專(zhuān)利名稱(chēng)：七電極電導(dǎo)率傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及海洋測(cè)量?jī)x器，特別是涉及測(cè)量海水中電導(dǎo)率的儀器。
背景技術(shù)：
在海洋研究領(lǐng)域，海水鹽度是基本的海洋水文要素，是海洋調(diào)查和海洋環(huán)境污染監(jiān)測(cè)中最重要的觀測(cè)項(xiàng)目之一。海水鹽度測(cè)量通過(guò)海水電導(dǎo)率測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)，利用電導(dǎo)率傳 感器測(cè)量海水鹽度，具有精確度高、速度快以及便于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，測(cè)量海水電導(dǎo)率已成 為海水鹽度測(cè)量的主要手段。因此，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量海水電導(dǎo)率的傳感器成為重要的海洋測(cè)量?jī)x器?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量海水電導(dǎo)率的傳感器主要分為感應(yīng)式和電極式，分別具有相應(yīng)的使用范 圍和特點(diǎn)。電極式電導(dǎo)率傳感器中，電導(dǎo)池為最重要的測(cè)量元件，多采用封閉式或半封閉式 結(jié)構(gòu)形式?，F(xiàn)有的電極式電導(dǎo)率傳感器通常為多電極電導(dǎo)率傳感器，通過(guò)測(cè)量電導(dǎo)池敏感電 極間海水電阻的變化來(lái)測(cè)定海水電導(dǎo)率。圖1顯示現(xiàn)有技術(shù)的一種七電極電導(dǎo)率傳感器的基本結(jié)構(gòu)。如圖1所示，七電極電導(dǎo)率傳感器呈圓柱狀，由上下兩個(gè)直徑不同的圓柱體水密 連接而成。上部帶彎頭的直徑較小的圓柱體為電導(dǎo)池1，下部是耐壓水密殼體3，電導(dǎo)池1 置于耐壓水密殼體3外部前端，電導(dǎo)池1與耐壓水密殼體3由連接座2連接。信號(hào)轉(zhuǎn)換電 路密封在耐壓水密殼體3內(nèi)，耐壓水密殼體3的后端有電纜密封接頭4。圖2顯示圖1中七電極電導(dǎo)率傳感器的電導(dǎo)池導(dǎo)流管的基本結(jié)構(gòu)。如圖2所示，電導(dǎo)池1的小圓柱體內(nèi)有精密加工整體車(chē)制的石英晶體導(dǎo)流管5，導(dǎo) 流管5的上方進(jìn)水口和下方出水口分別呈喇叭口的錐體形狀。導(dǎo)流管5內(nèi)壁有上下排列的 七個(gè)圓環(huán)電極6，圓環(huán)電極6由導(dǎo)流管5內(nèi)壁圓環(huán)凹槽內(nèi)鍍鉬膜電極構(gòu)成。七個(gè)電極的圓環(huán) 上下平行排列，并與導(dǎo)流管5的內(nèi)壁垂直。七個(gè)電極分為電流電極、電壓電極和接地電極， 以中間電流電極為中心上下對(duì)稱(chēng)設(shè)置著兩對(duì)電壓電極和一對(duì)接地電極。每個(gè)圓環(huán)電極6對(duì) 應(yīng)的導(dǎo)流管內(nèi)壁圓環(huán)凹槽內(nèi)，各有一個(gè)穿透管壁的圓柱小孔，圓環(huán)電極的鉬金絲引線7從 圓柱小孔引出。穿過(guò)管壁圓柱小孔的鉬金絲引線7與導(dǎo)流管石英管壁焊接一起。鉬金絲引 線7的一端與導(dǎo)流管內(nèi)壁圓環(huán)凹槽內(nèi)的鉬膜電極6燒結(jié)一起，另一端穿出導(dǎo)流管5的圓柱 小孔并與導(dǎo)流管外側(cè)的銅導(dǎo)線8焊接一起。銅導(dǎo)線8通過(guò)鉬金絲引線7將導(dǎo)流管內(nèi)壁的鍍 鉬膜圓環(huán)電極6連接耐壓水密殼體3內(nèi)的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路。