Flüssigkeit in Verbindung steht.

Description

Messeinrichtung zur Überwachung des Zustands einer Flüssigkeit
Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zur Überwachung des Zustands einer Flüssigkeit. Ferner richtet sich die Erfindung auf ein entspre- chendes Verfahren zur Überwachung des Zustands einer Flüssigkeit. Die Erfindung ist auch auf ein Kraftfahrzeug mit einer entsprechenden Messeinrichtung gerichtet. Das Verfahren zur Überwachung des Zustands einer Flüssigkeit kann auch entsprechend in einem Kraftfahrzeug genutzt werden. Vorzugsweise handelt es sich bei der zu überwachenden Flüssigkeit um eine Flüssigkeit, die in einem Kraftfahrzeug eingesetzt wird. Eine solche Flüssigkeit kann beispielsweise die Bremsflüssigkeit zur Betätigung der Bremsen eines Kraftfahrzeugs, ein flüssiger Kraftstoff bzw. Treibstoff zur Verbrennung in einem Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs oder eine Harnstofflösung zur Nachbehandlung von Abgasen in einem Katalysa- tor des Kraftfahrzeugs sein. Ein Kraftfahrzeug kann ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen, ein Omnibus oder ein Motorrad sein.
Es ist allgemein bekannt, dass sich die Eigenschaft der Bremsflüssigkeit in einem Kraftfahrzeug während ihrer Einsatzdauer verschlechtert. Durch den Siedepunkt bzw. die Siedetemperatur der Bremsflüssigkeit kann jeweils der aktuelle Zustand bzw. die aktuelle Qualität der Bremsflüssigkeit ermittelt werden. Beispielsweise hat die Bremsflüssigkeit (DOT 3) anfangs eine Siedetemperatur von etwa 205° C, die dann bis auf ca. 155° C oder noch weniger während ihres Einsatzes abfällt. Da die Bremsflüssigkeit hygro- skopisch ist, nimmt sie während ihres Einsatzes Wasser, beispielsweise aus der Luft, auf. Aufgenommenes Wasser senkt den Siedepunkt der Bremsflüssigkeit. Wenn die Siedetemperatur der Bremsflüssigkeit zu weit absinkt, besteht die Gefahr, dass die Bremseinrichtung nicht mehr sicher funktioniert. Die Bremsflüssigkeit neigt nämlich bei Erhitzung zur Dampf- blasenbildung. Im Gegensatz zu Flüssigkeiten sind Gase kompressibel, so dass bei Dampfblasenbildung die auf das Bremspedal aufgebrachte Pedalkraft nicht mehr zuverlässig über die Bremsflüssigkeit auf den Radbremszylinder übertragen werden kann.
Die Bremsflüssigkeit wird häufig „auf Verdacht" oder in regelmäßigen Abständen gewechselt. Oftmals wird aber auch bei der Inspektion bzw. der Wartung des Kraftfahrzeugs der mangelhafte Zustand der Bremsflüssigkeit festgestellt, so dass diese dann ausgetauscht wird. Es ist auch bekannt, über einen Sensor im Ausgleichsbehälter des in dem Kraftfahrzeug untergebrachten Bremssystems den aktuellen Zustand der Bremsflüssigkeit zu bestimmen. Nachteilig ist hier, dass der Zustand der Bremsflüssigkeit beispielsweise direkt an den Bremssätteln anders als in dem Ausgleichsbehälter sein kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Messeinrichtung bereitzustellen, mit welcher der Zustand einer Flüssigkeit besonders einfach und sicher aufgenommen werden kann. Ferner soll die Messeinrichtung äußerst klein ausgebildet sein, so dass sie an möglichst vielen, auch räumlich sehr beengten Stellen untergebracht werden kann. Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, ein entsprechendes Verfahren bereitzustellen. Ein entsprechendes Kraftfahrzeug soll ebenfalls geschaffen werden.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die in den Ansprüchen 1 , 10 und 14 angegebenen Merkmale gelöst. Der Kern der Erfindung liegt darin, dass zur Überwachung des Zustands einer zu überwachenden Flüssigkeit ein Kondensator herangezogen wird, dessen Kapazität in Abhängigkeit des Zustands der Flüssigkeit in seinem Feldbereich beeinflusst wird. Die Flüssigkeit liefert dabei einen detektierbaren Dielektrizitäts- beitrag. Die Kapazität des Kondensators wird überwacht.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteran- sprächen angegeben.
