(57)【要約】本発明は、媒体、特に潤滑剤および／または冷却剤の品質を決定するための装置において、センサ固有の入力変数にしたがって電気的出力信号を出力する複数のセンサ（３、４、５、６、７）を有している。１個のセンサ（７）は温度センサであり、温度のみに依存し本質的に媒体の品質とは独立した出力信号を出力する。その他のセンサ（３、４、５、６）の内の少なくとも１個は、温度（Ｔ）と同様媒体の品質にも依存する出力信号を出力する。これらのセンサ（３、４、５、６、７）は、共通の基板（２）上に配置され、この基板は媒体中に浸漬可能である。本発明は、さらに、関連の方法にも関係している。
2005507497.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気出力信号をそれぞれのセンサ固有の入力値の関数として出力する複数のセンサ（３、４、５、６、７）を有する、媒体、特に潤滑剤および／または冷却剤の品質を決定するための装置（１）であって、
１つのセンサが、ほぼ前記媒体の温度（Ｔ）のみの関数であり特に前記媒体の品質とはほぼ無関係である出力信号を出力する温度センサ（７）であり、
少なくとも１つの他のセンサ（３、４、５、６）が、前記媒体の品質および前記媒体の温度（Ｔ）の両方の関数である出力信号を出力し、さらに
前記センサ（３、４、５、６、７）が、前記媒体に浸漬可能な共通の基板（２）に装着されている装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記温度センサ（７）が抵抗温度計であり、その抵抗経路（８）が基板（２）に装着されかつ前記媒体から電気的に絶縁されているがしかし前記媒体に対して優れた熱結合を有することを特徴とする、装置（１）。
【請求項３】
請求項２に記載の装置において、前記抵抗経路（８）は、曲がりくねった形状の構造化された薄膜として装着されることを特徴とする、装置（１）。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の装置において、前記基板（２）が圧電性であり、また第１の他のセンサが電気的に励起可能な振動子（３）であることが好ましく、該振動子の共鳴周波数（ｆ）が前記媒体の粘度の関数であることを特徴とする、装置（１）。
【請求項５】
請求項４に記載の装置において、前記基板（２）が、石英、特に石英結晶からのＡＴカットによって製造される板からなることを特徴とする、装置（１）。
【請求項６】
請求項４または５に記載の装置において、前記基板（２）は、反対の面（９）の好ましくは中心に、振動励起のための電極（１２、１４）を有することを特徴とする、装置（１）。
【請求項７】
請求項６に記載の装置において、前記基板（２）が、電極（１２、１４）が装着される第１の領域（１８）において、第１の領域（１８）に隣接し特に第１の領域（１８）を囲む第２の領域（１９）におけるよりも薄いことを特徴とする、装置（１）。
【請求項８】
請求項４乃至７の何れか１項に記載の装置において、前記振動子（３）が、その振動面の１つ、特に基板（２）の表面（９）によって、前記媒体と面接触していることを特徴とする、装置（１）。
【請求項９】
請求項４乃至８の何れか１項に記載の装置において、前記基板（２）の裏面が、前記媒体からシールされた通気可能な空間を画定することを特徴とする、装置（１）。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか１項に記載の装置において、前記第２の他のセンサが、前記媒体の比誘電率を決定し得るキャパシタ（５）であることを特徴とする、装置（１）。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置において、前記キャパシタが、互いに電気絶縁されたメッシュ櫛形電極（２０、２１）によって横方向に形成され、該電極が、構造化された薄膜として基板（２）に装着されかつ前記媒体から電気絶縁されていることを特徴とする、装置（１）。
【請求項１２】
請求項１乃至１１に記載の装置において、前記第３の他のセンサが、前記媒体の電気コンダクタンスを決定し得る電気コンダクタンスセンサ（６）であることを特徴とする、装置（１）。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装置において、前記電気コンダクタンスセンサ（６）がメッシュ櫛形電極（２２、２３）によって横方向に形成され、該電極が、構造化された薄膜として互いに電気絶縁された基板（２）に装着されかつ前記媒体との電気接触を確立していることを特徴とする、装置（１）。
【請求項１４】
請求項１乃至１３の何れか１項に記載の装置において、前記第４の他のセンサが、前記媒体の湿度を決定し得る湿度センサ（４）であることを特徴とする、装置（１）。
【請求項１５】
請求項１４に記載の装置において、前記湿度センサ（４）がメッシュ櫛形電極（２４、２５）によって横方向に形成され、該電極が互いに電気絶縁され、かつ構造化された薄膜として基板（２）に装着されまた湿度吸収層によって前記媒体から覆われていることを特徴とする、装置（１）。
【請求項１６】
媒体に浸漬可能な共通の基板（２）に装着され、電気出力信号をそれぞれのセンサ固有の入力量の関数として出力する複数のセンサ（３、４、５、６、７）を有する、前記媒体、特に潤滑および／または冷却オイルの品質を決定するための方法において、
１つのセンサが、ほぼ前記媒体の温度（Ｔ）にのみ関係しかつ特に前記媒体の品質とはほぼ無関係である出力信号を出力する温度センサ（７）であり、
