CN1749720B - 包括相对于测量区的密封的传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种传感器，包括一传感器装置、一壳体、一传感器装置的固定装置用于将传感器装置固定在壳体的前面的区域内，其中传感器装置在前面面向一测量区、一在传感器装置的圆周壁与壳体的内面的壁之间的自由空间以及一在传感器装置与壳体间的空间内的密封件用以相对于测量区的密封。为了为在无菌的条件下的应用提供一无间隙的传感器并同时可以采用一传统的O型密封圈作为密封件，将传感器构成为，使空间向前面那边成圆锥形缩小地构成，并在密封件的后面设置一夹紧装置而将密封件向前压入逐渐缩小的空间内；所述密封件是普通的O型密封圈；以及，所述壳体的前面延伸超过密封件的前面。此外，本发明还涉及一种制造该传感器的方法。

Description

包括相对于测量区的密封的传感器

技术领域

本发明涉及一种传感器，特别是压力传感器，包括在一传感器装置与一壳体之间的空间中的密封件，用以相对于测量区密封在其间的空间，并涉及一种用于组装这样的传感器的方法。 

背景技术

一种这样的传感器例如由DE 42 34 290A1是已知的。 

一般已知的传感器，特别是压力传感器具有一壳体，其中装有一传感器装置用以测定一测量区内的参数，该测量区一般是一容器的内腔，其中容器具有一通孔，传感器通过该通孔，使前面的传感器装置伸入容器的内腔或与其接触。为了相对于容器的内腔中的介质密封传感器壳体的内腔，在壳体的一前壁与实际的传感器装置之间安装一密封件。常用的特别是圆柱形压力传感器元件的密封件例如由陶瓷材料制成，其中是弹性体制成的O型圈或成型密封件。 

在O型圈密封件的应用中例如将一弹性体径向夹紧在两个平行的圆柱面之间，亦即传感器壳体的内壁与传感器装置的侧面外壁之间。为了在负压条件下O型圈不被从作为传感器装置的压力传感器元件上吸进测量区，即容器的内腔，这样的壳体具有一用于密封件的挡肩。通过由挡肩使密封件相对于传感器前面复位，但在传感器装置的外面的前壁与面对其的壳体侧挡肩的壁之间形成一不符合要求的空的间隙。该间隙妨碍这样的密封方案可应用于无菌的应用，即不允许沉积任何的细菌。 

用于无菌的过程连接或测量区的已知密封利用所谓的成型密封件来实现，其中成型密封件构成为使得在传感器装置与传感器的壳体之间不形成任何间隙，在该间隙内可能沉积细菌菌落。但其缺点在于，该成型密封件在温度升高时由于温度引起的体积膨胀从间隙内挤进测量区而在冷却时再次复位，因此损坏弹性体。另一缺点是，对于密封 件取决于确定相应的可供使用性的弹性体混合物，每一弹性体混合物在收缩程度上是不同的，因此对每一具有改变的收缩特性的新混合物必须制造一自身的模具，用以制造特定的成型密封件或在关于尺寸标准化的成型密封件时相应地用于制造传感器部件。 

发明内容

本发明的目的在于，针对在实际的传感器装置与壳体之间在向测量区的过渡区内的密封改进一种传感器的构造。特别是应为无菌目的提供一种压力传感器元件的密封件，其实现无间隙的要求。此外目的应在于可以具有简单的密封件的密封。 

该目的通过具有以下特征的传感器，特别是压力传感器来达到。按方法以下述的步骤制造这样的传感器。 

按本发明的传感器，特别是压力传感器，包括：一传感器装置，用以检测测量值，该传感器装置在前面面向一测量区；一壳体；一传感器装置的固定装置，用于将传感器装置固定在壳体的前面的区域内；一在传感器装置的圆周壁与壳体的内面的壁之间的自由空间；以及一在传感器装置与壳体间的空间内的密封件，用以相对于测量区密封该空间；其特征在于，所述空间向前面那边成圆锥形逐渐缩小地构成，并且一夹紧装置设置在密封件的后面并将密封件向前压入所述逐渐缩小的空间内；所述密封件是普通的O型密封圈；以及，所述壳体的前面延伸超过密封件的前面。 

