DE102005000814A1

DE102005000814A1 - Flüssigkeitszustands-Messelement und Flüssigkeitszustands-Messsensor

Info

Publication number: DE102005000814A1
Application number: DE200510000814
Authority: DE
Inventors: Takashi Nagoya Yamamoto; Shinichi Nagoya Hayashi; Masaru Nagoya Kondo
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2004-01-06
Filing date: 2005-01-05
Publication date: 2005-07-28
Also published as: US7064560B2; US20050150292A1

Abstract

Flüssigkeitszustands-Messelement (11, 131), umfassend: einen aus einem flexiblen isolierenden Material hergestellten Schichtbereich (29, 132), der in Längsrichtung verläuft, und ein Paar Messelektroden (13, 133), die auf einer Schicht des Schichtbereichs (29, 132) nebeneinander liegen und in der Längsrichtung verlaufen, wobei die Messelektroden (13, 133) angepasst sind, um zumindest teilweise in einer zu messenden Flüssigkeit eingetaucht zu sein, sodass ein Zustand der zu messenden Flüssigkeit auf Grundlage einer elektrostatischen Kapazität zwischen dem Paar von Messelektroden (13, 133) ermittelt wird, wobei das Flüssigkeitszustands-Messelement (11, 131) weiterhin Verstärkungsbereiche (21, 137) umfasst, die aus einem leitfähigen Material hergestellt und auf einer äußeren Seite der Messelektroden (13, 133) auf der Schicht des Schichtbereichs (29, 132) angeordnet sind, und wobei die Verstärkungsbereiche (21, 137) beinhalten: einen mit einer Masseleitung verbindbaren Masseanschluss (26, 155) und ein Paar paralleler Verstärkungsbereiche (25, 151), die in der Längsrichtung entlang der Seitenränder des Schichtbereichs (29, 132) verlaufen, sodass das Paar von Messelektroden (13, 133) zwischen ihnen angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flüssigkeitszustands-Messelement umfassend einen Schichtbereich und ein Paar Messelektroden, die zumindest teilweise in einer zu messenden Flüssigkeit eingetaucht sind, so dass der Zustand auf Grundlage einer elektrostatischen Kapazität zwischen den beiden Messelektroden gemessen werden kann. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung einen Flüssigkeitszustands-Messsensor, der mit einem solchen Flüssigkeitszustands-Messelement ausgestattet ist.
Aus dem Stand der Technik sind ein Flüssigkeitszustands-Messelement und ein Flüssigkeitszustands-Messsensor bekannt, bei denen ein Paar Messelektroden zum Messen des Füllstandes einer Flüssigkeit auf Grundlage einer Veränderung der elektrostatischen Kapazität zwischen den Elektroden bereitgestellt ist.

Als Beispiel für ein solches Flüssigkeitszustands-Messelement dient entweder ein Flüssigkeitszustands-Messelement, das so aufgebaut ist, dass ein Paar Messelektroden auf einer Platine ausgebildet sind, oder ein Flüssigkeitszustands-Messelement, das so ausgebildet ist, dass ein Paar Messelektroden mit einem isolierenden Film vereinigt ist (wie in JP-A-63-079016 (eine Platine 1 und ein Messkreis 5) und JP-A-4-258725 (ein Füllstandssensor vom elektrostatischen Typ) beschrieben.

Hier weist das unter Verwendung einer Platine aufgebaute Flüssigkeiszustands-Messelement eine große Dicke der Platine auf, sodass es nicht für Anwendungen geeignet ist, die eine Größen- (oder eine Dicken-) Verminderung erfordern. Jedoch weist das unter Verwendung des isolierenden Films aufgebaute Flüssigkeitszustands-Messelement eine kleine Dicke auf, so dass es in einem kleinen Raum angeordnet werden kann und die Anforderung der Größenverminderung (oder der Dickenverminderung) erfüllen kann.

Jedoch weist der isolierende Film eine Nachgiebigkeit auf, sodass er eine weitaus geringere Steifigkeit als die Platine aufweist. Das ledigliche Bereitstellen der paarweisen Messelektroden, wie es in JP-A-4-258725 (einem Füllstandssensor vom elektrostatischen Typ) offenbart ist, lässt das Problem ungelöst, dass eine Verwölbung in der Längsrichtung auftreten kann. Insbesondere für den Fall, dass das Flüssigkeitszustands-Messelement am Öltank eines Kraftfahrzeugs befestigt ist und zur Verwendung im Öltank gedacht ist, wird die oben erwähnte Verwölbung durch den Einfluss der Fahrzeugvibrationen noch erhöht. Wenn das Flüssigkeitszustands-Messelement (genauer gesagt, der isolierende Film) verformt wird, verändert sich der Abstand zwischen den im isolierenden Film angeordneten Messelektroden. Der Verlauf der Veränderungen der elektrostatischen Kapazität aufgrund der Änderungen im Flüssigkeitszustand ähneln denjenigen Änderungsverläufen, die aufgrund der Änderung der anfänglichen Form aufgrund der Deformation auftreten. Daher kann ein Fehler im Messergebnis des Flüssigkeitszustands auftreten.

Auf der anderen Seite wird das Flüssigkeitszustands-Messelement häufig in einem Aufbau verwendet, bei dem der Flüssigkeitszustands-Messsensor zusammen mit einem aus einem Harz oder ähnlichem hergestellten Gehäuse und einem Träger zum Tragen des Flüssigkeitszustands-Messelements bereitgestellt ist. Dieser Flüssigkeitszustands-Messsensor wird in einer Anwendung verwendet, um das Oberflächenniveau einer Flüssigkeit (d. h. den Füllstand bzw. die Menge einer Flüssigkeit) oder die Verschlechterung der Flüssigkeit zu messen.

Bei diesem Flüssigkeitszustands-Messsensor sind jedoch das Gehäuse und der Träger um das Flüssigkeitszustands-Messelement herum oder zumindest nahe dabei angeordnet. Daher kann die parasitäre Kapazität des Gehäuses oder des Trägers die genaue Messung der elektrostatischen Kapazität zwischen den Messelektroden nachteilig beeinflussen und dabei einen Fehler im Messergebnis des Flüssigkeitszustands hervorrufen. Hierbei ist die parasitäre Kapazität des Gehäuses oder des Trägers diejenige Kapazität, die zum Zeitpunkt der Messung der elektrostatischen Kapazität zwischen den Messelektroden durch die dielektrische Konstante des Materials, aus dem das Gehäuse oder der Träger aufgebaut sind, zusätzlich erzeugt wird.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebenen Nachteile im Stand der Technik zumindest teilweise zu überwinden. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Flüssigkeitszustands-Messelement bereitzustellen, das ein Paar Messelektroden aufweist, die in einem flexiblen Schichtbereich angeordnet sind, und das die Wahrscheinlichkeit eines Auftretens eines Messfehlers aufgrund einer Verwölbung oder aufgrund einer anderen Substanz als der zu messenden Flüssigkeit sehr verringert, und wobei ein Flüssigkeitszustands-Messsensor mit einem solchen Flüssigkeitszustands-Messelement ausgestattet ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Flüssigkeitszustands-Messelement gemäß Anspruch 1 und einen Flüssigkeitszustands-Messsensor gemäß Anspruch 6 sowie ein Verfahren nach Anspruch 13. Weitere Aspekte, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Flüssigkeitszustands-Messelement bereitgestellt, das umfasst: einen aus einem flexiblen isolierenden Material hergestellten Schichtbereich, der in einer Längsrichtung verläuft; und ein Paar Messelektroden, die auf derselben Schicht des Filmbereichs nebeneinander liegen und in der Längsrichtung verlaufen, wobei die Messelektroden zumindest teilweise in einer zu messenden Flüssigkeit eintauchbar sind, sodass der Zustand der gemessenen Flüssigkeit auf Grundlage der eletrostatischen Kapazität zwischen den paarweisen Messelektroden erfasst wird, gekennzeichnet durch das weitere Bereitstellen von Verstärkungsbereichen, die aus einem leitfähigen Material gemacht sind und auf der Schicht des Schichtbereichs auf der Außenseite der Messelektroden angeordnet sind; und wobei die Verstärkungsbereiche beinhalten: einen mit einer Masseleitung verbindbaren Masseanschluss; und ein Paar paralleler Verstärkungsbereiche, die in der Längsrichtung entlang der Seitenränder des Schichtbereichs verlaufen, sodass die paarweisen Messelektroden zwischen ihnen eingeschoben sind.

