專利名稱：電容式傳感器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電容式傳感器裝置，用以當(dāng)介質(zhì)環(huán)繞并流過它時測量此介質(zhì)的性質(zhì)，此傳感器有一金屬外罩而此傳感器的電極則由設(shè)置成與此傳感器外表面平齊的玻璃陶瓷材料同所述待測量的介質(zhì)絕緣。
背景技術(shù)：
已有技術(shù)中存在多種裝置，用以對流動的例如流過管線的介質(zhì)的性質(zhì)進(jìn)行電容式測量。但長期以來希望能提供一種對所測量的任何侵蝕性介質(zhì)都牢靠和穩(wěn)定的電容式傳感器，此外這種傳感器與已知的這類器件相比能提高靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明的特征是，沿橫向于所測量的介質(zhì)的流向，于上述外罩中設(shè)計(jì)有一孔口用以置納至少一個電容式電極，且該傳感器電極由設(shè)置成與此傳感器外罩的相對面平齊的玻璃陶瓷材料與所述待測量的介質(zhì)絕緣。
在本發(fā)明的另一實(shí)施形式中，將上述橫向于所述待測量介質(zhì)流向的在外罩中的孔口設(shè)計(jì)成容納至少兩個電極，這些電極電絕緣地相互分開固定距離，并且由設(shè)置成與此傳感器外罩的相對面平齊的玻璃陶瓷材料與所述待測量的介質(zhì)絕緣。
依據(jù)又一實(shí)施形式，其中有至少兩個電極即傳感器電極，它們當(dāng)沿傳感器外罩的一面到其相對面的方向觀察時，包括第一電容式傳感器電極、與傳感器外罩作電接觸的公共參考電極以及第二電容式傳感器電極。
在再一可選實(shí)施形式中，其中此傳感器具有至少兩個電極，此傳感器的這種電極當(dāng)沿傳感器外罩的一面到其相對面的方向觀察時包括第一電容式傳感器電極、第一反相或屏蔽電極、與傳感器外罩作電接觸的公共參考電極、第二反相或屏蔽電極以及第二電容式傳感器電極。
在又另一實(shí)施形式中，此傳感器的電極當(dāng)沿從傳感器外罩的一面到其相對的一面觀察時，包括a)在同一平面中被環(huán)形反相或屏蔽電極環(huán)繞的電容式傳感電極，以及(b)公共參考電極。
依據(jù)再另一實(shí)施形式，此傳感器的電極當(dāng)沿從傳感器外罩的一面到其相對一面觀察時，包括a)在同一平面中被環(huán)形反相或屏蔽電極環(huán)繞的第一電容式傳感電極、b)公共參考電極，以及(c)在同一平面中被第二環(huán)形反相或屏蔽電極所環(huán)繞的第二電容式傳感器電極，而上述參考電極則是a)與b)中的電極是公用的。
上述反相或屏蔽電極最好制備成這樣的環(huán)形，其內(nèi)徑小于電容式電極的直徑而其外徑則大于電容式電極的直徑。
最好是使此傳感器的電極為具有錐形或多邊形輪廓的碟形件。
當(dāng)此傳感器的電極包括反相或屏蔽電極時，后述的這些電極最好具有比電容式傳感器電極較大的表面積。
此外，此傳感器外罩的橫剖面最好取流線型。
前述待測量的介質(zhì)例如是一種流體或幾種流體的混合形式。本申請中“流體”一詞應(yīng)按其最廣意義理解，包括例如液體、氣體、液體與氣體(還包括空氣)的混合物、液體與/或含粒子(如砂子)的氣體，或是由例如任意與流體如空氣粉末或粉末成份組成。
下面將參考附圖較詳細(xì)地說明本發(fā)明。


圖1～4示明本發(fā)明的電容式傳感器裝置的四個不同的實(shí)施例。
圖5示明此裝置在例如管線方面中的優(yōu)選的應(yīng)用。
圖6是此裝置的透視圖。
圖7示明有關(guān)上述實(shí)施形式之一中的電極上所連接的電氣設(shè)備的優(yōu)選但未必是限制性的電路圖。
圖8與9示明由此裝置產(chǎn)生出的電容場。
