(57)【要約】  少なくとも１つの有利には共振器として構成された圧電構成素子（１）及び少なくとも１つの第１の励振電極（７）及び第２の励振電極（３）を含む液体の粘性の測定のためのセンサ（Ｓ）において、有利には少なくとも１つの第１の励振電極（７）がセンサ（Ｓ）のセンシティブな表面（８）に配置されており、測定時間の短縮のために予め設定可能な温度において測定すべき液体の加熱のための少なくとも１つの加熱電極（２）が設けられている。
2007515626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの有利には共振器として構成された圧電構成素子（１）及び少なくとも１つの第１の励振電極（７）及び第２の励振電極（３）を含む液体の粘性の測定のためのセンサ（Ｓ）であって、有利には少なくとも１つの第１の励振電極（７）がセンサ（Ｓ）のセンシティブな表面（８）に配置されている、液体の粘性の測定のためのセンサ（Ｓ）において、
測定すべき液体の加熱のための少なくとも１つの加熱電極（２）が設けられていることを特徴とする、液体の粘性の測定のためのセンサ（Ｓ）。
【請求項２】
少なくとも１つの加熱電極（２）はセンサ（Ｓ）のセンシティブな表面（８）の上に又はすぐ近くに配置されていることを特徴とする、請求項１記載のセンサ（Ｓ）。
【請求項３】
少なくとも１つの加熱電極（２）は第１の励振電極（７）と一体に構成されていることを特徴とする、請求項１又は２記載のセンサ（Ｓ）。
【請求項４】
少なくとも１つの加熱電極（２）は中心領域（１７）、有利には中心（１８）、とりわけ中心点（１９）を有する面（９）に広がって取り付けられており、動作温度領域では前記面（９）に亘ってほぼ均等な温度分布を有することを特徴とする、請求項１〜３のうちの１項記載のセンサ（Ｓ）。
【請求項５】
少なくとも１つの加熱電極（２）はメアンダ形状を有することを特徴とする、請求項１〜４のうちの１項記載のセンサ（Ｓ）。
【請求項６】
少なくとも１つの加熱電極（２）は長さ単位あたりの異なる抵抗の少なくとも２つの領域を有することを特徴とする、請求項１〜５のうちの１項記載のセンサ（Ｓ）。
【請求項７】
少なくとも１つの加熱電極（２）は異なる断面積の少なくとも２つの領域を有することを特徴とする、請求項１〜６のうちの１項記載のセンサ（Ｓ）。
【請求項８】
少なくとも１つの加熱電極（２）の長さ単位あたりの抵抗は、中心領域（１７）、有利には中心（１８）、とりわけ中心点（１９）までのその距離（Ｅ）に依存して構成されていることを特徴とする、請求項６又は７記載のセンサ（Ｓ）。
【請求項９】
少なくとも１つの加熱電極（２）の長さ単位あたりの抵抗は、中心領域（１７）、有利には中心（１８）、とりわけ中心点（１９）から縁部領域（１２）へと上昇してゆくように構成されていることを特徴とする、請求項６〜８のうちの１項記載のセンサ（Ｓ）。
【請求項１０】
温度測定センサ（２６）が設けられていることを特徴とする、請求項１〜９のうちの１項記載のセンサ（Ｓ）。
【請求項１１】
温度測定センサ（２６）は少なくとも１つの加熱電極（２）を含むことを特徴とする、請求項１〜１０のうちの１項記載のセンサ（Ｓ）。
【請求項１２】
励振電極（３、７）のうちの少なくとも１つ及び／又は少なくとも１つの加熱電極（２）は絶縁層によって被覆されていることを特徴とする、請求項１〜１１のうちの１項記載のセンサ（Ｓ）。
【請求項１３】
請求項１〜１２のうちの１項記載のセンサ（Ｓ）が設けられていることを特徴とする、液体の粘性を測定するための装置。
【請求項１４】
液体の粘性を測定するための方法であって、該方法では、センサ（Ｓ）の少なくとも１つのセンシティブな表面（８）が測定すべき液体と接触させられ、センサ（１）が交流電圧の印加によって振動させられ、電気的パラメータ、有利には電圧及び電流の測定値から液体の粘性値がもとめられる、液体の粘性を測定するための方法において、
液体を加熱電極（２）によってセンシティブな表面（８）の領域において加熱することを特徴とする、液体の粘性を測定するための方法。
【請求項１５】
液体の温度を測定することを特徴とする、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
予め設定可能な温度に到達した場合に、液体の加熱を中断し、電気的パラメータを測定し、液体の粘性値をもとめることを特徴とする、請求項１４又は１５記載の方法。