一特别优选的压力传感器具有一壳体，在其前面的部分借助于一传感器装置的固定装置来固定一传感器装置，其中传感器装置在前面面向一测量区，特别是与测量区或过程连接(Prozessanschluβ)连通。在传感器装置的一圆周壁与壳体的一内面的壳体壁之间构成一自由空间，其中安装一密封件，用以相对于测量区密封传感器的内腔。其中该自由空间向前面的那边成圆锥形缩小，其中将密封件借助于一设置在密封件后面的夹紧装置向前，亦即向测量区的方向压入逐渐缩小的空间内。成圆锥形缩小的空间的壁因此构成密封件的支座，从而密封件只能以一要求的许可的尺寸突入测量区。通过这样的装置以简单的方法达到间隙的完全密封，同时在测量过程中或结合测量过程中密封件的膨胀和收缩时同样避免密封件的损坏。特别是在将一具有圆柱形传感器装置的传感器用在这样的装置中时，作为密封件可以采用商业通用的密封件作为O型圈密封件。

有利的构造是以下的目标。 

有利的是，夹紧装置具有一间隔元件，其在一特别优选的实施形式中构成为间隔环。其中该间隔元件可以是夹紧装置的整体部分。但优选间隔元件作为独立的构件，因为这样的间隔元件可以针对在传感器装置的侧壁与壳体内壁之间构成的自由空间尺寸确定和成型加以匹配。同样按照可供使用的密封件，特别是密封件的材料、尺寸和形状，可以采用一相应适合的间隔元件，其安装在夹紧装置与密封件之间。然后在组装传感器时夹紧装置挤压间隔元件本身或经由装入的间隔元件压向密封件，借此密封件被压入传感器装置与壳体之间的空间的前面的区域内，而使得向过程面，即向测量区那边不留下任何的间隙，在这样的间隙内可能沉积分子，特别是活细胞。 

除两个限定自由空间的壁成圆锥形向传感器前面方向缩小的实施形式以外，也可采用这样的实施形式，即其中一个壁不缩小，特别是传感器装置的侧面的圆周壁。针对缩小可以采用直线的壁形状也可采用弧形的壁形状。 

有利的是，所述空间的壁向相应的向过程区的前面的壁那边的过渡，亦即一方面从传感器装置的侧壁向其前面而另一方面内面的壳体壁向壳体前面的过渡这样构成，即使密封件在膨胀和收缩时不受损伤。因此带有与测量区或过程连接接触的密封件的传感器也可用于这种情况，即在由传感器检测的过程中热变化是允许的，由于该热变化密封件和/或在一定情况下壳体壁和传感器装置膨胀或收缩。通过这样的装置还可以补偿压力变化，亦即例如一在容器内出现的负压，它使密封件比其在标准压力下从传感器装置的与壳体的壁之间的自由空间中的突出进一步地吸入测量区内。相应地也可补偿超压，即，使密封件在标准压力下过度远地突入测量区内并且在施加超压时仍达到要求的突入测量区内的尺寸。 

构成包括密封件的自由空间的各壁向相应的前面那边的过渡按有利的方式构成为倒圆角的。其中有利的是，从自由空间的前端起的两前面的壁张角小于180°，特别是小于170°。按照第一方面考虑，在由空间凸出的密封件部分与传感器装置的或壳体的前面的壁之间出现向着测量区形成的角度，其有利地大于90°，特别是大于100°。 

按本发明的用于制造上述的传感器的方法，其特征在于，将一传感器装置在前面装入一壳体中，其中在传感器装置与壳体之间保留一空间，并且在空间内装入一密封件并且借助于一夹紧装置将其向一前面的测量区的方向挤压，使得在密封件与传感器装置之间和在密封件与壳体之间向测量区那边不留下任何的间隙。 

因此按本方法，在前面的壳体部分内组装一传感器时有利地将一传感器装置这样安装，即，使得在传感器装置的侧壁与壳体的内侧壁之间保留一自由空间，其向前面那边成圆锥形逐渐缩小地延伸。在该自由空间内装入一密封件，接着借助一夹紧装置将其向过程连接那边，即向前面的测量区那边推压或挤压。其中夹紧装置适当地同时构成用于传感器装置，特别是一压力传感器元件的固定而构成一后面的支座。 

然后将这样组装好的传感器旋入一容器开口中，以便测定在过程面上的一相应的参数。 

附图说明

以下借助于附图更详细地说明一个实施例。附图中： 

图1一装入容器壁中的传感器的前面的部分的局部剖视图；以及 

图2一传感器装置向一壳体壁的过渡区包括一在其间安装的密封件的放大的局部剖面图。 

具体实施方式

如其由图1中显而易见的，在容器1的壁中经由传感器壳体3装入一传感器2。例如由相互啮合的壳体螺纹31和容器螺纹11构成的螺纹连接用于连接所示的壳体3和容器1的壁，如其本来就是已知的。 

