DE10112433A1

DE10112433A1 - Messanordnung für eine Viskositätsmessung von Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE10112433A1
Application number: DE10112433A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Jakoby; Kurt Weiblen; Volker Brielmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-03-15
Filing date: 2001-03-15
Publication date: 2002-10-02
Also published as: JP2002323424A; US20020170341A1

Abstract

Die Erfindung schafft eine Anordnung 1 zur Messung von Flüssigkeitseigenschaften, insbesondere für eine Viskositätsmessung einer Flüssigkeit 10, mit: einer piezoelektrischen Sensoreinrichtung 5, die sich vollständig in der Flüssigkeit 10 befindet und elektrische Kontaktstellen 6 für eine elektrische Ansteuerung aufweist, die bezüglich der Flüssigkeit 10 resistent sind; und mit elektrischen Zuführleitungen 7, die bezüglich der Flüssigkeit 10 resistent sind, und die einerseits mit einer Ansteuer-/Auswerteelektronik außerhalb der Flüssigkeit 10 und andererseits mit den Kontaktstellen 6 der Sensoreinrichtung 5 mittels eines geeigneten mit Metallteilchen versehenen Metallklebstoffes 8 verbindbar sind.

Description

STAND DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messanordnung zur Messung von Flüssigkeitseigenschaften, insbesondere zur Viskositätsmessung einer Flüssigkeit, wobei eine piezo elektrische Sensoreinrichtung in der zu messenden Flüssig keit vorgesehen ist und elektrisch angesteuert und ausge wertet wird.

Zur Viskositätsmessung werden seit geraumer Zeit piezo elektrische Dickenscherschwinger, welche beispielsweise aus Quarz hergestellt sind, verwendet. Siehe dazu beispielswei se S. J. Martin et. al., Sens. Act. A 44 (1994) Seiten 209 -218. Wird ein solcher Dickenscherschwinger in eine visko se Flüssigkeit getaucht, so ändern sich die Resonanzfre quenz der Eigenschwingung und deren Dämpfung in Abhängig keit von der Viskosität und der Dichte der viskosen Flüs sigkeit. Da die Dichte für typische Flüssigkeiten in weit geringerem Maße variiert als die Viskosität, stellt ein derartiges Bauteil praktisch einen Viskositätssensor dar.

Bisher werden insbesondere bei der Anwendung solcher Visko sitätssensoren in aggressiven oder korrosiven Flüssigkei ten, wie beispielsweise Motor- oder Getriebeöl, die zu benetzenden Oberflächen des Bauteils üblicherweise über Dich tungsvorrichtungen, beispielsweise O-Ringe oder derglei chen, mit der Flüssigkeit in Kontakt gebracht.

Als nachteilhaft bei diesem bekannten Ansatz hat sich unter anderem die Tatsache herausgestellt, dass bei einer Anbrin gung solcher Dichtungseinrichtungen ein mechanischer Druck auf das Bauteil ausgeübt wird, um eine Dichtheit zu gewähr leisten. Dies führt allerdings zu einer unerwünschten Be einflussung der elektrischen Eigenschaften des Bauteils und somit zu einer ungenauen Messauswertung.

VORTEILE DER ERFINDUNG

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee be steht darin, dass sich die piezo-elektrische Sensoreinrich tung vollständig in der zu messenden Flüssigkeit in dem Be hälter befindet und elektrische Kontaktstellen für eine e lektrische Ansteuerung aufweist, die bezüglich der Flüssig keit resistent sind; und dass elektrische Zuführleitungen in dem Behälter vorgesehen sind, die bezüglich der Flüssig keit resistent sind, und die einerseits mit einer Ansteuer- /Auswerteelektronik außerhalb des Behälters und anderer seits mit den Kontaktstellen der Sensoreinrichtung über ei nen geeigneten, mit Metallteilchen versehenen Leitklebstoff verbindbar sind.