【請求項１７】
液体の粘性値は多数の予め設定可能な温度においてもとめられることを特徴とする、請求項１４〜１６のうちの１項記載の方法。
【請求項１８】
予め設定可能な温度における液体の個々の粘性値から、液体の粘性の温度による変化の経過が形成されることを特徴とする、請求項１７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は少なくとも１つの有利には共振器として構成された圧電構成素子及び少なくとも１つの第１の励振電極及び第２の励振電極を含む液体の粘性の測定のためのセンサであって、有利には少なくとも１つの第１の励振電極がセンサのセンシティブな表面に配置されている、液体の粘性の測定のためのセンサに関する。
【０００２】
従来技術によれば、マイクロアコースティック構成素子による粘性測定が公知である。これらの構成素子では、圧電素子の上に取り付けられている電極構造への交流電圧の印加によって機械的乃至は音響的振動がまさにこの素子において励起される。通常は材料としては圧電結晶（例えば水晶）又は圧電セラミックスが使用される。結晶の場合には使用される結晶配向（いわゆる結晶カット）の相応の選択によって次のことが達成される。すなわち、相応に取り付けられた電極への交流電圧による励振において有利にはすべり振動（Scherschwingung）が少なくとも１つの結晶表面において形成される。圧電セラミックスにおいては分極方向が相応に選択される。概念「すべり振動」はこの場合表面の振動変形を意味し、これは有利には結晶表面のレベルにおいて形成される（よって、表面に対して直交ではない）。このような振動する結晶表面が粘性のある液体と接触させられると、液体において減衰された音響的すべり波（akustische Scherwelle）が励起される。音響構成素子が圧電共振器として構成されていると、液体とのこの接触によって減衰及び共振器の共振周波数が液体の密度及び粘性に依存して変化する(例えばS.J.Marlin,C.G.Frye,K.O.Wessendorf "Sensing Liquid Properties with Thickness-Shear Mode Resonators", Sens.Act.A,vol.44.p.209-218, 1994を参照)。これら２つの変化は共振器インピーダンスに対する電気的等価回路の電気的パラメータにおける相応の変化を惹起し、これらの変化は適当な電子評価回路によって検出されうる。こうして、液体の粘性が電子的に検出される。
【０００３】
すべり分極音響表面波（scher-polarisierte akustische Oberflaechenwelle）を使用するマイクロアコースティック構成素子も類似の原理に基づく（例えばB.Jakoby, M.J.Vellekoop,"Properties of Love Waves: Applications in Sensors", Smart Mater.Struct.,vol.6,p.668-679,1997を参照）。この場合、同様にすべり波が液体において励起され、これらのすべり波が構成素子の電気的特性を変化させる。これらの構成素子も同様に共振器として構成されるか又は代替的に遅延線路としても構成されうる。この場合には、減衰及び伝播時間乃至は遅延線路の位相が液体の粘性及び密度によって変化する。
【０００４】
ＵＳ２００２／０１７０３４１  Ａ１（Jakoby et al.）から液体の粘性測定のための測定装置が公知である。浸食性又は腐食性液体における粘性測定において相応のセンサのセンシティブな表面はシールによって封止され、シールによる負荷が測定に影響を及ぼすという問題から出発して、ＵＳ２００２／０１７０３４１  Ａ１は測定すべき液体の中に完全に浸されている圧電センサ装置を記述している。２つの励振電極を有する円柱状センサが記述されており、このセンサは測定すべき液体によって貫流される容器内に配置されている。
【０００５】
液体の粘性は通常は大いに温度に依存するので、粘性-温度（ＶＴ）特性を通常測定する。これは、しばしば測定装置全体の占有面積及び値段を著しく高めてしまう液体の正確な温度調整のための付加的なユニットを必要とする。さらなる欠点として、大量の液体は高い熱容量を有し、この結果、必要とされる試料ボリュームのサイズに応じて比較的長いに加熱時間が生じてしまう。
