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Dokumentenidentifikation DE19708053B4 08.06.2006
Titel Verfahren und Sensoranordnung zur Dedektion von Kondensationen an Oberflächen
Anmelder UST Umweltsensortechnik GmbH, 98716 Geschwenda, DE
Erfinder Kiesewetter, Olaf, Dr., 98716 Geschwenda, DE;
Altstadt, Erhard, Dr., 98693 Ilmenau, DE;
Hausch, Horst, Dr., 98693 Ilmenau, DE;
Reinholz, Albert, 98704 Wümbach, DE
Vertreter Patentanwälte Liedtke & Partner, 99096 Erfurt
DE-Anmeldedatum 28.02.1997
DE-Aktenzeichen 19708053
Offenlegungstag 03.09.1998
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 08.06.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.06.2006
IPC-Hauptklasse G01N 27/22(2006.01)A, F, I, 20060118, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Sensoranordnung zur Detektion von Kondensationen an Oberflächen mit einem Streufeldkondensator, der auf einer Trägerschicht angeordnet ist.

Im Stand der Technik sind mehrere Verfahren bekannt, mit denen die Betauung an Oberflächen festgestellt werden kann. Hierzu können unterschiedliche physikalische und chemische Effekte angewendet werden. Beispielsweise werden mit Hilfe von Spiegeltaupunktmeßgeräten die Reflexionsveränderungen an der Oberfläche des Spiegels bei der Betauung mit Hilfe optischer Auswertemethoden genutzt.

Ferner sind Anordnungen bekannt, bei denen die Leitfähigkeitsänderungen an Elektrodenstrukturen als Meßeffekt ausgewertet wird.

Es sind weiterhin Verfahren bekannt, bei denen die Änderung der relativen Dielektrizitätskonstante im Streufeld eines Kondensators bei der Betauung des Umfeldes ausgewertet wird. Die zur Anwendung dieser Verfahren verwendeten Anordnungen haben den Vorteil, daß sie einfach in unterschiedlichen Ausführungen gestaltet werden können, in kleinen Anordnungen herstellbar sind und eine einfache Signalgewinnung und -auswertung ermöglichen.

Nachteilig ist dabei jedoch, daß Verschmutzungen an der Oberfläche der Meßanordnung zu Meßfehlern führen. Ferner können Meßfehler dadurch auftreten, daß ein Verzug bei der Betauung auftritt, Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die zum Schutz der Anordnung erforderliche Passivierungsschicht keine Kondensationskeime aufweist.

Nach WO 96/05506 A1 sind ein Verfahren und eine Anordnung zur Taupunktermittlung bekannt, bei denen mit einem Temperatursensor und einem Kondensator die Kapazitätsänderung und die Temperatur bei Betauung bestimmt werden und mit einem Mikrorechner ausgewertet werden. Mit dieser Anordnung ist es nicht möglich, bei der Abkühlung der Anordnung bereits einige Kelvin vor dem Erreichen des Taupunktes ein auswertbares Signal zu erzeugen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Sensoranordnung zur Detektion von Kondensationen an Oberflächen anzugeben, die sich durch einfache Gestaltungsweise und einfache Signalauswertung auszeichnet und bei der Fehler durch Verschmutzungen oder durch Verzug bei der Betauung vermieden werden.

Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe durch ein Verfahren, bei dem am Kondensator die Temperatur mit einem elektrischen Widerstandssensor gemessen wird, wobei durch die Anordnung einer Schicht, die gezielt Kondensationskeime enthält, erreicht wird, so daß bei der Abkühlung der Anordnung bereits einige Kelvin vor dem Erreichen des Taupunktes ein detektierbarer Wasserfilm gebildet wird, der an der Anordnung ein auswertbares Signal erzeugt.

Die erfindungsgemäße Anordnung entsteht dadurch, daß auf der Trägerschicht eine Metallschicht als Interdigitalstruktur angebracht ist, die einen Kondensator bildet, in dem Kondensator ein temperaturabhängiger Widerstand integriert ist, der gleichzeitig als Temperatursensor und als Heizelement verwendet wird und auf der Metallschicht außer einer Passivierungsschicht eine die Betauung fördernde Zusatzschicht angebracht ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Sensoranordnung ermöglicht es, die Temperatur am Kondensator zu messen und den Temperatursensor gleichzeitig als Heizelement zu nutzen, um die Betauung zu beseitigen. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung, die in Form einer Sandwichstruktur ausgebildet ist, wird es möglich, bereits einige Kelvin vor Erreichen des Taupunktes einen detektierbaren Wasserfilm auf der Anordnung zu erzeugen. Durch die Integration des temperaturabhängigen Widerstandes in einem Steufeldkondensator wird die Temperatur unmittelbar an der zu betauenden Schicht gemessen und dadurch eine hohe Genauigkeit gewährleistet.