Bei diesem Flüssigkeitszustands-Messelement ist der Schichtbereich mit den aus dem leitfähigen Material hergestellten Verstärkungsbereichen bereitgestellt und insbesondere sind die paarweisen parallelen Verstärkungsbereiche, die die Verstärkungsbereiche ausmachen, so entlang der Seitenränder des Schichtbereichs angeordnet, dass die paarweisen Messelektroden zwischen ihnen angeordnet sind. Dies hat zur Folge, dass der Schichtbereich bezüglich der Längsrichtung kaum verwölbbar oder deformierbar ist, und somit der Abstand zwischen den paarweisen Messelektroden kaum veränderbar ist. Auf diese Weise ist der Abstand zwischen den Messelektroden kaum veränderbar, sodass verhindert werden kann, dass sich die Verlaufscharakteristik der elektrostatischen Kapazität bezüglich einer Änderung des Flüssigkeitszustands im Vergleich zur Verlaufscharakteristik in der ursprünglichen Form ändert. Im Ergebnis ist es daher möglich, das Auftreten von Fehlern in der Flüssigkeitszustands-Messung zu unterdrücken.

Darüberhinaus sind die Verstärkungsbereiche aus dem leitfähigen Material hergestellt und mit dem Masseanschlussbereich versehen. Durch Erden (oder elektrisches Verbinden) des Masseanschlussbereichs mit der Masseleitung, ist es daher möglich, die Verteilung der elektrischen Feldlinien von einer Messelektrode zur anderen Messelektrode zu ändern. Genauer gesagt sind die mit dem Massepotenzial verbundenen Verstärkungsbereiche im Schichtbereich auf einer weiter außen liegenden Seite als die Messelektroden angeordnet, um dadurch die elektrischen Feldlinien so zu erzeugen, dass sich zwischen den Messelektroden und den Verstärkungsbereichen einlaufen bzw. auslaufen. Daher kann die Verteilung der elektrischen Feldlinien zwischen den Messelektroden so geändert werden, dass sie schmal wird.

Als Folge davon kann sogar in dem Fall, bei dem das Flüssigkeitszustands-Messelement z. B. in einem Gehäuse angeordnet oder durch einen Träger getragen ist, verhindert werden, dass die elektrostatische Kapazität zwischen den paarweisen Messelektroden durch Einflüsse der parasitären Kapazitäten des Gehäuses oder des Trägers verändert wird.

Mit anderen Worten ist dieses Flüssigkeitszustands-Messelement mit geerdeten Verstärkungsbereichen ausgestattet. Daher kann sich die elektrostatische Kapazität der Messelektroden aufgrund einer Zustandsänderung (z. B. der Änderung der dielektrischen Konstante) im Bereich nahe des Flüssigkeitszustands-Messelements leicht ändern, sodass sich die elektrostatische Kapazität der Messelektroden gegenüber Zustandsänderungen (z. B. der Änderung der dielektrischen Konstante) in Bereichen, außerhalb des Elements selbst, kaum ändert.

Daher wird bei dem Flüssigkeitszustands-Messelement die elektrostatische Kapazität leicht änderbar bezüglich der im Nahbereich angeordneten gemessenen Flüssigkeit, sodass die Messgenauigkeit des Flüssigkeitszustands verbessert werden kann. Darüber hinaus wird das Flüssigkeitszustands-Messelement kaum durch im Fernbereich angeordnete Substanzen (z. B. das Gehäuse) beeinflusst. Daher kann auf den Messeletroden die parasitäre Kapazität, die von anderen Substanzen als der anderen Messelektrode erzeugt wird, vermindert werden, um den Messfehler des Flüssigkeitszustands zu unterdrücken. Insbesondere sind bei dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die paarweisen Parallelen Verstärkungsbereiche, die so angeordnet sind, dass die paarweisen Messelektroden im Hinblick darauf dazwischen angeordnet sind, dass die Verwölbung des Filmbereichs verhindert wird, mit dem Massepotential verbunden sind, sodass sie auch als Schutzelektroden dienen können. Auf diese Weise kann die Messgenauigkeit der elektrostatischen Kapazität zwischen den Messelektroden erhöht werden, um die Messgenauigkeit des Flüssigkeitszustands effektiv zu erhöhen.

Der durch das Flüssigkeitszustands-Messelement zu messende Flüssigkeitszustand wird beispielhaft durch einen Flüssigkeitszustand beschrieben, bei dem sich die elektrostatische Kapazität zwischen den Messelektroden entsprechend einer Änderung der dielektrischen Konstante aufgrund einer Änderung der Eigenschaften der Flüssigkeit selbst oder der Änderung der dielektrischen Konstante aufgrund des Vorhandenseins bzw. Nichtvorhandenseins der Flüssigkeit verändert, wie beispielsweise durch den verschlechterten Zustand der Flüssigkeit (z. B. den verschlechterten Zustand des Öls), den Füllstand der Flüssigkeit (z. B. die Flüssigkeitsmenge) oder die Konzentration der Flüssigkeit.

Bei dem Flüssigkeitszustands-Messelement sind die parallelen Verstärkungsbereiche der Verstärkungsbereiche vorzugsweise so ausgebildet, dass die Breite in einer Breitenrichtung senkrecht zur Längsrichtung größer ist als die Breite der Messelektroden.

Mit anderen Worten kann durch Beibehaltung der großen Breite der parallelen Verstärkungsbereiche die mechanische Festigkeit der Verstärkungsbereiche vergrößert werden, um das Auftreten von Messfehlern aufgrund von Verwölbungen des Schichtbereichs besser zu unterdrücken.

Durch Beibehaltung der großen Breite der parallelen Verstärkungsbereiche kann darüber hinaus der elektrische Abschirmeffekt der parasitären Kapazität durch andere Stoffe als die gemessene Flüssigkeit in den Messelektroden verstärkt werden, um die Messgenauigkeit des Flüssigkeitszustands zu verbessern.

Bei dem Flüssigkeitszustands-Messelement beinhalten die Verstärkungsbereiche vorzugsweise einen Verbindungsverstärkungsbereich zur Verbindung der einzelnen einendigen Bereiche der paarweisen parallelen Verstärkungsbereiche.

Genauer gesagt kann dadurch verhindert werden, dass sich der Schichtbereich in der Breitenrichtung verformt, dass der Verbindungsverstärkungsbereich zusätzlich zu den paarweisen parallelen Verstärkungsbereichen auch die einendigen Bereiche der beiden Messelektroden als Verstärkungsbereiche verbindet.

Im Ergebnis kann so verhindert werden, dass sich der Abstand zwischen den Messelektroden verändert, und es kann verhindert werden, dass die Änderungscharakteristik der elektrostatischen Kapazität zwischen den Messelektroden aufgrund einer Änderung im Flüssigkeitszustand eine andere Änderungscharakteristik zeigt, als die Änderungscharakteristik aufgrund des anfänglichen Abstands zwischen den Messelektroden, um dabei jeglichen Fehler im Messergebnis des Flüssigkeitszustands zu unterdrücken.

Vorzugsweise sind bei dem Flüssigkeitszustands-Messelement die Messelektroden und die Verstärkungsbereich aus leitfähigem Material derselben Art hergestellt.

Im Fall, dass die Messelektroden und die Verstärkungsbereiche aus dem gemeinsamen leitfähigen Material hergestellt werden, brauchen beim Herstellungsprozess des Flüssigkeitszustands-Messelements im Schritt des Ausbildens der Messelektroden und dem Schritt des Ausbildens der Verstärkungsbereiche diese nicht in verschiedenen Schritten ausgeführt werden, sondern können in einem gemeinsamen Schritt ausgeführt werden, um dabei die Messelektroden und die Verstärkungsbereiche gleichzeitig herzustellen.

Vorzugsweise umfasst das Flüssigkeitszustands-Messelement weiterhin ein Paar Referenzelektroden, die auf derselben Schicht des Schichtbereichs nebeneinander liegen und in Längsrichtung an einer anderen Stelle angeordnet sind als die paarweisen Messelektroden, wobei die paarweisen parallelen Verstärkungsbereiche so angeordnet werden können, dass die paarweisen Referenzelektroden dazwischen angeordnet sind.

Hierbei umfasst das Flüssigkeitszustands-Messelement die paarweisen Referenzelektroden getrennt von den paarweisen Messelektroden, sodass es den Flüssigkeitszustand auf Grundlage sowohl der elektrostatischen Kapazität zwischen den Messelektroden als auch der elektrostatischen Kapazität zwischen den Referenzelektroden ermittelt. Im Fall, dass diese Referenzelektroden integral mit dem Schichtbereich, der die Messelektroden aufweist angeordnet sind, kann darüberhinaus die Messgenauigkeit der elektrostatischen Kapazität zwischen den Referenzelektroden absinken, und so Fehler in der Messgenauigkeit des Flüssigkeitszustands hervorrufen, wenn der Abstand zwischen den Referenzelektroden durch Verwölbung des Schichtbereichs verändert wird.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind dagegen die parallelen Verstärkungsbereiche zum Unterdrücken der Verwölbung des Schichtbereichs nicht nur so angeordnet, dass sie die paarweisen Messelektroden einspannen sondern auch die paarweisen Referenzelektroden. Im Ergebnis kann so verhindert werden, dass sich nicht nur der Abstand zwischen den Messelektroden sondern auch zwischen den Referenzelektroden verändert, um die Messgenauigkeit in dem Fall zu erhöhen, bei dem der Flüssigkeitszustand auf Grundlage der elektrostatischen Kapazität zwischen den Messelektroden und der elektrostatischen Kapazität zwischen den Referenzelektroden ermittelt wird.

