WO2020207873A1 - Device for measuring physical properties of a fluid with a sensor band - Google Patents

Device for measuring physical properties of a fluid with a sensor band Download PDF

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WO2020207873A1
WO2020207873A1 PCT/EP2020/059224 EP2020059224W WO2020207873A1 WO 2020207873 A1 WO2020207873 A1 WO 2020207873A1 EP 2020059224 W EP2020059224 W EP 2020059224W WO 2020207873 A1 WO2020207873 A1 WO 2020207873A1
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WO
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container
sensor
liquid
electrically conductive
conductive layer
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/059224
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German (de)
French (fr)
Inventor
Olaf Nahrwold
Rene PEKKOLA
Tanja Claus
Sigrid HASENBANK
Boris Traber
Jens Hofmann
Stefan Sindlinger
Original Assignee
Carl Freudenberg Kg
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Filing date
Publication date
Application filed by Carl Freudenberg Kg filed Critical Carl Freudenberg Kg
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/26—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields
    • G01F23/263—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors
    • G01F23/268—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors mounting arrangements of probes

Definitions

  • the invention relates to a device for measuring physical
  • Electronic level sensors for determining the level of a liquid in a container usually work with the capacitive measuring principle. Thereby the capacity between two plates becomes one
  • Such a level sensor is described, for example, in WO 2016130848 A1 and US 2019/077292 A1.
  • the object of the present invention is to create a device for measuring physical properties of a liquid, which has a small footprint and can be easily integrated into containers filled with liquid. Another object is to enable the device to be used widely in a wide variety of containers. Another task is to determine the position of the liquid surface in the container.
  • a flat sensor strip on the inner contour was recognized as advantageous, i.e. to be attached to the inner wall of the container.
  • the device according to the invention is used to measure physically
  • the liquid can be an operating material of a machine or system, e.g. to gear oil.
  • the device comprises a container, for example made of sheet metal, and a capacitive sensor with two or more spaced electrodes.
  • a sensor strip is advantageously attached to the inner contour of the container, the sensor strip having an electrically conductive and an electrically insulating layer.
  • As part of the container there is also a Understood container seal.
  • a band is understood to mean a flat and elongated shape.
  • the sensor tape can be glued or welded to the surface of the container, for example, or inserted into the inner contour of the container by clipping or locking.
  • the electrically insulating layer rests on the inner contour of the container. A gap is formed between the electrically conductive layer and the surface of the container, into which the liquid can penetrate.
  • One electrode of the capacitive sensor is formed by the electrically conductive layer and the other electrode of the capacitive sensor is formed by the container.
  • the container is also designed to be electrically conductive, at least in the area of its electrode function. If the container is not made of an electrically conductive material, the electrodes are in the
  • Integrated sensor tape and two or more electrically conductive layers form the electrodes. This enables capacitive measurement between the electrically conductive layers as electrodes.
  • the electrically conductive layer and the region of the inner contour of the container opposite it each form electrodes of a capacitive sensor.
  • This capacitive sensor enables the capacitance value in the space between the electrodes to be determined.
  • the capacitance value depends on the medium that is located between the electrodes.
  • the capacitance value depends, among other things, on the relative permittivity of the
  • Dielectric e G (permittivity or dielectric constant).
  • Such a device can advantageously be used in containers of the most varied of shapes. Even in tight and
  • the sensor tape can be inserted into angled containers.
  • Another advantage is the simple adaptation of the device: the sensor strip can be easily adjusted to the correct size by cutting it to length. Since the electrodes of the capacitive sensor, in contrast to flat, parallel spaced electrodes according to the prior art, have a complex profile, a corresponding conversion of the measurement data is required for the various characteristics of the physical properties. However, this is easily possible using currently available data processing technologies and can be implemented by an evaluation unit.
  • the sensor strip is made of flexible and stretchable material, in particular made of elastomer and / or nonwoven.
  • a material with good resistance to the liquid must be selected in each case.
  • the elastomer can be, for example, an acrylonitrile-butadiene rubber (NBR),
  • the nonwoven fabric can be, for example, carbon fiber nonwovens, metal fiber nonwovens and polymer nonwovens.
  • the nonwoven fabric can be, for example, in particular a nonwoven fabric with fibers that contain a polymer selected from the group of polyesters, polyamides, polyacrylates, polymethacrylates,
  • Polyoxyalkylenes polyacids and copolymers thereof, natural polymers such as cellulose or modified natural polymers such as viscose, polyurethanes, polysilicon, as well as polyolefins and polymers which are hydrophilized by chemical or physical processes.
  • the nonwoven fabric can also be a spunbond nonwoven, in particular a wet nonwoven, dry nonwoven, meltblown nonwoven or electrostatically spun nonwoven.
  • the electrically conductive and electrically insulating layers can either be made of elastomer, both of nonwoven fabric, or one layer of nonwoven fabric and one layer of elastomer.
  • both layers of the sensor tape are made of a flexible material (for example elastomer or non-woven fabric), the sensor tape can do very well follow the curved housing wall, for example.
  • the sensor tape can easily and easily be applied to any geometry of an inner contour of a container.
  • Another embodiment would be the insulating layer made of elastomer and the conductive layer made of a flexible metal, which is
  • This metal can either be bonded to the elastomer with an adhesion promoter. However, it can also be produced in the form that it is overmolded or coextruded so that a thin layer of the insulating elastomer surrounds the metal wire.
  • the senor strip is manufactured using strand extrusion. This development is advantageous in terms of production, since the
  • Sensor tape can be manufactured particularly easily and inexpensively.
  • the measured physical property can in particular be the level of the liquid in the container. If the liquid is the operating material of a machine or system, a sufficient presence of the operating material can be monitored and ensured.
  • the sensor strip is oriented vertically in the container and extends in particular from the lowest point to the highest point of the container.
  • the sensor band can alternatively extend over the height of a vertical side part of the container, ie be positioned between the bottom and the lid of the container, and is oriented vertically.
  • the filling level of the liquid in the container can thus be determined particularly well.
  • the physical property measured can also be the composition of the liquid, in particular the formation of a suspension, ie the presence of solid particles in the liquid. There is also the possibility of a
  • disperse phase e.g. metallic abrasion
  • dispersion medium i.e. the liquid, e.g. gear oil
  • the sensor strip is segmented in the vertical direction and the electrically conductive layer has at least two segments, each segment serving to measure a physical property.
  • the electrically conductive layer has at least two segments, each segment serving to measure a physical property.
  • the measurement results of the two segments can be evaluated separately.
  • This offers additional functionalities for an extended determination of the state of the liquid, namely the determination of two different physical properties.
  • a segment located in the lower region of the container can be used to determine the composition of the liquid. For example, this can
  • the device has an evaluation unit which is connected to the capacitive sensor in terms of data transmission.
  • the connection can be wired or wireless (radio, NFC, WLAN, etc.).
  • the associated characteristic of the physical property is determined for a capacitance value determined in the capacitive sensor. I.e. there is an assignment of an expression of the physical property to a measured capacitance value.
  • the evaluation unit has a memory unit in which setpoint values of at least one physical property are stored.
  • setpoint values maximum values and / or minimum values can also be stored, and the evaluation unit can output a warning if they are exceeded or not reached.
  • a contact head is arranged, which is connected to the evaluation unit for data transmission, the contact head being received in particular in a bore in the container.
  • the contact head serves as a measuring head and closes the measuring circuit of the capacitive sensor. The inclusion in a bore makes assembly of the
  • Another embodiment describes the possibility of attaching the sensor tape to different locations in the container. This results in the
  • Developments of the invention also represent advantageous developments of the invention in combination with one another - insofar as this is technically sensible.