圖10a與10b示明本發(fā)明的裝置的第五實(shí)施例。
圖6示明本發(fā)明的裝置的第六實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
本裝置在其最簡形式中包括一個嵌裝于傳感器外罩3內(nèi)玻璃陶瓷材料2中的電極1。連接線4經(jīng)線槽5引導(dǎo)至傳感器外罩3的外側(cè)。此傳感器外罩則有一連接線6。這樣，此傳感器外罩3在上述情形下便起到參考電極的作用。
在圖2所示實(shí)施例中，于玻璃陶瓷材料2中嵌設(shè)有兩個電容式電極7、8，從電極7、8引伸出的連接線9、10則經(jīng)線槽11到外罩3的外側(cè)。這時外罩3同樣對于電極7、8形成它們的參考電極或反相電極。
在圖3所示的實(shí)施例中提供了兩個電容式電極，而在它們之間有一參考電極14，其電位最好但不一定要與外罩3的相同。這里的電極12～14也是嵌設(shè)于外罩3一孔口中的玻璃陶瓷材料2內(nèi)。
電極12～14通過經(jīng)由外罩3中的線槽18延伸的各個連接線15、16、17連接到外罩3的外側(cè)上。
在圖4所示的第四實(shí)施例中，此傳感器共有五個設(shè)置于外罩3的孔口19中的五個電極。這五個電極同樣嵌裝于玻璃陶瓷材料2內(nèi)，而此玻璃陶瓷材料2同樣也與外罩3的相對的面3’、3”平齊。當(dāng)在圖4中從左到右即從面3’到面3”觀察時，其中是第一電容式傳感器電極20、第一反相或屏蔽電極(所謂“防護(hù)”電極)21、公共參考電極22、第二反相或屏蔽電極23以及第二電容式傳感器電極24。此反相或屏蔽電極21、24實(shí)際上為電容式電極形成了一個屏蔽或參考平臺，而外罩3則形成一反相電極。各個電極20～24通過經(jīng)由外罩3中線槽30延伸的各相應(yīng)連接線25～29連接到傳感器外罩3的外側(cè)。
圖6以透視圖示明了此傳感器，事實(shí)上這對于圖1～4所示的所有實(shí)施例都是類似的。圖5中，此傳感器只是示意性地置于管道中，相對的面3’，3”實(shí)質(zhì)上是平行于流過管線31中介質(zhì)的流向。
圖7示明了典型的但未必是限定性的能控制總數(shù)為五個的電極20～24的電路的示例性實(shí)施例。標(biāo)號32與33分別指各自連接第一與第二電容式電極20、24的第一和第二振蕩器。標(biāo)號34與35則指反向/屏蔽驅(qū)動電子器件，用以驅(qū)動與電極20、24反相的電極而獲得有效的屏蔽，同時為電極20與24建立一平臺或基座。這樣也能將探測的領(lǐng)域進(jìn)一步外推而進(jìn)入介質(zhì)之內(nèi)。與外罩3相同，電極22也接地。標(biāo)號36指出一與振蕩器32和33連接的信號電路，用來探測信號的變化而提供流過傳感器的介質(zhì)的性質(zhì)的表示。
上述傳感器實(shí)際上是雙側(cè)的裝置，這意味著相對于已知的傳統(tǒng)上放置于管線壁上的電容式傳感器而言，提高了靈敏度。
這種傳感器的電極最好是碟形的，還可選擇取錐形或多邊形輪廓，且最好與外罩3中的孔口19的形狀匹配。為了使紊流的影響最小化，最好使傳感器的外罩盡可能取流線型。這在圖5中作了某種程度的表示。在另一種實(shí)施例中，電極21、23可以呈環(huán)形，其內(nèi)徑小于相應(yīng)的相鄰電容式電極的直徑而其外徑大于電容式電極的直徑。
為簡明起見，圖8與9中未包括電極，但應(yīng)認(rèn)識到，特別是在圖4所示的實(shí)施例中，獲得了從傳感器外罩的一側(cè)3’延伸到對側(cè)3”的電容場CF，這一情形示明于圖9中，而在圖8中也在一定程度上示明。
重要的是應(yīng)注意到，當(dāng)采用玻璃陶瓷材料2時，在有兩或多個電極的情形，電極間的距離應(yīng)該固定而不受壓力與溫度的影響。