Um die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende oben beschriebene Aufgabe zu lösen, wird weiterhin ein Flüssigkeitszustands-Messsensor bereitgestellt, der umfasst: ein Flüssigkeitszustands-Messelement, beinhaltend: einen aus einem flexiblen isolierenden Material hergestellten Schichtbereich, der in einer Längsrichtung verläuft; ein Paar Messelektroden, die auf derselben Schicht des Schichtbereichs nebeneinander liegen und in der Längsrichtung verlaufen; und aus einem leitfähigen Material hergestellte Verstärkungsbereiche, die auf der Schicht des Schichtbereichs auf einer weiter außen liegenden Seite als die Messelektroden angeordnet sind; und ein Träger zum Tragen des Flüssigkeitszustands-Messelements, wobei bei Eintauchen zumindest eines Teils des Flüssigkeitszustands-Messelements in eine zu messende Flüssigkeit die Messelektroden zumindest teilweise in der zu messenden Flüssigkeit eingetaucht sind, sodass der Zustand der zu messenden Flüssigkeit auf Grundlage einer elektrostatischen Kapazität zwischen den paarweisen Messelektroden ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass: der Träger Trägerbereiche zum Tragen der Oberfläche und Rückseite des Schichtbereichs beinhaltet, wobei das Flüssigkeitszustands-Messelement durch Anordnen eines Paars im Schichtbereich beinhalteter paralleler Verstärkungsbereiche, die zumindest teilweise durch die Trägerbereich überlappt werden, getragen wird.

Der Flüssigkeitszustands-Messsensor wird mit dem oben erwähnten Flüssigkeitszustands-Messelement als dem Flüssigkeitszustands-Messelement bereitgestellt. Daher weist der Flüssigkeitszustands-Messsensor kaum einen Messfehler aufgrund der Verwölbung des Flüssigkeitszustands-Messelements (oder des Schichtbereichs) auf, sodass es kaum einen Messfehler aufgrund des Einflusses parasitärer Kapazitäten des Trägers aufweist.

Darüberhinaus wird dieser Flüssigkeitszustands-Messsensor dadurch gekennzeichnet, dass er umfasst: die Trägerbereiche zum Tragen der Oberfläche und Rückseite des Filmbereichs als Träger zum Tragen des Flüssigkeitszustands-Messelements; und den Träger zum Tragen des Flüssigkeitszustands-Messelements durch Anordnen der im Schichtbereich angeordneten paarweisen parallelen Verstärkungsbereiche, in einer zumindest teilweise durch die Trägerbereiche überlappten Weise. Kurz gesagt ist bei diesem Flüssigkeitszustands-Messsensor das Flüssigkeitszustands-Messelement so zwischen den Trägerbereichen angeordnet, dass die paarweisen parallelen Verstärkungsbereiche, die die erhöhte Steifigkeit im Flüssigkeitszustands-Messelement aufweisen, so angeordnet sind, dass sie zumindest teilweise von den Trägerbereichen des Trägers überlappt werden.

Im Ergebnis kann so das Flüssigkeitszustands-Messelement des Flüssigkeitszustands-Messsensors bei Benutzung auf dem Träger beständig getragen werden, so dass es in Kombination mit dem Effekt der durch die Verstärkungsbereiche erhöhten Steifigkeit des Schichtbereichs die Verwölbung des Flüssigkeitszustands-Messelements dauerhaft unterdrücken kann. Darüberhinaus weist der Flüssigkeitszustands-Messsensor gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Aufbau auf, bei dem das Flüssigkeitszustands-Messelement kaum aus den Trägerbereichen des Trägers herauskommt, sodass Messfehler aufgrund eines Herausfallens des Flüssigkeitszustands-Messelements unterdrückt werden können.

Die Weise, die Oberfläche und die Rückseite des Schichtbereichs des Flüssigkeitszustands-Messelements durch die Trägerbereiche des Trägers zu tragen, wird anhand der Weise beispielhaft verdeutlicht, auf die die Trägerbereiche das Flüssigkeitszustands-Messelement (oder den Schichtbereich) von den beiden Schichtflächen her einklemmen, während sie mit dem Schichtbereich in Berührung stehen. Bei einer anderen Weise können die Trägerbereiche mit Abstandsbereichen versehen sein, die einen größeren Abstand aufweisen als die Dicke des Flüssigkeitszustands-Messelements, sodass das Flüssigkeitszustands-Messelement (oder der Schichtbereich) in die Abstandsbereiche eingepasst ist. Kurz gesagt können die Trägerbereiche des Trägers eine beliebige Form haben, jedoch sollten sie nicht auf eine spezielle Form eingeschränkt sein, solange sie den Bewegungsbereich des Flüssigkeitszustands-Messelements auf einen solchen Bereich einschränken, dass kein Fehler in der Messgenauigkeit erzeugt wird.

Bei dem Flüssigkeitszustands-Messsensor beinhaltet der Träger vorzugsweise aufgerichtete Anschlussstifte, und das Flüssigkeitszustands-Messelement beinhaltet Durchgangslöcher, die durch den Schichtbereich hindurch verlaufen, wobei das Flüssigkeitszustands-Messelement durch Einführen der Stifte in die Durchgangslöcher angeordnet ist.

Bei diesem Flüssigkeitszustands-Messsensor ist das Flüssigkeitszustands-Messelement durch Einsetzen der auf dem Träger ausgebildeten Stifte in die im Schichtbereich ausgebildeten Durchgangslöcher auf dem Träger angeordnet, so dass die paarweisen Messelektroden zum Messen des Flüssigkeitszustands bezüglich des Trägers zuverlässig positioniert werden können. Im Falle der Massenherstellung des Flüssigkeitszustands-Messsensors zum Tragen des Flüssigkeitszustands-Messelements durch die Verwendung des Trägers ist es daher möglich, die Streuung in der einzelnen Anordnung der Messelektroden zur Messung des Flüssigkeitszustands auf dem Träger zu unterdrücken und demgemäß die Streuung in der einzelnen Messgenauigkeit der Flüssigkeitszustands-Messsensoren derselben Produktnummer zu unterdrücken.

