專利名稱：七電極電導率傳感器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及海洋測量儀器，特別是涉及測量海水中電導率的儀器。
背景技術(shù)：
在海洋研究領域，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)測中最重要的觀測項目之一。海水鹽度測量通過海水電導率測量來實現(xiàn)，利用電導率傳 感器測量海水鹽度，具有精確度高、速度快以及便于現(xiàn)場測量等優(yōu)點，測量海水電導率已成 為海水鹽度測量的主要手段。因此，現(xiàn)場測量海水電導率的傳感器成為重要的海洋測量儀器?，F(xiàn)場測量海水電導率的傳感器主要分為感應式和電極式，分別具有相應的使用范 圍和特點。電極式電導率傳感器中，電導池為最重要的測量元件，多采用封閉式或半封閉式 結(jié)構(gòu)形式。現(xiàn)有的電極式電導率傳感器通常為多電極電導率傳感器，通過測量電導池敏感電 極間海水電阻的變化來測定海水電導率。圖1顯示現(xiàn)有技術(shù)的一種七電極電導率傳感器的基本結(jié)構(gòu)。如圖1所示，七電極電導率傳感器呈圓柱狀，由上下兩個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池1，下部是耐壓水密殼體3，電導池1 置于耐壓水密殼體3外部前端，電導池1與耐壓水密殼體3由連接座2連接。信號轉(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中七電極電導率傳感器的電導池導流管的基本結(jié)構(gòu)。如圖2所示，電導池1的小圓柱體內(nèi)有精密加工整體車制的石英晶體導流管5，導 流管5的上方進水口和下方出水口分別呈喇叭口的錐體形狀。導流管5內(nèi)壁有上下排列的 七個圓環(huán)電極6，圓環(huán)電極6由導流管5內(nèi)壁圓環(huán)凹槽內(nèi)鍍鉬膜電極構(gòu)成。七個電極的圓環(huán) 上下平行排列，并與導流管5的內(nèi)壁垂直。七個電極分為電流電極、電壓電極和接地電極， 以中間電流電極為中心上下對稱設置著兩對電壓電極和一對接地電極。每個圓環(huán)電極6對 應的導流管內(nèi)壁圓環(huán)凹槽內(nèi)，各有一個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。穿過管壁圓柱小孔的鉬金絲引線7與導流管石英管壁焊接一起。鉬金絲引 線7的一端與導流管內(nèi)壁圓環(huán)凹槽內(nèi)的鉬膜電極6燒結(jié)一起，另一端穿出導流管5的圓柱 小孔并與導流管外側(cè)的銅導線8焊接一起。銅導線8通過鉬金絲引線7將導流管內(nèi)壁的鍍 鉬膜圓環(huán)電極6連接耐壓水密殼體3內(nèi)的信號轉(zhuǎn)換電路。信號轉(zhuǎn)換電路密封在耐壓水密殼體3內(nèi)的電路板上，信號轉(zhuǎn)換電路通過電纜密封 接頭4與傳感器外部的采集微處理器和顯示器連接。上述電導率傳感器進行測量時，被測海水在電導池內(nèi)通過，來自信號轉(zhuǎn)換電路的 激勵電流從中央電流電極饋入電導池，并分別流向兩個接地電極，在海水流體介質(zhì)里建立 起電場，產(chǎn)生感應電壓。通過反饋電路的調(diào)整使兩個電壓電極兩端的電壓保持恒定后，則通 過兩個電壓電極間的電流就線性地比例于海水電導率。
C = K/Rc = K · Ic/Vc式中C為電導率，K為電導池常數(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為兩對電壓電極間的電壓降，Ic為 通過電流電極的電流。被測海水電導率的測量信號由傳感器外部的采集微處理器和顯示器進行數(shù)據(jù)處 理和顯示。 導流管5內(nèi)壁鍍鉬膜圓環(huán)電極6的內(nèi)側(cè)直接與導流管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穿過導流管管壁上的圓柱小孔與連接水密殼體內(nèi)的導線8 焊接，因此，電導池導流管5必需具有很好的密封性能。導流管的外部利用環(huán)氧樹脂作為防 護絕緣體封裝，以以增加電導池導流管的密封性。但是，上述現(xiàn)有技術(shù)的七電極電導率傳感器導流管的密封性依然存在某些問題， 會對傳感器的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定影響。導流管內(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，因為鉬膜 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) 不牢都會使整個昂貴的電導池損壞。