Die Erfindung betrifft Einrichtungen zur Erkennung von Medien.

Eine Einrichtung zur Erkennung eines Mediums ist unter anderem durch die Druckschrift DE 10 2007 003 860 A1 als Sensor zur Detektion von Flüssigkeitszustand bekannt. Der Sensor weist ein Sensorelement als ein elektrischer Widerstand zwischen Keramikschichten auf, der sowohl ein Heizelement ist als auch seinen Widerstand entsprechend der Temperatur des Sensorelements und damit des Mediums am Sensorelement ändert.

Durch die Druckschrift DE 197 41 892 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Quantität und Qualität einer Flüssigkeit bekannt. Zur Ermittlung eines Füllstands wird ein temperaturabhängiges Widerstandselement eingesetzt. Das Widerstandselement wird durch Zuführung von Strom erhitzt und gleichzeitig wird die Spannung über dem Widerstandselement gemessen, wobei wenigstens zwei Spannungswerte zur ErmitHung des Füllstands benutzt werden.

Die Druckschrift DE 44 36 395 C1 beinhaltet einen Füllstandssensor mit mehreren Spannungsteilern, die über den Bereich der zu messenden Füllstände verteilt angeordnet sind. Wenn der Füllstand jeweils einen Spannungsteiler mit einem heißleitenden und einem kaltleitenden Thermistor überschreitet oder unterschreitet, erfolgt ein eindeutiger Sprung des Ausgangssignals. Die Thermistoren sind dabei mit dem jeweiligen Medium, hier Kraftstoff und Luft, gekoppelt.

Die Empfindlichkeit dieser Lösungen ist insbesondere durch das jeweilige Material des Widerstands begrenzt.

Die Druckschrift DE 10 2008 012 503 A1 offenbart einen Wassersensor mit Magnetventil. Das betrifft ein Bauelement zur Überwachung des Wasserstandes in einem Kraftstofffilter, insbesondere einen Dieselkraftstofffilter. Grundlage bildet ein Füllstandsrohr in Verbindung mit einem Wassersammelbehälter des Dieselkraftstofffilters. Auf wenigstens einer gegebenen Höhe sind Messpole vorgesehen, die ein Signal liefern, wenn der Wasserstand die Messpole erreicht. Damit können nur elektrisch leitfähige Stoffe detektiert werden.

Durch die Druckschrift GB 2 222 705 A ist ein Unterdruckgehäuse zur Bestimmung der Luftströmung aus einen Unterdruck aufweisenden Einrichtungen bekannt, welches einen Sensor zum Erfassen der Strömungsgeschwindigkeit von Luft aufweist, der mit einer Steuereinrichtung verbunden ist. Dazu kann eine Aneometeranordnung mit zwei nebeneinander angeordneten elektronischen Komponenten eingesetzt werden, wobei eine dieser Komponenten an einem Heizmittel angebracht ist. Die zwei Komponenten sind mit einer Schaltung zur Erfassung der Temperaturdifferenz der Komponenten und damit der Geschwindigkeit der Luft verbunden. Eine Bestimmung eines Mediums ist nicht vorgesehen.

Die Druckschrift DE 29 50 762 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Feststellen des Vorhandenseins eines fließfähigen Mediums mit einer ersten temperaturabhängigen Halbleitervorrichtung, die eine Erwärmung der Vorrichtung über die Umgebungstemperatur bewirkt und die in das fließfähige Medium eingetaucht wird, wobei deren Temperatur dabei sinkt. Weiterhin ist eine zweite temperaturabhängige Halbleitervorrichtung vorgesehen, deren Temperatur geringer als die der ersten Vorrichtung ist. Durch Feststellen einer Änderung in der Differenz kann auf das Vorhandensein des fließfähigen Stoffes geschlossen werden. Dazu werden in Sperrrichtung betriebene Zenerdioden eingesetzt.

Die Druckschrift US 4 677 850 A beinhaltet ein Halbleiterbauelement zur Erfassung einer Strömung eines Mediums. Dabei weist ein erster Halbleiterchip einen ersten Temperaturdetektor und ein zweiter Halbleiterchip eine Heizung und einen zweiten Temperaturdetektor auf, wobei der zweite Halbleiterchip in Nähe des ersten Halbleiterchips angeordnet ist. Die Halbleiterchips sind in Strömungsrichtung des Mediums nacheinander angeordnet. Das Halbleiterbauelement ist zur Erfassung der Luftströmung insbesondere der Ansaugluft einer Verbrennungskraftmaschine vorgesehen.

