CN101839944B

CN101839944B - 七电极电导率传感器

Info

Publication number: CN101839944B
Application number: CN2010101653609A
Authority: CN
Inventors: 李建国; 兰卉; 张金平
Original assignee: National Ocean Technology Center
Current assignee: National Ocean Technology Center
Priority date: 2010-05-07
Filing date: 2010-05-07
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2030-05-07
Also published as: CN101839944A

Abstract

本发明公开了一种新型结构的七电极电导率传感器，电导池导流管内壁有上下排列的七个镀铂膜圆环电极，每个圆环电极对应的导流管内壁的圆环凹槽内，各有一个穿透导流管管壁的圆柱孔，圆柱孔内有镀铂膜内层。圆柱孔内端口的镀铂膜内层与镀铂膜圆环电极连接，圆柱孔外端口的镀铂膜内层形成加厚镀铂膜焊圈，加厚镀铂膜焊圈与导流管外侧的铂金丝引线的一端焊接，铂金丝引线的另一端与连接传感器耐压水密壳体内信号转换电路的铜导线焊接。穿透导流管管壁的圆柱孔内灌注弹性密封脂，从而避免铂金丝引线与导流管石英管壁直接焊接，提高了导流管的密封性能和传感器的稳定性，使传感器所具有的精度高、现场使用方便等优点得以充分发挥。

Description

七电极电导率传感器

技术领域

本发明涉及海洋测量仪器，特别是涉及测量海水中电导率的仪器。

背景技术

在海洋研究领域，海水盐度是基本的海洋水文要素，是海洋调查和海洋环境污染监测中最重要的观测项目之一。海水盐度测量通过海水电导率测量来实现，利用电导率传感器测量海水盐度，具有精确度高、速度快以及便于现场测量等优点，测量海水电导率已成为海水盐度测量的主要手段。因此，现场测量海水电导率的传感器成为重要的海洋测量仪器。

现场测量海水电导率的传感器主要分为感应式和电极式，分别具有相应的使用范围和特点。电极式电导率传感器中，电导池为最重要的测量元件，多采用封闭式或半封闭式结构形式。

现有的电极式电导率传感器通常为多电极电导率传感器，通过测量电导池敏感电极间海水电阻的变化来测定海水电导率。

图1显示现有技术的一种七电极电导率传感器的基本结构。

如图1所示，七电极电导率传感器呈圆柱状，由上下两个直径不同的圆柱体水密连接而成。上部带弯头的直径较小的圆柱体为电导池1，下部是耐压水密壳体3，电导池1置于耐压水密壳体3外部前端，电导池1与耐压水密壳体3由连接座2连接。信号转换电路密封在耐压水密壳体3内，耐压水密壳体3的后端有电缆密封接头4。

图2显示图1中七电极电导率传感器的电导池导流管的基本结构。

如图2所示，电导池1的小圆柱体内有精密加工整体车制的石英晶体导流管5，导流管5的上方进水口和下方出水口分别呈喇叭口的锥体形状。导流管5内壁有上下排列的七个圆环电极6，圆环电极6由导流管5内壁圆环凹槽内镀铂膜电极构成。七个电极的圆环上下平行排列，并与导流管5的内壁垂直。七个电极分为电流电极、电压电极和接地电极，以中间电流电极为中心上下对称设置着两对电压电极和一对接地电极。每个圆环电极6对应的导流管内壁圆环凹槽内，各有一个穿透管壁的圆柱小孔，圆环电极的铂金丝引线7从圆柱小孔引出。穿过管壁圆柱小孔的铂金丝引线7与导流管石英管壁焊接一起。铂金丝引线7的一端与导流管内壁圆环凹槽内的铂膜电极6烧结一起，另一端穿出导流管5的圆柱小孔并与导流管外侧的铜导线8焊接一起。铜导线8通过铂金丝引线7将导流管内壁的镀铂膜圆环电极6连接耐压水密壳体3内的信号转换电路。

信号转换电路密封在耐压水密壳体3内的电路板上，信号转换电路通过电缆密封接头4与传感器外部的采集微处理器和显示器连接。

上述电导率传感器进行测量时，被测海水在电导池内通过，来自信号转换电路的激励电流从中央电流电极馈入电导池，并分别流向两个接地电极，在海水流体介质里建立起电场，产生感应电压。通过反馈电路的调整使两个电压电极两端的电压保持恒定后，则通过两个电压电极间的电流就线性地比例于海水电导率。

C＝K/Rc＝K·Ic/Vc

式中C为电导率，K为电导池常数，Rc为电压电极间海水的等效电阻，Vc为Rc两端的固定压降，Vc＝Vc1+Vc2，Rc＝Rc1+Rc2，Vc1、Vc2为两对电压电极间的电压降，Ic为通过电流电极的电流。