1 zeigt eine teilweise aufgerissene Schnittansicht eines Ölstandssensors gemäß Ausführungsbeispiel 1.
2 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Füllstands-Messelement gemäß Ausführungsbeispiel 1 zeigt.
3 zeigt eine Schnittansicht, die einen Schnitt A-A des Ölstandssensors gemäß 1 zeigt.
4 zeigt erläuternde Ansichten, die die Verteilung von elektrischen Feldlinien, die von den Messelektroden ausgehen und in diesen enden, für den Fall, dass das Füllstands-Messelement in einem Gehäuse angeordnet ist.
5 zeigt einen vorderen Aufriss eines Ölstandssensors gemäß Ausführungsbeispiel 2.
6 zeigt eine erläuternde Ansicht eines Zustands, bei dem der Ölstandssensor gemäß Ausführungsbeispiel 2 am Öltank eines Fahrzeugmotors angebracht ist.
7A und 7B zeigen erläuternde Ansichten des Füllstands-Messelements gemäß Ausführungsbeispiel 2, wobei 7A eine obere Draufsicht auf das Füllstands-Messelement zeigt und 7B eine Explosions-Schnittansicht (d. h. entlang des Schnitts B-B) das Füllstands-Messelement zeigt.
8 zeigt eine perspektivische Ansicht, die den Zustand zeigt, in dem das Füllstands-Messelement mit einem Träger gemäß Ausführungsbeispiel 2 zusammengebaut wird.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben:
Ausführunsgbeispiel 1
Dieses Ausführungsbeispiel wird anhand eines Ölstandssensors 1 beschrieben, der in einem Ölreservetank zum Messen des Ölstands (oder des Flüssigkeitsoberflächenniveaus) im Öltank angeordnet ist. Dieser Ölstand verändert sich mit dem Ölinhalt im Öltank.
1 zeigt eine teilweise aufgerissene Schnittansicht des Ölstandssensors 1 und zeigt den inneren Aufbau eines Bereichs des Ölstandssensors 1.
Der Ölstandssensor 1 ist so aufgebaut, dass er ein Füllstands-Messelement 11 mit einem Paar Messelektroden und ein Gehäuse 31 zur Aufnahme und Ausrichtung des Füllstands-Messelements 11 beinhaltet.
In 1 sind ein Bereich des Ölstandssensors 1 und des Füllstands-Messelements 11 im Schnitt gezeigt, um den inneren Aufbau dieses Bereichs des Gehäuses 31 zu zeigen, in dem das Füllstands-Messelement 11 angeordnet ist.
Zuerst wird nun das Füllstands-Messelement 11 des Ölstandssensors 1 beschrieben.
2 zeigt eine erläuternde Ansicht (bzw. eine Schnittansicht) des Füllstands-Messelements 11.
Das Füllstands-Messelement 11 wird bereitgestellt mit: einem rechteckigen Filmbereich 29, der aus einem flexiblen isolierenden Material (z. B. Polyimid) hergestellt ist; mehreren Elektroden (einschließlich eines Paar Messelektroden 13, eines Paars Referenzelektroden 17 und einer Erdungselektrode 27), die im Schichtbereich 29 vergraben sind und aus einem leitfähigen Material (z. B. Kupfer) hergestellt sind; und Verstärkungsbereichen 21, die im Schichtbereich 29 auf den Außenseitenbereichen der mehreren Elektroden ausgebildet sind. Genauer gesagt sind die paarweisen Messelektroden 13, die paarweisen Referenzelektroden 17, die Erdungselektrode 27 und die Verstärkungsbereiche 21 mit zwei Polyimid-Filmen versiegelt und auf der gemeinsamen Schicht des Schichtbereichs 29 nebeneinander liegend angeordnet, die durch Laminieren zweier Filme ausgebildet sind.
Die paarweisen Messelektroden 13 sind einzeln in einer länglichen Form ausgebildet und zueinander nebeneinander liegend und parallel zur Längsrichtung angeordnet. Die auf diese Weise parallel angeordneten paarweisen Messelektroden 13 sind dadurch gekennzeichnet, dass sich die elektrostatische Kapazität zwischen den Messelektroden mit der dielektrischen Konstante eines sie umgebenden Stoffes verändert. Als Folge davon verändert sich die elektrostatische Kapazität zwischen den paarweisen Messelektroden 13 (die auch als „elektrostatische Kapazität der Messelektroden 13'' bezeichnet wird) mit dem Anteil des in das Öl eingetauchten Bereichs in der Längsausdehnung der Messelektroden 13 (d. h. dem in Öl eingetauchten Anteil der Messelektroden 13).
Kurz gesagt besteht ein Zusammenhang zwischen der elektrostatischen Kapazität der Messelektroden 13 und dem in Öl eingetauchten Anteil der Messelektroden 13, sodass der in Öl eingetauchte Anteil der Messelektroden 13 auf Grundlage der elektrostatischen Kapazität der Messelektroden 13 bestimmt werden kann. Folglich kann das Füllstands-Messelement 11 mit den Messelektroden 13 verwendet werden, den Ölstand (oder das Flüssigkeitsoberflächenniveau) in seinem Einbaubereich (d. h. dem Inneren des Öltanks) zu bestimmen.
Die paarweisen Referenzelektroden 17 sind ebenfalls in einer länglichen Form jedoch kürzer als die Messelektroden 13 ausgebildet und sind so nebeneinander und parallel zur Längsrichtung angeordnet, dass sie näher zur vorderen Endseite (d. h. auf der unteren Seite wie gezeigt) des Schichtbereichs 29 als die Messelektroden 13 angeordnet sind. ??? Die auf solche Weise nebeneinander liegenden paarweisen Referenzelektroden 17 sind wie auch die Messelektroden 13 dadurch gekennzeichnet, dass die elektrostatische Kapazität zwischen den Referenzelektroden mit der dielektrischen Kostante des sie umgebenden Stoffes varriert. Darüber hinaus sind die Referenzelektroden 17 auf der vorderen Endseite der Messelektroden 13 ausgebildet und auf der Bodenseite im Öltank angeordnet, sodass sie jederzeit vollständig im Öl eingetaucht sind. Als Folge davon verändert sich die elektrostatische Kapazität zwischen den paarweisen Referenzelektroden 17 (die auch als die „elektrostatische Kapazität der Referenzelektroden 17'' bezeichnet wird) ausschließlich in Abhängigkeit der Dielektrizitätskonstante des Öls. Für den Fall, dass das Öl seine Eigenschaften aufgrund Verschlechterung ändert, oder im Fall, dass Öl einer anderen Art zusätzlich vorgehalten wird, verändert sich die dielektrische Konstante des Öls sogar bei gleichem Ölfüllstand. Daher verringert sich die Messgenauigkeit, wenn der Ölstand ausschließlich auf Grundlage der elektrostatischen Kapazität der Messelektroden 13 erfasst wird.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird daher die unter Verwendung der Referenzelektroden 17 ermittelte elektrostatische Kapazität als ein Referenzwert verwendet, und der Ölstand wird unter Verwendung sowohl der elektrostatischen Kapazität des Referenzwerts und der elektrostatischen Kapazität der Messelektroden 13 ermittelt. Im Ergebnis kann so der Ölstand selbst in dem Fall geeignet gemessen werden, dass die dielektrische Konstante des Öls sich aufgrund einer Verschlechterung des Öls verändert hat.
Hierbei sind die Messelektroden 13 und die Referenzelektroden 17 einzeln so ausgebildet, dass sie eine Dicke von 50 μm und eine Breite W1 von 2,0 mm aufweisen. Andererseits ist das Zustandsmesselement 11 bereitgestellt mit: zwei Füllstandsanschlussbereichen 15, die von den einzelnen hinteren Endbereichen (oder den Endbereichen auf der Oberseite, wie in 2 gezeigt) der zwei Messelektroden 13 zum hinteren Ende des Schichtbereichs 29 verlaufen; und zwei Referenzanschlussbereiche 19, die von den einzelnen hinteren Endbereichen (oder den Endbereichen auf der Oberseite, wie in 2 gezeigt) der beiden Referenzelektroden 17 zum hinteren Ende des Schichtbereichs 29 verlaufen.
Die Füllstandsanschlussbereiche 15 sind mit Verbindungsanschlussbereichen 16 auf ihren eigenen hinteren Endbereichen versehen, und die Referenzanschlussbereiche 19 sind mit Verbindungsanschlussbereichen 20 auf ihren eigenen hinteren Endbereichen versehen. Die Füllstandsanschlussbereiche 15 und die Referenzanschlussbereiche 19 sind mit verschiedenen externen Geräten, die außerhalb des Ölstandsensors 1 angeordnet sind, durch metallische Anschlussglieder 33 (wie in 1 gezeigt) durch einzelnes Verbinden der Verbindungsanschlussbereiche 16 und der Verbindungsanschlussbereiche 20 mit den metallischen Anschlussgliedern 33 verbunden, wenn das Füllstands-Messelement 11 durch das Gehäuse 31 getragen ist.
Die Erdungselektrode 27 ist näher zur hinteren Endseite (oder, wie gezeigt, zur oberen Seite) des Schichtbereichs 29 ausgebildet als die Messelektroden 13 und ist an einer Stelle ausgebildet, die zwischen den beiden Füllstandsanschlussbereichen 15 liegt. Darüber hinaus ist die Erdungselektrode 27 mit einem Masseanschlussbereich 28 in ihrem eigenen hinteren Endbereich bereitgestellt. Die Erdungselektrode 27 ist über die metallischen Anschlussglieder 33 mit einer Masseleitung (oder einer Erdpotenzialleitung) durch Verbinden des Masseanschlussbereichs 28 mit den metallischen Anschlussgliedern 33, wie in 1 gezeigt) verbunden, wenn das Füllstands-Messelement 11 durch das Gehäuse 31 getragen ist.