少なくとも１つの他のセンサ（３、４、５、６）が、前記媒体の品質および前記媒体の温度（Ｔ）の両方の関数である出力信号を出力し、
前記センサ（３、４、５、６、７）の出力信号が評価回路（４４）に供給され、該回路が、他のセンサ（３、４、５、６、７）の出力信号と、前記媒体の温度（Ｔ）によって決定される予想値とを比較し、比較の結果を示す出力信号を出力することを特徴とする、方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法において、複数の他のセンサ（３、４、５、６）の前記出力信号が前記媒体の他のパラメータを決定し、このような各パラメータが関連する予想値と比較されることを特徴とする、方法。
【請求項１８】
請求項１６または１７に記載の方法において、前記予想値が固定値として指定されることを特徴とする、方法。
【請求項１９】
請求項１６乃至１８の何れか１項に記載の方法において、前記予想値が、前記媒体の温度（７）の経時パターンを用いて計算され、したがって可変であることを特徴とする、方法。
【請求項２０】
請求項１６乃至１９の何れか１項に記載の方法において、前記予想値が評価回路（４４）に記憶されることを特徴とする、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、媒体、特に潤滑剤および／または冷却剤の品質を決定するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の意味における媒体は、特に駆動技術分野においても、潤滑剤および／または冷却剤として頻繁に使用される。媒体の品質を決定する媒体特性として、例えば摩擦係数値の低下が使用される。これらの特性は、光によるエージング、空気、動作温度、温度変化に基づくストレス（応力）、不純物のような、内的および外的な影響を受ける。適切な動作には媒体の最低限の品質が必要であり、品質がこの最低限の品質以下になった場合、媒体を交換しなければならない。実際には、媒体は所定時間または所定の動作期間の終了後に交換される。
【０００３】
媒体の品質を決定するパラメータを獲得するためのセンサについて開示する最新技術の範囲内では、これらのセンサの出力信号が媒体温度に対し高依存性を示すことが不都合であるとされている。低温動作状態において品質を決定するパラメータを測定して温度依存性を測定することにより、この温度依存性を排除しようとする場合、この低温状態は、通常、媒体の品質が決定的要因である実際の動作状態には対応していない、という不都合が存在する。
【０００４】
ＤＥ４１３１９６９Ａ１は、潤滑オイルの圧力、温度、および粘度のパラメータをそのまま記録する潤滑オイル監視装置を開示している。既に「使用された」分子の割合に対する潤滑性に関係する長鎖分子の割合、したがって潤滑オイルの粘度は、比誘電率の測定から決定され、この目的に必要なデータは、実験によって決定された、貯蔵ユニット内のオイルの比誘電率と技術的潤滑性間の関係から得ることができる。
【０００５】
ＤＥ１９７０６４８６Ａ１は、液状媒体のエージング状態を決定するための装置および方法を開示している。液状媒体の状態の少なくとも１つのパラメータは、液状媒体が初期状態にある第１の期間中に、また以降の時間である少なくとも第２の期間中に決定され、決定された２つの状態が互いに比較される。液状媒体の状態はこの比較結果から決定される。
【０００６】
ＤＥ１９８５０７９９は、液体の物理的特性を決定するためのセンサ構造を開示している。表面波は、均一な厚さを有する圧電材料の基板プレートの研磨面における電子音響変換器によって、励起されかつ検出される。調査すべき媒体の粘度は、表面波の伝搬特性から見出すことが可能である。
【０００７】
ＤＥ１０１０８５７６Ａ１は、例えば、バルブ制御システムの位置決め装置または駆動装置のような、アクチュエータとして使用される圧電装置の温度補償のための方法および装置を開示している。
【発明の開示】
【０００８】
本発明の目的は、最新技術の欠点を克服する、媒体、特に潤滑および／または冷却オイルの品質を決定するための装置および方法を提供することである。本発明の具体的目的は、媒体の温度が周囲温度よりも高いときでも、媒体の品質の決定を可能にすることである。
【０００９】
本発明の目的は、請求項１に規定された装置によって、さらにこれと同格の請求項に規定された方法によって達成される。本発明の特定の実施態様は、従属項に規定されている。
【００１０】
本発明は、媒体、特に、潤滑オイルおよび／または冷却オイルのような潤滑剤および／または冷却剤の品質を決定するための装置によって実施され、この装置は、電気出力信号を各センサ固有の入力値の関数として発生する媒体に浸漬可能な複数のセンサを有し、１つのセンサは温度センサであり、ほぼ媒体の温度のみに関係し特に媒体の品質とはほぼ無関係である出力信号を出力し、少なくとも１つの他のセンサは、媒体の品質および媒体の温度の両方に関係する出力信号を発生し、また複数のセンサは共通の基板に装着され、したがって互いに熱的に接続されている。
【００１１】
媒体は、ガスによって、または流体、例えば、更新可能な一次製品から製造される流体によって代表される。
【００１２】
