WO2022258543A1 - Sensorvorrichtung und verfahren zur erfassung von eigenschaften einer flüssigkeit - Google Patents

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WO2022258543A1
WO2022258543A1 PCT/EP2022/065268 EP2022065268W WO2022258543A1 WO 2022258543 A1 WO2022258543 A1 WO 2022258543A1 EP 2022065268 W EP2022065268 W EP 2022065268W WO 2022258543 A1 WO2022258543 A1 WO 2022258543A1
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WO
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Prior art keywords
circuit board
sections
sensor device
printed circuit
rigid
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/065268
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Schramm
Marco Rutkowski
Jan-Holger GROCHOWSKI
Original Assignee
Kyocera Avx Components (Werne) Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Kyocera Avx Components (Werne) Gmbh filed Critical Kyocera Avx Components (Werne) Gmbh
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/226—Construction of measuring vessels; Electrodes therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/26—Oils; Viscous liquids; Paints; Inks
    • G01N33/28—Oils, i.e. hydrocarbon liquids
    • G01N33/2835—Specific substances contained in the oils or fuels
    • G01N33/2847—Water in oils

Definitions

  • the invention relates to a sensor device and a method for detecting properties of a liquid.
  • the invention relates to a device and a method for detecting properties of a liquid according to a capacitive measuring principle.
  • US Pat. No. 6,269,693 Bi describes a capacitive sensor for measuring a property of a fluid or a filling level of a liquid in a container.
  • a circuit board is either flexible or has rigid and flexible sections.
  • Metallic coatings form capacitor plates on the circuit board, which is then bent so that two capacitor plates are spaced apart by spacers to form a capacitor. Additional metallic coatings are provided for shielding.
  • Conductor tracks on the printed circuit board connect the capacitor plates to an evaluation circuit and the shielding to a reference potential.
  • the curved circuit board is held in a housing and fixed by locating pins.
  • the sensor device has a housing with an interior space for receiving a liquid, in which a printed circuit board structure is arranged rigid printed circuit board sections, which are each connected by flexible conductor track carrier sections.
  • the housing can be, for example, a container or tank, preferably it is a piece of line with an inflow and an outflow, which are connected to one another via the interior so that a flow can take place.
  • the rigid printed circuit board sections and flexible conductor track carrier sections are each a flat, electrically non-conductive carrier material with electrically conductive conductor structures applied thereto.
  • carrier material In particular special suitable plastic materials can be used as the carrier material.
  • the rigid circuit board sections are preferably made of epoxy resin with glass fiber fabric, especially FR4.
  • the flexible circuit board sections are flexible and can be made of polyimide, for example. Both the rigid printed circuit board sections and the flexible conductor track carrier sections serve as carriers for conductor structures, in particular conductor surfaces and conductor tracks made of conductive material, for example metal, preferably copper.
  • the flexible printed circuit board sections are each arranged in such a way that they connect the edges of the rigid printed circuit board sections to one another, d. H. bridge the area from a first edge of a first rigid circuit board section to a second edge of a second rigid circuit board section.
  • the flexible printed circuit board sections and the rigid printed circuit board sections can preferably be arranged alternately as a chain.
  • the section edges of the rigid printed circuit board sections, on which the flexible conductor track carrier sections attach, are preferably at least essentially straight, although curved courses are also possible.
  • the rigid printed circuit board sections preferably each have at least essentially the same shape and size.
  • the shape of the printed circuit board sections can preferably be at least essentially rectangular, which also includes shapes in which one or more corners are rounded off.
  • At least some, preferably all, rigid printed circuit board sections arranged, ie areas of conductive material. Large areas are preferably involved, so that, for example, more than half, preferably more than three quarters of the area of the rigid printed circuit board sections is covered with conductor areas.
  • the rigid printed circuit board sections are arranged parallel to one another and at a distance from one another, so that gaps are formed in between, in which the liquid can be accommodated.
  • the printed circuit board structure can be folded while bending the flexible printed circuit board sections in order to achieve the parallel arrangement of the rigid printed circuit board sections.
  • At least one measuring capacitance is formed over at least one intermediate space, preferably several or all intermediate spaces opposite conductor surfaces; multiple measuring capacitances are preferably formed via gaps between opposing conductor surfaces.
  • the printed circuit board structure is fastened inside the housing in that the housing has slot mounts and at least some, preferably all, section edges of the rigid printed circuit board sections are held in the slot mounts. At least some of the rigid printed circuit board sections, preferably all of them, are thus at least partially inserted into the slot receptacles at least on one side, preferably on two opposite sides, and are thus fixed relative to the housing.
  • the slotted receptacles are preferably sized to receive the rigid circuit board sections with a close fit.
  • the relative position of the rigid printed circuit board sections can be fixed to one another, even with respect to the effects of external forces, e.g. B. in the case of the passage of the interstices through the liquid.
  • the sensor device is suitable for the electrical, in particular capacitive, detection of properties of the liquid contained in the interior or flowing through it.
  • a complex resistance can be determined, of which a capacitance value of at least one measuring capacitance can form at least one component. Since the liquid in the space between the conductor surfaces acts as a dielectric, the capacitance value depends on the dielectric properties of the liquid, which can vary depending on the composition and type of liquid. For example, a proportion of water in oil that is arranged in the gaps can be identified, since the permittivity of water is a multiple of the permittivity of oil.
  • a capacitance value of the measuring capacitance is determined and, if necessary, further properties of a complex resistance comprising the measuring capacitance, from which a property of the liquid contained in the interior and thus in the interstices can be derived.
  • impurities e.g. water content in oil, but also other components such as metal shavings, etc.
  • a Hal te Vietnamese can be formed on the housing, which has several elements in the direction of the interior above Garele, between which the slot receptacles are formed.
  • a holding structure can be attached, for example, to one or more housing walls which are arranged at an angle, preferably a right angle, to the rigid printed circuit board sections.
  • the holding elements of the holding structure can extend from the housing wall or preferably opposite housing walls at the angle, preferably at right angles.
  • the holding elements can, for example, each be designed as plates. They can extend from one wall of the housing in a direction parallel to the rigid circuit board sections, preferably from two opposite walls. All holding elements of the holding structure are preferably formed in one piece with one another, for example made of plastic. More preferably, the holding elements of the holding structure can be formed in one piece with at least one housing part, which allows the printed circuit board structure to be held in a very precise and mechanically strong manner while being simple to manufacture.
  • a mount is provided by slot receptacles on opposite section edges of the rigid circuit board sections preferred.
  • two separate holding structures lying opposite one another, each with projecting holding elements, can be provided.
  • the housing can preferably comprise at least a first and a second housing part. It is particularly preferred if a holding structure with slot receptacles is provided on both the first and the second housing part.
  • At least one fixing pin can be provided, which penetrates the rigid circuit board sections and thus fixes them.
  • a plurality of fixing pins are preferably provided, which can be arranged parallel at a distance from one another.
  • the use of one or more fixing pins is particularly advantageous in connection with protruding holding elements. A particularly good connection can then be achieved if the fixing pin penetrates both the holding elements and the rigid printed circuit board sections and thus fixes the latter in the slot receptacles.
  • the conductor surfaces can be arranged on one or both sides of the rigid printed circuit board sections.
  • An arrangement is preferred in which a first conductor surface is arranged on at least one of the rigid conductor sections, preferably several rigid circuit board sections, both on a front side and a second conductor surface on an opposite rear side, preferably of the same size and congruent arrangement. It is particularly preferred that the first and second conductor surfaces are kept at the same electrical potential by a direct electrical connection. In this way, an influence of the material of the printed circuit board sections as a dielectric is ruled out during the measurement.
  • two separate measuring capacitances can be formed over at least one of the spaces, preferably several and particularly preferably all spaces. These are preferably galvanically isolated from one another, ie they include two separate pairs of conductor surfaces on the opposing rigid printed circuit board sections, which accordingly each cover only part of their surface.
  • two measuring capacitances formed across the same intermediate space can be at least essentially the same, ie the respective conductor areas are of the same size.
  • suitable means preferably separate capacitance values of the two measuring capacitances be recorded. This can be used to create redundancy in the acquisition and thus make it possible to ensure the correct function of the sensor through comparison.
  • the first and second measuring capacitances are arranged one behind the other in at least one intermediate space, preferably all intermediate spaces in the direction of flow, so that impurities transported in the liquid flow pass through both measuring capacitances one after the other. This ensures that both measuring capacities record the full liquid flow.
  • the flexible conductor track carrier sections each have a plurality of parallel conductor tracks which are preferably connected to the conductor surfaces on the rigid printed circuit board sections and connect them to one another and/or to a connection for an evaluation circuit.
  • a circuit for detecting a line interruption can be provided, which is connected to at least one of the conductor tracks. It is particularly preferred that a conductor running outside along an edge of a flexible conductor track carrier section is connected to the circuit for detecting a power interruption, since damage is naturally most likely to occur in the edge area. Particularly preferably, the conductor tracks running along the edge on both sides are connected accordingly.
  • the circuit for detecting the power interruption can in particular comprise a conductor loop which includes conductor tracks on the flexible conductor track carrier sections and the interruption of which can be detected by suitable means.
  • the conductor loop can have an electrical component, preferably a resistance element, as a detection element, the electrical properties of which are recognized by the circuit and which is arranged on one of the rigid printed circuit board sections or flexible conductor track carrier sections.
  • At least one of the flexible conductor track carrier sections has a width that corresponds to less than 50% of the width of the rigid printed circuit board section to whose section edge it is attached. This leaves a sufficient length of the section edge that can be accommodated in the slot receptacles without the respective flexible conductor web support section must be arranged there.
  • the width of the flexible printed circuit carrier section is less than 25% of the width of the rigid printed circuit board section.