Wenn die Erdungselektrode 27 über die Masseleitung geerdet ist, wird die elektrostatische Kapazität zwischen den Elektroden der paarweisen Füllstandsanschlussbereiche 15 klein. Im Ergebnis kann so verhindert werden, dass die elektrostatische Kapazität der Füllstandsanschlussbereiche 15 sich als Streukapazität ungünstig auswirkt, wenn die elektrostatische Kapazität der Messelektroden 13 gemessen wird.
Die Verstärkungsbereiche 21 sind aus einem leitfähigen Material (z. B. Kupfer) hergestellt und werden in dem Schichtbereich 29 in den Bereichen auf den Außenseiten der Messelektroden 13 und der Referenzelektroden 17 ausgebildet. Darüber hinaus sind die Verstärkungsbereiche 21 bereitgestellt mit: einem paar paralleler Verstärkungsbereiche 25, die nebeneinander liegend und parallel mit der Längsrichtung der Messelektroden 13 angeordnet sind; und einem Verbindungsverstärkungsbereich 23, der näher zur vorderen Endseite ausgebildet ist als die Referenzelektroden 17.
Die paarweisen parallelen Verstärkungsbereiche 25 sind im Schichtbereich 29 auf den Außenseiten der Referenzelektroden 17 und den Referenzanschlussbereichen 19 ausgebildet. Genauer gesagt sind die paarweisen parallelen Verstärkungsbereiche 25 so angeordnet, dass die paarweisen Messelektroden 13, die Füllstandsanschlussbereiche 15, die Referenzanschlussbereiche 19 und die Referenzelektroden 17 zwischen ihnen angeordnet sind, und sie entlang der Seitenränder des Schichtbereichs 29 verlaufen.
Die parallelen Verstärkungsbereiche 25 der Verstärkungsbereiche 21 sind so ausgebildet, dass sie eine Dicke von 50 μm und eine Breite W2 von 2,2 mm auf der Filmschicht aufweisen.
Der Verbindungsverstärkungsbereich 23 ist so ausgebildet, dass er in Breitenrichtung (oder in der Querrichtung von 2) auf der Filmschicht des Schichtbereichs 29 verläuft, um die vorderen Endbereiche der paarweisen parallelen Verstärkungsbereiche 25 zu verbinden.
Der Verbindungsverstärkungsbereich 23 der Verstärkungsbereiche 21 ist so ausgebildet, dass er eine Dicke von 50 μm und eine Höhe W3 von 1,0 mm, gemessen in einer Richtung senkrecht zu seiner eigenen Längsrichtung auf der Filmschicht, aufweist.
Die Verstärkungsbereiche 21 sind an den hinteren Endbereichen der parallelen Verstärkungsbereiche 25 mit Masseanschlussbereichen 26 ausgestattet, um mit der Masseleitung verbunden zu werden. Die Verstärkungsbereiche 21 sind über die metallischen Anschlussglieder 33 mit der Masseleitung (oder der Erdpotenzialleitung) durch Verbindung der Masseanschlussbereiche 26 mit den metallischen Anschlussgliedern 33 (wie in 1 gezeigt) verbunden, wenn das Füllstands-Messelement 11 durch das Gehäuse 31 gehalten ist.
Nun wir das Gehäuse 31 des Ölstandsensors 1 beschrieben.
In 3 ist die Schnittansicht, die den Schnitt A-A des Ölstandssensors 1 aus 1 zeigt, gezeigt. Die Schnittansicht, die den Schnitt B-B des Östandssensors 1 in 3 zeigt, korrespondiert zum aufgerissenen Schnittbereich in 1.
Wie in 1 und 3 gezeigt, ist das Gehäuse 31 durch Kombination eines ersten halbkreisförmigen Zylinderglieds 35 und eines zweiten halbkreisförmigen Zylinderglieds 37, die aus einem Synthetik-Harz (z. B. 6-6 Nylon) mit isolierenden Eigenschaften hergestellt sind, in einer länglichen, im Wesentlichen zylindrischen Form, die in axialer Richtung verläuft, ausgebildet, und ist mit einem Innenraum 43 zum Anordnen des Füllstands-Messelement s 11 in seinem Inneren ausgestattet.
Das Gehäuse 31 wird bereitgestellt mit: mehreren Vorderende-Durchgangslöchern 39, die auf der vorderen Endseite (d. h. auf der unteren Seite in 1) seiner eigenen axialen Richtung ausgebildet sind und von der Außenseite zu dem Innenraum 43 führen; und mehreren mittleren Durchgangslöchern 41, die in dem im Wesentlichen mittleren Bereich seiner eigenen axialen Richtung ausgebildet sind und in den Innenraum 43 führen. Kurz gesagt ist das Gehäuse 31 so aufgebaut, dass der Stoff (z. B. das Öl oder die Luft) zwischen seiner Außenseite und dem Innenraum 43 durch die Vorder-Durchgangslöcher 39 und die mittleren Durchgangslöcher 41 ein- bzw. austreten kann.
Diese Vorderende-Durchgangslöcher 39 und mittleren Durchgangslöcher 41 sind an nichtkorrespondierenden Stellen in den Bereichen entlang der Umfangsrichtung des im Gehäuse 31 angeordneten Füllstands-Messelements 11 ausgebildet. Diese Anordnung ist gewählt, um zu verhindern, dass das ins Innere des Gehäuses 31 hinein- und herausströmende Öl direkt das Füllstands-Messelement 11 beaufschlagt, um so das Auftreten eines Messfehlers auszuschließen, der anderenfalls die instantane Änderung im Ölstand aufgrund von Vibrationen begleiten könnte.
Darüber hinaus ist das Gehäuse 31 auf der hinteren Endseite (d. h. auf der oberen Seite in 1) seiner eigenen axialen Richtung mit einem Flanschbereich 45, der radial auswärts verläuft, und einem Verbinderbereich 47, mit dem ein zu den externen Geräten führender geräteseitiger Verbinder verbunden ist, ausgestattet. Der Flanschbereich 45 ist so ausgebildet, dass er an die äußere Oberfläche des Öltanks angrenzt, wenn der Ölstandssensor 1 am Öltank angebracht ist, um dabei die Richtung und Position der Einführung des Ölstandssensors 1 (oder des Gehäuses 31) in den Öltank zu bestimmen. Der Verbinderbereich 47 ist so aufgebaut, dass er Metallanschlussbereiche, die mit den einzelnen metallischen Anschlussgliedern 33 elektrisch verbunden werden sollen, und einen Verbinderrahmenbereich, der so geformt ist, dass er auf die geräteseitigen Verbinder passt, beinhaltet. Der Verbinderbereich 47 ist so angeordnet, dass er einen Stromweg ausbildet, der von den einzelnen Elektroden des Füllstands-Messelements 11 zu den äußeren Geräten führt.
Das Gehäuse 31 ist weiterhin mit zwei Trägerbereichen 49 für Abstände zwischen dem ersten halbkreisförmigen Zylinderglied 35 und dem zweiten halbkreisförmigen Zylinderglied 37 ausgestattet, wie in 3 gezeigt ist. Die Trägerglieder 49 sind so ausgebildet, dass sie einer Abstandsgröße W4 aufweisen, die größer ist als die Dicke des Füllstands-Messelements 11.
Das Füllstands-Messelement 11 ist so in seiner Lage im Innenraum 43 des Gehäuses 31 festgelegt, dass die zwei Seitenrandbereiche in seiner eigenen Breitenrichtung einzeln in den Trägerbereichen 49 angeordnet sind.
Nun ordnet das Gehäuse 31 die paarweisen parallelen Verstärkungsbereiche 25 des Füllstands-Messelements 11 zumindest teilweise überlappt durch die Trägerbereiche 49 an, um dabei das Füllstands-Messelement 11 im Innenraum 43 zu positionieren. Im Ergebnis ermöglicht das Gehäuse 31 den Trägerbereichen 49 den stärkeren Bereich (oder den weniger verformbaren Bereich) des Füllstands-Messelements 11 zu tragen. In Kombination mit dem Effekt, dass die Steifigkeit des eine Nachgiebigkeit aufweisenden Schichtbereichs 29 durch Bereitstellen der Verstärkungsbereiche 21 erhöht ist, kann das Gehäuse 31 die Verwölbung des Füllstands-Messelements 11 effektiv verhindern und kann verhindern, dass das Füllstands-Messelement 11 aus den Trägerbereichen 49 herausgeht.
Hierbei ist die Abstandsgröße der Trägerbereiche 49 größer als die Dicke des Füllstands-Messelements 11. Daher hält das Gehäuse 31 das Füllstands-Messelement 11 in der dicken Richtung durch die Trägerbereiche 49, so dass ein Abstand zwischen der Innenfläche des Trägerbereichs 49 und der Außenfläche des Zustands-Messelements 11 ausgebildet ist, und trägt das Füllstands-Messelement 11 in der breiten Richtung durch die zwei Trägerbereiche 49.
Wenn der Ölstandssensor 1 im Öltank oder dem zu messenden Bereich angeordnet ist wird sein Innenraum 43 mit dem Öl in einer Menge versorgt, die dem Öltand (oder dem Flüssigkeitsoberflächenniveau) entspricht. Nun ist das Füllstands-Messelement 11 in dem Öl zu einem Anteil eingetaucht, der dem Ölstand entspricht, sodass die elektrostatische Kapazität der Messelektroden 13 einen dem Ölstand entsprechenden Wert anzeigt. Andererseits zeigt die elektrostatische Kapazität der Referenzelektroden 17 einen der dielektrischen Konstante des Öls entsprechenden Wert an.
Hierbei wird das Füllstands-Messelement 11 mit zur Masseleitung verbundenen bzw. geerdeten Verstärkungsbereichen 21 bereitgestellt, sodass es den Einfluss der parasitären Kapazität des Gehäuses gegenüber der elektrostatischen Kapazität der Messelektroden 13 und der elektrostatischen Kapazität der Referenzelektroden 17 unterdrückt. Daher kann das Füllstandsmesselement 11 den Ölstand präzise ermitteln während es das Auftreten von Fehlern unterdrückt.
Die mit dem Ölstandssensor 1 verbundenen externen Geräte führen das Verfahren aus, den Ölstand auf Grundlage der elektrostatischen Kapazität der Messelektroden 13 und der elektrostatischen Kapazität der Referenzelektroden 17 zu ermitteln.
