电位传感器元件及其生产方法
【专利说明】电位传感器元件及其生产方法
[0001]本发明涉及一种电位传感器元件和一种生产所述电位传感器元件的方法。
[0002]在通过电位测定法进行的溶液分析中，测量元件浸入分析溶液中，并且电位的潜在变化由所增加的试剂的作用决定。用这种方法，电位测定法能够主要用于进行酸、碱和氧化还原滴定。现在，通常采用玻璃电极作为PH值测量的测试元件；这样的电极在市场上是容易得到的。
[0003]由于在电位测量中，传感器的电子部件区域经常存在有水分、灰尘、污垢粒子或者侵蚀性物质，因此，EP1206012A2中提出了传感器元件和相应的基本单元之间的非接触式信号传输，这样传感器元件和基本单元之间不存在任何电子接触元件，这样的电子接触元件会由于转换点的环境影响而腐蚀或者遭受其它方面的功能损害。根据EP1206012A2，测量元件永久连接于防护壳体，传感器的电子单元位于该防护壳体中，并且该防护壳体密封以免除外部影响。连接于电子传感单元的非接触接口用于与电子基本单元中相应的非接触接口交换能量和信号。例如非接触式信号传输通过感应实现。
[0004]已经发现，甚至在这些类型的传感器元件的情形下，传感器的电子单元实际上不能通过防护壳体得到足够有效的保护，以免除例如电磁辐射的外部影响。电子传感单元向外部的热量散发以及电子元件之间的电流泄露同样仍是没有完全解决的问题。
[0005]因此，本发明的目的是提供一种电位传感器元件，以及提供一种生产该电位传感器元件的相应方法，所述电位传感器元件坚固耐用，能够提供几乎任何边界条件下的可靠的测量结果，并能够以明确的、可重复的方式生产。
[0006]本发明的目的分别通过权利要求1和权利要求10的特征实现。
[0007]根据本发明，所述电位传感器元件包括测量元件和永久固定于所述测量元件的防护壳体，在所述防护壳体内容纳有电子传感单元，电子传感单元被封闭以免受外部影响。电子传感单元连接于非接触接口，该非接触接口适于与电子基本单元中相应的非接触接口交换能量和信号。所述防护壳体包括外套筒和置于所述外套筒内的内套筒，所述电子传感单元置于所述内套筒中；所述内套筒中的所述电子传感单元被第一灌注料包围，从而容纳有所述电子传感单元和所述第一灌注料的所述内套筒形成所述防护壳体的内部填充元件。所述内部填充元件通过第二灌注料永久固定于所述外套筒，所述第二灌注料不同于所述第一灌注料。
[0008]这种类型的传感器元件是结实的，并几乎能够在任何的外部环境(温度变化、腐蚀环境、电磁场辐射)中长时间用于测量。所述电子传感单元被最佳地保护，同时能够保证电子元件产生的热量充分地向外部散发。
[0009]优选地，所述电子传感元件配置为安装有电子元件的电路板。这提高了传感器元件的紧凑性。
[0010]为提高对电磁辐射的防护，所述防护壳体的所述内套筒由金属制成，该金属更优选地为铜。
[0011]关于生产方法，所述内套筒配置为两部分是特别有益的，其中所述内套筒包括安装部和能够安装于所述安装部的中空套设部。这有助于在所述中空套设部安装到位之前，通过所述安装部的协助能够将所述测量元件的传感器接触部焊接至所述电子传感单元相应的接触部。
[0012]在此特别优选地，所述电子传感单元连接于第一连接元件，所述第一连接元件与形成于所述内套筒的安装部配合。通过所述第一连接元件和所述第二连接元件，在所述电子传感单元和所述安装部之间产生正锁止(positive-locking)或摩擦锁止(frict1n-locking)连接。这种连接限定所述电子传感单元在所述防护壳体中的特定位置，另外还便于在位于预安装状态的所述电子传感单元上的任何必要的焊接操作。
[0013]所述第一连接元件可以是，例如，凸出部，所述第二连接元件可以是凹槽部。也可为相反的设置。最后，还可为任何其它的可分离的连接技术。
[0014]优选地，所述传感器元件的非接触接口为包括有线圈的感应接口。当所述感应接口应用时，能够确保从所述电子基本单元向所述电子传感单元的能量传输以及从所述电子传感单元向所述电子基本单元的信号传输平行进行而不产生干涉。
[0015]优选地，所述线圈位于所述防护壳体的所述内套筒的外部，并由所述第二灌注料包围。
[0016]为获得所述电子传感单元最佳支撑和最佳保护的所需性能，优选地，所述第一灌注料选自能够提供良好导热性和良好电绝缘性的灌注料，而所述第二灌注料选自能够提供热稳定性粘结的灌注料。优选地，两种灌注料为双组分粘结剂，所述第一灌注料和所述第二灌注料各自具有自己的主要功能。
[0017]根据本发明提供的生产电位传感器元件的方法，所述电位传感器元件包括测量元件和永久固定于所述测量元件的防护壳体，在所述防护壳体中容纳有电子传感单元，所述电子传感单元被封闭以免受外部影响，所述方法包括以下步骤:
[0018]提供所述测量元件；
[0019]围绕所述电子传感单元设置所述防护壳体的内套筒，并将所述内套筒永久固定于所述测量元件；