【０００６】
従って、本発明の課題は、上記の欠点を回避することができ、所定の温度において液体の粘性の測定のための時間を短縮し、簡単かつコンパクトに構成され、製造及び／又は適用においてコスト安である冒頭に挙げたタイプのセンサを提供することである。
【０００７】
本発明によれば、上記課題は、測定すべき液体の加熱のための少なくとも１つの加熱電極を設けることによって達成される。
【０００８】
これによって、測定すべき液体はセンサの領域において予め設定可能な温度に加熱される。液体は直接的にセンサの領域において加熱されるので、測定構造体全体はコンパクトかつコスト安である。センサの領域における液体の加熱によって予め設定可能な温度に迅速に到達し、これにより測定時間全体は著しく短縮化される。
【０００９】
従来の粘性測定に比べて、マイクロアコースティック測定は、比較的少ない試料量で十分であるという利点を有する。なぜなら、第１に液体中への減衰されるすべり波の侵入深度が比較的小さく（典型的にはマイクロメータのオーダ）、この結果、センサを液体の薄い膜で被覆すれば原理的には十分であり、第２に構成部材が全体的に非常に小さく実現することができ、大抵の場合は数ミリメータのオーダで済むからである。
【００１０】
本発明の改良実施形態では、少なくとも１つの加熱電極はセンサのセンシティブな表面の上に又はすぐ近くに配置されている。これによって、直接測定される液体の部分が加熱され、測定には重要でない液体の他の部分は加熱されないことが保証される。これに関して、少なくとも１つの加熱電極は第１の励振電極と一体に構成されている。これによって、付加的な電極を省略することができ、液体の加熱が測定箇所のすぐ近くで行われることが保証される。これによってさらに測定時間も節約される。
【００１１】
本発明の更に別の実施形態によれば、少なくとも１つの加熱電極は中心領域、有利には中心、とりわけ中心点を有する面に広がって取り付けられており、動作温度領域ではこの面に亘ってほぼ均等な温度分布を有する。測定すべき液体の均等な温度によって、測定される粘性がこの温度における液体の粘性に事実上相応することが保証される。
【００１２】
本発明の改良実施形態では、少なくとも１つの加熱電極はメアンダ形状を有する。これによって、加熱すべき面が面に亘る温度分布に関する要求に相応して簡単に形成される。
【００１３】
本発明の更に別の実施形態では、少なくとも１つの加熱電極は長さ単位あたりの異なる抵抗の少なくとも２つの領域を有する。これによって少なくとも１つの領域が他の領域よりも強く又は弱く加熱される。これによって面に亘る予め設定可能な温度分布が実現されうる。
【００１４】
本発明の他の実施形態によれば、少なくとも１つの加熱電極は異なる断面積の少なくとも２つの領域を有する。これによって、簡単なやり方で全体が１つの材料から製造される加熱電極において長さ単位あたりの異なる抵抗を有する領域が実現される。
【００１５】
本発明の変形実施形態では、少なくとも１つの加熱電極の長さ単位あたりの抵抗は、中心領域、有利には中心、とりわけ中心点までのその距離に依存して構成されている。これによって、加熱された面の中心において比較的高い温度を有するような加熱された面の通常一般的な温度分布が最大限に均等な温度分布に関して調整される。なぜなら、長さ単位あたりの抵抗が加熱電極の加熱の度合いを決定するからである。
【００１６】
本発明の更に別の実施形態では、少なくとも１つの加熱電極の長さ単位あたりの抵抗は、中心領域、有利には中心、とりわけ中心点から縁部領域へと上昇してゆくように構成されている。これによって、縁部が面の中心よりも強く加熱され、これによって面の均等な加熱の場合よりも均一な温度分布が面に亘って生じる。マイクロアコースティック構成素子による粘性の測定において、音響波は測定すべき液体の中にほんのわずかしか侵入しない。従って、大抵の液体のむしろ小さい熱伝導度のために、加熱された面の直上における及び音響波の侵入深度の領域における液体の温度分布は加熱された面の温度分布に相応することが前提とされる。
【００１７】
本発明の改良実施形態では、温度測定センサが設けられている。これによってセンサで実際に液体において支配的な温度が検出される。
【００１８】