  • a plurality of measuring capacitances which are formed across different intermediate spaces, are preferably connected electrically in parallel. Measurement capacitances are particularly preferably connected in parallel across all spaces, so that a combined measurement capacitance is formed. On the one hand, this increases the capacitance value, which is favorable for the evaluation. On the other hand, a relatively large part of the interior can be recorded at the same time by determining the capacitance value of the combined measurement capacitance.
  • the parallel connection of the measuring capacitances is preferably carried out via conductor tracks on the flexible conductor track carrier sections.
  • the conductor surfaces on the rigid printed circuit board sections can be assigned alternately to the first or second electrode of the combined measuring capacitance before given to each other. Such an arrangement is particularly preferred in combination with the fact that, as described above, conductor surfaces are arranged on both sides of the rigid printed circuit board sections and the front and rear conductor surfaces are directly connected to one another.
  • FIG. 1 shows a first, simplified embodiment of a sensor device in a schematic representation
  • FIG. 2 shows a schematic circuit diagram of an evaluation circuit to which a sensor device is connected
  • FIG. 3 a side view of part of a printed circuit board structure in the unfolded state
  • FIG. 4a, 4b in longitudinal and cross section a second embodiment of a sensor device with the printed circuit board structure from FIG. 3 in folded form;
  • Figure 5 is a schematic representation of a circuit diagram for the electrical configuration on the circuit board structure in the second embodiment of the sensor device according to Figure 4a, 4b.
  • FIG. 6a, 6b circuit diagrams of a first and second variant for connecting the printed circuit board structure from FIGS. 3-5 to an evaluation device;
  • FIG. 7 shows a diagram showing voltage signals as a function of an excitation frequency based on an ideal low-pass filter
  • FIG. 8 shows a diagram showing voltage signals as a function of an excitation frequency based on the circuit from FIGS. 5, 6a, 6b.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a sensor device 10 according to a first specific embodiment.
  • a housing 12 with an interior space 14 is provided for receiving a liquid that flows in through an inflow 16 , flows through the interior space 14 and is discharged through an outflow 18 .
  • the liquid can be oil, for example, which can contain unknown amounts of water in the form of individual droplets as contamination.
  • the sensor device 10 serves to detect any water content and to output an output signal A, which indicates the presence of water content.
  • a measured capacitance under consideration can also be part of a complex resistance and other components of the complex resistance can also be detected during the measurement or detection.
  • a capacitor arrangement 20 is arranged in the interior 14 .
  • the capacitor arrangement 20 comprises a first measuring capacitance 22, formed from two opposing capacitor surfaces 24a, 24b via an intermediate space 27, and a second measuring capacitance 26, formed from capacitor surfaces 28a, 28b, which are arranged at the same distance from one another across the intermediate space 27.
  • the liquid (oil) arranged in the intermediate space 27 thus forms the dielectric of the two measuring capacitances 22, 26.
  • the capacitance value Ci, C2 of the measuring capacitances 22, 26 depends on the properties of the liquid, in particular on the possible contamination cleaning, here for example by water droplets.
  • the permittivity of oil is considerably lower than the permittivity of water, so that water droplets flowing through the gap 27 lead to an increase in the capacitance values Ci, C2 of the measuring capacitances 22, 26.
  • other components in the liquid that have different dielectric properties than the pure liquid can lead to a detectable change.
  • the measuring capacitances 22, 26 are arranged one behind the other in the direction of flow from the inflow 16 to the outflow 18, so that the liquid and the impurities transported therein flow through them sequentially.
  • the measuring capacitances 22 , 26 are arranged in the flow path in such a way that at least essentially the entire liquid flow flows through the intermediate space 27 . This ensures that water components flowing through change the capacitance value of both measuring capacitances 22, 26 one after the other.
  • the measuring capacitances 22, 26 are connected to an evaluation device 30, which determines a capacitance value Ci for the first measuring capacitance 22 and a capacitance value C2 for the second measuring capacitance 26 at predetermined measurement intervals and, depending on the determined capacitance values Ci, C2, outputs the output signal A that indicating that the water content in the oil flowing through has exceeded a threshold value.
  • the evaluation device has a two-channel structure, i.e. a separate channel is provided for each of the measuring capacitances 22, 24, consisting of an excitation circuit 32, which is connected to a series connection of a respective measuring resistor Ri, R2 and the respective measuring capacitance 22, 24, and one channel an evaluation circuit 34 which generates the output signal A.
  • Each measuring channel of the evaluation circuit 34 is connected to one of the measuring capacitances 22, 24 in order to determine its respective capacitance value Ci, C2.
  • it has a buffer amplifier 36, a peak value detector 38, a low-pass filter 40 and an A/D converter 42 for each measurement channel.
  • the two A/D converters 42 are connected to a processor 44 connected, on which a program is executed, which processes the signals Üi, Ü2 of the A/D converter 42 and generates the output signal A therefrom.
  • the first and second measuring capacitance 22, 24 is connected to the respective measuring resistor Ri, R2 as an RC element, so that a complex resistance is formed which is excited by the associated excitation circuit 32 with a square-wave signal of a frequency fi, f2.
  • the excitation frequencies fl, f2 of the two measuring channels differ.
  • the respective capacitance Ci, C2 is cyclically charged and discharged by the respective measuring resistor Ri, R2. With a fixed time lapse, the voltage U2 that results across the respective measuring capacitance 22, 24 is dependent on the capacitance value Ci, C2.
  • the respective voltage signal Ui, U2 is measured in the evaluation circuit 34, digitized and processed. First, it is buffered by the buffer amplifier 36. Its peak value is determined by the peak value detector 38 and, filtered by the low-pass filter 40, evaluated by the AD converter 42 as a digital signal that is fed to the processor 44 .
  • the respective RC element acts as a low-pass filter on both measurement channels.
  • the course of the output voltage Ui as a function of the frequency f is shown as an example for the first measuring capacitance 22—idealized and double logarithmic.
  • Ci corresponding, for example, to the capacitance value of the first measuring capacitance 22, filled with liquid without impurities
  • the course of the peak value of the output voltage Üi shown by a solid line results.
  • the cut-off frequency f G there is a voltage value Üi that falls towards higher frequencies f with the course of the damping.
  • the limit frequency f G is dependent on the capacitance value Ci and thus on the properties of the liquid, here in particular on the proportion of possible water contamination in the oil flow.
  • a proportion of water increases the capacity Ci an increased capacity Ci ', so that the cut-off frequency f G decreases.
  • the dot-dash line shows the course of the peak value of the output voltage Üi over various frequencies f for a small proportion of water in the intermediate space 27. As shown there, the curve is shifted to the left compared to the conditions without impurities.
  • the measuring frequency f1 is selected in such a way that there is a clear difference AU when there is a change in the capacitance.
  • the level of the output signal at the limit frequency fg is approximately 70%.
  • the measuring frequency f1 can be selected, for example, in such a way that the level of the output signal (each considered at a fixed capacitance Ci without contamination) is between 90% and 10%.
  • a variable output signal Üi then results depending on whether there is pure liquid (oil) without water content or a certain proportion of water droplets in the intermediate space 27.
  • other types of contaminants such as metal shavings cause a change in the complex resistance, which can be recognized by a changed output signal.
  • the two separate measuring capacitances 22, 24 and the respectively assigned channels of the evaluation circuit 30 thus supply the processor 40 with signals Üi, Ü2 in digital form.
  • the two signals Üi, Ü2 are processed by an evaluation program executed by the processor 44 in order to generate the output signal A.
  • this includes a decision as to whether the respective signal Üi, Ü2 shows a deviation that indicates a water content in the flowing oil.
  • the processing can also include a plausibility check of the respective signal in order to identify possible error states.
  • the evaluation program executed by the processor 44 carries out a threshold value comparison for at least one of the signals Üi, Ü2. when falling below a predetermined threshold such a change is detected that in the output signal A contamination of the oil by water is indicated.
  • the respective threshold can be fixed according to previous calculations or, on the other hand, it can be determined by measurements and possibly statistical evaluations.
  • a frequency distribution of a large number of measurements can be recorded and the statistical parameters of a standard distribution (mean value, standard deviation sigma) can be determined.
  • the decision threshold can then be defined, for example as the mean value minus n*sigma, with the factor n being selected appropriately so that on the one hand sufficient sensitivity is achieved but on the other hand sufficient robustness against false detections remains guaranteed.
  • the two channels of the evaluation device 30 can be operated with the same or different frequencies f1, f2.
  • both frequencies f1, f2 can be in the range of the cut-off frequency of the respective RC element (with the capacitance C without impurities being decisive).
  • the signals Üi, Ü2 from the two channels can each be used independently for a separate measurement and detection of significant contamination. The detection of the two channels can then be checked for plausibility, so that, for example, the presence of a contamination is only signaled if contamination is detected in both channels at the same time.
  • the frequencies f1, f2 can also deviate more from one another.
  • the first channel connected to the first measuring capacitance 22 can be operated with a frequency fl in the range of the cut-off frequency of the respective RiCi element (whereby the capacitance Ci without impurities is also decisive here.)
  • the second channel connected to the second measuring capacitance 24 is then, for example, with an excitation frequency f2 significantly below the excitation frequency fl and also below operated at the cut-off frequency, ie in regions where the curves shown in FIG. 7 show little or no change with frequency.
  • the signal Ü2 created in the second channel can be used to standardize the signal Üi, for example by forming the difference or forming the ratio of the two signals.
  • the capacitance values Ci, C2 are temperature-dependent.
  • a temperature sensor (not shown) is therefore preferably arranged in the interior 14 of the housing 12 , the measurement signal of which is also fed to the processor 44 .
  • the evaluation program then takes into account a previously calculated or experimentally determined compensation curve as a function of the temperature signal.
