(57)【要約】本発明によって提案されるのは、液体（１０）の粘度および少なくとも１つの別の液体特性を測定する粘度センサ装置であり、この粘度センサ装置は、圧電式粘度センサ装置（５）と、第１給電線路（７）と、第２のセンサ装置（５０；５０′；６０；６０′）と、第２給電線路（７′，７″）とを有しており、上記圧電式粘度センサ装置（５）は、完全に、測定すべき液体（１０）内にあり、また容積縮みを電気的に駆動制御するため、液体（１０）に対して耐性がある電気的コンタクト箇所（６）を表面に有し、上記の第１給電線路（７）は、液体（１０）に対して耐性があり、一方では液体（１０）の外部にある駆動制御／評価電子回路に接続され、他方では粘度センサ装置（５）の表面の上記のコンタクト箇所（６）に接続され、上記の第２のセンサ装置（５０；５０′；６０；６０′）は、少なくとも１つの別の液体特性を検出し、粘度センサ装置（５）の表面に設けられており、電気的駆動制御のために粘度センサ装置（５）の表面に、液体（１０）に対して耐性がある電気的コンタクト箇所（５８）を有し、上記の第２給電線路（７′，７″）は、液体（１０）に対して耐性があり、一方では液体（１０）の外部にある駆動制御／評価電子回路に接続され、他方では第２のセンサ装置（５０；５０′；６０；６０′）の前記コンタクト箇所に接続されている。
2006522918.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体（１０）の粘度および少なくとも１つの別の液体特性を測定する粘度センサ装置において、
該粘度センサ装置は、圧電式粘度センサ装置（５）と、第１給電線路（７）と、第２のセンサ装置（５０；５０′；６０；６０′）と、第２給電線路（７′，７″）とを有しており、
前記圧電式粘度センサ装置（５）は、完全に、測定すべき液体（１０）内にあり、また容積縮みを電気的に駆動制御するため、液体（１０）に対して耐性がある電気的コンタクト箇所（６）を表面に有し、
前記第１給電線路（７）は、液体（１０）に対して耐性があり、一方では液体（１０）の外部にある駆動制御／評価電子回路に接続され、他方では粘度センサ装置（５）の表面の前記コンタクト箇所（６）に接続され、
前記の第２のセンサ装置（５０；５０′；６０；６０′）は、少なくとも１つの別の液体特性を検出し、粘度センサ装置（５）の表面に設けられており、電気的駆動制御のために粘度センサ装置（５）の表面に、液体（１０）に対して耐性がある電気的コンタクト箇所（５８）を有し、
前記第２給電線路（７′，７″）は、液体（１０）に対して耐性があり、一方では液体（１０）の外部にある駆動制御／評価電子回路に接続され、他方では第２のセンサ装置（５０；５０′；６０；６０′）の前記コンタクト箇所に接続されるとを有することを特徴とする、
液体（１０）の粘度および少なくとも１つの別の液体特性を測定する粘度センサ装置。
【請求項２】
前記の圧電式粘度センサ装置（５）は円板状の水晶として構成されており、
該水晶は電気的な駆動制御によってせん断共振させられ、
粘度センサ装置（５）のコンタクト箇所（６）は、円板状の水晶の表側および裏側に構成されている、
請求項１に記載の粘度センサ装置。
【請求項３】
前記の粘度センサ装置（５）のコンタクト箇所（６）より、表側および裏側が縁部領域にて空けたままにされており、当該縁部領域に前記第２センサ装置（５０；６０）が設けられている、
請求項２に記載の粘度センサ装置。
【請求項４】
前記第２センサ装置（５０′；６０′）は、電気的に絶縁されて粘度センサ装置（５）の前記コンタクト箇所（６）に設けられている、
請求項１から３までのいずれか１項に記載の粘度センサ装置。
【請求項５】
前記の電気的なコンタクト箇所（５８）は、電気的に絶縁されて粘度センサ装置（５）の前記コンタクト箇所（６）に設けられている、
請求項４に記載の粘度センサ装置。
【請求項６】
前記第１給電線路（７）は、コンタクトばねとして構成されている、
請求項１から５までのいずれか１項に記載の粘度センサ装置。