Durch die Ausgestaltungen nach den Unteransprüchen 2, 3 und 4 wird eine äußerst energiesparende und genaue Messung ermöglicht. Die Abführung von Energie durch Konvektion bzw. Wärmeleitung wird nämlich durch die Begrenzung des Messbereichs eingeschränkt.
Durch die Interdigitalstrukturen eines Interdigitalkondensators nach Anspruch 5 kann der aktuelle Zustand von Flüssigkeiten, Gasen und Dämpfen besonders gut und auf engstem Raum bestimmt werden.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 6 zeichnet sich durch ihren geringen Platzbedarf aus. Ein Keramiksubstrat weist eine besonders große chemische und thermische Unempfindlichkeit gegenüber zu überwachenden Flüssigkeiten aus.
Durch die Ausgestaltung nach den Ansprüchen 7 bis 9 kann die Genauigkeit der Temperaturmessung stark verbessert werden. Die Temperaturmessung mittels einer Leiterbahn macht sich die Tatsache zunutze, dass der elektrische Widerstand der Leiterbahn von der Leiterbahn-Temperatur ab- hängt. Wenn man den elektrischen Widerstand der Leiterbahn bei einer bestimmten Temperatur und die Änderung des Widerstands der Leiterbahn bei einer Temperaturänderung kennt, so kann man in einem weiten Temperaturbereich aus der Messung des elektrischen Widerstands der Leiterbahn die Temperatur derselben errechnen. - A -
Di e Ausführungen nach den Ansprüchen 11 und 12 zeichnen sich jeweils durch ihre äußerst energiesparende Betriebsweise aus.
Durch die Ausführung nach Anspruch 13 wird ein Minimumschalter einer Füllstandsanzeige geschaffen. Wenn ein minimaler, vorgegebener Füllstand der Flüssigkeit erreicht wird, kann ein entsprechender Hinweis ausgegeben werden.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2 ein Flussdiagramm, das vereinfacht den Betrieb der in Fig. 1 gezeigten Messeinrichtung zeigt,
Fig. 3 ein Flussdiagramm, das den erweiterten Betrieb der in Fig. 1 ge- zeigten Messeinrichtung zeigt, und
Fig. 4 eine vereinfachte Ansicht einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Bezug nehmend auf Fig. 1 wird zunächst der prinzipielle Aufbau der
Messeinrichtung beschrieben. Die Messeinrichtung umfasst ein Heizelement 1 zur Erhitzung der zu überwachenden Flüssigkeit bis zu deren Siedepunkt bzw. Siedetemperatur, ein passives Temperatur-Messelement 2 zur Bestimmung der Siedetemperatur der Flüssigkeit, einen Kondensator 3 und eine Zentraleinheit 4, die Steuerungsfunktionen und Auswertefunktionen hat.
Das Heizelement 1 , das Temperatur-Messelement 2 und der Kondensator 3 sind an die Zentraleinheit 4 über entsprechende Leitungen 5, 6 bzw. 7 angeschlossen. Durch die Leitung 5 zwischen dem Heizelement 1 und der Zentraleinheit 4 kann das Heizelement 1 eingeschaltet bzw. ausgeschaltet werden. Über die Leitung 6 zwischen dem Temperatur-Messelement 2 und der Zentraleinheit 4 können Temperaturdaten, insbesondere Siedetempera- turdaten, der Flüssigkeit durch die Zentraleinheit 4 ermittelt werden. Über die Leitung 7 zwischen dem Kondensator 3 und der Zentraleinheit 4 können Kapazitätswerte des Kondensators 3 durch die Zentraleinheit 4 ermittelt werden.
Das Heizelement 1 , das Temperatur-Messelement 2 und der Kondensator 3 stehen im Wesentlichen im direkten Kontakt mit der zu überwachenden Flüssigkeit, das heißt sie können von dieser benetzt werden, sind aber gegebenenfalls elektrisch von der Flüssigkeit isoliert. Sie können in einem Vorratsbehälter oder in einer entsprechenden Flüssigkeits-Leitung ange- ordnet sein, die die Flüssigkeit führt. Vorzugsweise sind sie im Wesentlichen in einem räumlich begrenzten Messbereich, wie einer Messkammer, angeordnet, in die auch die zu überwachende Flüssigkeit strömen kann.