温度センサの出力信号は媒体の品質とはほぼ無関係なので、温度の影響は、測定変数とは別個に記録されかつ出力される。この測定温度値は、他のセンサの出力信号の評価に当って適切に考慮されるが、この温度は外乱変数として発生する。２つのセンサの優れた熱結合を保証する共通の基板上にセンサを取付けることにより、一つの温度センサによって測定される温度が他のセンサの温度とほぼ同一であることが保証される。このことは、特に、一つの温度センサおよび他のセンサが別個の構成要素として形成され、さらに相当の空間距離で互いに分離されている対応の装置に較べて、有利な点となる。
【００１３】
このセンサは、厚膜技術、ハイブリッド技術、または好ましくは薄膜（Thin layer）技術によって小型化されることが好ましく、その結果、他のセンサと温度センサとの間隔は数ミリメートルであり、例えば５ｍｍ未満である。このことは、媒体内に流動がある場合であっても、温度センサと他のセンサが、常に媒体の温度とほぼ同一の温度であることを保証する。
【００１４】
温度センサは抵抗温度計であることが好ましく、その抵抗経路は基板に適用されかつ媒体から電気絶縁されるが、媒体との間に優れた熱結合性を有しない。例えば、抵抗経路は電気絶縁材料の非常に薄い層によって覆われている。この層が薄いと、層の熱容量はそれだけ小さくなり、また温度センサは媒体の温度変化に対しそれだけ速く反応する。抵抗温度計の使用は効果的であるが、その理由は、結果的に、比較的低抵抗の出力信号に、干渉、特に電磁干渉パルスに対する高い免疫性を与えることができることである。例えば、電流を抵抗温度計に印加可能であり、さらに温度センサの電圧低下は温度の尺度である。低電流、したがって低い自己加熱、であっても十分に高い信号電圧を獲得するために、金属抵抗経路は、曲がりくねった形状の薄膜として基板に形成されることが好ましい。
【００１５】
他のセンサは、例えば、電気的に励起可能な機械的振動子であってもよく、その共鳴周波数は媒体による減衰に関係し、ひるがえってこの減衰は媒体の品質に関するパラメータである。減衰は媒体の粘度および密度に依存し、したがって、振動子は粘度または密度に依存する量、特にこの特性に比例する量を測定する。代わりとしてまたはそれに加えて、振動に対する励起は、他の方法で、例えば音響、光学等の手段によって行ってもよい。異なる強度の減衰は、典型的に数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚの範囲に含まれる共鳴周波数を変更する。機械的振動子は、例えばフォーク（音叉）形状を含んだ、異なる幾何学的構造であり得る。しかし、互いに対向する表面上に振動を発生するための電極を有する層状または円盤状の基板が、特に単純でありかつ強固である。
【００１６】
このため、基板は圧電性であることが好ましく、この場合、電界の印加により結晶に変位を生じ、結果として基板形状の変化を生じる。基板がいわゆるＡＴカットで切断される石英（ＳｉＯ2）の結晶が特に適している。電極が基板の相対向する表面上に取付けられると、層厚せん断振動が生じ、その共鳴周波数が高くなると、基板はそれだけ薄くなる。典型的な基板厚さは、１０〜５００μｍの範囲にあり、例えば約１００μｍ程度である。共鳴周波数は、好ましくは局所的に薄い彫り込みを行うことによって高くすることが可能であるが、その結果、振動子の品質は一般に低下する。
【００１７】
測定信号、すなわち共鳴周波数ｆの変位Δｆ、厚さｄ、および層厚せん断振動子の品質Ｑ間の関係は、一般に、変位Δｆが共鳴周波数と共に増加する、すなわち感度が共鳴周波数ｆの上昇と共に高くなるようなものである。共鳴周波数ｆは、厚さｄの減少と共に増加し、例えばｆ〜１／ｄである。品質は、共鳴周波数ｆの増加と共に低下し、例えばＱ〜１／ｆである。品質が低下すると、測定分解能を制限する雑音が大きくなる。これらの関係により、装置の構成の際に次の最適化方法が得られる。最初に、振動子の厚さｄを低減させ、これによって共鳴周波数ｆを増加させる。新しい媒体および使用済み媒体の試験信号の差は、その結果、大きくなる。しかし、振動子の品質Ｑが低下するので、雑音はより強くなり、共鳴周波数ｆを決定する際の測定誤差が増す。最適な厚さｄは、各応用において、これらのパラメータから決定される。
【００１８】
代わりとしてまたはそれに加えて、装置は第２の別のセンサを有してもよく、それによって、媒体の比誘電率について決定を行うことが可能であり、この比誘電率は媒体品質の測定として、例えば湿度および／または研磨粒子の濃度の結果として評価することが可能である。この第２の他のセンサはまた、薄膜法によって基板に形成されることが好ましい。キャパシタの櫛形状メッシュまたはあり継ぎ状電極の電気絶縁が必ずしも必要であるとは限らないが、多くの応用において効果的である。抵抗温度計の場合と同様に、電気絶縁による薄いカバー層によって絶縁を行うことが可能である。
【００１９】
代わりとしてまたはそれに加えて、コンダクタンス値センサが第３の他のセンサとして基板に装着され、これによって、媒体の電気コンダクタンス値を決定することが可能であり、この値は、研磨された金属粒子の濃度によってまたは流体の酸性成分の変化によって変更すること、例えばその値を増加することが可能である。コンダクタンス値センサの電極はまた、薄膜法によって基板に形成され、また例えば、櫛形状に横方向に噛み合うあり継ぎ状電極を介して媒体と接触する。
【００２０】
代わりとしてまたはそれに加えて、湿度センサが第４の他のセンサとして基板に装着され、このセンサの電極も薄膜法によって形成され、湿度吸収層によって覆われる。ある場合には、媒体からの湿度はこの層内に定着し、これによって、例えばポリマープラスチックによって形成される層の誘電特性を変更する。