传感器2包括许多单个部件，其中以下基本上只列举针对实施例的理解所需要的部件。 

在壳体3的前面的区域内有一孔洞，其中安装一实际的传感器装置20，特别一压力传感器元件。在所示实施例中，传感器装置20与一在后面安置于壳体3中的传感器电子系统21经由连接装置22相连接。其中连接装置22可以是机械连接与固定元件，但优选也具有用于供电和/或信号传输的电连接和压力补偿导管等。传感器装置20的前面23与容器的过程面或测量区10连通。所谓前面和后面的概念基本上只用来直观地描述传感器的各个部件的设置和定位。 

在传感器装置20的侧壁，特别是圆周壁24和一与其对置的内面的壳体壁32之间形成一自由空间40。传感器装置20或壳体3的上述对置的壁24、32之一个或两个向前面那边这样构成，使前面的空间40的横截面向前面那边成圆锥形缩小。 

在自由空间40的前面的部分中安装一密封件4，有利地安装一商业通用的弹性体制的密封件，其在传感器2或至少传感器装置20为圆柱形构造时可以是一商业通用的圆形密封圈或商业通用的O形密封圈。作为密封件4的材料可以考虑一种弹性体，它弹性补偿不同的温度引起的或压力引起的膨胀，以避免应力和由此引起的虚假的测量值。为了传感器可用于无菌的应用，其中将密封件向前面的方向压到使向测量区那面不留下任何的自由间隙。在优选的实施形式中，既不在密封件4的前面与传感器装置20的前面23之间又不在密封件4与壳体3的前面33之间留下一间隙。 

为了将密封件4安装于正确的位置，亦即足够远地向前压入自由空间40，采用一夹紧装置，其可以构成为独立的夹紧元件并且只用于夹紧密封件4。 

在所示实施形式中，夹紧装置包括多个部件并且也同时用于其他的传感器部件的夹紧。夹紧装置41具有一侧面的螺纹42，其与壳体的内螺纹35相啮合，以便夹紧装置41相对于壳体3的内面的壁可以前后移动和夹紧。夹紧装置41的前面的至少一部分压向一间隔元件43，在传感器2的所示圆柱形实施形式中压向一间隔环。该间隔元件43和在一定情况下夹紧环44的前面的部分伸入自由空间40。间隔元 件43以前面压向密封件4的后面。因此通过夹紧装置41相对于壳体3的向前夹紧，将间隔元件43并由其将密封件4向前压入空间40，并且在相应的向前移动或夹紧压力下通过向前部分地仍是空的空间40压入测量区10内。在所示实施形式中，夹紧装置同时还用于为传感器装置20构成向后方向的支座。与传感器装置20的固定的连接也是可能的，从而夹紧装置41构成一具有一传感器装置的固定装置的部件。在所示实施形式中，相应地一夹紧环44作为另一元件安装在构成为压紧螺栓的夹紧装置41与间隔元件43之间。 

如这在图2中显而易见的，可以以各种各样的方式和方法构成自由空间或向传感器装置20或壳体3的前面23、33的过渡，其中也可变为其他的实施形式。 

如这特别是借助图2显而易见的，将密封件4通过夹紧装置41、夹紧环44和最后间隔元件43向前压入空间40内，使密封件4在前面稍微伸入或突入过程连接或测量区内。 

按照优选的实施形式，其中传感器装置20的前面23或壳体3的前面33向密封件4的表面的过渡选择为径向过渡。 

在优选的实施形式中，传感器装置20的前面23相对于壳体3的前面33的张角或过渡角β有利地小于180°，特别是小于170°，以便保护传感器装置在装入和拆除时免受机械损伤。 

组装时基本上按已知的方式和方法组合传感器2的各个元件。因此将传感器装置20装入壳体3的前面的开孔中，使得在传感器装置20的侧面的圆周壁24与壳体3的内面的壳体壁32之间保留一空间40，其向前面或过程面10那边成圆锥形逐渐缩小地延伸。在该空间内装入密封件4，接着借助于夹紧装置将其向前挤压，直到其优选稍微从保留的间隙中突入测量区10内。在优选的方式中，借助于一间隔元件43向前挤压密封件4，其中该间隔元件伸入空间40中并且借助于夹紧装置将其预压紧。 

为了容纳间隔元件43和一构成为特别是传统的O型密封圈的密封件，在该实施形式和方式中将空间40有利地构成为甚至宽于在本来 已知的装置中的。通过适当地选择适合的间隔元件43和一适合的密封件4，也可以无问题地补偿尺寸确定中的误差。 