別の可能な実施形態では、温度測定センサは少なくとも１つの加熱電極を含む。これによって、もともと存在している加熱電極が同様に温度測定にも使用され、これによって別個の構成部材が不要になる。
【００１９】
本発明の更に別の実施形態では、励振電極のうちの少なくとも１つ及び／又は少なくとも１つの加熱電極は絶縁層によって被覆されている。これによって液体はこの又はこれらの電極から電気的に乃至はガルバニックに分離される。これはとりわけ導電性液体において有意義である。さらに、非導電性液体が誘電体であり、交流電圧により駆動される励振電極とのこの誘電体の容量的相互作用が測定に影響を及ぼしうる。
【００２０】
本発明はさらに本発明のセンサが設けられている、液体の粘性を測定するための装置に関する。これによって、このようなセンサの全ての上記の利点が液体の粘性の測定のための装置にも当てはまる。
【００２１】
本発明は、さらに、液体の粘性を測定するための方法であって、この方法では、センサの少なくとも１つのセンシティブな表面が測定すべき液体と接触させられ、センサが交流電圧の印加によって振動させられ、電気的パラメータ、有利には電圧及び電流の測定値から液体の粘性値がもとめられる、液体の粘性を測定するための方法に関する。
【００２２】
液体における粘性測定のための公知の方法では通常これを液体温度に依存してもとめる。この場合、液体を測定温度まで加熱することが必要不可欠である。大抵の液体は比較的高い熱容量を有するので、これには個々の測定の間の比較的長い加熱時間が結びついている。このような測定プロシージャは従って極めて面倒である。さらに、大量の測定すべき液体が必要とされる。
【００２３】
従って、本発明の課題は、上記の欠点を回避することができ、実質的に短縮された時間での測定を可能にする上記のタイプの液体における粘性測定のための方法を提供することである。
【００２４】
本発明によれば、上記課題は、液体を加熱電極によってセンシティブな表面の領域において加熱することによって解決される。
【００２５】
これによって、測定に重要な液体部分だけが加熱される。これは比較的短時間で行われ、大量の液体を加熱するよりもはるかに僅少なエネルギしか必要としない。さらに、液体における粘性測定のためのこのような方法ではこの方法を実施するために僅少な量の液体しか必要としない。よって、センサのセンシティブな加熱される表面だけに測定すべき液体を塗布すれば十分である。
【００２６】
本発明の改良実施形態では、液体の温度を測定する。これによって、測定に関して重要な温度値は測定にも自由に使用されうる。
【００２７】
本発明の変形実施形態では、予め設定可能な温度に到達した場合に、液体の加熱を中断し、電気的パラメータを測定し、液体の粘性値をもとめる。これによって、測定中に更なる加熱が行われない。液体の高い熱容量のために、液体はほんの短い測定フェーズでは目立つほどには乃至は測定できるほどには冷えない。これによって圧電構成素子の付加的な分極も排除される。
【００２８】
本発明の更に別の実施形態によれば、液体の粘性値は多数の予め設定可能な温度においてもとめられる。これによって、様々な予め設定可能な温度における液体の粘性に関する情報が与えられる。
【００２９】
これに関連して、予め設定可能な温度における液体の個々の粘性値から、温度による液体の粘性の変化の経過が形成される。これによって、液体のもとめられた粘性値からそれらの間の領域におけるこの液体の粘性が推定される。
【００３０】
本発明を添付した図面を参照しつつ詳しく説明する。これらの図面にはとりわけ有利な本発明の実施形態が図示されている。この場合、
図１は斜め投影図における加熱電極の第１の実施形態を有する本発明のセンサの第１のとりわけ有利な実施形態を示し、
図２は平面図における図１のセンサを示し、
図３は裏面図における図１のセンサを示し、
図４は図１のセンサの制御の概略的な図面を示し、
図５は斜め投影図における加熱電極の第２の実施形態を有する本発明のセンサの第２の実施形態を示し、
図６は加熱電極の第３の実施形態を示し、
図７は加熱電極の第４の実施形態を示し、
図８は加熱電極の第５の実施形態を示し、
図９は加熱電極の第６の実施形態を示す。
【００３１】
