CN102835031A - 传感器 - Google Patents

Abstract

一种传感器，其由限定量度侧和连接侧的外壳、设置在所述外壳（1）的量度侧内的线圈（6）及用来闭合所述外壳的量度侧的封件（14）组成。所述外壳（1）由铁磁材料制造，所述铁磁材料尤其是铁磁钢。所述线圈（6）在所述外壳内靠近所述封件（14）或直接地在所述封件（14）上来定位且固定。

Description

传感器

技术领域

本发明涉及一种传感器，其包含限定量度侧（measurement side）和连接侧（connection side）的外壳及置于所述外壳的量度侧的线圈。所以本发明涉及如在许久以前于美国专利3,473,110中所述的非接触型感应式位移传感器。

背景技术

一般的传感器如今在具有特定需求的外形的不同领域中使用，例如在航空、铁路、离岸领域中等等。密封的感应传感器特别地在航空领域中使用。这些感应传感器通常包含非磁性的外壳或甚低磁性的外壳，例如由不锈钢或钛制成的外壳。外壳通常含具有铁磁性质的芯，例如由“坡莫合金”或其他铁基烧结材料制造的芯。线圈圈体在外壳内沿着该芯放置。传感器外壳的量度侧典型地磨成具较低的材料厚度。连接侧可用使玻璃连到金属的密封垫来密封，其中典型地会有紧耦合、插座或插头提供。

美国专利3,473,110所述的传感器的传感器线圈嵌入在坚硬的或铁的壶形芯之中。壶形芯具有中央锥、底部和薄的外壁，构成芯内呈圆槽的形式的轴向对称的开口，线圈插入这个开口中。坚硬的壶形芯包含烧结铁素体或软磁钢，例如坡莫合金。外壳包含已插入线圈和芯的非铁磁材料。不锈钢外壳典型地用在航空领域里或有害工业环境下。外壳具有焊接到或熔接到外壳的量度侧的固定帽。量度侧也可以是闭合（closed）的，而连接侧可以有孔以供线圈或芯插入。结合的电缆、插头或耦合／插座是为电子连接电力而设的。

美国专利3,473,110所述的传感器在多方面存在问题。所以极难在电缆与外壳之间建立永久性的密封。很难实现为要达到密封而在灌浆与外壳之间必需的密封。这种情况是由一般的条件导致，例如高温、温度变化、活性介质、高压或低压及交流电压等。特别是，如出现于飞机上为数多次的压力或温度变化就是可能导致泄漏和／或有缺陷的密封的变化。

现今也有具有集成的连接器而不用内置插头／插座、不用集成的电缆的传感器。生产防水插头的成本和价格昂贵。如果把传感器外壳的量度侧密封，问题便转移到要在连接侧取得足够的密封。防水接头连接器的缺点在于昂贵。集成的插头和／或相应的耦合／插座也需要相当大的空间，结果传感器的大小增大。这种情况尤其吻合于对接插头增大到甚至超过传感器所需的安装空间之时。与采用内置电缆的简单连接相比，所述所需的空间可以增至接近三倍。

在已知的传感器中，从连接侧钻穿或碾磨传感器外壳是很昂贵的，尤其鉴于为要尽量减少对电磁场的影响而应当使得量度页面部分（page）上的壁厚很薄时。

最后，所需的芯导致成本相当高，即是一方面指芯的成本以及另一方面指装配芯的成本。由坡莫合金或类似的“软磁性”金属制造的芯必须加工成型，这令芯的成本和价格昂贵。再者，把这些芯插入外壳必须通过复杂的操作：例如，设置在连接侧的弹簧组件相对于量度侧来对芯进行挤压，从而要把芯和线圈带到限定的和温度稳定的固定位置，该位置靠向外壳的前方和／或量度侧。

发明内容

考虑上述问题，本发明的目标是尽量消除这些问题，尤其是与芯相关的问题。

前述的目标通过具有本专利的权利要求1所述的技术特征的传感器来实现。本发明涉及一种传感器，其具有限定量度侧和连接侧的外壳及置于所述外壳的量度侧的线圈。所述传感器的外壳的量度侧优选地通过封件（cover）闭合。应注意到，在这个时候必须广义地去理解“封件”一词。所述封件也可包含具有包括薄壁的闭合的量度侧（正面）的外壳。无论如何，所述封件用作闭合所述外壳的量度侧，不管该封件是所述外壳的不可分割的部件还是额外的部件。

