DE4446597C2 - Vorrichtung zur Detektion von Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Detektion von Flüssigkeiten, die zwei mit einem geringen Abstand zueinander angeordnete, flächenhafte elektrische Kon­ takte aufweist und bei der die Kontakte auf einem saug­ fähigen und elektrisch nichtleitenden Substrat aufge­ bracht sind.

Bei einer bekannten derartigen Vorrichtung werden in­ nerhalb eines Gewebes zwei Drähte parallel nebenein­ ander derart angebracht, daß bei einem Auftreffen von ausreichend großen Tropfen die Drähte leitend durch die Flüssigkeit verbunden sind. Aufgrund des Abstandes der Drähte können mit einer derartigen Vorrichtung jedoch kleine Tropfen nicht erfaßt werden. Darüber hinaus ist es schwierig, eine großflächige Flüssigkeitsüberwachung zu realisieren. Dies liegt insbesondere daran, daß erhebliche Leitungsverluste auftreten, die eine große Dämpfung der auftretenden Effekte zur Folge haben. Ebenfalls besteht das Problem, daß nach dem Auftreten einer Leckage eine Restleitfähigkeit verbleiben kann, so daß nur eine einmalige Verwendung gewährleistet ist.

In der DE-PS 2 84 867 wird eine Vorrichtung zur Messung des Wassergehaltes eines Mediums beschrieben. Hierzu wird ein Körper, dessen elektrischer Widerstand von seiner jeweiligen Feuchtigkeitsaufnahme abhängig ist, zwischen zwei elektrische Kontakte geschaltet. Der je­ weilige Widerstand wird meßtechnisch bestimmt.

Aus der DE-OS 18 06 486 ist es bekannt, einen stabför­ migen Körper im Bereich seiner Enden mit elektrischen Kontakten zu versehen. Der Körper kann beispielsweise aus einer porrösen Substanz ausgebildet und zur Aufnah­ me von Feuchtigkeit geeignet sein. Ebenfalls ist es aus dieser Druckschrift bereits bekannt, eine mit Ausneh­ mungen versehene Elektrode zu verwenden, die einen Zu­ gang zum porösen Material durch die Elektrode hindurch ermöglicht.

Die DE-PS 9 40 071 zeigt eine Vorrichtung zur Ermittlung dieses Feuchtigkeitsgehaltes von Substanzen, bei der flächenartig ineinander verschachtelte Leiterbahnen von Elektroden gabelartig ineinander eingreifen. Die Lei­ terbahnen sind auf einem Träger aufgebracht, dessen Widerstand durch Feuchtigkeitsaufnahme veränderbar ist.

In der DE 28 45 269 A1 wird ein Bauteil aus faserver­ stärktem Kunststoff beschrieben, bei dem kapazititve Flächengeber verwendet sind, deren Dielektrikum aus einer hygroskopischen Schicht besteht. Hierdurch ist eine Feuchtigkeitserfassung möglich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vor­ richtung der einleitend genannten Art derart auszu­ bilden, daß eine sensible flächenhafte Flüssigkeits­ detektion ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens einer der Kontakte eine flüssigkeitsdurch­ lässige Konsistenz aufweist, daß die Kontakte auf ein­ ander abgewandten Seiten des Substrates angeordnet sind, daß mindestens einer der Kontakte als mit Durch­ lässen versehene Metallschicht ausgebildet ist und daß die Kontakte und das Substrat entsprechend einem Plattenkondensator angeordnet sind.

Die flüssigkeitsdurchlässige Konsistenz der Kontakte ermöglicht ein Eindringen der Flüssigkeiten in das Substrat und hierdurch eine Veränderung der Dielektrizitätskonstante des Substrates. Somit wird auch die Kapazität des ausgebildeten Kondensators verändert.

Ebenfalls ist es möglich, bei Realisierung einer ent­ sprechenden Empfindlichkeit einer elektronischen Aus­ wertung eine Gasdetektion durch Veränderung der Dielektrizitätskonstante des Substrates durchzuführen. Bei einer Detektion von Flüssigkeiten führen bereits sehr kleine einzelne Tröpfchen zu einer erkennbaren Veränderung der elektrischen Eigenschaften.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden auf dem Substrat als Basisschicht Adsorbentien aufgebracht. Hierdurch können Eigenschaften als Warnsensor mit Eigenschaften als Sicherheitssaugschicht kombiniert werden, ohne eine Verminderung der Sensitivität hervor­ zurufen.