図１〜５は、少なくとも１つの有利には共振器として構成された圧電構成素子１及び少なくとも１つの第１の励振電極７及び第２の励振電極３を含む液体の粘性の測定のための本発明のセンサＳの２つのとりわけ有利な実施形態を示し、有利には少なくとも１つの第１の励振電極７がセンサＳのセンシティブな表面８に配置されており、測定すべき液体の加熱のための少なくとも１つの加熱電極２が設けられている。
【００３２】
これらの図では、第１の励振電極７、第２の励振電極３及び加熱電極２の目に見える表面が二重のハッチングで示されている。これは周囲から電極２、３、７を比較的良好に区別するのに役立っている。
【００３３】
本発明のセンサＳはコスト的に有利なマイクロテクノロジーの方法によって製造されうる。従来の粘度計乃至はこれに使用されるセンサに比べて、本発明のセンサＳはとりわけ一定時間内の生産個数が多い点で比較的有利に製造され、測定原理により僅少な量の試料で間に合う。本発明の統合された加熱電極２によって及び有利には統合された温度測定センサ２６によって、測定に関連する液体層はセンシティブな表面８において迅速かつ制御されて加熱され、これによって、従来の方法と比較すると、より僅少な全測定時間が得られる。これによってこのシステム全体は従来の機器よりもはるかに僅少な加熱電力で間に合う。
【００３４】
液体とは本出願においては流動体である。大抵の周囲温度においては固体及び／又は気体状である物質、例えば大部分の金属及び窒素のようなガスの粘性の測定も物質乃至は材料が液体状である温度領域で行われる。
【００３５】
図１は本発明のセンサＳの第１のとりわけ有利な実施形態の斜め投影図を示す。このセンサＳは厚みすべり振動子として構成され、圧電構成素子１から成り、この圧電構成素子１は第１の有利な実施形態では圧電材料（例えば公知のＡＴカットに相応する結晶配向を有する水晶）から成る円形状の小プレートとして構成される。しかし、本発明ではセンサＳは別の形状を有することもでき、例えば正方形又は矩形のような異なる底面を有する平行６面体の形状でもよい。２つの表面には導電性構造が、例えば金属被覆部が取り付けられる。本発明のセンサＳは少なくとも１つの第１の励振電極７及び第２の励振電極３を有する。さらに、少なくとも１つの加熱電極２がある。有利な実施形態では、励振電極３、７及び加熱電極２は少なくとも１つのセンシティブな表面８の上に又はすぐ近くに設けられる。図１に図示された第１のとりわけ有利な本発明のセンサＳの実施形態は加熱電極２を有し、この加熱電極２は第１の励振電極と一体に構成されている。加熱電極はこの場合有利にはメアンダ形状を有する。さらに後で説明するように加熱電極２の別の形状も設けられうる。第２の励振電極３は図１では単に破線で示されている。図３は第２の励振電極３を示し、この第２の励振電極３はセンサＳの第１のとりわけ有利な実施形態において円形状に構成されている。第２の励振電極３も同様に加熱電極２と一体に構成することもできる。これはセンサＳが完全に測定すべき液体によって取り囲まれている場合に有利である。従って、第２の励振電極３が加熱電極２のあらゆる形状を有しうるように構成することもできる。これは第２の励振電極３と加熱電極２との一体構成には無関係に設けられうる。
【００３６】
励振電極３、７及び／又は加熱電極２はあらゆる導電性材料を、有利には金属を含みうる。励振電極３、７に使用するためにとりわけ有利な金属は、金、クロム、銅、銀、ロジウム又はアルミニウムである。加熱電極２に使用するためにとりわけ有利な金属は、上記の金属ならびに高い比抵抗を有する金属、例えばマンガン、チタン又はＤＩＮ１７４７１による抵抗合金である。
【００３７】
図２は第１のとりわけ有利な実施形態の一体に構成された第１の励振電極７と加熱電極２のメアンダ形状を示す。
【００３８】
励振電極３、７乃至は加熱電極２は導電性コンタクト面４、５、６に接続されている。この構造体を加熱するために加熱電圧、有利には直流電圧ＶＨが端子４及び５に印加される。センサの相応の表面８はこれにより加熱される。液体は、選択的に、直接加熱されるセンサ表面だけと接触させられるか、又は、両方のセンサ表面と接触させられる。後者の場合、有利には測定が行われる前にセンサＳ全体の加熱が終了するまで待つ。
【００３９】