Die Druckschrift CN 1986 107 738 A offenbart ein Element zur Erfassung als Sensor mit wenigstens einem pn-Übergang, wobei ein großer Strom zur Selbsterwärmung und eine kleiner Strom zur Erfassung genutzt wird. Der pn-Übergang wird sowohl zur Erwärmung als auch zur Erfassung der Temperatur genutzt, so dass eine Wärmekopplung im Element selbst vorhanden ist. Diese beeinflusst die Erfassung, so dass die Empfindlichkeit und damit die Messgenauigkeit des Elements eingeschränkt ist.

Durch die Druckschrift EP 2 037 233 A1 ist ein Detektor zur Bestimmung des Vorhandenseins eines Fluids bekannt. Der Detektor umfasst einen Sonde mit einem Thermistor und einen Temperatursensor zum Messen der Temperatur des Thermistors. Das Vorhandensein oder die Identität eines die Sonde umgebenden Fluids wird auf der Grundlage des Zeitanteils bestimmt, zu dem dem Thermistor Strom zugeführt wird, um diesen im Wesentlichen auf einer vorbestimmten Temperatur zu halten. Die Empfindlichkeit und die Messgenauigkeit ist durch die Verwendung des Thermistors und dessen Temperaturmessung begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Medium einfach zu erkennen.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Einrichtungen zur Erkennung eines Mediums zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass einfach das Medium erkennbar und/oder Eigenschaften des oder eines Mediums bestimm- oder überwachbar ist oder sind.

Dazu sind ein Heizfühler mit einer Heizeinrichtung und wenigstens einem in Durchlassrichtung betriebenen pn-Übergang und ein Referenzfühler mit wenigstens einem in Durchlassrichtung betriebenen pn-Übergang beabstandet zueinander angeordnet. Die Heizeinrichtung und die pn- Übergänge sind mit einer Steuereinrichtung verbunden, die eine aus den thermischen Eigenschaften des Mediums das Vorhandensein und/oder wenigstens eine Eigenschaft des Mediums ermittelnde Steuereinrichtung ist.

Die Einrichtung zur Erkennung eines Mediums basiert auf einem thermischen Messprhzip, wobei die thermischen Eigenschaften des Mediums ausgenutzt werden. Das erfolgt statisch oder über einen zeitlichen Verlauf mittels der Ermittlung der Temperaturdifferenz zwischen dem beheizten Heizfühler und dem unbeheiztem Referenzfühler.

Die pn-Übergänge werden in Durchlassrichtung betrieben und die Flussspannung und damit die Durchlassspannung gemessen. Das kann über die Einspeisung eines Konstantstroms mittels Konstantstromquellen erfolgen. Die Flussspannung ist temperaturabhängig, so dass sich bei Temperaturänderungen und in Abhängigkeit des entsprechenden Mediums unterschiedliche Spannungswerte einstellen, die dem jeweiligen Medium oder der Eigenschaft des Mediums mittels der Steuereinrichtung zuordenbar sind. Die Messung erfolgt dabei vorteilhafterweise über den Heizfühler und den Referenzfühler relativ zueinander, so dass Umgebungstemperaturen und insbesondere die daraus resultierenden Temperaturen des die Einrichtung umgebenden Mediums an sich in das Messergebnis nicht einfließen. In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinrichtung eine die Differenz der Flussspannungen der pn-Übergänge zwischen dem durch den Heizfühler beheizten Medium und dem unbeheizten Medium an dem Referenzfühler ermittelnde Steuereinrichtung.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Heizeinrichtung jeweils wenigstens ein Widerstand und/oder ein pn-Übergang. Bei beiden wird die elektrische Energie aus der anliegenden Spannung und dem fließenden elektrischen Strom in Wärmeenergie umgewandelt. Vorteilhafterweise kann dazu ein sogenanntes und bekanntes SMD-Bauelement verwendet werden.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist der pn-Übergang vorteilhafterweise eine Diode oder die Basis-Emitterstrecke eines Transistors.

In einer Ausführungsform der Erfindung sind die pn-Übergänge jeweils mit einem Eingang eines Differenzverstärkers und dessen Ausgang mit der Steuereinrichtung verbunden. Die Steuereinrichtung kann dazu vorteilhafterweise ein Datenverarbeitungssystem, insbesondere ein MikroController, sein.

In einer Ausführungsform der Erfindung weisen der Heizfühler und der Referenzfühler mehrere in Reihe geschaltete und beabstandet zueinander angeordnete pn-Übergänge auf. Die Spannungsabfälle an den in Reihe geschalteten pn-Übergängen addieren sich, so dass über die Positionen der pn-Übergänge unterschiedliche Füllstände zuordenbar sind.

