傳感器及用于制造所述傳感器的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種傳感器和一種用于制造所述傳感器的方法，該傳感器特別是導(dǎo)電的電導(dǎo)率傳感器，以確定測(cè)量變量特別是介質(zhì)的電導(dǎo)率。
【背景技術(shù)】
[0002]例如來自WO 2010/072483的傳導(dǎo)性的電導(dǎo)率傳感器是從現(xiàn)有技術(shù)公知的。后者包括至少兩個(gè)電極，其浸入到待測(cè)介質(zhì)中用于測(cè)量。為了確定介質(zhì)的電解電導(dǎo)率，人們確定介質(zhì)中的電極測(cè)量路徑的電阻或者導(dǎo)納。如果電池常數(shù)是已知的，該信息然后用于檢測(cè)測(cè)量介質(zhì)的電導(dǎo)率。電極經(jīng)由線路或者電纜連接到測(cè)量變送器上。后者然后用于基于測(cè)量數(shù)據(jù)來確定電導(dǎo)率。
[0003]電極嵌入到傳感器元件中。傳感器元件依次連接到過程接口。這種傳感器元件和過程接口的組合在下面被稱為“傳感器”。過程連接用于將傳感器連接到待測(cè)介質(zhì)。該過程接口可以例如經(jīng)由配件引入到介質(zhì)中，例如快速更換配件。
[0004]在現(xiàn)有技術(shù)下，在傳感器元件和過程接口之間的連接點(diǎn)處，邊緣，隆起、毛刺，和其它不規(guī)則性出現(xiàn)在傳感器上。污物、塵土和介質(zhì)可能粘到這些區(qū)域上。結(jié)果，這些傳感器不適于衛(wèi)生的要求。
[0005]本發(fā)明致力于供給符合衛(wèi)生要求的傳感器的任務(wù)。特別是，符合對(duì)于直接食品接觸的FDA、USP Class V1: 3A和EHEDG的衛(wèi)生要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]該任務(wù)由傳感器解決，該傳感器帶有:過程接口，該過程接口主要成形為中空?qǐng)A柱體，并且由金屬、特別是不銹鋼制成，該過程接口具有至少兩個(gè)內(nèi)部段;和主要的圓柱形的傳感器元件，該傳感器元件主要由陶瓷制成，設(shè)有第一區(qū)域和第二區(qū)域，該第一區(qū)域?qū)鞲衅髟脒^程接口中，傳感器元件借助該第二區(qū)域從過程接口伸出；其中傳感器元件的第一區(qū)域具有至少兩段，過程接口和傳感器元件的相應(yīng)的第一段被設(shè)計(jì)為壓配合，并且過程接口和傳感器元件的相應(yīng)的第二段產(chǎn)生間隙。
[0007]結(jié)果，傳感器元件可以被引入到過程接口中，而沒有邊緣、隆起和毛刺，通常沒有不規(guī)則性，以從而滿足標(biāo)準(zhǔn)的衛(wèi)生要求。
[0008]在一個(gè)有利的進(jìn)一步演變中，將間隙設(shè)計(jì)為接收粘結(jié)劑，并且傳感器元件被粘結(jié)到過程接口上。這增強(qiáng)了傳感器元件和過程接口的連接。
[0009]在一個(gè)優(yōu)選的布置中，過程接口具有至少一個(gè)內(nèi)部圓柱形的第一段和第二段，第一段具有第一內(nèi)徑，并且第二段具有第二內(nèi)徑，其中第二段布置在過程接口的一個(gè)端部，并且第二內(nèi)徑大于第一內(nèi)徑。
[0010]有利的，傳感器元件的第一部分以至少一個(gè)圓柱形的第一段和圓柱形的第二段為特征，使第一段具有第一外徑，并且第二段具有至少一個(gè)第二外徑，使傳感器元件的第一外徑主要與過程接口的第一內(nèi)徑對(duì)應(yīng)，并且對(duì)于傳感器元件的第一段和過程接口的第一段設(shè)計(jì)用于壓配合。
[0011 ]優(yōu)選的是傳感器元件的第二段和過程接口的第二段產(chǎn)生間隙。由于傳感器元件和過程接口的圓柱形的形式，間隙關(guān)于公共的圓柱體軸線軸向延伸。
[0012]在一個(gè)優(yōu)選的進(jìn)一步的演變中，間隙被設(shè)計(jì)為傳感器元件的第二段中的溝槽，其中特別是第二外徑小于第一外徑。這易于制造并且允許粘結(jié)劑的接收。
[0013]在一個(gè)有利的布置中，過程接口部分具有至少第一外徑以及第二外徑，其中過程接口在一個(gè)端部包括第二外徑，并且其中第二外徑大于第一外徑。通過將較大的外徑磨削和/或車削(參見以下)到較小的外徑上，可以獲得符合衛(wèi)生要求的傳感器元件和過程接口之間的過渡。