被测海水电导率的测量信号由传感器外部的采集微处理器和显示器进行数据处理和显示。

导流管5内壁镀铂膜圆环电极6的内侧直接与导流管5内流通的海水接触，连接铂膜圆环电极6的铂金丝引线7穿过导流管管壁上的圆柱小孔与连接水密壳体内的导线8焊接，因此，电导池导流管5必需具有很好的密封性能。导流管的外部利用环氧树脂作为防护绝缘体封装，以以增加电导池导流管的密封性。

但是，上述现有技术的七电极电导率传感器导流管的密封性依然存在某些问题，会对传感器的稳定性产生一定影响。

导流管内壁的铂膜圆环电极与铂金丝引线烧结工艺要求高，难度很大，因为铂膜圆环电极的厚度只有2微米，而铂金丝引线的直径为3毫米，两者需要在1600℃的真空高温炉内进行多次烧结，才能真正熔化焊接一起。七根铂金丝引线都要烧结牢固，任何一根烧结不牢都会使整个昂贵的电导池损坏。而且，烧结接合处要密封，否则导流管内会出现海水渗漏。

导流管圆柱小孔内的铂金丝引线与导流管石英管壁焊接在一起，金属材料的铂金丝引线与非金属材料的石英管壁热膨胀系数不一致，难以相互匹配吻合焊接，有时会出现假焊现象。这种偶然出现的假焊情况，对于要经受海水中高压低温和低温高压交替环境应力冲击的电导率传感器来说，容易在导流管圆柱内的铂金丝与导流管石英管壁之间产生微小隙缝，结合面上部分不良现象的出现会使海水渗入并降低绝缘性。

上述铂金丝引线与铂膜圆环电极烧结以及与导流管石英管壁的焊接所出现的影响密封的问题，都会出现海水渗漏现象并降低传感器的稳定性。这种传感器不稳定性的测量误差的原因检查以及测量结果的修正都非常困难，影响海水电导率的准确测量。

发明内容

针对现有技术的七电极电导率传感器导流管的密封性存在的问题，本发明推出一种新结构形式的七电极电导率传感器，利用导流管柱形孔内的镀铂膜内层与导流管外侧的铂金丝引线焊接，避免铂金丝引线与铂膜圆环电极直接烧结以及铂金丝引线与导流管石英管壁的焊接所出现的影响密封的问题。

本发明所涉及的七电极电导率传感器呈圆柱状，由上下两个直径不同的圆柱体水密连接而成。上部带弯头的直径较小的圆柱体为电导池，下部是耐压水密壳体，电导池置于耐压水密壳体外部的前端。信号转换电路密封在耐压水密壳体内，耐压水密壳体的后端有电缆密封接头。

电导池的小圆柱体内有精密加工整体车制的石英晶体导流管，导流管的上方进水口和下方出水口分别呈喇叭口形状。导流管内壁有上下排列的七个圆环电极，圆环电极由导流管内壁圆环凹槽内镀铂膜电极构成。七个镀铂膜的圆环电极上下平行排列，并与导流管的内壁垂直。七个镀铂膜圆环电极分为电流电极、电压电极和接地电极，以中间电流电极为中心上下对称设置着两对电压电极和一对接地电极。

每个镀铂膜圆环电极对应的导流管内壁圆环凹槽内，各有一个穿透导流管管壁的圆柱孔，圆柱孔外端口呈喇叭口形状，圆柱孔内有镀铂膜内层。圆柱孔内端口的镀铂膜内层与镀铂膜圆环电极连接，圆柱孔外端口的镀铂膜内层形成加厚镀铂膜焊圈，加厚镀铂膜焊圈与导流管外侧的铂金丝引线的一端焊接，铂金丝引线的另一端与连接传感器耐压水密壳体内信号转换电路的铜导线焊接。铜导线通过铂金丝引线和圆柱孔内的镀铂膜内层将导流管内壁的镀铂膜圆环电极与耐压水密壳体内的信号转换电路连接。

穿透导流管管壁的圆柱孔内灌注弹性密封脂，提高导流管的密封性能。

信号转换电路密封在耐压水密壳体内的电路板上，信号转换电路通过电缆密封接头与传感器外部的采集微处理器和显示器连接。

利用本发明进行海水测量电导率时，被测海水在电导池内通过，来自信号转换电路的激励电流从中央电流电极馈入电导池，并分别流向两个接地电极，在海水流体介质里建立起电场，产生感应电压，通过分别检测的两对电压电极之间电压降信号，得出被测水样的电导率。海水电导率的测量信号由传感器外部的采集微处理器和显示器进行数据处理和显示。