4 zeigt erläuternde Diagramme, die die Verteilung der in die Messelektroden 13 hinein- und herausgehenden elektrischen Feldlinien für den Fall, dass das Füllstands-Messelement 11 im Gehäuse 31 angeordnet ist.
Hierbei ist auf der oberen Seite von 4 die Verteilung der elektrischen Feldlinien im ungeerdeten GND-Zustand der Verstärkungsbereiche gezeigt, und die Verteilung der elektrischen Feldlinien im geerdeten GND-Zustand der Verstärkungsbereiche ist auf der unteren Seite gezeigt. Darüberhinaus sind in 4 die elektrischen Feldlinien durch gestrichelte Linien dargestellt und die Referenzanschlussbereiche 19 wurden weggelassen.
Wie in 4 gezeigt sind die elektrischen Feldlinien, die von den Messelektroden 13 ausgehen und in ihnen enden, im ungeerdeten GND-Zustand der Verstärkungsbereiche über einen weiten Bereich verteilt und manche von ihnen treten in das Gehäuse 31 ein. Im Gegensatz dazu treten die elektrischen Feldlinien von und zu den Messelektroden 13 im geerdeten GND-Zustand der Verstärkungsbereiche teilweise in die geerdeten Verstärkungsbereiche 21 ein bzw. heraus, sodass sie in ihrem Verteilungsbereich geschmälert sind. Auf diese Weise treten die elektrischen Feldlinien nicht in das Gehäuse 31 ein.
Auf diese Weise sind die elektrischen Feldlinien in einem Zustand, dass sie nicht das Gehäuse 31 durchdringen, sodass verhindert werden kann, dass die elektrostatische Kapazität der Messelektroden 13 durch die dielektrische Konstante des Gehäuses 31 beeinflusst wird, wodurch das Ausbilden der parasitären Kapazität durch das Gehäuse 31 unterdrückt wird.
Wie bereits vorher beschrieben ist das Füllstandsmesselement 11 gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Verstärkungsbereichen 21 bereitgestellt, sodass es eine hohe Festigkeit aufweist. Daher ist das Füllstands-Messelement 11 dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtbereich 29 kaum verwölbt oder verformt wird, sodass der Abstand zwischen den paarweisen Messelektroden 13 und der Abstand zwischen den paarweisen Referenzelektroden 17 sich im Einzelnen kaum ändert. Auf diese Weise ist der Abstand zwischen den Messelektroden kaum zu ändern, sodass verhindert werden kann, dass die Charakteristik der Änderung der elektrostatischen Kapazität bezüglich der Änderung des Ölstands anders wird als die Charakteristik mit der anfänglichen Form des Füllstands-Messelements 11, wodurch die Fehler in der Füllstands-Messung unterdrückt werden.
Darüber hinaus sind die Verstärkungsbereiche 21 aus dem leitfähigen Material (z. B. Kupfer) hergestellt und mit den Masseanschlussbereichen 26 bereitgestellt. Durch Erden (oder elektrisches Verbinden) der Masseanschlussbereiche 26 mit der Masseleitung kann daher der Verteilungsbereich der elektrischen Feldlinien von einer Messelektrode 13 zur anderen Messelektrode 13 und von einer Referenzelektrode 17 zur anderen Referenzelektrode 17 so geändert werden, dass er schmaler wird.
Sogar für den Fall, dass das Füllstands-Messelement 11 im Gehäuse 31 angeordnet ist, ist es daher möglich, zu verhindern, dass die elektrostatische Kapazität zwischen den paarweisen Messelektroden 13 und die elektrostatische Kapazität zwischen den paarweisen Referenzelektroden 17 durch den Einfluss der parasitären Kapazität des Gehäuses 31 verändert wird.
Auf diese Weise wird das Füllstands-Messelement 11 gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein solches Flüssigkeitszustands-Messelement, das kaum Messfehler, die die Verwölbung begleiten, auftreten und das kaum Messfehler aufgrund des Einflusses eines anderen Stoffes (des Gehäuses 31) als dem Öl oder der zu messenden Flüssigkeit auftreten.
Darüber hinaus ist bei dem Füllstands-Messelement 11 die Breite W2 der parallelen Verstärkungsbereiche 25 größer als die Breite W1 der Messelektroden 13 und der Referenzelektroden 17. Daher kann eine höhere Festigkeit der Verstärkungsbereiche 21 beibehalten werden, um das Auftreten der Messfehler zu unterdrücken, die anderenfalls durch die Verwölbung des Schichtbereichs 29 bewirkt würden.
Die parallelen Verstärkungsbereiche 25 können selbst in dem Fall, dass sie eine kleinere Breite aufweisen, als die Messelektroden 13, den elektrischen Abschirmeffekt erreichen und den Einfluss der parasitären Kapazität des Gehäuses 31 unterdrücken, wodurch ein Effekt der Verminderung des Messfehlers erreicht wird.
Darüber hinaus sind bei dem Füllstands-Messelement 11 die Messelektroden 13, die Referenzelektroden 17 und die Verstärkungsbereiche 21 vollständig aus Kupfer hergestellt, d. h. aus einem leitfähigen Material der selben Art. Beim Herstellungsprozess des Füllstands-Messelements 11 brauchen daher der Schritt des Ausbildens (d. h. des Ätzens oder Druckens) der Messelektroden 13 und der Referenzelektroden 17 und der Schritt des Ausbildens (d. h. des Ätzens oder Druckens) der Verstärkungsbereiche 21 nicht in verschiedenen Schritten ausgeführt werden sondern können in dem selben Schritt ausgeführt werden.
Als Folge davon können die mehreren Schritte im Herstellungsprozess das Füllstands-Messelement 11 in einem Schritt zusammengefasst werden, sodass die Anzahl der Schritte vermindert werden kann, um die Herstellungseffizienz des Füllstands-Messelements 11 zu verbessern.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung korrespondieren die Messelektroden 13 zu den Messelektroden. Auf der anderen Seite korrespondiert das Gehäuse 31 zu dem Träger.
Ausführungsbeispiel 2
Es wird nun ein Ölstandssensor 100 gemäß Ausführungsbeispiel 2 beschrieben. Wie in 6 gezeigt ist dieser Ölstandssensor 100 zum Gebrauch so an einem Öltank im Bodenbereich LT eines Fahrzeugmotors befestigt, dass seine Achse an einer vertikalen Richtung V ausgerichtet ist, und dass sein vorderes Ende in der vertikalen Richtung aufwärts gerichtet ist. Der auf diese Weise angebrachte Ölstandssensor 100 wird verwendet, um den Ölstand OL zu messen.
Wie in 5 und 6 gezeigt beinhaltet der Ölstandssensor 100 darüber hinaus ein aus einem Harz hergestelltes Bodenteil 121 und eine im Wesentlichen zylindrische Sensorkappe 111, die so angeordnet ist, dass sie von dem Bodentel 121 auskragt. Diese Sensorkappe 111 mit einer Hohlstruktur umfließt ein Füllstands-Messelement 131 mit einem in einem Schichtbereich 132 angeordenten Paar Messelektroden 133 oder ähnlichem und einem Träger 180 zum Stützen des Füllstands-Messelements 131 in der vertikalen Richtung. Hierbei ist die Sensorkappe 111 an ihrem Fußendbereich mit Verbindungslöchern 115 zum Herstellen der Verbindung des umgebenden Öls OL mit dem Inneren und dem Äußeren der Sensorkappe 111 versehen, und ist an seiner vorderen Endseite mit Verbindungslöchern 113 zur Entlüftung versehen.
Das Bodenteil 121 trägt den Träger 180 und die Sensorkappe 111. Durch Befestigen des Bodenteils 121 auf dem Öltank-Bodenbereich LT, wobei der Träger 141 und die Sensorkappe 111 in den Öltank eingeführt sind, ist der Ölstandssensor 100 im Öltank eingebaut (wie in 6 gezeigt).
Als erstes wird nun unter Bezugnahme auf die 7A und 7B das Füllstands-Messelement 131 des Füllstandssensors 100 gemäß Ausführungsbeispiel 2 beschrieben. Wie in 7A gezeigt, weist das Füllstands-Messelement 131 einen Schichtbereich 132 auf, der durch aufeinanderfolgendes Verbinden in der genannten Reihenfolge entlang der Längsrichtung vom Fußende (d. h. zum gezeigten unteren Ende) zum vorderen Ende (d. h. dem gezeigten oberen Ende) eines ersten rechteckigen Bereichs 132h mit einer größeren Breite, einem abgeschrägten Bereich 132p mit einer zulaufenden Trapezform und einem zweiten rechteckigen Bereich 132n mit einer kleineren Breite geformt ist. Hierbei ist der Schichtbereich 132 ähnlich wie in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel 1 aus flexiblem Polyimid hergestellt.
Dieser Schichtbereich 132 ist darin mit verschiedenen Elektroden (z. B. ein Paar Messelektroden 133 und ein Paar Referenzelektroden 139), die aus einem leitfähigen Material (z. B. Kupfer) hergestellt sind und Verstärkungsbereichen 137, die an den Außenseitenbereichen der verschiedenen Elektroden angeordnet sind, ausgestattet. Genauer gesagt sind die paarweisen Messelektroden 133, die paarweisen Referenzelektroden 139 und die Verstärkungsbereiche 137 mit zwei Polyimid-Filmen versiegelt und auf derselben Schicht auf dem Schichtbereich 132 nebeneinander liegend angeordnet, der durch Laminieren und Kleben zweier Filme durch Epoxidharzpaste EP (wie in 7B gezeigt) ausgebildet ist.