Durch entsprechende Spülvorgänge ist nach einer Flüssigkeitsdetektion in einfacher Weise eine Reinigung möglich, so daß eine Regeneration zur Wiederverwend­ barkeit durchgeführt wird.

Eine preiswerte und leichte Ausführungsform wird dadurch bereitgestellt, daß das Substrat aus Papier ausgebildet ist.

Eine Beeinflussung einer Ausbreitungsrichtung der Flüssigkeiten durch Faserrichtungen wird dadurch er­ möglicht, daß das Substrat aus Textilgewebe ausgebildet ist.

Eine zweckmäßige Anordnung besteht darin, daß die Kontakte auf einander abgewandten Seiten des Substrates angeordnet sind.

Ein mögliches Fertigungsverfahren besteht darin, daß mindestens einer der Kontakte als mit Durchlässen versehene Metallschicht ausgebildet ist. Eine mögliche Realisierung besteht in einer Aufdampfung einer Metall­ schicht.

Ein anderes Fertigungsverfahren wird dadurch bereit­ gestellt, daß mindestens einer der Kontakte aufgedruckt ist.

Eine Geometrie der Kontakte zur Bereitstellung sowohl einer ausreichenden Flüssigkeitsdurchlässigkeit als auch einer ausreichenden Kontaktierung wird dadurch realisiert, daß mindestens einer der Kontakte gitter­ artig ausgebildet ist.

Eine andere Materialauswahl besteht darin, daß mindestens einer der Kontakte als Graphitschicht ausge­ bildet ist.

Zur Bereitstellung adsorbierender Eigenschaften wird vorgeschlagen, daß einer der Kontakte als Aktivkohle­ schicht ausgebildet ist.

Eine Detektion von nichtleitenden Flüssigkeiten wird insbesondere dadurch unterstützt, daß die Kontakte und das Substrat entsprechend einem Plattenkondensator an­ geordnet sind.

Eine hohe Sensibilität bei der Detektion von nicht­ leitenden Flüssigkeiten wird dadurch bereitgestellt, daß der Kondensator als Wickelkondensator ausgebildet ist. Eine derartige Ausbildung ist allerdings vor­ wiegend für lokal begrenzte und nicht für flächenhafte Flüssigkeitsdetektionen zweckmäßig.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der Vorrichtung als Querschnitt mit neben einer Kontaktschicht angeordnetem Flüssigkeitstropfen,

Fig. 2 die Vorrichtung gemäß Fig. 1 mit einge­ drungenem Flüssigkeitstropfen

Fig. 3 eine modifizierte Vorrichtung, bei der auf dem Substrat eine adsorbierende Schicht aufge­ bracht ist.

Gemäß der Ausführungsform in Fig. 1 weist die Vor­ richtung ein Substrat (1) auf, das saugfähig und elek­ trisch nichtleitend ist. Das Substrat (1) kann porös ausgebildet sein. Insbesondere ist an eine Ausbildung aus Papier oder Textilgewebe gedacht. Im Bereich von zwei einander abgewandter Oberflächen (2, 3) des Sub­ strates (1) sind Kontakte (4, 5) angeordnet.

Die Kontakte (4, 5) weisen eine für Flüssigkeiten durch­ lässige Konsistenz auf. Dies kann beispielsweise da­ durch realisiert werden, daß die Kontakte (4, 5) als eine mit Unterbrechungen versehene aufgedampfte oder aufgedruckte Metallschicht ausgebildet sind. Insbeson­ dere ist hierbei an eine gitterförmige Ausbildung ge­ dacht. Es ist aber auch möglich, beispielsweise Gra­ phitschichten oder Schichten von Aktivkohle zu verwen­ den. Graphitschichten können vorzugsweise aufgedruckt werden, Schichten aus Aktivkohle können mechanisch oder chemisch aufgebracht werden. Die Auswahl des jeweiligen Materials für die Kontakte (4, 5) erfolgt in Abhängig­ keit von den chemischen und physikalischen Eigenschaf­ ten der zu detektierenden Flüssigkeit.

Die Kontakte (4, 5) sind über Anschlußleitungen (6, 7) und ein Meßinstrument (8) an eine Stromquelle (9) ange­ schlossen. Mit Hilfe des Meßinstrumentes (8) kann eine Kapazität bestimmt werden. Die Stromquelle (8) ist gemäß der Ausführung in Fig. 1 als Gleichstromquelle ausgebildet. Für Kapazitätsmessungen ist aber auch an eine Verwendung von Wechselstromquellen gedacht.