信號(hào)轉(zhuǎn)換電路密封在耐壓水密殼體3內(nèi)的電路板上，信號(hào)轉(zhuǎn)換電路通過(guò)電纜密封 接頭4與傳感器外部的采集微處理器和顯示器連接。上述電導(dǎo)率傳感器進(jìn)行測(cè)量時(shí)，被測(cè)海水在電導(dǎo)池內(nèi)通過(guò)，來(lái)自信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的 激勵(lì)電流從中央電流電極饋入電導(dǎo)池，并分別流向兩個(gè)接地電極，在海水流體介質(zhì)里建立 起電場(chǎng)，產(chǎn)生感應(yīng)電壓。通過(guò)反饋電路的調(diào)整使兩個(gè)電壓電極兩端的電壓保持恒定后，則通 過(guò)兩個(gè)電壓電極間的電流就線性地比例于海水電導(dǎo)率。
C = K/Rc = K · Ic/Vc式中C為電導(dǎo)率，K為電導(dǎo)池常數(shù)，Rc為電壓電極間海水的等效電阻，Vc為Rc兩 端的固定壓降，Vc = Vcl+Vc2, Rc = Rcl+Rc2, Vcl、Vc2為兩對(duì)電壓電極間的電壓降，Ic為 通過(guò)電流電極的電流。被測(cè)海水電導(dǎo)率的測(cè)量信號(hào)由傳感器外部的采集微處理器和顯示器進(jìn)行數(shù)據(jù)處 理和顯示。 導(dǎo)流管5內(nèi)壁鍍鉬膜圓環(huán)電極6的內(nèi)側(cè)直接與導(dǎo)流管5內(nèi)流通的海水接觸，連接 鉬膜圓環(huán)電極6的鉬金絲引線7穿過(guò)導(dǎo)流管管壁上的圓柱小孔與連接水密殼體內(nèi)的導(dǎo)線8 焊接，因此，電導(dǎo)池導(dǎo)流管5必需具有很好的密封性能。導(dǎo)流管的外部利用環(huán)氧樹(shù)脂作為防 護(hù)絕緣體封裝，以以增加電導(dǎo)池導(dǎo)流管的密封性。但是，上述現(xiàn)有技術(shù)的七電極電導(dǎo)率傳感器導(dǎo)流管的密封性依然存在某些問(wèn)題， 會(huì)對(duì)傳感器的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定影響。導(dǎo)流管內(nèi)壁的鉬膜圓環(huán)電極與鉬金絲引線燒結(jié)工藝要求高，難度很大，因?yàn)殂f膜 圓環(huán)電極的厚度只有2微米，而鉬金絲引線的直徑為3毫米，兩者需要在1600°C的真空高溫 爐內(nèi)進(jìn)行多次燒結(jié)，才能真正熔化焊接一起。七根鉬金絲引線都要燒結(jié)牢固，任何一根燒結(jié) 不牢都會(huì)使整個(gè)昂貴的電導(dǎo)池?fù)p壞。而且，燒結(jié)接合處要密封，否則導(dǎo)流管內(nèi)會(huì)出現(xiàn)海水滲漏。導(dǎo)流管圓柱小孔內(nèi)的鉬金絲引線與導(dǎo)流管石英管壁焊接在一起，金屬材料的鉬金 絲引線與非金屬材料的石英管壁熱膨脹系數(shù)不一致，難以相互匹配吻合焊接，有時(shí)會(huì)出現(xiàn) 假焊現(xiàn)象。這種偶然出現(xiàn)的假焊情況，對(duì)于要經(jīng)受海水中高壓低溫和低溫高壓交替環(huán)境應(yīng) 力沖擊的電導(dǎo)率傳感器來(lái)說(shuō)，容易在導(dǎo)流管圓柱內(nèi)的鉬金絲與導(dǎo)流管石英管壁之間產(chǎn)生微 小隙縫，結(jié)合面上部分不良現(xiàn)象的出現(xiàn)會(huì)使海水滲入并降低絕緣性。上述鉬金絲引線與鉬膜圓環(huán)電極燒結(jié)以及與導(dǎo)流管石英管壁的焊接所出現(xiàn)的影 響密封的問(wèn)題，都會(huì)出現(xiàn)海水滲漏現(xiàn)象并降低傳感器的穩(wěn)定性。