【００２１】
本発明の目的はまた、本発明による装置を使用して媒体の品質を決定するための方法によって達成され、センサの出力信号は評価装置に供給され、この装置は他のセンサの出力信号と、媒体の温度に関係する予想値とを比較し、比較結果を示す出力信号を出力する。
【００２２】
他のセンサの出力信号がその関連の予想値と比較されるそれぞれの温度は、固定値として指定することが可能であり、特に、各動作サイクルで達する温度、例えば４０℃、としても良い。したがって、例えば、内燃機関の場合、媒体の温度が周囲温度から約８０℃に上昇する動作サイクルにおいて、指定された温度に達する度毎に他のセンサの出力信号が予想値と比較され、媒体品質の表示を可能にする。
【００２３】
代替例として、動作サイクルにおいて媒体が達する実質的に任意の温度に関する評価装置に、対応する予想値を記憶してもよい。このような予想値は予め決定することが可能であり、例えば経験的に確認し得る。さらに、これらの予想値は、媒体の温度の経時パターンを考慮しつつ、所定の初期値に基づき選択的に計算することが可能であり、したがって可変であり得る。例えば、媒体の品質および他のセンサの出力信号の両方に対し異なる効果を及ぼす、個々の異なる動作期間を有する、異なる動作サイクルを考慮することが可能である。
【００２４】
最後に、情報を評価装置に記憶し、他のセンサの測定出力信号が、経時的なある特定の温度パターンについて十分に高い媒体の品質を決定し、一方で、このセンサの同じ出力が媒体の、経時的な他の温度パターンについて媒体の品質を表すようにしても良い。関連予想値は、マイクロプロセッサおよび関連電子記憶手段を有する評価装置に記憶可能であることが好ましい。
【００２５】
基板上に複数の他のセンサを装着することが特に効果的であり、このセンサの出力信号はその媒体の他のパラメータを決定しかつ各出力値は関連する期待と比較される。例えば、機械的振動子の共鳴周波数が粘度を決定し、キャパシタが比誘電率を決定し、導電値センサが導電率を決定し、また湿度センサが媒体の湿度を決定する場合、媒体の品質がなお十分でありしたがって出力信号が出力されているか否かについて、これらの４つのパラメータに基づいて決定を行うことが可能である。
【００２６】
この決定は、その他の信号の多数の出力信号にしたがって、例えば、４つの他のセンサの内、少なくとも３つが対応する出力信号を出力するか否かにしたがって、簡単に行うことができる。代替例として、媒体の品質がもはや十分ではないかあるいは少なくとも限界であることを示す出力信号を、機械的振動子のような、他のセンサの内の特定のセンサによる対応する出力信号の出力に依存させても良い。他の代替例として、決定基準は、媒体の長期にわたる温度パターンに依存させてもよい。多くの応用においては、出力信号が「ＧＯＯＤ」、「ＡＶＥＲＡＧＥ」または「ＰＯＯＲ」の間でのみ区別される様に表示されるだけで十分である。
【００２７】
本発明の他の利点、特徴およびその詳細は、従属請求項ならびに、例示的な実施例について図面を参照して詳細に説明する以下の記述において、説明されている。この説明において言及した特徴は、個々にまたは任意の組み合わせで、本発明にとって重要であり得る。
【実施例】
【００２８】
図１は、媒体、特に潤滑および／または冷却オイルの品質を決定するための本発明による装置１の上面図を示しており、共通の基板２に装着される複数のセンサ３、４、５、６、７は媒体に浸漬可能であり、かつ電気出力信号を各センサ固有の入力値の関数として出力する。
【００２９】
１つのセンサは、媒体の温度Ｔのほぼ排他的な関数でありかつ媒体の品質とはほぼ無関係である出力信号を出力する温度センサ７である。少なくとも１つの他のセンサ３、４、５、６は、媒体の品質および媒体の温度Ｔの両方に関係する出力信号を出力する。すべてのセンサ３、４、５、６、７は、薄膜センサとしての構造故に、非常に効率的に熱的に相互接続され、また共通の基板２に装着される。
【００３０】
温度センサ７は抵抗温度計であり、その抵抗経路８は基板２上に曲がりくねった形状で形成される。基板２は、いわゆるＡＴカットを有する単結晶石英であり、その表面９はｘｚ面を形成する。基板２は長方形であり、例示した模範的な実施態様では正方形であることが好ましい。１つの縁部１０の長さは典型的に２〜２０ｍｍの範囲にあり、好ましくは約５ｍｍである。縁部１０は、典型的には、ｘ軸の方向において、結晶学的ｚ軸に対してほぼ３５°傾斜している。基板２の厚さは典型的に５０μｍ〜１ｍｍ、好ましくは１００〜２００μｍの範囲にある。
【００３１】
本発明の一実施態様では、基板２は、全体寸法を指定することが可能な半加工製品として購入され、その両側に金属被覆を有し、この被膜はその後フォトリソグラフィック手段によって形状化され、かつ好ましくは湿式化学エッチングにおけるマスクとして使用され、特に、導体路および電気接続面として機能する。金属被覆はクロム／金の層であることが好ましく、クロムは本質的に石英基板上の金層のための薄い接合剤として作用し、実際の導電率を提供しかつ耐食性である。
【００３２】
好ましくは、本発明による複数の装置１は、「使用中」の単一の石英板上に形成され、この石英板は、薄膜の形状化が完了した後に、例えば研磨または鋸引きによって装置１として分離される。分離された装置１は、エポキシ樹脂のようなキャリアボードに装着され、そこに設けられた接続路に接続することが可能である。電気接点および接続路は、可能な限り、例えばエポキシ接着剤でシールし得る。この結果、基板２の裏面は、媒体からシールされた通気可能な空間を画定し得る。したがって、加圧された媒体でさえも確実に評価可能であり、結果を誤らせる、キャリアボードあるいはガスまたは流体密閉容積による振動子の減衰が防止される。
