【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及用于监测流体的一个或多个电量的传感器设备，以及配备有所示类型的传感器的电气设备。本专利技术在开发过程中特别注意监测电介质流体的电介质强度，该电介质流体优选地是存在于电气设备的外壳中的流体，诸如用于电池热调节的流体。然而，所描述的传感器设备也适用于其他领域，或者与除电池之外的电气设备结合使用。
技术介绍
1、近来，出现了以越来越有效的方式对电池进行温度调节的需求，例如为车辆配备的电池。在某些情况下采用的技术解决方案是通过将电池单元浸入电介质流体中来直接冷却电池单元，以最大化热交换效率。这种解决方案的缺点是，如果与电池单元接触所用的流体不能保证足够的绝缘，则可能在电池组内部建立电流，从而显著降低效率，甚至导致潜在的非常危险的结果。
2、为了控制电池单元直接浸入其中的冷却液的电绝缘特性，已经提出了基于电参数测量(诸如电介质常数、阻抗、电导率的测量)的解决方案。然而，这些测量值仅与由电介质强度(即电场的极限值——超过该极限值，电传导通过所讨论的流体被产生)表示的实际感兴趣的量间接相关。
3、通常，用于电池热调节的流体应确保最小电介质强度不小于3kv/mm量级的值。根据现有技术，这些电介质强度值的直接测量将需要宏观尺寸的检测元件以及基于生成非常高且昂贵的电压的使用，并且这些电压潜在地表现为电磁噪声源并且对于在相对大的空间区域上可能触发雪崩现象是危险的。另一方面，仅测量流体的电导率并不总是能够准确地区分潜在的危险情况。
4、由于这些原因，通常遵循的方法因此是继续测量几个不同的电量，诸如
5、在除了示例的应用之外的应用中也发现了类似的问题，其中电介质流体与通用电气设备结合使用，例如用于其热调节。
技术实现思路
1、本专利技术基于对以下事实的考虑，即，特别是当诸如电池之类的电气设备的安全受到威胁时，希望具有一种传感器设备，该传感器设备并不仅依赖于间接测量或者间接参数的复杂相关性、并且基于难以穷尽的案例系统。
2、在这种情况下，本专利技术的目的本质上是获得一种能够监测由流体特别是电气设备(诸如电池)的热调节流体所保证的电绝缘程度的传感器设备。
3、本专利技术的另一个目的是获得一种在低电压下操作、但能够监测流体的高电阻和/或高电绝缘的传感器设备。
4、本专利技术的另一个目的是获得一种结构紧凑、能够监测流体的电绝缘的传感器设备。
5、本专利技术的一个辅助目的是获得一种传感器设备，即使在需要测量具有非常低电导率的物质的电绝缘程度的情况下，该传感器设备也可以方便地使用。
6、根据本专利技术，通过如下所述的传感器设备来实现以上目的中的一个或多个以及稍后将变得更清楚的其他目的。本专利技术的目的还通过包括这种传感器设备的电气设备来实现。本专利技术的优选实施例在所附的权利要求中被指示。权利要求形成本文提供的关于本专利技术的技术教导的组成部分。
7、根据本专利技术，提出了一种用于直接监测电介质强度的传感器设备，该传感器设备具有用于检测的小型化敏感部分，或者在任何情况下以包括在微米或亚微米或纳米距离处布置的至少一对检测电极的方式获得，以便即使从低电压开始也生成高电场，其中特别地，电极以固定位置在一个且同一支撑件上。通常，根据本专利技术的传感器设备的敏感部分包括至少两个电极，优选微电极，其被放置在100纳米和20微米之间的距离处，以便在它们之间限定测量间断或间隙，该间断或间隙适合于在低电压(大约在1和30v之间，优选在3和10v之间)下生成数kv/m的电场。
8、可以使用直流电压、具有各种频率、脉冲或各种形状的交流电压来进行检测。
9、在各种优选实施例中，借助于合适的电气或电子电路装置，使用直流电压来对具有已知或预定义电容的电容器充电，然后在测量间隙上放电，即，以便在两个电极之间生成电场。传感器设备最终可以被预先布置有电子驱动电路，该电子驱动电路在每个测量周期反转电极之间的极性，这将在下面详细描述。因此，根据本专利技术的可能实施例的传感器设备的可能操作方案规定了，使已知电容的电容器达到一定电压，然后从电源断开，并且然后连接到传感器设备的敏感部分：通过监测电容器端部的电压，在将其连接到浸入在流体中的敏感部份的测量间隙之后，可以获得流体本身的电介质强度的值的代表性信息，即其电绝缘程度的代表性信息。高度绝缘的流体将导致几乎无限的时间常数，而电容器的放电由于流体的传导而将变得更快。绝缘流体(诸如超纯水)在低电场下将表现出良好的绝缘性，而在高电场下将变得更具导电性：精确地对于这些类型的电介质流体，根据本专利技术的传感器设备允许区分仅经由导电率测量无法测量的情况。