【請求項７】
前記第２給電線路（７′）は、コンタクトばねとして構成されている、
請求項６に記載の粘度センサ装置。
【請求項８】
前記の第１および第２のコンタクトばね（７，７′）は２極のコンタクトばねにまとめられる、
請求項７に記載の粘度センサ装置。
【請求項９】
粘度センサ装置（５）は、底面（２０）およびキャップ（２１）を有する保護容器（２）に収容されており、
該保護容器は液体（１０）に入れることができる、
請求項１から８までのいずれか１項に記載の粘度センサ装置。
【請求項１０】
前記の第１および第２給電線路（７；７′；７″）は、前記保護容器（２）のキャップ（２１）および／または底面（２０）のブッシング（３）、例えばガラスブッシング（３）を介して当該保護容器（２）から導き出されている、
請求項９に記載の粘度センサ装置。
【請求項１１】
前記第２センサ装置（５０；５０′）は温度センサ装置である、
請求項１から１０までのいずれか１項に記載の粘度センサ装置。
【請求項１２】
前記第２センサ装置（６０；６０′）は容量式センサ装置である、
請求項１から１１までのいずれか１項に記載の粘度センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
従来の技術
本発明は、粘度センサ装置に関する。
【０００２】
液体、殊に例えばエンジンオイルなどの液体のエンジン動作補助剤（Betriebsstoff）を監視する際には、液体の化学的および物理的な複数の特性を使用して、その「状態」を監視することができる。この際に実際の液体状態に対する重要な評価判定条件は、粘度ηであり、これは粘度センサによって測定することができる。
【０００３】
粘度測定のため、例えば水晶から作製される圧電式せん断共振器（Dickenscherschwinger）がしばらく前から使用されている。これについては例えばS. J. Martin等によるSens. Act.A44（1994）第209〜218頁を参照されたい。このような圧電せん断共振器が粘性の液体に浸されると、固有振動の共振周波数およびその減衰が、粘性の液体の密度および粘度に依存して変化する。通例の液体に対する密度は、粘性よりも極めてわずかにしか変化しないため、上記のようなコンポーネントは実質的に粘度センサになる。
【０００４】
DE 101 12433 A1には、圧電式センサ装置および給電線路を有する粘度センサ装置が開示されており、ここでこの圧電式センサ装置は完全に、測定すべき流体内にあり、また電気的な駆動制御のため、液体に対して耐性がある電気コンタクトを有する。また上記の給電線路は、液体に対して耐性があり、また一方では液体の外部にある駆動／評価電子回路に接続されており、他方では有利な金属微粒子を有する導電性接着剤によってセンサ装置のコンタクト箇所に接続されている。
【０００５】
多くの液体において粘度は温度に大きく依存するため、温度センサによって温度Ｔを同時に検出して測定データを評価する必要がある。また各液体は、その状態に依存する典型的な温度粘度特性｛ｎ(Ｔ)，Ｔ｝を有する。この特性はさまざまな粘度温度値ペア｛ｎ(Ｔ)，Ｔ｝を測定し、補間することによって簡単に求めることができる。この特性は、粘度の絶対値を検出することの他に、例えば温度が固定の場合に液体の状態を評価するために使用可能である。例えばエンジンオイルの場合のように動作時に液体が大きな温度範囲にわたって加熱されまた再冷却される場合、Ｔ−η特性は殊に簡単に求めることができる。
【０００６】