Die paarweisen Messelektroden 133 sind so ausgebildet, dass sie in der Längsrichtung des Schichtbereichs 133 verlaufen und sind auf dem zweiten rechteckigen 132n und dem abgeschrägten Bereich 132p des Schichtbereichs 132 angeordnet. Hierbei ist eine der paarweisen Messelektroden 133 so ausgebildet, dass sie eine gerade Form aufweist und die andere ist so ausgebildet, dass sie eine U-Form aufweist. Von den paarweisen Messelektroden 133 ist darüber hinaus eine mit einem quadratförmigen ersten Elektrodenanschluss 141 durch eine erste Elektrodenverbindungsleitung 142 verbunden und die andere ist mit einem quadratförmigen zweiten Elektrodenanschluss 143 durch eine zweite Elektrodenverbindungsleitung 144 verbunden.
Auf der anderen Seite sind im Schichtbereich 132 näher zur Bodenendseite als die Messelektroden 133 die paarweisen Referenzelektroden 139 mit einer kammzinken Form so angeordnet, dass sie einander in einer Folge von Lücken gegenüberstehen, um gegeneinander eingerückt zu sein.
Von den paarweisen Referenzelektroden 139 ist eine mit einem quadratförmigen ersten Referenzelektroden-Anschluss 145 durch eine erste Referenzelektroden-Verbindungsleitung 146 verbunden und die andere ist auf ähnliche Weisung mit einem quadratförmigen zweiten Referenzelektroden-Anschluss 147 durch eine zweite Referenzelektroden-Verbindungsleitung 148 verbunden.
Hierbei ist das Prinzip zur Ermittlung des Ölstands durch Verwendung sowohl der an den paarweisen Messelektroden 133 gemessenen elektrostatischen Kapazität und der an den paarweisen Referenzelektroden 139 gemessenen elektrostatischen Kapazität ähnlich zu dem, das in Verbindung mit Ausführungsbeispiel 1 beschrieben worden ist.
Die Verstärkungsbereiche 137 sind aus einem leitfähigen Material (z. B. Kupfer) hergestellt und im Schichtbereich 132 auf den Außenseitenbereichen der paarweisen Messelektroden 133 und der paarweisen Messelektroden 139 ausgebildet. Darüber hinaus sind die Verstärkungsbereiche 137 bereitgestellt mit: einem Paar paralleler Verstärkungsbereiche 151, die nebeneinanderliegend und parallel mit der Längsrichtung der Messelektroden 133 angeordnet sind; und einem Verbindungs-Verstärkungsbereich 153, der näher zur vorderen Endseite ausgebildet ist als die Messelektroden 133. Die paarweisen parallelen Verstärkungsbereiche 151 sind so angeordnet, dass die paarweisen Messelektroden 133 der erste und der zweite Elektrodenanschluss 141 und 143, die erste und die zweite Elektroden-Verbindungsleitung 142 und 144, die paarweisen Referenzelektroden 139, der erste und der zweite Referenzelektroden-Anschluss 145 und 147 und die erste und die zweite Referenzelektroden-Verbindungsleitung 146 und 148 zwischen ihnen angeordnet sind. Außerdem ist der Verbindungs-Verstärkungsbereich 143 so ausgebildet, dass er in Breitenrichtung des Schichtbereichs 132 verläuft, um die vorderen Endbereiche der paarweisen parallelen Verstärkungsbereiche 151 zu verbinden.
Darüberhinaus sind die Verstärkungsbereiche 137 mit einem Masseanschluss 155 versehen, der in Quadratform ausgebildet und mit der Masseleitung verbunden ist. Die hinteren Enden der paarweisen parallelen Vestärkungsbereiche 151 sind einzeln mit dem Masseanschluss 155 verbunden. Wenn das Füllstands-Messelement 131 mit dem Bodenteil 121 zusammengebaut wird, wird der Masseanschluss 155 mit Verkabelungsgliedern 161 verbunden und die Verstärkungsbereiche 137 werden, wenn benutzt, durch die Verkabelungsglieder 161 mit der Masseleitung (oder der Erdpotenzialleitung) durch die Verkabelungsglieder 161 verbunden.
Nahe dem vorderen Ende des Schichtbereichs 132 in dem der Breite nach Mittelbereich ist ein oberes Durchgangsloch 161 ausgebildet, in einer in der Längsrichtung verlängerten elliptischen Form ausgebildet ist. Dieses obere Durchgangsloch 171 positioniert den Schichtbereich 132, wenn dieser Schichtbereich 132 mit dem später beschriebenen Träger 180 zusammengebaut wird und hält die vordere Endseite des Schichtbereichs 132 während ein Aufschwimmen verhindert. In dem abgeschrägten Bereich 132p sind kelchförmige Durchgangslöcher 173 zum Positionieren des Schichtbereichs 132 ausgebildet.
Der Effekt des Bereitstellens des Zustandsmesselements 131 gemäß Ausführungsbeispiel 2 mit den Vestärkungsbereichen 137 wird hier weggelassen, da er ähnlich zu dem oben erwähnten Effekt in Ausführungsbeispiel 1 ist.
Der Träger 180 im Ölstandssensor 100 gemäß Ausführungsbeispiel 2 wird nun unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. 8 zeigt den Zustand, in dem das Füllstandsmesselement 131 mit dem Träger 180 zusammengebaut wird. Jedoch sind in 8 die verschiedenen Leiter wie etwa die Messelektroden 133 oder die Verstärkungsbereiche 137 des Füllstandsmesselements 131 weggelassen, sodass der Aufbau des Trägers 180 einfach verstanden werden kann.
Dieser Träger 180 ist aus 6-6-Nylon hergestellt und weist eine solche Rahmenform auf, die der ebenen Form des Schichtbereichs 132 ähnelt, um die äußeren Ränder des Schichtbereichs 132 zu tragen. Der Träger 180 beinhaltet: Trägerbereiche 181, die von zwei rechten und linken Rahmenbereichen 189 einwärts auskragen, um die Oberfläche und Rückseite nahe den Seitenrändern des Schichtbereichs 132 wechselweise zu tragen; einen oberen Trägerstift 183; Mittenbereichs-Trägerstifte 185; Bodenbereichs-Klemmbereiche 187.
Dieser Träger 180 trägt den Schichtbereich 132, sodass er den Schichtbereich 132 wechselweise mit den mehreren entlang der Längsrichtung ausgebildeten Trägerbereichen 181 klemmt. Genauer gesagt trägt der Träger 180 den Schichtbereich 132 gänzlich durch Einführen des oberen Trägerstifts 183 in das obere Durchgangsloch 171 des Schichtbereichs 132 und der Mittenbereichs-Trägerstifte 185 in die mittleren Durchgangslöcher 173, um sie mittels einem Ultraschall-Schweissverfahren zu befestigen, und durch Verklemmen des Fußendes des Schichtbereichs 132 mit den Bodenbereichs-Klemmbereichen 187. Wenn das Füllstandsmesselement 131 oder der Schichtbereich 132 durch den Träger 180 getragen werden soll, sind die Größen des Trägers 180 und des Füllstandsmesselements 131 so geeignet eingestellt, dass (obwohl nicht gezeigt) die auf dem Schichtbereich 132 angeordneten paarweisen parallelen Verstärkungsbereiche 151 einzeln zumindest teilweise überlappt durch die einzelnen Trägerbereiche 181 angeordnet werden können.
Wie in 5 und 6 gezeigt ist das Bodenteil 121 mit einer Verdrahtungsplatine 163 bereitgestellt, die durch die Verdrahtungsglieder 161 mit den einzelnen Elektrodenanschlüssen 141, 143, 145, 147 und 155 das Füllstands-Messelement 131 elektrisch verbunden ist. Darüber hinaus ist das Bodenteil 121 mit dem Verbinderbereich 123 bereitgestellt, und ein im Verbinderbereich 123 angeordneter Verbinderanschluss 165 ist mit der Verdrahtungsplatine 163 und weiterhin mit den nicht gezeigten externen Geräten elektrisch verbunden. Die vorliegende Erfindung ist nun anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben worden. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann auch auf andere Weise ausgeführt werden.
Zum Beispiel sollte die individuelle Größe der Messelektroden, der Referenzelektroden und der Verstärkungsbereiche nicht auf die oben beschriebenen Zahlenwerte beschränkt sein, sondern können in geeigneter Weise gemäß verschiedener Bedingungen wie etwas dem zu messenden Objekt oder der Einbauumgebung festgesetzt werden.
Außerdem sollte die zu messende Flüssigkeit nicht auf das oben erwähnte Öl eingeschränkt sein, sondern kann jede Flüssigkeit sein, die eine andere dielektrische Konstante als Luft aufweist, beispielsweise Benzin oder Wasser.
Außerdem sollte, anders als das bislang beschriebene Füllstands-Messelement 11, das Flüssigkeitszustands-Messelement nicht auf den Aufbau beschränkt sein, in dem ein Schichbereich integral mit den beiden Sätzen von Messelektroden (d. h. den paarweisen Messelektroden 13 und den paarweisen Referenzelektroden 17) bereitgestellt ist. Zum Beispiel können ein erstes Flüssigkeitszustands-Messelement mit den paarweisen Messelektroden 13 und ein zweites Flüssigkeitszustands-Messelement mit den paarweisen Referenzelektroden 17 durch Verwendung verschiedener Schichtbereiche einzeln ausgebildet werden, sodass der Flüssigkeitszustand (oder der Ölstand) unter Verwendung des ersten Flüssigkeitszustands-Messelements und des zweiten Flüssigkeitszustands-Messelements ermittelt wird.
Außerdem sollte das Material zur Herstellung der Verstärkungsbereiche nicht auf Kupfer beschränkt sein sondern kann beispielhaft auch durch eine 42-Ni-Fe-Legierung oder rostfreien Stahl hergestellt werden.