就本发明来说，所述外壳由铁磁材料制造十分重要，所述铁磁材料尤其是铁磁钢。所述的钢尤其可以是多种铁磁不锈钢中的一种。所述线圈在所述外壳内靠近所述封件或直接地在所述封件上来定位，且正确地固定。

根据本发明，已认出如果所述外壳由铁磁材料制造，在现时技术状况下并不需要在分离的芯上的开支，所述铁磁材料优选地具有中等或高的相对磁导率。商用铁磁不锈钢具有例如在约等于1200-1500μr的范围内的相对磁导率。所述外壳由铁磁材料制造时，所述外壳便如芯一样操作且用作场引导和用于增加电感。所述封件由非铁磁材料制造，它闭合所述外壳的量度侧。

无论如何，根据本发明，无须通过使用分离的芯以达到很好的感应作用。反而，所述外壳在传统的芯的意义上以很精密的方式操作，即归功于所述外壳的指定材料的特定的特征以及所述外壳的以呈壶形芯的形式的设计。在本发明的一个实施例中，所述外壳的轮廓因此从已知的壶形芯的形状制成。所述中央锥在由所述线圈产生的电磁场的场强增益和制导上具有作用，所述电磁场类似所述已知壶形芯产生的电磁场。这允许消除所述分离的芯，因没有所述的芯和较简单的装配而产生巨大的节约。

在优选的实施例中，所述外壳的材料具有中等至高的相对磁导率，以供场引导和增加电感。

在另一优选的实施例中，使用的所述线圈是可插入铁磁外壳内加工成型的开口的空气蛇管。在一特别优选的实施例中，具有同轴的设计的整体（integral）的锥放置在所述外壳内并在线圈铁心的背景下用于嵌入所述线圈并决定其位置。所述外壳的内部具有似壶形的形状，就如从铁芯或壶形芯的应用中所公知的。由于所述芯的本身是空的，因此产生了胜过传统设计的成本优势。所述传感器的安装也显著地简化，产生进一步的成本优势。

在所述外壳内形成的所述锥具有同心圆筒的形状。在生产过程中，所述线圈会附加在或嵌入所述圆筒，通过所述圆筒更多的工具发挥其好处和／或使所述线圈于靠近所述量度侧定位。在这方面的更多的措施会在后解释。

在另一优选的实施例中，所述外壳的内部分成所述量度侧的线圈区域内的底部、以及所述连接侧内的连接部。只要所述两部是分离的和／或互为密封的，便只需通过密封把所述外壳的量度侧进行密封。其他的密封措施是不必的，尤其是因为在没有额外的密封的情况下所述连接部符合要求。

关于所述线圈的连接，所述线圈的连接具有两个或更多的优选刚性连接触点时，其中所述刚性连接触点优选为焊接的针或导电管的形式，所述线圈的连接便产生更多的好处。所述触针和／或导电管在所述底部通过通道延伸，即由所述传感器区域经所述底部进入所述连接区域。所述连接触点相对于所述外壳为电气绝缘的。

馈线绝缘子，例如由陶瓷或玻璃制造的，可用于所述触针／导电管的电气绝缘。所述馈线绝缘子插入和／或挤入、粘进或焊进所述通道。可以允许任何可行的密封措施。无论如何，所述触针／导电管穿过所述馈线绝缘子是必须的，以致可以有效地预防所述触针／导电管与所述外壳之间的任何的电接触。

此外，可使用密封玻璃窗去使所述馈线绝缘子和所述线圈区域对于所述连接部绝缘。这样的玻璃窗可在真空的环境下产生，由此使得穿过所述底部的主要通道的所述触针／导电管喷有玻璃。这是必需的，以一方面确保所述玻璃与所述金属表面之间有良好的粘合，而另一方面确保所述玻璃与所述触针／导电管表面之间有良好的粘合，即考虑到尽可能低的界面能量。例如，在称为真空玻璃的具体案例中，考虑到使用导电管时会有内通道存在，这类玻璃产生所述线圈区域与所述连接部两部分之间的密封。所述玻璃可简单地连接到所述连接侧，即是从所述连接部通过把经过的连接电缆以例如绞线的形式熔接到所述导电管，在此由于毛细管效应液体焊料渗入所述导电管并同时确保所述两个部分之间的密封。所述经过的连接电缆与所述触针的压接连接也是可行的。