如圖4與7所示，電極21與23防止了傳感器電極20與24相互影響，同時也提供了比由傳感器電極20與24所提供的測量電容要小的固定電容。電極21與23可以由測量用電纜方便地連接到附加的屏幕上(電纜與屏幕均未示出)，還可以方便地連接到圖7所示的有關(guān)電子設(shè)備34、35上。
如圖9所示，此測量區(qū)域從一個傳感器電極起，通過玻璃陶瓷材料，再通過待測量的物質(zhì)，又繼續(xù)通過玻璃陶瓷材料而到達(dá)另一傳感器電極。
如圖4與7所示，上述反相電極的直徑最好大于傳感器電極20、24的，這樣可使測量范圍比起未采用這種電極21、23時能到達(dá)待測量的介質(zhì)內(nèi)部更遠(yuǎn)。
要是如圖1所示只采用一個電極而不采用電極21、23與22，則此測量場將在暴露于待測量的介質(zhì)下的傳感器外罩與絕緣地處于玻璃陶瓷材料2內(nèi)的傳感器電極1之間。通過采用前述這種雙側(cè)式電極，即其中這雙側(cè)都暴露于待測量的介質(zhì)，由這種傳感器所提供的電容實(shí)際上是很大的，此測量場與傳感器外罩3鄰接。
從圖2或3可以看到，在本發(fā)明的技術(shù)方案中存在兩個傳感器電極7，8；12，13，這些電極如圖所示，都絕緣地處于玻璃陶瓷材料2內(nèi)，而測量場如圖8與9所示和相關(guān)描述中所說明的，在此傳感器的兩側(cè)之間延伸。
圖10a與10b所示的實(shí)施例與以前附圖中所示的略有不同。傳感器外罩于圖10a與10b中由標(biāo)號37標(biāo)明并具有置放電極38、39與40的通孔37’，孔口37’中以玻璃陶瓷材料41充填，這種材料環(huán)繞著電極并使各電極保持分開一固定距離。這里的傳感器的電極當(dāng)沿此傳感器外罩的一個面37”朝相對的一個面37觀察時，包括在同一平面內(nèi)由環(huán)形反相或屏蔽電極39所包圍的電容式傳感器電極38。這兩個電極有一公共的參考電極40。實(shí)際的外罩可具有地電位或與此參考電極相同的電位。反相或屏蔽電極即所謂的“防護(hù)”電極，有助于保障從此電容式電極延伸出的主測量范圍進(jìn)一步向外擴(kuò)展而進(jìn)入待測量的介質(zhì)內(nèi)，此時也提高了傳感器的靈敏度。
圖10所示實(shí)施例的變型示于圖11中。在圖11中，傳感器外罩以標(biāo)號42標(biāo)明且具有通孔42’，其中放置著傳感器電極43～47其中孔口被充填以玻璃陶瓷材料48，玻璃陶瓷材料環(huán)繞電極并把電極分開一定距離。此傳感器的電極當(dāng)沿傳感器外罩42的一個面42”朝與其相對的一個面42觀察時，包括在同一平面內(nèi)被第二環(huán)形反相或屏蔽電極44所包圍的電容式傳感器電極43。這兩個電極具有公共參考電極45。于同一平面內(nèi)被第二環(huán)形反相或屏蔽電極47包圍的是一與此參考電極45分開一定距離的第二電容式傳感器電極46，而此參考電極45則是所有的電極43、44與46、47所共用的。實(shí)際的外罩42可以具有地電位或與此參考電極相同的電位。在此，反相或屏蔽電極44、47即所謂的“防護(hù)”電極有助于保障分別地將各相鄰的電容式電極43、46的主要場進(jìn)一步向外擴(kuò)展到待測量的介質(zhì)內(nèi)，由此也可提高此傳感器的靈敏度。圖11所示的實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是，與圖10所示的實(shí)施例相比，由于能夠雙側(cè)探測而顯著地提高了靈敏度。
權(quán)利要求
