用于測量介質的比電導率的感應式電導率傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于測量介質的比電導率的感應式電導率傳感器以及一種用于利用這種電導率傳感器測量比電導率的方法。
【背景技術】
[0002]感應式電導率傳感器大多應用在實驗室中以及應用在用于檢測液態(tài)介質的比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。這例如大多是工業(yè)上的化學過程的情況，但也可以是在熱蒸汽滅菌法中的情況，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]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類型來工作，其中，發(fā)送和接收線圈以如下程度引入介質中，即，使得可以構造出延伸穿過介質的、穿過發(fā)送和接收線圈的、閉合的電流路徑。當發(fā)送線圈以作為輸入信號的交變電壓信號來激勵時，發(fā)送線圈產(chǎn)生磁場，該磁場在穿過線圈且本身閉合的介質路徑中感應出電流，該電流的強度依賴于介質的電導率。因為該交變電流在介質中再次引起圍繞介質的變化的磁場，所以在接收線圈中感應出交變電流作為輸出信號。該由接收線圈提供以作為輸出信號的交變電流或相應的交變電壓是對介質的電導率的度量。
[0004]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行進一步處理并且必要時進行數(shù)字化。電導率傳感器通常設計為能至少以區(qū)段形式沉入介質中的測量探頭。這種測量探頭具有殼體，在該殼體中容置有發(fā)送和接收線圈，必要時還容置有驅動電路和接收電路以及其他與發(fā)送和接收電路組合在傳感器電路中的電路部件。在這種設計方案中，測量探頭與售出的上級單元，例如顯示單元、測量轉換器、計算機或管理系統(tǒng)連接。上級單元既可以設計用于向測量探頭供能，也可以設計用于與測量探頭進行數(shù)據(jù)通訊?？蛇x地包含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轉遞。相應的測量值可以經(jīng)由上級單元借助顯示裝置顯示出或者經(jīng)由數(shù)據(jù)接口發(fā)出。
[0005]感應式電導率傳感器具有在約10 μ S/cm至200 μ S/cm范圍內的探測下限。由此，這些傳感器不能用在純水和高純水范圍中。
[0006]在感應式電導率傳感器中存在測量范圍下限的原因在于，在介質電導率很小時，在分析物中感應出的測量電流非常小，并且發(fā)送線圈與接收線圈的產(chǎn)生的電容式耦聯(lián)產(chǎn)生了大于或等于測量電流的基本信號。換而言之就是信噪比變得更差。
[0007]除了已有的感應式電導率傳感器以外，還有電容式電導率傳感器。在此，利用如下測量系統(tǒng)來確定介質中的電導率，在該測量系統(tǒng)中，如在電容器中那樣，彼此相對置地存在有兩個電極。根據(jù)歐姆定律來測量電阻或其倒數(shù)，即電導。利用通過傳感器幾何結構確定的電導池常數(shù)(Zellkonstant)，從電導中獲知比電導率。
[0008]在很大的電導率的范圍內，在電容式電導率傳感器上出現(xiàn)了在接觸到分析物的電極上的極化現(xiàn)象。在感應式電導率傳感器的情況下，由于原理沒有出現(xiàn)這種效應。因此，感應式電導率傳感器用于高電導率的范圍，而電容式的電導率傳感器用于低電導率的范圍。當今，既要測量非常高的電導率又要測量非常低的電導率的過程要么配備有兩個電導率傳感器，即感應式電導率傳感器和電容式電導率傳感器，要么配備有電容式四極傳感器。但是，后者始終比感應式電導率傳感器具有更小的上測量范圍。

【發(fā)明內容】

[0009]本發(fā)明的任務是提供一種電導率傳感器，其具備在高純水和純水中進行測量的可能性，并且在高電導率的范圍內不出現(xiàn)干擾的極化效應。