1, 100: Ölstandssensor
11, 131: Füllstands-Messelement
13, 133: Messelektroden
17, 139: Referenzelektroden
21, 137: Verstärkungsbereiche
23, 153: Verbindungs-Verstärkungsbereich
25, 151: Parallele Verstärkungsbereiche
26, 155: Masseanschluss
29, 132: Schichtbereich
31: Gehäuse (Träger)
43: Innenraum
49, 181: Trägerbereiche
111: Sensorkappe
171: Oberes Durchgangsloch
173: Mittlere Durchgangslöcher
180: Träger
183: Oberer Trägerstift
185: Mittlere Trägerstifte

Claims

Flüssigkeitszustands-Messelement (11, 131) umfassend: einen aus einem flexiblen isolierenden Material hergestellten Schichtbereich (29, 132), der in Längsrichtung verläuft; und ein Paar Messelektroden (13, 133), die auf einer Schicht des Schichtbereichs (29, 132) nebeneinander liegen und in der Längsrichtung verlaufen, wobei die Messelektroden (13, 133) angepasst sind, um zumindest teilweise in einer zu messenden Flüssigkeit eingetaucht zu sein, sodass ein Zustand der zu messenden Flüssigkeit auf Grundlage einer elektrostatischen Kapazität zwischen dem Paar von Messelektroden (13, 133) ermittelt wird, wobei das Flüssigkeitszustands-Messelement (11, 131) weiterhin Verstärkungsbereiche (21, 137) umfasst, die aus einem leitfähigen Material hergestellt und auf einer äußeren Seite der Messelektroden (13, 133) auf der Schicht des Schichtbereichs (29, 132) angeordnet sind; und wobei die Verstärkungsbereiche (21, 137) beinhalten: einen mit einer Masseleitung verbindbaren Masseanschluss (26, 155); und ein Paar paralleler Verstärkungsbereiche (25, 151), die in der Längsrichtung entlang der Seitenränder des Schichtbereichs (29, 132) verlaufen, sodass das Paar von Messelektroden (13, 133) zwischen ihnen angeordnet ist.
Element nach Anspruch 1, wobei ein jeweiliger der parallelen Verstärkungsbereiche (25, 151) eine Breite in einer Breitenrichtung senkrecht zu der Längsrichtung aufweist, die größer ist als eine Breite einer jeweiligen der Messelektroden (13, 133).
Element nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verstärkungsbereiche (21, 137) einen Verbindungs-Verstärkungsbereich (23, 153) zum Verbinden einzelner Endbereiche des Paar paralleler Verstärkungsbereiche (25, 151) beinhalten.
Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messelektroden (13, 133) und die Verstärkungsbereiche (21, 137) aus leitfähigem Material derselben Art hergestellt sind.
Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Flüssigkeitszustands-Messelement (11, 131) weiterhin ein Paar Referenzelektroden (17, 139) umfasst, die auf der Schicht des Schichtbereichs (29, 132) nebeneinander liegen und in der Längsrichtung an einer anderen Stelle angeordnet sind, als der Stelle des Paars von Messelektroden (13, 133); und wobei das Paar paralleler Verstärkungsbereiche (25, 151) so angeordnet ist, dass das Paar von Referenzelektroden (17, 139) dazwischen angeordnet ist.
Flüssigkeitszustands-Messsensor, umfassend: ein Flüssigkeitszustands-Messelement (11, 131), beinhaltend: einen aus einem flexiblen isolierenden Material hergestellten Schichtbereich (29, 132), der in einer Längsrichtung verläuft; ein Paar Messelektroden (13, 133), die auf einer Schicht des Schichtbereichs (29, 132) nebeneinander liegen und in der Längsrichtung verlaufen; und aus einem leitfähigen Material hergestellte Verstärkungsbereiche (21, 137), die auf der Schicht des Schichtbereichs (29, 132) auf einer weiter außen liegenden Seite angeordnet sind als die Messelektroden (13, 133); und einen Träger (31) zum Tragen des Flüssigkeitszustands-Messelements (11, 131), bei dem durch Eintauchen zumindest eines Teils des Flüssigkeitszustands-Messelements (11, 131) in einer zu messenden Flüssigkeit die Messelektroden (13, 133) zumindest teilweise in der zu messenden Flüssigkeit eingetaucht sind, sodass ein Zustand der zu messenden Flüssigkeit auf Grundlage einer elektrostatischen Kapazität zwischen dem Paar von Messelektroden (13, 133) ermittelbar ist, wobei: der Träger (31) Trägerbereiche (49, 181) zum Tragen einer Oberfläche und einer Rückseite des Schichtbereichs (29, 132) beinhaltet, wobei die Verstärkungsbereiche (21, 137) ein Paar paralleler Verstärkungsbereiche (25, 151) beinhalten, die in der Längsrichtung verlaufen, und wobei das Flüssigkeitszustands-Messelement (11, 131) dadurch gehalten ist, dass das Paar paralleler Verstärkungsbereiche (25, 151) so angeordnet ist, daß es zumindest teilweise durch die Trägerbereiche (49, 181) überlappt wird.
Sensor nach Anspruch 6, wobei: der Träger (31) aufgerichtete Stifte (183, 185) beinhaltet; und das Flüssigkeitszustands-Messelement (11, 131) Durchgangslöcher (171, 173) beinhaltet, die durch den Schichtbereich (29, 132) verlaufen, und wobei das Flüssigkeitszustands-Messelement (11, 131) auf den Träger (31) durch Einsetzen der Stifte (183, 185) in die Durchgangslöcher (171, 173) ausgerichtet ist.
Sensor nach Anspruch 6 oder 7, wobei: die Verstärkungsbereiche (21, 137) beinhalten: einen Masseanschlussbereich (26), der mit einer Masseleitung verbindbar ist; und ein Paar paralleler Verstärkungsbereiche (25, 151), die entlang der Seitenränder des Schichtbereichs (29, 132) in der Längsrichtung verlaufen, sodass das Paar von Messelektroden (13, 133) zwischen ihnen angeordnet ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei ein jeweiliger der parallelen Verstärkungsbereiche (25, 151) eine Breite in einer Breitenrichtung senkrecht zur Längsrichtung aufweist, die größer ist als eine Breite einer jeweiligen Messelektrode (13, 133).
Sensor nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Verstärkungsbereiche (21, 137) einen Verbindungs-Verstärkungsbereich (23, 153) zum Verbinden einzelner Endbereiche des Paars paralleler Verstärkungsbereiche (25, 151) beinhalten.
Sensor nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei die Messelektroden (13, 133) und die Verstärkungsbereiche (21, 137) aus leitfähigem Material derselben Art hergestellt sind.
Sensor nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei der Flüssigkeitszustands-Messsensor weiterhin ein Paar Referenzelektroden (17, 138) umfasst, die auf der Schicht des Schichtbereichs (29, 132) nebeneinander liegen und in Längsrichtung an einer anderen Position als der Position des Paars von Messelektroden (13, 133) angeordnet sind; und wobei das Paar paralleler Verstärkungsbereiche (25, 151) so angeordnet ist, dass das Paar Referenzelektroden (17, 138) zwischen ihnen angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitszustands-Messelements nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Messelektroden und die Verstärkungsbereiche in einem gemeinsamen Schritt aus demselben leitfähigen Material hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei in demselben Schritt auch die Referenzelektroden aus demselben leitfähigen Material hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Messelektroden, die Versatärkungsbereiche und/oder die Referenzelektroden durch Ätzen oder Drucken ausgebildet werden.