  • FIGS. 3, 4a, 4b A second embodiment of a sensor device is described below with reference to FIGS. 3, 4a, 4b.
  • the second embodiment provides a special arrangement of capaci torfest the measuring capacitances 22, 26 in the interior 14 of the housing 12, as fol lowing will be explained in detail.
  • the sensor device according to the second embodiment corresponds to the above-described sensor device 10 according to the first embodiment, in particular with regard to the evaluation device 30.
  • the differences between the embodiments are therefore explained below, with identical reference numbers being used for identical or directly comparable elements.
  • FIG. 4a, 4b each show a part of a sensor device 110 according to the second embodiment in cross section and longitudinal section.
  • This includes a two-part housing 12 with a housing upper part 12a and housing lower part 12b, between which the interior 14 is formed.
  • a capacitor arrangement 120 is arranged in the interior 14 .
  • Each of the housing halves 12a, 12b has a holding structure 60 with retaining elements 62 projecting in the direction of the interior space 14 and slot receptacles 64 formed in between.
  • the holding elements 62 extend perpendicularly from opposite the housing walls.
  • FIG. It includes a circuit board ten Medical Unit (Ma), 52b, which are each connected to flexible circuit board sections 54 to form a chain.
  • the rigid printed circuit board sections 52a, 52b are, for example, conventional FR4 printed circuit boards, and the flexible printed circuit board sections 54 are, for example, polyimide strips.
  • the flexible conductor track carrier sections 54 are each attached to edges 58 of the rigid printed circuit board sections 52a, 52b and are fastened there. In the embodiment shown, the flexible conductor track carrier sections 54 are not arranged in the center but at the edge of the respective edge 58 . The flexible conductor track carrier sections 54 are narrow compared to the length of the edges 58, so that most of the length of the edges 58 remains free and the corresponding areas of the rigid circuit board sections 52a, 52b can be used for attachment, as will be explained in more detail below.
  • Conductor surfaces 24a, 24b, 28a, 28b are arranged on both sides of each of the rigid circuit board sections 52a, 52b.
  • Two conductor surfaces 24a, 28a or 24b, 28b are arranged next to one another on the front and back of each of the rigid printed circuit board sections 52a, 52b.
  • the conductor surfaces 24a, 24b, 28a, 28b are formed as well as conductor tracks 56 on the flexible conductor track carrier sections 54 and conductor tracks on the rigid printed circuit board sections 52a, 52b and as copper layers.
  • the conductor tracks electrically connect the conductor surfaces 24a, 24b, 28a, 28b as shown schematically in FIG.
  • the circuit board structure of the capacitor arrangement 120 is folded so that the rigid circuit board sections 52a, 52b are each arranged parallel at a distance from one another and the conductor surfaces 24a, 24b, 28a, 28b act as capacitor surfaces and measuring capacitances via the intermediate form rooms.
  • the circuit board structure of the capacitor assembly 120 is retained in the folded configuration within the housing 12 by inserting the edges 58 of the rigid circuit board sections 52a, 52b, respectively, into the slotted receptacles 64 of the support structure 60 where they are received in a close fit and by both the support members 62 as the rigid circuit board sections 52a, 52b penetrating retaining pins are fixed. As shown in FIG. 4b, however, only the free sections of the edges 58, ie sections not occupied by the flexible conductor track carrier from sections 54, are accommodated in the slot receptacles 64, so that the flexible conductor track carrier sections 54 are not pinched.
  • the extension of the holding elements 62 is parallel to the orientation of the rigid printed circuit board sections 52a, 52b.
  • the conductor surfaces 24a, 24b; 28a, 28b are electrically short-circuited, i.e. the conductor surfaces on the front and back are always at the same electrical potential.
  • opposing conductor surfaces 24a, 24b; 28a, 28b measuring capacitances via the intermediate spaces arranged between them, with the liquid contained in the interior space 14 forming the dielectric. Due to the direct electrical connection of the conductor surfaces 24a, 24b; 28a, 28b it is ensured that the material of the rigid circuit board sections 52a, 52b does not form a dielectric of the measuring capacitances and thus has no influence on the measurement.
  • the individual measuring capacitances are connected in parallel, so that two combined measuring capacitances are formed, which each cover all of the intermediate spaces and thus the entire interior 14 .
  • the two combined measuring capacitances are arranged one behind the other between the inflow and outflow (not shown) as shown in FIG. 1 for the basic embodiment.
  • FIG. 6a shows a first variant of the connection of the capacitor arrangement 120 to the evaluation device 30.
  • the combined measuring capacitance Ci is connected to the excitation circuit 32 in series with a resistance element.
  • a complex resistance can be formed in various ways, for example, by arranging the resistance element Ria in front of the measuring capacitance from the perspective of the excitation circuit 32, or alternatively behind it (resistance element Rib), or both resistance elements Ria, Rib shown can be provided .
  • a conductor loop over all rigid printed circuit board sections 52a, 52b and over all flexible conductor track carrier sections 54 can be formed.
  • the detection resistor Rd can be arranged on the last rigid circuit board section 52a, 52b, as shown in the first variant according to FIG. 6a, or at another location, for example on the first rigid circuit board section 52a, as shown in the second variant according to FIG. 6b.
  • a conductor loop containing the detection resistor Rd is formed over all flexible conductor track carrier sections 54, with the conductor tracks of the conductor loop preferably running along the two edges of the flexible conductor track carrier sections 54 so that they are monitored in a special way.
  • a complex resistance is again formed by the parallel connection of the detection resistance Rd to the combined measuring capacitance Ci, in combination with the series connection with the resistance elements Ria and/or Rib.
  • the evaluation nevertheless takes place as previously explained, although in the event that the conductor loop with the detection resistor Rd is no longer closed as a result of a line break, this is recognized by the evaluation device 30 .
  • the respective difference in the output signals between the considered case of the liquid without impurities (continuous line) and the liquid with water droplets (dash-dotted line) is shown as a dotted line as a function of frequency.
  • the difference curve forms a maximum in the area just above the limit frequency f G for the case without contamination.
  • This frequency at which the voltage difference that occurs as a function of the change in capacitance is at a maximum, is used as the preferred excitation frequency b of the first channel of the evaluation device 30 .
  • an output voltage Ua results at this measurement frequency b in the case of the liquid without water content, while the output voltage Ub results with a certain proportion of water droplets.
  • the frequency response is variable in the range of the cut-off frequency as shown, the signal curves are very flat above and below the cut-off frequency.
  • the voltage values Ui at low frequencies (approx. 5 V in the example in Fig. 8) and at high frequencies (approx. 2.7 V in the example in Fig. 8) are determined by the detection resistance Rd, among other things. Voltage values that are significantly outside of the voltage range defined in this way (in the example 2.7 - 5V) indicate an error condition, i.e. a short circuit or line break, for example. This can easily be recognized by an evaluation program executed by the processor 44 .
  • the invention is not limited to the described embodiments and variants, but that other designs are possible.
  • a single measuring capacitance or further measuring capacitances can be provided.
  • a different number of rigid circuit board sections 52a, 52b can also be provided.
  • the respective instantaneous value can also be evaluated by using fast A/D converters.
  • the features of the embodiments and the claims can be combined as desired.

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Abstract

Sensorvorrichtung und Verfahren zur Erfassung von Eigenschaften einer Flüssigkeit. Ein Gehäuse weist einen Innenraum zur Aufnahme einer Flüssigkeit auf. Eine Leiterplattenstruktur in dem Innenraum weist mehrere starre Leiterplattenabschnitte auf, die jeweils durch flexible Leiterbahnträgerabschnitte verbunden sind. Die flexiblen Leiterbahnträgerabschnitte sind jeweils zwischen Abschnittskanten der starren Leiterplattenabschnitte angeordnet. Auf den starren Leiterplattenabschnitten sind Leiterflächen angeordnet. Die starren Leiterplattenabschnitte sind parallel zueinander und im Abstand voneinander angeordnet sind, so dass dazwischen Zwischenräume gebildet sind. Mindestens eine Messkapazität ist gebildet durch die sich über die Zwischenräume gegenüberliegenden Leiterflächen. Das Gehäuse weist Schlitzaufnahmen auf, wobei Abschnittskanten der starren Leiterplattenabschnitte in den Schlitzaufnahmen gehalten sind.

Description

Beschreibung SENSORVORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR ERFASSUNG VON
EIGENSCHAFTEN EINER FLÜSSIGKEIT
Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung von Eigen schaften einer Flüssigkeit. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung von Eigenschaften einer Flüssigkeit nach einem kapazitiven Messprinzip.
US 6,269,693 Bi beschreibt einen kapazitiven Sensor zur Messung einer Eigenschaft eines Fluids oder einer Füllhöhe einer Flüssigkeit in einem Behälter. Eine Leiterplatte ist entwe der flexibel oder hat starre und flexible Abschnitte. Metallische Beschichtungen bilden Kondensatorplatten auf der Leiterplatte, die dann so gebogen wird, dass zwei Kondensa torplatten durch Abstandhalter in einer Distanz voneinander gehalten werden, so dass sie einen Kondensator bilden. Zusätzliche metallische Beschichtungen sind zur Abschirmung vorgesehen. Leiterbahnen auf der Leiterplatte verbinden die Kondensatorplatten mit einer Auswerteschaltung und die Abschirmung mit einem Referenzpotential. Die gebogene Leiterplatte ist in einem Gehäuse gehalten und durch Fixierstifte fixiert.
Es kann als Aufgabe angesehen werden, eine Sensorvorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung von Eigenschaften einer Flüssigkeit vorzuschlagen, mit denen eine besonders genaue Erfassung möglich ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Sensorvorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfah ren zur Erfassung von Eigenschaften einer Flüssigkeit gemäß Anspruch 14. Abhängige Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung weist ein Gehäuse mit einem Innenraum zur Aufnahme einer Flüssigkeit auf, in dem eine Leiterplattenstruktur angeordnet ist mit starren Leiterplattenabschnitten, die jeweils durch flexible Leiterbahnträgerabschnitte verbunden sind.
