WO2010112632A1 - Sensor combinado para medir variables en un medio líquido - Google Patents

Sensor combinado para medir variables en un medio líquido Download PDF

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Sergio DIEZ GARCÍA
Javier García Izaguirre
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    • G01L19/148—Details about the circuit board integration, e.g. integrated with the diaphragm surface or encapsulation

Definitions

  • the present invention is related to the measurement of variables such as the pressure, temperature and turbidity of a fluid, such as water used in household appliances such as washing machines, dishwashers, etc., proposing a device that allows controlling said variables. by an advantageous practical embodiment.
  • devices are known that allow measuring variables, such as pressure, temperature, turbidity, etc., independently; having also developed compact devices that bring together in a single structural set the functional elements to measure different variables.
  • the known compact devices that allow measuring different variables consist of a structural embodiment that is very limited in its electrical insulation characteristics, so that Such devices are suitable for use in applications in which they are left on the air, but they are not useful for applications that fall within the scope of Directive 73/23 CE of safety of low-voltage electrotechnical products and in which sensitive parts they must be in contact with water or other conductive fluid medium potentially accessible to the contact by the user.
  • a compact device intended to measure pressure, temperature, and turbidity is proposed, with an embodiment resulting from constructive and functional characteristics that allow compliance with the necessary insulation requirements for applications submerged in water.
  • This device object of the invention comprises an envelope of insulating material, within which a functional assembly that integrates the electronic elements intended to measure application variables is housed, said envelope being closed by a cover on which a connector for the connection with external media.
  • the insulating envelope consists of an inner layer and an outer layer overmoulded together, preferably the inner layer of rigid material and the outer layer of flexible material, and the set of both layers transparent to infrared radiation.
  • the functional assembly that is housed inside said insulating envelope consists of two printed circuits perpendicularly associated, in one of which a pressure sensor is arranged, while in the other printed circuit there is at least one temperature sensor, this second printed circuit may also incorporate the functional elements of a turbidity sensor.
  • the rigid layer of the insulating shell determines a hole facing the pressure sensor, while the flexible layer determines a covering in the manner of a membrane with respect to said hole, filling the hole of the hole between said membrane and the sensor of pressure with a " viscous fluid.
  • a practical embodiment with only one temperature sensor is provided, this being arranged on the main printed circuit, by means of an assembly similar to that of the pressure sensor, a gel or elastomer of the type being arranged in the gap between said sensor and the closing membrane. of those who are good conductors of heat.
  • the structural assembly of the insulating envelope also determines a hollow protuberance, in which the printed circuit part incorporating the temperature sensor is housed, an embodiment of said insulating envelope being provided with three independent hollow protrusions, one of them for housing the printed circuit part that incorporates the temperature sensor and the other two to house other printed circuit parts that incorporate the elements of a turbidity sensor.
  • Figure 1 shows in exploded perspective the component assembly of the recommended device, according to an embodiment.
  • Figure 2 shows a sectional view of the insulating envelope of the device.
  • Figure 3 is a sectional detail of the arrangement of the pressure sensor of the device according to the invention.
  • Figure 4 is an exploded perspective of the structural assembly of the device according to another embodiment.
  • the object of the present invention is a device designed to measure variables, such as pressure, temperature and turbidity, in relation to a liquid medium, such as water used by household appliances such as washing machines, washing machines, etc. , incorporating all the elements functional to measure the different variables in a single compact assembly set.
  • variables such as pressure, temperature and turbidity
  • Said constituent assembly of the device comprises an insulating envelope (1), formed by an inner layer (2) of rigid material and an outer layer (3) of elastic material, which in Figure 1 have been shown separated, but are constructed overmolded each other, as seen in Figure 2, said envelope (1) being closed with a cover (4), on which a connector (6) is integrated in relation to an opening (5) for communication with the interior.
  • a functional assembly (7) consisting of two printed circuits (8 and 9 or 9.1) perpendicular to each other, a pressure sensor (10) going on the printed circuit (8). ), while the other printed circuit (9 or 9.1) is arranged through perpendicular to that printed circuit (8).
  • the printed circuit (9) perpendicular to the printed circuit (8) incorporating the pressure sensor (10), determines a pin (17) in which a temperature sensor (11) is arranged ). While in another embodiment, as shown in Figure 4, the printed circuit (9.1) perpendicular to the printed circuit (8) incorporating the pressure sensor (10), determines three pins (17.1, 17.2 and 17.3), in two of the which (17.1 and 17.2) the elements (18.1 and 18.2) components of a turbidity sensor are incorporated, while in the third pin (17.3), which is of different length than the previous ones, a temperature sensor (11) is incorporated .
  • the viscous fluid (12) filling the gap between the pressure sensor (10) and the membrane (16) can be any fluid that is not soluble in water or can be dragged by it, which is a good insulator electrical and having a high viscosity capable of preventing leaks between the inner layer (2) of the envelope and the printed circuit
  • the envelope (1) has conformations (13) for securing the device in the application assembly, said envelope (1) determining on the extreme front part a hollow protuberance (15), in which the housing is housed. pin (17) of the printed circuit (9) incorporating the temperature sensor (11), according to the embodiment of the Figure 1.
  • the extreme front part of the envelope (1) determines two hollow protrusions (15.1 and 15.2), in which it is housed, the pins (17.1 and 17.2) of the printed circuit (9.1) that incorporate the elements (18.1 and 18.2) of the turbidity sensor, while in another hollow protuberance of smaller length (which is not seen in the drawing) the pin (17.3) that incorporates the sensor is housed of temperature (11).
  • the protuberances (15.1 and 15.2) in which the elements (18.1 and 18.2) of said turbidity sensor are housed are provided with a material transparent to infrared radiation, which condition may have of transparency the set of layers (2 and 3) components of the envelope (1).
  • a system similar to that of the pressure sensor (10) could also be used, leaving only the outer layer (3) of the envelope in front of the elements (18.1 and 18.2) and filling the interior with silicone gel or other rigid or semi-rigid medium transparent to infrared radiation.
  • the functional assembly (7) can only incorporate a temperature sensor (11), this being arranged in the printed circuit (8), by means of an assembly similar to that described for the pressure sensor (10), with a filling of the gap between said temperature sensor and the membrane (16), in this case, with a gel or elastomer of the type Good conductor of heat.

