WO2018234213A1 - Einrichtung zur erkennung von medien - Google Patents

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WO2018234213A1 PCT/EP2018/066062 EP2018066062W WO2018234213A1 WO 2018234213 A1 WO2018234213 A1 WO 2018234213A1 EP 2018066062 W EP2018066062 W EP 2018066062W WO 2018234213 A1 WO2018234213 A1 WO 2018234213A1
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Aldo Bojarski
Ralph Adner
Lutz Uhlemann
Werner Fichte
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Ab Elektronik Sachsen Gmbh
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    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/18—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating thermal conductivity

Definitions

  • the invention relates to devices for detecting media.
  • a device for detecting a medium is known inter alia by the document DE 10 2007 003 860 A1 as a sensor for detecting the state of liquid.
  • the sensor has a sensor element as an electrical resistance between ceramic layers, which is both a heating element and its resistance changes according to the temperature of the sensor element and thus the medium on the sensor element.
  • the document DE 197 41 892 A1 discloses a method and a device for determining the quantity and quality of a liquid. To determine a level, a temperature-dependent resistance element is used. The resistive element is heated by supplying current and at the same time the voltage across the resistive element is measured using at least two voltage levels to obtain the level.
  • the document DE 44 36 395 C1 includes a level sensor with multiple voltage dividers, which are distributed over the range of fill levels to be measured. If the level in each case exceeds or falls below a voltage divider with a thermally conductive and a thermally conductive thermistor, an unambiguous jump in the output signal takes place.
  • the thermistors are coupled with the respective medium, here fuel and air.
  • the document DE 10 2008 012 503 A1 discloses a water sensor with solenoid valve. This concerns a component for monitoring the water level in a fuel filter, in particular a diesel fuel filter.
  • the basis is a filling pipe in connection with a water collecting tank of the diesel fuel filter. At least at a given height, measuring poles are provided which provide a signal when the water level reaches the measuring poles. Thus, only electrically conductive substances can be detected.
  • a vacuum housing for determining the air flow from a negative pressure having devices which comprises a sensor for detecting the flow rate of air, which is connected to a control device.
  • a control device for detecting the flow rate of air
  • an aneometer arrangement with two juxtaposed electronic components can be used, wherein one of these components is attached to a heating medium. The two components are connected to a circuit for detecting the temperature difference of the components and thus the velocity of the air. A determination of a medium is not provided.
  • the publication DE 29 50 762 A1 discloses a device for detecting the presence of a flowable medium with a first temperature-dependent semiconductor device, which causes the device to heat above ambient temperature and which is immersed in the fluid medium, wherein the temperature thereof decreases. Furthermore, a second temperature-dependent semiconductor device is provided whose temperature is lower than that of the first device. By detecting a change in the difference, it is possible to deduce the presence of the flowable substance. For this purpose, reverse-biased zener diodes are used.
  • the document US 4 677 850 A includes a semiconductor device for detecting a flow of a medium.
  • a first semiconductor chip has a first temperature detector and a second semiconductor chip has a heater and a second temperature detector, wherein the second semiconductor chip is arranged in the vicinity of the first semiconductor chip.
  • the semiconductor chips are arranged one after the other in the flow direction of the medium.
  • the semiconductor component is provided for detecting the flow of air, in particular the intake air of an internal combustion engine.
  • the document CN 1986 107 738 A discloses an element for detection as a sensor with at least one pn junction, wherein a large current for self-heating and a small current is used for detection.
  • the pn junction is used both for heating and for detecting the temperature, so that a heat coupling is present in the element itself. This affects the detection, so that the sensitivity and thus the measurement accuracy of the element is limited.
  • Document EP 2 037 233 A1 discloses a detector for determining the presence of a fluid.
  • the detector includes a probe with a thermistor and a temperature sensor for measuring the temperature of the thermistor.
  • the presence or identity of a fluid surrounding the probe is determined based on the proportion of time that power is supplied to the thermistor to substantially equalize it keep predetermined temperature. Sensitivity and measurement accuracy is limited by the use of the thermistor and its temperature measurement.
  • the invention has for its object to easily detect a medium.