Bei dem Gehäuse kann es sich bspw. um einen Behälter oder Tank handeln, bevorzugt handelt es sich um ein Leitungsstück mit einem Zufluss und einem Abfluss, die über den Innenraum miteinander durchströmbar verbunden sind.
Bei den starren Leiterplattenabschnitten und flexiblen Leiterbahnträgerabschnitten handelt es sich jeweils um ein flaches, elektrisch nichtleitendes Trägermaterial mit darauf aufgebrachten elektrisch leitfähigen Leiterstrukturen. Als Trägermaterial können insbe sondere geeignete Kunststoffmaterialien dienen. Die starren Leiterplattenabschnitte bestehen bevorzugt aus Epoxidharz mit Glasfasergewebe, insbesondere FR4. Die flexiblen Leiterbahnträgerabschnitte sind biegsam und können bspw. aus Polyimid bestehen. Sowohl die starren Leiterplattenabschnitte als auch die flexiblen Leiterbahnträgerab schnitte dienen als Träger für Leiterstrukturen, insbesondere Leiterflächen und Leiterbah nen aus leitfähigem Material, bspw. Metall, bevorzugt Kupfer.
Dabei sind die flexiblen Leiterbahnträgerabschnitte jeweils so angeordnet, dass sie Ab schnittskanten der starren Leiterplattenabschnitte miteinander verbinden, d. h. den Bereich von einem ersten Rand eines ersten starren Leiterplattenabschnitts zu einem zweiten Rand eines zweiten starren Leiterplattenabschnitts überbrücken. Zur Bildung der Leiterplattenstruktur können die flexiblen Leiterbahnträgerabschnitte und die starren Leiterplattenabschnitte bevorzugt als Kette jeweils abwechselnd angeordnet sein.
Die Abschnittskanten der starren Leiterplattenabschnitte, an denen die flexiblen Leiter bahnträgerabschnitte ansetzen, sind bevorzugt mindestens im Wesentlichen gerade, allerdings sind auch gebogene Verläufe möglich. Bevorzugt weisen die starren Leiterplat tenabschnitte jeweils zumindest im Wesentlichen gleiche Form und Größe auf. Die Form der Leiterplattenabschnitte kann bevorzugt zumindest im Wesentlichen rechteckig sein, worunter auch Formen verstanden werden, bei denen eine oder mehrere Ecken abgerun det sind.
Auf zumindest einigen, bevorzugt allen starren Leiterplattenabschnitten sind Leiterflächen angeordnet, d.h. Flächen aus leitfähigem Material. Bevorzugt handelt es sich um große Flächen, so dass bspw. mehr als die Hälfte, bevorzugt mehr als drei Viertel der Fläche der starren Leiterplattenabschnitte mit Leiterflächen bedeckt ist. Dabei sind die starren Leiterplattenabschnitte zueinander parallel und im Abstand voneinander angeordnet, so dass dazwischen Zwischenräume gebildet sind, in denen die Flüssigkeit aufgenommen sein kann. Die Leiterplattenstruktur kann unter Biegung der flexiblen Leiterbahnträgerab- schnitte gefaltet sein, um die parallele Anordnung der starren Leiterplattenabschnitte zu erreichen. Über zumindest einen Zwischenraum, bevorzugt mehrere oder alle Zwischen räume gegenüberliegenden Leiterflächen ist zumindest eine Messkapazität gebildet; bevorzugt sind mehrere Messkapazitäten jeweils über Zwischenräume gebildet jeweils zwischen gegenüberliegenden Leiterflächen.
Dabei ist die Leiterplattenstruktur im Inneren des Gehäuses befestigt, indem das Gehäuse Schlitzaufnahmen aufweist und zumindest einige, bevorzugt alle Abschnittskanten der starren Leiterplattenabschnitte in den Schlitzaufnahmen gehalten sind. Mindestens ein Teil der starren Leiterplattenabschnitte, bevorzugt alle, sind somit zumindest einseitig, bevorzugt auf zwei gegenüberliegenden Seiten zumindest teilweise in die Schlitzaufnah men eingesteckt und so gegenüber dem Gehäuse fixiert. Die Schlitzaufnahmen sind bevorzugt so bemessen, dass sie die starren Leiterplattenabschnitte mit knapper Passung aufnehmen. So kann insbesondere die relative Lage der starren Leiterplattenabschnitte zueinander festgelegt sein, auch gegenüber dem Einwirken äußerer Kräfte, z. B. im Fall der Durchströmung der Zwischenräume durch die Flüssigkeit.
Die Sensorvorrichtung ist geeignet zur elektrischen, insbesondere kapazitiven Erfassung von Eigenschaften der im Innenraum aufgenommenen oder diesen durchfließenden Flüssigkeit. Dazu kann ein komplexer Widerstand ermittelt werden, von dem ein Kapazi tätswert mindestens einer Messkapazität mindestens eine Komponente bilden kann. Da die Flüssigkeit im Zwischenraum zwischen den Leiterflächen als Dielektrikum wirkt, hängt der Kapazitätswert von den dielektrischen Eigenschaften der Flüssigkeit ab, die je nach Zusammensetzung und Art der Flüssigkeit abweichen können. So kann bspw. ein Anteil von Wasser in Öl, das in den Zwischenräumen angeordnet ist, erkannt werden, da die Permittivität von Wasser ein Vielfaches der Permittivität von Öl beträgt. Durch die Aufnahme von Abschnittskanten der starren Leiterplattenabschnitte in den Schlitzaufnahmen wird insbesondere die Anordnung der starren Leiterplattenabschnitte zueinander, d. h. der Abstand der Leiterflächen konstant gehalten. Messfehler aufgrund von schwankenden Kapazitätswerten infolge von Abstandsänderungen zwischen den starren Leiterplattenabschnitten werden so minimiert, auch beim Einwirken äußerer Kräfte.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird unter Verwendung der oben erläuterten Elemente ein Kapazitätswert der Messkapazität ermittelt sowie ggfs weitere Eigenschaften eines die Messkapazität umfassenden komplexen Widerstands, woraus eine Eigenschaft der im Innenraum und somit in den Zwischenräumen aufgenommenen Flüssigkeit abge leitet werden kann. Auf diese Weise ist eine sehr einfache und zuverlässige Erkennung insbesondere von Verunreinigungen möglich, bspw. von Wasseranteilen in Öl, ebenso aber auch von anderen Bestandteilen wie bspw. Metallspänen etc.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann am Gehäuse eine Hal testruktur gebildet sein, die mehrere in Richtung des Innenraums vorstehende Halteele mente aufweist, zwischen denen die Schlitzaufnahmen gebildet sind. Eine solche Hal testruktur kann bspw. an einer oder mehreren Gehäusewänden angebracht sein, die unter einem Winkel, bevorzugt einem rechten Winkel zu den starren Leiterplattenabschnitten angeordnet sind. Die Halteelemente der Haltestruktur können sich von der Gehäusewand bzw. bevorzugt gegenüberliegenden Gehäusewänden unter dem Winkel, bevorzugt im rechten Winkel erstrecken. Die Halteelemente können bspw. jeweils als Platten ausgebil det sein. Sie können sich von einer Wand des Gehäuses in einer Richtung parallel zu den starren Leiterplattenabschnitten erstrecken, bevorzugt von zwei gegenüberliegenden Wänden. Bevorzugt sind alle Halteelemente der Haltestruktur einstückig miteinander gebildet, bspw. aus Kunststoff. Weiter bevorzugt können die Halteelemente der Hal testruktur einstückig mit mindestens einem Gehäuseteil gebildet sein, was bei einfacher Herstellung eine sehr exakte und mechanisch feste Halterung der Leiterplattenstruktur erlaubt.
Während eine einseitige Halterung der starren Leiterplattenabschnitte möglich ist, wird eine Halterung durch Schlitzaufnahmen an gegenüberliegenden Abschnittskanten der starren Leiterplattenabschnitte bevorzugt. Hierfür können zwei separate, einander gegen überliegende Haltestrukturen mit jeweils vorstehenden Halteelementen vorgesehen sein.
Das Gehäuse kann bevorzugt mindestens einen ersten und einen zweiten Gehäuseteil umfassen. Besonders bevorzugt ist dabei, wenn sowohl am ersten als auch am zweiten Gehäuseteil jeweils eine Haltestruktur mit Schlitzaufnahmen vorgesehen ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann mindestens ein Fixierstift vorgesehen sein, der die starren Leiterplattenabschnitte durchdringt und somit fixiert. Bevorzugt sind mehrere Fixierstifte vorgesehen, die parallel im Abstand zueinander angeordnet sein können. Die Verwendung eines oder mehrerer Fixierstifte ist insbesondere vorteilhaft in Verbindung mit vorstehenden Halteelementen. Dann kann eine besonders gute Verbin dung erreicht werden, wenn der Fixierstift sowohl die Halteelemente als auch die starren Leiterplattenabschnitte durchdringt und somit Letztere in den Schlitzaufnahmen fixiert.
Die Leiterflächen können einseitig oder beidseitig auf den starren Leiterplattenabschnitten angeordnet sein. Bevorzugt ist eine Anordnung, bei der auf mindestens einem der starren Leiterabschnitte, bevorzugt mehreren starren Leiterplattenabschnitten sowohl auf einer Vorderseite eine erste Leiterfläche als auch auf einer gegenüberliegenden Rückseite eine zweite Leiterfläche angeordnet ist, bevorzugt von gleicher Größe und deckungsgleicher Anordnung. Dabei ist es besonders bevorzugt, dass die erste und zweite Leiterfläche durch eine direkte elektrische Verbindung auf gleichem elektrischen Potential gehalten sind. So wird bei der Messung ein Einfluss des Materials der Leiterplattenabschnitte als Dielektri kum ausgeschlossen.