Die Kapazitätsmessung kann beispielsweise durch Verwen­ dung einer zusätzlichen Induktivität im Bereich des Meßinstrumentes (8) zur Ausbildung eines Schwingkreises erfolgen. Es würde dann die jeweilige Resonanzfrequenz ermittelt.

Fig. 2 veranschaulicht die Vorrichtung gemäß Fig. 1 nach einem Eindringen des Flüssigkeitstropfens (10) in den Bereich des Substrates (1). Es ist ersichtlich, daß aufgrund der saugfähigen Eigenschaften des Substrates (1) bereits ein geringer Anteil des Flüssigkeitstropfens (10) ausreichend ist, um eine Ver­ änderung der Dielektrizitätskonstante zu erreichen.

Gemäß der Ausführungsform in Fig. 3 ist einer der Kon­ takte (4, 5) als saugfähige Schicht ausgebildet. Dies kann beispielsweise durch eine Ausbildung aus Aktiv­ kohle erfolgen. Zusätzlich zur Kontaktierung über das Substrat (1) erfolgt zusätzlich eine Adsorbtion der austretenden Flüssigkeit. Hierdurch werden die elek­ trischen Eigenschaften der Aktivkohleschicht selber nicht verändert. Dies hat den Vorteil, daß eine Re­ generation durch Spülung in einfacher Weise möglich ist.

Der Ablauf bei einer Verwendung der Vorrichtung gemäß Fig. 2 ist dabei derart, daß die Vorrichtung mit dem nichtadsorbierenden Kontakt (4) in Richtung des zu er­ wartenden Flüssigkeitseintrittes ausgerichtet wird. Nach dem Eindringen eines Flüssigkeitstropfens (10) erfolgt zunächst eine Verbindung zwischen den Kontakten (4, 5) durch die Verteilung des Flüssigkeitstropfens (10) innerhalb des Substrates (1) beziehungsweise die entsprechende Veränderung der Dielektrizitätskonstante. Aufgrund der Eigenschaften des adsorbierenden Kontaktes (5) wandert jedoch der Flüssigkeitstropfen (10) durch das Substrat (1) hindurch, so daß nach einem Abschluß des Adsorbtionsvorganges allenfalls geringe Reste des Flüssigkeitstropfens (10) innerhalb des Substrates (1) verbleiben.

Grundsätzlich wird ein Aufbau der Vorrichtung derart für zweckmäßig gehalten, daß in Richtung eines vorge­ sehenen Flüssigkeitseintrittes der Kontakt (4), das Substrat (1) und der Kontakt (5) hintereinander ange­ ordnet sind. Die Abstandsdimensionierung der Kontakte (4) und somit die Dimensionierung des Substrates (1) kann in Abhängigkeit von den jeweils vorliegenden An­ wendungsanforderungen erfolgen. Insbesondere kann hier­ durch eine Anpassung von Empfindlichkeit der Detektion und zu erwartender Größe der Flüssigkeitstropfen (10) erfolgen. Bei sehr kleinen Flüssigkeitstropfen (10) ist ein geringer Abstand der Kontakte (4, 5) vorteilhaft.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Detektion von Flüssigkeiten, die zwei mit einem geringen Abstand zueinander ange­ ordnete, flächenhafte elektrische Kontakte aufweist und bei der die Kontakte auf einem saugfähigen und elektrisch nichtleitenden Substrat aufgebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Kontakte (4, 5) eine flüssigkeitsdurchlässige Konsistenz aufweist, daß die Kontakte (4, 5) auf einander abgewandten Seiten des Substrates (1) an­ geordnet sind, daß mindestens einer der Kontakte (4, 5) als mit Durchlässen versehene Metallschicht ausgebildet ist und daß die Kontakte (4, 5) und das Substrat (1) entsprechend einem Plattenkondensator angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Substrat (1) aus Papier ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Substrat (1) aus Textilgewebe ausge­ bildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Substrat (1) aus festem, porösem Mate­ rial ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Kon­ takte (4, 5) aufgedruckt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Kon­ takte (4, 5) aufgedampft ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Kon­ takte (4, 5) gitterartig ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Kon­ takte (4, 5) als Graphitschicht ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß einer der Kontakte (4, 5) als Aktivkohleschicht ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß der aus den Kontakten (4, 5) und dem Substrat (1) ausgebildete Kondensator als Wickelkondensator ausgebildet ist.