【００３３】
温度センサ７は、曲がりくねった形状の抵抗経路８を有する抵抗温度計として設計され、前記抵抗経路を通して温度センサ７の２つの接続電極１１が互いに接続される。抵抗経路８の厚さは２０〜１０００ｎｍ、好ましくは１００〜５００ｎｍの範囲にあり、特に約２５０ｎｍである。結果として０．１オーム程度の典型的な金属フィルム抵抗器が得られる。曲がりくねった形状として選択される長さは、結果として２００オーム〜２キロオームの抵抗が得られるようなものであることが好ましい。このことは、例えば、１ｍＡの電流が印加されたときに１ボルト程度の出力電圧の達成が可能となり、この電圧は測定を妨げる温度センサ７の自己加熱を防止するために十分に低い。
【００３４】
純粋な金属の場合１℃につき約０．４パーセントでありまた添加剤によって増大し得る抵抗経路８の比抵抗の温度依存性のために、温度センサ７の出力電圧の変化は、基板２の温度、したがって媒体の温度の尺度となる。媒体から抵抗経路８を電気絶縁するために、抵抗経路８が形状化された後、基板は、好ましくは気相（ＰＥＣ  ＶＤ−ＳｉＯ2）からのプラズマ支援によるＳｉＯ2の析出による好ましくは無機絶縁層で被覆される。選択された層厚は、抵抗経路８の電気絶縁が保証される程度に十分に大きいのみである。他方、カバー層は、媒体に対する抵抗経路８の優れた熱結合を保証するために可能な限り薄くなければならない。保護層の厚さの好ましい値は１００ｎｍ〜１０００ｎｍ、好ましくは３００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲にある。
【００３５】
基板２の前面９の中心に円形金属電極１２が装着され、そのタイプおよび層厚は抵抗経路８のタイプおよび層厚に対応することが好ましく、また円形金属電極は抵抗経路と同時に形成することが可能である。電極１２を基板２の縁部と電気接触させ得る接続経路１３は、縁部１０の一個に導かれる。
【００３６】
図２は、装置１、特に図１に示した基板２のＩＩ−ＩＩ線上断面図を示している。見やすくするために、電極１２または接続経路１３の金属被覆のみが基板２の前面に示されている。好ましくは表面９上の電極１２の縁部と同一の基板２の縁部１０から、他の接続経路１５を介して接点を確立し得る他の電極１４は、前側と反対側の裏面９の電極１２に対応する領域に装着される。交流電圧が印加されると、層厚せん断振動器の形態のＡＴカットを用いて説明した例示的な実施態様において、矢印１６で示したように、基板２が励起されて振動する。この層厚せん断振動の運動ノードは、破線１７によって示されかつ基板２内で延在する中立ゾーンにほぼ位置している。
【００３７】
例示した実施態様では、基板２は、好ましくは異方性の湿式化学エッチングによって、特に中心部が局所的に薄くエッチングされており、この結果、基板２は、電極１２、１４が装着される第１の領域１８において、第１の領域１８に隣接し特に第１の領域１８を囲む第２の領域１９におけるよりも薄くなる。局所的に薄いエッチングのためのマスキングは、好ましくは基板２の金属被覆によって行われ、この金属被覆を使用して電極１２、１４または例えば抵抗経路８を形成することが可能である。
【００３８】
図１に示した例示的な実施態様では、他のセンサ４、５、６が表面９に装着され、この表面は、媒体の温度Ｔに依存する上に、媒体の品質を決定するパラメータにも依存する。
【００３９】
媒体の比誘電率はキャパシタ５によって決定し得る。このため、キャパシタ５は、同様に抵抗経路８の材料から形成される互いに絶縁されたメッシュ櫛形電極を有する。櫛形電極２０、２１の接続路の典型的な幅は５〜５０μｍの範囲にあり、特に約２０μｍである。櫛形電極２０、２１の数および長さはこのセンサ５の基本容量を決定し、この基本容量のために選択される値は、測定技術上の理由により小さすぎてはならない。この基本容量は、典型的に、２〜２０ピコファラド、好ましくは５〜１０ピコファラドの範囲にある。このため、２０〜２００のこのような櫛形電極２０、２１、特に３０〜５０の櫛形電極を用意することが効果的である。電極２０、２１の電気絶縁被覆はキャパシタ５のために必ずしも必要ではないが、それにもかかわらず多くの例において効果的であり、無害である。その理由は、被覆によって招来される単位長さ当りの容量は低く、他方、被覆は温度とほぼ無関係に腐食を防止するためである。
【００４０】
キャパシタ５に加えて、コンダクタンスセンサ６が基板２に装着され、同様に、このセンサはメッシュ櫛形電極２２、２３を有し、その構造は、これらの電極が電気絶縁被覆を有せず、むしろ媒体との電気接触を確立するという違いを除いて、キャパシタ５の構造と同一である。
【００４１】
予想される抵抗値は、典型的な媒体の場合、特に、更新可能な一次製品から獲得される潤滑剤、例えば菜種油のような潤滑剤の場合、１メガオーム〜２０メガオームの範囲にあり、例えば約５メガオームである。測定周波数は、より低温でも抵抗値を確実に決定し得る程度に十分高くなければならない。他方、選択する測定周波数は高すぎてはいけないが、この理由は、さもなければ、抵抗値に対する媒体の品質の影響がそれほど明瞭に現れないからである。好ましい測定周波数は１００Ｈｚ〜１ＭＨｚ、好ましくは１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲にある。
【００４２】
導電率の測定において、容量の測定と同様に、異なる周波数の測定も効果的であり得るが、その理由は、異なる汚染物質が、異なる周波数範囲の導電率および比誘電率に異なる影響を及ぼすことがあるからである。交流信号による測定は、媒体から電気化学的プロセスを取り除くことができるという効果を有する。
【００４３】
同様に、基板２に湿度センサ４が装着され、そのメッシュ櫛形電極２４、２５も構造内のキャパシタ５の電極と同一であるが、この場合、電極２４、２５には、湿度を吸収するカバー層、例えばポリマプラスチック層が当然設けられる。カバー層内の湿度吸収は、単位長さ当りの測定可能な容量の変化を引き起こし、この結果、湿度センサ４について測定される容量値は媒体内の湿度の割合、したがって媒体の品質の尺度である。
【００４４】
すべてのセンサ３、４、５、６、７の接続経路は、それらが対応する接続面（パッド）を形成する基板２の縁部１０に沿って装着されることが好ましく、前記接続面を介して外部接続ラインをキャリアボードに接続し得る。振動子３の電極を除いて、センサ４、５、６、７の接続面は基板２の２つの対抗する側縁部１０に装着される。
【００４５】
装置１は、前面９の電極１２のみが媒体と接触するように、キャリアボードに装着される媒体に浸漬される。このため、電極１２は、この媒体内の電気化学的プロセスを防止するために接地電位に接続されることが好ましい。
【００４６】
基板２の裏面の他の電極１４も、基板２がエッチングされない場合はキャリアボードに接触すべきでなく、むしろキャリアボードから十分な距離に位置決めすべきであり、この理由は、さもなければ追加の減衰が生じるからである。概して、装置１は、振動子３の可能な限りの自由な振動が保証されるようにキャリアボードに装着すべきであり、例えば、基板２は縁部１０にのみ、またそこでも、ある箇所にのみ堅く締め付けるべきである。相当の圧力下で媒体を調べる場合、この圧力も装置１の出力信号の評価の際に考慮されるべきである。
【００４７】
図３は、媒体の温度Ｔが２５〜８０℃の範囲の場合における振動子３の共鳴周波数ｆの典型的なパターンを示している。校正曲線２６は未使用の媒体を表し、校正曲線２７は１０００時間の動作後のその同一の媒体を表している。校正曲線２６、２７の測定値と関連する標準偏差は、温度の上昇につれて下向きの傾向を有する。この結果、より高温、例えば６０℃およびそれ以上の範囲でオイル品質に対する差をより確実に検出できる。校正曲線２６、２７は装置１で決定され、その基板２は局所的に薄くエッチングされた。関連の共鳴周波数ｆは約５０ＭＨｚの範囲にあった。示した温度範囲に対する共鳴周波数ｆの変化は約２０ｋＨｚ程度のオーダであった。
【００４８】
振動子３の感度も、２つの校正曲線２６、２７の間隔を決定する際に重要であり、振動子３の感度が高くなると、未使用の媒体および使用済み媒体について測定された値の間の差はそれだけ大きくなる。共鳴周波数ｆの雑音の割合も、共鳴周波数ｆの増加と共に増加する。１０〜５０ＭＨｚの範囲の共鳴周波数ｆ、好ましくは約２０ＭＨｚのこのような周波数が効果的であることが確認された。
【００４９】
校正曲線２６、２７のパターンも、振動子３の基本周波数ｆ０の温度依存性パターンによって、すなわち媒体を取り囲むことなく決定される。図４は、基本周波数ｆ０の様々な温度依存性を示しており、結晶カットの角度αは、図示した曲線群のパラメータである。適切な角度αを選択することにより、校正曲線２６、２７の調整が可能になり、所定の温度Ｔの校正曲線２６、２７の間隔は、媒体の品質の決定に関して、このような曲線の温度Ｔに対する各パターンよりも重要である。
【００５０】
図５は、コンダクタンスセンサ６によって測定された温度Ｔに対する電気抵抗Ｒの典型的なパターンを示しており、校正曲線２８は未使用の媒体を表し、校正曲線２９は１０００時間の動作期間後の媒体を表している。抵抗Ｒは品質の悪化と共に低下し、媒体の導電率はそれと共に上昇する。測定周波数は約１０ｋＨｚである。未使用の媒体の抵抗値は、２０℃の約５０メガオームから８０℃の約２０メガオームに低下した。
【００５１】
図６は、キャパシタ５によって測定される温度Ｔに対する媒体の容量Ｃの変化パターンを示している。校正曲線３０は未使用の媒体の測定値を表し、校正曲線３１は１０００時間の動作後の媒体の測定値を表している。媒体の容量は、品質の悪化と共に増加する。容量値は、十分に安定した測定結果が得られる１００ｋＨｚの測定周波数で決定された。容量値は、例えば、２０℃の約５．５ピコファラドから８０℃の約６．５ピコファラドの範囲にある。媒体の容量値は、動作期間の増大と共に、温度範囲全体にわたってかなり増大する。
【００５２】
図７は、本発明の方法を示す図面である。振動子３の共鳴周波数ｆは、温度センサ７によって決定された媒体の温度Ｔと共に第１の試験ステップ４０に供給される。試験は、測定した共鳴周波数ｆがより劣ったまたはさらに不十分な媒体品質の指標であるかどうかを決定するために実施される。この試験の結果がＮＯ（Ｎ）であるならば、第１の試験ステップ４０は、永久的に、または指定可能な時間間隔で繰り返される。他方、この試験ステップの結果がＹＥＳ（Ｙ）であるならば、媒体品質の他の試験が実施される。
【００５３】
