DE102013203897A1

DE102013203897A1 - Messsensor

Info

Publication number: DE102013203897A1
Application number: DE102013203897A
Authority: DE
Inventors: Harri J. Salo
Original assignee: Janesko Oy
Current assignee: Vaisala Oy
Priority date: 2012-03-16
Filing date: 2013-03-07
Publication date: 2013-09-19
Also published as: JP2013195423A; FI20125293A; US9243936B2; US20130239678A1; FI124197B

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Messsensor mit einem aus synthetischem Edelsteinmaterial oder keramischem Material bestehenden länglichen Hülsenteil (1), das ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist und dessen erstes Ende vorgesehen ist, in einem zu messenden Prozessmedium (2) angeordnet zu werden, einem Sensorteil (3), das am ersten Ende des länglichen Hülsenteils innerhalb des Hülsenteils angeordnet ist, einer Messelektronik (4) und einer Gehäusestruktur (5), die aus einem Material gefertigt ist, das weicher als das synthetische Edelsteinmaterial oder das keramische Material ist, und die angeordnet ist, die Messelektronik (4) zu umgeben. Das zweite Ende des länglichen Hülsenteils (1) ist angeordnet, sich auf die Gehäusestruktur (5) zu stützen. Das längliche Hülsenteil (1) ist an der Gehäusestruktur (5) mit einem Zwischenstück (6) befestigt. Das Zwischenstück (6) besteht aus einem Material, dessen Härte zwischen der Härte des Fertigungsmaterials für das längliche Hülsenteil (1) und der Härte des Fertigungsmaterials für die Gehäusestruktur (5) liegt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Messsensor mit einem aus synthetischem Edelsteinmaterial oder keramischem Material bestehenden länglichen Hülsenteil, das ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist und dessen erstes Ende vorgesehen ist, in einem zu messenden Prozessmedium angeordnet zu werden, einem Sensorteil, das am ersten Ende des länglichen Hülsenteils innerhalb des Hülsenteils angeordnet ist, einer Messelektronik und einer Gehäusestruktur, die aus einem Material gefertigt ist, das weicher als das synthetische Edelsteinmaterial oder das keramische Material ist, und die angeordnet ist, die Messelektronik zu umgeben, wobei das zweite Ende des länglichen Hülsenteils angeordnet ist, sich auf die Gehäusestruktur zu stützen.
In der Praxis hängt die ganze Prozessindustrie mit verschiedenen Messvorgängen zusammen. In bestimmten Branchen sind die Messvorgänge jedoch technisch sehr anspruchsvolle Situationen. Als Beispiel für einen Prozessindustriezweig, in dem besondere Anforderungen an die zum Beispiel in Flüssigkeitsmessung zu verwendenden Messvorrichtungen gestellt werden, wird die Halbleiterindustrie erwähnt. In der Halbleiterindustrie sind fast alle bei Prozessen zu verwendenden Flüssigkeiten stark ätzende Säuren oder Basen. Als Beispiele dafür können KOH, Wasserstoffperoxid und Fluorwasserstoffsäure (HF) genannt werden.
Durch das Wesen des Prozesses der Halbleiterindustrie sind Metalle an den mit dem Prozess in Kontakt stehenden Teilen verboten. Dies ist darauf zurückzuführen, dass bereits eine sehr kleine Menge an Metallionen die Endprodukte, d. h. Mikroschaltungen, des Prozesses zerstören würde. Somit sind die Werkstoffe für Prozessmessgeräte und Stellantriebe der Halbleiterindustrie Kunststoffe und Mineralien. Beispiele für die zu verwendenden Materialien sind Fluorkunststoffe (PTFE, PVDF, PFA, ECTFE) und synthetische Edelsteine wie Spinel, YAG, GGG und Saphir.
Fluorkunststoffe sind am meisten verwendete Werkstoffe an Rohrleitungsteilen der Halbleiterindustrie, weil sie einfach bearbeitbar, leicht und preisgünstig sind. Von ihren physikalischen Eigenschaften her sind Kunststoffe aber beschränkt, weshalb zum Beispiel an optischen Objekten oder an die Wärmeleitung benötigenden Objekten synthetische Edelsteine oder Mineralien verwendet werden müssen.
Die optischen Eigenschaften und die Abnutzungseigenschaften von synthetischen Edelsteinen sind ausgezeichnet und zum Beispiel die Wärmeleitfähigkeit ist gleich gut wie bei Metallmaterialien. Auch keramische Materialien weisen ähnliche Eigenschaften auf und somit eignen sich auch diese Materialien für einige Anwendungen.
Aufgrund des oben Angeführten eignen sich die oben genannten Materialien gut als Werkstoffe der Halbleiterindustrie für anspruchsvolle Objekte.
Als Problem der vorbekannten Technik hat sich die Befestigung von aus den oben erwähnten Materialien, zum Beispiel synthetischem Edelstein, bestehenden Teilen an aus Kunststoffmaterial bestehenden Teilen erwiesen. Zum Beispiel ist oft an Messsensoren der Halbleiterindustrie das mit dem Prozessmedium in Kontakt stehende Teil aus synthetischem Edelsteinmaterial und die restliche Mechanik aus Kunststoff gefertigt.
Problematisch bei der oben beschriebenen Situation ist, eine in jeder Hinsicht optimale Verbindungsweise zu finden. Herkömmliche Schrauben- und Gewindeverbindungen sind oft nicht möglich wegen der Härte der synthetischen Edelsteine. Mit Press- oder Passstücken verwirklichte Verbindungen ihrerseits sind nicht möglich wegen schwacher mechanischer Eigenschaften der Kunststoffe,