Die erfindungsgemäße Messanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist gegenüber dem bekannten Lösungsansatz den Vorteil auf, dass keine Beeinflussung der elektrischen Ei genschaften der piezo-elektrischen Sensoreinrichtung bei dem Messvorgang durch mechanische Beaufschlagungen auftritt und somit eine genaue Messung der Viskosität der Flüssig keit vorgenommen werden kann. Zudem gewährleistet die Wahl geeigneter Kontakt- und Zuführleitungsmaterialien und eines geeigneten Leitklebstoffes ein vollständiges Eintauchen der Sensoreinrichtung in die zu messende Flüssigkeit. Dadurch nimmt die Messgenauigkeit weiter zu.

In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbil dungen und Verbesserungen der in Anspruch 1 angegebenen Messanordnung.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die piezo elektrische Sensoreinrichtung als scheibenförmiger Quarz kristall ausgebildet und durch eine elektrische Ansteuerung zu Scherschwingungen anregbar. Allerdings können auch ande re piezo-elektrische Materialien wie Lithiumtantalat- Piezokeramiken oder dergleichen verwendet werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die zu messende Flüssigkeit als Öl ausgebildet. Insbesondere für eine Anwendung in Öl sind die Kontaktstellen vorteilhaft als Gold- oder Chromelektroden und die Zuführleitungen als vergoldete oder verchromte Drähte ausgebildet. Dabei han delt es sich in bezug auf Öl um äußerst medienresistente Materialien.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die e lektrischen Zuführleitungen als geschlitzte Kontaktfedern ausgebildet. Durch eine solche geschlitzte Form wird eine Aufnahme einer scheibenförmigen Sensoreinrichtung durch die Kontaktfedern erleichtert.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung befindet sich die Sensoreinrichtung in einem Schutzbehälter, beste hend aus einem Boden und einer Kappe, der ebenfalls in die Flüssigkeit einbringbar ist. Der Behälter dient in diesem Fall einem mechanischen Schutz der Messanordnung.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die e lektrischen Zuführleitungen über Durchführungen, insbeson dere Glasdurchführungen, in der Behälterkappe und/oder dem Behälterboden aus dem Behälter herausführbar. Dadurch wird für eine elektrische Ansteuerung durch eine externe Elekt ronik gesorgt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die e lektrischen Zuführleitungen mit Anschlussleitungen in der Behälterkappe und/oder Behälterboden verbindbar. Dabei wer den die Zuführleitungen durch geeignete Verbindungstechni ken, beispielsweise durch Schweißen, mit Anschlussdrähten im Behälterboden bzw. in der Behälterkappe verbunden. Da durch ist ebenfalls für eine elektrische Verbindung mit ei ner externen Spannungsquelle gesorgt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist mindes tens eine Öffnung in dem Behälter für einen Flüssigkeits- Einlass/-Auslass vorgesehen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist der Be hälter hermetisch verschließbar.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist der Leitklebstoff als isotrop elektrisch leitender Klebstoff auf Epoxidharz-, Phenolharz- oder Polyimidbasis, insbeson dere auf Epoxy-Phenolbasis, ausgebildet. Dies gewährleistet eine gute elektrische und mechanische Kontaktierung der Sensoreinrichtung mit den entsprechenden Zuführleitungen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die Me tallteilchen in dem Leitklebstoff als Nickel- oder Gold teilchen ausgebildet.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weisen die Nickel- bzw. Goldteilchen eine Teilchengröße von etwa 2 µm bis 20 µm auf.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die Ni ckel- bzw. Goldteilchen in dem Leitklebstoff mit einer Kon zentration von 75 bis 95 Gew.-% vorgesehen.