[0014]在一個(gè)有利的實(shí)施例中，傳感器元件包括至少兩個(gè)、優(yōu)選的四個(gè)金屬電極，并且傳感器元件以這種方式設(shè)計(jì)，使得至少一個(gè)電極的前面與介質(zhì)接觸。
[0015]有利的，電極設(shè)計(jì)用于測(cè)量測(cè)量變量、特別是電導(dǎo)率，并且經(jīng)由傳感器元件和過程接口連接到數(shù)據(jù)處理單元。這允許使用適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電子器件的測(cè)量變量的確定。
[0016]通過制造傳感器的過程進(jìn)一步解決該任務(wù)，傳感器包括過程接口和傳感器元件，包括以下步驟:制造過程接口，該過程接口主要成形為中空?qǐng)A柱體，并且由金屬、特別是不銹鋼制成，其中過程接口具有至少兩個(gè)內(nèi)部段;制造主要圓柱形形狀的陶瓷的傳感器元件，該傳感器元件設(shè)有第一部分和第二部分，該第一部分將傳感器元件引入過程接口，該第二部分使傳感器元件從過程接口伸出，其中傳感器元件第一部分具有至少兩段，使過程接口和傳感器元件的相應(yīng)的第一段被設(shè)計(jì)為壓配合，并且過程接口和傳感器元件的相應(yīng)的第二段產(chǎn)生間隙；對(duì)過程接口和傳感器元件去除油脂；以及通過將粘結(jié)劑至少引入間隙中并且將傳感器元件引入過程接口中，通過粘結(jié)將傳感器元件結(jié)合到過程接口中。
[0017]該方法此外優(yōu)選的包括以下步驟:在烤箱中熱處理傳感器。由此將粘結(jié)劑干燥。
[0018]在一個(gè)有利的進(jìn)一步的演變中，過程接口至少部分以第一外徑和第二外徑為特征，其中過程接口在一個(gè)端部包括第二外徑，并且其中第二外徑大于第一外徑。該方法優(yōu)選地進(jìn)一步包括以下步驟:磨削和/或車削具有第二外徑的過程接口的端部，以及將傳感器元件的第二部分磨削到過程接口的第一外徑和/或研磨過程接口的端部和傳感器元件的第二部分。通過將較大外徑磨削和/或車削到較小外徑，可以獲得符合衛(wèi)生要求的傳感器元件和過程接口之間的過渡。過渡沒有邊緣、間隙，隆起等。
[0019]傳感器元件優(yōu)選地包括至少兩個(gè)電流電極以及兩個(gè)電壓電極，使交變電流被施加在電流電極之間，其中特別是借助于無電流測(cè)量來測(cè)量電壓電極之間產(chǎn)生的電位差，其中所施加的交變電流和所測(cè)量的電位差被用于確定測(cè)量變量、特別是介質(zhì)的電導(dǎo)率。
【附圖說明】
[0020]參考以下的附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明，它們示出:
[0021 ]圖1根據(jù)本發(fā)明的傳感器的概覽，
[0022]圖2傳感器的一個(gè)過程接口，
[0023]圖3傳感器的一個(gè)傳感器元件，以及
[0024]圖4a/b/c根據(jù)本發(fā)明的傳感器的剖視圖(圖4a)，過程接口的端部的磨削之前(圖4b)和之后(圖4c)的側(cè)視圖。
[0025]在附圖中，相同的特征用相同的附圖標(biāo)記表示。
【具體實(shí)施方式】
[0026]根據(jù)本發(fā)明的傳感器整體用附圖標(biāo)記I表示并且示出在圖1中。
[0027]將基于電導(dǎo)率傳感器、特別是基于傳導(dǎo)性的電導(dǎo)率傳感器解釋本發(fā)明。潛在的想法可以同樣適用于使用金屬電極的其他類型傳感器。來自過程自動(dòng)化的領(lǐng)域的各種各樣的傳感器諸如PH傳感器、安培傳感器等是可以想象的。
[0028]傳感器I包括傳感器元件3和過程接口2 ο傳感器元件3由技術(shù)陶瓷諸如二氧化鋯、通常非導(dǎo)電材料制成。在一個(gè)實(shí)施例中，二氧化鋯通過鎂、鋁或銥而穩(wěn)定。過程接口 2由金屬、特別是不銹鋼制成。過程接口 2可用于將傳感器I附接到容器4。
[0029]例如由鉑制成的金屬電極9嵌入到傳感器元件3中，更精確的嵌入到凹槽10中。電極9和傳感器元件3共同形成復(fù)合材料，即例如它們已經(jīng)被燒結(jié)在一起。這防止任何介質(zhì)滲入電極9和傳感器元件3之間的傳感器I的內(nèi)部。在傳感器元件3的前側(cè)，電極9的前側(cè)是自由的，并且在電導(dǎo)率測(cè)量過程中與待測(cè)介質(zhì)5接觸。優(yōu)選的，電極9和傳感器元件3的前側(cè)齊平；然而，在一個(gè)實(shí)施例中，電極9還可以從傳感器元件3中伸出，或者布置成傳感器元件3上更加凹進(jìn)。