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Abstract

Sensor combinado para medir variables en un medio liquido, formado por una envolvente (1) que consta de una capa interior (2) de material rígido y una capa exterior (3) de material elástico, alojando en el interior un conjunto funcional (7) que comprende dos circuitos impresos (8 y 9) perpendiculares, en los cuales pueden ir incorporados un sensor de presión (10), un sensor de temperatura y un sensor de turbidez, quedando el sensor de presión (10) enfrente de un orificio (14) sobre el que la capa (3) elástica de la envolvente (1) determina una membrana de cubrimiento, con relleno del hueco entre dicha membrana y el sensor de presión (10) mediante un fluido viscoso (12).

Description

SENSOR COMBINADO PARA MEDIR VARIABLES EN UN MEDIO
LÍQUIDO
Sector de la -técnica
La presente invención está relacionada con la medición de variables tales como la presión, la temperatura y la turbidez de un fluido, tal como el agua utilizada en aparatos electrodomésticos del tipo de lavadoras, lavavajillas, etc., proponiendo un dispositivo que permite controlar dichas variables mediante una realización práctica ventajosa.
Estado de la técnica
En los aparatos electrodomésticos del tipo lavadoras, lavavajillas, etc., es esencial el control de determinadas variables del agua, como la presión, la temperatura, la turbidez, etc., para establecer determinados comportamientos funcionales que sirvan para mantener un adecuado control automático del funcionamiento del aparato de aplicación.
En este sentido, se conocen dispositivos que permiten medir variables, como la presión, la temperatura, la turbidez, etc., de un modo independiente; habiéndose desarrollado también dispositivos compactos que reúnen en un solo conjunto estructural los elementos funcionales para medir diferentes variables.
Los dispositivos compactos conocidos que permiten medir diferentes variables, constan sin embargo de una realización estructural que resulta muy limitada en sus características de aislamiento eléctrico, de manera que tales dispositivos son aptos para la utilización en aplicaciones en las que quedan al aire, pero no son útiles para aplicaciones que caigan dentro del ámbito de la Directiva 73/23 CE de seguridad de los productos electrotécnicos de baja tensión y en las que las partes sensibles deban estar en contacto con agua u otro medio fluido conductor potencialmente accesible al contacto por el usuario.
Objeto de la invención
De acuerdo con la invención se propone un dispositivo compacto previsto para medir la presión, la temperatura, y la turbidez, con una realización que resulta de características constructivas y funcionales que permiten cumplir con las exigencias necesarias de aislamiento para aplicaciones sumergidas en agua.
Este dispositivo objeto de la invención comprende una envolvente de material aislante, dentro de la cual se aloja un conjunto funcional que integra los elementos electrónicos destinados para medir las variables de aplicación, cerrándose dicha envolvente por una tapa sobre la que va incorporado un conector para la conexión con medios externos.
Según la invención, la envolvente aislante consta de una capa interior y una capa exterior sobremoldeadas entre si, siendo, preferentemente, la capa interior de material rígido y la capa exterior de material flexible, y el conjunto de ambas capas transparente a las radiaciones infrarrojas.
El conjunto funcional que se aloja dentro de dicha envolvente aislante, consta de dos circuitos impresos perpendicularmente asociados, en uno de los cuales va dispuesto un sensor de presión, mientras que en el otro circuito impreso va dispuesto, al menos, un sensor de temperatura, pudiendo incorporar este segundo cicuito impreso también los elementos funcionales de un sensor de turbidez.
En esa disposición la capa rigida de la envolvente aislante determina un orificio enfrentado al sensor de presión, mientras que la capa flexible determina un cubrimiento a modo de una membrana respecto de dicho orificio, rellenándose el hueco del orificio entre la mencionada membrana y el sensor de presión con un fluido "viscoso.
Se prevé una realización práctica con solo un sensor de temperatura, disponiéndose éste sobre el circuito impreso principal, mediante un montaje análogo al del sensor de presión, disponiéndose como relleno en el hueco entre dicho sensor y la membrana de cierre un gel o elastómero del tipo de los que son buenos conductores del calor.
El conjunto estructural de la envolvente aislante determina además una protuberancia hueca, en la cual se aloja la parte de circuito impreso que incorpora al sensor de temperatura, estando prevista una realización de dicha envolvente aislante con tres protuberancias huecas independientes, una de ellas para alojar la parte de circuito impreso que incorpora al sensor de temperatura y las otras dos para alojar otras partes de circuito impreso que incorporan los elementos de un sensor de turbidez.
Con ello asi, se obtiene un dispositivo que permite la medida de diferentes variables, pudiendo ser utilizado en un medio liquido, como el agua empleada en los aparatos electrodomésticos del tipo lavadoras, lavavaj illas, etc., ya que la envolvente que cubre al conjunto funcional proporciona unas características de aislamiento que cumplen con las exigencias de la normativa establecida al respecto, adquiriendo por lo tanto este dispositivo vida propia y carácter preferente para la aplicación en medios líquidos.
Descripción de las figuras