ZEICHNUNGEN

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Be schreibung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt einer Messanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

BESCHREIBUNG DES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Fig. 1 illustriert einen Querschnitt einer Messanordnung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Ein Behälter 2 ist erfindungsgemäß zweiteilig, bestehend aus einem Boden 20 und einer darauf lösbar angebrachten Kappe 21, ausgebildet und befindet sich vollständig in der zu messenden Flüssigkeit 10. Die Kappe 21 weist seitlich und/oder oben angeordnete Öffnungen 4 für einen Flüssig keitsaustausch auf, wobei die weiter oben angeordnete Öff nung vorteilhaft als Flüssigkeits-Einlass und die weiter unten angeordnete Öffnung vorteilhaft als Flüssigkeits- Auslass dienen. Der Boden 20 des Behälters 2 weist zwei Glasdurchführungen 3 auf.

Die gesamte Messanordnung 1 befindet sich, wie oben bereits beschrieben, in einer Flüssigkeit 10, von welcher die Vis kosität bzw. andere Flüssigkeitseigenschaften zu messen sind. Durch die Öffnungen 4 ist somit auch der gesamte Be hälter 2 mit der Flüssigkeit 10 gefüllt.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird als Flüssig keit 10 Öl verwendet, wobei die verwendeten Materialien auf dieses Ausführungsbeispiel ausgelegt sind. Jedoch sind an dere Flüssigkeiten mit entsprechend geeigneten Materialien vorstellbar.

Eine Sensoreinrichtung 5, beispielsweise ein piezo elektrischer Quarzkristall 5, ist scheibenförmig ausgebil det und vollständig in die Flüssigkeit 10 in dem Behälter 2 eingetaucht. Der scheibenförmige Quarzsensor 5 besitzt zwei elektrische Kontaktstellen 6, die gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Gold- oder Chromelektroden 6 ausge bildet sind. Bei einer spezifischen Anwendung in Öl, bei spielsweise Motor- oder Getriebeöl, haben sich Gold- oder Chromelektroden als besonders robuste Materialien erwiesen.

Die Kontaktstellen 6 sind über einen geeigneten Leitkleb stoff 8 mit elektrischen Zuführleitungen 7 verbunden, die gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als vergoldete oder verchromte Drähte ausgebildet sind. Auch diese vergol deten bzw. verchromten Drähte haben sich bei einer spezifi schen Anwendung in Öl als besonders robuste Leitermateria lien erwiesen. Die elektrischen Zuführleitungen 7 sind zu sätzlich als geschlitzte Kontaktfedern 7 für eine mechani sche Aufnahme der piezo-elektrischen Quarzscheibe ausgebil det.

Der Leitklebstoff 8 gewährleistet die elektrische und me chanische Kontaktierung der piezo-elektrischen Quarzscheibe 5 mit den Kontaktfedern 7 an den Kontaktstellen 6. Der isotrop elektrisch leitende Klebstoff 8 besteht gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vorteilhaft aus Epoxid harz, Phenolharz und/oder Polyimid. Vorzugsweise basiert das Material des Leitklebstoffes 8 auch auf einer Epoxy- Phenolbasis. Die isotropen Leitklebstoffe 8 sind mit Me tallteilchen, vorzugsweise Nickel- und/oder Goldteilchen, in Flake- oder Kugelform bzw. Mischungen daraus versehen. Dabei besitzen die Nickel- bzw. Goldteilchen eine Teilchen größe von etwa 2 µm bis 20 µm. Die Konzentration der Ni ckel- bzw. Goldteilchen in dem Leitklebstoff 8 beträgt in etwa 75 bis 95 Gew.-%.

Die elektrischen Zuführleitungen 7 können entweder direkt durch den Boden 20 des Behälters 2 mittels den Glasdurch führungen 3 geführt sein, oder durch geeignete Verbindungs techniken, beispielsweise Schweißen, mit entsprechenden An schlussdrähten im Boden 20 des Behälters 2 verbunden sein. Entscheidend ist, dass eine elektrische Verbindung der Sen soreinrichtung 5 über die Kontaktstellen 6 und den elektri schen Zuführleitungen 7 mit einer Ansteuer- /Auswerteelektronik außerhalb des Behälters 2 für eine e lektrische Ansteuerung der Sensoreinrichtung 5 und eine an schließende Auswertung der Ergebnisse hergestellt wird, wo bei die verwendeten Kontaktstellen 6, Leitklebstoffe 8 und elektrischen Zuführleitungen 7 bezüglich der zu messenden Flüssigkeit 10 resistent sind.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise mo difizierbar.