機械的振動の励振のために交流電圧ＶＡＣが一方で加熱電極２乃至は第１の励振電極７に（すなわち端子４及び５に）及び他方で別のサイドの第２の励振電極３に印加される６。加熱電極２は説明したように第１の励振電極７として音響的振動を励振するためにも機能する。加熱回路と交流電圧回路との分離のためには、例えばキャパシタンス１３、１４及び／又はインダクタンス１５、１６（又は抵抗）が使用され、これは図４に図示された実施例に示されている。加熱のための直流電圧はこの場合有利には加熱電圧源１０から供給され、この加熱電圧源１０は適用される交流電圧から電圧源１０をインダクタンス１５、１６を介して減結合するために使用される（これらは省略することもできる）。交流電圧１１は有利にはキャパシタンス１３、１４を介して供給される。これらは加熱巻き線の直流電圧による短絡を阻止する。粘性を検出するためにはこの場合電流ＩＡＣに対するＶＡＣの比によって定義されるインピーダンスが使用され、センサＳが有利な構成において機械的共振周波数の領域で動作される。交流電圧源による励振の図示はこの点で概略的なものと理解してほしい。有利には、これらのセンサをスイッチング回路（例えば発振器又は閉ループ回路）に挿入し、これらのセンサが自動的に共振周波数に調整される。
【００４０】
図５は液体におけるセンサ適用事例のために使用されるような遅延線路としての本発明のセンサＳの第２のとりわけ有利な実施形態を示し、基本的な構成素子の更なる詳細は例えばB.Jakoby and M.J.Vellekoop,"Analysis and optimization of Love wave liquid sensors",IEEE Trans. on Ultrason.,Ferroelec.,and Freq.Contr.,vol.45,:pp.1293-1302,September 1998に記載されている。原理的には構成素子は圧電基板、例えば水晶２０に基づいており、結晶配向はすべり波が電気的に励起されうるように選択される。励起はいわゆる交差指状すだれ電極２１を介して行われ、この交差指状すだれ電極２１は基板上の相応の金属被覆部によって実現される。遅延線路としての適用事例の場合、交差指状すだれ電極は電圧源２４によって給電され、他方でもう１つの交差指状すだれ電極は受信器として使用され、この受信器には例えば負荷２５、例えば測定機器が接続されている。このように定義されたこの遅延線路の入力信号と出力信号との間の減衰及び遅延（乃至は電気的位相）はセンサＳとしての適用事例において電気的に評価される。表面におけるすべり波のガイドを達成するために、有利には付加的に導波層２２が被着され（例えばこれは二酸化ケイ素から成る）、この導波層２２は、光導波路と同じ様に、波を表面において結合してガイドし、これはいわゆる「ラブ波」と呼ばれる。この電気的絶縁層に基づいて、この導波層の上に更なる導電層を被着し、この更なる導電層が交差指状すだれ電極を液体から電気的に遮蔽することが可能である（このアイデアはJakoby et al.の上記の刊行物に詳しく記述されている）。本発明によれば、例えば重ねられた導電性コイル２３によってこの遮蔽部を加熱電極２として構成することもでき、この結果、遮蔽巻き線及び加熱電極２が同一の層に機能的に結合される。
【００４１】
液体の粘性は強く温度に依存する。従って、有利な実施形態では、温度センサ２６をセンサＳに統合し及び／又はセンサＳの表面に配置することができる。これによって、液体の温度が直接的にセンサＳにおいて乃至はセンサＳの表面温度が検出される。
【００４２】
音響波の侵入深度は非常に僅少であり、これらの音響波によって測定されるので、センサＳの領域の液体だけを予め設定可能な温度に加熱すれば十分である。加熱しなければならない少量の液体によって、この加熱は非常に迅速に行われセンサＳの表面温度が測定に関与する液体の温度に相応することが前提となる。とりわけ有利な実施形態では、温度測定センサ２６は少なくとも１つの加熱電極２を含む。この場合、加熱電極２自体が温度測定のために使用される。温度はこの場合例えば加熱によって変化する加熱電極２の抵抗の測定によって行われる。しかし、他のあらゆるタイプの温度測定２６も設けることができ、例えばサーモ素子を用いることもできる。
【００４３】
図６〜９は本発明のセンサＳの加熱電極２の異なる実施形態を示す。ここで確認しておくが、本発明はここに記述される加熱電極２の実施形態に限定されるものではない。むしろあらゆる有利な実施形態を設けることができる。図６〜９までに図示される実施形態は可能な実施形態の僅かな断面だけを示す。図６〜９はこの場合センサＳの加熱電極２の構成だけを示す。本発明のセンサＳの更なる具象的な詳細は相応の図には図示されていない。
