专利名称：电容式传感器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电容式传感器装置，用以当介质环绕并流过它时测量此介质的性质，此传感器有一金属外罩而此传感器的电极则由设置成与此传感器外表面平齐的玻璃陶瓷材料同所述待测量的介质绝缘。
背景技术：
已有技术中存在多种装置，用以对流动的例如流过管线的介质的性质进行电容式测量。但长期以来希望能提供一种对所测量的任何侵蚀性介质都牢靠和稳定的电容式传感器，此外这种传感器与已知的这类器件相比能提高灵敏度。

发明内容
为此，本发明的特征是，沿横向于所测量的介质的流向，于上述外罩中设计有一孔口用以置纳至少一个电容式电极，且该传感器电极由设置成与此传感器外罩的相对面平齐的玻璃陶瓷材料与所述待测量的介质绝缘。
在本发明的另一实施形式中，将上述横向于所述待测量介质流向的在外罩中的孔口设计成容纳至少两个电极，这些电极电绝缘地相互分开固定距离，并且由设置成与此传感器外罩的相对面平齐的玻璃陶瓷材料与所述待测量的介质绝缘。
依据又一实施形式，其中有至少两个电极即传感器电极，它们当沿传感器外罩的一面到其相对面的方向观察时，包括第一电容式传感器电极、与传感器外罩作电接触的公共参考电极以及第二电容式传感器电极。
在再一可选实施形式中，其中此传感器具有至少两个电极，此传感器的这种电极当沿传感器外罩的一面到其相对面的方向观察时包括第一电容式传感器电极、第一反相或屏蔽电极、与传感器外罩作电接触的公共参考电极、第二反相或屏蔽电极以及第二电容式传感器电极。
在又另一实施形式中，此传感器的电极当沿从传感器外罩的一面到其相对的一面观察时，包括a)在同一平面中被环形反相或屏蔽电极环绕的电容式传感电极，以及(b)公共参考电极。
依据再另一实施形式，此传感器的电极当沿从传感器外罩的一面到其相对一面观察时，包括a)在同一平面中被环形反相或屏蔽电极环绕的第一电容式传感电极、b)公共参考电极，以及(c)在同一平面中被第二环形反相或屏蔽电极所环绕的第二电容式传感器电极，而上述参考电极则是a)与b)中的电极是公用的。
上述反相或屏蔽电极最好制备成这样的环形，其内径小于电容式电极的直径而其外径则大于电容式电极的直径。
最好是使此传感器的电极为具有锥形或多边形轮廓的碟形件。
当此传感器的电极包括反相或屏蔽电极时，后述的这些电极最好具有比电容式传感器电极较大的表面积。
此外，此传感器外罩的横剖面最好取流线型。
前述待测量的介质例如是一种流体或几种流体的混合形式。本申请中“流体”一词应按其最广意义理解，包括例如液体、气体、液体与气体(还包括空气)的混合物、液体与/或含粒子(如砂子)的气体，或是由例如任意与流体如空气粉末或粉末成份组成。
下面将参考附图较详细地说明本发明。


图1～4示明本发明的电容式传感器装置的四个不同的实施例。
图5示明此装置在例如管线方面中的优选的应用。
图6是此装置的透视图。
图7示明有关上述实施形式之一中的电极上所连接的电气设备的优选但未必是限制性的电路图。
图8与9示明由此装置产生出的电容场。
图10a与10b示明本发明的装置的第五实施例。
图6示明本发明的装置的第六实施例。
具体实施例方式
本装置在其最简形式中包括一个嵌装于传感器外罩3内玻璃陶瓷材料2中的电极1。连接线4经线槽5引导至传感器外罩3的外侧。此传感器外罩则有一连接线6。这样，此传感器外罩3在上述情形下便起到参考电极的作用。
在图2所示实施例中，于玻璃陶瓷材料2中嵌设有两个电容式电极7、8，从电极7、8引伸出的连接线9、10则经线槽11到外罩3的外侧。这时外罩3同样对于电极7、8形成它们的参考电极或反相电极。
在图3所示的实施例中提供了两个电容式电极，而在它们之间有一参考电极14，其电位最好但不一定要与外罩3的相同。这里的电极12～14也是嵌设于外罩3一孔口中的玻璃陶瓷材料2内。
电极12～14通过经由外罩3中的线槽18延伸的各个连接线15、16、17连接到外罩3的外侧上。