So können andere Flüssigkeiten als Öl vermessen werden, wo bei in bezug auf diese Flüssigkeit resistente Kontaktstel lenmaterialien, Leitklebstoffe mit entsprechenden Metall teilchen und elektrische Zuführleitungsmaterialien zu ver wenden sind.

Außerdem kann eine hermetische Abdichtung des Behälters oh ne einer Beeinträchtigung der elektrischen Verbindung der Sensoreinrichtung mit der externen Ansteuer-/Auswerte elektronik hergestellt sein.

Claims

1. Anordnung zur Messung von Flüssigkeitseigenschaften, insbesondere zur Viskositätsmessung einer Flüssigkeit (10), mit:
einer piezo-elektrischen Sensoreinrichtung (5), die sich vollständig in der zu messenden Flüssigkeit (10) befindet und elektrische Kontaktstellen (6) für eine elektrische An steuerung aufweist, die bezüglich der Flüssigkeit (10) re sistent sind und mit
elektrischen Zuführleitungen (7), die bezüglich der Flüs sigkeit (10) resistent sind, und die einerseits mit einer Ansteuer-/Auswerteelektronik außerhalb der Flüssigkeit (10) und andererseits mit den Kontaktstellen (6) der Sensorein richtung (5) mittels eines geeigneten, mit Metallteilchen versehenen Leitklebstoffes (8) verbindbar sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die piezo-elektrische Sensoreinrichtung (5) als schei benförmiger Quarzkristall (5) ausgebildet und durch eine elektrische Ansteuerung zu Scherschwingungen anregbar ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, dass die zu messende Flüssigkeit (10) als Öl ausgebil det ist.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die Kontaktstellen (6) als Gold- oder Chromelektroden (6) ausgebildet sind.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die elektrischen Zuführleitungen (7) als vergoldete oder verchromte Drähte (7) ausgebildet sind.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die elektrischen Zuführleitungen (7) als geschlitzte Kontaktfedern (7) ausgebildet sind.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass sich die Sensoreinrichtung (5) in einem Schutzbehälter (2), bestehend aus einem Boden (20) und einer Kappe (21), befindet, der ebenfalls in die Flüs sigkeit einbringbar ist.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die elektrischen Zuführleitungen (7) über Durchführungen (3), insbesondere Glasdurchführun gen (3), in der Kappe (21) und/oder dem Boden (20) des Schutzbehälters (2) aus dem Behälter (2) herausführbar sind.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Zuführleitungen (7) mit Anschlussleitungen in der Kappe (21) und/oder in dem Boden (20) des Schutzbehälters (2) verbindbar sind.

10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass mindestens eine Öffnung (4) in dem Schutzbehälter (2), vorzugsweise in der Kappe (21), für einen Flüssigkeits-Einlass/-Auslass vorgesehen ist.

11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass der Schutzbehälter (2) herme tisch verschließbar ist.

12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass der Leitklebstoff (8) als i sotrop elektrisch leitender Klebstoff auf Epoxidharz-, Phe nolharz- und/oder Polyimidbasis, insbesondere auf Epoxy- Phenolbasis, ausgebildet ist.

13. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die Metallteilchen in dem Leit klebstoff (8) als Nickel- und/oder Goldteilchen ausgebildet sind.

14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Nickel- bzw. Goldteilchen eine Teilchengröße von etwa 2 µm bis 20 µm aufweisen.

15. Anordnung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Nickel- bzw. Goldteilchen in dem Leitklebstoff (8) mit einer Konzentration von 75 bis 95 Gew.-% vorgesehen sind.