In einer Ausführungsform der Erfindung sind die pn-Übergänge über einen Gleichspannungswandler mit einem elektrischen Netz verbunden, wobei der Gleichspannungswandler wenigstens eine Konstantstromquelle ist oder besitzt.

In einer Ausführungsform der Erfindung sind der Heizfühler und der Referenzfühler vorteilhafterweise fingerartig ausgebildet.

In einer Ausführungsform der Erfindung befinden sich das den pn-Übergang aufweisende Bauelement und die Heizeinrichtung als Heizfühler auf einem ersten Schenkel und das den pn- Übergang aufweisende Bauelement als Referenzfühler auf dem zweiten Schenkel eines wenigstens bereichsweise U-förmig ausgebildeten Bauelementeträgers. Die Schenkel sind fingerartig beabstandet und parallel zueinander angeordnet und ragen bei Einsatz der Einrichtung einfach in das Medium. Die Finger können dazu vorteilhafterweise die Bestandteile einer Leiterplatte sein, auf der die Bestandteile der Einrichtung angeordnet und über Leiterbahnen miteinander verbunden sind.

In einer Ausführungsform der Erfindung sind wenigstens die Schenkel des U-förmig ausgebildeten Bauelementeträgers mit den jeweiligen Bauelementen in einem Kunststoff eingebettet oder befinden sich in einem Gehäuse.

In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Einrichtung zur Erkennung von Medien als Sensor zur Erkennung des Mediums einen Gleichspannungswandler in Verbindung mit einem Datenverarbeitungssystem, insbesondere einem Mikrocontroller, als Steuereinrichtung, einem Differenzverstärker, die Heizeinrichtung und die pn-Übergänge auf.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Einrichtung zur Erkennung eines Mediums eine Einrichtung zur Erkennung des Füllstands des Mediums in einem Behälter.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Einrichtung zur Erkennung eines Mediums eine Einrichtung zur Erkennung der Strömung des Mediums.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Einrichtung zur Erkennung eines Mediums eine Einrichtung zur Erkennung des Aggregatzustands des Mediums.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Einrichtung zur Erkennung eines Mediums eine Einrichtung zur Erkennung der Konzentration eines Stoffes als Medium in einem Zweistoffsystem.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Einrichtung zur Erkennung eines Mediums eine Einrichtung zur Erkennung des Ölstands in einem Getriebe.

Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Erkennung eines Mediums.

Für die Realisierung der Erfindung ist es auch zweckmäßig, die vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen, Ausführungsformen und Merkmale der Ansprüche in jeder Anordnung miteinander zu kombinieren.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Einrichtung zur Erkennung von Medien in einem Blockschaltbild,

Fig. 2 ein Bauelementeträger als Leiterplatte für eine Einrichtung zur Erkennung von Medien und

Fig. 3 eine Einrichtung zur Erkennung von Medien in Verbindung mit einem Steckergehäuse.

Eine Einrichtung zur Erkennung von Medien besteht im Wesentlichen aus einem Heizfühler 1 , einem Referenzfühler 2 und einer Steuereinrichtung.

Die Fig. 1 zeigt eine Einrichtung zur Erkennung von Medien in einem prinzipiellen Blockschaltbild.

Der Heizfühler 1 besitzt wenigstens einen ersten Widerstand R1 als eine Heizeinrichtung und in Durchlassrichtung betriebene pn-Übergänge. Die pn-Übergänge sind beabstandet zueinander angeordnete Dioden D1 bis D4 in einer Reihenschaltung.

Der Referenzfühler 2 weist in Durchlassrichtung betriebene pn-Übergänge auf, wobei die pn- Übergänge beabstandet zueinander angeordnete und als Reihe geschaltete Dioden D5 bis D8 ausgebildet sind.

Die Anoden der Dioden D1 bis D4 und die Anoden der Dioden D5 bis D8 sind jeweils über einen Widerstand als zweiter Widerstand R2 und dritter Widerstand R3 mit einem Gleichspannungswandler 4 zusammengeschaltet, der gleichzeitig eine Konstantstromquelle für die in Durchlassrichtung betriebenen Dioden D1 bis D8 ist.

Die Verbindung des zweiten Widerstands R2 mit der Anode der ersten Diode D1 des Heizfühlers 1 ist mit dem invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers 5 verbunden. Die Verbindung des dritten Widerstands R3 mit der ersten Diode D5 des Referenzfühlers 2 ist mit dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 5 zusammengeschaltet. Die Größen des zweiten Widerstands R2 und des dritten Widerstands R3 sind so bemessen, dass der Spannungswert am nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 5 größer als der Spannungswert am invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 5 ist.