La figura 1 muestra en perspectiva explosionada el conjunto componente del dispositivo preconizado, según un ejemplo de realización.
La figura 2 muestra una vista en sección de la envolvente aislante del dispositivo.
La figura 3 es un detalle en sección de la disposición del sensor de presión del dispositivo según la invención.
La figura 4 es una perspectiva explosionada del conjunto estructural del dispositivo según otro ejemplo de realización.
Descripción detallada de la invención
El objeto de la presente invención consiste en un dispositivo destinado para medir variables, como la presión, la temperatura y la turbidez, en relación con un medio liquido, como el agua que utilizan los aparatos electrodomésticos del tipo de lavadoras, lavavaj illas, etc., incorporando todos los elementos funcionales para medir las distintas variables en un único conjunto compacto de montaje.
Dicho conjunto constitutivo del dispositivo comprende una envolvente (1) aislante, formada por una capa interior (2) de material rígido y una capa exterior (3) de material elástico, las cuales en la figura 1 se han representado separadas, pero se construyen sobremoldeadas entre si, como se observa en la figura 2, cerrándose dicha envolvente (1) con una tapa (4), sobre la que va integrado un conector (6) en relación con una abertura (5) de comunicación con el interior.
Dentro de la mencionada envolvente (1) se aloja un conjunto funcional (7) constituido por dos circuitos impresos (8 y 9 ó 9.1) en montaje perpendicular uno respecto del otro, yendo en el circuito impreso (8) un sensor de presión (10), mientras que el otro circuito impreso (9 ó 9.1) se dispone atravesando perpendicularmente a ese circuito impreso (8).
En una realización, según muestra la figura 1, el circuito impreso (9) perpendicular al circuito impreso (8) que incorpora al sensor de presión (10), determina una patilla (17) en la que se dispone un sensor de temperatura (11). Mientras que en otra realización, según muestra la figura 4, el circuito impreso (9.1) perpendicular al circuito impreso (8) que incorpora al sensor de presión (10), determina tres patillas (17.1, 17.2 y 17.3), en dos de las cuales (17.1 y 17.2) se incorporan los elementos (18.1 y 18.2) componentes de un sensor de turbidez, mientras que en la tercera patilla (17.3), que es de distinta longitud que las anteriores, se incorpora un sensor de temperatura (11). El conjunto estructural de la envolvente (1) formado con las capas (2 y 3) sobrepuestas, determina un cubrimiento aislante del conjunto funcional (7), que cumple con las especificaciones de aislamiento necesarias para la aplicación del dispositivo en medio liquido, presentando la capa rígida interior (2) de dicho conjunto estructural de la envolvente (1) un orificio (14) enfrente de la posición del sensor de presión (10) , mientras que la capa flexible exterior (3) determina en relación con ese orificio (14) un cubrimiento (16) a modo de membrana, rellenándose el hueco entre dicha membrana (16) y el sensor de presión (10) con un fluido viscoso (12), como se observa en la figura 3, de manera que la presión externa influye sobre la membrana (16) y se transmite por el fluido viscoso (12) hasta el sensor de presión (10) que acusa y mide esa presión.
Para esa función, el fluido viscoso (12) de relleno del hueco entre el sensor de presión (10) y la membrana (16), puede ser cualquier fluido que no sea soluble en agua ni pueda ser arrastrado por ésta, que sea buen aislante eléctrico y que tenga una viscosidad elevada capaz de impedir las fugas entre la capa interior (2) de la envolvente y el circuito impreso
(8), pero siendo a la vez capaz de transmitir la presión.
En la parte exterior la envolvente (1) posee unas conformaciones (13) para la sujeción del dispositivo en el montaje de aplicación, determinando dicha envolvente (1) en la parte frontal extrema una protuberancia hueca (15) , en la cual se aloja la patilla (17) del circuito impreso (9) que incorpora al sensor de temperatura (11), según la realización de la figura 1.
Cuando el dispositivo incorpora un sensor de turbidez, según la realización de la figura 4, la parte frontal extrema de la envolvente (1) determina dos protuberancias huecas (15.1 y 15.2), en las que se aloja, las patillas (17.1 y 17.2) del circuito impreso (9.1) que incorporan a los elementos (18.1 y 18.2) del sensor de turbidez, mientras que en otra protuberancia hueca de menor longitud (que no se aprecia en el dibujo) se aloja la patilla (17.3) que incorpora al sensor de temperatura (11).
Para que el sensor de turbidez pueda funcionar correctamente, las protuberancias (15.1 y 15.2) en las que se alojan los elementos (18.1 y 18.2) de dicho sensor de turbidez, se prevén de un material transparente a las radiaciones infrarrojas, pudiendo tener esa condición de transparencia el conjunto de las capas (2 y 3) componentes de la envolvente (1) .
Alternativamente podría utilizarse también un sistema similar al del sensor de presión (10), dejando por delante de los elementos (18.1 y 18.2) del sensor de turbidez sólo la capa externa (3) de la envolvente y rellenando el interior con gel de silicona u otro medio rígido o semi-rigido transparente a las radiaciones infrarrojas .
Según una realización práctica, el conjunto funcional (7) puede incorporar solo un sensor de temperatura (11), disponiéndose éste en el circuito impreso (8), mediante un montaje análogo al descrito para el sensor de presión (10), con un relleno del hueco entre dicho sensor de temperatura y la membrana (16), en este caso, con un gel o elastómero del tipo buen conductor del calor.