  • the device for measuring can be used, for example, in a truck transmission in order to determine the oil level and the oil condition in an oil pan there. Due to wear, for example the gear wheels of a transmission, there is the possibility of sedimentation of metallic abrasion on the bottom of an oil pan. This means that there is a suspension in the lower area of the oil pan. Oil (dispersion medium) and metallic abrasion (disperse phase) form a dispersion consisting of substances of different dielectric properties
  • FIG. 1 shows a first variant of a device for measuring physical properties of a liquid with a sensor strip in one
  • FIG. 2 shows a second variant of a device for measuring physical properties of a liquid with a sensor strip in one
  • FIG. 3 shows a third variant of a device for measuring physical properties of a liquid with a sensor strip in one
  • Container attached sensor tape 5a and b show a segmented sensor strip in a plan view and a sectional illustration
  • FIG. 7 shows the first variant of a device for measurement.
  • Fig. 1 shows a first variant of a device 10 for measuring physical properties of a liquid with a sensor tape 3, the
  • Sensor strip 3 forms a space in which the physical properties of the liquid are measured.
  • Liquid L is only partially shown. So is part of the
  • a sensor strip 3 is attached to the inner contour 6 of the container 2.
  • the sensor strip 3 has an electrically conductive layer 4 and an electrically insulating layer 5, which are in direct contact with one another. Thanks to the electrically insulating layer 5, the electrically conductive layer 4 is at a distance from the inner contour 6 of the container 2. This enables liquid L to penetrate into the space between the inner contour 6 of the container 2 and the electrically conductive layer 4.
  • opposite areas of the inner contour 6 of the container 2 each form electrodes of a capacitive sensor 1.
  • This capacitive sensor 1 makes it possible to determine the capacitance value in the space between the electrodes.
  • the capacitance value depends on the medium that is located between the electrodes. So can indirect
  • the capacitance value can be used to determine whether there is liquid L or air or what composition the liquid L has.
  • the capacitance value is also called the relative permittivity of the dielectric e G
  • Fig. 2 shows a second variant of a device 10 for measurement
  • the electrically insulating layer 5 of the sensor strip 3 has a U-shaped configuration. In the area of its legs, the electrically insulating layer 5 is connected to the container 2 at its inner contour 6.
  • the electrically conductive layer 4 is applied to the inside, on the bottom of the U-shaped electrically insulating layer 5.
  • the mode of action of this device for measurement 10 is analogous to the mode of action of the variant described in FIG.
  • Fig. 3 shows a third variant of a device 10 for measuring physical properties of a liquid L with a sensor tape 3.
  • the sensor tape 3 is designed such that the electrically conductive layer 4 is in the form of a round rod or a flexible wire, which by means of a web of electrically insulating layer 5 is connected to the container 2.
  • the mode of action of this device for measurement 10 is also analogous to the mode of action of the variant described in FIG.
  • FIG. 4 shows a detailed representation of the sensor strip 3 attached to the inner contour 6 of a container 2.
  • the sensor strip 3 also has this
  • Embodiment an electrically conductive layer 4 and an electrically insulating layer 5.
  • the sensor strip 3 can be connected to the container 2, for example, by gluing, welding or locking, which is not detailed in FIG. It cannot be seen in the sectional illustration that liquid L can penetrate into the space between the electrically conductive layer 4 and the inner contour 6 of the container 2. However, this is only due to the special positioning of the cut.
  • the sensor strip 3 can be designed according to one of the variants of FIGS. 1 to 3, so that the space between the electrodes results in which
  • Liquid L can penetrate and in which the capacitance value is measured.
  • the sensor strip 3 is aligned vertically in the container 2. It extends from the lowest point of the container 2 to the highest point of the container 2. At the top of the
  • a contact head 8 is arranged in a bore in the wall of the container 2, which closes the measuring circuit and with a
  • Evaluation unit 7 is connected for data transmission.
  • Evaluation unit 7 has a storage unit 9 in which setpoint values can be stored. By determining the capacitance value, it is possible, for example, to infer a filling height h of the container 2.
  • Fiq. 5a and b show an alternative embodiment with a segmented sensor strip 3 in a plan view and a section at position B-B.
  • the electrically insulating layer 5 is also designed here in a U-shape.
  • the electrically conductive layer 5 is segmented in the vertical direction, i. H.
  • a first segment 4.1 is provided in a lower area and a second segment 4.2 is provided in the upper area.
  • the two segments 4.1 and 4.2 are each connected in terms of data transmission to an evaluation unit 7 (not shown). This makes it possible that in the area of the first segment 4.1 and the second segment 4.2
  • FIGS. 6a and 6b show the segmented sensor strip 3 from FIG. 5b with different states of the liquid L in the container 2. While the lower segment 4.1 is intended to determine the composition of the liquid L, namely the presence and characteristics of a suspension, the upper segment is used 4.2 the determination of a filling level h of the liquid L. A capacitance value measured in the space between the first segment 4.1 and the inner contour 6 of the container 2 corresponds to a
  • the capacity value is significantly increased compared to a stored target value. If a maximum value stored in the evaluation unit 7 is exceeded, a warning can then be output by the evaluation unit 7, for example.
  • a capacitance value measured in the space between the second segment 4.2 and the inner contour 6 of the container 2 corresponds to a specific fill level of the liquid L.
  • the same capacitance value is measured as in the example of FIG. 6b. This means that the liquid L has the same fill level in both examples.
  • the capacitor is formed here between the two electrically conductive layers 4.1 and 4.2 along the sensor strip 3.
  • the liquid L now fills the space between these two electrically conductive layers 4.1 and 4.2 and thus influences the capacitive signal to be measured.

Abstract

The invention relates to a device (10) for measuring physical properties of a fluid (L) in a container (2), comprising a container (2) and a capacitive sensor (1) with spaced-apart electrodes. according to the invention, a sensor band (3) is attached to the inner contour (6) of the container (2), wherein the sensor band (3) has at least one electrically conductive layer (4) and at least one electrically insulating layer (5), wherein the electrically insulating layer (5) is in contact with the inner contour (6) of the container (2). The one electrode of the capacitive sensor (1) is formed by the electrically conductive layer (4) and the other electrode of the capacitve sensor (1) is formed by the container (2). A device of this type has low space requirements and can be well integrated in containers filled with fluid. In this way, the fill level and state of the fluid can be reliably monitored.

Description

Vorrichtung zur Messung physikalischer Eigenschaften einer Flüssigkeit mit Sensorband Device for measuring physical properties of a liquid with a sensor tape
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung physikalischer The invention relates to a device for measuring physical
Eigenschaften einer Flüssigkeit gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Properties of a liquid according to the preamble of claim 1.
Stand der Technik State of the art
Elektronische Füllstandsensoren zur Bestimmung des Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter arbeiten üblicherweise mit dem kapazitiven Messprinzip. Dabei wird die Kapazität zwischen zwei Platten eines Electronic level sensors for determining the level of a liquid in a container usually work with the capacitive measuring principle. Thereby the capacity between two plates becomes one
Kondensators gemessen. Für die Veränderung des Signals sorgt die Measured capacitor. The changes the signal
Flüssigkeit, die je nach Füllstand unterschiedlich hoch zwischen den zwei Platten steht. Um ein gleichmäßiges Signal zu erhalten, sind die beiden Platten auf der gesamten Messstrecke absolut gerade ausgelegt. Hierfür ist in den entsprechenden Maschinenbauteilen und Motoren ausreichend Bauraum vorzusehen. Liquid that stands between the two plates at different levels depending on the level. In order to obtain a uniform signal, the two plates are designed to be absolutely straight over the entire measuring section. For this, sufficient installation space must be provided in the corresponding machine components and motors.
Ein derartiger Füllstandssensor ist beispielsweise in der WO 2016130848 A1 und der US 2019/077292 A1 beschrieben. Such a level sensor is described, for example, in WO 2016130848 A1 and US 2019/077292 A1.