Über mindestens einen der Zwischenräume, bevorzugt mehrere und besonders bevorzugt alle Zwischenräume, können gemäß einer Weiterbildung zwei separate Messkapazitäten gebildet sein. Diese sind bevorzugt galvanisch voneinander getrennt, d. h. umfassen zwei separate Paare von Leiterflächen auf den sich gegenüberliegenden starren Leiterplattenab schnitten, die dementsprechend jeweils nur einen Teil von deren Fläche bedecken. Bevor zugt können zwei über denselben Zwischenraum gebildeten Messkapazitäten mindestens im Wesentlichen gleich sein, d. h., dass die jeweiligen Leiterflächen gleich groß sind. Mit geeigneten Mitteln können bevorzugt separate Kapazitätswerte der beiden Messkapazitä- ten erfasst werden. Dies kann genutzt werden, um eine Redundanz in der Erfassung zu schaffen und so zu ermöglichen, die ordnungsgemäße Funktion des Sensors durch Ab gleich sicherzustellen. Im bevorzugten Fall, in dem der Innenraum von einem Zufluss zu einem Abfluss durchströmbar ist, sind die erste und zweite Messkapazität mindestens an einem Zwischenraum, bevorzugt allen Zwischenräumen in Strömungsrichtung hinterei nander angeordnet, so dass im Flüssigkeitsstrom transportierte Verunreinigungen nachei nander beide Messkapazitäten passieren. So kann sichergestellt werden, dass beide Mess kapazitäten jeweils den vollen Flüssigkeitsstrom erfassen.
Die flexiblen Leiterbahnträgerabschnitte weisen gemäße einer Weiterbildung jeweils eine Mehrzahl von parallel verlaufenden Leiterbahnen auf, die bevorzugt mit den Leiterflächen auf den starren Leiterplattenabschnitten verbunden sind und diese untereinander und/oder mit einem Anschluss für eine Auswertungsschaltung verbinden. Um eine evtl. Beschädigung der flexiblen Leiterbahnträgerabschnitte erkennen zu können, kann eine Schaltung zur Erkennung einer Leitungsunterbrechung vorgesehen sein, die an mindes tens eine der Leiterbahnen angeschlossen ist. Dabei ist besonders bevorzugt, dass eine außen entlang einer Kante eines flexiblen Leiterbahnträgerabschnitts verlaufende Leiter bahn an die Schaltung zur Erkennung einer Leistungsunterbrechung angeschlossen ist, da im Randbereich naturgemäß eine Beschädigung am ehesten zu befürchten ist. Besonders bevorzugt sind die auf beiden Seitenjeweils am Rand verlaufenden Leiterbahnen entspre chend angeschlossen. Die Schaltung zur Erkennung der Leistungsunterbrechung kann insbesondere eine Leiterschleife umfassen, die Leiterbahnen auf den flexiblen Leiterbahn trägerabschnitten einschließt, und deren Unterbrechung durch geeignete Mittel erkannt werden kann. Die Leiters chleife kann als Detektionselement eine elektrisches Bauelement, bevorzugt ein Widerstandselement aufweisen, dessen elektrische Eigenschaften von der Schaltung erkannt werden und das auf einem der starren Leiterplattenabschnitte oder flexiblen Leiterbahnträgerabschnitte angeordnet ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist mindestens einer der flexiblen Leiter bahnträgerabschnitte, bevorzugt mehrere oder alle, eine Breite auf, die weniger als 50% der Breite des starren Leiterplattenabschnitts entspricht, an dessen Abschnittskante er angebracht ist. So verbleibt eine ausreichende Länge der Abschnittskante, die in den Schlitzaufnahmen aufgenommen werden kann, ohne dass der jeweilige flexible Leiter- bahnträgerabschnitt dort angeordnet sein muss. Besonders bevorzugt beträgt die Breite des flexiblen Leiterbahnträgerabschnitts weniger als 25% der Breite des starren Leiterplat tenabschnitts. Über eine Mehrzahl von Zwischenräumen zwischen den starren Leiterplattenabschnitten können jeweils separate Messkapazitäten gebildet sein, die bspw. separat an eine Schal tung zur Ermittlung eines Kapazitätswerts angeschlossen sein können. Bevorzugt sind eine Mehrzahl von Messkapazitäten, die über verschiedene Zwischenräume gebildet sind, elektrisch parallel geschaltet. Besonders bevorzugt sind Messkapazitäten über alle Zwi- schenräume parallel geschaltet, so dass eine kombinierte Messkapazität gebildet ist. Hierdurch erhöht sich einerseits der Kapazitätswert, was für die Auswertung günstig ist. Andererseits kann so ein relativ großer Teil des Innenraums gleichzeitig durch Ermittlung des Kapazitätswerts der kombinierten Messkapazität erfasst werden. Die Parallelschaltung der Messkapazitäten erfolgt bevorzugt über Leiterbahnen auf den flexiblen Leiterbahnträ- gerabschnitten. Die Leiterflächen auf den starren Leiterplattenabschnitten können bevor zugt jeweils wechselweise der ersten oder zweiten Elektrode der kombinierten Messkapazi tät zugeordnet sein. Besonders bevorzugt ist eine solche Anordnung in Kombination damit, dass wie oben beschrieben Leiterflächen beidseitig auf den starren Leiterplattenab schnitten angeordnet und vor- und rückseitige Leiterflächen jeweils direkt miteinander verbunden sind.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen Figur 1 in einer schematischen Darstellung eine erste, vereinfachte Ausführungs form einer Sensorvorrichtung;
Figur 2 ein schematisches Schaltbild einer Auswertungsschaltung, an die eine Sensorvorrichtung angeschlossen ist;
Figur 3 in Seitenansicht einen Teil einer Leiterplattenstruktur in aufgefaltetem Zustand,
Figur 4a, 4b in Längs- und Querschnitt eine zweite Ausführungsform einer Sensorvor richtung mit der Leiterplattenstruktur aus Fig. 3 in gefalteter Form;
Figur 5 in schematischer Darstellung ein Schaltbild zur elektrischen Konfigurati- on der Leiterplattenstruktur in der zweiten Ausführungsform der Sensor vorrichtung gemäß Fig. 4a, 4b;
Figur 6a, 6b Schaltpläne einer ersten und zweiten Variante zum Anschluss der Leiter plattenstruktur aus Fig. 3-5 an eine Auswertevorrichtung;
Figur 7 ein Diagramm mit Darstellung von Spannungssignalen in Abhängigkeit von einer Anregungsfrequenz bezogen auf einen idealen Tiefpass,
Figur 8 ein Diagramm mit Darstellung von Spannungssignalen in Abhängigkeit von einer Anregungsfrequenz bezogen auf die Schaltung aus Fig.5, 6a, 6b.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Sensorvorrichtung 10 gemäß einer ersten Ausführungsform. Ein Gehäuse 12 mit einem Innenraum 14 ist vorgesehen zur Aufnahme einer Flüssigkeit, die durch einen Zufluss 16 zuströmt, den Innenraum 14 durchströmt und durch einen Abfluss 18 abgeführt wird.
Bei der Flüssigkeit kann es sich bspw. um Öl handeln, in dem als Verunreinigung unbe kannte Anteile von Wasser in Form von einzelnen Tröpfchen enthalten sein können. Die Sensorvorrichtung 10 dient dazu, eventuelle Wasseranteile zu erfassen und ein Ausgangsi gnal A auszugeben, das das Vorhandensein von Wasseranteilen anzeigt.
Dies erfolgt nach einem vorrangig kapazitiven Messprinzip, wobei allerdings wie nachfol gend dargestellt eine betrachtete Messkapazität auch Teil eines komplexen Widerstands sein kann und bei der Messung bzw. Erfassung auch andere Komponenten des komplexen Widerstands erfasst werden können.
Im Innenraum 14 ist eine Kondensatoranordnung 20 angeordnet. Die Kondensatoranord nung 20 umfasst eine erste Messkapazität 22, gebildet aus zwei sich über einen Zwischen raum 27 gegenüberliegenden Kondensatorflächen 24a, 24b und eine zweite Messkapazität 26, gebildet aus Kondensatorflächen 28a, 28b, die im selben Abstand voneinander über den Zwischenraum 27 angeordnet sind.
Die im Zwischenraum 27 angeordnete Flüssigkeit (Öl) bildet somit das Dielektrikum der beiden Messkapazitäten 22, 26. Der Kapazitätswert Ci, C2 der Messkapazitäten 22, 26 hängt dabei von den Eigenschaften der Flüssigkeit ab, insbesondere von der evtl. Verun- reinigung, hier bspw. durch Wassertröpfchen. Die Permittivität von Öl liegt erheblich niedriger als die Permittivität von Wasser, so dass Wassertröpfchen, die den Zwischen raum 27 durchströmen, zu einer Erhöhung der Kapazitätswerte Ci, C2 der Messkapazitä ten 22, 26 führen. Ebenso können andere Bestandteile in der Flüssigkeit, die von der reinen Flüssigkeit abweichende dielektrische Eigenschaften haben, zu einer detektierbaren Änderung führen.
Dabei sind die Messkapazitäten 22, 26 in der Strömungsrichtung vom Zufluss 16 zum Abfluss 18 hintereinander angeordnet, so dass sie von der Flüssigkeit und den darin transportierten Verunreinigungen sequentiell durchströmt werden. Zudem sind die Messkapazitäten 22, 26 im Strömungsweg so angeordnet, dass mindestens im Wesentli chen der gesamte Flüssigkeitsstrom den Zwischenraum 27 durchströmt. So ist sicherge stellt, dass durchströmende Wasseranteile nacheinander den Kapazitätswert beider Messkapazitäten 22, 26 verändern.