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Sensor combinado para medir variables en un medio liquido, del tipo que integra en un conjunto compacto los elementos funcionales para medir diferentes variables, como presión, temperatura y turbidez, comprendiendo una envolvente (1) de material aislante, dentro de la cual se aloja un conjunto funcional (7) que integra los elementos de medida de las variables de aplicación, caracterizado en que la envolvente (1) consta de un conjunto estructural formado por una capa interior (2) de material rígido y una capa exterior (3) de material elástico, sobremoldeadas entre si, mientras que el conjunto funcional (7) comprende un circuito impreso (8) que incorpora un sensor de presión (10) y en montaje perpendicular otro circuito impreso (9) que incorpora un sensor de temperatura (11) ó un circuito impreso
(9.1) que incorpora los elementos (18.1 y 18.2) componentes de un sensor de turbidez y un sensor de temperatura (11).
2.- Sensor combinado para medir variables en un medio liquido, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado en que la capa rigida interior (2) de la envolvente (1) determina un orificio (14) enfrente de la posición del sensor de presión (10), mientras que la capa elástica exterior
(3) de dicha envolvente (1) determina en relación con el mencionado orificio (14) un cubrimiento a modo de membrana (16) .
3.- Sensor combinado para medir variables en un medio liquido, de acuerdo con la segunda reivindicación, caracterizado en que entre la membrana (16) y el sensor de presión (10) se incluye un relleno de fluido viscoso.
4. - Sensor combinado para medir variables en un medio liquido, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado en que la envolvente (1) determina frontalmente en la parte extrema unas protuberancias huecas (15, 15.1, 15.2), en las cuales se alojan el sensor de temperatura (11) y los elementos (18.1 y 18.2) del sensor de turbidez.
5.- Sensor combinado para medir variables en un medio liquido, de acuerdo con las reivindicaciones primera a tercera, caracterizado porque en el circuito impreso (8) se incorpora un sensor de temperatura (11) dispuesto enfrente del orificio (14), rellenándose el hueco entre dicho sensor de temperatura (11) y la membrana (16) que cierra al mencionado orificio (14), con un gel o elastómero de tipo buen conductor del calor.
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