传感器模块以及用于传感器模块的电极的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于测量电变量的传感器模块(10)，所述传感器模块具有至少一个设置在由电绝缘的材料构成的壳体(58)中的电极(12，13)，所述电极能够经由连接电缆(45)连接到电测量装置上，其中电极具有设置在由碳材料构成的内部的接触板和外部的接触板(26、27)之间的传感器元件，所述传感器元件与连接电缆连接，其中电极的外部的接触板(27)设置在壳体的外面中。
【专利说明】传感器模块以及用于传感器模块的电极
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于测量电变量的传感器模块以及一种相应的电极，所述传感器模块具有至少一个设置在由电绝缘的材料构成的壳体中的电极，所述电极能够经由连接电缆连接到电测量装置上。
【背景技术】
[0002]开始提及类型的传感器模块能够用于在固态环境中、例如在土壤中确定局部的电变量，例如电阻、电流强度或者电压。因为土壤中的众所周知的电变量、例如电阻与土壤的成分、特别是与土壤中的土壤构成和液体含量或者液体分布相关地发生改变，所以例如使用这类传感器模块，以便检测垃圾堆放场的和存放点的密封装置中的泄漏。根据垃圾堆放场存放物质的类型，在此，传感器模块暴露于部分显著侵蚀性的环境，使得除了传感器模块的接触表面的良好的导电性以外，对于传感器模块的功能可靠性而言重要的是，所述传感器模块证实为是化学耐久的。除此之外，当然对于开始提及类型的传感器模块的功能可靠性而言十分重要的是，所述传感器模块具有足够的机械稳定性，以便承受住在土壤中出现的机械负荷。
【发明内容】
[0003]因此，本发明基于下述目的，提出一种传感器模块，所述传感器模块除了良好的电接触性、即小的接触电阻以外还具有大的化学耐久性并且除此之外还具有大的机械稳定性。这些要求当然尤其涉及设置在传感器模块中的电极，所述电极直接接触环境进而相应地直接经受环境影响。
[0004]为了实现所述目的，根据本发明的传感器模块具有权利要求1的特征。根据本发明的电极具有权利要求16的特征。
[0005]根据本发明，传感器模块的电极具有设置在由碳材料构成的内部的接触板和外部的接触板之间的传感器元件，所述传感器元件与连接电缆连接，其中电极的外部的接触板设置在壳体的外面中。通过将能够例如由曲折形地构成的传感器导线构成的传感器元件设置在由碳材料构成的两个接触板之间，能够实现传感器元件的下述安置，所述安置除了良好的导电性以外还提供对灵敏的传感器元件的机械保护，并且除此之外，所述安置对于传感器元件的功能作用而言也在化学侵蚀性的环境中具有重要的化学耐久性。
[0006]优选地，传感器元件能够由无腐蚀性的材料形成或者由设有无腐蚀性的覆层的材料形成。例如，传感器元件能够具有金覆层。
[0007]因此，整体上，通过传感器元件夹层状地容纳在由碳构成的接触板之间，相对于机械的和化学的应力对传感器元件的保护性的屏蔽是可能的，以及同时在朝向接触板的例如由土壤形成的周围区域和设置在接触板之间的传感器元件之间的可靠的电接触也是可能的。
[0008]导电板当然尤其适合于用作为接触板，所述导电板作为气密的并且液密的板在热压法中由碳材料制造，所述碳材料具有由热固性塑料和碳颗粒组成的混合物，并且所述导电板在成型过程后是碳化的并且是防水的以实现气密性和液密性。这类特征在于高的形状稳定性的板的制造在W02000/016424中描述，其公开内容在此并入本文。
[0009]有利地，传感器元件在这类板成型时就已经能够设置在接触板的碳材料中，使得在制成的接触板中，传感器元件嵌入地容纳在接触板中。