在传感器元件的密封封装的背景下，覆盖所述外壳的连接侧有很特殊的重要性。这个封件是由非铁磁材料制成，例如，它可以是附加到所述外壳正面的碾磨部分的金属或陶瓷板。也可以用盖件作覆盖之用，其中所述传感器的外壳的量度侧至少稍微隐藏或重叠。

在密封上，特别有利的情况是当所述封件通过熔接、粘合、焊接或以其他方式紧固来稳固地粘结（bond）在所述外壳的量度侧时。与嵌入的密封的干涉配合也是可能的。

如果在所述封件与线圈之间插入电绝缘体，其中该绝缘体可以是很薄的绝缘板或绝缘膜，便可达到较好的电气绝缘。通过放在所述传感器的外壁的底部或边上所放置的盘件、箔或其他非导电材料，可达到合适的线圈的绝缘。此外，可以由任何便于加工的材料制造所述线圈体。

如前提及，如果在所述线圈与所述外壳底部之间放置压力装置，便会有利，所述压力装置经常地使所述线圈相对于所述量度侧挤压，尤其是相对于所述封件和／或所述线圈与所述封件之间的所述电气绝缘挤压。为着这个目的，可在所述线圈与所述外壳底部放置特别的弹性的或装有弹簧的压力装置，其优选地以弹性体环形件的形式永久地固定在所述装配内。

此外，可能的是所述外壳内的连接电缆，即是在所述连接部内的连接电缆，可焊接到或压接到所述线圈的电气连接上。这个简单的设计致使连接插头、连接插座／耦合的使用成为不必要的，因而大大地减少了所述传感器的长度和重量。与具有合宜的连接工具的传统的传感器相比，单是消除所述插塞接头、插口等会将重量减半。可以非常简易地和廉价地建造经密封的具有结合的电缆的传感器，这归功于在量度侧的所述线圈装配的密封。然而，可以在所述外壳的连接侧内放置连接插座或连接插头，其中连接插座或连接插头熔接到或粘合到所述外壳。最终所述插座或插头可视作与所述外壳结合的部件。

总括而言，值得注意的是根据本发明的传感器提供所述传感器元件的密封封装，使所述传感器特别适用于航空和航天工业。

所述正面的封件特别地提供由可选择性地通过熔接而闭合的材料产生的密封，至少在如果同一时间所述线圈的线和／或所述触针或导电管通过玻璃而进行密封的情况下。

以上所述种种结果产生制造的成本优势，不只是由于不需要分离的芯这事实所致。由于不需要传统连接器，故此传统连接器不再是必要的。无论如何，所有之前的观察产生在与现今的技术状况相比下较为紧凑得多的设计，特别是较短的构造。结果也带来相当可观的重量减少，尤其是在连接器可抽出不用时。

本发明的另一个主要优点是由所述紧凑的装配和所述玻璃封装产生，其中防震设计是可行的，原因是根据在此所要求保护的所述实施例中，能致使震荡的物件较现今的技术状况下的小得多。

由于需要较少的部件，所以也可达到较长久的耐用性和／或使用寿命，结果减低本身出现故障的概率。并且，所述线圈元件在附加所述封件之前可从量度侧安装，产生较佳的可达性。与传统的传感器相比，这种结构对制造商来说是容易安装的。

最后，通过提供呈很薄的板形件的形式的分离的封件，即是因通过所述封件的薄的设计，可达到较大的检测范围（量度面积／开关距离）。此外，如具有分离的芯的设计一样，较大的铜的填充因数是可能的。

附图说明

有多种方法可在有利的情形下实现和发展本发明的研究结果。这一方面在权利要求1的从属权利要求中显示，而另一方面在附图中所展示的优选实施例的以下接着的解释中显示。此外，所述研究结果的普遍优选的执行和发展会与附图所展示的本发明的优选实施例的解释的关系一并解释。在附图中：