[0020]用第一灌注料填充所述内套筒，并固化所述第一灌注料，由此形成内部填充元件，所述内部填充元件包括容纳有所述电子传感单元和所述第一灌注料的内套筒，所述第一灌注料围绕所述电子传感单元；
[0021]用不同于所述第一灌注料的第二灌注料填充所述防护壳体的外套筒，所述外套筒一端开口，将所述内部填充元件引入所述外套筒中，固化所述第二灌注料，使得所述内部填充元件永久固定于所述防护壳体的所述外套筒。
[0022]这种生产方法能够确保，几乎能完全避免灌注料中的空气夹杂物，并能够提供在所述防护壳体的外套筒中用于保护和嵌入电子传感单元的多层结构。所述生产方法还易于重复生产，这意味着能够可快速连续生产。
[0023]优选地，所述内套筒围绕所述电子传感单元以及所述内套筒永久固定于所述测量元件的布置包括以下步骤:
[0024]将所述内套筒的安装部永久固定于所述测量元件；
[0025]机械连接所述电子传感单元和所述安装部；
[0026]将所述测量元件的传感器接触部焊接于所述电子传感单元；和
[0027]将所述内套筒的中空套设部套设在所述安装部上，使得所述中空套设部围绕所述电子传感单兀设置O
[0028]因此，所述电子传感单元在所述防护壳体中的位置明确限定，这进一步提高了所述方法的再现性，并且电子元件的处理，尤其是测量电线的焊接也较为方便。
[0029]本发明的其它特性和有益效果可从如下的说明书中得到，为此目的参考数字用于附图。
[0030]图1为根据本发明的一个实施例的电位传感器元件的立体图；
[0031]图2为图1的电位传感器元件的剖视图，该电位传感器元件的顶部设置有保护帽；
[0032]图3为根据本发明的电位传感器元件在生产过程中第一中间阶段的剖视图；
[0033]图4为根据本发明的电位传感器元件在生产过程中第二中间阶段的剖视图；
[0034]图5为根据本发明的电位传感器元件在生产过程中第三中间阶段的剖视图；
[0035]图6为根据本发明的电位传感器元件在生产过程中第四中间阶段的剖视图；以及
[0036]图7为根据本发明的电位传感器元件在生产过程中最后阶段的剖视图。
[0037]本实施例中，图1和图2所示的电位传感器元件适于进行PH值测量，但也可用于其它类型的电位分析。
[0038]该电位传感器元件包括测量元件2，用于电子传感单元6的防护壳体4永久固定于测量元件2。通常，测量元件2配置为测量杆，在本具体实施例中，该测量元件2为传统的玻璃电极。如图2所示，该测量元件2的前端区域覆盖有保护帽8。
[0039]用于电子传感单元6的防护壳体4同时用作机械式连接器，防护壳体4可分离地连接于相应的基本元件(未显示)，在该基本元件中配置有电子基本单元。防护壳体4与基本元件之间的连接可通过例如插销接头来实现。
[0040]电子传感单元6优选配置为电路板，电子元件安装在该电路板上。电子传感单元6通过电线10与测量元件2连接。电子传感单元6还与非接触接口 12连接，非接触接口 12适于与电子基本单元(未显示)中相应的非接触接口(未显示)交换能量和信号。在此显示的实施例中，非接触接口 12为感应接口，并包括有线圈14。在一些实施例中，线圈14可包括铁氧体磁芯(ferrite core)。
[0041]通过与设置在电子基本单元内的第二线圈(未显示)配合，线圈14对电子基本单元向电子传感单元6的电源信号传输以及电子传感单元6向电子基本单元的测量信号传输均产生影响。电子传感单元6、电子基本单元和相应传输机构的具体配置参见EP1206012A2的
[0041]-
[0044]段。另外，电子传感单元6可包括与非接触接口 12连接的微处理器，并且电子传感单元6还可包括数字存储器。
[0042]用于电子传感单元6的防护壳体4包括容纳有内套筒20的外套筒18。外套筒18优选具有U形结构，该外套筒20比内套筒20长，内套筒20优选为圆柱形状，电子传感单元6置于该内套筒20中，也就是说，内套筒20围绕电子传感单元6设置。外套筒18优选由塑料制成，而内套筒20优选由金属制成，更优选地，该金属为黄铜。
[0043]优选地，内套筒20还具有两部分结构，下面将结合图3和图5进行更详细地描述。
[0044]电子传感单元6由内套筒20和第一灌注料22包围，以使得第一灌注料22和内部容纳有电子传感单元6的内套筒20形成防护壳体4的内部填充元件，该内部填充元件通过第二灌注料24与防护壳体4的外套筒18永久连接，该第二灌注料24与第一灌注料22不同。
[0045]第一灌注料22为选自能够提供良好导热性和良好绝缘性的灌注料，而第二灌注料24为选自能够提供热稳定性粘结的灌注料。
[0046]在一实施例中，第一灌注料22为市场上可得到的、名称为环氧树脂(Araldite)的双组分粘结剂，并由树脂(resin)AY 103-1和固化剂(curing agent)HY 956组成。当然，有多种其它本领域技术人员所公知的可供选择的粘结剂。
[0047]第二灌注料24为，例如市场上可得到的、名称为环氧树脂快干(Araldite rapid)双组分粘结剂，并包括树脂(resin) AW 2104和固化剂(curing