[0010]为了能够实现传感器元件在接触板之间的限定的设置，有利的是，为了将传感器元件设置在接触板之间，构成在接触板的连接平面中构成的容纳腔。
[0011]为了能够实现在传感器元件和接触板之间的尽可能可靠的接触，用于嵌入传感器元件的容纳腔能够由能导电的填充料填充，其中碳例如在构成为所谓的“捣料(Stampfmasse) ”时对此是特别适合的，所述捣料在将传感器元件设置在容纳腔中之后能够填入到容纳腔中并且在所述容纳腔中密封，使得能够实现在传感器元件和由碳构成的接触板之间的尤其小的接触电阻。
[0012]也尤其有利的是，容纳腔通过在至少一个接触板表面中的匹配于传感器元件的结构的凹部构成,其中容纳腔优选通过接触板表面中的铣削部来构成。
[0013]电极的尤其可靠并且受保护的设置在下述情况下是可能的:电极设置在壳体的承载板的一侧上时，使得电极的接触板设置在承载板表面中的电极容纳部中。
[0014]如果电极容纳部设有在电极容纳部的容纳部底部上构成的支撑边缘，使得内部的接触板设置在容纳部底部上并且外部的接触板设置在支撑边缘上，那么在电极和壳体或者承载板之间的尤其可靠的连接是可能的。
[0015]为了将电极或者接触板固定在承载板上以及同时为了相对于周围密封电极而有利的是，在外部的接触板和承载板表面中的电极容纳部的开口边缘之间形成的边缘间隙由不传导的、硬化的塑料材料填充。
[0016]为了进一步加强电极和承载板之间的粘附性的附着，电极容纳部的底部以及必要时附加地还有支撑边缘也能够设有由不传导的、硬化的塑料材料构成的覆层，使得电极的最大可能的表面粘附性地与承载板连接。
[0017]特别是为了借助于仅一个传感器模块来执行对电势差的测量，有利的是，传感器模块具有两个在壳体中彼此电绝缘的电极，所述电极能够经由连接电缆连接到电测量装置上，其中电极的传感器元件分别与连接电缆连接，并且每个电极的各一个外部的接触板设置在壳体的外面中。由此，应用两个独立的传感器模块能够由应用仅一个设有两个电极的传感器模块来代替。
[0018]在两个电极尤其有利地相对设置的情况下，电极位于壳体的承载板的两个彼此相对置的侧上，使得电极的接触板分别设置在承载板表面中的电极容纳部中。因此，例如在将承载板集成到用于平坦密封的介质或者密封元件中时，所述密封元件能够被持久地监控。
[0019]对于将电极以抵抗外部影响密封的方式容纳到传感器模块的壳体中而言尤其有利的是，承载板邻近承载板表面中的彼此相对置地设置的电极容纳部具有用于容纳在连接电缆的连接端部和传感器元件的传感器导线端部之间建立的电缆连接部的电缆容纳部，其中为了建立连接电缆与传感器导线端部的连接，电极容纳部经由电缆穿引部与电缆容纳部连接。
[0020]为了将连接电缆固定在电缆容纳部中或者固定在传感器模块的壳体上，证实为有利的是，电缆容纳部由不传导的、硬化的塑料材料填充。
[0021]特别是对于下述情况:为了填充电缆容纳部以及必要时为了填充在电极的外部的接触板和承载板之间构成的边缘间隙，应使用与承载板的材料不同的材料，即例如在下述情况下:为承载板使用聚乙烯、特别是高密度的聚乙烯(HDPE)并且为填充材料使用聚氨酯(PU)材料，有利的是，承载板至少在具有电缆容纳部的表面上设有覆层，即例如设有塑料薄膜，所述塑料薄膜在为承载板选择聚乙烯作为材料的情况下有利地构成为聚乙烯薄膜。因此，承载板例如能够焊入到作为持久的监控传感装置的薄膜系统中。
[0022]与用于构成开始提及类型的传感器模块的应用无关地，根据本发明构成的在由碳材料构成的内部的接触板和外部的接触板之间具有传感器元件的电极具有开始描述的主要的优点，即这类电极由于通过接触板对传感器元件的屏蔽并且由于接触板本身的有利的电特性在化学侵蚀性的环境中证实为是尤其运行可靠的。
