專利名稱：用于流體狀態監測器的探頭組件及其制造方法
技術領域：
本發明涉及用于提供一操作系統中流體的瞬時狀態的實時電信號指示的傳感器。具體地說，本發明涉及發動機潤滑以及動力傳動裝置(例如機動車的自動變速器)中的液壓致動所用的流體中的流體狀態監測(裝置)。
背景技術：
已知如在R.A.Bauer等人名下并轉讓給本發明的受讓人的美國專利6278281中所述，采用與體積流體阻抗和電極的表面阻抗有關的不同頻率下的阻抗譜(impedance spectroscopy)或阻抗測量來確定操作流體隨時間和服務而變化的狀態。上述流體狀態監測器采用一對電極，這對電極和它的交叉組合型單元一起設置在一般為平面的陣列中或者設置成隔開的平行板，并且設置成浸在待監測的流體中。上述Bauer等人的’281號專利中的探頭裝置的缺點在于難于支承和屏蔽該裝置以使其不受機械干擾，例如在要將探頭浸在溫度升高的機動車變速器流體或發動機潤滑劑中的情況下，由于振動或流體運動(例如飛濺或壓力擾動)而引起的機械干擾。
而且已經證明，上述探頭中的電極元件難于設置、尤其在電極由沉積在基質上的薄材料形成的情況下更是如此，從而難以提供所需的表面積和間距，并且不夠堅固且制造成本較高。
而且，在阻抗測量型的流體監測中在為上述類型的探頭提供足夠高的信噪比時還遇到了一些問題。因此，一直希望提供一種改進的傳感器探頭，該傳感器采用阻抗譜法來實時監測關于流體污染和組成變化的流體狀態，并且希望提供這樣一種改進的探頭，這種探頭在惡劣的服務環境中也很可靠，并且易于制造，且在機動車應用方面需要大量生產時成本較低。
發明內容
本發明提供一種要用在傳感器中的探頭組件，該傳感器采用阻抗譜法來實時監測流體的狀態，例如液壓流體，包括自動變速器流體和礦物型發動機潤滑油；本發明采用一對浸在待監測的流體中的同心的管狀電極。
本發明的探頭組件中的電極可以從其連接到一端蓋上的一相應的設置端被電連接。如果需要，每個管狀電極可以有一從該電極沿軸向延伸而形成的一體的連接器端子。
管狀內電極在與管狀外電極的內圓周相距一預定距離的地方設置有一個最小的表面積。在一個實施例中，電極組件被浸在容納在一可以作為法拉第屏蔽的容器內的流體內，則探頭組件自身不需要屏蔽；但是在另一個實施例中，如果電極被浸在不起法拉第屏蔽作用的容器或外殼內的流體內，則探頭采用其自帶的外管狀法拉第屏蔽。本發明提供一種探頭組件，它具有一對隔開的同心管狀電極，該電極在結構上適于用阻抗譜法實時測量流體狀態，同時該電極材料提供一種堅固的結構并具有最小體積，并且易于構形以穿過形成在流體容器例如發動機曲軸箱或變速器箱壁上的孔而安裝。而且，本發明還提供為改進的信噪比而設置的電極，從而使遙控信號處理所需的信號調節的量最小。除了提供零電場外殼(zero E fieldenclosure)以防止感應/信號電流(sensing current)泄露并消除電磁干擾(EMI)外，法拉第屏蔽外殼還可以減少流體擾動，并保持較好的等溫狀態。
圖1是適于監測在一作為法拉第屏蔽的容器內的流體的本發明的一個圖6是圖5中的探頭組件的頂視圖；和圖7是沿圖5的剖面指示線7-7所得的剖視圖。
具體實施例方式
參照圖1和2，一適用于監測機動車自動變速器中的流體的本發明的實施例整體上標記為10，它包括一管狀內電極12，該內電極12具有在用參考字母L表示的一定長度上與一管狀外電極14的內圓周相距一預定的量的外表面，從而為在已知距離處隔開的電極提供規定的表面積。
內電極12具有一縮徑部分16，該部分被接納在一端蓋或套管18內，套管18具有一貫穿自身的通道20，穿過該通道20延伸的一連接器端子22優選沿軸向延伸而成形，并且與內電極12的端部一體地形成一元件。
外電極14被接納在形成于端蓋18上的一縮徑部分24的外圍，用于使內電極12和外電極14保持希望的間隔開的關系。一第二電端子26從外電極14的端部沿軸向延伸，并且優選與外電極14一體地形成一個元件。端子26穿過一槽28(見圖5和6)。