Da immer kompaktere Bauformen gefordert werden, ist es zunehmend unmöglich solche Füllstandsensoren zu verwenden. Auch müssen immer mehr Maschinenbauteile besser überwacht werden, die in der Vergangenheit keine direkte Überwachung hatten. Zudem sollte für eine hohe Messgenauigkeit der Abstand zwischen den Platten des Kondensators immer konstant sein. Dies ist bei kompakten Maschinenbauteilen nur sehr aufwändig zu realisieren. As more and more compact designs are required, it is increasingly impossible to use such level sensors. Also, more and more machine components need to be monitored better, which in the past had not had direct surveillance. In addition, the distance between the plates of the capacitor should always be constant for high measurement accuracy. This can only be achieved with great effort in the case of compact machine components.
Aufgabenstellung Task
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Vorrichtung zur Messung physikalischer Eigenschaften einer Flüssigkeit zu schaffen, welche einen geringen Platzbedarf hat und gut in mit Flüssigkeit befüllte Behälter integriert werden kann. Weitere Aufgabe ist es, eine breite Anwendung der Vorrichtung in unterschiedlichsten Behältern zu ermöglichen. Weitere Aufgabe ist es die Lage der Flüssigkeitsoberfläche im Behälter zu ermitteln. The object of the present invention is to create a device for measuring physical properties of a liquid, which has a small footprint and can be easily integrated into containers filled with liquid. Another object is to enable the device to be used widely in a wide variety of containers. Another task is to determine the position of the liquid surface in the container.
Technische Lösung Technical solution
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Messung physikalischer Eigenschaften einer Flüssigkeit mit den Merkmalen von Anspruch 1. This object is achieved by a device for measuring physical properties of a liquid having the features of claim 1.
Erfindungsgemäß wurde als vorteilhaft erkannt ein flaches Sensorband an der Innenkontur, d.h. der Innenwandung des Behälters anzubringen. According to the invention, a flat sensor strip on the inner contour was recognized as advantageous, i.e. to be attached to the inner wall of the container.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient der Messung physikalischer The device according to the invention is used to measure physically
Eigenschaften einer Flüssigkeit in einem Behälter, d. h. von physikalischen Messgrößen. Bei der Flüssigkeit kann es sich um einen Betriebsstoff einer Maschine oder Anlage handeln, z.B. um Getriebeöl. Die Vorrichtung weist einen Behälter, zum Beispiel aus einem Metallblech, und einen kapazitiven Sensor mit zwei oder mehreren beabstandeten Elektroden auf. Properties of a liquid in a container, d. H. of physical measurands. The liquid can be an operating material of a machine or system, e.g. to gear oil. The device comprises a container, for example made of sheet metal, and a capacitive sensor with two or more spaced electrodes.
In vorteilhafter Weise ist an der Innenkontur des Behälters ein Sensorband angebracht, wobei das Sensorband eine elektrisch leitfähige und eine elektrisch isolierende Schicht aufweist. Als Teil des Behälters wird hier auch eine Behälterdichtung verstanden. Unter einem Band wird dabei eine flache und längliche Form verstanden. Das Sensorband kann beispielsweise mit der Oberfläche des Behälters verklebt oder verschweißt sein oder durch Verklipsen oder Verrrasten in die Innenkontur des Behälters eingefügt sein. A sensor strip is advantageously attached to the inner contour of the container, the sensor strip having an electrically conductive and an electrically insulating layer. As part of the container, there is also a Understood container seal. A band is understood to mean a flat and elongated shape. The sensor tape can be glued or welded to the surface of the container, for example, or inserted into the inner contour of the container by clipping or locking.
Die elektrisch isolierende Schicht liegt an der Innenkontur des Behälters an. Zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht und der Oberfläche des Behälters wird ein Zwischenraum gebildet, in den die Flüssigkeit eindringen kann. The electrically insulating layer rests on the inner contour of the container. A gap is formed between the electrically conductive layer and the surface of the container, into which the liquid can penetrate.
Eine Elektrode des kapazitiven Sensors wird durch die elektrisch leitfähige Schicht und die andere Elektrode des kapazitiven Sensors durch den Behälter gebildet. Dazu ist der Behälter zumindest im Bereich seiner Elektrodenfunktion ebenfalls elektrisch leitfähig ausgestaltet. Ist der Behälter nicht aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigt, so sind die Elektroden in das One electrode of the capacitive sensor is formed by the electrically conductive layer and the other electrode of the capacitive sensor is formed by the container. For this purpose, the container is also designed to be electrically conductive, at least in the area of its electrode function. If the container is not made of an electrically conductive material, the electrodes are in the
Sensorband integriert und zwei oder mehr elektrisch leitfähige Schichten bilden die Elektroden aus. Damit wird eine kapazitive Messung zwischen den elektrisch leitfähigen Schichten als Elektroden ermöglicht. Integrated sensor tape and two or more electrically conductive layers form the electrodes. This enables capacitive measurement between the electrically conductive layers as electrodes.
Die elektrisch leitfähige Schicht und der ihr gegenüberliegende Bereich der Innenkontur des Behälters bilden jeweils Elektroden eines kapazitiven Sensors. Durch diesen kapazitiven Sensor wird ermöglicht den Kapazitätswert im Raum zwischen den Elektroden zu bestimmen. Der Kapazitätswert ist dabei abhängig von dem Medium, welches sich zwischen den Elektroden befindet. Der The electrically conductive layer and the region of the inner contour of the container opposite it each form electrodes of a capacitive sensor. This capacitive sensor enables the capacitance value in the space between the electrodes to be determined. The capacitance value depends on the medium that is located between the electrodes. Of the
Kapazitätswert hängt unter anderem von der relativen Permittivität des The capacitance value depends, among other things, on the relative permittivity of the
Dielektrikums eG (Permittivitäts- oder Dielektrizitätszahl) ab. Dielectric e G (permittivity or dielectric constant).
So können mittelbar über den Kapazitätswert physikalische Eigenschaften einer Flüssigkeit festgestellt werden. In this way, physical properties of a liquid can be determined indirectly via the capacitance value.
In vorteilhafter Weise kann eine derartige Vorrichtung in unterschiedlichst ausgeformten Behältern zum Einsatz gelangen. Auch in engen und Such a device can advantageously be used in containers of the most varied of shapes. Even in tight and
verwinkelten Behältern kann das Sensorband eingebracht werden. Ein weiterer Vorteil besteht in der einfachen Anpassung der Vorrichtung: das Sensorband kann durch Ablängen einfach auf das richtige Maß gebracht werden. Da die Elektroden des kapazitiven Sensors im Gegensatz zu ebenen parallel beabstandeten Elektroden gemäß dem Stand der Technik einen komplexen Verlauf aufweisen, wird eine entsprechende Umrechnung der Messdaten für die verschiedenen Ausprägungen der physikalischen Eigenschaften benötigt. Dies ist mittels derzeit verfügbaren Datenverarbeitungstechnologien jedoch problemlos möglich und kann durch eine Auswerteeinheit realisiert werden. The sensor tape can be inserted into angled containers. Another advantage is the simple adaptation of the device: the sensor strip can be easily adjusted to the correct size by cutting it to length. Since the electrodes of the capacitive sensor, in contrast to flat, parallel spaced electrodes according to the prior art, have a complex profile, a corresponding conversion of the measurement data is required for the various characteristics of the physical properties. However, this is easily possible using currently available data processing technologies and can be implemented by an evaluation unit.
