CN101688846A - 电感式电导率传感器 - Google Patents

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Abstract

一种电导率传感器，用于测量包围该电导率传感器的介质的电导率，该传感器包括：第一环状线圈(13；33)，其围绕可被施加介质的贯穿开口(17；37)，用于在介质中感生电流；和第二环状线圈(23；35)，其围绕该贯穿开口(17；37)，用于检测由电流产生的磁场，其中至少一个环状线圈(13，23；33，35)具有在多层电路板(12；22)的一个平面中分布的多个第一导线段(15；25)、在电路板(12，22)的第二平面中分布的多个第二导线段、以及将第一导线段(15；25)与第二导线段相连的多个通孔(16，26)，其中第一导线段(15，25)、第二导线段和通孔(16，26)共同形成环状线圈(13，23)的绕组。

Description

电感式电导率传感器
技术领域
本发明涉及一种电感式电导率传感器。
背景技术
用于确定介质的电导率的电感式电导率传感器基本上包括两个被介质包围的环状线圈，它们围绕对于介质的贯穿开口并且通常同轴布置，其中一个线圈作为激励线圈在介质中感生电流，然后该电流被另一线圈检测。该原理在工业过程测量技术中得到建立并且记载于大量专利文献中，例如，美国专利No.3,603,873和德国公开文本DE 198 51146 A1。
发明内容
本发明的任务是提供一种具有改善的灵敏度的电感式电导率传感器。电感式电导率传感器的敏感度一方面随着被环状线圈围绕的开口的截面面积增加而增高，另一方面随着开口的轴向长度增加而降低，因为在介质中由线圈感生的涡流的路径长度随轴线长度增加。然而，对于特定的线圈结构，不能任意增大开口的截面面积而不增加电导率传感器的总尺寸。因此，为了改善灵敏度期望减小开口的轴向长度。这个任务根据本发明通过权利要求1限定的电导率传感器得到实现。
为此，本发明提供了具有新型线圈结构的电感式电导率传感器，其能够实现电导率传感器的特别小的轴向结构长度。根据本发明的另一个方面，这种新型线圈结构实现了简化的自动生产。
本发明的用于测量介质电导率的电感式电导率传感器包括：
第一环状线圈，其围绕贯穿开口并用于在介质中感生涡流；和第二环状线圈，其也围绕该贯穿开口并用于检测由涡流产生的磁场，其中至少一个环状线圈具有在多层电路板的一个平面中分布的多个第一导线段、在电路板的第二平面中分布的多个第二导线段、以及将第一导线段与第二导线段相连的多个通孔，其中第一导线段、第二导线段和通孔共同形成环状线圈的绕组。
在本发明的一个优选实施例中，通孔基本垂直于电路板的层延伸。
第一或第二导线段可以为在电路板的外表面上或者在电路板中的中间层中的导电迹线。
环状线圈可以为空芯线圈或环形铁心线圈，其中环形铁心例如位于电路板中第一和第二平面之间的相应凹口内。
环形铁心可以例如包括实心的环形铁心、缠绕的环带铁心、或者包含磁性颗粒的塑料环形铁心。环形铁心可以例如在电路板的制造期间内嵌于或层压于为其提供的凹口中，或者在塑料环形铁心的情况中可以在电路板的制造之后被注入电路板中为其提供的凹口内。
在本发明的一个当前优选的实施例中，两个环状线圈都以上述方式构成。
两个线圈可以例如同轴且在轴向上前后设置，或者它们可以同轴且共面地设置，在第二种情况中，线圈具有不同半径。
线圈优选地被利用常用的屏蔽方法而彼此电磁屏蔽及电容屏蔽。
至少传感器的可被介质湿润的部分可以例如被绝缘的保护层特别是塑料层覆盖，用于保护电路板和线圈不直接接触介质。
另外，可以在电路板上提供电子电路用于操作传感器。
附图说明
现在根据附图中给出的实施例解释本发明，附图中：
图1是根据本发明的一个实施例，具有环状线圈的电路板的纵截面；
图2是图1的电路板的不同平面的视图；
图3是本发明的电导率传感器的传感器头的第一实施例的纵截面；和
图4是本发明的电导率传感器的传感器头的第二实施例的纵截面。
具体实施方式
图1显示了在多层电路板2中的电导率传感器的线圈系统1的纵截面。图2中显示了线圈系统的这个多层电路板2的不同层的视图，其中图的左部显示了中间层，右部显示了顶层。现在参考图1和2解释线圈系统。
线圈系统1包括环状线圈3，其环形围绕电路板2中的贯穿开口7。环状线圈3包括在顶层的上侧面上分布的第一导线段5以及在电路板的底层的下侧面上分布的第二导线段。在底层和顶层之间设置中间层，其自身可以包括一层或多层。中间层包括凹口，在顶层与中间层连接之前，环状线圈3的环带铁心4位于该凹口中。第一导线段5和第二导线段通过贯穿电路板所有层延伸的通孔而彼此连接，从而第一导线段、第二导线段和通孔共同形成环状线圈的连续绕组，该绕组围绕环带铁心4。
为了保护不接触测量介质，线圈系统1在可湿润的区域具有塑料保护层8，其优选地完全覆盖线圈系统1在可湿润区域中的整个表面。
图3的传感器头11包括第一环状线圈13和第二环状线圈23，两个环状线圈都以结合图1解释的方式构造。线圈13、23彼此同轴且在轴向上前后设置。线圈13、23分别包括第一和第二导线段15、25，第一和第二导线段利用贯穿电路板的部分层12、22的通孔16、26接触在一起，以形成第一和第二环状线圈的连续绕组。两个环状线圈彼此电绝缘。此外在两个线圈之间还分布有分离层19，其可以包括一个或多个部分层，例如甚至包括用于将线圈解耦的屏蔽层。在中间层中的凹口中各设置一个环形铁心14、24，它们被环状线圈13、23之一围绕。
正如以前那样，传感器头11的可湿润部分被涂敷塑料保护层18。
图4的传感器头31具有同轴且共面设置的两个环状线圈33、34，它们围绕贯穿开口37。线圈的结构对应于以上解释。
本发明的电导率传感器的突出之处在于紧凑的结构以及相应提高的灵敏度。另外，它们可以使用现有的电路板技术方法而自动制造。