[0023]不仅根据本发明的传感器模块、而且根据本发明的电极一特别是由于所使用的碳材料——适合于在医疗技术中的应用。在此，特别是在相应构成的具有向外密封地容纳在承载板的电极容纳部中的一个或多个电极的传感器模块的情况下，可以考虑在体液中的应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]在下文中根据附图详细阐述根据本发明的传感器模块的有利的实施方式以及根据本发明的在传感器模块中使用的电极的优选的设计方案。
[0025]附图示出:
[0026]图1示出具有两个电极的传感器模块的剖面图，所述电极借助外部的接触板设置在传感器模块的表面中；
[0027]图2示出在图1中示出的传感器模块的俯视图；
[0028]图3示出在图1中示出的传感器模块的电极的俯视图；
[0029]图4示出在图1中示出的传感器模块的承载板的俯视图；
[0030]图5示出在图4中示出的承载板的根据图4中的剖面线V-V的剖面图；
[0031]图6示出在图4中示出的承载板的根据图4中的剖面线V1-VI的剖面图；
[0032]图7示出在图4中示出的承载板的根据图4中的剖面线VI1-VII的剖面图。
【具体实施方式】
[0033]图1以横截面视图示出具有承载板11的传感器模块10的一个实施方式，所述承载板在此处示出的实施例中由高密度聚乙烯(HDPE)制成并且具有两个插入到承载板11中的电极12、13。
[0034]传感器模块10尤其通过焊入承载板而适合于集成到薄膜密封系统中进而适合于构成持久的监控传感器。
[0035]在图1和图4至7中示出的承载板11在两个彼此相对置的侧14、15上具有引入到承载板表面16中的电极容纳部17、18，所述电极容纳部优选通过对承载板表面16的铣削加工而产生并且具有分别在容纳部底部19上构成的支撑边缘20，所述支撑边缘在当前情况下框架状地构成。支撑边缘20相对于承载板表面凹进，使得整体上得到电极容纳部17、18的在图1、4、5和7中示出的分级的横截面。
[0036]除了这两个在这里优选通过铣削引入的电极容纳部17、18以外，承载板11还具有特别是在图1、4和5中示出的电缆容纳部21，所述电缆容纳部优选同样通过铣削产生并且在所示出的实施例中具有阶梯横截面22，所述阶梯横截面由相叠并且交错结合设置的、在这里方形地构成的空腔组成，所述空腔的宽度b从容纳部底部52开始朝向承载板表面16减小，使得在承载板表面16中构成容纳部开口 23。
[0037]此外，承载板11具有两个分别将电极容纳部17、18与电缆容纳部21连接的电缆穿引部24、25，所述电缆穿引部从电极容纳部17、18的支撑边缘20的内棱边16倾斜于电缆容纳部21中的连接面53(图5)延伸。
[0038]如从图1和3的概览中所得出的，电极12、13分别具有内部的接触板26和外部的接触板27，在所述内部的接触板和外部的接触板之间设置有传感器元件28，所述传感器元件在当前情况下具有优选用金覆层的传感器导线29，所述传感器导线构成接触曲折部30，所述接触曲折部在接触板26、27之间的连接面60中在内部的接触板26的接触表面31上设置在容纳腔32中。同样地，在内部的接触板26的接触表面31中存在传感器导线穿引部33，所述传感器导线穿引部将容纳腔32与内部的接触板26的外边缘34连接。在图1和3中示出的以边缘凸出部56超出内部的接触板26的外部的接触板27和内部的接触板26的相对设置中，对于传感器导线29的接触曲折部30得到除了传感器穿引部33之外的封闭的容纳腔，从所述容纳腔中引出传感器导线29的连接端部55。为了实现在接触曲折部30和接触板26、27之间的最大化的接触表面，容纳腔32由碳粉35填充。