這種傳感器不穩(wěn)定性的測(cè) 量誤差的原因檢查以及測(cè)量結(jié)果的修正都非常困難，影響海水電導(dǎo)率的準(zhǔn)確測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的七電極電導(dǎo)率傳感器導(dǎo)流管的密封性存在的問(wèn)題，本發(fā)明推出一 種新結(jié)構(gòu)形式的七電極電導(dǎo)率傳感器，利用導(dǎo)流管柱形孔內(nèi)的鍍鉬膜內(nèi)層與導(dǎo)流管外側(cè)的 鉬金絲引線焊接，避免鉬金絲引線與鉬膜圓環(huán)電極直接燒結(jié)以及鉬金絲引線與導(dǎo)流管石英 管壁的焊接所出現(xiàn)的影響密封的問(wèn)題。本發(fā)明所涉及的七電極電導(dǎo)率傳感器呈圓柱狀，由上下兩個(gè)直徑不同的圓柱體水 密連接而成。上部帶彎頭的直徑較小的圓柱體為電導(dǎo)池，下部是耐壓水密殼體，電導(dǎo)池置于 耐壓水密殼體外部的前端。信號(hào)轉(zhuǎn)換電路密封在耐壓水密殼體內(nèi)，耐壓水密殼體的后端有 電纜密封接頭。電導(dǎo)池的小圓柱體內(nèi)有精密加工整體車(chē)制的石英晶體導(dǎo)流管，導(dǎo)流管的上方進(jìn)水 口和下方出水口分別呈喇叭口形狀。導(dǎo)流管內(nèi)壁有上下排列的七個(gè)圓環(huán)電極，圓環(huán)電極由 導(dǎo)流管內(nèi)壁圓環(huán)凹槽內(nèi)鍍鉬膜電極構(gòu)成。七個(gè)鍍鉬膜的圓環(huán)電極上下平行排列，并與導(dǎo)流 管的內(nèi)壁垂直。七個(gè)鍍鉬膜圓環(huán)電極分為電流電極、電壓電極和接地電極，以中間電流電極為中心上下對(duì)稱(chēng)設(shè)置著兩對(duì)電壓電極和一對(duì)接地電極。每個(gè)鍍鉬膜圓環(huán)電極對(duì)應(yīng)的導(dǎo)流管內(nèi)壁圓環(huán)凹槽內(nèi)，各有一個(gè)穿透導(dǎo)流管管壁的 圓柱孔，圓柱孔外端口呈喇叭口形狀，圓柱孔內(nèi)有鍍鉬膜內(nèi)層。圓柱孔內(nèi)端口的鍍鉬膜內(nèi)層 與鍍鉬膜圓環(huán)電極連接，圓柱孔外端口的鍍鉬膜內(nèi)層形成加厚鍍鉬膜焊圈，加厚鍍鉬膜焊 圈與導(dǎo)流管外側(cè)的鉬金絲引線的一端焊接，鉬金絲引線的另一端與連接傳感器耐壓水密殼 體內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的銅導(dǎo)線焊接。銅導(dǎo)線通過(guò)鉬金絲引線和圓柱孔內(nèi)的鍍鉬膜內(nèi)層將導(dǎo)流 管內(nèi)壁的鍍鉬膜圓環(huán)電極與耐壓水密殼體內(nèi)的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路連接。穿透導(dǎo)流管管壁的圓柱孔內(nèi)灌注彈性密封脂，提高導(dǎo)流管的密封性能。信號(hào)轉(zhuǎn)換電路密封在耐壓水密殼體內(nèi)的電路板上，信號(hào)轉(zhuǎn)換電路通過(guò)電纜密封接 頭與傳感器外部的采集微處理器和顯示器連接。利用本發(fā)明進(jìn)行海水測(cè)量電導(dǎo)率時(shí)，被測(cè)海水在電導(dǎo)池內(nèi)通過(guò)，來(lái)自信號(hào)轉(zhuǎn)換電 路的激勵(lì)電流從中央電流電極饋入電導(dǎo)池，并分別流向兩個(gè)接地電極，在海水流體介質(zhì)里 建立起電場(chǎng)，產(chǎn)生感應(yīng)電壓，通過(guò)分別檢測(cè)的兩對(duì)電壓電極之間電壓降信號(hào)，得出被測(cè)水樣 的電導(dǎo)率。海水電導(dǎo)率的測(cè)量信號(hào)由傳感器外部的采集微處理器和顯示器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯不。