參照圖1至4，內、外電極12、14遠離端蓋18的端部上設置有一遠端端蓋30。端蓋30內形成一埋頭孔32，該埋頭孔32被接納在一形成于內電極12上的縮徑部分34的外圍；且端蓋30具有一縮小的外徑部分36，該縮小的外徑部分36被接納在外電極14的內圓周內且與之緊密配合。外電極14上形成有多個孔38，以便可以使內、外電極之間的空間流體連通。
如果需要，實施例10可以有一個形成在套管/端蓋30的端部上的整體上用40表示的分叉端部，該分叉端部40適于通過外部結構(未示出)對其進行咬合鎖定連接以支承探頭的遠端。
在目前優選的實踐中，以用參考字母D表示的隔開距離隔開的電極的面積在約8.1到10.8cm2的范圍內；且間距在約0.15到0.55mm的范圍內。目前，在監測自動變速器流體的優選的實踐中，實施例10所用的間隙D標稱上優選約為0.13mm，在長度L上的電極的面積為8.1cm2。電極12、14中至少有一個在長度L上的壁厚優選約為1.5到2.0mm。
在本發明目前優選的實踐中，為了監測自動變速器流體，間距D、D’在0.10到0.15mm的范圍內。為了監測諸如用在柴油和汽油發動機內的礦物基/型發動機潤滑劑，間距D、D’優選在0.38到0.55mm的范圍內。
不難理解，探頭組件10可以穿過一具有與電極14的外徑緊密地相互配合的隙徑的流體容器壁上的孔(未示出)安裝，從而端蓋18的下表面對齊并抵靠在容器壁的外表面上。如果需要，探頭組件的遠端還可以通過將分叉端40連接到流體容器內任何合適的支承結構(未示出)而得以支承。另外，也不難理解探頭組件10還可穿過其壁內具有足夠的導電材料、從而作為探頭10的管狀電極的法拉第屏蔽的一流體容器壁而安裝，例如，自動變速器或油槽或發動機曲軸箱的金屬外殼。
參照圖5至7，本發明的另一個實施例整體上用50表示，它包括一管狀內電極52，該內電極52的表面積由一長度L’限定在所述實施例10的所設定的范圍內，且該內電極52設置在一管狀外電極54之內，并與外電極54的間隔距離由參考字母D’表示，該外電極54繞內電極52同心地設置。不難理解，實施例50中的間距D’在上面所述的實施例10的間距D的設定的范圍內。
內電極52有一形成在其上端的縮徑部分56，該縮徑部分56被定位在形成于端蓋60的下表面內的一環形槽58內。
如圖7所示，內電極52有一優選與該內電極52一體地形成的電連接端子62，該端子62軸向延伸穿過設置在套管/端蓋60內的一通道64并向外延伸。
外電極54類似地也有一優選與該外電極54一體形成的電連接端子66，該端子66軸向延伸穿過形成于端蓋60內的一通道68并沿軸向向外延伸。
內電極52的遠端或下端有一形成于其上的縮徑部分70，該縮徑部分70被接納在形成于下端蓋74內的一槽72內。端蓋74在一直徑大于槽72的位置處形成一類似的槽76，外電極54的下端被接納在該槽76內。端蓋74有一縮徑部分78，該縮徑部分78被可滑動地接納在外電極54的內圓周內并與之緊密配合。
一外部的管狀法拉第屏蔽80被接納在端蓋60、74的外面，且在屏蔽80的上端緊密配合在端蓋60上的一縮徑部分82的外面。屏蔽80的下端被接納在形成于下端蓋74上的一縮徑部分84的外面且與縮徑部分84緊密配合。可以用任何合適的方法例如緊固件86—盡管不難理解也可以使用其他技術，例如壓入配合、焊接或粘合—將該屏蔽緊固到上端蓋60和下端蓋74上。法拉第屏蔽80有一電連接端子88，該電連接端子88優選與法拉第屏蔽80一體形成，且從法拉第屏蔽80開始軸向延伸穿過形成于上端蓋60內的一凹陷部或槽90。
因而探頭組件50為內、外電極提供一個自含/自帶的法拉第屏蔽，并且可以安裝在沒有提供足夠的電極屏蔽的流體容器內。
法拉第屏蔽80上形成有多個孔92，從而使容器內的流體可以流向容納在屏蔽80內的電極。類似地，外電極54上也形成有多個孔94，從而使流體可以到達內、外電極的表面。