今日、粘度を検出するため、粘度センサおよび温度センサからなるセンサペアが使用される。これらの２つの素子は、空間的に互いに離れており、互いに直接熱的にコンタクトしていない。このように熱的なコンタクトがないことにより、殊に液体における急激な温度変化（例えばエンジンのウォーミングアップ時）および温度変動（不均一な温度分布）の際に上記の２つのセンサ素子間に温度差が発生することになる。このような作用はさらにつぎによって増幅される。すなわち、上記の２つのセンサ素子が、質量および材料が異なることに起因して、異なる速さで温度変化に反応することによって増幅されるのである。つまり、このような場合、温度センサから示された温度は、粘度センサにおける温度に等しくないのである。この結果、真のＴ−η特性の経過からは偏差し、また粘度絶対値の誤った解釈にも特性Ｔ−η曲線の誤った解釈にも結び付く温度−粘度測定値ぺアが得られてしまうのである。
【０００７】
この関係の例は図５に示されている。この場合に温度Ｔと粘度測定信号ｎ(Ｔ)との間の極めて直線的な真の経過Ｃ１は、粘度センサと温度センサとが空間的に離れていることによって、また極めて異なる「反応時間」によって正確に検出されない。急速に加熱し、引き続き冷却する場合、実際の直線的な経過Ｃ１とは異なり、ヒステリシスの経過Ｃ２が観察される。粘度センサと温度センサとの温度が合った点（測定の開始および終了における比較的小さな温度勾配ならびに高温に達する少し前）においてのみ、測定した値のペア｛ｎ(Ｔ)，Ｔ｝は、Ｔ−η曲線の真の経過上に位置するのである。
【０００８】
実際の液体状態に対する評価判定条件として重要な別の量は、相対的な誘電率および導電率であり、これは多くの場合に容量式の構造によって実現される容量式センサによって測定可能である。これらの量においても、離れたセンサによる検出が不利であることが判明している。例えば上に述べた温度差はここでも少なくとも間接的な作用を、検出した測定信号に及ぼすのである。
【０００９】
液体の粘度および少なくとも１つの別の液体特性を測定する本発明の粘度センサ装置は、圧電式粘度センサ装置と、第１給電線路と、第２のセンサ装置と、第２給電線路とを有しており、上記圧電式粘度センサ装置は、完全に、測定すべき液体内にあり、また容積縮み（Volumenschwingung）を電気的に駆動制御するため、液体に対して耐性がある電気的コンタクト箇所を表面に有し、上記の第１給電線路は、液体に対して耐性があり、一方では液体の外部にある駆動制御／評価電子回路に接続され、他方では粘度センサ装置の表面の上記コンタクト箇所に接続され、上記の第２のセンサ装置は、少なくとも１つの別の液体特性を検出し、粘度センサ装置の表面に設けられており、電気的駆動制御のために粘度センサ装置の表面に、液体に対して耐性がある電気的コンタクト箇所を有し、上記の第２給電線路は、液体に対して耐性があり、一方では液体の外部にある駆動制御／評価電子回路に接続され、他方では第２のセンサ装置のコンタクト箇所に接続されている。
【００１０】
発明の利点
請求項１の特徴的構成を有する本発明の粘度センサ装置は、公知の解決へのアプローチとは異なり、つぎのような利点を有する。すなわち、粘度センサと少なくとも１つの別のセンサとをただ１つのセンサ素子に空間的に組み合わせることによって、空間的に離れていることに起因する上記の欠点に対抗することができるという利点を有するのである。
【００１１】
本発明の根幹にあるアイデアは、少なくとも１つの別の液体特性を検出する少なくとも１つの第２センサ装置を粘度センサ装置の表面に設けることにある。ここでこの第２センサ装置は、電気的駆動制御に対する電気的コンタクト箇所を粘度センサ装置の表面に有する。
【００１２】
従属請求項には本発明の対象の有利な発展形態および改良が記載されている。
【００１３】
有利な発展形態によれば、圧電式粘度センサ装置は円板状の水晶として構成され、ここでこの水晶は電気的な駆動制御によってせん断共振させることができ、粘度センサ装置のコンタクト箇所は、円板状の水晶の表側および裏側に構成される。
【００１４】
別の有利な発展形態によれば、粘度センサ装置のコンタクト箇所により、表側および裏側が縁部領域において空けたままにされており、この縁部領域に上記の第２センサ装置が設けられている。
【００１５】
別の有利な発展形態によれば、第２センサ装置は、電気的に絶縁されて粘度センサ装置の上記コンタクト箇所に設けられている。