本發(fā)明所涉及的七電極電導(dǎo)率傳感器利用導(dǎo)流管柱形孔內(nèi)的鍍鉬膜內(nèi)層與導(dǎo)流管外側(cè)的鉬金絲引線焊接，避免鉬金絲引線與鉬膜圓環(huán)電極在接近海水處直接燒結(jié)，并在 外端口呈喇叭口形狀的圓柱孔內(nèi)灌注彈性密封脂，以避免鉬金絲引線與導(dǎo)流管石英管壁直 接焊接，從而提高導(dǎo)流管的密封性能，保障傳感器的穩(wěn)定性，使傳感器所具有的精度高、現(xiàn) 場(chǎng)使用方便等優(yōu)點(diǎn)得以充分發(fā)揮。本發(fā)明所涉及的七電極電導(dǎo)率傳感器既可用于海洋潛 標(biāo)、浮標(biāo)、定點(diǎn)測(cè)量CTD儀器，還可用于船用自容、電纜傳輸CTD剖面測(cè)量?jī)x器，也適合于各 類(lèi)高速垂直、水平或沉浮式運(yùn)行的海洋測(cè)量載體，如拖曳體、自航行剖面器、拋棄式探頭等， 具有良好的推廣和應(yīng)用前景。


圖1為七電極電導(dǎo)率傳感器的基本結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為現(xiàn)有技術(shù)的七電極電導(dǎo)率傳感器的電導(dǎo)池導(dǎo)流管結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明的七電極電導(dǎo)率傳感器電導(dǎo)池導(dǎo)流管結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)記說(shuō)明1、電導(dǎo)池2、連接座3、耐壓水密殼體4、電纜密封接頭5、導(dǎo)流管6、圓環(huán)電極7、鉬金絲引線8、導(dǎo)線9、電導(dǎo)池10、導(dǎo)流管11、鍍鉬膜圓環(huán)電極12、外側(cè)鉬金絲引線13、導(dǎo)線14、彈性密封脂
具體實(shí)施例方式現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明予以進(jìn)一步描述。圖3顯示本發(fā)明的七電極電導(dǎo)率傳感器電導(dǎo)池導(dǎo)流管的基本結(jié)構(gòu)。如圖3所示，本發(fā)明所涉及的七電極電導(dǎo)率傳感器的電導(dǎo)池9的小圓柱體內(nèi)有精 密加工整體車(chē)制的石英晶體導(dǎo)流管10，導(dǎo)流管10的上方進(jìn)水口和下方出水口分別呈喇叭 口形狀。導(dǎo)流管10內(nèi)壁有上下排列的七個(gè)鍍鉬膜圓環(huán)電極11，鍍鉬膜圓環(huán)電極11置于導(dǎo) 流管10內(nèi)壁圓環(huán)凹槽內(nèi)。七個(gè)鍍鉬膜圓環(huán)電極11的圓環(huán)上下平行排列，并與導(dǎo)流管10的 內(nèi)壁垂直。七個(gè)鍍鉬膜圓環(huán)電極11分為電流電極、電壓電極和接地電極，以中間電流電極 為中心上下對(duì)稱(chēng)設(shè)置著兩對(duì)電壓電極和一對(duì)接地電極。每個(gè)鍍鉬膜圓環(huán)電極11對(duì)應(yīng)的導(dǎo)流管內(nèi)壁圓環(huán)凹槽內(nèi)，各有一個(gè)穿透導(dǎo)流管管 壁的圓柱孔，圓柱孔外端口呈喇叭口形狀，圓柱孔內(nèi)有鍍鉬膜內(nèi)層。圓柱孔內(nèi)端口的鍍鉬膜 內(nèi)層與鍍鉬膜圓環(huán)電極11連接，圓柱孔外端口的鍍鉬膜內(nèi)層形成加厚鍍鉬膜焊圈，加厚鍍 鉬膜焊圈與導(dǎo)流管外側(cè)的外側(cè)鉬金絲引線12的一端焊接，鉬金絲引線12的另一端與連接 傳感器耐壓水密殼體內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的銅導(dǎo)線13焊接一起。銅導(dǎo)線13通過(guò)外側(cè)鉬金絲引 線12和圓柱孔內(nèi)鍍鉬膜內(nèi)層將導(dǎo)流管內(nèi)壁的鍍鉬膜圓環(huán)電極11連接耐壓水密殼體內(nèi)的信 號(hào)轉(zhuǎn)換電路。