Detaillierter betrachtet umfasst der Kondensator 3 zwei plattenartige Elekt- roden 8, 9, die parallel und beabstandet zueinander verlaufen. Die Elektroden 8, 9 sind aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt. Zwischen den beiden Elektroden 8, 9 befindet sich der Feldbereich 10 des Kondensators 3, der im Betrieb des Kondensators 3 von einem elektrischen Feld durchsetzt ist. Die Elektroden 8, 9 stehen im Wesentlichen vollständig mit der zu überwachenden Flüssigkeit in Kontakt, sind aber gegebenenfalls elektrisch von der Flüssigkeit isoliert. Die Elektroden 8, 9 sind über eine Leitung 7 an die Zentraleinheit 4 zur Messung der Kapazität des Kondensators 3 angeschlossen.
In dem Feldbereich 10 ist das Heizelement 1 angeordnet, das als Heiz- Widerstandselement ausgebildet ist. Das Heizelement 1 erstreckt sich vorzugsweise im Wesentlichen über die gesamte Breitenabmessung der Elektroden 8, 9 gemäß Fig. 1 und ist über die Leitung 5 an die Zentraleinheit 4 zur Betätigung angeschlossen. Es ist besonders lang ausgebildet, um eine möglichst schnelle Erhitzung der Flüssigkeit zu ermöglichen. Das Heizelement 1 verläuft in dieser Ausführungsform schleifenartig in dem Feldbereich 10. Die Zentraleinheit 4 kann das Heizelement 1 mit Strom versorgen, um eine Erhitzung desselben zu bewirken. Das Heizelement 1 steht ebenfalls mit der zu überwachenden Flüssigkeit im direkten Kontakt, so dass dieses benetzt wird und die Flüssigkeit bis zu ihrem jeweiligen Siedepunkt erhitzen kann.
Das Temperatur-Messelement 2 ragt in den Feldbereich 10, um die Siede- temperatur der dort befindlichen Flüssigkeit zu bestimmen. Es ist über die Leitung 6 an die Zentraleinheit 4 angeschlossen, damit die aktuelle Temperatur, insbesondere die Siedetemperatur, der zu überwachenden Flüssigkeit ermittelt werden kann.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 die Funktion der Messeinrichtung detaillierter beschrieben. Zunächst wird das Heizelement 1 aktiviert, in dem dieses über die Leitung 5 bestromt wird. Das Betätigen des Heizelements 1 kann in beliebigen Abständen oder bei bestimmten Zeitpunkten durch die Zentraleinheit 4 erfolgen. Der Start der Messung kann beispielsweise gleichzeitig mit dem Start des Motors des Kraftfahrzeugs erfolgen. Die sich zwischen den Elektroden 8, 9 in dem Feldbereich 10 befindende Flüssigkeit wird durch das Heizelement 1 erhitzt, bis diese siedet. Diesem Betätigungsschritt des Heizelements 1 ist in Fig. 2 das Bezugszei- chen 11 zugeordnet.
Beim Siedepunkt der Flüssigkeit bildet sich eine Vielzahl von Gasbläschen in der Flüssigkeit. Da der Dampf der Flüssigkeit eine andere Permittivität, also eine andere dielektrische Leitfähigkeit, als die Flüssigkeit selbst hat, ändert sich beim Siedepunkt der Flüssigkeit die Kapazität des Kondensators 3 abrupt. Diese abrupte Änderung der Kapazität des Kondensators 3 wegen der Dampfblasenbildung ist wesentlich stärker als die Änderung der Kapazität des Kondensators 3 aufgrund der Temperaturänderung der Flüssigkeit davor, die eher langsam erfolgt. Die Gasblasen verdrängen bei ihrer Bildung einen Teil der Flüssigkeit aus dem Feldbereich 10 des Kondensators 3. Der Überwachungsschritt der Kapazitätsänderung des Kondensators 3 für eine bestimmte Zeit, der in der Zentraleinheit 4 durchgeführt wird, ist in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 12 gekennzeichnet. Er folgt zeitlich nach dem Schritt 11 , was durch den Pfeil 17 angegeben ist.