在图4所示的第四实施例中，此传感器共有五个设置于外罩3的孔口19中的五个电极。这五个电极同样嵌装于玻璃陶瓷材料2内，而此玻璃陶瓷材料2同样也与外罩3的相对的面3’、3”平齐。当在图4中从左到右即从面3’到面3”观察时，其中是第一电容式传感器电极20、第一反相或屏蔽电极(所谓“防护”电极)21、公共参考电极22、第二反相或屏蔽电极23以及第二电容式传感器电极24。此反相或屏蔽电极21、24实际上为电容式电极形成了一个屏蔽或参考平台，而外罩3则形成一反相电极。各个电极20～24通过经由外罩3中线槽30延伸的各相应连接线25～29连接到传感器外罩3的外侧。
图6以透视图示明了此传感器，事实上这对于图1～4所示的所有实施例都是类似的。图5中，此传感器只是示意性地置于管道中，相对的面3’，3”实质上是平行于流过管线31中介质的流向。
图7示明了典型的但未必是限定性的能控制总数为五个的电极20～24的电路的示例性实施例。标号32与33分别指各自连接第一与第二电容式电极20、24的第一和第二振荡器。标号34与35则指反向/屏蔽驱动电子器件，用以驱动与电极20、24反相的电极而获得有效的屏蔽，同时为电极20与24建立一平台或基座。这样也能将探测的领域进一步外推而进入介质之内。与外罩3相同，电极22也接地。标号36指出一与振荡器32和33连接的信号电路，用来探测信号的变化而提供流过传感器的介质的性质的表示。
上述传感器实际上是双侧的装置，这意味着相对于已知的传统上放置于管线壁上的电容式传感器而言，提高了灵敏度。
这种传感器的电极最好是碟形的，还可选择取锥形或多边形轮廓，且最好与外罩3中的孔口19的形状匹配。为了使紊流的影响最小化，最好使传感器的外罩尽可能取流线型。这在图5中作了某种程度的表示。在另一种实施例中，电极21、23可以呈环形，其内径小于相应的相邻电容式电极的直径而其外径大于电容式电极的直径。
为简明起见，图8与9中未包括电极，但应认识到，特别是在图4所示的实施例中，获得了从传感器外罩的一侧3’延伸到对侧3”的电容场CF，这一情形示明于图9中，而在图8中也在一定程度上示明。
重要的是应注意到，当采用玻璃陶瓷材料2时，在有两或多个电极的情形，电极间的距离应该固定而不受压力与温度的影响。
如图4与7所示，电极21与23防止了传感器电极20与24相互影响，同时也提供了比由传感器电极20与24所提供的测量电容要小的固定电容。电极21与23可以由测量用电缆方便地连接到附加的屏幕上(电缆与屏幕均未示出)，还可以方便地连接到图7所示的有关电子设备34、35上。
如图9所示，此测量区域从一个传感器电极起，通过玻璃陶瓷材料，再通过待测量的物质，又继续通过玻璃陶瓷材料而到达另一传感器电极。
如图4与7所示，上述反相电极的直径最好大于传感器电极20、24的，这样可使测量范围比起未采用这种电极21、23时能到达待测量的介质内部更远。
要是如图1所示只采用一个电极而不采用电极21、23与22，则此测量场将在暴露于待测量的介质下的传感器外罩与绝缘地处于玻璃陶瓷材料2内的传感器电极1之间。通过采用前述这种双侧式电极，即其中这双侧都暴露于待测量的介质，由这种传感器所提供的电容实际上是很大的，此测量场与传感器外罩3邻接。
从图2或3可以看到，在本发明的技术方案中存在两个传感器电极7，8；12，13，这些电极如图所示，都绝缘地处于玻璃陶瓷材料2内，而测量场如图8与9所示和相关描述中所说明的，在此传感器的两侧之间延伸。
图10a与10b所示的实施例与以前附图中所示的略有不同。传感器外罩于图10a与10b中由标号37标明并具有置放电极38、39与40的通孔37’，孔口37’中以玻璃陶瓷材料41充填，这种材料环绕着电极并使各电极保持分开一固定距离。这里的传感器的电极当沿此传感器外罩的一个面37”朝相对的一个面37观察时，包括在同一平面内由环形反相或屏蔽电极39所包围的电容式传感器电极38。这两个电极有一公共的参考电极40。实际的外罩可具有地电位或与此参考电极相同的电位。反相或屏蔽电极即所谓的“防护”电极，有助于保障从此电容式电极延伸出的主测量范围进一步向外扩展而进入待测量的介质内，此时也提高了传感器的灵敏度。