  • the means for detecting a medium are characterized in particular by the fact that the medium is easily recognizable and / or properties of or a medium can be determined or monitored or are.
  • a Schutler with a heater and at least one operated in the forward direction pn junction and a reference sensor with at least one operated in the forward direction pn junction spaced from each other.
  • the heating device and the pn junctions are connected to a control device which is a control device which determines the presence and / or at least one property of the medium from the thermal properties of the medium.
  • the means for detecting a medium is based on a thermal Messprhzip, wherein the thermal properties of the medium are utilized. This is done statically or over a time course by means of determining the temperature difference between the heated heating sensor and the unheated reference sensor.
  • the pn junctions are operated in the forward direction and the forward voltage and thus the forward voltage are measured. This can be done via the supply of a constant current using constant current sources.
  • the forward voltage is temperature-dependent, so that, with temperature changes and depending on the corresponding medium, different voltage values are set which can be assigned to the respective medium or the property of the medium by means of the control device.
  • the measurement is advantageously carried out via the heating sensor and the reference sensor relative to each other, so that ambient temperatures and in particular the resulting temperatures of the medium surrounding the device are not incorporated into the measurement result per se.
  • the control device is a control device which determines the difference between the forward voltages of the pn junctions between the medium heated by the heating sensor and the unheated medium at the reference sensor.
  • the heating device is in each case at least one resistor and / or one pn junction.
  • the electrical energy is converted from the applied voltage and the flowing electric current into heat energy.
  • a so-called and known SMD component can be used for this purpose.
  • the heating sensor and the reference sensor have a plurality of pn junctions connected in series and spaced from each other.
  • the voltage drops at the series-connected pn junctions add up, so that different levels can be assigned via the positions of the pn junctions.
  • the pn junctions are connected via a DC-DC converter to an electrical network, wherein the DC-DC converter is or has at least one constant current source.
  • the heating sensor and the reference sensor are advantageously formed finger-like.
  • the device having the pn junction and the heater as a heating sensor on a first leg and the pn junction having the component as a reference sensor on the second leg of at least partially U-shaped component carrier.
  • the legs are finger-like spaced and arranged parallel to each other and protrude easily when using the device in the medium.
  • the fingers can advantageously to the components of a Be printed circuit board on which the components of the device are arranged and interconnected via conductor tracks.
  • At least the legs of the U-shaped component carrier are embedded with the respective components in a plastic or are in a housing.
  • the device for detecting a medium is a device for detecting the level of the medium in a container.
  • the device for detecting a medium is a device for detecting the flow of the medium.
  • the device for detecting a medium is a device for detecting the state of matter of the medium.
  • the device for detecting a medium is a device for detecting the concentration of a substance as a medium in a binary system.
  • the device for detecting a medium is a device for detecting the oil level in a transmission.
  • the invention also provides the use of a device according to the invention for detecting a medium.
  • a component carrier as a printed circuit board for a device for detecting media
  • Fig. 3 shows a device for detecting media in conjunction with a connector housing.
  • a device for detecting media essentially consists of a heating sensor 1, a reference sensor 2 and a control device.
  • Fig. 1 shows a device for detecting media in a basic block diagram.
  • the reference sensor 2 has pn junctions operated in the forward direction, wherein the pn junctions are formed spaced apart and connected in series as diodes D5 to D8.
  • the anodes of the diodes D1 to D4 and the anodes of the diodes D5 to D8 are connected in each case via a resistor as a second resistor R2 and third resistor R3 with a DC-DC converter 4, which is also a constant current source for the forward-biased diodes D1 to D8.
  • connection of the second resistor R 2 to the anode of the first diode D 1 of the heating sensor 1 is connected to the inverting input of a differential amplifier 5.
  • connection of the third resistor R3 to the first diode D5 of the reference sensor 2 is connected to the non-inverting input of the differential amplifier 5.
  • the magnitudes of the second resistor R2 and the third resistor R3 are dimensioned such that the voltage value at the non-inverting input of the differential amplifier 5 is greater than the voltage value at the inverting input of the differential amplifier 5.