Claims (10)

1.电导率传感器，用于测量包围该电导率传感器的介质的电导率，该电导率传感器包括：
第一环状线圈(13；33)，其围绕能够被施加介质的贯穿开口(17；37)，用于在介质中感生电流；和第二环状线圈(23；35)，其围绕所述贯穿开口(17；37)，用于检测由所述电流产生的磁场，其中至少一个环状线圈(13，23；33，35)具有在多层电路板(12；22)的一个平面中分布的多个第一导线段(15；25)、在所述电路板(12，22)的第二平面中分布的多个第二导线段、以及将所述第一导线段(15；25)与所述第二导线段相连的多个通孔(16，26)，其中所述第一导线段(15，25)、所述第二导线段和所述通孔(16，26)共同形成环状线圈(13，23)的绕组。
2.根据权利要求1所述的电导率传感器，其中，通孔基本垂直于电路板的层。
3.根据权利要求1或2所述的电导率传感器，其中，第一或第二导线段为在电路板的外表面上或者在电路板中的中间层上的导电迹线。
4.根据权利要求1～3之一所述的电导率传感器，其中，至少一个环状线圈包括空芯线圈。
5.根据权利要求1～3之一所述的电导率传感器，其中，至少一个环状线圈包括环形铁心线圈。
6.根据权利要求5所述的电导率传感器，其中，环形铁心在所述第一平面和第所述二平面之间设置在电路板中的凹口内。
7.根据权利要求5或6所述的电导率传感器，其中，环形铁心包括实心的环形铁心、缠绕的环带铁心、或者包含磁性颗粒的塑料环形铁心。
8.根据前述任一权利要求所述的电导率传感器，其中，两个环状线圈各自具有在多层电路板(12；22)的一个平面中分布的多个第一导线段(15；25)、在电路板(12，22)的第二平面中分布的多个第二导线段、以及将第一导线段(15；25)与第二导线段相连的多个通孔(16，26)，其中第一导线段(15，25)、第二导线段和通孔(16，26)共同形成两个环状线圈(13，23)的绕组。
9.根据前述任一权利要求所述的电导率传感器，其中，第一环状线圈和第二环状线圈同轴且在轴向上前后地设置。
10.根据前述任一权利要求所述的电导率传感器，其中，第一环状线圈和第二环状线圈同轴且共面地设置。
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