在所示优选的实施形式中，因此将一圆形的密封圈装入空间40内，并且其中借助于间隔元件43使其变形而充满作为传感器装置20的压力传感器元件与传感器壳体3之间保留的间隙或空间40，此时利用传感器装置的固定装置41将作为密封件4的圆形密封圈挤在压力传感器元件的圆柱形圆周与作为内面的壳体壁的或在传感器壳体3上的独立构件的圆锥形表面32之间。在这种情况下密封圈从传感器装置20的介质面或前面被向前移到使在密封件4的切向的平面表面内实现密封。 

环形密封件有利地也可以在大的温差下用于无菌的应用，因为密封件4从间隙或空间40中向外膨胀和收缩而不损坏。 

不同于本来已知的装置，密封件4即使对于具有过程连接内的负压的应用也必定保持不通过沉积物，因为密封件4通过在传感器装置与传感器壳体之间向介质那边保持紧密形成的间隙或空间40。 

对于密封圈的材料选择也不必提供顾客专用的工具，因为可采用价廉的商业通用的密封件，特别是一O型密封圈。 

附图标记清单 

1   容器                       32  内面的壳体壁 

10  测量区/过程连接            33  3的前面 

11  容器固定例如螺纹           34  过渡32-33 

2   传感器                     35  41、42的壳体螺纹 

20  传感器装置/压力传感        4   密封件 

    器元件                     40  24、32、10、43向的空 

21  传感器-电子系统                间/间隙 

22  连接装置                   41  夹紧装置 

23  20的前面                   42  41的螺纹 

24  20的圆周壁                 43  间隔元件 

25  过渡区23-24                44  夹紧环 

3   壳体 

31  壳体螺纹 

Claims (11)

1.一种传感器(2)，包括：

一传感器装置(20)，用以检测测量值，该传感器装置(20)在前面面向一测量区(10)；

一壳体(3)；

一传感器装置的固定装置，用于将传感器装置(20)固定在壳体(3)的前面的区域内；

一在传感器装置(20)的圆周壁(24)与壳体(3)的内面的壁(32)之间的自由的空间(40)；以及

一在传感器装置(20)与壳体(3)间的所述空间(40)内的密封件(4)，用以相对于测量区(10)密封该空间(40)；

其特征在于，所述空间(40)向前面那边成圆锥形逐渐缩小地构成，并且一夹紧装置设置在密封件(4)的后面并将密封件(4)向前压入所述逐渐缩小的空间(40)内；

所述密封件(4)是普通的O型密封圈；以及

所述壳体(3)的前面(33)延伸超过密封件(4)的前面。

2.按照权利要求1所述的传感器，其特征在于，夹紧装置具有一间隔元件(43)。

3.按照权利要求2所述的传感器，其特征在于，夹紧装置(41)设计用于在传感器(2)组装时将间隔元件(43)压向密封件(4)。

4.按照权利要求2所述的传感器，其特征在于，夹紧装置(41)和/或间隔元件(43)按照传感器装置(20)的圆周壁(24)和壳体壁(32)在空间(40)中的变化成型。

5.按照权利要求1或2所述的传感器，其特征在于，呈圆锥形逐渐缩小的空间(40)的至少其中一个壁(24、32)逐渐缩小地构成为，使其为密封件(4)构成为向前面的方向的支座。

6.按照权利要求1或2所述的传感器，其特征在于，空间(40)的壁(24、32)向传感器装置(20)或壳体(3)的前面的壁(23、33)的过渡构成为使密封件(4)在其膨胀和/或其收缩时不被损坏。

7.按照权利要求6所述的传感器，其特征在于，各前面的壁(23、33)之间的张角(β)小于180°。

8.按照权利要求1或2所述的传感器，其特征在于，密封件(4)在前面部分地从空间(40)中突入测量区(10)内。

9.按照权利要求8所述的传感器，其特征在于，在密封件(4)的从空间(40)中突出的部分与传感器装置(20)和/或壳体(3)的前面的壁(23、33)之间面向测量区(10)构成的角度(α)大于90°。

10.按照权利要求1或2所述的传感器，其特征在于，所述密封件(4)是弹性体制的O型密封圈。

11.用于制造按照权利要求1-10之一项所述的传感器的方法，其特征在于，

将一传感器装置(20)在前面装入一壳体(3)中，传感器装置(20)在前面面向一测量区(10)，其中在传感器装置(20)与壳体(3)之间保留一空间(40)，并且

在空间(40)内装入一密封件(4)并且借助于一夹紧装置将密封件(4)向前面的测量区(10)的方向挤压，使得在密封件(4)与传感器装置(20)之间和在密封件(4)与壳体(3)之间向测量区(10)那边不留下任何的间隙。