In einer besonders vorteilhaften und daher bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung ist das Sensorband aus flexiblem und dehnfähigem Material, insbesondere aus Elastomer und/oder Vliesstoff. Es ist jeweils ein Material mit guter Resistenz bezüglich der Flüssigkeit zu wählen. Bei dem Elastomer kann es sich beispielsweise um ein Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR), In a particularly advantageous and therefore preferred development of the device, the sensor strip is made of flexible and stretchable material, in particular made of elastomer and / or nonwoven. A material with good resistance to the liquid must be selected in each case. The elastomer can be, for example, an acrylonitrile-butadiene rubber (NBR),
Acrylatkautschuke (wie ACM oder AEM), Fluorkautschuk (FKM), um Silikone oder Floursilikone (VMQ oder FVMQ) oder um Ethylen-Propylen-Dien- Kautschuk (EPDM) handeln. Bei dem Vliesstoff kann es sich beispielsweise um Kohlenstofffaservliese, Metallfaservliese und Vliesstoffe aus Polymeren handeln. Bei dem Vliesstoff kann es sich beispielsweise insbesondere um Vliesstoff mit Fasern handeln, die ein Polymer enthalten, das ausgewählt ist aus der Gruppe der Polyester, Polyamide, ,Polyacrylate, Polymethacrylate, Acrylate rubbers (such as ACM or AEM), fluororubber (FKM), silicones or fluorosilicones (VMQ or FVMQ) or ethylene-propylene-diene rubber (EPDM). The nonwoven fabric can be, for example, carbon fiber nonwovens, metal fiber nonwovens and polymer nonwovens. The nonwoven fabric can be, for example, in particular a nonwoven fabric with fibers that contain a polymer selected from the group of polyesters, polyamides, polyacrylates, polymethacrylates,
Polyoxyalkylene, Polysäuren sowie Copolymere davon, natürliche Polymere wie Cellulose oder modifizierte natürliche Polymere wie Viskose, Polyurethane, Polysillkone, sowie Polyolefine und Polymere, die durch chemische oder physikalische Verfahren hydrophilisiert sind. Polyoxyalkylenes, polyacids and copolymers thereof, natural polymers such as cellulose or modified natural polymers such as viscose, polyurethanes, polysilicon, as well as polyolefins and polymers which are hydrophilized by chemical or physical processes.
Auch kann der Vliesstoff ein Spinnvlies sein, insbesondere ein Nassvlies, Trockenvlies, Meltblown-Vlies oder elektrostatisch gesponnener Vlies. The nonwoven fabric can also be a spunbond nonwoven, in particular a wet nonwoven, dry nonwoven, meltblown nonwoven or electrostatically spun nonwoven.
Die elektrisch leitfähige und die elektrisch isolierende Schicht können entweder beide aus Elastomer, beide aus Vliesstoff oder eine Schicht aus Vliesstoff und eine Schicht aus Elastomer hergestellt sein. The electrically conductive and electrically insulating layers can either be made of elastomer, both of nonwoven fabric, or one layer of nonwoven fabric and one layer of elastomer.
Dadurch, dass beide Schichten des Sensorbandes aus einem flexiblen Material (z.B. Elastomer oder Vliesstoff) gefertigt sind, kann das Sensorband sehr gut der z.B. gewölbten Gehäusewand folgen. Das Sensorband kann gut und einfach an eine beliebige Geometrie einer Innenkontur eines Behälters angelegt werden. Because both layers of the sensor tape are made of a flexible material (for example elastomer or non-woven fabric), the sensor tape can do very well follow the curved housing wall, for example. The sensor tape can easily and easily be applied to any geometry of an inner contour of a container.
Eine weitere Ausführungsform wäre die isolierende Schicht aus Elastomer und die leitfähige Schicht aus einem biegefähigen Metall, das sich den Another embodiment would be the insulating layer made of elastomer and the conductive layer made of a flexible metal, which is
Veränderungen entsprechend anpasst. Dieses Metall kann entweder mit einem Haftvermittler an das Elastomer angebunden sein. Es kann aber auch in der Form hergestellt werden, dass es umspritzt wird oder koextrudiert wird, sodass eine dünne Schicht des isolierenden Elastomers den Metalldraht umschließt. Changes accordingly. This metal can either be bonded to the elastomer with an adhesion promoter. However, it can also be produced in the form that it is overmolded or coextruded so that a thin layer of the insulating elastomer surrounds the metal wire.
In einer möglichen Weiterbildung ist das Sensorband in Strangextrusion gefertigt. Dieser Weiterbildung ist fertigungstechnisch vorteilhaft, da das In a possible further development, the sensor strip is manufactured using strand extrusion. This development is advantageous in terms of production, since the
Sensorband so besonders einfach und kostengünstig gefertigt werden kann. Sensor tape can be manufactured particularly easily and inexpensively.
Bei der gemessenen physikalischen Eigenschaft kann es sich insbesondere um den Füllstand der Flüssigkeit in dem Behälter handeln. Handelt es sich bei der Flüssigkeit um den Betriebsstoff einer Maschine oder Anlage, so kann ein ausreichendes Vorhandensein des Betriebsstoffs überwacht und sichergestellt werden. The measured physical property can in particular be the level of the liquid in the container. If the liquid is the operating material of a machine or system, a sufficient presence of the operating material can be monitored and ensured.
In einer möglichen Ausbildung der Vorrichtung ist das Sensorband in dem Behälter vertikal ausgerichtet und erstreckt sich insbesondere vom tiefsten Punkt bis zum höchsten Punkt des Behälters. Das Sensorband kann sich alternativ über die Höhe eines vertikalen Seitenteils des Behälters erstrecken, d.h. zwischen Boden und Deckel des Behälters positioniert sein, und ist dabei vertikal ausgerichtet. So kann besonders gut der Füllstand der Flüssigkeit in dem Behälter bestimmt werden. Bei der gemessenen physikalischen Eigenschaft kann es sich auch um die Zusammensetzung der Flüssigkeit handeln, insbesondere um die Ausbildung einer Suspension, d.h. dem Vorhandensein von Feststoffpartikeln in der Flüssigkeit. Damit besteht auch die Möglichkeit, einen In one possible embodiment of the device, the sensor strip is oriented vertically in the container and extends in particular from the lowest point to the highest point of the container. The sensor band can alternatively extend over the height of a vertical side part of the container, ie be positioned between the bottom and the lid of the container, and is oriented vertically. The filling level of the liquid in the container can thus be determined particularly well. The physical property measured can also be the composition of the liquid, in particular the formation of a suspension, ie the presence of solid particles in the liquid. There is also the possibility of a
Konzentrationsgradienten innerhalb einer Dispersion, hervorgerufen zum Beispiel durch Sedimentation, zu ermitteln. Dies setzt eine Unterscheidung zwischen disperser Phase (z.B. metallischer Abrieb) und Dispersionsmedium (d. h. der Flüssigkeit, z.B. Getriebeöl) hinsichtlich ihrer dielektrischen To determine concentration gradients within a dispersion, caused for example by sedimentation. This makes a distinction between the disperse phase (e.g. metallic abrasion) and the dispersion medium (i.e. the liquid, e.g. gear oil) in terms of their dielectric
Eigenschaften, sowie die vorausgegangene Speicherung und zeitliche Properties, as well as the previous storage and temporal
Bestimmung von Vergleichswerten voraus. Determination of comparative values in advance.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das Sensorband in vertikaler Richtung segmentiert ist und die elektrisch leitfähige Schicht mindestens zwei Segmente aufweist, wobei ein jeweiliges Segment der Messung je einer physikalischen Eigenschaft dient. In anderen Worten: es liegt eine gestaffelte Anordnung zweier Segmente der elektrisch leitfähigen Schicht des Sensorbandes vor, welche auf jeweils unterschiedlicher Flöhenlage an der Innenkontur des Behälters, d. h. der Gehäuseinnenwand positioniert sind. Die Messergebnisse der beiden Segmente können dabei jeweils separat ausgewertet werden. Dadurch bieten sich zusätzliche Funktionalitäten für eine erweiterte Zustandsbestimmung der Flüssigkeit, nämlich der Bestimmung von zwei unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften. So kann in einer besonders vorteilhaften und daher bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung ein im unteren Bereich des Behälters liegendes Segment zur Bestimmung der Zusammensetzung der Flüssigkeit dienen. Beispielsweise kann das It has proven to be particularly advantageous if the sensor strip is segmented in the vertical direction and the electrically conductive layer has at least two segments, each segment serving to measure a physical property. In other words: there is a staggered arrangement of two segments of the electrically conductive layer of the sensor tape, which are each in a different flea position on the inner contour of the container, i.e. H. the housing inner wall are positioned. The measurement results of the two segments can be evaluated separately. This offers additional functionalities for an extended determination of the state of the liquid, namely the determination of two different physical properties. In a particularly advantageous and therefore preferred embodiment of the device, a segment located in the lower region of the container can be used to determine the composition of the liquid. For example, this can
Vorhandensein und die Ausprägung einer Suspension im Bereich dieses Segments ermittelt werden und im oberen Bereich des Behälters liegt ein weiteres Segment, welches zur Bestimmung der Füllstandshöhe in dem The presence and the form of a suspension in the area of this segment can be determined and in the upper area of the container there is another segment, which is used to determine the fill level in the
Behälter dient. In Weiterbildung der Vorrichtung besitzt die Vorrichtung eine Auswerteeinheit, welche datenübertragungstechnisch mit dem kapazitiven Sensor verbunden ist. Die Verbindung kann dabei kabelgebunden oder kabellos (Funk, NFC, WLAN, etc.) erfolgen. In der Auswerteeinheit wird die zugehörige Ausprägung der physikalischen Eigenschaft zu einem in dem kapazitiven Sensor bestimmten Kapazitätswert ermittelt. D. h. es erfolgt eine Zuordnung eine Ausprägung der physikalischen Eigenschaft zu einem gemessenen Kapazitätswert. Container is used. In a further development of the device, the device has an evaluation unit which is connected to the capacitive sensor in terms of data transmission. The connection can be wired or wireless (radio, NFC, WLAN, etc.). In the evaluation unit, the associated characteristic of the physical property is determined for a capacitance value determined in the capacitive sensor. I.e. there is an assignment of an expression of the physical property to a measured capacitance value.