[0039]如特别是从图1中可见，电极12、13设置在电极容纳部17、18中，使得外部的接触板27至少在接触板角区域36 (图3)中贴靠在支撑边缘20上。优选地，在图1中示出的实施例中，同时建立在内部的接触板26和外部的接触板27之间的机械连接与在电极12、13和承载板11之间的机械连接。对此，不仅在内部的接触板26的下侧37和容纳部底部19之间、而且在构成在外部的接触板27的边缘凸出部56的下侧38上的支撑边缘39和电极容纳部17、18的支撑边缘20之间施加由交联的塑料材料40构成的粘接剂、尤其是PU粘接齐U，所述粘接剂在硬化后引起在电极12、13和承载板11之间的牢固的稳定的机械连接。除此之外,如在图1中示出的,在承载板表面16中构成的开口边缘41和外部的接触板27的外边缘42之间构成的边缘间隙43同样由塑料材料40填充，使得在承载板表面16上产生在电极12、13和承载板表面16之间的完全的密封。
[0040]为了提高经由塑料材料40产生的在承载板11和电极12、13之间的机械连接的稳定性，在图1中示出的实施例中，边缘间隙43设有构成为燕尾状的朝向承载板表面16渐缩的间隙横截面44。
[0041]如从图1和2的概览中变得明显的是，承载板11设有电缆穿引部57 (也见图4和6)，所述电缆穿引部通入到电缆容纳部21中并且用于穿引传感器模块10的连接电缆45，所述连接电缆在其连接端部46 (图1)上与传感器导线端部47、48连接。为了释放应力并且同时密封地容纳在传感器导线端部47、48和连接电缆45的连接端部46之间构成的电缆连接部49，电缆容纳部21由塑料材料40填充。
[0042]为了除了电极12、13的外部的接触板27的保持为可自由进入的接触面50、51以外构成连续地由PE材料形成的壳体58，承载板11在其承载板表面16上由薄膜59覆盖或者覆层，使得承载板11的由塑料材料40填充的开口、即电缆容纳部21的容纳部开口 23和边缘间隙43也由薄膜覆盖。
【权利要求】
1.一种用于测量电变量的传感器模块(10)，所述传感器模块具有至少一个设置在由电绝缘的材料构成的壳体(58)中的电极(12，13)，所述电极能够经由连接电缆(45)连接到电测量装置上， 其特征在于， 所述电极具有设置在由碳材料构成的内部的接触板和外部的接触板(26，27)之间的传感器元件(28)，所述传感器元件与所述连接电缆连接，其中所述电极的外部的接触板(27)设置在所述壳体的外面中。
2.根据权利要求1所述的传感器模块， 其特征在于， 所述传感器元件(28)以 嵌入的方式容纳到接触板(26，27)的碳材料中。
3.根据权利要求1或2所述的传感器模块， 其特征在于， 所述接触板(26，27)为了设置所述电极(12，13)而具有在所述接触板的连接面(60)中构成的容纳腔(32)。
4.根据权利要求3所述的传感器模块， 其特征在于， 所述容纳腔(32)为了所述传感器元件(28)的嵌入而由能导电的填充料填充。
5.根据权利要求4所述的传感器模块， 其特征在于， 作为能传导的填充料应用含碳的粉末(35)。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的传感器模块， 其特征在于， 所述容纳腔(32)通过在所述接触板(26，27)的至少一个接触表面(31)中的匹配于所述传感器元件(28)的结构的凹部构成。
7.根据权利要求6所述的传感器模块， 其特征在于， 所述容纳腔(32)通过接触板(26，27)的所述接触表面(31)中的铣入部构成。
8.根据上述权利要求中任一项所述的传感器模块， 其特征在于， 所述电极(12，13)设置在所述壳体(58)的承载板(11)的侧部(14，15)上，使得所述电极的所述接触板(26，27)设置在承载板表面(16)中的电极容纳部(17，18)中。