[0010]該任務通過如下電導率傳感器來解決，其具有借助輸入信號來供給的發(fā)送線圈、經(jīng)由介質與發(fā)送線圈耦合的接收線圈以及包圍發(fā)送線圈和接收線圈的殼體，接收線圈提供輸出信號，該輸出信號是對介質的電導率的度量，殼體具有至少一個專門用于沉入介質中的殼體區(qū)段，該殼體區(qū)段的殼體壁包圍發(fā)送線圈和接收線圈。該電導率傳感器的特征在于，殼體區(qū)段包括至少一個專門用于與介質接觸的能導電的第一接觸部和專門用于與介質接觸的能導電的第二接觸部，其中，電導率傳感器包括能導電的導體，并且第一接觸部經(jīng)由該導體與第二接觸部連接，其中，導體和能導電的接觸部設計成使得它們經(jīng)由介質的離子傳導線路構造出圍繞發(fā)送線圈和接收線圈的閉合的電流路徑。
[0011]因此，即使在電導率很小的情況下也可以借助感應式電導率傳感器來確定電導率。同時，保持了利用同樣的電導率傳感器來獲知更大的電導率的可能性。這通過縮短感應出的電流在介質中的路徑長度來實現(xiàn)，由此，增大了測量電流并進而擴寬了測量范圍。
[0012]在一種優(yōu)選設計方案中，第一接觸部和第二接觸部是金屬接觸部，并且導體設計為金屬導體。
[0013]在一種有利改進方案中，第一接觸部和第二接觸部以薄層技術制成。在一種變體中，第一接觸部和第二接觸部安置在專門用于沉入介質中的殼體區(qū)段的表面上。因此，接觸部也可以事后再安設。
[0014]為了防止水侵入，第一接觸部和第二接觸部相對于殼體內部密封。
[0015]在一種有利設計方案中，第一接觸部和第二接觸部通到殼體內部中，并且導體至少以區(qū)段形式在殼體中引導。
[0016]替選地，第一接觸部和第二接觸部在殼體外部引導，并且導體至少以區(qū)段形式在殼體外部引導。
[0017]在一種優(yōu)選實施方式中，導體設計成使其分別多次地圍繞發(fā)送線圈或接收線圈或者圍繞發(fā)送線圈和接收線圈引導，尤其是纏繞。因此，得到的測量電流可以提高多倍。
[0018]在一種有利設計方案中，導體包括至少一個開關，其斷開或閉合電流路徑。因此，可以根據(jù)需要，也就是說根據(jù)電導率的不同來開啟或關閉得到的擴寬的測量范圍。
[0019]在此，根據(jù)電導率的不同，開關接通導體的各個引導部，尤其是繞組。也就是在電導率很小的情況下比在電導率增大的情況下接通更多的繞組。
[0020]此外，該任務利用包括上文所描述的電導率傳感器的方法來解決，該方法包括以下步驟:由發(fā)送線圈將輸入信號發(fā)送到介質中；將接收線圈的輸出信號轉化成電導率的值；并且當該電導率的值低于特定值時，接通導體用以減小感應出的電流在介質中的有效的路徑長度。
【附圖說明】
[0021]結合下面的附圖詳細闡述本發(fā)明。其中:
[0022]圖1以三維圖示出根據(jù)本發(fā)明的電導率傳感器；
[0023]圖2示出電導率傳感器的發(fā)送線圈和接收線圈；
[0024]圖3以橫截面示出電導率傳感器；
[0025]圖4以橫截面示出根據(jù)本發(fā)明的電導率傳感器；
[0026]圖5以橫截面示出一種設計方案中的根據(jù)本發(fā)明的電導率傳感器；
[0027]圖6以橫截面示出另一設計方案中的根據(jù)本發(fā)明的電導率傳感器。
[0028]在附圖中，相同的特征以相同的附圖標記來標識。
【具體實施方式】
[0029]根據(jù)本發(fā)明的電導率傳感器在整體上用附圖標記I表示并且在圖1中示出。首先，應結合圖1、圖2和圖3簡要探討電導率傳感器的測量原理。
[0030]上述附圖示出了感應式電導率傳感器I的傳感器模型，其具有容置在殼體7中的發(fā)送線圈2和接收線圈3。發(fā)送線圈2和接收線圈3彼此相對置地布置在電路板(未畫出)的彼此背對的側上。設計為旋轉對稱的環(huán)形線圈(“Toroide”)的發(fā)送和接收線圈2或3以該方式同軸地前后相繼地布置。電路板包括接觸到線圈的導體跡線(Leiterbahn)，這些導體跡線將發(fā)送線圈2與驅動電路連接并且將接收線圈3與接收電路連接。驅動電路和接收電路可以是布置在電路板上的傳感器電路的組成部分。