このため、他のセンサの出力信号、すなわち例示した典型的な実施態様では、湿度センサ４（湿度Ｈ）、キャパシタ５（容量Ｃ）、およびコンダクタンスセンサ６（抵抗Ｒ）の出力信号が、温度センサ７によって決定される温度Ｔを考慮しつつ、同時にまたは直接連続する試験ステップ４１、４２、４３において、評価ユニットに記憶された関連する予想値と比較される。これらのＹＥＳ／ＮＯ（Ｙ／Ｎ）比較の結果は評価回路４４に供給され、さらに指定可能な評価キーに従って評価される。
【００５４】
他の試験ステップ４１、４２、４３のいずれもが期待値を得られないこと、したがって媒体品質の相当の悪化のシグナルを出さない場合、例えば評価キーを使用して緑色の信号ランプ４５、例えば対応する発光ダイオード（ＬＥＤ）を点灯させる等して、評価回路４４が、媒体が充分に高い品質を有していることを示す出力信号を出力することを決定することが可能である。試験ステップ４１、４２、４３の１つが、それぞれの関連予想値が達成されていることを示す場合、評価回路４４は黄色の信号灯４６を点灯させる。試験ステップ４１、４２、４３の２つが、予想値が達成されているとのシグナルを出す場合、赤色の信号灯４７を点灯し、さらに評価回路は音響信号を出力することが可能である。
【００５５】
３つの試験ステップ４１、４２、４３のすべてが、関連予想値が達成されているとのシグナルを出した場合、評価回路４４は関連装置をスイッチオフし、あるいはいずれにしろ再接続を防止するかまたは再接続を少なくとも関連警報信号の認識に関係させることが可能である。
【００５６】
それぞれの応用に応じて、試験ステップ４１、４２、４３の結果評価に関する様々な基準が可能である。勿論、追加の試験ステップを可能にする他のセンサを装置１の基板２に装着することも可能である。評価回路４４は、対応する数の入力チャネルおよび接続オプションを有し、またマイクロプロセッサを使用するプログラム可能な制御ユニットとして設計することが好ましい。
【００５７】
上述の典型的な実施態様における共鳴周波数の測定は特別に重要であり、この測定は、その後の測定のきっかけとなる場合がある。他のセンサは、共鳴周波数の測定の代わりとしてまたはそれに加えて、この機能を実行することができる。
【００５８】
しかしながら、多くの応用のためには、センサのいずれもがこのような優先された位置を占めないこと、および温度センサを除く他のすべてのセンサが同等に扱われることが有益である。
【００５９】
代替的な評価キーが、例えば、２つのしきい値がすべてのパラメータについて確立される局面を示す。測定信号の変化、したがって経時パラメータが監視される。第１の各しきい値よりも低い値を有するパラメータで全く問題がない。第１および第２のしきい値の間でパラメータは高くなるが、まだ限界値ではない。第２のしきい値の上方のパラメータ値が限界である。
【００６０】
複数のパラメータが１つの他のセンサによって決定されるならば、単一のパラメータが第２のしきい値を超えることにより、アラームが起動され、または赤色の信号灯４７が点灯する。どのパラメータも第２のしきい値を超えず、また複数のパラメータがそれぞれの第１のしきい値４６を超えた場合、黄色の信号灯４６が点灯される。パラメータのいずれもそれぞれの第２のしきい値を超えず、また複数のパラメータが第１のしきい値も超えることができない場合、緑色の信号灯が点灯される。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明による装置の上面図。
【図２】図１に示した装置のＩＩ−ＩＩ線上断面図。
【図３】媒体の温度Ｔによる振動子の共鳴周波数ｆの典型的な変化のグラフ。
【図４】温度の関数としての基本周波数ｆ０の様々な値のグラフ。
【図５】コンダクタンスセンサによって測定される温度Ｔの変化による電気抵抗Ｒのパターングラフ。
【図６】温度Ｔの変化による測定された容量Ｃの変化のグラフ。
【図７】本発明による方法のフローチャート。
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年1月17日(2004.1.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気出力信号をそれぞれのセンサ固有の入力量の関数として出力する複数のセンサ（３、４、５、６、７）を有する、媒体、特に潤滑剤および／または冷却剤の品質を決定するための装置（１）であって、
１つのセンサが、ほぼ前記媒体の温度（Ｔ）のみの関数であり特に前記媒体の品質とはほぼ無関係である出力信号を出力する温度センサ（７）であり、
少なくとも１つの他のセンサ（３、４、５、６）が、前記媒体の品質および前記媒体の温度（Ｔ）の両方の関数である出力信号を出力し、
第１の他のセンサが好ましくは電気的振動子（３）であり、
前記センサ（３、４、５、６、７）が、前記媒体に浸漬可能な共通の基板（２）に装着されている装置において、
前記基板（２）は圧電性であり、かつその対向する表面（９）上に振動を励起するための電極（１２、１４）を有し、前記振動子（３）は前記基板によって形成されることを特徴とする、装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記温度センサ（７）が抵抗温度計であり、その抵抗経路（８）が基板（２）に装着されかつ前記媒体から電気的に絶縁されているがしかし前記媒体に対して優れた熱結合を有することを特徴とする、装置（１）。
【請求項３】