Die Messkapazitäten 22, 26 sind an eine Auswertevorrichtung 30 angeschlossen, die in vorgegebenen Messintervallen jeweils einen Kapazitätswert Ci für die erste Messkapazität 22 und einen Kapazitätswert C2 für die zweite Messkapazität 26 bestimmt und abhängig von den ermittelten Kapazitätswerten Ci, C2 das Ausgangssignal A ausgibt, das die Über schreitung eines Schwellenwerts des Wasseranteils im durchströmenden Öl anzeigt.
Fig. 2 zeigt in einem schematischen Blockschaltbild Funktionselemente der Auswertevor richtung 30, die an die Messkapazitäten 22, 24 angeschlossen sind. Die Auswertevorrich tung ist zweikanalig aufgebaut, d.h. für jede der Messkapazitäten 22, 24 ist jeweils ein separater Kanal vorgesehen aus einer Anregungsschaltung 32, die an eine Reihenschaltung aus einem jeweiligen Messwiderstand Ri, R2 und der jeweiligen Messkapazität 22, 24 angeschlossen ist, und einem Kanal einer Auswerteschaltung 34, die das Ausgangssignal A erzeugt.
Jeder Messkanal der Auswerteschaltung 34 ist an eine der Messkapazitäten 22, 24 ange schlossen, um deren jeweiligen Kapazitätswert Ci, C2 zu ermitteln. Dazu weist sie für jeden Messkanal jeweils einen Pufferverstärker 36, einen Spitzenwertdetektor 38, einen Tiefpass 40 und einen A/D-Wandler 42 auf. Die beiden A/D-Wandler 42 sind an einen Prozessor 44 angeschlossen, auf dem ein Programm ausgeführt wird, das Signale Üi, Ü2 der A/D- Wandler 42 verarbeitet und daraus das Ausgangssignal A erzeugt.
Die erste und zweite Messkapazität 22, 24 ist mit dem jeweiligen Messwiderstand Ri, R2 jeweils als RC-Glied geschaltet, so das ein komplexer Widerstand gebildet ist, der von der zugehörigen Anregungsschaltung 32 angeregt wird mit einem Rechtecksignal einer Fre quenz fi, f2. Dabei unterscheiden sich die Anregungsfrequenzen fl, f2 der beiden Messka näle. Dadurch wird die jeweilige Kapazität Ci, C2 durch den jeweiligen Messwiderstand Ri, R2 zyklisch aufgeladen und entladen. Dabei ist bei festem Zeitablauf die sich über die jeweilige Messkapazität 22, 24 ergebende Spannung, U2 abhängig vom Kapazitätswert Ci, C2.
Das jeweilige Spannungssignal Ui, U2 wird in der Auswerteschaltung 34 gemessen, digitalisiert und verarbeitet. Zunächst wird es durch den Pufferverstärker 36 gepuffert. Sein Spitzenwert wird mit dem Spitzenwert detektor 38 ermittelt und gefiltert durch den Tiefpass-Filter 40 vom AD-Wandler 42 als digitales Signal ausgewertet, dass dem Prozes sor 44 zugeführt wird.
Dabei wirkt das jeweilige RC-Glied an beiden Messkanälen als Tiefpass. In Figur 7 ist beispielhaft für die erste Messkapazität 22 - idealisiert und doppelt logarithmisch - der Verlauf der Ausgangsspannung Ui in Abhängigkeit von der Frequenz f gezeigt. Wie dort dargestellt ergibt sich für eine festen Kapazitätswert Ci (entsprechend bspw. dem Kapazi tätswert der ersten Messkapazität 22, gefüllt mit Flüssigkeit ohne Verunreinigungen) bei Anregung mit verschiedenen Frequenzen f der mit einer durchgezogenen Linie dargestellte Verlauf des Spitzenwerts der Ausgangsspannung Üi. Deutlich unterhalb der Grenzfre quenz fG = 1/ (2p RiCi) ergibt sich im Wesentlichen keine Dämpfung und ein im wesentli chen konstanter Verlauf des Spitzenwerts der Ausgangsspannung Üi. Im Bereich der Grenzfrequenz fG ergibt sich ein mit dem Dämpfungsverlauf zu höheren Frequenzen f hin abfallender Spannungswert Üi.
Dabei ist die Grenzfrequenz fG allerdings abhängig vom Kapazitätswert Ci und somit von den Eigenschaften der Flüssigkeit, hier insbesondere vom Anteil möglicher Wasser- Verunreinigungen im Ölstrom. Durch einen Wasseranteil erhöht sich die Kapazität Ci auf eine erhöhte Kapazität Ci‘, so dass die Grenzfrequenz fG sinkt. In Fig. 7 zeigt die strich punktierte Linie den Verlauf des Spitzenwerts der Ausgangsspannung Üi über verschiede ne Frequenzen f für einen geringen Wasseranteil im Zwischenraum 27. Wie dort darge stellt ist die Kurve gegenüber den Verhältnissen ohne Verunreinigungen nach links ver schoben.
Somit kommt es - bei fester Frequenz fl - durch die Änderung der Kapazität Ci auf die Kapazität Ci‘ zu einer Differenz im Ausgangssignal Üi. Um eine hinreichende Sensitivität des Sensors zu erreichen, wird die Messfrequenz fl so gewählt, dass sich eine deutliche Differenz AU bei einer Änderung der Kapazität zeigt. Bekanntlich beträgt der Pegel des Ausgangssignals bei der Grenzfrequenz fg ca. 70%. Die Messfrequenz fl kann bspw. so gewählt werden, dass der Pegel des Ausgangssignals (jeweils betrachtet bei fester Kapazität Ci ohne Kontamination) zwischen 90% und 10% beträgt.
Bei geeigneter Wahl der Messfrequenz bzw. Anregungsfrequenz fl des ersten Kanals der Aus wertungs Vorrichtung 30 ergibt sich dann ein variables Ausgangssignal Üi abhängig davon, ob sich reine Flüssigkeit (Öl) ohne Wasseranteil oder ein gewisser Anteil an Was sertröpfchen im Zwischenraum 27 befindet. Ebenso bewirken andere Arten von Verunrei nigungen wie bspw. Metallspäne eine Änderung des komplexen Widerstands, die an einem geänderten Ausgangssignal erkennbar ist.
Die beiden separaten Messkapazitäten 22, 24 und die jeweils zugeordneten Kanäle der Auswertungsschaltung 30 liefern somit dem Prozessor 40 in digitaler Form Signale Üi, Ü2. Die beiden Signale Üi, Ü2 werden durch ein vom Prozessor 44 ausgeführtes Auswer tungsprogramm verarbeitet, um das Ausgangssignal A zu generieren.
Dies umfasst einerseits eine Entscheidung darüber, ob das jeweilige Signal Üi, Ü2 eine Abweichung zeigt, die auf einen Wasseranteil im strömenden Öl hinweist. Andererseits kann die Verarbeitung auch eine Plausibilisierung des jeweiligen Signals umfassen, um mögliche Fehlerzustände zu erkennen.
In einer bevorzugten Ausführung führt das vom Prozessor 44 ausgeführte Auswertungs programm für mindestens eines der Signale Üi, Ü2 einen Schwellenwertvergleich durch, wobei beim Unterschreiten einer zuvor festgelegten Schwelle eine solche Veränderung erkannt wird, dass im Ausgangssignal A eine Verunreinigung des Öls durch Wasser ange zeigt wird. Die jeweilige Schwelle kann einerseits nach vorherigen Berechnungen fest vorgegeben sein oder andererseits durch Messungen und ggf. statistische Auswertungen ermittelt werden.
So kann bspw. im Neuzustand, in dem davon ausgegangen werden kann, dass sich ledig lich reines Öl im Zwischenraum 27 befindet, eine Häufigkeitsverteilung einer Vielzahl von Messungen erfasst und so bspw. die statistischen Parameter einer Standardverteilung (Mittelwert, Standardabweichung Sigma) ermittelt werden. Die Entscheidungsschwelle kann hiervon abhängig dann festgelegt werden bspw. als Mittelwert minus n*Sigma, wobei der Faktor n geeignet zu wählen ist, so dass einerseits eine hinreichende Sensitivität erreicht wird aber andererseits eine ausreichende Robustheit gegen Fehldetektionen gewährleistet bleibt.
Im Betrieb der Sensorvorrichtung 10 können die beiden Kanäle der Auswertevorrichtung 30 mit gleichen oder unterschiedlichen Frequenzen fl, f2 betrieben werden. In einer Ausführungsform mit gleichen Frequenzen fl, f2 kann es u.U. zu Übersprechen zwischen den Kanälen kommen, so dass zumindest geringfügig voneinander abweichende Frequen zen bevorzugt sein können. Dabei können beide Frequenzen fl, f2 im Bereich der Grenz frequenz des jeweiligen RC-Gliedes liegen (wobei die Kapazität C ohne Verunreinigungen maßgeblich ist). Die Signale Üi, Ü2 aus den beiden Kanälen können jeweils eigenständig zu einer separaten Messung und Erkennung von deutlichen Verunreinigungen genutzt werden. Die Erkennung der beiden Kanäle kann dann plausibilisiert werden, so dass bspw. nur bei gleichzeitiger Erkennung von Verunreinigungen in beiden Kanälen das Vorliegen einer Verunreinigung signalisiert wird.