Ein weiterer wichtiger Vorteil ergibt sich dadurch, daß der Sensor auf flexiblem Material angeordnet werden kann und dadurch vielfältige Einsatzmöglichkeiten gewährleistet werden können.

Auf der strukturierten metallischen Schicht können in einfacher Weise Bereiche für die Anschlußstellen ausgebildet werden, die als Bondinseln dienen und mit Anschlußdrähten kontaktiert werden können.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

1 das Ersatzschlaltbild der erfindungsgemäßen Sensoranordnung,

2 die Anordnung der Leiterstrukturen auf der Trägerschicht,

3 den Schichtaufbau einer Sensoranordnung mit Passivierungsschicht und Kondensationskeimen und

4 den Schichtaufbau der Sensoranordnung.

Das in 1 dargestellt Ersatzschaltbild erläutert die Funktionsweise der Sensoranordnung. Dabei sind der Meßwiderstand Rmeß und der Streufeldkondensator CS in Reihe angeordnet und mit den elektrischen Anschlüssen a und b versehen. Der Meßwiderstand Rmeß ist über die Anschlüsse a und c angeschlossen. Über diese Anschlußstellen kann das Sensorsignal abgegriffen und gleichzeitig die elektrische Leistung zum Beheizen der Sensoranordnung eingespeist werden.

In 2 ist die Digitalstruktur der Sensoranordnung auf der Trägerschicht dargestellt. Bei dieser Anordnung ergeben sich im oberen Bereich die drei Anschlußflächen für die Anschlüsse a, b, und c, die dabei in Form von Bordinseln gestaltet sind, so daß der Anschluß von Anschlußdrähten hier in einfacher Weise möglich wird. Die eingearbeiteten Strukturen sind so gestaltet, daß die Widerstandsanordnung, die zwischen den Anschlüssen a und c und die Kondensatoranordnung, die zwischen den Anschlüssen b und c gebildet werden, in Form einer Interdigitalstruktur ineinandergreifen, so daß die unmittelbar benachbarte Anordnung dieser bei den elektrischen Elementen gewährleistet ist.

3 erläutert den Schichtaufbau der Anordnung mit einer Passivierungsschicht und Kondensationskeimen.

Bei der in 4 dargestellten Sensoranordnung ist auf der Trägerschicht TS die elektrische Struktur aufgebracht und darüber die aus zwei Teilschichten bestehende Passivierungsschicht angeordnet. Diese Passivierungsschicht besteht aus der unteren hydrophoben Schicht S2, und der darüber angeordneten hydrophilen Schicht S1.

CSStreufeldkondensator RmeßMeßwiderstand TSTrägerschicht S1obere Schutzschicht S2untere Schutzschicht a, b, cAnschlußstellen

Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Detektion von Kondensationen an Oberflächen durch Auswertung der Änderung der Dielektrizitätskonstante im Streufeld eines Kondensators, dadurch gekennzeichnet, daß am Kondensator die Temperatur mit einem elektrischen Widerstandssensor gemessen wird, wobei durch die Anordnung einer Schicht, die gezielt Kondensationskeime enthält, erzielt wird, daß bei der Abkühlung der Anordnung bereits einige Kelvin vor dem Erreichen des Taupunktes ein detektierbarer Wasserfilm gebildet wird, der an der Anordnung ein auswertbares Signal erzeugt.
  2. Sensoranordnung zur Detektion von Kondensationen an Oberflächen, die auf einer Trägerschicht einen Kondensator und einen Temperatursensor enthält, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Trägerschicht eine Metallschicht als Interdigitalstruktur angebracht ist, die einen Kondensator bildet, in dem Kondensator ein temperaturabhängiger Widerstand integriert ist, der gleichzeitig als Temperatursensor und als Heizelement verwendet wird.
  3. Sensoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Streufeldkondensator eine Schutzschicht angeordnet ist, die aus zwei Einzelschichten besteht, wobei die untere Einzelschicht aus hydrophoben und die obere Einzelschicht aus hydrophilen Material besteht.
  4. Sensoranordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Trägerschicht strukturierte Metallschicht aus zwei Bereichen besteht, wobei ein Bereich die Interdigitalstruktur enthält und in einem zweiten Bereich nebeneinander drei gegeneinander isolierte metallische Flächen angeordnet sind, die als Bondinseln geeignet sind.
  5. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor auf einer Trägerschicht auf flexiblem Material angeordnet ist.
  6. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht aus Keramik und die Schutzschicht aus Polymerschichten bestehen.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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