Es wurde als vorteilhaft erkannt, dass die Auswerteeinheit eine Speichereinheit aufweist, in welcher Sollwerte mindestens einer physikalischen Eigenschaft hinterlegt sind. Zusätzlich zu den Sollwerten können auch Maximalwerte und/oder Minimalwerte hinterlegt sein, wobei bei deren Überschreitung bzw. Unterschreitung durch die Auswerteeinheit eine Warnung ausgegeben werden kann. It has been recognized as advantageous that the evaluation unit has a memory unit in which setpoint values of at least one physical property are stored. In addition to the setpoint values, maximum values and / or minimum values can also be stored, and the evaluation unit can output a warning if they are exceeded or not reached.
In möglicher Ausgestaltung der Vorrichtung ist an einem Ende des In a possible embodiment of the device is at one end of the
Sensorbandes ein Kontaktkopf angeordnet, der datenübertragungstechnisch mit der Auswerteinheit verbunden ist wobei der Kontaktkopf insbesondere in einer Bohrung in den Behälter aufgenommen ist. Der Kontaktkopf dient als Messkopf und schließt den Messkreis des kapazitiven Sensors. Durch die Aufnahme in einer Bohrung ist eine besonders einfache Montage des Sensor strip, a contact head is arranged, which is connected to the evaluation unit for data transmission, the contact head being received in particular in a bore in the container. The contact head serves as a measuring head and closes the measuring circuit of the capacitive sensor. The inclusion in a bore makes assembly of the
Messkopfes möglich. Measuring head possible.
Es ist auch möglich, das Sensorband mit einer Rahmendichtung des Behälters zu kombinieren und daraus ein Bauteil herzustellen. Damit vereinfacht sich die Montage und es sind weniger Bauteile vorhanden. It is also possible to combine the sensor tape with a frame seal of the container and produce a component from it. This simplifies assembly and there are fewer components.
Eine weitere Ausführungsform beschreibt die Möglichkeit, das Sensorband an verschiedenen Stellen im Behälter anzubringen. Damit ergibt sich die Another embodiment describes the possibility of attaching the sensor tape to different locations in the container. This results in the
Möglichkeit, über entsprechende Messelektronik auch bei Neigungen den Füllstand korrekt zu ermitteln. Dies kann auch in Form eines Flächengebildes dargestellt werden, in dem mehrere Leiterbahnen nebeneinander angebracht werden. Possibility of using the appropriate measuring electronics even with inclines To determine the filling level correctly. This can also be represented in the form of a flat structure in which several conductor tracks are attached next to one another.
In anderen Worten: Werden mehrere Sensorbänder an unterschiedlichen Stellen in dem Behälter verbaut, so besteht die Möglichkeit auch bei schiefer Lage des Behälters (z.B. LKW steht an einem Berghang) den Füllstand des Behälters entsprechend zu bestimmen. Dazu wird mit Hilfe der Auswerteeinheit ein gemittelter Füllstand berechnet. In other words: If several sensor strips are installed at different points in the container, it is possible to determine the level of the container accordingly, even if the container is in an inclined position (e.g. a truck is on a mountain slope). For this purpose, an averaged fill level is calculated with the aid of the evaluation unit.
Weiterhin ist es auch möglich, die Kontaktierung durch Metallelemente im Falle von nicht-metallischen Elementen nach außen zu führen. Dadurch kann die Kontaktierung zur Auswerteeinheit deutlich vereinfacht werden. Auch Furthermore, it is also possible to make the contact through metal elements in the case of non-metallic elements to the outside. The contact to the evaluation unit can thereby be significantly simplified. Also
Kunststoffkörper mit integrierter Mechatronik (MID) sind denkbar. Plastic bodies with integrated mechatronics (MID) are conceivable.
Die beschriebene Erfindung und die beschriebenen vorteilhaften The invention described and the advantageous described
Weiterbildungen der Erfindung stellen auch in Kombination miteinander - soweit dies technisch sinnvoll ist - vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung dar. Developments of the invention also represent advantageous developments of the invention in combination with one another - insofar as this is technically sensible.
Hinsichtlich weiterer Vorteile und in konstruktiver und funktioneller Hinsicht vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie die Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren verwiesen. With regard to further advantages and embodiments of the invention which are advantageous in terms of construction and function, reference is made to the subclaims and the description of exemplary embodiments with reference to the accompanying figures.
Ausführungsbeispiel Embodiment
Die Vorrichtung zur Messung kann beispielsweise in einem Lkw-Getriebe verwendet werden, um dort den Ölstand und den Ölzustand in einer Ölwanne zu bestimmen. Auf Grund von Verschleiß, zum Beispiel der Zahnräder eines Getriebes, besteht die Möglichkeit der Sedimentation metallischen Abriebs am Boden einer Ölwanne. D.h. im unteren Bereich der Ölwanne liegt eine Suspension vor. Öl (Dispersionsmedium) und metallischer Abrieb (disperse Phase) bilden hierbei eine Dispersion bestehend aus Stoffen unterschiedlicher dielektrische The device for measuring can be used, for example, in a truck transmission in order to determine the oil level and the oil condition in an oil pan there. Due to wear, for example the gear wheels of a transmission, there is the possibility of sedimentation of metallic abrasion on the bottom of an oil pan. This means that there is a suspension in the lower area of the oil pan. Oil (dispersion medium) and metallic abrasion (disperse phase) form a dispersion consisting of substances of different dielectric properties
Eigenschaften. Die Sedimentation des metallischen Abriebs führt auf Grund seiner gegenüber Öl erhöhten Dielektrizitätszahl zum Anstieg der gemessenen Kapazität im entsprechenden Segment des Sensorbandes. Vergleicht man die Messwerte des von diesem Konzentrationsgradienten betroffenen Segments des Sensorbandes mit den Messwerten eines in abweichender Lage montierten Segments des Sensorbandes, so lassen sich Abweichungen des Soll- Zustandes in der Zusammensetzung des Öls ermitteln. Characteristics. The sedimentation of the metallic abrasion leads to an increase in the measured capacitance in the corresponding segment of the sensor tape due to its higher dielectric constant compared to oil. If one compares the measured values of the segment of the sensor strip affected by this concentration gradient with the measured values of a segment of the sensor strip mounted in a different position, then deviations from the target state in the composition of the oil can be determined.