【００１６】
別の有利な発展形態によれば、上記の電気的なコンタクト箇所は電気的に絶縁されて粘度センサ装置の上記コンタクト箇所に設けられている。
【００１７】
別の有利な発展形態によれば、上記の第１給電線路はコンタクトばねとして構成される。
【００１８】
別の有利な発展形態によれば、上記の第２給電線路はコンタクトばねとして構成される。
【００１９】
別の有利な発展形態によれば、上記の第１および第２のコンタクトばねは２極のコンタクトばねにまとめられる。
【００２０】
別の有利な発展形態によれば、粘度センサ装置は、底面およびキャップを有する保護容器に収容されている。この保護容器は液体に入れることができる。
【００２１】
別の有利な発展形態によれば、上記の第１および第２給電線路は、上記の保護容器のキャップおよび／または底面のブッシング、例えばガラスブッシングを介してこの容器から導き出されている。
【００２２】
別の有利な発展形態によれば、上記の第２センサ装置は温度センサ装置である。
【００２３】
別の有利な発展形態によれば、上記の第２センサ装置は容量式センサ装置である。
【００２４】
図面
本発明の実施例を図面に示し、以下の説明において詳述する。
【００２５】
ここで、
図１は、本発明の粘度センサ装置およびその構造の第１実施例を示しており、
図２は、本発明の粘度センサ装置およびその構造の第２実施例を示しており、
図３は、本発明の粘度センサ装置およびその構造の第３実施例を示しており、
図４は、本発明の粘度センサ装置およびその構造の第４実施例を示しており、
図５は、離れたセンサペアにおいて温度に依存して検出した粘度のヒステリシス経過Ｃ２と、直線的な真の経過Ｃ１とを示している。
【００２６】
実施例の説明
図面において同じ参照符号は同じコンポーネントまたは機能的に同じコンポーネントを表す。
【００２７】
図１は、本発明の粘度センサ装置およびその構造の第１実施例を示している。
【００２８】
図１によれば容器２は、底面２０と、取り外し可能にそれに取り付けられたキャップ２１とからなる２ピースで構成されており、完全に、測定すべき液体１０内にある。キャップ２１は、液体の交換のために側方および／または上方に配置された開口部４を有し、上側に配置された開口部は有利には液体のインレットとして、またさらに下側に配置された開口部は有利には液体のアウトレットとして使用される。容器２の底面２０は、ガラスブッシング３ないしは３′の２つのペアを有している。
【００２９】
センサ装置１全体は、すでに上で述べたように、粘度ないしは別の液体特性を測定すべき液体１０内にある。このために開口部４を通して容器２全体も液体１０で満たされている。
【００３０】
ここの第１実施例では液体１０としてオイルを使用し、使用した材料はこの実施例に対して設計したものである。しかしながら相応に有利な材料を伴う別の液体も考えられる。
【００３１】
粘度センサ５、例えば圧電水晶は、円板状に構成されており、容器２の液体１０内に完全に浸されている。円板状の粘度センサ５は２つのコンタクト箇所６を表側および裏側に１つずつ有しており、これらのコンタクト箇所はこの実施例では金またはクローム電極６として構成されている。オイル、例えばエンジンオイルまたはトランスミッションオイルにおける所定の適用において、金またはクローム電極は殊にロバストな材料であることが判明している。
【００３２】
コンタクト箇所６は有利な導電性接着剤８を介して給電線路７に接続されており、これらの給電線路はこの実施例によれば、金メッキまたはクロームメッキされたワイヤとして構成されている。これらの金メッキないしはクロームメッキされたワイヤも、オイルにおける所定の適用において殊にロバストな導体材料であることが判明している。給電線路７は付加的に、圧電水晶円板を機械的に受け止めるため、スリットが入れられたコンタクトばね７として構成されている。
【００３３】