图10所示实施例的变型示于图11中。在图11中，传感器外罩以标号42标明且具有通孔42’，其中放置着传感器电极43～47其中孔口被充填以玻璃陶瓷材料48，玻璃陶瓷材料环绕电极并把电极分开一定距离。此传感器的电极当沿传感器外罩42的一个面42”朝与其相对的一个面42观察时，包括在同一平面内被第二环形反相或屏蔽电极44所包围的电容式传感器电极43。这两个电极具有公共参考电极45。于同一平面内被第二环形反相或屏蔽电极47包围的是一与此参考电极45分开一定距离的第二电容式传感器电极46，而此参考电极45则是所有的电极43、44与46、47所共用的。实际的外罩42可以具有地电位或与此参考电极相同的电位。在此，反相或屏蔽电极44、47即所谓的“防护”电极有助于保障分别地将各相邻的电容式电极43、46的主要场进一步向外扩展到待测量的介质内，由此也可提高此传感器的灵敏度。图11所示的实施例的优点是，与图10所示的实施例相比，由于能够双侧探测而显著地提高了灵敏度。
权利要求
1.电容式传感器装置，用于在介质环绕并流过此传感器时测量待测的介质的性质，此传感器具有金属的外罩，且此传感器的电极是由设置成与此传感器的外表面平齐的玻璃陶瓷材料与此待测量的介质绝缘，其特征在于，此外罩中的横向于所述待测量的介质的孔口适合用来容纳至少一个电容式电极；而此传感器的电极则是由设置成与此传感器的相对的面平齐的上述玻璃陶瓷材料与该待测量的介质绝缘。
2.电容式传感器装置，用于在呈流体形式的介质环绕并流过此传感器时测量介质的性质，此传感器具有金属的外罩，且此传感器的电极是由设置成与此传感器的外表面平齐的玻璃陶瓷材料与此待测量的介质绝缘，其特征在于，此外罩的横向于所述待测量的介质的孔口适合用来容纳至少两个电极，而这些电极相互以固定的距离电绝缘并与所述待测量的介质由设置成与此传感器的相对的面平齐的上述玻璃陶瓷材料绝缘。
3.权利要求2所公开的装置，其特征在于，上述传感器的电极当从此传感器一个面到其相对的面观察时，包括第一电容式传感器电极、与此传感器外罩电接触的公共参考电极、第二电容式传感器电极。
4.权利要求2所公开的装置，其特征在于，上述传感器的电极当从此传感器一个面到其相对的面观察时，包括第一电容式传感器电极、第一反相或屏蔽电极、与此传感器外罩电连接的公共参考电极、第二反相或屏蔽电极、第二电容式传感器电极。
5.权利要求2所公开的装置，其特征在于，上述传感器的电极当从此传感器一个面到其相对的面观察时，包括a)在同一平面内被环形反相或屏蔽电极所围绕的电容式传感器电极、b)公共参考电极。
6.权利要求2所公开的装置，其特征在于，上述传感器的电极当从此传感器一个面到其相对的面观察时，包括a)在同一平面内被第一环形反相或屏蔽电极所围绕的第一电容式传感器电极、b)公共参考电极和c)在同一平面内被第二反相或屏蔽电极所围绕的第二电容式传感器电极，而所述参考电极对于上述a)与b)中所述的电极是共用的。
7.上述各权利要求中一或多项所公开的装置，其特征在于，所述传感器电极是具备锥形或多边形轮廓的碟形。
8.权利要求4所公开的装置，其特征在于，所述反相或屏蔽电极具有的表面积比所述电容式传感器的电极的大。
9.权利要求4、7与8中任一项所公开的装置，其特征在于，所述反相或屏蔽电极呈这样的环形，其内径小于所述电容式电极的直径而其外径大于此电容式电极的直径。
10.上述各权利要求中一或多项所述的装置，其特征在于，所述传感器外罩从横剖面上看具有流线型。
11.上述各权利要求中一或多项所公开的装置，其特征在于，所述待测量的介质包括a)一种流体或几种流体的混合物，例如液体、气体、液体与气体(也包括空气)的混合物、液体和/或含粒子(例如砂子)的气体；或b)与流体如空气有关的粉末或粉末成份。
全文摘要
电容式传感器装置，用以当介质环绕并流过它时测量此介质的性质。此传感器有一金属外罩、在此外罩中的横向于所述待测量的介质的孔口而此孔口适合用来容纳至少一个电容电极，而此传感器的电极则是由设置成与此传感器的相对的面平齐的上述玻璃陶瓷材料与该待测量的介质电绝缘。
文档编号G01N27/22GK1639560SQ02817682
公开日2005年7月13日 申请日期2002年7月9日 优先权日2001年7月10日
发明者哈拉尔德·本尼斯塔德 申请人:哈拉尔德·本尼斯塔德