[0030]圖1示出測(cè)量容器4中介質(zhì)5的傳感器I。該容器4可以為盆、管道、管線等。設(shè)備(未示出)用于將傳感器I附接到容器4上，諸如托架或者配件，例如，快速更換配件。
[0031]基本上，能夠是傳導(dǎo)性的電導(dǎo)率傳感器的兩種實(shí)施例，即帶有兩個(gè)或者帶有四個(gè)電極9。圖1示出帶有兩個(gè)電極9的布置。
[0032]在測(cè)量模式過程中，對(duì)兩個(gè)電極9都施加交變電流。通過浸入到介質(zhì)5中的傳感器I使用連接到電極9的測(cè)量變送器8來確定阻抗。電極9經(jīng)由傳感器元件3和連接到傳感器元件3的過程接口 2用連接端子諸如電纜連接到接口 6上。接口 6或者同樣包括接口 6的電纜將電極9與測(cè)量變送器8連接。接口 6可以被設(shè)計(jì)為電隔離的、例如電感接口。
[0033]將傳感器的電池常數(shù)考慮在內(nèi)，可以確定介質(zhì)5的特定的電阻和/或特定的電導(dǎo)率。得到的測(cè)量數(shù)據(jù)可以通過測(cè)量變送器8顯示或者輸出到上級(jí)控制系統(tǒng)。測(cè)量變送器9的一部分的功能可以由測(cè)量電子器件執(zhí)行，測(cè)量電子器件獨(dú)立地容納在測(cè)量變送器9外側(cè)。這些測(cè)量電子器件可以至少部分例如容納在傳感器I中，例如在接口6的區(qū)域中。
[0034]作為雙電極傳感器的替代，能夠是四個(gè)電極傳感器。構(gòu)造基本上是相同的。兩個(gè)電極9，尤其是緊接鄰近的兩個(gè)電極9，起所謂的電流電極的作用。其它兩個(gè)電極9起所謂的電壓電極的作用。在測(cè)量模式下，在兩個(gè)電流電極之間施加交變電流，并且從而將交變電流引入測(cè)量介質(zhì)中。特別是無電流測(cè)量的方式，在電壓電極之間測(cè)量由此引起的電位差。將電池常數(shù)考慮在內(nèi)，所施加的交變電流和所測(cè)量的電位差可以用來計(jì)算電導(dǎo)率測(cè)量單體的阻抗，該阻抗通過將傳感器I浸入到介質(zhì)5中而產(chǎn)生，然后用于確定測(cè)量介質(zhì)的特定電阻和/或電導(dǎo)率。與傳感器I連接的測(cè)量變送器8用于調(diào)整和/或控制待引入的交變電流，用于測(cè)量電壓電極的電位差以及用于重新計(jì)算測(cè)量值作為電阻值和/電導(dǎo)率值或測(cè)量介質(zhì)的特定的電阻和/或特定的電導(dǎo)率。如上所述，例如經(jīng)由連接6實(shí)現(xiàn)鏈接。該測(cè)量電子器件可以為測(cè)量變送器9的一部分，或至少部分容納在獨(dú)立模塊中，例如傳感器I中。得到的測(cè)量數(shù)據(jù)可以通過測(cè)量變送器9顯示或者輸出到上級(jí)控制系統(tǒng)。作為測(cè)量變送器9的替代，測(cè)量值還可以直接從傳感器I傳送到總線上;這構(gòu)成了裝置和控制系統(tǒng)之間的直接連接。此外，需要電子系統(tǒng)進(jìn)行例如諸如平均化等測(cè)量數(shù)據(jù)的預(yù)處理、以及數(shù)字化、以及測(cè)量數(shù)據(jù)到相應(yīng)的總線協(xié)議的轉(zhuǎn)換。
[0035]圖2示出傳感器元件3。從左到右，傳感器元件3以三維視圖示出為剖面視圖以及放大的剖面視圖。
[0036]傳感器元件3包括第一部分3.1和第二部分3.2，該第一部分3.1將傳感器元件3引入過程接口 2 (參見以下)，該第二部分3.2使傳感器元件3從過程接口 2伸出。第一部分3.1被劃分成至少兩個(gè)圓柱形段，即第一段3.1.1和第二段3.1.2。第一段3.1.1具有第一外徑ra3.1，第二段3.1.2具有第二外徑ra3.2。此外，第二部分3.2，即從過程接口伸出的傳感器元件3的部分，具有第三外徑ra3.3。結(jié)果，第三外徑ra3.3大于其它兩個(gè)外徑ra3.1和ra3.2。另外，第一外徑ra3.1大于第二外徑ra3.2。
[0037]圖3示出過程接口2。從左到右，過程接口 2以三維視圖和以剖面視圖示出。
[0038]過程接口 2內(nèi)部具有至少兩個(gè)圓柱形段2.1和2.2，分別以內(nèi)徑ri I和/或r i2為特征。第二內(nèi)