因此，本發明提供一種用于通過阻抗譜法實時監測流體狀態的改進的探頭組件，該流體例如是包括自動變速器流體或發動機潤滑劑的液壓流體，還提供改進的信噪比、結構堅固性以及較低的制造成本。
盡管上面已經結合圖示的實施例對本發明作了說明，但不難理解本發明還能作出變型和改變，并且僅由下面的權利要求書限定。
權利要求
1.一種用阻抗譜法監測流體狀態的探頭組件，包括(a)一具有一較薄壁的管狀結構的外電極；(b)一具有一較薄壁的管狀結構的內電極，該內電極同心地設置在所述外電極內，且與所述外電極的內表面的徑向間距在約0.15到0.55mm的范圍內，且所述內電極在所述間距下的表面積在約8.1到10.8cm2的范圍內。
2.如權利要求1所述的探頭組件，其特征在于，所述內、外電極各具有一與該電極一體形成且從該電極沿軸向延伸的電連接端子。
3.如權利要求1所述的探頭組件，其特征在于，所述管狀內、外電極中的一個具有在約1.5到2.0mm的范圍內的壁厚。
4.如權利要求1所述的探頭組件，其特征在于，所述外電極和所述內電極在其一端被連接到一公共端蓋上，并且每個所述電極的一電端子穿過該端蓋延伸。
5.如權利要求1所述的探頭組件，其特征在于，所述內、外電極在其相應的端被連接到一公共端蓋上，且有一管狀的外部屏蔽設置在該端蓋的外圍。
6.如權利要求1所述的探頭組件，其特征在于，所述內、外電極由分別在電極的相對端處連接的公共端蓋定位并保持在合適的位置。
7.如權利要求1所述的探頭組件，其特征在于，所述外電極具有在約9.5到13mm的范圍內的直徑。
8.如權利要求1所述的探頭組件，其特征在于，所述內電極與所述外電極的內表面的徑向間距約為0.15mm以用于監測機動車自動變速器流體的狀態。
9.如權利要求1所述的探頭組件，其特征在于，所述內電極與所述外電極的內表面的徑向間距約為0.55mm以用于監測柴油發動機潤滑劑的狀態。
10.如權利要求1所述的探頭組件，其特征在于，該組件還包括安置在所述外電極外圍的一管狀屏蔽。
11.如權利要求10所述的探頭組件，其特征在于，各有一個端蓋被連接到所述電極的遠端和近端上，且所述屏蔽被支承在所述端蓋上。
12.如權利要求1所述的探頭組件，其特征在于，所述內、外電極被連接到一公共的絕緣端蓋上。
13.如權利要求1所述的探頭組件，其特征在于，所述內電極與所述外電極的內表面的徑向間距約為0.55mm以用于監測礦物油型內燃機潤滑劑的狀態。
14.一種制造用在阻抗譜法流體監測中的探頭的方法包括(a)將一管狀內電極同心地設置在一管狀外電極內，并使該內電極與該外電極以在約0.15到0.55mm的范圍內的間距沿徑向隔開，并且使該內電極在所述間距下的表面積在約8.1到10.8cm2的范圍內；和(b)在所述內、外電極的一相應端處形成一電連接端子。
15.如權利要求14所述的方法，其特征在于，設置一管狀內電極的所述步驟包括將該內、外電極的一相應端連接到一公共端蓋上。
16.如權利要求15所述的方法，其特征在于，所述連接步驟包括使所述連接端子穿過該公共端蓋。
17.如權利要求14所述的方法，其特征在于，隔開該內電極的所述步驟包括使該內電極與該外電極間隔約0.15mm以用于監測機動車自動變速器流體的狀態。
18.如權利要求14所述的方法，其特征在于，隔開該內電極的所述步驟包括使該內電極與該外電極間隔約0.55mm以用于監測柴油發動機潤滑劑的狀態。
19.如權利要求14所述的方法，其特征在于，設置一管狀內電極的所述步驟包括使該內電極與該外電極間隔約0.38到0.55mm以用于監測礦物油型發動機潤滑劑的狀態。
全文摘要
一種在傳感器中用阻抗譜法實時監測流體狀態的探頭組件，該探頭組件具有兩個間隔很小的管狀同心電極。當間距在約0.15到0.55mm的范圍內時，所述電極的表面積約為8.1到10.8cm
文檔編號F01M11/10GK1625685SQ03802913
公開日2005年6月8日 申請日期2003年1月31日 優先權日2002年1月31日
發明者鄒廉強, J·E·漢森, V·E·施泰達 申請人:伊頓公司