10、根据本专利技术的其他实施例，传感器设备独立于电容器的使用，并且其操作是电阻型的，或者基于等效电阻的测量。
11、根据本专利技术的传感器设备的敏感部分可能包括以不同微米或亚微米或纳米距离布置在同一支撑件上的若干对电极，例如，各个电极彼此相距2、4、8、16微米，并且独立地和顺序地或同时地被供应低电压，例如16v的电压。如果对于所有提供的电极对，时间常数保持在特定阈值以上，则可以得出流体的电介质强度较高，例如，高于8kv/mm的结论；另一方面，如果在最小的测量间隙(在所陈述的示例中为2微米)处检测到放电，该放电明显快于在其他测量间隙处发生的放电，则可以得出流体的电介质强度被包括在例如4和8kv/mm之间的结论，依此类推。
12、当然，所给出的范例原则上适用，并且根据本专利技术的传感器设备将务必根据要测量的流体的类型以及与所用电极的形状相关地进行校准。
13、在各种优选实施例中，敏感部分的电极以薄膜的形式获得。限定了测量间隙的电极之间最短距离处的部分可能具有相对较小的曲率半径，其数量级为微米或更小，例如被包括在10至500纳米之间：这种电极具有显著的“尖端效应”，从而降低获得局部放电或击穿电压所需的电压，这种情况对于降低用于测量的电压的目的是有利的。在流体的情况下，术语“击穿电压”必须以动态的方式理解，因为-考虑到放电中涉及的流体体积非常有限，并且出于局部热运动、对流或可能的宏观流动而受制于持续混合-如果重复多次测量，原则上结果总是相同的，这不同于固体电介质，在固体电介质中不发生所述混合并且电介质随每次放电而改变特性。
14、薄膜技术的使用允许实现获得微电极所需的精度，或者在任何情况下微米或亚微米或纳米尺寸的测量间隙所需的精度。在各种实施例中，形成或组成电极的金属膜的厚度被包括在50纳米和2微米之间，优选地在100和500纳米之间。优选地，电极由至少两层组成，诸如由钛或铬制成的20-80纳米厚的第一层，具有增粘剂的功能，以及由铂、铜、镍或其他导体制成的第二层，通常为几百纳米厚。然而，根据其他实施例，可以使用由单一金属(优选铬或钛)形成的电极。
15、电极优选被沉积在同一个电绝缘支撑件上，例如由陶瓷(诸如氧化铝或氧化锆)或塑料材料制成。在其他实施例中，电极可以被沉积在由硅本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于监测电介质流体的电介质强度的传感器设备，所述传感器设备(10)具有传感器主体(11，15)，所述传感器主体(11，15)支撑被设计用于与所述电介质流体接触的敏感部分(SG1)，
2.根据权利要求1所述的传感器设备，其中，所述至少一对电极(E1，E2)的两个电极的所述表面部分(E1a，E2b)彼此间的距离被包括在100纳米至20微米之间。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的传感器设备，其中，所述电路布置被配置为：从电源电压开始在所述至少一对电极(E1，E2)的两个电极之间生成大于1kV/mm的电场，所述电源电压低于50V，优选地被包括在1和30V之间，非常优选地被包括在3和10V之间。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的传感器设备，其中，所述至少一对电极(E1、E2)的两个电极作为薄膜被获得，其厚度优选地被包括在50纳米和2微米之间，非常优选地被包括在100和500纳米之间。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的传感器设备，其中，所述电路布置至少包括：
6.根据权利要求1-4中任一项所述的传感器设备，其中，
7.根据权利要求1-6中任一项所述的传感器设备，其中，所述电路布置被配置用于获得双极驱动，或者用于在两个连续的检测周期之间使所述至少一对电极(E1，E2)的两个电极的电极性反转。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的传感器设备，其中，所述至少一对电极(E1，E2)包括多对电极(E2，E1)，每对电极限定至少一个所述检测间隙(G)。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的传感器设备，其中：