Die Erfindung soll an Hand beigefügter Figuren noch näher erläutert werden. Einander entsprechende Elemente und Bauteile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Zugunsten einer besseren Übersichtlichkeit der Figuren wurde auf eine maßstabsgetreue Darstellung verzichtet. The invention will be explained in more detail with reference to the attached figures. Corresponding elements and components are provided with the same reference symbols in the figures. In favor of a better clarity of the figures, a representation true to scale has been dispensed with.
Es zeigen in schematischer Darstellung It show in a schematic representation
Fig. 1 eine erste Variante einer Vorrichtung zur Messung physikalischer Eigenschaften einer Flüssigkeit mit Sensorband in einer 1 shows a first variant of a device for measuring physical properties of a liquid with a sensor strip in one
Schnittdarstellung Sectional view
Fig. 2 eine zweite Variante einer Vorrichtung zur Messung physikalischer Eigenschaften einer Flüssigkeit mit Sensorband in einer 2 shows a second variant of a device for measuring physical properties of a liquid with a sensor strip in one
Schnittdarstellung Sectional view
Fig. 3 eine dritte Variante einer Vorrichtung zur Messung physikalischer Eigenschaften einer Flüssigkeit mit Sensorband in einer 3 shows a third variant of a device for measuring physical properties of a liquid with a sensor strip in one
Schnittdarstellung Sectional view
Fig. 4 eine Detaildarstellung des an der Innenkontur eines 4 shows a detailed illustration of the on the inner contour of a
Behälters angebracht Sensorbandes Fig. 5a und b ein segmentiertes Sensorband in einer Draufsicht und einer Schnittdarstellung Container attached sensor tape 5a and b show a segmented sensor strip in a plan view and a sectional illustration
Fig. 6a und b das segmentierte Sensorband aus Figur 5b bei 6a and b show the segmented sensor tape from FIG. 5b
unterschiedlichem Zustand der Flüssigkeit in dem Behälter different state of the liquid in the container
Fig. 7 die erste Variante einer Vorrichtung zur Messung gern. Fig. 7 shows the first variant of a device for measurement. Fig.
1 mit Angabe der Elektroden des kapazitiven Sensors 1 with details of the electrodes of the capacitive sensor
Fig. 8a und b ein segmentiertes Sensorband mit Längssegmentierung der Elektroden zur Messung an nichtleitenden Behältern in einer Draufsicht und einer Schnittdarstellung 8a and b show a segmented sensor strip with longitudinal segmentation of the electrodes for measurement on non-conductive containers in a plan view and a sectional view
Fig. 1 zeigt eine erste Variante einer Vorrichtung 10 zur Messung physikalischer Eigenschaften einer Flüssigkeit mit einem Sensorband 3, wobei das Fig. 1 shows a first variant of a device 10 for measuring physical properties of a liquid with a sensor tape 3, the
Sensorband 3 einen Raum ausbildet, in dem die physikalischen Eigenschaften der Flüssigkeit gemessen werden. Der Behälter 2, in welchem sich eine Sensor strip 3 forms a space in which the physical properties of the liquid are measured. The container 2, in which a
Flüssigkeit L befindet, ist nur teilweise dargestellt. So ist ein Teil der Liquid L is only partially shown. So is part of the
Gehäusewand des Behälters 2 zu sehen. An der Innenkontur 6 des Behälters 2 ist ein Sensorband 3 angebracht. Das Sensorband 3 weist eine elektrisch leitfähige Schicht 4 und eine elektrisch isolierende Schicht 5 auf, welche in direktem Kontakt miteinander stehen. Dank der elektrisch isolierenden Schicht 5 ist die elektrisch leitfähige Schicht 4 beabstandet zur Innenkontur 6 des Behälters 2. Dadurch wird ermöglicht, dass Flüssigkeit L auch in den Raum zwischen der Innenkontur 6 des Behälters 2 und der elektrisch leitfähigen Schicht 4 eindringt. Die elektrisch leitfähige Schicht 4 und der ihr Housing wall of the container 2 can be seen. A sensor strip 3 is attached to the inner contour 6 of the container 2. The sensor strip 3 has an electrically conductive layer 4 and an electrically insulating layer 5, which are in direct contact with one another. Thanks to the electrically insulating layer 5, the electrically conductive layer 4 is at a distance from the inner contour 6 of the container 2. This enables liquid L to penetrate into the space between the inner contour 6 of the container 2 and the electrically conductive layer 4. The electrically conductive layer 4 and her
gegenüberliegende Bereich der Innenkontur 6 des Behälters 2 bilden jeweils Elektroden eines kapazitive Sensors 1. Die Position der Elektroden für opposite areas of the inner contour 6 of the container 2 each form electrodes of a capacitive sensor 1. The position of the electrodes for
Ausführungen mit elektrisch leitfähigem Behälter 2 wird durch das Versions with an electrically conductive container 2 are supported by the
Schaltzeichen eines Kondensators C in Fig. 7 verdeutlicht. Durch diesen kapazitiven Sensor 1 wird ermöglicht den Kapazitätswert im Raum zwischen den Elektroden zu bestimmen. Der Kapazitätswert ist dabei abhängig von dem Medium, welches sich zwischen den Elektroden befindet. So kann mittelbar über den Kapazitätswert festgestellt werden, ob sich dort Flüssigkeit L befindet oder Luft oder welche Zusammensetzung die Flüssigkeit L hat. Der Circuit symbols of a capacitor C in Fig. 7 clarified. This capacitive sensor 1 makes it possible to determine the capacitance value in the space between the electrodes. The capacitance value depends on the medium that is located between the electrodes. So can indirect The capacitance value can be used to determine whether there is liquid L or air or what composition the liquid L has. Of the
Kapazitätswert wird auch als relative Permittivität des Dielektrikums eG The capacitance value is also called the relative permittivity of the dielectric e G
(Permittivitäts- oder Dielektrizitätszahl), d. h. des Mediums zwischen den Elektroden, bezeichnet. (Permittivity or dielectric constant), d. H. of the medium between the electrodes.
Fig. 2 zeigt eine zweite Variante einer Vorrichtung 10 zur Messung Fig. 2 shows a second variant of a device 10 for measurement
physikalischer Eigenschaften einer Flüssigkeit L mit einem Sensorband 3. Die elektrisch isolierende Schicht 5 der Sensorbands 3 hat dabei eine U-förmige Ausgestaltung. Im Bereich ihrer Schenkel ist die elektrisch isolierende Schicht 5 mit dem Behälter 2 an dessen Innenkontur 6 verbunden. Auf der Innenseite, am Boden der U-förmig ausgestalteten elektrisch isolierenden Schicht 5 ist auf diese die elektrisch leitfähige Schicht 4 aufgebracht. Die Wirkweise dieser Vorrichtung zur Messung 10 ist dabei analog zur Wirkweise der in Figur 1 beschriebenen Variante. physical properties of a liquid L with a sensor strip 3. The electrically insulating layer 5 of the sensor strip 3 has a U-shaped configuration. In the area of its legs, the electrically insulating layer 5 is connected to the container 2 at its inner contour 6. The electrically conductive layer 4 is applied to the inside, on the bottom of the U-shaped electrically insulating layer 5. The mode of action of this device for measurement 10 is analogous to the mode of action of the variant described in FIG.