  • the output of the differential amplifier 5 is connected to a data processing system as a control device, which is in particular a microcontroller 3. This is further connected to the resistor R1 as a heating resistor.
  • the microcontroller 3 the temperature-dependent flow voltages resulting from the thermal properties of the medium are determined as the medium and / or at least one property of the medium.
  • the voltage supply of the device can be done via the DC-DC converter 4, which can convert the voltage of a network.
  • component carrier 6 as a printed circuit board for a device for detecting a medium in a basic representation.
  • At least one area of a component carrier 6 as a printed circuit board is U-shaped, wherein the legs for the heating sensor 1 and the reference sensor 2 are finger-like.
  • the diodes D1 to D4 and first series-connected first resistors R1 are arranged as heating resistors for the heating sensor 1, and the diodes D5 to D8 for the reference sensor 2 are arranged on the other leg.
  • the differential amplifier 5 and the DC-DC converter 4 are each arranged as components.
  • a protective circuit may be arranged and connected upstream of the means for detecting a medium.
  • FIG. 3 shows a device for detecting a medium in connection with a plug housing in a basic representation.
  • the legs of the U-shaped component carrier 6 with the respective components are located in a housing 7, which may be, for example, a plug housing.
  • the plug 8 are located on the component carrier 6.
  • a cap 9 may be further pushed with an opening.
  • the means for detecting a medium in embodiments, the means for detecting a medium
  • a device for detecting the level of the medium in a container a device for detecting the level of the medium in a container
  • a device for detecting the concentration of a substance as a medium in a binary system or - Be a device for detecting the oil level in a transmission a device for detecting the concentration of a substance as a medium in a binary system or - Be a device for detecting the oil level in a transmission.
  • the level of a medium can be recognized in relation to another medium. This is, for example, the level of a liquid medium in a container which otherwise contains a gaseous medium.
  • Thermal properties of flowing media change according to the flow rate, so that the flow of flowing media are easily monitored.
  • the device for detecting the state of matter may thus be, for example, a device for detecting ice in water or as the water.
  • Water and ice are known to have different thermal properties that can be used for detection with the device.
  • the thermal properties of a two-substance system can change with changes in concentration according to the thermal properties of the substances, which can be determined by the device for detecting a medium.
  • concentration of the substances of the binary system can be monitored.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Einrichtungen zur Erkennung von Medien. Diese zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass einfach das Medium erkennbar und/oder Eigenschaften des oder eines Mediums bestimm-oder überwachbar ist oder sind. Dazu sind ein Heizfühler mit einer Heizeinrichtung und wenigstens einem in Durchlassrichtung betriebenen pn-Übergang und ein Referenzfühler mit wenigstens einem in Durchlassrichtung betriebenen pn-Übergang beabstandet zueinander angeordnet. Die Heizeinrichtung und die pn- Übergänge sind mit einer Steuereinrichtung verbunden, die eine aus den thermischen Eigenschaften des Mediums das Vorhandensein und/oder wenigstens eine Eigenschaft des Mediums ermittelnde Steuereinrichtung ist.

Description

Einrichtung zur Erkennung von Medien
Die Erfindung betrifft Einrichtungen zur Erkennung von Medien.
Eine Einrichtung zur Erkennung eines Mediums ist unter anderem durch die Druckschrift DE 10 2007 003 860 A1 als Sensor zur Detektion von Flüssigkeitszustand bekannt. Der Sensor weist ein Sensorelement als ein elektrischer Widerstand zwischen Keramikschichten auf, der sowohl ein Heizelement ist als auch seinen Widerstand entsprechend der Temperatur des Sensorelements und damit des Mediums am Sensorelement ändert.
Durch die Druckschrift DE 197 41 892 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Quantität und Qualität einer Flüssigkeit bekannt. Zur Ermittlung eines Füllstands wird ein temperaturabhängiges Widerstandselement eingesetzt. Das Widerstandselement wird durch Zuführung von Strom erhitzt und gleichzeitig wird die Spannung über dem Widerstandselement gemessen, wobei wenigstens zwei Spannungswerte zur ErmitHung des Füllstands benutzt werden.
