傳感器模塊以及用于傳感器模塊的電極的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于測量電變量的傳感器模塊(10)，所述傳感器模塊具有至少一個設置在由電絕緣的材料構成的殼體(58)中的電極(12，13)，所述電極能夠經由連接電纜(45)連接到電測量裝置上，其中電極具有設置在由碳材料構成的內部的接觸板和外部的接觸板(26、27)之間的傳感器元件，所述傳感器元件與連接電纜連接，其中電極的外部的接觸板(27)設置在殼體的外面中。
【專利說明】傳感器模塊以及用于傳感器模塊的電極
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于測量電變量的傳感器模塊以及一種相應的電極，所述傳感器模塊具有至少一個設置在由電絕緣的材料構成的殼體中的電極，所述電極能夠經由連接電纜連接到電測量裝置上。
【背景技術】
[0002]開始提及類型的傳感器模塊能夠用于在固態環境中、例如在土壤中確定局部的電變量，例如電阻、電流強度或者電壓。因為土壤中的眾所周知的電變量、例如電阻與土壤的成分、特別是與土壤中的土壤構成和液體含量或者液體分布相關地發生改變，所以例如使用這類傳感器模塊，以便檢測垃圾堆放場的和存放點的密封裝置中的泄漏。根據垃圾堆放場存放物質的類型，在此，傳感器模塊暴露于部分顯著侵蝕性的環境，使得除了傳感器模塊的接觸表面的良好的導電性以外，對于傳感器模塊的功能可靠性而言重要的是，所述傳感器模塊證實為是化學耐久的。除此之外，當然對于開始提及類型的傳感器模塊的功能可靠性而言十分重要的是，所述傳感器模塊具有足夠的機械穩定性，以便承受住在土壤中出現的機械負荷。
【發明內容】
[0003]因此，本發明基于下述目的，提出一種傳感器模塊，所述傳感器模塊除了良好的電接觸性、即小的接觸電阻以外還具有大的化學耐久性并且除此之外還具有大的機械穩定性。這些要求當然尤其涉及設置在傳感器模塊中的電極，所述電極直接接觸環境進而相應地直接經受環境影響。
[0004]為了實現所述目的，根據本發明的傳感器模塊具有權利要求1的特征。根據本發明的電極具有權利要求16的特征。
[0005]根據本發明，傳感器模塊的電極具有設置在由碳材料構成的內部的接觸板和外部的接觸板之間的傳感器元件，所述傳感器元件與連接電纜連接，其中電極的外部的接觸板設置在殼體的外面中。通過將能夠例如由曲折形地構成的傳感器導線構成的傳感器元件設置在由碳材料構成的兩個接觸板之間，能夠實現傳感器元件的下述安置，所述安置除了良好的導電性以外還提供對靈敏的傳感器元件的機械保護，并且除此之外，所述安置對于傳感器元件的功能作用而言也在化學侵蝕性的環境中具有重要的化學耐久性。
[0006]優選地，傳感器元件能夠由無腐蝕性的材料形成或者由設有無腐蝕性的覆層的材料形成。例如，傳感器元件能夠具有金覆層。
[0007]因此，整體上，通過傳感器元件夾層狀地容納在由碳構成的接觸板之間，相對于機械的和化學的應力對傳感器元件的保護性的屏蔽是可能的，以及同時在朝向接觸板的例如由土壤形成的周圍區域和設置在接觸板之間的傳感器元件之間的可靠的電接觸也是可能的。
[0008]導電板當然尤其適合于用作為接觸板，所述導電板作為氣密的并且液密的板在熱壓法中由碳材料制造，所述碳材料具有由熱固性塑料和碳顆粒組成的混合物，并且所述導電板在成型過程后是碳化的并且是防水的以實現氣密性和液密性。這類特征在于高的形狀穩定性的板的制造在W02000/016424中描述，其公開內容在此并入本文。
[0009]有利地，傳感器元件在這類板成型時就已經能夠設置在接觸板的碳材料中，使得在制成的接觸板中，傳感器元件嵌入地容納在接觸板中。