權(quán)利要求
一種七電極電導(dǎo)率傳感器，由上下兩個(gè)直徑不同的圓柱體水密連接而成，上部為電導(dǎo)池，下部是耐壓水密殼體，信號(hào)轉(zhuǎn)換電路密封在耐壓水密殼體內(nèi)，電導(dǎo)池的小圓柱體內(nèi)有整體車(chē)制的石英晶體導(dǎo)流管，導(dǎo)流管內(nèi)壁有上下平行排列的七個(gè)圓環(huán)電極，圓環(huán)電極由導(dǎo)流管內(nèi)壁圓環(huán)凹槽內(nèi)鍍鉑膜圓環(huán)電極構(gòu)成，其特征在于每個(gè)鍍鉑膜圓環(huán)電極對(duì)應(yīng)的導(dǎo)流管內(nèi)壁圓環(huán)凹槽內(nèi)，各有一個(gè)穿透導(dǎo)流管管壁的圓柱孔，圓柱孔內(nèi)有鍍鉑膜內(nèi)層；圓柱孔內(nèi)端口的鍍鉑膜內(nèi)層與鍍鉑膜圓環(huán)電極連接，圓柱孔外端口的鍍鉑膜內(nèi)層與導(dǎo)流管外側(cè)的鉑金絲引線的一端焊接，鉑金絲引線的另一端與連接傳感器耐壓水密殼體內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的銅導(dǎo)線焊接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的七電極電導(dǎo)率傳感器，其特征在于，導(dǎo)流管的上方進(jìn)水口和 下方出水口分別呈喇叭口形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的七電極電導(dǎo)率傳感器，其特征在于，穿透導(dǎo)流管管壁的圓柱 孔外端口呈喇叭口形狀，圓柱孔喇叭口形狀的外端口的鍍鉬膜內(nèi)層形成加厚鍍鉬膜焊圈， 加厚鍍鉬膜焊圈與導(dǎo)流管外側(cè)的鉬金絲引線的一端焊接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的七電極電導(dǎo)率傳感器，其特征在于，穿透導(dǎo)流管管壁的圓柱 孔內(nèi)灌注彈性密封脂。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種新型結(jié)構(gòu)的七電極電導(dǎo)率傳感器，電導(dǎo)池導(dǎo)流管內(nèi)壁有上下排列的七個(gè)鍍鉑膜圓環(huán)電極，每個(gè)圓環(huán)電極對(duì)應(yīng)的導(dǎo)流管內(nèi)壁的圓環(huán)凹槽內(nèi)，各有一個(gè)穿透導(dǎo)流管管壁的圓柱孔，圓柱孔內(nèi)有鍍鉑膜內(nèi)層。圓柱孔內(nèi)端口的鍍鉑膜內(nèi)層與鍍鉑膜圓環(huán)電極連接，圓柱孔外端口的鍍鉑膜內(nèi)層形成加厚鍍鉑膜焊圈，加厚鍍鉑膜焊圈與導(dǎo)流管外側(cè)的鉑金絲引線的一端焊接，鉑金絲引線的另一端與連接傳感器耐壓水密殼體內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的銅導(dǎo)線焊接。穿透導(dǎo)流管管壁的圓柱孔內(nèi)灌注彈性密封脂，從而避免鉑金絲引線與導(dǎo)流管石英管壁直接焊接，提高了導(dǎo)流管的密封性能和傳感器的穩(wěn)定性，使傳感器所具有的精度高、現(xiàn)場(chǎng)使用方便等優(yōu)點(diǎn)得以充分發(fā)揮。
文檔編號(hào)G01R27/22GK101839944SQ201010165360
公開(kāi)日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2010年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月7日
發(fā)明者蘭卉, 張金平, 李建國(guó) 申請(qǐng)人:國(guó)家海洋技術(shù)中心