Die Druckschrift DE 44 36 395 C1 beinhaltet einen Füllstandssensor mit mehreren Spannungsteilern, die über den Bereich der zu messenden Füllstände verteilt angeordnet sind. Wenn der Füllstand jeweils einen Spannungsteiler mit einem heißleitenden und einem kaltleitenden Thermistor überschreitet oder unterschreitet, erfolgt ein eindeutiger Sprung des Ausgangssignals. Die Thermistoren sind dabei mit dem jeweiligen Medium, hier Kraftstoff und Luft, gekoppelt.
Die Empfindlichkeit dieser Lösungen ist insbesondere durch das jeweilige Material des Widerstands begrenzt.
Die Druckschrift DE 10 2008 012 503 A1 offenbart einen Wassersensor mit Magnetventil. Das betrifft ein Bauelement zur Überwachung des Wasserstandes in einem Kraftstofffilter, insbesondere einen Dieselkraftstofffilter. Grundlage bildet ein Füllstandsrohr in Verbindung mit einem Wassersammelbehälter des Dieselkraftstofffilters. Auf wenigstens einer gegebenen Höhe sind Messpole vorgesehen, die ein Signal liefern, wenn der Wasserstand die Messpole erreicht. Damit können nur elektrisch leitfähige Stoffe detektiert werden.
Durch die Druckschrift GB 2 222 705 A ist ein Unterdruckgehäuse zur Bestimmung der Luftströmung aus einen Unterdruck aufweisenden Einrichtungen bekannt, welches einen Sensor zum Erfassen der Strömungsgeschwindigkeit von Luft aufweist, der mit einer Steuereinrichtung verbunden ist. Dazu kann eine Aneometeranordnung mit zwei nebeneinander angeordneten elektronischen Komponenten eingesetzt werden, wobei eine dieser Komponenten an einem Heizmittel angebracht ist. Die zwei Komponenten sind mit einer Schaltung zur Erfassung der Temperaturdifferenz der Komponenten und damit der Geschwindigkeit der Luft verbunden. Eine Bestimmung eines Mediums ist nicht vorgesehen.
Die Druckschrift DE 29 50 762 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Feststellen des Vorhandenseins eines fließfähigen Mediums mit einer ersten temperaturabhängigen Halbleitervorrichtung, die eine Erwärmung der Vorrichtung über die Umgebungstemperatur bewirkt und die in das fließfähige Medium eingetaucht wird, wobei deren Temperatur dabei sinkt. Weiterhin ist eine zweite temperaturabhängige Halbleitervorrichtung vorgesehen, deren Temperatur geringer als die der ersten Vorrichtung ist. Durch Feststellen einer Änderung in der Differenz kann auf das Vorhandensein des fließfähigen Stoffes geschlossen werden. Dazu werden in Sperrrichtung betriebene Zenerdioden eingesetzt.
Die Druckschrift US 4 677 850 A beinhaltet ein Halbleiterbauelement zur Erfassung einer Strömung eines Mediums. Dabei weist ein erster Halbleiterchip einen ersten Temperaturdetektor und ein zweiter Halbleiterchip eine Heizung und einen zweiten Temperaturdetektor auf, wobei der zweite Halbleiterchip in Nähe des ersten Halbleiterchips angeordnet ist. Die Halbleiterchips sind in Strömungsrichtung des Mediums nacheinander angeordnet. Das Halbleiterbauelement ist zur Erfassung der Luftströmung insbesondere der Ansaugluft einer Verbrennungskraftmaschine vorgesehen.
Die Druckschrift CN 1986 107 738 A offenbart ein Element zur Erfassung als Sensor mit wenigstens einem pn-Übergang, wobei ein großer Strom zur Selbsterwärmung und eine kleiner Strom zur Erfassung genutzt wird. Der pn-Übergang wird sowohl zur Erwärmung als auch zur Erfassung der Temperatur genutzt, so dass eine Wärmekopplung im Element selbst vorhanden ist. Diese beeinflusst die Erfassung, so dass die Empfindlichkeit und damit die Messgenauigkeit des Elements eingeschränkt ist.