In alternativen Ausführungen können die Frequenzen fl, f2 auch stärker voneinander abweichen. Bspw. kann der erste an die erste Messkapazität 22 angeschlossene Kanal mit einer Frequenz fl im Bereich der Grenzfrequenz des jeweiligen RiCi-Gliedes betrieben werden (wobei auch hier die Kapazität Ci ohne Verunreinigungen maßgeblich ist.) Der zweite, an die zweite Messkapazität 24 angeschlossene Kanal wird dann bspw. mit einer Anregungsfrequenz f2 deutlich unterhalb der Anregungsfrequenz fl und auch unterhalb der Grenzfrequenz betrieben, d.h. in Bereichen, in denen die in Fig. 7 gezeigten Kurven keine oder wenig Änderungen mit der Frequenz aufweisen. In diesem Fall kann das im zweiten Kanal erstellte Signal Ü2 zur Normierung des Signals Üi genutzt werden, bspw. durch Differenzbildung oder Bildung des Verhältnisses der beiden Signale.
Ergänzend sei daraufhingewiesen, dass die Kapazitätswerte Ci, C2 temperaturabhängig sind. Es ist daher bevorzugt ein Temperatursensor (nicht dargestellt) im Innenraum 14 des Gehäuses 12 angeordnet, dessen Messsignal ebenfalls dem Prozessor 44 zugeführt wird. Das Auswerteprogramm berücksichtigt dann eine zuvor rechnerisch oder experimentell ermittelte Kompensationskurve abhängig von dem Temperatursignal.
Während die oben beschriebene erste Ausführungsform der Sensorvorrichtung lediglich die Grundform bildet, sind verschiedene weitere Ausführungen möglich. Nachfolgend wird anhand von Fig. 3, Fig 4a, Fig. 4b eine zweite Ausführungsform einer Sensorvorrichtung beschrieben. Die zweite Ausführungsform sieht eine spezielle Anordnung von Kondensa torflächen der Messkapazitäten 22, 26 im Innenraum 14 des Gehäuses 12 vor, wie nachfol gend im Detail erläutert wird. Im Übrigen aber entspricht die Sensorvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der oben beschriebenen Sensorvorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform, insbesondere hinsichtlich der Auswertungsvorrichtung 30. Nachfolgend werden deshalb die Unterschiede zwischen den Ausführungsformen erläu tert, wobei für gleiche oder direkt vergleichbare Elemente identische Bezugszeichen verwendet werden.
Fig. 4a, 4b zeigen jeweils in Quer- und Längsschnitt einen Teil einen Sensorvorrichtung 110 gemäß der zweiten Ausführungsform. Diese umfasst ein zweiteiliges Gehäuse 12 mit einem Gehäuseoberteil 12a und Gehäuseunterteil 12b, zwischen denen der Innenraum 14 gebildet ist. Im Innenraum 14 ist eine Kondensatoranordnung 120 angeordnet. Jede der Gehäusehälften 12a, 12b weist dabei jeweils eine Haltestruktur 60 mit in Richtung des Innenraums 14 vorstehenden Halteelementen 62 und dazwischen gebildeten Schlitzauf nahmen 64 auf. Die Halteelemente 62 erstrecken sich rechtwinklig von gegenüberliegen den Gehäusewänden.
Ein Teil der Kondensatoranordnung 120 ist in Fig. 3 gezeigt. Sie umfasst eine Leiterplat- tenstruktur mit mehreren - im dargestellten Beispiel fünf - starren Leiterplattenabschnit ten 52a, 52b, die jeweils mit flexiblen Leiterbahnträgerabschnitten 54 zu einer Kette verbunden sind. Die starren Leiterplattenabschnitte 52a, 52b sind bspw. übliche FR4- Leiterplatten, die flexiblen Leiterbahnträgerabschnitte 54 sind bspw. Polyimid-Streifen.
Die flexiblen Leiterbahnträgerabschnitte 54 setzen jeweils an Kanten 58 der starren Leiterplattenabschnitte 52a, 52b an und sind dort befestigt. Die flexiblen Leiterbahnträ gerabschnitte 54 sind in der gezeigten Ausführungsform nicht mittig, sondern am Rand der jeweiligen Kante 58 angeordnet. Dabei sind die flexiblen Leiterbahnträgerabschnitte 54 von geringer Breite verglichen mit der Länge der Kanten 58, so dass die überwiegende Länge der Kanten 58 frei bleibt und die entsprechenden Bereiche der starren Leiterplat tenabschnitte 52a, 52b zur Befestigung genutzt werden können, wie nachfolgend näher erläutert wird.
Auf jedem der starren Leiterplattenabschnitte 52a, 52b sindjeweils beidseits große Leiter flächen 24a, 24b, 28a, 28b angeordnet. Jeweils auf Vorder- und Rückseite jedes der starren Leiterplattenabschnitte 52a, 52b sind nebeneinander zwei Leiterflächen 24a, 28a bzw. 24b, 28b angeordnet. Die Leiterflächen 24a, 24b, 28a, 28b sind ebenso wie Leiter bahnen 56 auf den flexiblen Leiterbahnträgerabschnitten 54 sowie Leiterbahnen auf den starren Leiterplattenabschnitten 52a, 52b und als Kupferschichten gebildet. Die Leiter bahnen verbinden die Leiterflächen 24a, 24b, 28a, 28b elektrisch wie schematisch in Fig.5 gezeigt.
Zur Anordnung im Innenraum 14 wird die Leiterplattenstruktur der Kondensatoranord nung 120 gefaltet, so dass die starren Leiterplattenabschnitte 52a, 52b jeweils parallel im Abstand zueinander angeordnet sind und die Leiterflächen 24a, 24b, 28a, 28b als Konden satorflächen wirken und Messkapazitäten über die dazwischen angeordneten Zwischen räume bilden.
Die Leiterplattenstruktur der Kondensatoranordnung 120 wird in der gefalteten Anord nung innerhalb des Gehäuses 12 gehalten, indem die Kanten 58 der starren Leiterplatten abschnitte 52a, 52b jeweils in die Schlitzaufnahmen 64 der Haltestruktur 60 eingesteckt sind, wo sie in enger Passung aufgenommen und durch sowohl die Halteelemente 62 als auch die starren Leiterplattenabschnitte 52a, 52b durchdringenden Haltestifte fixiert sind. Dabei sind wie in Fig. 4b gezeigt allerdings nur die freien, d.h. nicht durch die flexiblen Leiterbahnträger ab schnitte 54 belegten Abschnitte der Kanten 58 in den Schlitzaufnah men 64 aufgenommen, so dass die flexiblen Leiterbahnträgerabschnitte 54 nicht einge klemmt werden. Die Erstreckung der Halteelemente 62 ist dabei parallel zur Ausrichtung der starren Leiterplattenabschnitte 52a, 52b.
Wie in Fig.5 schematisch gezeigt sind die beidseitig auf den starren Leiterplattenabschnit ten 52a, 52b aufgebrachten Leiterflächen 24a, 24b; 28a, 28b elektrisch kurzgeschlossen, d.h. die Leiterflächen auf Vorder- und Rückseite sind stets auf gleichem elektrischen Potential. Wie bereits erläutert bilden jeweils gegenüberliegende Leiterflächen 24a, 24b; 28a, 28b Messkapazitäten über die dazwischen angeordneten Zwischenräume, wobei die im Innenraum 14 aufgenommene Flüssigkeit das Dielektrikum bildet. Durch die direkte elektrische Verbindung der beidseitigen Leiterflächen 24a, 24b; 28a, 28b ist sichergestellt, dass das Material der starren Leiterplattenabschnitte 52a, 52b kein Dielektrikum der Messkapazitäten bildet und so keinen Einfluss auf die Messung hat.
Dabei sind wie weiter in Fig. 5 gezeigt die einzelnen Messkapazitäten parallelgeschaltet, so dass zwei kombinierte Messkapazitäten gebildet sind, die jeweils alle Zwischenräume und somit den gesamten Innenraum 14 erfassen. Die beiden kombinierten Messkapazitäten sind wie in Fig. 1 für die grundlegende Ausführungsform gezeigt hintereinander zwischen Zu- und Abfluss (nicht dargestellt) angeordnet.
Fig. 6a zeigt eine erste Variante des Anschlusses der Kondensatoranordnung 120 an die Auswertevorrichtung 30. Wie bereits im Hinblick auf Fig. 2 erläutert ist die kombinierte Messkapazität Ci in Reihe mit einem Widerstandselement an die Anregungsschaltung 32 angeschlossen. Dabei kann ein komplexer Widerstand bspw. auf verschiedene Arten dadurch gebildet sein, dass das Widerstandselement Ria aus Sicht der Anregungsschal tung 32 vor der Messkapazität angeordnet sein, oder alternativ dahinter (Widerstandsele ment Rib), oder es können beide dargestellten Widerstandselemente Ria, Rib vorgesehen sein.
Zusätzlich kann zur Detektion von Leitungsunterbrechungen, insbesondere im Bereich der flexiblen Leiterbahnträgerabschnitte 54, durch Parallelschaltung eines Detektionswider stands Rd zur Messkapazität Ci eine Leiters chleife über alle starren Leiterplattenabschnit te 52a, 52b und über alle flexiblen Leiterbahnträgerabschnitte 54 gebildet sein. Der Detek tionswiderstand Rd kann wie in der ersten Variante gemäß Fig. 6a dargestellt auf dem letzten starren Leiterplattenabschnitt 52a, 52b angeordnet sein oder an anderer Stelle, bspw. auf dem ersten starren Leiterplattenabschnitt 52a wie in der zweiten Variante gemäß Fig. 6b gezeigt. In jedem Fall ist eine den Detektionswiederstand Rd enthaltende Leiter schleife über alle flexiblen Leiterbahnträgerabschnitte 54 gebildet, wobei bevorzugt die Leiterbahnen der Leiterschleife jeweils entlang der beiden Ränder der flexiblen Leiter bahnträgerabschnitte 54 verlaufen, so dass diese in besonderer Weise überwacht werden.