而且，燒結(jié)接合處要密封，否則導流管內(nèi)會出現(xiàn)海水滲漏。導流管圓柱小孔內(nèi)的鉬金絲引線與導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，有時會出現(xiàn) 假焊現(xiàn)象。這種偶然出現(xiàn)的假焊情況，對于要經(jīng)受海水中高壓低溫和低溫高壓交替環(huán)境應 力沖擊的電導率傳感器來說，容易在導流管圓柱內(nèi)的鉬金絲與導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)以及與導流管石英管壁的焊接所出現(xiàn)的影 響密封的問題，都會出現(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 量誤差的原因檢查以及測量結(jié)果的修正都非常困難，影響海水電導率的準確測量。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的七電極電導率傳感器導流管的密封性存在的問題，本發(fā)明推出一 種新結(jié)構(gòu)形式的七電極電導率傳感器，利用導流管柱形孔內(nèi)的鍍鉬膜內(nèi)層與導流管外側(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流管石英 管壁的焊接所出現(xiàn)的影響密封的問題。本發(fā)明所涉及的七電極電導率傳感器呈圓柱狀，由上下兩個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池，下部是耐壓水密殼體，電導池置于 耐壓水密殼體外部的前端。信號轉(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。電導池的小圓柱體內(nèi)有精密加工整體車制的石英晶體導流管，導流管的上方進水 口和下方出水口分別呈喇叭口形狀。導流管內(nèi)壁有上下排列的七個圓環(huán)電極，圓環(huán)電極由 導流管內(nèi)壁圓環(huán)凹槽內(nèi)鍍鉬膜電極構(gòu)成。七個鍍鉬膜的圓環(huán)電極上下平行排列，并與導流 管的內(nèi)壁垂直。七個鍍鉬膜圓環(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稱設置著兩對電壓電極和一對接地電極。每個鍍鉬膜圓環(huán)電極對應的導流管內(nèi)壁圓環(huán)凹槽內(nèi)，各有一個穿透導流管管壁的 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)信號轉(zhuǎn)換電路的銅導線焊接。銅導線通過鉬金絲引線和圓柱孔內(nèi)的鍍鉬膜內(nèi)層將導流 管內(nèi)壁的鍍鉬膜圓環(huán)電極與耐壓水密殼體內(nèi)的信號轉(zhuǎn)換電路連接。穿透導流管管壁的圓柱孔內(nèi)灌注彈性密封脂，提高導流管的密封性能。信號轉(zhuǎn)換電路密封在耐壓水密殼體內(nèi)的電路板上，信號轉(zhuǎn)換電路通過電纜密封接 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)明進行海水測量電導率時，被測海水在電導池內(nèi)通過，來自信號轉(zhuǎn)換電 路的激勵電流從中央電流電極饋入電導池，并分別流向兩個接地電極，在海水流體介質(zhì)里 建立起電場，產(chǎn)生感應電壓，通過分別檢測的兩對電壓電極之間電壓降信號，得出被測水樣 的電導率。海水電導率的測量信號由傳感器外部的采集微處理器和顯示器進行數(shù)據(jù)處理和顯不。本發(fā)明所涉及的七電極電導率傳感器利用導流管柱形孔內(nèi)的鍍鉬膜內(nèi)層與導流管外側(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流管石英管壁直 接焊接，從而提高導流管的密封性能，保障傳感器的穩(wěn)定性，使傳感器所具有的精度高、現(xiàn) 場使用方便等優(yōu)點得以充分發(fā)揮。本發(fā)明所涉及的七電極電導率傳感器既可用于海洋潛 標、浮標、定點測量CTD儀器，還可用于船用自容、電纜傳輸CTD剖面測量儀器，也適合于各 類高速垂直、水平或沉浮式運行的海洋測量載體，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用前景。