Durch die Druckschrift EP 2 037 233 A1 ist ein Detektor zur Bestimmung des Vorhandenseins eines Fluids bekannt. Der Detektor umfasst einen Sonde mit einem Thermistor und einen Temperatursensor zum Messen der Temperatur des Thermistors. Das Vorhandensein oder die Identität eines die Sonde umgebenden Fluids wird auf der Grundlage des Zeitanteils bestimmt, zu dem dem Thermistor Strom zugeführt wird, um diesen im Wesentlichen auf einer vorbestimmten Temperatur zu halten. Die Empfindlichkeit und die Messgenauigkeit ist durch die Verwendung des Thermistors und dessen Temperaturmessung begrenzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Medium einfach zu erkennen.
Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Einrichtungen zur Erkennung eines Mediums zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass einfach das Medium erkennbar und/oder Eigenschaften des oder eines Mediums bestimm- oder überwachbar ist oder sind.
Dazu sind ein Heizfühler mit einer Heizeinrichtung und wenigstens einem in Durchlassrichtung betriebenen pn-Übergang und ein Referenzfühler mit wenigstens einem in Durchlassrichtung betriebenen pn-Übergang beabstandet zueinander angeordnet. Die Heizeinrichtung und die pn- Übergänge sind mit einer Steuereinrichtung verbunden, die eine aus den thermischen Eigenschaften des Mediums das Vorhandensein und/oder wenigstens eine Eigenschaft des Mediums ermittelnde Steuereinrichtung ist.
Die Einrichtung zur Erkennung eines Mediums basiert auf einem thermischen Messprhzip, wobei die thermischen Eigenschaften des Mediums ausgenutzt werden. Das erfolgt statisch oder über einen zeitlichen Verlauf mittels der Ermittlung der Temperaturdifferenz zwischen dem beheizten Heizfühler und dem unbeheiztem Referenzfühler.
Die pn-Übergänge werden in Durchlassrichtung betrieben und die Flussspannung und damit die Durchlassspannung gemessen. Das kann über die Einspeisung eines Konstantstroms mittels Konstantstromquellen erfolgen. Die Flussspannung ist temperaturabhängig, so dass sich bei Temperaturänderungen und in Abhängigkeit des entsprechenden Mediums unterschiedliche Spannungswerte einstellen, die dem jeweiligen Medium oder der Eigenschaft des Mediums mittels der Steuereinrichtung zuordenbar sind. Die Messung erfolgt dabei vorteilhafterweise über den Heizfühler und den Referenzfühler relativ zueinander, so dass Umgebungstemperaturen und insbesondere die daraus resultierenden Temperaturen des die Einrichtung umgebenden Mediums an sich in das Messergebnis nicht einfließen. In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinrichtung eine die Differenz der Flussspannungen der pn-Übergänge zwischen dem durch den Heizfühler beheizten Medium und dem unbeheizten Medium an dem Referenzfühler ermittelnde Steuereinrichtung.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Heizeinrichtung jeweils wenigstens ein Widerstand und/oder ein pn-Übergang. Bei beiden wird die elektrische Energie aus der anliegenden Spannung und dem fließenden elektrischen Strom in Wärmeenergie umgewandelt. Vorteilhafterweise kann dazu ein sogenanntes und bekanntes SMD-Bauelement verwendet werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der pn-Übergang vorteilhafterweise eine Diode oder die Basis-Emitterstrecke eines Transistors.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind die pn-Übergänge jeweils mit einem Eingang eines Differenzverstärkers und dessen Ausgang mit der Steuereinrichtung verbunden. Die Steuereinrichtung kann dazu vorteilhafterweise ein Datenverarbeitungssystem, insbesondere ein MikroController, sein.
In einer Ausführungsform der Erfindung weisen der Heizfühler und der Referenzfühler mehrere in Reihe geschaltete und beabstandet zueinander angeordnete pn-Übergänge auf. Die Spannungsabfälle an den in Reihe geschalteten pn-Übergängen addieren sich, so dass über die Positionen der pn-Übergänge unterschiedliche Füllstände zuordenbar sind.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind die pn-Übergänge über einen Gleichspannungswandler mit einem elektrischen Netz verbunden, wobei der Gleichspannungswandler wenigstens eine Konstantstromquelle ist oder besitzt.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind der Heizfühler und der Referenzfühler vorteilhafterweise fingerartig ausgebildet.