[0010]為了能夠實現傳感器元件在接觸板之間的限定的設置，有利的是，為了將傳感器元件設置在接觸板之間，構成在接觸板的連接平面中構成的容納腔。
[0011]為了能夠實現在傳感器元件和接觸板之間的盡可能可靠的接觸，用于嵌入傳感器元件的容納腔能夠由能導電的填充料填充，其中碳例如在構成為所謂的“搗料(Stampfmasse) ”時對此是特別適合的，所述搗料在將傳感器元件設置在容納腔中之后能夠填入到容納腔中并且在所述容納腔中密封，使得能夠實現在傳感器元件和由碳構成的接觸板之間的尤其小的接觸電阻。
[0012]也尤其有利的是，容納腔通過在至少一個接觸板表面中的匹配于傳感器元件的結構的凹部構成,其中容納腔優選通過接觸板表面中的銑削部來構成。
[0013]電極的尤其可靠并且受保護的設置在下述情況下是可能的:電極設置在殼體的承載板的一側上時，使得電極的接觸板設置在承載板表面中的電極容納部中。
[0014]如果電極容納部設有在電極容納部的容納部底部上構成的支撐邊緣，使得內部的接觸板設置在容納部底部上并且外部的接觸板設置在支撐邊緣上，那么在電極和殼體或者承載板之間的尤其可靠的連接是可能的。
[0015]為了將電極或者接觸板固定在承載板上以及同時為了相對于周圍密封電極而有利的是，在外部的接觸板和承載板表面中的電極容納部的開口邊緣之間形成的邊緣間隙由不傳導的、硬化的塑料材料填充。
[0016]為了進一步加強電極和承載板之間的粘附性的附著，電極容納部的底部以及必要時附加地還有支撐邊緣也能夠設有由不傳導的、硬化的塑料材料構成的覆層，使得電極的最大可能的表面粘附性地與承載板連接。
[0017]特別是為了借助于僅一個傳感器模塊來執行對電勢差的測量，有利的是，傳感器模塊具有兩個在殼體中彼此電絕緣的電極，所述電極能夠經由連接電纜連接到電測量裝置上，其中電極的傳感器元件分別與連接電纜連接，并且每個電極的各一個外部的接觸板設置在殼體的外面中。由此，應用兩個獨立的傳感器模塊能夠由應用僅一個設有兩個電極的傳感器模塊來代替。
[0018]在兩個電極尤其有利地相對設置的情況下，電極位于殼體的承載板的兩個彼此相對置的側上，使得電極的接觸板分別設置在承載板表面中的電極容納部中。因此，例如在將承載板集成到用于平坦密封的介質或者密封元件中時，所述密封元件能夠被持久地監控。
[0019]對于將電極以抵抗外部影響密封的方式容納到傳感器模塊的殼體中而言尤其有利的是，承載板鄰近承載板表面中的彼此相對置地設置的電極容納部具有用于容納在連接電纜的連接端部和傳感器元件的傳感器導線端部之間建立的電纜連接部的電纜容納部，其中為了建立連接電纜與傳感器導線端部的連接，電極容納部經由電纜穿引部與電纜容納部連接。
[0020]為了將連接電纜固定在電纜容納部中或者固定在傳感器模塊的殼體上，證實為有利的是，電纜容納部由不傳導的、硬化的塑料材料填充。
[0021]特別是對于下述情況:為了填充電纜容納部以及必要時為了填充在電極的外部的接觸板和承載板之間構成的邊緣間隙，應使用與承載板的材料不同的材料，即例如在下述情況下:為承載板使用聚乙烯、特別是高密度的聚乙烯(HDPE)并且為填充材料使用聚氨酯(PU)材料，有利的是，承載板至少在具有電纜容納部的表面上設有覆層，即例如設有塑料薄膜，所述塑料薄膜在為承載板選擇聚乙烯作為材料的情況下有利地構成為聚乙烯薄膜。因此，承載板例如能夠焊入到作為持久的監控傳感裝置的薄膜系統中。
[0022]與用于構成開始提及類型的傳感器模塊的應用無關地，根據本發明構成的在由碳材料構成的內部的接觸板和外部的接觸板之間具有傳感器元件的電極具有開始描述的主要的優點，即這類電極由于通過接觸板對傳感器元件的屏蔽并且由于接觸板本身的有利的電特性在化學侵蝕性的環境中證實為是尤其運行可靠的。