图1展示为现有技术公知的传感器的主要元件的展开的示意图；

图2展示根据本发明的传感器的首个实施例的展开的示意图；及

图3展示根据本发明的传感器的第二实施例的部分地切开的侧面示意图。

具体实施方式

要较好地了解本发明的研究结果，请参照图1所示的在美国专利3,473,110中作为例子用以描述的已知传感器。该传感器包含外壳1，其限定量度侧2和连接侧3。所述外壳1由不锈钢制造且包括由不锈钢制造的单件式、量度侧的外壳部件4。并不需要为量度侧2提供特别的封件。

图1也展示如果所述外壳1备有阳螺纹5，便可允许把固定器、部件、装置或类似的附加物拧紧和／或安装在所述外壳1上。

关于所述量度侧的外壳部件4，应注意到，为要避免涡流导致所述传感器衰减，壁厚应尽量是均匀的和薄的。制造正面的、薄的壁是昂贵的且对制造技术来说是关键性的。

根据图1，可复制所述众所周知的传感器的装配，根据该装配，安装在所述外壳1内的线圈6设为缠绕的形式并从后面装备有连接线7，即是从所述连接侧3。通过弹簧8使所述线圈6相对于所述量度侧的外壳部件4挤压，即朝向量度侧2。所述弹簧8用于向所述线圈6施加限定的力，以便要使所述线圈6相对于所述量度侧的外壳部件4挤压。这确保温度出现变化时，所述线圈6相对于所述量度侧的外壳部件4或所述外壳1的正面的位置维持不动且不因热变化而改变。

值得注意的是在所述已知传感器内，所述线圈6插进壶形芯9内，这需要非简易的装配工作。

图2展示根据本发明的传感器的首个实施例，其中所述外壳1由铁磁不锈钢制造。所述外壳1也具有所需的外部轮廓，然而为简化起见已略去装配螺纹、装配法兰或类似装配的表示。

图2从展开的所述量度侧2清楚展示壶形芯的轮廓并入所述外壳1内，所述线圈6插进壶形芯内。更具体地，所述壶形芯的轮廓展示成同心圆筒形锥19，其在壶形芯的背景下与所述外壳的其他部分相互作用并形成位于外壳1内的一种座件10。

所述线圈6设有连接线7，其适用于通过位于所述外壳1的底部11内的穿通绝缘子（insulated passthrough）12去连接。所述穿通绝缘子12的端部备有触针13，用于使所述连接侧连接到次要连接线。

根据要求，应把绝缘膜15放置在所述线圈6与封件14之间以闭合所述外壳1。弹性体环形件16用于在所述线圈6上施力，以相对于所述封件14与相对于所述外壳1的内部挤压所述线圈。

正面封件14可放置在所述外壳1的量度侧内，即特殊的通道17内。然后所述封件14熔接到或粘合到所述外壳1上。

所述线圈6的线圈连接7焊接到所述触针，其中所述触针13坐设在所述绝缘套12内。所述绝缘套12可由玻璃或陶瓷制造，其中玻璃特别适用于密封的产生，由此以使得所述触针13通过玻璃装制过程连接到所述外壳1。这样的连接是密封的。正面封件14熔接到所述外壳时，所述线圈6得以密封封装，由此永久地保护所述传感器免遭最不利的条件或环境的侵害。

图3展示根据本发明的传感器的第二实施例，其以完整的或经装配的状况展示以与图1和图2比较。

所述外壳1备有装配法兰18，也可容易地在所述外壳的外部上设有装配螺纹。

所述线圈6直接地与所述封件14接界，所述封件14由非铁磁材料制造，例如为金属板。

所述外壳1本身由具有高磁导率的铁磁钢制造。

所述外壳1内部弄成线圈锅形槽的形状，其中模制的锥19用于使所述线圈6定位在中心。

两个电触管13在所述外壳1的底部11内是电气绝缘的。为了绝缘和密封的目的，所述触管13涂有玻璃，由此使成型的两个玻璃绝缘体用作电气绝缘体和密封件。所述线圈6的连接线7引到所述接触管13内的连接部并在该处与所述触管13焊接。

在尾部，所述触管13与次要连接线21焊接。熔融的焊料渗进所述触管13，也产生密封。

图3展示一实施例，其中所述连接电缆22通过所述连接线21直接连接到所述触管13，以致不再需要使用另外的连接器。因此，根据本发明的传感器具有很短的长度。

关于上述附图未展示的额外的特征，为免重复，请参照本说明书的概览部分。

最后，还应明白，上述的实施例并未包括所有例子并仅作为范例用以说明本发明的研究结果，本发明还存在另外许多实施例。

参考字符列表

1外壳

2量度侧（外壳的）

3连接侧（外壳的)