9.根据权利要求8所述的传感器模块， 其特征在于， 所述电极容纳部(17，18)设有在容纳部底部(19)上构成的支撑边缘(20)，使得所述内部的接触板(26)设置在所述容纳部底部上并且所述外部的接触板(27)设置在所述支撑边缘上。
10.根据权利要求8所述的传感器模块， 其特征在于， 为了在所述承载板(11)的所述电极容纳部(17，18)中密封所述电极(12，13)并且固定所述接触板(26，27)，在所述外部的接触板(27)和所述承载板表面(16)中的所述电极容纳部的开口边缘(41)之间形成的边缘间隙(43)由不传导的、硬化的塑料材料(40)填充。
11.根据上述权利要求中任一项所述的传感器模块， 其特征在于， 为了测量电势差或者电阻，在所述壳体(58)中彼此电绝缘地设置有两个电极(12，13)，所述电极能够经由连接电缆(45)连接到电测量装置上，其中所述电极的所述传感器元件(28)分别与所述连接电缆连接，并且每个电极的各一个外部的接触板(27)设置在所述壳体的外面中。
12.根据权利要求11所述的传感器模块， 其特征在于， 所述电极(12，13)设置在所述壳体(58)的所述承载板(11)的彼此相对置的两侧(14，15)上，使得电极的所述接触板(26，27)分别设置在承载板表面(16)中的电极容纳部(17，18)中。
13.根据权利要求12所述的传感器模块， 其特征在于， 所述承载板(11)以邻近所述承载板表面(16)中的彼此相对置地设置的所述电极容纳部(17，18)的方式具有电缆容纳部(21)以用于容纳在所述连接电缆(45)的连接端部(46)和所述传感器元件(28)的传感器导线端部(47，48)之间建立的电缆连接部(49)，其中为了建立所述连接电缆与所述传感器导线端部的连接，所述电极容纳部经由电缆穿引部(24，25)与所述电缆容纳部(21)连接。
14.根据权利要求13所述的传感器模块， 其特征在于， 为了将所述连接电缆(45)固定在所述电缆容纳部(21)中，所述电缆容纳部由不传导的、硬化的塑料材料(40)填充。
15.根据权利要求13或14所述的传感器模块， 其特征在于， 所述承载板(11)至少在具有所述电缆容纳部(41)的表面上具有覆层，所述覆层具有塑料薄膜(59)。
16.一种电极，特别是用于在根据权利要求1至15中一项或多项所述的传感器模块中应用的电极， 其特征在于， 所述电极(12，13)具有设置在由碳材料构成的内部的接触板和外部的接触板(26，27)之间的传感器元件(28)。
17.根据权利要求16所述的电极， 其特征在于， 所述传感器元件(28)以嵌入的方式容纳到接触板的碳材料中。
18.根据权利要求16或17所述的电极， 其特征在于， 所述接触板(26，27)为了设置所述传感器元件(28)而具有在所述接触板的连接面(60)中构成的容纳腔(32)。
19.根据权利要求18所述的电极， 其特征在于， 所述容纳腔(32)为了所述传感器元件(28)的嵌入而由能导电的填充料填充。
20.根据权利要求19所述的电极， 其特征在于， 作为能传导的填充料应用含碳的粉末(35)。
21.根据权利要求18至21中任一项所述的电极， 其特征在于， 所述容纳腔(32)通过所述接触板(26，27)的至少一个接触表面(31)中的匹配于所述传感器元件(28)的结构的凹部构成。
22.根据权利要求21所述的电极， 其特征在于， 所述容纳腔(32)通过接触板(26，27)的接触表面(31)中的铣入部构成。
【文档编号】G01N33/24GK103975238SQ201280059680
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2012年10月2日 优先权日:2011年10月4日
【发明者】格哈德·登纳, 维尔纳·普拉奇 申请人:维也纳顺克股份有限公司, 奥地利泰克普勒股份有限公司