本发明所涉及的七电极电导率传感器利用导流管柱形孔内的镀铂膜内层与导流管外侧的铂金丝引线焊接，避免铂金丝引线与铂膜圆环电极在接近海水处直接烧结，并在外端口呈喇叭口形状的圆柱孔内灌注弹性密封脂，以避免铂金丝引线与导流管石英管壁直接焊接，从而提高导流管的密封性能，保障传感器的稳定性，使传感器所具有的精度高、现场使用方便等优点得以充分发挥。本发明所涉及的七电极电导率传感器既可用于海洋潜标、浮标、定点测量CTD仪器，还可用于船用自容、电缆传输CTD剖面测量仪器，也适合于各类高速垂直、水平或沉浮式运行的海洋测量载体，如拖曳体、自航行剖面器、抛弃式探头等，具有良好的推广和应用前景。

附图说明

图1为七电极电导率传感器的基本结构示意图。

图2为现有技术的七电极电导率传感器的电导池导流管结构示意图。

图3为本发明的七电极电导率传感器电导池导流管结构示意图。

图中标记说明：

1、电导池 2、连接座

3、耐压水密壳体 4、电缆密封接头

5、导流管 6、圆环电极

7、铂金丝引线 8、导线

9、电导池 10、导流管

11、镀铂膜圆环电极 12、外侧铂金丝引线

13、导线 14、弹性密封脂

具体实施方式

现结合附图对本发明予以进一步描述。图3显示本发明的七电极电导率传感器电导池导流管的基本结构。

如图3所示，本发明所涉及的七电极电导率传感器的电导池9的小圆柱体内有精密加工整体车制的石英晶体导流管10，导流管10的上方进水口和下方出水口分别呈喇叭口形状。导流管10内壁有上下排列的七个镀铂膜圆环电极11，镀铂膜圆环电极11置于导流管10内壁圆环凹槽内。七个镀铂膜圆环电极11的圆环上下平行排列，并与导流管10的内壁垂直。七个镀铂膜圆环电极11分为电流电极、电压电极和接地电极，以中间电流电极为中心上下对称设置着两对电压电极和一对接地电极。

每个镀铂膜圆环电极11对应的导流管内壁圆环凹槽内，各有一个穿透导流管管壁的圆柱孔，圆柱孔外端口呈喇叭口形状，圆柱孔内有镀铂膜内层。圆柱孔内端口的镀铂膜内层与镀铂膜圆环电极11连接，圆柱孔外端口的镀铂膜内层形成加厚镀铂膜焊圈，加厚镀铂膜焊圈与导流管外侧的外侧铂金丝引线12的一端焊接，铂金丝引线12的另一端与连接传感器耐压水密壳体内信号转换电路的铜导线13焊接一起。铜导线13通过外侧铂金丝引线12和圆柱孔内镀铂膜内层将导流管内壁的镀铂膜圆环电极11连接耐压水密壳体内的信号转换电路。

Claims

1.一种七电极电导率传感器，由上下两个直径不同的圆柱体水密连接而成，上部为电导池，下部是耐压水密壳体，信号转换电路密封在耐压水密壳体内，电导池的小圆柱体内有整体车制的石英晶体导流管，导流管内壁有上下平行排列的七个圆环电极，圆环电极由导流管内壁圆环凹槽内镀铂膜圆环电极构成，其特征在于：镀铂膜圆环电极与导流管的内壁垂直，七个镀铂膜圆环电极分为电流电极、电压电极和接地电极，以中间电流电极为中心，上下对称设置着两对电压电极和一对接地电极；每个镀铂膜圆环电极对应的导流管内壁圆环凹槽内，各有一个穿透导流管管壁的圆柱孔，圆柱孔内有镀铂膜内层；圆柱孔内端口的镀铂膜内层与镀铂膜圆环电极连接，圆柱孔外端口的镀铂膜内层与导流管外侧的铂金丝引线的一端焊接，铂金丝引线的另一端与连接传感器耐压水密壳体内信号转换电路的铜导线焊接。

2.根据权利要求1所述的七电极电导率传感器，其特征在于，导流管的上方进水口和下方出水口分别呈喇叭口形状。

3.根据权利要求1所述的七电极电导率传感器，其特征在于，穿透导流管管壁的圆柱孔外端口呈喇叭口形状，圆柱孔喇叭口形状的外端口的镀铂膜内层形成加厚镀铂膜焊圈，加厚镀铂膜焊圈与导流管外侧的铂金丝引线的一端焊接。

4.根据权利要求3所述的七电极电导率传感器，其特征在于，穿透导流管管壁的圆柱孔内灌注弹性密封脂。