Danach wird in der Zentraleinheit 4 geprüft, ob die vorherige Kapazitätsänderung des Kondensators 3 pro Zeiteinheit einen vorbestimmten Kapazi- tätsänderungs- Schwellenwert überschritten hat. Der Schwellenwert kann aus experimentellen Versuchen ermittelt worden sein. Die Vorgabe des Schwellenwerts ist mit dem Bezugszeichen 13 gekennzeichnet. Die Prüfung, ob die Kapazitätsänderung des Kondensators 3 pro Zeiteinheit gemäß Schritt 12 den Schwellenwert gemäß der Vorgabe 13 überschreitet, erfolgt bei Schritt 14. Der Übermittlung des Schwellenwerts für den Schritt 14 ist der Pfeil 19 zugeordnet. Wenn der vorgegebene Schwellenwert nicht überschritten wird, wird daraufhin wieder die Kapazitätsänderung des Kondensators 3 pro Zeiteinheit ermittelt, sodass der Schritt 12 erneut durchgeführt wird. Dieser Wiederho- lungsschritt ist durch den Pfeil 20 dargestellt. Wenn der vorgegebene
Schwellenwert überschritten wird, wird über das Temperatur-Messelement 2 die aktuelle Siedetemperatur der Flüssigkeit zwischen den Elektroden 8, 9 bestimmt. Die Messung der Siedetemperatur der Flüssigkeit durch das Temperatur-Messelement 2 ist durch das Bezugszeichen 15 angegeben. Dieser Messschritt erfolgt zeitlich nach dem Schritt 14, was durch den Pfeil zwischen Schritt 14 und Schritt 15 gezeigt ist.
Die aktuelle Siedetemperatur der Flüssigkeit wird dann im Schritt 15a in der Zentraleinheit 4 mit einem Siedetemperatur-Grenzwert verglichen. Der Schritt 15a erfolgt zeitlich nach dem Schritt 15, was durch den Pfeil 15b gezeigt ist. Die Vorgabe des Grenzwerts für den Schritt 15a ist mit dem Bezugszeichen 15c gekennzeichnet. Die Ausgabe von Hinweisen zu der Siedetemperatur der Flüssigkeit ist bei Schritten 16a/b angegeben, die gemäß den Pfeilen 22a und 22b zeitlich nach dem Schritt 15a erfolgt. Wenn der Siedepunkt einen bestimmten Grenzwert unterschreitet, wird durch die Zentraleinheit 4 ein entsprechender Wamhinweis 16b ausgegeben, ansonsten gemäß 16a die Meldung, dass der Siedepunkt noch ausreichend hoch ist. Ist der Grenzwert für die Siedetemperatur unterschritten, sollte die Flüssigkeit dann durch eine neue Flüssigkeit ersetzt werden. Beispielsweise ist die Flüssigkeit dann stark verunreinigt oder hat einen zu hohen Wassergehalt, was beides die Qualität der Flüssigkeit beeinträchtigt. Nach der Bestimmung des Siedepunkts der Flüssigkeit bei Schritt 15 kann das Heizelement 1 durch die Zentraleinheit 4 wieder ausgeschaltet und die Messung beendet werden.
Das Heizelement 1 kann auch als Temperatur-Messelement ausgebildet sein. Es weist dann eine sogenannte Doppelfunktion auf. Auf das separate Temperatur-Messelement 2 kann dann verzichtet werden.
Bezug nehmend auf Fig. 3 wird nun ein erweiterter Einsatz der erfϊndungs- gemäßen Messeinrichtung beschrieben. Die Schritte, die auch bei dem
Flussdiagramm nach Fig. 2 vorhanden sind, haben bei dieser Ausführungsform wieder die gleichen Bezugszeichen. Auf die vorherige Beschreibung wird entsprechend verwiesen. Hier wird die Kapazität des Kondensators 3 dauerhaft überwacht.
Das Heizelement 1 kann auch hier durch die Zentraleinheit 4 bestromt werden. Die Betätigung des Heizelements 1 kann beispielsweise durch den Start des Motors des Kraftfahrzeugs ausgelöst werden. Es wird dann durch die Zentraleinheit 4 in Schritt 12 geprüft, ob sich die Kapazität des Kon- densators 3 ändert. Wenn sich die Kapazität des Kondensators 3 abrupt ändert - was durch Schritt 14 festgestellt werden kann -, obwohl das Heizelement 1 nicht eingeschaltet ist, erfolgt nach einer Prüfung 23 eine Ausgabe einer entsprechenden Warnung über die Zentraleinheit 4, gemäß welcher dann zu wenig Flüssigkeit in dem System ist. Ein vorgegebener Füll- stand wurde unterschritten. Bei der Prüfung 23 wird geprüft, ob das Heizelement 1 eingeschaltet oder ausgeschaltet ist. Der Verbindung zwischen den Schritten 14 und 23 ist das Bezugszeichen 28 zugeordnet. Der Ausgabe der Warnung ist das Bezugszeichen 24 zugeordnet. Die Übermittlung zwischen den Schritten 23 und 24 hat das Bezugszeichen 25. Nach der Ausga- be der Warnung bei 24 erfolgt wieder Schritt 12; das Bezugszeichen 27 ist dieser kontinuierlichen Schleife zugeordnet.
