制造感應式電導率傳感器的方法和感應式電導率傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于制造感應式電導率傳感器的方法和一種根據(jù)這種方法制造 的感應式電導率傳感器。
【背景技術】
[0002] 感應式電導率傳感器大量應用在實驗室中以及用于檢測液態(tài)介質(zhì)的電導率的過 程測量技術中。這些感應式電導率傳感器優(yōu)選用于出現(xiàn)很大的測量范圍和很高的化學或熱 負荷的地方。這例如在大量工業(yè)上的化學過程的情況中，但也可以在熱蒸汽滅菌法的情況 下，該熱蒸汽滅菌法通常由于在食品技術領域中的嚴格的衛(wèi)生要求而使用。
[0003] 基于提到的要求，往往使用高性能塑料。例如將聚醚醚酮（縮寫PEEK)作為耐高 溫熱塑性塑料，其屬于聚芳醚酮的原料組。聚醚醚酮（縮寫PEEK)是具有高抗拉和抗彎強 度、高沖擊韌性、高疲勞強度、高化學穩(wěn)定性的半結(jié)晶熱塑性塑料，并且是不易燃的。
[0004] 感應式電導率傳感器包括發(fā)送線圈和接收線圈，它們通常設計為環(huán)形線圈，也被 稱為環(huán)狀線圈（Toroidspule)。這種電導率傳感器按照雙變壓器的方式起作用，其中，將發(fā) 送和接收線圈以如下程度導入到介質(zhì)中，即，使得可以構(gòu)造出延伸穿過介質(zhì)的、穿過發(fā)送和 接收線圈的、閉合的電流路徑。當發(fā)送線圈被作為輸入信號的交變電壓信號激勵時，發(fā)送線 圈產(chǎn)生磁場，該磁場在穿過線圈的、本身閉合的介質(zhì)路徑中感應出電流，該電流的強度依賴 于介質(zhì)的電導率。因為該交變電流在介質(zhì)中再次引起圍住介質(zhì)的變化的磁場，所以在接收 線圈中感應出交變電流作為輸出信號。該由接收線圈作為輸出信號提供的交變電流或相應 的交變電壓是對介質(zhì)的電導率的度量。
[0005] 為了給發(fā)送線圈供應交變電壓，感應式電導率傳感器包括與發(fā)送線圈連接的驅(qū)動 電路。此外，為了檢測接收線圈的輸出信號，電導率傳感器還包括與接收線圈電連接的接收 電路，該接收電路設計用于將檢測到的且必要時由接收電路處理過的測量信號向傳感器電 子器件發(fā)出，該傳感器電子器件用于對測量信號進一步處理并且必要時數(shù)字化。電導率傳 感器通常設計為能至少以區(qū)段形式沉入到介質(zhì)中的測量探頭。這種測量探頭具有殼體，在 該殼體中安裝有發(fā)送和接收線圈，必要時還有驅(qū)動電路和接收電路以及其他與發(fā)送和接收 電路整合在傳感器電路中的電路部件。在這種設計方案中，測量探頭與外部的上級單元，例 如顯示單元、測量變換器或計算機連接。上級單元不僅可以設計用于向測量探頭供能，而且 可以設計用于與測量探頭進行數(shù)據(jù)通訊?？蛇x地維持在測量探頭中的傳感器電路可以設計 用于將經(jīng)進一步處理的、必要時經(jīng)數(shù)字化的測量信號向上級單元傳遞。相應的測量值可以 通過上級單元借助顯示裝置顯示出或者通過數(shù)據(jù)接口發(fā)出。
[0006] 感應式電導率傳感器的線圈可以以不同的類型和方式配設有殼體。在已知的方法 中，構(gòu)成如下的線圈組合件，在其中，首先以耗費的方法將線圈置入到獨立的線圈殼體中， 并且緊接著在該線圈殼體中利用塑料來注塑包封。這樣產(chǎn)生的組合件隨后被導入到傳感器 殼體中。需要完成獨立的線圈殼體，以便在注塑包封時保護線圈以防在噴注過程期間的高 噴注壓力和非常高的溫度。由于線圈對壓力和溫度非常敏感，所以除了線圈組合件有很高 的準備和裝配耗費之外，在該準備期間還存在很高的廢品風險。
[0007] 在已知的傳感器中，兩個線圈布置在電路板的各一側(cè)上，并且緊接著將預裝配的 電路板置入到傳感器殼體中。在此，電路板具有開口，構(gòu)造為環(huán)形線圈的線圈定位在該開口 周圍。在電路板置入到傳感器殼體中之后，殼體通過套管封閉，該套管穿過殼體的壁導入到 殼體中，并且引導穿過電路板的開口。在此，套管的兩個端部在與殼體的分離部位上與該殼 體粘接。隨后，傳感器殼體的內(nèi)部空間以灌封材料來填充。除了粘合部位（其在粘合過程 之前必須被清潔）的準備耗費以外，還需要在粘合的過渡部位上進行修整。在套管與殼體 之間構(gòu)造出的粘合間隙具有不同于殼體的熱膨脹系數(shù)，其中，在使用感應式傳感器時的溫 度變化過程期間粘合間隙可能被去除。此外，粘合劑具有比塑料更差的化學穩(wěn)定性。為了 制造兩個獨立的粘合部位，需要耗費的操作，其需要更多的時間耗費。
[0008] 由DE10 2010 042 832已知了一種借助超聲波熔焊的過程。