In einer Ausführungsform der Erfindung befinden sich das den pn-Übergang aufweisende Bauelement und die Heizeinrichtung als Heizfühler auf einem ersten Schenkel und das den pn- Übergang aufweisende Bauelement als Referenzfühler auf dem zweiten Schenkel eines wenigstens bereichsweise U-förmig ausgebildeten Bauelementeträgers. Die Schenkel sind fingerartig beabstandet und parallel zueinander angeordnet und ragen bei Einsatz der Einrichtung einfach in das Medium. Die Finger können dazu vorteilhafterweise die Bestandteile einer Leiterplatte sein, auf der die Bestandteile der Einrichtung angeordnet und über Leiterbahnen miteinander verbunden sind.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind wenigstens die Schenkel des U-förmig ausgebildeten Bauelementeträgers mit den jeweiligen Bauelementen in einem Kunststoff eingebettet oder befinden sich in einem Gehäuse.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Einrichtung zur Erkennung von Medien als Sensor zur Erkennung des Mediums einen Gleichspannungswandler in Verbindung mit einem Datenverarbeitungssystem, insbesondere einem Mikrocontroller, als Steuereinrichtung, einem Differenzverstärker, die Heizeinrichtung und die pn-Übergänge auf.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Einrichtung zur Erkennung eines Mediums eine Einrichtung zur Erkennung des Füllstands des Mediums in einem Behälter.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Einrichtung zur Erkennung eines Mediums eine Einrichtung zur Erkennung der Strömung des Mediums.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Einrichtung zur Erkennung eines Mediums eine Einrichtung zur Erkennung des Aggregatzustands des Mediums.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Einrichtung zur Erkennung eines Mediums eine Einrichtung zur Erkennung der Konzentration eines Stoffes als Medium in einem Zweistoffsystem.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Einrichtung zur Erkennung eines Mediums eine Einrichtung zur Erkennung des Ölstands in einem Getriebe.
Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Erkennung eines Mediums.
Für die Realisierung der Erfindung ist es auch zweckmäßig, die vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen, Ausführungsformen und Merkmale der Ansprüche in jeder Anordnung miteinander zu kombinieren.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Einrichtung zur Erkennung von Medien in einem Blockschaltbild,
Fig. 2 ein Bauelementeträger als Leiterplatte für eine Einrichtung zur Erkennung von Medien und
Fig. 3 eine Einrichtung zur Erkennung von Medien in Verbindung mit einem Steckergehäuse.
Eine Einrichtung zur Erkennung von Medien besteht im Wesentlichen aus einem Heizfühler 1 , einem Referenzfühler 2 und einer Steuereinrichtung.
Die Fig. 1 zeigt eine Einrichtung zur Erkennung von Medien in einem prinzipiellen Blockschaltbild.
Der Heizfühler 1 besitzt wenigstens einen ersten Widerstand R1 als eine Heizeinrichtung und in Durchlassrichtung betriebene pn-Übergänge. Die pn-Übergänge sind beabstandet zueinander angeordnete Dioden D1 bis D4 in einer Reihenschaltung.
Der Referenzfühler 2 weist in Durchlassrichtung betriebene pn-Übergänge auf, wobei die pn- Übergänge beabstandet zueinander angeordnete und als Reihe geschaltete Dioden D5 bis D8 ausgebildet sind.
Die Anoden der Dioden D1 bis D4 und die Anoden der Dioden D5 bis D8 sind jeweils über einen Widerstand als zweiter Widerstand R2 und dritter Widerstand R3 mit einem Gleichspannungswandler 4 zusammengeschaltet, der gleichzeitig eine Konstantstromquelle für die in Durchlassrichtung betriebenen Dioden D1 bis D8 ist.