Wenn durch die Zentraleinheit 4 bei der Prüfung 23 festgestellt wird, dass das Heizelement 1 in Betrieb ist und sich die Kapazität des Kondensators 3 abrupt geändert hat, erfolgt der Schritt 15, das heißt es wird der Siedepunkt der Flüssigkeit durch das Temperatur-Messelement 2 bestimmt. Der Schritt 15 erfolgt zeitlich nach dem Schritt 23, was durch den Pfeil 26 angegeben ist.
Nach dem Schritt 15 können wieder die entsprechenden Schritte gemäß Fig. 2 folgen, auf die hiermit nochmals verwiesen wird. Die aktuelle Siedetemperatur der Flüssigkeit wird also im Schritt 15a in der Zentraleinheit 4 mit einem vorgegebenen Siedetemperatur-Grenzwert verglichen, der ge- maß 15c vorgegeben wird. Die Ausgabe von Hinweisen zu der Siedetemperatur der Flüssigkeit ist bei den Schritten 16a/b angegeben, die gemäß den Pfeilen 22a und 22b zeitlich nach dem Schritt 15a erfolgt. Wenn der Siedepunkt einen bestimmten Grenzwert unterschreitet, wird durch die Zentraleinheit 4 ein entsprechender Warnhinweis 16b ausgegeben, ansons- ten gemäß 16a die Meldung, dass der Siedepunkt noch ausreichend hoch ist. Ist der Grenzwert für die Siedetemperatur unterschritten, sollte die Flüssigkeit dann durch eine neue Flüssigkeit ersetzt werden.
Nach dem Schritt 15 kann aber auch wieder der Schritt 12 erfolgen, bei dem die Kapazitätsänderung des Kondensators 3 pro Zeiteinheit durch die Zentraleinheit 4 überwacht wird. Die Verbindung zwischen den Schritten 15 und 12 hat das Bezugszeichen 27. Es handelt sich hier um eine kontinuierliche Schleife. Zusätzlich kann über eine Verbindung 29 die Siedepunktmessung beendet werden. Der Beendigung der Siedepunktmessung ist das Bezugszeichen 30 zugeordnet. Durch die Verbindung 29 sind die Schritte 15 und 30 miteinander verbunden. Bei Schritt 30 wird über eine Verbindung 31 das Heizelement 1 ausgeschaltet, nachdem der Siedepunkt der Flüssigkeit bestimmt wurde. Die kontinuierliche Schleife 27 wird un- abhängig davon weiterhin ausgeführt.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der Messeinrichtung beschrieben. Es ist ein plattenartiges Keramiksubstrat 34 vorgesehen, auf welches im Wesentlichen die Messeinrichtung aufgedruckt ist. Der Kondensator 3 ist dabei als Interdigitalkondensator ausgebildet, der demgemäß interdigitale Elektroden 8, 9 aufweist. Jede Elektrode 8, 9 hat Vorsprünge 21 bzw. 32, die in Richtung auf die benachbarte Elektrode 8, 9 verlaufen. Die Vorsprünge 21, 32 greifen fϊngerartig ineinander ein. Der Feldbereich 10 umfasst einen Volumen-Bereich um die beiden Elektroden 8,9 herum, der im Wesentlichen durch die Dimensionen der Elektroden 8, 9 und ihren Abstand zueinander bestimmt wird. Zwischen den Elektroden 8, 9 ist das Heizelement 1 angeordnet, das um die Vorsprünge 21 bzw. 32 läuft und daher mäanderförmig ausgebildet ist. Außerhalb der Elektroden 8, 9 ist ein Temperatur-Messelement 33 vorge- sehen, das beabstandet zu den Elektroden 8, 9 verläuft. Das Heizelement 1 kann hier aber auch als Temperatur-Messelement dienen. Es kann aber auch hier wieder das separate Temperatur-Messelement 2 Anwendung finden, das in den Feldbereich 10 ragt. Die Elektroden 8, 9, das Heizelement 1, das Temperatur-Messelement 33 und ggf. das Temperatur-Messelement 2 sind wieder über entsprechende Leitungen an die Zentraleinheit 4 angeschlossen. Das Temperatur-Messelement 33 wird auch hier wieder betätigt, wenn eine plötzliche bzw. abrupte Kapazitätsänderung des Kondensators 3 durch die Zentraleinheit 4 festgestellt wird. Der Betrieb bzw. Einsatz dieser Messeinrichtung entspricht im Wesentlichen der vorher beschriebenen Art und Weise. Auf diese wird verwiesen. Diese Messeinrichtung hat eine äußerst kleine Bauform, so dass diese nahezu beliebig angeordnet werden kann. Beispielsweise kann sie bei der Überwachung des Zustands einer Bremsflüssigkeit in den Bremssattel einer Bremseinrichtung eingebaut werden, an dem ein deutlich niedrigerer Siedepunkt als in einem
Bremsflüssigkeits-Ausgleichsbehälter vorliegen kann. Das zweite Temperatur-Messelement 33 kann beispielsweise als aufgedruckte Leiterbahn ausgebildet sein. Ferner muss aufgrund des äußerst kleinen Feldbereichs 10 lediglich eine äußerst geringe Menge an Flüssigkeit erhitzt werden. Vor- zugsweise ist die gesamte Messeinrichtung in einer räumlich begrenzten Messkammer angeordnet.