[0023]不僅根據本發明的傳感器模塊、而且根據本發明的電極一特別是由于所使用的碳材料——適合于在醫療技術中的應用。在此，特別是在相應構成的具有向外密封地容納在承載板的電極容納部中的一個或多個電極的傳感器模塊的情況下，可以考慮在體液中的應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]在下文中根據附圖詳細闡述根據本發明的傳感器模塊的有利的實施方式以及根據本發明的在傳感器模塊中使用的電極的優選的設計方案。
[0025]附圖示出:
[0026]圖1示出具有兩個電極的傳感器模塊的剖面圖，所述電極借助外部的接觸板設置在傳感器模塊的表面中；
[0027]圖2示出在圖1中示出的傳感器模塊的俯視圖；
[0028]圖3示出在圖1中示出的傳感器模塊的電極的俯視圖；
[0029]圖4示出在圖1中示出的傳感器模塊的承載板的俯視圖；
[0030]圖5示出在圖4中示出的承載板的根據圖4中的剖面線V-V的剖面圖；
[0031]圖6示出在圖4中示出的承載板的根據圖4中的剖面線V1-VI的剖面圖；
[0032]圖7示出在圖4中示出的承載板的根據圖4中的剖面線VI1-VII的剖面圖。
【具體實施方式】
[0033]圖1以橫截面視圖示出具有承載板11的傳感器模塊10的一個實施方式，所述承載板在此處示出的實施例中由高密度聚乙烯(HDPE)制成并且具有兩個插入到承載板11中的電極12、13。
[0034]傳感器模塊10尤其通過焊入承載板而適合于集成到薄膜密封系統中進而適合于構成持久的監控傳感器。
[0035]在圖1和圖4至7中示出的承載板11在兩個彼此相對置的側14、15上具有引入到承載板表面16中的電極容納部17、18，所述電極容納部優選通過對承載板表面16的銑削加工而產生并且具有分別在容納部底部19上構成的支撐邊緣20，所述支撐邊緣在當前情況下框架狀地構成。支撐邊緣20相對于承載板表面凹進，使得整體上得到電極容納部17、18的在圖1、4、5和7中示出的分級的橫截面。
[0036]除了這兩個在這里優選通過銑削引入的電極容納部17、18以外，承載板11還具有特別是在圖1、4和5中示出的電纜容納部21，所述電纜容納部優選同樣通過銑削產生并且在所示出的實施例中具有階梯橫截面22，所述階梯橫截面由相疊并且交錯結合設置的、在這里方形地構成的空腔組成，所述空腔的寬度b從容納部底部52開始朝向承載板表面16減小，使得在承載板表面16中構成容納部開口 23。
[0037]此外，承載板11具有兩個分別將電極容納部17、18與電纜容納部21連接的電纜穿引部24、25，所述電纜穿引部從電極容納部17、18的支撐邊緣20的內棱邊16傾斜于電纜容納部21中的連接面53(圖5)延伸。
[0038]如從圖1和3的概覽中所得出的，電極12、13分別具有內部的接觸板26和外部的接觸板27，在所述內部的接觸板和外部的接觸板之間設置有傳感器元件28，所述傳感器元件在當前情況下具有優選用金覆層的傳感器導線29，所述傳感器導線構成接觸曲折部30，所述接觸曲折部在接觸板26、27之間的連接面60中在內部的接觸板26的接觸表面31上設置在容納腔32中。同樣地，在內部的接觸板26的接觸表面31中存在傳感器導線穿引部33，所述傳感器導線穿引部將容納腔32與內部的接觸板26的外邊緣34連接。在圖1和3中示出的以邊緣凸出部56超出內部的接觸板26的外部的接觸板27和內部的接觸板26的相對設置中，對于傳感器導線29的接觸曲折部30得到除了傳感器穿引部33之外的封閉的容納腔，從所述容納腔中引出傳感器導線29的連接端部55。為了實現在接觸曲折部30和接觸板26、27之間的最大化的接觸表面，容納腔32由碳粉35填充。