請求項２に記載の装置において、前記抵抗経路（８）は、曲がりくねった形状の構造化された薄膜として装着されることを特徴とする、装置（１）。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の装置において、前記振動子（３）の前記共鳴周波数（ｆ）は前記媒体の粘度であることを特徴とする、装置（１）。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載の装置において、前記基板（２）が、石英、特に石英結晶からのＡＴカットによって製造される板からなることを特徴とする、装置（１）。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の装置において、振動励起のための前記電極（１２、１４）は前記基板（２）の反対の表面（９）上の中心に装着されていることを特徴とする、装置（１）。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１項に記載の装置において、前記基板（２）が、電極（１２、１４）が装着される第１の領域（１８）において、第１の領域（１８）に隣接し特に第１の領域（１８）を囲む第２の領域（１９）におけるよりも薄いことを特徴とする、装置（１）。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか１項に記載の装置において、前記振動子（３）が、その振動面の１つ、特に基板（２）の表面（９）によって、前記媒体と面接触していることを特徴とする、装置（１）。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の装置において、前記基板（２）の裏面が、前記媒体からシールされた通気可能な空間を画定することを特徴とする、装置（１）。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか１項に記載の装置において、前記第２の他のセンサが、前記媒体の比誘電率を決定し得るキャパシタ（５）であることを特徴とする、装置（１）。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置において、前記キャパシタが、互いに電気絶縁されたメッシュ櫛形電極（２０、２１）によって横方向に形成され、該電極が、構造化された薄膜として基板（２）に装着されかつ前記媒体から電気絶縁されていることを特徴とする、装置（１）。
【請求項１２】
請求項１乃至１１に記載の装置において、前記第３の他のセンサが、前記媒体の電気コンダクタンスを決定し得る電気コンダクタンスセンサ（６）であることを特徴とする、装置（１）。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装置において、前記電気コンダクタンスセンサ（６）がメッシュ櫛形電極（２２、２３）によって横方向に形成され、該電極が、構造化された薄膜として互いに電気絶縁された基板（２）に装着されかつ前記媒体との電気接触を確立していることを特徴とする、装置（１）。
【請求項１４】
請求項１乃至１３の何れか１項に記載の装置において、前記第４の他のセンサが、前記媒体の湿度を決定し得る湿度センサ（４）であることを特徴とする、装置（１）。
【請求項１５】
請求項１４に記載の装置において、前記湿度センサ（４）がメッシュ櫛形電極（２４、２５）によって横方向に形成され、該電極が互いに電気絶縁され、かつ構造化された薄膜として基板（２）に装着されまた湿度吸収層によって前記媒体から覆われていることを特徴とする、装置（１）。
【請求項１６】
媒体に浸漬可能な共通の基板（２）に装着され、電気出力信号をそれぞれのセンサ固有の入力量の関数として出力する複数のセンサ（３、４、５、６、７）を有する、前記媒体、特に潤滑および／または冷却オイルの品質を決定するための方法であって、
１つのセンサが、ほぼ前記媒体の温度（Ｔ）にのみ関係しかつ特に前記媒体の品質とはほぼ無関係である出力信号を出力する温度センサ（７）であり、
少なくとも１つの他のセンサ（３、４、５、６）が、前記媒体の品質および前記媒体の温度（Ｔ）の両方の関数である出力信号を出力し、
第１の他のセンサが振動子（３）を電気的に励起可能であり、
前記センサ（３、４、５、６、７）の出力信号が評価回路（４４）に供給され、該回路が、他のセンサ（３、４、５、６、７）の出力信号と、前記媒体の温度（Ｔ）によって決定される予想値とを比較し、比較の結果を示す出力信号を出力する方法において、
圧電性の前記基板（２）によって形成される前記振動子（３）の出力信号が前記評価に使用され、前記出力信号が反対表面（９）上に装着された電極（１２、１４）によって振動のために電気的に励起されることを特徴とする、方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法において、複数の他のセンサ（３、４、５、６）の前記出力信号が前記媒体の他のパラメータを決定し、このような各パラメータが関連する予想値と比較されることを特徴とする、方法。
【請求項１８】
請求項１６または１７に記載の方法において、前記予想値が固定値として指定されることを特徴とする、方法。
【請求項１９】
請求項１６乃至１８の何れか１項に記載の方法において、前記予想値が、前記媒体の温度（７）の経時パターンを用いて計算され、したがって可変であることを特徴とする、方法。
【請求項２０】
請求項１６乃至１９の何れか１項に記載の方法において、前記予想値が評価回路（４４）に記憶されることを特徴とする、方法。
【国際調査報告】
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