傳感器及用于制造所述傳感器的方法
【技術領域】
[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，該傳感器特別是導電的電導率傳感器，以確定測量變量特別是介質的電導率。
【背景技術】
[0002]例如來自WO 2010/072483的傳導性的電導率傳感器是從現(xiàn)有技術公知的。后者包括至少兩個電極，其浸入到待測介質中用于測量。為了確定介質的電解電導率，人們確定介質中的電極測量路徑的電阻或者導納。如果電池常數(shù)是已知的，該信息然后用于檢測測量介質的電導率。電極經(jīng)由線路或者電纜連接到測量變送器上。后者然后用于基于測量數(shù)據(jù)來確定電導率。
[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介質。該過程接口可以例如經(jīng)由配件引入到介質中，例如快速更換配件。
[0004]在現(xiàn)有技術下，在傳感器元件和過程接口之間的連接點處，邊緣，隆起、毛刺，和其它不規(guī)則性出現(xiàn)在傳感器上。污物、塵土和介質可能粘到這些區(qū)域上。結果，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。特別是，符合對于直接食品接觸的FDA、USP Class V1: 3A和EHEDG的衛(wèi)生要求。

【發(fā)明內容】

[0006]該任務由傳感器解決，該傳感器帶有:過程接口，該過程接口主要成形為中空圓柱體，并且由金屬、特別是不銹鋼制成，該過程接口具有至少兩個內部段;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，設有第一區(qū)域和第二區(qū)域，該第一區(qū)域將傳感器元件引入過程接口中，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的第一段被設計為壓配合，并且過程接口和傳感器元件的相應的第二段產(chǎn)生間隙。
[0007]結果，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，以從而滿足標準的衛(wèi)生要求。
[0008]在一個有利的進一步演變中，將間隙設計為接收粘結劑，并且傳感器元件被粘結到過程接口上。這增強了傳感器元件和過程接口的連接。
[0009]在一個優(yōu)選的布置中，過程接口具有至少一個內部圓柱形的第一段和第二段，第一段具有第一內徑，并且第二段具有第二內徑，其中第二段布置在過程接口的一個端部，并且第二內徑大于第一內徑。
[0010]有利的，傳感器元件的第一部分以至少一個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徑對應，并且對于傳感器元件的第一段和過程接口的第一段設計用于壓配合。
[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，間隙關于公共的圓柱體軸線軸向延伸。
[0012]在一個優(yōu)選的進一步的演變中，間隙被設計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劑的接收。
[0013]在一個有利的布置中，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]在一個有利的實施例中，傳感器元件包括至少兩個、優(yōu)選的四個金屬電極，并且傳感器元件以這種方式設計，使得至少一個電極的前面與介質接觸。
[0015]有利的，電極設計用于測量測量變量、特別是電導率，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?shù)臏y量電子器件的測量變量的確定。
[0016]通過制造傳感器的過程進一步解決該任務，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圓柱體，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內部段;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的第一段被設計為壓配合，并且過程接口和傳感器元件的相應的第二段產(chǎn)生間隙；對過程接口和傳感器元件去除油脂；以及通過將粘結劑至少引入間隙中并且將傳感器元件引入過程接口中，通過粘結將傳感器元件結合到過程接口中。
[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。由此將粘結劑干燥。
[0018]在一個有利的進一步的演變中，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)選地包括至少兩個電流電極以及兩個電壓電極，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量來測量電壓電極之間產(chǎn)生的電位差，其中所施加的交變電流和所測量的電位差被用于確定測量變量、特別是介質的電導率。
【附圖說明】
[0020]參考以下的附圖進一步說明本發(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傳感器的一個過程接口，
[0023]圖3傳感器的一個傳感器元件，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)的側視圖。
[0025]在附圖中，相同的特征用相同的附圖標記表示。
【具體實施方式】
[0026]根據(jù)本發(fā)明的傳感器整體用附圖標記I表示并且示出在圖1中。
[0027]將基于電導率傳感器、特別是基于傳導性的電導率傳感器解釋本發(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。來自過程自動化的領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由技術陶瓷諸如二氧化鋯、通常非導電材料制成。在一個實施例中，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共同形成復合材料，即例如它們已經(jīng)被燒結在一起。這防止任何介質滲入電極9和傳感器元件3之間的傳感器I的內部。在傳感器元件3的前側，電極9的前側是自由的，并且在電導率測量過程中與待測介質5接觸。優(yōu)選的，電極9和傳感器元件3的前側齊平；然而，在一個實施例中，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。
[0030]圖1示出測量容器4中介質5的傳感器I。該容器4可以為盆、管道、管線等。設備(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，能夠是傳導性的電導率傳感器的兩種實施例，即帶有兩個或者帶有四個電極9。圖1示出帶有兩個電極9的布置。
[0032]在測量模式過程中，對兩個電極9都施加交變電流。通過浸入到介質5中的傳感器I使用連接到電極9的測量變送器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與測量變送器8連接。接口 6可以被設計為電隔離的、例如電感接口。
[0033]將傳感器的電池常數(shù)考慮在內，可以確定介質5的特定的電阻和/或特定的電導率。得到的測量數(shù)據(jù)可以通過測量變送器8顯示或者輸出到上級控制系統(tǒng)。測量變送器9的一部分的功能可以由測量電子器件執(zhí)行，測量電子器件獨立地容納在測量變送器9外側。這些測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，能夠是四個電極傳感器。構造基本上是相同的。兩個電極9，尤其是緊接鄰近的兩個電極9，起所謂的電流電極的作用。其它兩個電極9起所謂的電壓電極的作用。在測量模式下，在兩個電流電極之間施加交變電流，并且從而將交變電流引入測量介質中。特別是無電流測量的方式，在電壓電極之間測量由此引起的電位差。將電池常數(shù)考慮在內，所施加的交變電流和所測量的電位差可以用來計算電導率測量單體的阻抗，該阻抗通過將傳感器I浸入到介質5中而產(chǎn)生，然后用于確定測量介質的特定電阻和/或電導率。與傳感器I連接的測量變送器8用于調整和/或控制待引入的交變電流，用于測量電壓電極的電位差以及用于重新計算測量值作為電阻值和/電導率值或測量介質的特定的電阻和/或特定的電導率。如上所述，例如經(jīng)由連接6實現(xiàn)鏈接。該測量電子器件可以為測量變送器9的一部分，或至少部分容納在獨立模塊中，例如傳感器I中。得到的測量數(shù)據(jù)可以通過測量變送器9顯示或者輸出到上級控制系統(tǒng)。作為測量變送器9的替代，測量值還可以直接從傳感器I傳送到總線上;這構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)進行例如諸如平均化等測量數(shù)據(jù)的預處理、以及數(shù)字化、以及測量數(shù)據(jù)到相應的總線協(xié)議的轉換。
[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。結果，第三外徑ra3.3大于其它兩個外徑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內部具有至少兩個圓柱形段2.1和2.2，分別以內徑ri I和/或r i2為特征。第二內