[0039]如特別是從圖1中可見，電極12、13設置在電極容納部17、18中，使得外部的接觸板27至少在接觸板角區域36 (圖3)中貼靠在支撐邊緣20上。優選地，在圖1中示出的實施例中，同時建立在內部的接觸板26和外部的接觸板27之間的機械連接與在電極12、13和承載板11之間的機械連接。對此，不僅在內部的接觸板26的下側37和容納部底部19之間、而且在構成在外部的接觸板27的邊緣凸出部56的下側38上的支撐邊緣39和電極容納部17、18的支撐邊緣20之間施加由交聯的塑料材料40構成的粘接劑、尤其是PU粘接齊U，所述粘接劑在硬化后引起在電極12、13和承載板11之間的牢固的穩定的機械連接。除此之外,如在圖1中示出的,在承載板表面16中構成的開口邊緣41和外部的接觸板27的外邊緣42之間構成的邊緣間隙43同樣由塑料材料40填充，使得在承載板表面16上產生在電極12、13和承載板表面16之間的完全的密封。
[0040]為了提高經由塑料材料40產生的在承載板11和電極12、13之間的機械連接的穩定性，在圖1中示出的實施例中，邊緣間隙43設有構成為燕尾狀的朝向承載板表面16漸縮的間隙橫截面44。
[0041]如從圖1和2的概覽中變得明顯的是，承載板11設有電纜穿引部57 (也見圖4和6)，所述電纜穿引部通入到電纜容納部21中并且用于穿引傳感器模塊10的連接電纜45，所述連接電纜在其連接端部46 (圖1)上與傳感器導線端部47、48連接。為了釋放應力并且同時密封地容納在傳感器導線端部47、48和連接電纜45的連接端部46之間構成的電纜連接部49，電纜容納部21由塑料材料40填充。
[0042]為了除了電極12、13的外部的接觸板27的保持為可自由進入的接觸面50、51以外構成連續地由PE材料形成的殼體58，承載板11在其承載板表面16上由薄膜59覆蓋或者覆層，使得承載板11的由塑料材料40填充的開口、即電纜容納部21的容納部開口 23和邊緣間隙43也由薄膜覆蓋。
【權利要求】
1.一種用于測量電變量的傳感器模塊(10)，所述傳感器模塊具有至少一個設置在由電絕緣的材料構成的殼體(58)中的電極(12，13)，所述電極能夠經由連接電纜(45)連接到電測量裝置上， 其特征在于， 所述電極具有設置在由碳材料構成的內部的接觸板和外部的接觸板(26，27)之間的傳感器元件(28)，所述傳感器元件與所述連接電纜連接，其中所述電極的外部的接觸板(27)設置在所述殼體的外面中。
2.根據權利要求1所述的傳感器模塊， 其特征在于， 所述傳感器元件(28)以 嵌入的方式容納到接觸板(26，27)的碳材料中。
3.根據權利要求1或2所述的傳感器模塊， 其特征在于， 所述接觸板(26，27)為了設置所述電極(12，13)而具有在所述接觸板的連接面(60)中構成的容納腔(32)。
4.根據權利要求3所述的傳感器模塊， 其特征在于， 所述容納腔(32)為了所述傳感器元件(28)的嵌入而由能導電的填充料填充。
5.根據權利要求4所述的傳感器模塊， 其特征在于， 作為能傳導的填充料應用含碳的粉末(35)。
6.根據權利要求3至5中任一項所述的傳感器模塊， 其特征在于， 所述容納腔(32)通過在所述接觸板(26，27)的至少一個接觸表面(31)中的匹配于所述傳感器元件(28)的結構的凹部構成。
7.根據權利要求6所述的傳感器模塊， 其特征在于， 所述容納腔(32)通過接觸板(26，27)的所述接觸表面(31)中的銑入部構成。
8.根據上述權利要求中任一項所述的傳感器模塊， 其特征在于， 所述電極(12，13)設置在所述殼體(58)的承載板(11)的側部(14，15)上，使得所述電極的所述接觸板(26，27)設置在承載板表面(16)中的電極容納部(17，18)中。