【００４４】
有利には加熱電極２は面９に広がって取り付けられる。この面９は例えばメアンダ状加熱電極２において個々のメアンダの外側湾曲点の包絡線によって形成される。面９は加熱電極２を完全に包囲するように形成されることが一般的に確認されうる。面９は各々任意の形状を有しうる。シンメトリカルな又は部分的にシンメトリカルな面９に亘って延在するこのような加熱電極装置は有利である。このような面９は中心部分１７、有利には中心１８、とりわけ中心点１９を有する。面９の具体的な形状形成に依存して、これは中心点１９乃至は中心領域１７を有する。以下では簡略性のために中心１８についてのみ話す。
【００４５】
本発明のセンサＳの有利な実施形態では、これは動作温度領域において面９に亘ってほぼ均等な温度分布を有するように構成される。均等に加熱される又は暖められる面９は通常は面９に亘って不均一な温度分布を有してしまい、とりわけ中心領域１７は縁部領域１２よりもはるかに高い温度を有する。加熱された面９に亘るこのような温度分布は液体における粘性測定のためのセンサＳにおいて誤った乃至はあまり正確ではない結果をもたらす。これに対抗するために幾つかのとりわけ有利な実施形態では縁部領域１２を中心領域１７乃至は中心１８の周りの領域よりも強く加熱する。従って、本発明のセンサのとりわけ有利な実施形態では、少なくとも１つの加熱電極２の長さ単位あたりの抵抗が中心領域１７、有利には中心１８、とりわけ中心点１９までのその距離Ｅに依存して構成される。これによって高められた検出可能な粘性値の精度が必要でない場合には、ここに記述された実施形態に均等に加熱されるセンサＳを設けることもできる。
【００４６】
加熱電極２はその抵抗に従ってすなわちその損失電力に相応して加熱される。従って、センサＳの個々の領域を他の領域とは異なるように加熱するためには、加熱電極２が長さ単位あたりの異なる抵抗を有する少なくとも２つの領域を有するように構成される。加熱電極２の抵抗は製造材料の比抵抗からならびにその断面積から得られる。従って、加熱電極２は異なる断面積の少なくとも２つの領域を有するように構成され、この断面積変化は加熱電極２の同じ厚さにおける異なる幅によって、加熱電極２の同じ幅における異なる厚さによってならびにこれら両方の可能性の組み合わせによって達成されうる。付加的に又はこれとは無関係に、加熱電極２は異なる比抵抗を有する領域を有し、従って異なる材料から製造される領域を有するように構成されうる。これらの手段によって、加熱電極２の個々の領域は他の領域よりも高い又は低い温度を有することが達成されうる。
【００４７】
図６の加熱電極２の第３の実施形態では、メアンダ状に円形面に亘って経過する加熱電極２が中心１８から遠く離れて配置されている領域、従って縁部１２にある領域においてより僅少な幅を有し、これによって加熱電極２が縁部１２において中心１８よりも高い抵抗を有し、従って、縁部１２が中心１８よりも強く加熱される。これによって面９全体に亘って全体としては均等に加熱される加熱電極２の場合よりも均一な温度分布が生じる。
【００４８】
図７は円形状の面９に書き込まれたメアンダ状の加熱電極２の第４の実施形態を示す。加熱電極２はこの場合スパイラル状に取り付けられ、中心１８にゆくにつれて幅広くなる。図６の実施形態の場合のように、加熱電極２のこの構成も中心１８において大きな導体断面積を、すなわち長さ単位あたりの低減された抵抗及び加熱電極２のより小さい加熱を有する。
【００４９】
図８は円形の面９に書き込まれたメアンダ状加熱電極２の第５の実施形態を示す。加熱電極２はこの場合経過に亘って同一の幅を有するように図示されている。しかし、図６又は７の実施形態のように変化する幅を有する構成を設けることもできる。抵抗変化は図８の構成では例えば考えられる限りは加熱電極２の異なる厚さによって又は異なる比抵抗を有する材料の組み合わせによって実現される。
【００５０】
加熱電極２の同じ断面積及び材料において２つの隣接する加熱電極２を、所定の部分面が他の部分面よりも強く加熱されるように配置するように構成することもできる。つまり、縁部１２において加熱電極が中心１８よりも密集して存在するように構成される。
【００５１】