4量度侧的外壳部件

5阳螺纹(外壳的)

6线圈

7连接线

8弹簧

9壶形芯

10座件

11底部（在所述外壳内部）

12绝缘套

13触针、导电管

14封件（在所述外壳的正面之内／上）

15绝缘膜

16弹性体环形件

17凹槽（在所述外壳的正面内）

18装配法兰

19锥、圆筒（在所述外壳内）

20玻璃绝缘体

21连接线

22连接电缆

Claims (17)

1.一种传感器，该传感器具有限定量度侧和连接侧的外壳、设置在所述外壳（1）的量度侧内的线圈（6）及用来闭合所述外壳（1）的量度侧的封件（14），其中所述外壳（1）由铁磁材料制造，所述铁磁材料尤其是铁磁钢，并且其中所述线圈（6）靠近所述外壳的封件（14）或直接地在所述封件（14）上来定位且固定。

2.根据权利要求1的传感器，其特征在于，所述外壳（1）的材料具有中等到高的相对磁导率。

3.根据权利要求1或权利要求2的传感器，其特征在于，所述线圈（6）设于座件（10）中。

4.根据权利要求1或权利要求2的传感器，其特征在于，所述外壳（1）内的座件（10）是所述外壳（1）的一个整体部分，所述座件（10）包括具有同轴的形状的整体的锥（19）且所述锥（19）用于使所述线圈（6）定位。

5.根据权利要求4的传感器，其特征在于，所述锥（19）在所述外壳（1）内形状为同心圆筒（19），从而所述锥（19）相对于底和所述外壳（的外部）形状为整体的壶形芯。

6.根据权利要求1至权利要求5中任一权利要求的传感器，其特征在于，所述外壳（1）的内部分割成底部（11）、量度侧的线圈区域、以及连接侧的连接部。

7.根据权利要求6的传感器，其特征在于，所述线圈优选为包括两个优选的刚性连接触点，所述刚性连接触点为焊接的针或导电管（13）的形式，所述焊接的针或导电管通过所述底部（11）的开口延伸入布线区，其中所述连接触点相对于所述外壳（1）为电气绝缘的。

8.根据权利要求7的传感器，其特征在于，绝缘套（12）由例如陶瓷或玻璃制造并且能插入、挤入、粘进或焊进通道，所述绝缘套供绝缘来使用。

9.根据权利要求7的传感器，其特征在于，使用玻璃密封来使得通道相对于所述连接部绝缘，并且从而使得所述线圈区域相对于所述连接部绝缘。

10.根据权利要求7至权利要求9中任一权利要求的传感器，其特征在于，所述线圈（6）通过连接线（7）与所述连接触点（13）连接，所述连接线（7）焊接到或压接到所述连接触点（13）上。

11.根据权利要求1至权利要求10中任一权利要求的传感器，其特征在于，所述封件（14）并不是铁磁的。

12.根据权利要求11的传感器，其特征在于，所述封件（14）是金属或陶瓷板。

13.根据权利要求11或权利要求12的传感器，其特征在于，所述封件（14）设于所述外壳（1）的量度侧，形成材料粘结。

14.根据权利要求11至权利要求14中任一权利要求的传感器，其特征在于，所述封件（14）粘到、熔接到或焊接到所述外壳（1）。

15.根据权利要求1至权利要求14中任一权利要求的传感器，其特征在于，在所述封件（14）与所述线圈（6）之间放置电绝缘体，其中所述电绝缘体优选为双夹板或绝缘膜（15）。

16.根据权利要求1至权利要求15中任一权利要求的传感器，其特征在于，在所述线圈（6）与所述外壳的底部之间放置压力装置，所述压力装置优选为弹性体环形件（16）的形式，所述压力装置相对于所述封件（14）挤压所述线圈（6）。

17.根据权利要求1至权利要求16中任一权利要求的传感器，其特征在于，连接插头或连接插座设于所述外壳（1）的连接侧之内或之上，由此所述连接插座或连接插头可熔接到、用螺栓固定到或粘到所述外壳（1）上。

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