圖1為七電極電導率傳感器的基本結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為現(xiàn)有技術(shù)的七電極電導率傳感器的電導池導流管結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明的七電極電導率傳感器電導池導流管結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標記說明1、電導池2、連接座3、耐壓水密殼體4、電纜密封接頭5、導流管6、圓環(huán)電極7、鉬金絲引線8、導線9、電導池10、導流管11、鍍鉬膜圓環(huán)電極12、外側(cè)鉬金絲引線13、導線14、彈性密封脂
具體實施例方式現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明予以進一步描述。圖3顯示本發(fā)明的七電極電導率傳感器電導池導流管的基本結(jié)構(gòu)。如圖3所示，本發(fā)明所涉及的七電極電導率傳感器的電導池9的小圓柱體內(nèi)有精 密加工整體車制的石英晶體導流管10，導流管10的上方進水口和下方出水口分別呈喇叭 口形狀。導流管10內(nèi)壁有上下排列的七個鍍鉬膜圓環(huán)電極11，鍍鉬膜圓環(huán)電極11置于導 流管10內(nèi)壁圓環(huán)凹槽內(nèi)。七個鍍鉬膜圓環(huán)電極11的圓環(huán)上下平行排列，并與導流管10的 內(nèi)壁垂直。七個鍍鉬膜圓環(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 為中心上下對稱設置著兩對電壓電極和一對接地電極。每個鍍鉬膜圓環(huán)電極11對應的導流管內(nèi)壁圓環(huán)凹槽內(nèi)，各有一個穿透導流管管 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)信號轉(zhuǎn)換電路的銅導線13焊接一起。銅導線13通過外側(cè)鉬金絲引 線12和圓柱孔內(nèi)鍍鉬膜內(nèi)層將導流管內(nèi)壁的鍍鉬膜圓環(huán)電極11連接耐壓水密殼體內(nèi)的信 號轉(zhuǎn)換電路。
權(quán)利要求
一種七電極電導率傳感器，由上下兩個直徑不同的圓柱體水密連接而成，上部為電導池，下部是耐壓水密殼體，信號轉(zhuǎn)換電路密封在耐壓水密殼體內(nèi)，電導池的小圓柱體內(nèi)有整體車制的石英晶體導流管，導流管內(nèi)壁有上下平行排列的七個圓環(huán)電極，圓環(huán)電極由導流管內(nèi)壁圓環(huán)凹槽內(nèi)鍍鉑膜圓環(huán)電極構(gòu)成，其特征在于每個鍍鉑膜圓環(huán)電極對應的導流管內(nèi)壁圓環(huán)凹槽內(nèi)，各有一個穿透導流管管壁的圓柱孔，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)信號轉(zhuǎn)換電路的銅導線焊接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的七電極電導率傳感器，其特征在于，導流管的上方進水口和 下方出水口分別呈喇叭口形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的七電極電導率傳感器，其特征在于，穿透導流管管壁的圓柱 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所述的七電極電導率傳感器，其特征在于，穿透導流管管壁的圓柱 孔內(nèi)灌注彈性密封脂。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型結(jié)構(gòu)的七電極電導率傳感器，電導池導流管內(nèi)壁有上下排列的七個鍍鉑膜圓環(huán)電極，每個圓環(huán)電極對應的導流管內(nèi)壁的圓環(huán)凹槽內(nèi)，各有一個穿透導流管管壁的圓柱孔，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)信號轉(zhuǎn)換電路的銅導線焊接。穿透導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流管石英管壁直接焊接，提高了導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)場使用方便等優(yōu)點得以充分發(fā)揮。
文檔編號G01R27/22GK101839944SQ201010165360
公開日2010年9月22日 申請日期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 申請人:國家海洋技術(shù)中心