DE10112433A1 - Messanordnung für eine Viskositätsmessung von Flüssigkeiten - Google Patents
Messanordnung für eine Viskositätsmessung von FlüssigkeitenInfo
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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
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.
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.
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.
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 (15)
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.
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.
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