[0009] 由JoachimNehr于 2011 年在UniversitjitStuttgart(斯圖加特大學）發(fā)表的題 目為"Neuro-Fuzzy-ModellierungzurumfassendenProzessilberwachungamBeispiel desUltraschallschweiPensvonKunststoffteilen"（例如超聲波恪焊塑料部件的用于 全面的過程監(jiān)控的神經(jīng)模糊建模）的博士論文說明了如下的超聲波熔焊過程：
[0010]由轉(zhuǎn)換器、升壓器和超聲焊頭構(gòu)成的能振蕩的系統(tǒng)通過借助轉(zhuǎn)換器中的壓電元件 的激勵處于超聲波的范圍內(nèi)的縱向振蕩下。在此，典型的振蕩頻率是20kHz、30kHZ、35kHz 或40kHz(取決于機器的制造商和要熔焊的工件的大?。Ｔ诩s6μm至13μm的范圍內(nèi)的 原始的振蕩振幅（依賴于振蕩頻率）通過升壓器（也被稱為振幅轉(zhuǎn)換件）和超聲焊頭視具 體應用和材料而定地以系數(shù)1至5增強。通過超聲焊頭的機械聯(lián)接，將振蕩導引到工件中。 通過內(nèi)摩擦和界面摩擦吸收振蕩能量，在這里，形成的熱量導致在接合區(qū)域中的局部熔融， 并且由此導致兩個接合配對的連接。
[0011] 在超聲波熔焊時的流程劃分為三個階段：1)啟動，其中，超聲焊頭移動到要連接 的構(gòu)件上，并且在可調(diào)整的力的情況下進行機械聯(lián)接。2)實際的熔焊階段，在該熔焊階段期 間，在施予力的情況下通過轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的振蕩被導入到構(gòu)件中，并且促成構(gòu)件的熔融以及 連接。3)保持階段，其用于冷卻在熔焊時形成的熔化物直到構(gòu)造出結(jié)實的焊縫。
[0012] 根據(jù)通過超聲焊頭的振蕩導入與熔焊區(qū)域之間的間距來區(qū)分近場和遠場，其中， 界限約6_。最好利用堅固的熱塑性塑料執(zhí)行遠場熔焊，因為由于熔焊力引起的部件彎曲應 保持得盡可能小或應完全避免。由于抗剪模數(shù)和機械的損耗系數(shù)，往往在遠場中僅焊接非 結(jié)晶塑料。半結(jié)晶性塑料僅應在近場中焊接，半結(jié)晶性塑料往往在明顯低于熔點時已具有 明顯的衰減增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明的任務在于，給出一種用于制造感應式電導率傳感器的方法，在該方法中， 使得在套管與殼體的連接過程期間的操作變得簡單，并且在避免很高的準備耗費的情況下 實現(xiàn)了套管與殼體之間的穩(wěn)定連接。
[0014] 該任務通過如下方法來解決，在該方法中，在電路板兩側(cè)安設包圍電路板的開口 的線圈，并且將電路板連同線圈一起導入到殼體中，其中，將套管穿過殼體的第一凹部并穿 過電路板的開口導入到殼體中，其中，套管包括第一端部區(qū)段和第二端部區(qū)段，并且套管以 第一端部區(qū)段首先導入到殼體中，并且其中，套管借助超聲焊頭通過超聲波熔焊與殼體焊 接。該方法的特征在于，不僅將套管的第一端部區(qū)段而且也將套管的第二端部區(qū)段與殼體 焊接，超聲焊頭在套管上僅放到第二端部區(qū)段那側(cè)上。
[0015] 因此，與現(xiàn)有技術相比減少了制造耗費，使整個制造方法得到簡化。相對粘接連接 在不變的質(zhì)量的情況下得到更高的穩(wěn)定性。此外，新方法更環(huán)保，因為不使用溶劑。
[0016] 通常，超聲波熔焊要么在遠場中執(zhí)行要么在近場中執(zhí)行。然而在這里，優(yōu)選套管的 第一端部區(qū)段借助遠場熔焊而第二端部區(qū)段借助近場熔焊同時與殼體焊接。
[0017] 在有利的設計方案中，為了構(gòu)造第一焊縫的縫幾何形狀使用擠壓縫 (Quetschnaht)，其中，套管的第一端部區(qū)段包括第一能量集中器（下面稱為第一集中器）， 并且為了構(gòu)成第一焊縫，第一集中器在第一端部區(qū)段的區(qū)域中與殼體的第一平面對應。在 替選的有利設計方案中，集中器位于殼體上并且與套管上的第一平面對應。
[0018] 集中器通常是將某物整合、匯聚或壓縮的技術設備。在本申請的意義下，"集中器" 可以理解為集中的熔接區(qū)域，也就是說如下的區(qū)域，在該區(qū)域上通過特定的結(jié)構(gòu)和幾何形 狀使得材料由于超聲波熔焊而開始熔化。
[0019] 在優(yōu)選的改進方案中，為了構(gòu)造第二焊縫的縫幾何形狀使用擠壓縫，其中，殼體包 括楔形輪廓，并且為了構(gòu)成第二焊縫，楔形輪廓在第二端部區(qū)段的區(qū)域中與套管的第二平 面對應。在替選的有利設計方案中，套管包括楔形輪廓并且與殼體的第二平面對應。
[0020] 在有利的設計方案中，為了構(gòu)造第三焊縫的縫幾何形狀使用擠壓縫，其中，殼體包 括第二能量集中器（下面稱為第二集中器），并且為了構(gòu)成第三焊縫，第二集中器在第二端 部區(qū)段的區(qū)域中與套管的斜面對應。在替選的有利設計方案中，套管包括第二集中