Fig. 3 zeigt eine dritte Variante einer Vorrichtung 10 zur Messung physikalischer Eigenschaften einer Flüssigkeit L mit einem Sensorband 3. Das Sensorband 3 ist dabei derart ausgestaltet, dass die elektrisch leitfähige Schicht 4 in Form einer runden Stange oder eines flexiblen Drahtes ausgebildet ist, welche mittels eines Stegs aus elektrisch isolierender Schicht 5 mit dem Behälter 2 verbunden ist. Fig. 3 shows a third variant of a device 10 for measuring physical properties of a liquid L with a sensor tape 3. The sensor tape 3 is designed such that the electrically conductive layer 4 is in the form of a round rod or a flexible wire, which by means of a web of electrically insulating layer 5 is connected to the container 2.
Die Wirkweise dieser Vorrichtung zur Messung 10 ist dabei ebenfalls analog zur Wirkweise der in Figur 1 beschriebenen Variante. The mode of action of this device for measurement 10 is also analogous to the mode of action of the variant described in FIG.
Fig. 4 zeigt eine Detaildarstellung des an der Innenkontur 6 eines Behälters 2 angebracht Sensorbandes 3. Das Sensorband 3 weist auch bei dieser 4 shows a detailed representation of the sensor strip 3 attached to the inner contour 6 of a container 2. The sensor strip 3 also has this
Ausgestaltungsvariante eine elektrisch leitfähige Schicht 4 und eine elektrisch isolierende Schicht 5 auf. Das Sensorband 3 kann beispielsweise durch verkleben, verschweißen oder verrasten mit dem Behälter 2 verbunden sein, was in Figur 4 nicht näher ausgeführt ist. In der Schnittdarstellung ist nicht zu erkennen, dass Flüssigkeit L in den Raum zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht 4 und der Innenkontur 6 das Behälters 2 eindringen kann. Dies ist jedoch nur durch die spezielle Positionierung des Schnittes bedingt. Das Sensorband 3 kann gemäß einer der Varianten der Figuren 1 bis 3 ausgeführt sein, sodass sich der Raum zwischen den Elektroden ergibt, in welchen Embodiment an electrically conductive layer 4 and an electrically insulating layer 5. The sensor strip 3 can be connected to the container 2, for example, by gluing, welding or locking, which is not detailed in FIG. It cannot be seen in the sectional illustration that liquid L can penetrate into the space between the electrically conductive layer 4 and the inner contour 6 of the container 2. However, this is only due to the special positioning of the cut. The sensor strip 3 can be designed according to one of the variants of FIGS. 1 to 3, so that the space between the electrodes results in which
Flüssigkeit L eindringen kann und in welchem der Kapazitätswert gemessen wird. In der Ausführung gemäß Figur 4 ist das Sensorband 3 vertikal in dem Behälter 2 ausgerichtet. Es erstreckt sich vom tiefsten Punkt des Behälters 2 bis zum höchstgelegenen Punkt des Behälters 2. Am oberen Ende des Liquid L can penetrate and in which the capacitance value is measured. In the embodiment according to FIG. 4, the sensor strip 3 is aligned vertically in the container 2. It extends from the lowest point of the container 2 to the highest point of the container 2. At the top of the
Sensorbandes 3 ist ein Kontaktkopf 8 in einer Bohrung in der Wandung des Behälters 2 angeordnet, welcher den Messkreis schließt und mit einer Sensor strip 3, a contact head 8 is arranged in a bore in the wall of the container 2, which closes the measuring circuit and with a
Auswerteeinheit 7 datenübertragungstechnisch verbunden ist. Die Evaluation unit 7 is connected for data transmission. The
Auswerteeinheit 7 verfügt über eine Speichereinheit 9, in welcher Sollwerte hinterlegt sein können. Durch die Bestimmung des Kapazitätswert kann zum Beispiel auf eine Füllhöhe h des Behälters 2 rückgeschlossen werden. Evaluation unit 7 has a storage unit 9 in which setpoint values can be stored. By determining the capacitance value, it is possible, for example, to infer a filling height h of the container 2.
Fiq. 5a und b zeigen eine alternative Ausgestaltung mit einem segmentierten Sensorband 3 in einer Draufsicht und einem Schnitt an der Position B-B. Die elektrisch isolierende Schicht 5 ist - wie schon bereits oben beschrieben - auch hier U-förmig ausgeführt. Die elektrisch leitfähige Schicht 5 ist in vertikaler Richtung segmentiert, d. h. in einem unteren Bereich ist ein erstes Segment 4.1 und im oberen Bereich ein zweites Segment 4.2 vorgesehen. Die beiden Segmente 4.1 und 4.2 sind jeweils datenübertragungstechnisch mit einer Auswerteeinheit 7 verbunden (nicht dargestellt). Dadurch wird ermöglicht, dass im Bereich von erstem Segment 4.1 und vom zweiten Segment 4.2 Fiq. 5a and b show an alternative embodiment with a segmented sensor strip 3 in a plan view and a section at position B-B. As already described above, the electrically insulating layer 5 is also designed here in a U-shape. The electrically conductive layer 5 is segmented in the vertical direction, i. H. A first segment 4.1 is provided in a lower area and a second segment 4.2 is provided in the upper area. The two segments 4.1 and 4.2 are each connected in terms of data transmission to an evaluation unit 7 (not shown). This makes it possible that in the area of the first segment 4.1 and the second segment 4.2
unterschiedliche physikalische Eigenschaften der Flüssigkeit L ermittelt werden. Dies wird anhand der Figuren 6a und 6b näher erläutert. Fig. 6a und b zeigen das segmentierte Sensorband 3 aus Figur 5b bei unterschiedlichem Zustand der Flüssigkeit L in dem Behälter 2. Während durch das untere Segment 4.1 eine Zusammensetzung der Flüssigkeit L bestimmt werden soll, nämlich Vorhandensein und Ausprägungen einer Suspension, dient das oberes Segment 4.2 der Bestimmung eines Füllstandes h der Flüssigkeit L. Ein im Raum zwischen erstem Segment 4.1 und der Innenkontur 6 des Behälters 2 gemessener Kapazitätswert entspricht dabei einer different physical properties of the liquid L can be determined. This is explained in more detail with reference to FIGS. 6a and 6b. 6a and b show the segmented sensor strip 3 from FIG. 5b with different states of the liquid L in the container 2. While the lower segment 4.1 is intended to determine the composition of the liquid L, namely the presence and characteristics of a suspension, the upper segment is used 4.2 the determination of a filling level h of the liquid L. A capacitance value measured in the space between the first segment 4.1 and the inner contour 6 of the container 2 corresponds to a
bestimmten Zusammensetzung der Flüssigkeit L. Im Beispiel von Figur 6a wird dabei ein eher niedriger Kapazitätswert gemessen. Dies bedeutet einen guten Zustand der Flüssigkeit L. certain composition of the liquid L. In the example of Figure 6a, a rather low capacitance value is measured. This means a good condition of the liquid L.
Im Beispiel von Figur 6b hingegen haben sich in dem Raum Partikel In the example of FIG. 6b, however, there are particles in the space
angesammelt und es liegt eine Suspension S in der Flüssigkeit L vor. Dies kann durch die Bestimmung des Kapazitätswertes detektiert werden: der accumulated and there is a suspension S in the liquid L. This can be detected by determining the capacitance value: the
Kapazitätswert ist gegenüber einem hinterlegten Sollwert deutlich erhöht. Bei überschreiten eines in der Auswerteeinheit 7 hinterlegten Maximalwertes kann dann zum Beispiel durch die Auswerteeinheit 7 eine Warnung ausgegeben werden. The capacity value is significantly increased compared to a stored target value. If a maximum value stored in the evaluation unit 7 is exceeded, a warning can then be output by the evaluation unit 7, for example.