Durch die Parallelschaltung des Detektionswiederstands Rd zur kombinierten Messkapazi tät Ci, in Kombination mit der Reihenschaltung mit den Widerstandselementen Ria und/ oder Rib wird wiederum ein komplexer Widerstand gebildet. Die Auswertung erfolgt dennoch wie zuvor erläutert, wobei allerdings in dem Fall, dass infolge eines Leitungs bruchs die Leiterschleife mit dem Detektionswiederstands Rd nicht mehr geschlossen ist, dies durch die Auswertevorrichtung 30 erkannt wird.
Für den komplexen Widerstand, der durch Ria/Rib, die Kapazität Ci und den Detektions widerstand Rd gebildet ist, zeigt Fig. 8 beispielhaft den Verlauf der Ausgangsspannung Ui in Abhängigkeit von der Frequenz f. Für eine Kapazitätswert Ci (ohne Verunreinigungen) ergibt sich der mit einer durchgezogenen Linie dargestellte Frequenzgang mit einer Grenzfrequenz etwa bei fG = 1/ (2p RiCi), während sich bei Wasseranteilen im Zwischen raum 27 der mit einer strichpunktierten Linie dargestellte Frequenzgang ergibt mit einer geringeren Grenzfrequenz, d.h. als gegenüber den Verhältnissen ohne Verunreinigungen nach links verschobene Kurve.
Als punktierte Linie ist frequenzabhängig die jeweilige Differenz der Ausgangssignale zwischen dem betrachteten Fall der Flüssigkeit ohne Verunreinigungen (durchgezogene Linie) und der Flüssigkeit mit Wassertröpfchen (strichpunktierte Linie) dargestellt. Die Differenzkurve bildet ein Maximum im Bereich knapp oberhalb der Grenzfrequenz fG für den Fall ohne Verunreinigungen aus. Diese Frequenz, bei der die sich abhängig von der Kapazitätsänderung einstellende Span nungsdifferenz maximal ist, wird als bevorzugte Anregungsfrequenz b des ersten Kanals der Auswertevorrichtung 30 verwendet. Wie beispielhaft in Fig. 8 aufgetragen ergibt sich bei dieser Messfrequenz b im Fall der Flüssigkeit ohne Wasseranteil eine Ausgangsspan- nung Ua, während sich bei einem gewissen Anteil an Wassertröpfchen die Ausgansspan nung Ub ergibt.
Während der Frequenzgang im Bereich der Grenzfrequenz wie dargestellt variabel ist, sind die Signalverläufe deutlich ober- bzw. unterhalb der Grenzfrequenz sehr flach. Die Span- nungswerte Ui bei geringen Frequenzen (im Beispiel von Fig. 8 ca. 5V) und bei hohen Frequenzen (im Beispiel von Fig.8 ca. 2,7 V) sind u.a. durch den Detektionswiderstand Rd bestimmt. Spannungswerte deutlich außerhalb des so eingegrenzten Spannungsbereiches (im Beispiel 2,7 - 5V) zeigen somit einen Fehlerzustand an, d.h. bspw. einen Kurzschluss oder Leitungsbruch. Dies ist durch ein vom Prozessor 44 ausgeführtes Auswertungspro- gramm leicht erkennbar.
Es sei darauf hingewiesen, dass sich die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausfüh rungsformen und Varianten beschränkt, sondern weitere Ausführungen möglich sind. So kann bspw. statt zwei Messkapazitäten 22, 26 nur eine einzige Messkapazität oder weitere Messkapazitäten vorgesehen sein. Es kann bspw. auch eine andere Anzahl von starren Leiterplattenabschnitten 52a, 52b vorgesehen sein. Statt einer Signalauswertung mit Spitzenwertdetektion kann auch durch Verwendung schneller A/D Wandler der jeweilige Momentanwert ausgewertet werden. Generell können die Merkmale der Ausführungsfor men sowie der Ansprüche beliebig kombiniert werden.

Claims

Ansprüche
1. Sensorvorrichtung, mit einem Gehäuse (12) mit einem Innenraum (14) zur Aufnahme einer Flüssigkeit, einer Leiterplattenstruktur (120) in dem Innenraum (14), die mehrere starre Lei terplattenabschnitte (53a - e) aufweist, die jeweils durch flexible Leiterbahnträger abschnitte (54) verbunden sind, wobei die flexiblen Leiterbahnträgerabschnitte (54) jeweils zwischen Abschnitts kanten (58) der starren Leiterplattenabschnitte (52 a- e) angeordnet sind, wobei auf den starren Leiterplattenabschnitten (52 a- e) Leiterflächen (24a, 24b, 28a, 28b) angeordnet sind, wobei die starren Leiterplattenabschnitte (52 a - e) parallel zueinander und im Ab stand voneinander angeordnet sind, so dass dazwischen Zwischenräume (27, 27a - d) gebildet sind, wobei mindestens eine Messkapazität (22, 24) gebildet ist durch die sich über die Zwischenräume (27, 27a - d) gegenüberliegenden Leiterflächen (24a, 24b, 28a, 28b), und wobei das Gehäuse (12) Schlitzaufnahmen (64) aufweist, wobei Abschnittskan ten (58) der starren Leiterplattenabschnitte (52a - e) in den Schlitzaufnahmen (64) gehalten sind. 2. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, bei der
- am Gehäuse (12) eine Haltestruktur (60) mit in Richtung des Innenraums (14) vor stehenden Halteelementen (62) vorgesehen ist,
- wobei die Schlitzaufnahmen (64) zwischen den Halteelementen (62) gebildet sind. 3· Sensorvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Halteelemente (62) sich von einer Wand des Gehäuses (12) unter einem Winkel erstrecken.
4. Sensorvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei der
- sich die Halteelemente (62) sich von einer Wand des Gehäuses (12) parallel zur Ausrichtung der starren Leiterplattenabschnitte (52 a - e) erstrecken. 5· Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 - 4, bei der - mindestens ein Fixierstift (66) vorgesehen ist, der die Halteelemente (62) und die zwischen den Halteelementen (62) aufgenommenen starren Leiterplattenabschnit te (52 a - e) durchdringt. 6. Sensorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die starren Leiterplattenabschnitte (52a - e) jeweils an zwei gegenüberliegenden
Abschnittskanten (58) in den Schlitzaufnahmen (64) gehalten sind.
7- Sensorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das Gehäuse (12) mindestens einen ersten und einen zweiten Gehäuseteil (12a,
12b) umfasst.
8. Sensorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der mindestens einer der starren Leiterplattenabschnitte (52a - e) auf einer Vordersei te eine erste Leiterfläche (24a, 24b, 28a, 28b) und auf einer gegenüberliegenden Rückseite eine zweite Leiterfläche (24a, 24b, 28a, 28b) aufweist, wobei die erste und zweite Leiterfläche durch direkte elektrische Verbindung auf gleichem elektrischen Potential sind. 9· Sensorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der über mindestens einen der Zwischenräume (27, 27a - d) zwei separate Messkapa zitäten (22, 24) gebildet sind.
10. Sensorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der - das Gehäuse (12) einen Zufluss (16) und einen Abfluss (18) aufweist,
- wobei Zufluss (12) und Abfluss (16) über die Zwischenräume (27a - d) miteinander durchströmbar verbunden sind. li. Sensorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der
- die flexiblen Leiterbahnträgerabschnitte (54) jeweils eine Mehrzahl von parallel verlaufenden Leiterbahnen (56) aufweisen, - wobei mindestens eine außen entlang einer Kante eines flexiblen Leiterbahnträger abschnitts (54) verlaufende Leiterbahn (56) verbunden ist mit einer Schaltung zur Erkennung einer Leitungsunterbrechung.
12. Sensorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der - mindestens einer der flexiblen Leiterbahnträgerabschnitte (54), der an einer Ab schnittskante (58) eines starren Leiterplattenabschnitts (52a- e) angebracht ist, ei ne Breite aufweist, die weniger als 50% der Breite des starren Leiterplattenab schnitts (52a - e) entspricht. 13· Sensorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der eine Mehrzahl von Messkapazitäten über die Mehrzahl von Zwischenräumen (27a
- d) gebildet ist, und die Messkapazitäten so miteinander verbunden sind, dass sie elektrisch paral lel geschaltet sind.
14· Verfahren zur Erfassung von Eigenschaften einer Flüssigkeit, bei dem die Flüssigkeit sich im Innenraum (14) eines Gehäuses (12) befindet, wobei in dem Innenraum (14) eine Leiterplattenstruktur (120) angeordnet ist mit mehreren starren Leiterplattenabschnitten (52a - e), die jeweils durch flexible Lei terbahnträgerabschnitte (54) verbunden sind, wobei die flexiblen Leiterbahnträgerabschnitte (54) jeweils zwischen Abschnitts kanten (58) der starren Leiterplattenabschnitte (52a - e) angeordnet sind, wobei auf den starren Leiterplattenabschnitten (52a - e) Leiterflächen (24a, 24b, 28a, 28b) angeordnet sind, wobei die Leiterplattenabschnitte (52a - e) parallel zueinander und im Abstand voneinander angeordnet sind, so dass dazwischen Zwischenräume (27a - d) gebil det sind, - wobei mindestens eine Messkapazität gebildet ist durch die sich über die Zwi schenräume (27a - d) gegenüberliegenden Leiterflächen (24a, 24b, 28a, 28b),
- wobei das Gehäuse (12) Schlitzaufnahmen (64) aufweist und Abschnittskanten (58) der starren Leiterplattenabschnitte (52a - e) in den Schlitzaufnahmen (64) gehalten sind, und wobei ein Kapazitätswert der Messkapazität ermittelt wird.
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