10.根据权利要求1-9中任一项所述的传感器设备，还包括温度检测器(RT1)，所述电路布置优选地被配置为：作为由所述温度检测(RT1)检测到的温度的函数对所述代表性电压(VC；VSG；VRX)的所测量值应用校正。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的传感器设备，其中，所述敏感部分(SG1)包括可操作地与所述至少一对电极(E1，E2)相关联的至少一个第三电极(E3)，并且其中，所述电路布置被配置为将所述至少一对电极(E1，E2)的两个电极分别用作源极和漏极，并且将所述第三电极(E3)用作栅极，特别是用于检测所述电介质流体(5)中可能性污染物的存在。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的传感器设备，其中，所述敏感部分(SG1)包括以下中的至少一个：
13.根据权利要求1-10中任一项所述的传感器设备，其中，所述传感器主体包括容纳承载所述敏感部分(SG1)的检测元件(30)的至少一个主体部分(15)，所述至少一个主体部分(15)具有一个或多个开口或通道(19，19a)，以使所述电介质(5)能够与所述敏感部分(SG1)的所述至少一对电极(E1，E2)接触。
14.根据权利要求13所述的传感器设备，其中，环形密封装置(26)通过以下方式被设置在所述至少一个主体部分(15)的壁(16a)和所述检测元件(30)之间：使得所述环形密封装置(26)与所述壁(16b)和所述检测元件(30)的相应部分一起界定检测室，所述一个或多个开口或通道(19)在所述检测室内打开，并且由所述检测元件(30)携带的所述敏感部分(SG1)面向所述检测室。
15.一种具有外壳(2)的电气设备(1)，所述外壳(2)限定了围堵容积(3)，电气部件(4)被布置在所述围堵容积(3)内，所述围堵容积适于接收电介质流体(5)，所述电气设备包括根据权利要求1-14中任一项所述的传感器设备，用于监测所述电介质流体(5)的电介质强度。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于监测电介质流体的电介质强度的传感器设备，所述传感器设备(10)具有传感器主体(11，15)，所述传感器主体(11，15)支撑被设计用于与所述电介质流体接触的敏感部分(sg1)，
2.根据权利要求1所述的传感器设备，其中，所述至少一对电极(e1，e2)的两个电极的所述表面部分(e1a，e2b)彼此间的距离被包括在100纳米至20微米之间。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的传感器设备，其中，所述电路布置被配置为：从电源电压开始在所述至少一对电极(e1，e2)的两个电极之间生成大于1kv/mm的电场，所述电源电压低于50v，优选地被包括在1和30v之间，非常优选地被包括在3和10v之间。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的传感器设备，其中，所述至少一对电极(e1、e2)的两个电极作为薄膜被获得，其厚度优选地被包括在50纳米和2微米之间，非常优选地被包括在100和500纳米之间。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的传感器设备，其中，所述电路布置至少包括：
6.根据权利要求1-4中任一项所述的传感器设备，其中，所述电路布置包括：
7.根据权利要求1-6中任一项所述的传感器设备，其中，所述电路布置被配置用于获得双极驱动，或者用于在两个连续的检测周期之间使所述至少一对电极(e1，e2)的两个电极的电极性反转。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的传感器设备，其中，所述至少一对电极(e1，e2)包括多对电极(e2，e1)，每对电极限定至少一个所述检测间隙(g)。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的传感器设备，其中：
10.根据权利要求1-9中任一项所述的传感器设备，还包括温度检测器(rt1)，所述电路布置优选地被配置为：作为...
【专利技术属性】
技术研发人员：马尔科·皮兹，保罗·贝格纳米诺，马尔科·费拉加塔，马泰奥·朗达诺，毛罗·佐尔泽托，
申请(专利权)人：埃尔特克有限公司，
类型：发明
国别省市：
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