1.電容式傳感器裝置，用于在介質(zhì)環(huán)繞并流過此傳感器時測量待測的介質(zhì)的性質(zhì)，此傳感器具有金屬的外罩，且此傳感器的電極是由設(shè)置成與此傳感器的外表面平齊的玻璃陶瓷材料與此待測量的介質(zhì)絕緣，其特征在于，此外罩中的橫向于所述待測量的介質(zhì)的孔口適合用來容納至少一個電容式電極；而此傳感器的電極則是由設(shè)置成與此傳感器的相對的面平齊的上述玻璃陶瓷材料與該待測量的介質(zhì)絕緣。
2.電容式傳感器裝置，用于在呈流體形式的介質(zhì)環(huán)繞并流過此傳感器時測量介質(zhì)的性質(zhì)，此傳感器具有金屬的外罩，且此傳感器的電極是由設(shè)置成與此傳感器的外表面平齊的玻璃陶瓷材料與此待測量的介質(zhì)絕緣，其特征在于，此外罩的橫向于所述待測量的介質(zhì)的孔口適合用來容納至少兩個電極，而這些電極相互以固定的距離電絕緣并與所述待測量的介質(zhì)由設(shè)置成與此傳感器的相對的面平齊的上述玻璃陶瓷材料絕緣。
3.權(quán)利要求2所公開的裝置，其特征在于，上述傳感器的電極當(dāng)從此傳感器一個面到其相對的面觀察時，包括第一電容式傳感器電極、與此傳感器外罩電接觸的公共參考電極、第二電容式傳感器電極。
4.權(quán)利要求2所公開的裝置，其特征在于，上述傳感器的電極當(dāng)從此傳感器一個面到其相對的面觀察時，包括第一電容式傳感器電極、第一反相或屏蔽電極、與此傳感器外罩電連接的公共參考電極、第二反相或屏蔽電極、第二電容式傳感器電極。
5.權(quán)利要求2所公開的裝置，其特征在于，上述傳感器的電極當(dāng)從此傳感器一個面到其相對的面觀察時，包括a)在同一平面內(nèi)被環(huán)形反相或屏蔽電極所圍繞的電容式傳感器電極、b)公共參考電極。
6.權(quán)利要求2所公開的裝置，其特征在于，上述傳感器的電極當(dāng)從此傳感器一個面到其相對的面觀察時，包括a)在同一平面內(nèi)被第一環(huán)形反相或屏蔽電極所圍繞的第一電容式傳感器電極、b)公共參考電極和c)在同一平面內(nèi)被第二反相或屏蔽電極所圍繞的第二電容式傳感器電極，而所述參考電極對于上述a)與b)中所述的電極是共用的。
7.上述各權(quán)利要求中一或多項(xiàng)所公開的裝置，其特征在于，所述傳感器電極是具備錐形或多邊形輪廓的碟形。
8.權(quán)利要求4所公開的裝置，其特征在于，所述反相或屏蔽電極具有的表面積比所述電容式傳感器的電極的大。
9.權(quán)利要求4、7與8中任一項(xiàng)所公開的裝置，其特征在于，所述反相或屏蔽電極呈這樣的環(huán)形，其內(nèi)徑小于所述電容式電極的直徑而其外徑大于此電容式電極的直徑。
10.上述各權(quán)利要求中一或多項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述傳感器外罩從橫剖面上看具有流線型。
11.上述各權(quán)利要求中一或多項(xiàng)所公開的裝置，其特征在于，所述待測量的介質(zhì)包括a)一種流體或幾種流體的混合物，例如液體、氣體、液體與氣體(也包括空氣)的混合物、液體和/或含粒子(例如砂子)的氣體；或b)與流體如空氣有關(guān)的粉末或粉末成份。
全文摘要
電容式傳感器裝置，用以當(dāng)介質(zhì)環(huán)繞并流過它時測量此介質(zhì)的性質(zhì)。此傳感器有一金屬外罩、在此外罩中的橫向于所述待測量的介質(zhì)的孔口而此孔口適合用來容納至少一個電容電極，而此傳感器的電極則是由設(shè)置成與此傳感器的相對的面平齊的上述玻璃陶瓷材料與該待測量的介質(zhì)電絕緣。
文檔編號G01N27/22GK1639560SQ02817682
公開日2005年7月13日 申請日期2002年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月10日
發(fā)明者哈拉爾德·本尼斯塔德 申請人:哈拉爾德·本尼斯塔德