Ein im Raum zwischen zweitem Segment 4.2 und der Innenkontur 6 des Behälters 2 gemessener Kapazitätswert entspricht dabei einer bestimmten Füllhöhe der Flüssigkeit L. Im Beispiel von Figur 6a wird dabei der gleiche Kapazitätswert wie im Beispiel von Figur 6b gemessen. Dies bedeutet, dass in beiden Beispielen die gleiche Füllhöhe der Flüssigkeit L vorliegt. A capacitance value measured in the space between the second segment 4.2 and the inner contour 6 of the container 2 corresponds to a specific fill level of the liquid L. In the example of FIG. 6a, the same capacitance value is measured as in the example of FIG. 6b. This means that the liquid L has the same fill level in both examples.
In Figuren 8a und 8b ist die Ausführung für das Sensorband 3 für die In Figures 8a and 8b, the design for the sensor tape 3 for the
Verwendung in nicht leitenden Behältern 2 in der Draufsicht und einer Use in non-conductive containers 2 in plan view and one
Schnittdarstellung abgebildet. Der Kondensator bildet sich hier zwischen den beiden elektrisch leitfähigen Schichten 4.1 und 4.2 längs des Sensorbandes 3 aus. Die Flüssigkeit L füllt hier nun den Zwischenraum zwischen diesen beiden elektrisch leitfähigen Schichten 4.1 und 4.2 und beeinflusst so das zu messende kapazitive Signal. Bezugszeichenliste Sectional view shown. The capacitor is formed here between the two electrically conductive layers 4.1 and 4.2 along the sensor strip 3. The liquid L now fills the space between these two electrically conductive layers 4.1 and 4.2 and thus influences the capacitive signal to be measured. List of reference symbols
1 kapazitiver Sensor 1 capacitive sensor
2 Behälter (Gehäusewand) 2 containers (housing wall)
3 Sensorband 3 sensor tape
4 elektrisch leitfähige Schicht 4 electrically conductive layer
4.1 erstes Segment der elektrisch leitfähigen Schicht 4.1 first segment of the electrically conductive layer
4.2 zweites Segment der elektrisch leitfähigen Schicht 5 elektrisch isolierende Schicht 4.2 second segment of the electrically conductive layer 5 electrically insulating layer
6 Innenkontur des Behälters 6 Inner contour of the container
7 Auswerteeinheit 7 evaluation unit
8 Kontaktkopf 8 contact head
9 Speichereinheit 9 storage unit
10 Vorrichtung zur Messung h Füllstand 10 Device for measuring h level
L Flüssigkeit (Liquid) L liquid
S Suspension S suspension

Claims

Ansprüche Expectations
1. Vorrichtung (10) zur Messung physikalischer Eigenschaften einer 1. Device (10) for measuring physical properties of a
Flüssigkeit (L) in einem Behälter (2) aufweisend einen Behälter (2) und einen kapazitiven Sensor (1 ) mit zwei oder mehr beabstandeten Liquid (L) in a container (2) comprising a container (2) and a capacitive sensor (1) with two or more spaced apart
Elektroden Electrodes
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
an der Innenkontur (6) des Behälters (2) ein Sensorband (3) angebracht ist, wobei das Sensorband (3) mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht (4) und mindestens eine elektrisch isolierende Schicht (5) aufweist, wobei die mindestens eine elektrisch isolierende Schicht (5) an der Innenkontur (6) des Behälters (2) anliegt und, a sensor tape (3) is attached to the inner contour (6) of the container (2), the sensor tape (3) having at least one electrically conductive layer (4) and at least one electrically insulating layer (5), the at least one electrically insulating layer Layer (5) rests against the inner contour (6) of the container (2) and,
dass mindestens eine Elektrode des kapazitiven Sensors (1 ) durch eine erste elektrisch leitfähige Schicht (4) und eine andere Elektrode des kapazitiven Sensors (1 ) durch den Behälter (2) gebildet wird. that at least one electrode of the capacitive sensor (1) is formed by a first electrically conductive layer (4) and another electrode of the capacitive sensor (1) is formed by the container (2).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass 2. Device according to claim 1, characterized in that
das Sensorband (3) aus flexiblem und dehnfähigem Material ist, insbesondere aus Elastomer und/oder Vliesstoff. the sensor strip (3) is made of flexible and stretchable material, in particular made of elastomer and / or nonwoven fabric.
3. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch 3. Device according to one of the preceding claims
gekennzeichnet, dass marked that
das Sensorband (3) in Strangextrusion gefertigt ist. the sensor strip (3) is made in strand extrusion.
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch 4. Device according to one of the preceding claims
gekennzeichnet, dass marked that
das Sensorband (3) in dem Behälter (2) vertikal ausgerichtet ist und sich insbesondere vom tiefsten Punkt bis zum höchsten Punkt des Behälters (2) erstreckt oder sich insbesondere über die Höhe eines vertikalen Seitenteils des Behälters (2) erstreckt. the sensor strip (3) is vertically aligned in the container (2) and extends in particular from the lowest point to the highest point of the container (2) or extends in particular over the height of a vertical side part of the container (2).
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass 5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that
das Sensorband (3) in vertikaler Richtung segmentiert ist und die elektrisch leitfähige Schicht (4) mindestens zwei Segmente (4.1 , 4.2) aufweist, wobei ein jeweiliges Segment (4.1 ; 4.2) der Messung je einer physikalischen Eigenschaft dient. the sensor strip (3) is segmented in the vertical direction and the electrically conductive layer (4) has at least two segments (4.1, 4.2), each segment (4.1; 4.2) being used to measure a physical property.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch 6. Device according to one of the preceding claims
gekennzeichnet, dass marked that
es sich bei der physikalischen Eigenschaft um den Füllstand der the physical property is the level of the
Flüssigkeit in dem Behälter (2) handelt. Liquid in the container (2) is.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass 7. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that
es sich bei der physikalischen Eigenschaft um die Zusammensetzung der Flüssigkeit (L) handelt, insbesondere um die Ausbildung einer Suspension. the physical property is the composition of the liquid (L), in particular the formation of a suspension.
8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch 8. Device according to one of the preceding claims
gekennzeichnet, dass marked that
die Vorrichtung (10) eine Auswerteeinheit (7) besitzt, welche the device (10) has an evaluation unit (7) which
datenübertragungstechnisch mit dem kapazitiven Sensor (1 ) verbunden ist. is connected to the capacitive sensor (1) in terms of data transmission.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass 9. Apparatus according to claim 8, characterized in that
die Auswerteeinheit (7) eine Speichereinheit (9) aufweist, in welcher Sollwerte mindestens einer physikalischen Eigenschaft hinterlegt sind. the evaluation unit (7) has a memory unit (9) in which target values of at least one physical property are stored.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9 dadurch 10. Device according to one of claims 8 or 9 thereby
gekennzeichnet, dass marked that
an einem Ende des Sensorbandes (3) ein Kontaktkopf (8) angeordnet ist, der datenübertragungstechnisch mit der Auswerteinheit (7) verbunden ist und, dass der Kontaktkopf (8) insbesondere in einer Bohrung in den Behälter (2) aufgenommen ist. a contact head (8) is arranged at one end of the sensor strip (3), which is connected to the evaluation unit (7) for data transmission and that the contact head (8) is received in particular in a bore in the container (2).
PCT/EP2020/059224 2019-04-09 2020-04-01 Device for measuring physical properties of a fluid with a sensor band WO2020207873A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019109274.4 2019-04-09
DE102019109274.4A DE102019109274A1 (en) 2019-04-09 2019-04-09 Device for measuring physical properties of a liquid with a sensor tape

Publications (1)

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