Der Ausgang des Differenzverstärkers 5 ist mit einem Datenverarbeitungssystem als Steuereinrichtung zusammengeschaltet, wobei das insbesondere ein Mikrocontroller 3 ist. Dieser ist weiterhin mit dem Widerstand R1 als Heizwiderstand verbunden. Mittels des Mikrocontrollers 3 werden die aus den thermischen Eigenschaften des Mediums resultierenden temperaturabhängigen Flussspannungen das Medium und/oder mindestens eine Eigenschaft des Mediums ermittelt.

Die Spannungsversorgung der Einrichtung kann über den Gleichspannungswandler 4 erfolgen, der die Spannung eines Netzes wandeln kann.

Die Fig. 2 zeigt einen Bauelementeträger 6 als Leiterplatte für eine Einrichtung zur Erkennung eines Mediums in einer prinzipiellen Darstellung.

Wenigstens ein Bereich eines Bauelementeträgers 6 als Leiterplatte ist U-förmig ausgebildet, wobei die Schenkel für den Heizfühler 1 und den Referenzfühler 2 fingerartig sind. Auf einem Schenkel der U-Form sind beabstandet zueinander die Dioden D1 bis D4 und erste in Reihe geschaltete erste Widerstände R1 als Heizwiderstände für den Heizfühler 1 und auf den anderen Schenkel die Dioden D5 bis D8 für den Referenzfühler 2 angeordnet. Auf einem Bereich des Mittelteils sind der Mikrocontroller 3, der Differenzverstärker 5 und der Gleichspannungswandler 4 jeweils als Bauelemente angeordnet. Darüber hinaus kann eine Schutzschaltung angeordnet und der Einrichtung zur Erkennung eines Mediums vorgeschaltet sein.

Die Fig. 3 zeigt eine Einrichtung zur Erkennung eines Mediums in Verbindung mit einem Steckergehäuse in einer prinzipiellen Darstellung.

Die Schenkel des U-förmig ausgebildeten Bauelementeträgers 6 mit den jeweiligen Bauelementen befinden sich in einem Gehäuse 7, welches beispielsweise ein Steckergehäuse sein kann. Die Stecker 8 befinden sich auf dem Bauelementeträger 6. Auf dem Gehäuse 7 kann weiterhin eine Kappe 9 mit einer Öffnung aufgeschoben sein.

Damit ist eine kompakte Einrichtung zur Erkennung eines Mediums realisiert.

In Ausführungsformen kann die Einrichtung zur Erkennung eines Mediums

- eine Einrichtung zur Erkennung des Füllstands des Mediums in einem Behälter,

- eine Einrichtung zur Erkennung der Strömung des Mediums,

- eine Einrichtung zur Erkennung des Aggregatzustands des Mediums,

- eine Einrichtung zur Erkennung der Konzentration eines Stoffes als Medium in einem Zweistoffsystem oder - eine Einrichtung zur Erkennung des Ölstands in einem Getriebe sein.

Der Füllstand eines Mediums kann gegenüber einem weiteren Medium erkannt werden. Das ist beispielsweise der Füllstand eines flüssigen Mediums in einem Behälter, der ansonsten ein gasförmiges Medium beinhaltet.

Thermischen Eigenschaften von strömenden Medien ändern sich entsprechend der Strömungsgeschwindigkeit, so dass die Strömung strömender Medien leicht überwachbar sind.

Die Einrichtung zur Erkennung des Aggregatzustands kann so beispielsweise eine Einrichtung zur Erkennung von Eis in Wasser oder als das Wasser sein. Wasser und Eis besitzen bekannterweise unterschiedliche thermische Eigenschaften, die zur Erkennung mit der Einrichtung herangezogen werden können.

Die thermischen Eigenschaften eines Zwei stoff Systems können sich bei Konzentrationsänderungen entsprechend der thermischen Eigenschaften der Stoffe ändern, welches mit der Einrichtung zur Erkennung eines Mediums ermittelbar ist. Damit kann die Konzentration der Stoffe des Zweistoffsystems überwacht werden.

Bezugszeichen

1 Heizfühler

2 Referenzfühler

3 MikroController

4 Gleichspannungswandler

5 Differenzverstärker

6 Bauelementeträger

7 Gehäuse

8 Stecker

9 Kappe

Widerstand Diode