Die Verbindung des zweiten Widerstands R2 mit der Anode der ersten Diode D1 des Heizfühlers 1 ist mit dem invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers 5 verbunden. Die Verbindung des dritten Widerstands R3 mit der ersten Diode D5 des Referenzfühlers 2 ist mit dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 5 zusammengeschaltet. Die Größen des zweiten Widerstands R2 und des dritten Widerstands R3 sind so bemessen, dass der Spannungswert am nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 5 größer als der Spannungswert am invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 5 ist.
Der Ausgang des Differenzverstärkers 5 ist mit einem Datenverarbeitungssystem als Steuereinrichtung zusammengeschaltet, wobei das insbesondere ein Mikrocontroller 3 ist. Dieser ist weiterhin mit dem Widerstand R1 als Heizwiderstand verbunden. Mittels des Mikrocontrollers 3 werden die aus den thermischen Eigenschaften des Mediums resultierenden temperaturabhängigen Flussspannungen das Medium und/oder mindestens eine Eigenschaft des Mediums ermittelt.
Die Spannungsversorgung der Einrichtung kann über den Gleichspannungswandler 4 erfolgen, der die Spannung eines Netzes wandeln kann.
Die Fig. 2 zeigt einen Bauelementeträger 6 als Leiterplatte für eine Einrichtung zur Erkennung eines Mediums in einer prinzipiellen Darstellung.
Wenigstens ein Bereich eines Bauelementeträgers 6 als Leiterplatte ist U-förmig ausgebildet, wobei die Schenkel für den Heizfühler 1 und den Referenzfühler 2 fingerartig sind. Auf einem Schenkel der U-Form sind beabstandet zueinander die Dioden D1 bis D4 und erste in Reihe geschaltete erste Widerstände R1 als Heizwiderstände für den Heizfühler 1 und auf den anderen Schenkel die Dioden D5 bis D8 für den Referenzfühler 2 angeordnet. Auf einem Bereich des Mittelteils sind der Mikrocontroller 3, der Differenzverstärker 5 und der Gleichspannungswandler 4 jeweils als Bauelemente angeordnet. Darüber hinaus kann eine Schutzschaltung angeordnet und der Einrichtung zur Erkennung eines Mediums vorgeschaltet sein.
Die Fig. 3 zeigt eine Einrichtung zur Erkennung eines Mediums in Verbindung mit einem Steckergehäuse in einer prinzipiellen Darstellung.
Die Schenkel des U-förmig ausgebildeten Bauelementeträgers 6 mit den jeweiligen Bauelementen befinden sich in einem Gehäuse 7, welches beispielsweise ein Steckergehäuse sein kann. Die Stecker 8 befinden sich auf dem Bauelementeträger 6. Auf dem Gehäuse 7 kann weiterhin eine Kappe 9 mit einer Öffnung aufgeschoben sein.
Damit ist eine kompakte Einrichtung zur Erkennung eines Mediums realisiert.
In Ausführungsformen kann die Einrichtung zur Erkennung eines Mediums
- eine Einrichtung zur Erkennung des Füllstands des Mediums in einem Behälter,
- eine Einrichtung zur Erkennung der Strömung des Mediums,
- eine Einrichtung zur Erkennung des Aggregatzustands des Mediums,
- eine Einrichtung zur Erkennung der Konzentration eines Stoffes als Medium in einem Zweistoffsystem oder - eine Einrichtung zur Erkennung des Ölstands in einem Getriebe sein.
Der Füllstand eines Mediums kann gegenüber einem weiteren Medium erkannt werden. Das ist beispielsweise der Füllstand eines flüssigen Mediums in einem Behälter, der ansonsten ein gasförmiges Medium beinhaltet.
Thermischen Eigenschaften von strömenden Medien ändern sich entsprechend der Strömungsgeschwindigkeit, so dass die Strömung strömender Medien leicht überwachbar sind.
Die Einrichtung zur Erkennung des Aggregatzustands kann so beispielsweise eine Einrichtung zur Erkennung von Eis in Wasser oder als das Wasser sein. Wasser und Eis besitzen bekannterweise unterschiedliche thermische Eigenschaften, die zur Erkennung mit der Einrichtung herangezogen werden können.