導電性接着剤８によって保証されるのは、コンタクト箇所６における圧電水晶円板５とコンタクトばね７との電気的かつ機械的なコンタクトである。等方性の導電性接着剤８は、この実施例によれば、有利にはエポキシ樹脂、フェノール樹脂および／またはポリイミドからなる。有利には導電性接着剤８の材料は、エポキシフェノールベースである。等方性の導電性接着剤８は、有利には薄片状または球状ないしはこれらが混ざり合った金属微粒子、有利にはニッケルおよび／または金微粒子を有する。ここでニッケルないしは金微粒子約２μｍ〜２０μｍの微粒子サイズを有する。導電性接着剤８におけるニッケルないしは金微粒子の濃度は７５〜９５重量％である。
【００３４】
給電線路７は、ガラスブッシング３によって容器２の底面２０を通して直接導くか、または有利な接続テクニックによって、例えば容器２の底面２０における接続ワイヤとの相応の溶接によって接続することができる。重要であるのは、コンタクト箇所６および給電線路７を介するセンサ装置５と、容器２の外部にある駆動制御／評価電子回路との電気接続が、センサ装置５の電気的な駆動制御および引き続いての結果の評価に対して形成されることである。ここで使用されるコンタクト箇所６、導電性接着剤８および給電線路７は、測定すべき液体１０に対して耐性がある。
【００３５】
例えば白金抵抗の形態の温度センサ５０と粘度センサ５との間の可能な限りに良好な空間的重なりおよび両者の間の可能な限りに良好な熱的な接続を達成するため、温度センサ５０は粘度センサ５の水晶円板に直接取り付けられる。温度センサ５０を配置する際には以下のことに注意しなければならない。すなわち、
上記の取り付けによって発生しても良いのは、水晶の（一定で）わずかな付加的減衰だけであり、温度センサ５０は水晶電極６から電気的に離れていなければならず、また測定法によって水晶の付加的な振動が励起されてはならないのである。
【００３６】
したがって温度センサ５０は、第１実施例において、せん断共振がすでに大きく減衰されている、電極領域の外側の水晶縁部領域に取り付けられる。
【００３７】
温度センサ５０も同様に２つのコンタクト箇所を有しており、これらは別のコンタクトばね７′のペアを介してコンタクトされている。コンタクトばね７′も同様に導電性接着材によってコンタクト箇所に接着されており、またガラスブッシング３′を通して容器２の外部に導かれ、ここで温度センサの信号を取り出すことができる。
【００３８】
図２は、本発明の粘度センサ装置およびその構造の第２実施例を示している。
【００３９】
第２実施例では、温度センサ５０′の載置は、電極６の中央で直接行われており、これは殊に熱電対および薄膜抵抗において有利である。電気的な絶縁のため電極６と温度センサ５０′との間には（図示しない）絶縁層が設けられている。
【００４０】
ここで温度センサ５０′の電気接続は、電極６から絶縁された導体路５２によって行われ、ここでこれはコンタクト箇所５８で終端している。この第２実施形態ではコンタクトばね７″は２心で形成されており、２つずつのコンタクト領域７ａ，７ｂを有する。ここでコンタクト領域７ａは電極６にコンタクトしており、またコンタクト領域７ｂはコンタクト領域５８にコンタクトしている。コンタクト領域７ａ，７ｂも同様に導電性接着剤によって相応のコンタクト箇所に接着されている。これにより、コンタクトばね７″のただ１つのペアを介して、粘度センサ５および温度センサ５０′の信号を別個に容器２の外部に導き、後続処理をすることができる。
【００４１】
図３は、本発明の粘度センサ装置およびその構造の第３実施例を示している。
【００４２】
第３実施例では、第１実施例の温度センサ５に代わって容量式センサ６０が電極領域の外の水晶縁部領域に取り付けられている。ここではせん断共振はすでに大きく減衰されている。さらにコンタクトばね３′の代わりにフレキシブルな接続ワイヤ３′が容量式センサ６０の接続のために設けられている。
【００４３】
その他の点で第３実施例は第１実施例と同じである。
【００４４】
図４は、本発明の粘度センサ装置およびその構造の第４実施例を示している。