9.根據權利要求8所述的傳感器模塊， 其特征在于， 所述電極容納部(17，18)設有在容納部底部(19)上構成的支撐邊緣(20)，使得所述內部的接觸板(26)設置在所述容納部底部上并且所述外部的接觸板(27)設置在所述支撐邊緣上。
10.根據權利要求8所述的傳感器模塊， 其特征在于， 為了在所述承載板(11)的所述電極容納部(17，18)中密封所述電極(12，13)并且固定所述接觸板(26，27)，在所述外部的接觸板(27)和所述承載板表面(16)中的所述電極容納部的開口邊緣(41)之間形成的邊緣間隙(43)由不傳導的、硬化的塑料材料(40)填充。
11.根據上述權利要求中任一項所述的傳感器模塊， 其特征在于， 為了測量電勢差或者電阻，在所述殼體(58)中彼此電絕緣地設置有兩個電極(12，13)，所述電極能夠經由連接電纜(45)連接到電測量裝置上，其中所述電極的所述傳感器元件(28)分別與所述連接電纜連接，并且每個電極的各一個外部的接觸板(27)設置在所述殼體的外面中。
12.根據權利要求11所述的傳感器模塊， 其特征在于， 所述電極(12，13)設置在所述殼體(58)的所述承載板(11)的彼此相對置的兩側(14，15)上，使得電極的所述接觸板(26，27)分別設置在承載板表面(16)中的電極容納部(17，18)中。
13.根據權利要求12所述的傳感器模塊， 其特征在于， 所述承載板(11)以鄰近所述承載板表面(16)中的彼此相對置地設置的所述電極容納部(17，18)的方式具有電纜容納部(21)以用于容納在所述連接電纜(45)的連接端部(46)和所述傳感器元件(28)的傳感器導線端部(47，48)之間建立的電纜連接部(49)，其中為了建立所述連接電纜與所述傳感器導線端部的連接，所述電極容納部經由電纜穿引部(24，25)與所述電纜容納部(21)連接。
14.根據權利要求13所述的傳感器模塊， 其特征在于， 為了將所述連接電纜(45)固定在所述電纜容納部(21)中，所述電纜容納部由不傳導的、硬化的塑料材料(40)填充。
15.根據權利要求13或14所述的傳感器模塊， 其特征在于， 所述承載板(11)至少在具有所述電纜容納部(41)的表面上具有覆層，所述覆層具有塑料薄膜(59)。
16.一種電極，特別是用于在根據權利要求1至15中一項或多項所述的傳感器模塊中應用的電極， 其特征在于， 所述電極(12，13)具有設置在由碳材料構成的內部的接觸板和外部的接觸板(26，27)之間的傳感器元件(28)。
17.根據權利要求16所述的電極， 其特征在于， 所述傳感器元件(28)以嵌入的方式容納到接觸板的碳材料中。
18.根據權利要求16或17所述的電極， 其特征在于， 所述接觸板(26，27)為了設置所述傳感器元件(28)而具有在所述接觸板的連接面(60)中構成的容納腔(32)。
19.根據權利要求18所述的電極， 其特征在于， 所述容納腔(32)為了所述傳感器元件(28)的嵌入而由能導電的填充料填充。
20.根據權利要求19所述的電極， 其特征在于， 作為能傳導的填充料應用含碳的粉末(35)。
21.根據權利要求18至21中任一項所述的電極， 其特征在于， 所述容納腔(32)通過所述接觸板(26，27)的至少一個接觸表面(31)中的匹配于所述傳感器元件(28)的結構的凹部構成。
22.根據權利要求21所述的電極， 其特征在于， 所述容納腔(32)通過接觸板(26，27)的接觸表面(31)中的銑入部構成。
【文檔編號】G01N33/24GK103975238SQ201280059680
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2012年10月2日 優先權日:2011年10月4日
【發明者】格哈德·登納, 維爾納·普拉奇 申請人:維也納順克股份有限公司, 奧地利泰克普勒股份有限公司