Die thermischen Eigenschaften eines Zwei stoff Systems können sich bei Konzentrationsänderungen entsprechend der thermischen Eigenschaften der Stoffe ändern, welches mit der Einrichtung zur Erkennung eines Mediums ermittelbar ist. Damit kann die Konzentration der Stoffe des Zweistoffsystems überwacht werden.
Bezugszeichen
1 Heizfühler
2 Referenzfühler
3 MikroController
4 Gleichspannungswandler
5 Differenzverstärker
6 Bauelementeträger
7 Gehäuse
8 Stecker
9 Kappe
Widerstand Diode

Claims

Patentansprüche
1 . Einrichtung zur Erkennung von Medien, dadurch gekennzeichnet, dass beabstandet zueinander ein Heizfühler (1 ) mit einer Heizeinrichtung und wenigstens einem in Durchlassrichtung betriebenen pn-Übergang und ein Referenzfühler (2) mit wenigstens einem in Durchlassrichtung betriebenen pn-Übergang angeordnet sind, dass die Heizeinrichtung und die pn-Übergänge mit einer Steuereinrichtung verbunden sind und dass die Steuereinrichtung eine aus den thermischen Eigenschaften des Mediums das Vorhandensein und/oder wenigstens eine Eigenschaft des Mediums ermittelnde Steuereinrichtung ist.
2. Einrichtung nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung eine die Differenz der Flussspannungen der pn-Übergänge zwischen dem durch den Heizfühler (1 ) beheizten Medium und dem unbeheizten Medium an dem Referenzfühler (2) ermittelnde Steuereinrichtung ist.
3. Einrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung jeweils wenigstens ein Widerstand (R1 ) und/oder ein pn-Übergang ist.
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der pn-Übergang eine Diode (D) oder die Basis-Emitterstrecke eines Transistors ist.
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die pn-Übergänge jeweils mit einem Eingang eines Differenzverstärkers (5) und dessen Ausgang mit der Steuereinrichtung verbunden sind.
6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizfühler (1 ) und der Referenzfühler (2) mehrere in Reihe geschaltete und beabstandet zueinander angeordnete pn-Übergänge aufweisen.
7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die pn-Übergänge über einen Gleichspannungswandler (4) mit einem elektrischen Netz verbunden sind, wobei der Gleichspannungswandler (4) wenigstens eine Konstantstromquelle ist oder besitzt.
8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizfühler (1 ) und der Referenzfühler (2) fingerartig ausgebildet sind.
9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das den pn-Übergang aufweisende Bauelement und die Heizeinrichtung als Heizfühler (1 ) auf einem ersten Schenkel und das den pn-Übergang aufweisende Bauelement als Referenzfühler (2) auf dem zweiten Schenkel eines wenigstens bereichsweise U-förmig ausgebildeten Bauelementeträgers (6) befinden.
10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Schenkel des U-förmig ausgebildeten Bauelemeteträgers (6) mit den jeweiligen Bauelementen entweder in einem Kunststoff eingebettet sind oder sich in einem Gehäuse (7) befinden.
1 1 . Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erkennung von Medien als Sensor zur Erkennung des Mediums einen Gleichspannungswandler (4) in Verbindung mit einem Datenverarbeitungssystem als Steuereinrichtung, einem Differenzverstärker (5), die Heizeinrichtung und die pn-Übergänge aufweist.
12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erkennung eines Mediums eine Einrichtung zur Erkennung des Füllstands des Mediums in einem Behälter ist.
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erkennung eines Mediums eine Einrichtung zur Erkennung der Strömung des Mediums ist.
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erkennung eines Mediums eine Einrichtung zur Erkennung des Aggregatzustands des Mediums ist.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüchel bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erkennung eines Mediums eine Einrichtung zur Erkennung der Konzentration eines Stoffes als Medium in einem Zweistoff System ist.
16. Einrichtung nach einem der Ansprüchel bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erkennung eines Mediums eine Einrichtung zur Erkennung des Ölstands in einem Getriebe ist.
7. Verwendung einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16 zur Erkennung eines Mediums.
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