Alternativ kann der Zustand des Kraftstoffs in einem Tank eines Kraftfahrzeugs oder in der Kraftstoffzuführung zu einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs mit der Messeinrichtung überwacht werden, da die Zündfreudigkeit des Treibstoffs mit dem Treibstoff-Siedepunkt in Beziehung steht. Alternativ kann die Messeinrichtung Anwendung bei einer Harnstofflösung finden. Es ist dabei darauf zu achten, dass das erhitzte Volumen an Harnstofflösung möglichst klein ist, um eine übermäßige Konzentrations- änderung im Harnstofftank zu vermeiden.

Claims

Patentansprüche
1. Messeinrichtung zur Überwachung des Zustands einer Flüssigkeit, umfassend a) ein Heizelement (1) zur Erhitzung der zu überwachenden Flüssigkeit bis zu deren Siedepunkt, b) ein Temperatur-Messelement (1, 2) zur Bestimmung der Siedetemperatur der Flüssigkeit, c) einen Kondensator (3), der aufweist d) eine erste Elektrode (8), e) eine zu der ersten Elektrode (8) beabstandet angeordnete zweite Elektrode (9), und f) einen Feldbereich (10) zwischen den Elektroden (8, 9) für die erhitzte Flüssigkeit, so dass bei einer Messung die erhitzte Flüssigkeit im Feldbereich (10) einen Dielektrizitätsbeitrag liefert, und g) eine Zentraleinheit (4), die h) mit dem Kondensator (3) zur Überwachung von dessen Kapazität in
Verbindung steht, und i) mit dem Temperatur-Messelement (1, 2) zur Messung der Tempera- tur der Flüssigkeit in Verbindung steht.
2. Messeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen räumlich begrenzten Messbereich, in dem der Kondensator (3) angeordnet ist.
3. Messeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (1) in dem Messbereich angeordnet ist.
4. Messeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (1) in dem Feldbereich (10) angeordnet ist.
5. Messeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (3) als Interdigitalkondensator ausgebildet ist.
6. Messeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Kondensator (3) auf ein Substrat (31), vorzugsweise ein Keramiksubstrat, aufgebracht ist.
7. Messeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch ein zweites Temperatur-Messelement (33), das mit der Zentralein- heit (4) in Verbindung steht.
8. Messeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Temperatur-Messelement (33) den Kondensator (3) zumindest teilweise umgibt.
9. Messeinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Temperatur-Messelement (33) als Leiterbahn ausgebildet ist.
10. Verfahren zur Überwachung des Zustands einer Flüssigkeit, umfassend die Schritte
Erhitzen der zu überwachenden Flüssigkeit bis zu deren Siedepunkt, Überwachen der Kapazität eines Kondensators (3), in dessen Feldbereich (10) sich die Flüssigkeit befindet, und Bestimmen der Siedetemperatur der erhitzten Flüssigkeit.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Siedetemperatur der Flüssigkeit nur gemessen wird, wenn eine Kapazitätsän- derung des Kondensators (3) festgestellt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität des Kondensators (3) nur während des Erhitzens der Flüssigkeit überwacht wird.
13. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität des Kondenstors (3) permanent überwacht wird.
14. Kraftfahrzeug mit einer Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
15. Kraftfahrzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die
Messeinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie den Zustand der Bremsflüssigkeit des Kraftfahrzeugs überwacht.
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