図９は加熱電極２の第６の実施形態を示し、この加熱電極２は矩形状の面９に広がって取り付けられ、この加熱電極２は領域毎に異なる断面積を有する。図示されているように、断面積はこの実施形態において中心線により形成されている中心１８から外側へ向かって減少していく。
【００５２】
とりわけ図６〜９に図示された本発明の加熱電極２の実施形態は本発明の概念的かつ原理的な具体例である。これらは決してこれらの加熱電極２の具体的な構成に関する制限ではない。とりわけ、加熱電極２の幅も加熱電極２の個々の領域の互いの間隔も単に原理的に図示されており、決してこれらに限定されるものではない。
【００５３】
単にとりわけ有利な実施形態である本発明の加熱電極２のここに図示された全ての実施形態においては、全ての可能な及び／又は記述された方法は長さ単位あたりの抵抗を変化させるために組み合わされうる。
【００５４】
加熱電極２の領域毎に異なる加熱の代わりに、多数の様々な加熱電極２を設けることができ、これらの様々な加熱電極２は異なって配置され、それぞれ異なる強さで加熱される。
【００５５】
本発明によれば、さらに、液体の粘性を測定するための装置が設けられ、センサＳは上記本発明の実施形態のうちの１つ又は複数に従って設けられる。
【００５６】
さらに本発明は液体の粘性の測定のための方法に関し、この方法ではセンサＳの少なくとも１つのセンシティブな表面８が測定すべき液体と接触させられ、センサ１が交流電圧の印加によって振動させられ、電気的パラメータ、有利には電圧及び電流の測定値から液体の粘性値がもとめられ、液体が加熱電極２によってセンシティブな表面８の領域において加熱される。
【００５７】
粘性測定のためのセンサＳは、この場合完全に液体に浸されることも単にセンシティブな表面８の領域において浸されることも乃至は表面８が液体によって被覆されることも可能である。加熱電極２は相応の加熱電圧の印加によって加熱され、これによってこの電極を取り囲む液体が加熱される。有利にはセンサＳに統合されている温度センサ２６を用いて液体の温度を測定する。
【００５８】
本発明の方法の有利な変形実施形態では、予め設定可能な温度に到達した場合には液体の加熱を中断し、電気的パラメータを測定し、液体の粘性値をもとめる。
【００５９】
多くのケースでは液体の粘性値は所定の温度でもとめられるだけでなく、有利には液体の粘性値は多数の予め設定可能な温度においてもとめられるように構成される。
【００６０】
予め設定可能な温度における液体の個々の粘性値から温度と液体の粘性との関係を示す曲線経過が形成される。
【００６１】
ここに記述された本発明のセンサ、装置及び／又は方法の有利な実施形態のいくつかの又は全ての特徴の組み合わせは本発明の枠内にある。
【００６２】
開示された全ての特徴の任意の組み合わせが構成されうる。同様に開示された特徴のうちの任意の特徴を省くように構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】斜め投影図における加熱電極の第１の実施形態を有する本発明のセンサの第１のとりわけ有利な実施形態を示す。
【図２】平面図における図１のセンサを示す。
【図３】裏面図における図１のセンサを示す。
【図４】図１のセンサの制御の概略的な図面を示す。
【図５】斜め投影図における加熱電極の第２の実施形態を有する本発明のセンサの第２の実施形態を示す。
【図６】加熱電極の第３の実施形態を示す。
【図７】加熱電極の第４の実施形態を示す。
【図８】加熱電極の第５の実施形態を示す。
【図９】加熱電極の第６の実施形態を示す。
【符号の説明】
【００６４】
Ｓ  センサ
１  圧電構成素子
２  加熱電極
３  第２の励振電極
４、５、６  導電性コンタクト面、端子
７  第１の励振電極
８  センサＳのセンシティブな表面
９  面
１０  加熱電圧源
１１  交流電圧源
１２  縁部領域
１３、１４  キャパシタンス
１５、１６  インダクタンス、抵抗
１７  中心領域
１８  中心
１９  中心点
２０  水晶
２１  交差指状すだれ電極
２２  導波層
２３  コイル
２４  電圧源
２５  負荷
２６  温度測定センサ
ＶＨ  直流電圧
ＶＡＣ  交流電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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