【００４５】
第４実施例では、第２実施例の温度センサ５０′に代わって容量式センサ６０′が電極６の中央に絶縁されて直接載置されている。
【００４６】
その他の点で第４実施例は第２実施例と同じである。
【００４７】
上では本発明を有利な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、多種多様に変更可能である。
【００４８】
例えばオイルとは異なる液体を測定することができる。この際にはこの液体について耐性のあるコンタクト箇所材料、相応する金属微粒子を有する導電性接着剤および給電線路材料を使用すべきである。
【００４９】
別の変形形態として水晶共振子の底部プレートまたはコンタクトばねに別のセンサを配置することも考えられる。
【００５０】
すべての変形形態に対して別個の温度センサを使用することができる。すなわち、例えば、温度依存性の抵抗（例えばＰｔ薄膜抵抗）または熱電対を使用可能である。さらに電気抵抗が温度と共に変わるメタリゼーションを水晶基板にデポジットすることによってＴＳを直接実現することも考えられる。
【００５１】
同様に別の容量式センサを使用することも可能である。
【００５２】
本発明は、また上に示した付加センサの取り付け箇所に制限されることもない。重要であるのは、この付加センサが、電気的な駆動制御にも、粘度センサの機械的な共振特性にもマイナスに作用しないことだけである。
【００５３】
粘度センサの脇に２つ以上のセンサ、例えば、粘度センサ、温度センサおよび容量式センサの３つの組合せを設けることも考えられる。
【００５４】
上記では水晶は、キャップおよび底面プレートを有する保護容器に収容されていた。これは必ずしも必要ではない。同様に考えられるのは、キャップなしにまたはキャップおよび底面プレートなしに水晶を完全に液体に浸すことである。液体のない外部空間へのブッシングは底面プレートの下側でも実現可能であり、ないしは付加的なコンタクト箇所をコンタクトばね領域と、外部空間への別のブッシングとの間に設けることができる。
【００５５】
最後にコンタクト素子としてコンタクトばねを使用することは必ずしも必要ではない。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の粘度センサ装置およびその構造の第１実施例を示す図である。
【図２】本発明の粘度センサ装置およびその構造の第２実施例を示す図である。
【図３】本発明の粘度センサ装置およびその構造の第３実施例を示す図である。
【図４】本発明の粘度センサ装置およびその構造の第４実施例を示す図である。
【図５】離れたセンサペアにおいて温度に依存して検出した粘度のヒステリシス経過Ｃ２と、直線的な真の経過Ｃ１とを示す線図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  粘度センサ装置、  ２  容器、  ３，３′  ガラスブッシング、  ４  開口部、  ５  水晶センサ、  ６  コンタクト箇所、  ７，７′  コンタクトばね、  ７′  フレキシブルワイヤ、  ７ａ，７ｂ  コンタクト領域、  ８  導電性接着剤、  １０  液体、  ２０  底面、  ２１  キャップ、  ５０，５０′  温度センサ、  ６０，６０′  容量式センサ、  ５２  導体路、  ５８  コンタクト箇所
【図１】
2006522918.tif 000003
【図２】
2006522918.tif 000004
【図３】
2006522918.tif 000005
【図４】
2006522918.tif 000006
【図５】
2006522918.tif 000007
【国際調査報告】
2006522918.tif 000008
2006522918.tif 000009
2006522918.tif 000010
2006522918.tif 000011
2006522918.tif 000012
2006522918.tif 000013