In der oben beschriebenen Situation ist wichtig zu bemerken, dass sich sowohl prozessbedingte Kräfte wie Fluss und Druck als auch durch den Gebrauch der Vorrichtung verursachte Kräfte wie Torsion, Zug und Pressung auf ein zum Beispiel aus synthetischem Edelstein bestehendes Fenster oder Messsensor richten. Die Bearbeitung von synthetischen Edelsteinen ist deutlich schwieriger und teurer als die Bearbeitung von Kunststoffen und Metallen, weshalb die mechanischen Formen der aus synthetischem Edelstein bestehenden Teile meistens möglichst einfach sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Messsensor bereitzustellen, mit dem die Nachteile der vorbekannten Technik eliminiert werden können. Dies wird durch einen erfindungsgemäßen Messsensor erreicht. Der erfindungsgemäße Messsensor ist dadurch gekennzeichnet, dass das längliche Hülsenteil an der Gehäusestruktur mit einem Zwischenstück befestigt ist, welches Zwischenstück aus einem Material besteht, dessen Härte zwischen der Härte des Fertigungsmaterials für das längliche Hülsenteil und der Härte des Fertigungsmaterials für die Gehäusestruktur liegt.
Die Vorteile der Erfindung sind ihre Einfachheit und Vielseitigkeit, wodurch die Inbetriebnahme und der Gebrauch der Erfindung vorteilhaft werden. Wegen ihrer Vielseitigkeit kann die Erfindung vorzugsweise auf verschiedene Konstruktionen angewandt werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der beiliegenden Zeichnung beschriebenen Beispiels ausführlicher erläutert, wobei die einzige Figur der Zeichnung schematisch einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Messsensor von der Seite zeigt.
Die Figur zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Messsensors schematisch. Das Bezugszeichen 1 bezieht sich auf ein aus synthetischem Edelsteinmaterial bestehendes längliches Hülsenteil. Ein erstes Ende des länglichen Hülsenteils ist in einem zu messenden Prozessmedium 2 angeordnet. Das zu messende Prozessmedium kann sich zum Beispiel in einem Prozessrohr oder Prozessbehälter befinden, an dessen Wand ein Anschlussstück angeordnet ist, durch das der Messsensor derart angeordnet ist, dass das erste Ende des länglichen Hülsenteils mit dem Prozessmedium in Kontakt kommt. Das Prozessmedium 2 kann zum Beispiel Prozessflüssigkeit sein.
Mit dem Bezugszeichen 3 ist in der Figur ein Sensorteil markiert, das am ersten Ende des Hülsenteils 1 innerhalb des Hülsenteils angeordnet ist. Das Sensorteil 3 kann zum Beispiel ein die Temperatur messendes Sensorteil sein.
Mit dem Bezugszeichen 4 ist in der Figur eine Messelektronik dargestellt. Das Sensorteil 3 und die Messelektronik 4 sind miteinander anhand von Leitern verbunden. Die Leiter sind in der Figur nicht dargestellt. Das Bezugszeichen 5 bezieht sich auf eine Gehäusestruktur, die aus einem Material besteht, das weicher als das synthetische Edelsteinmaterial ist, und die angeordnet ist, die Messelektronik und im Beispiel der Figur auch einen Teil des länglichen Hülsenteils 1 zu umgeben. Ein zweites Ende des länglichen Hülsenteils 1 ist angeordnet, sich auf die Gehäusestruktur 1 zu stützen.
Die oben beschriebenen Strukturen und ihre Funktion repräsentieren eine ganz konventionelle Technik für einen Fachmann, und deshalb werden sie nicht genauer in diesem Kontext dargestellt.
Nach der wesentlichen Idee der Erfindung ist das längliche Hülsenteil 1 an der Gehäusestruktur 5 mittels eines Zwischenstücks 6 befestigt. Das Zwischenstück 6 besteht aus einem Material, dessen mechanische Eigenschaften zwischen dem Fertigungsmaterial für das längliche Hülsenteil 1 und dem Fertigungsmaterial für die Gehäusestruktur 5 liegen. Die Gehäusestruktur 5 kann aus einem einheitlichen Stück bestehen oder sie kann eine aus mehreren Stücken ausgebildete Struktur sein. Auch das Zwischenstück kann ein einheitliches Teil oder ein aus mehreren Teilen durch Aneinanderfügen ausgebildetes Stück sein,
Die Erfindung basiert auf der Idee, dass das zum Beispiel aus synthetischem Edelsteinmaterial bestehende, sehr harte und spröde, längliche Hülsenteil 1 mit der aus einem weicheren Material, zum Beispiel einem Kunststoffmaterial, bestehenden Gehäusestruktur 5 mittels des Zwischenstückes 6 verbunden ist. Das Zwischenstück 6 ist aus einem Material gefertigt, dessen mechanische Eigenschaften, zum Beispiel Härte, zwischen hartem Edelstein und weichem Kunststoff sind. Das Zwischenstück 6 kann zum Beispiel aus einem Kompositmaterial oder Metallmaterial hergestellt werden.
Die Kontaktfläche zwischen dem Zwischenstück 6 und dem länglichen Hülsenteil 1 ist kleiner als die Kontaktfläche zwischen dem Zwischenstück 6 und der Gehäusestruktur 5 ausgebildet. Die Geometrie des Zwischenstücks 6 kann in einigen Fällen kompliziert sein. Durch das Zwischenstock wird die mechanische Kontaktfläche des weicheren Materials wie eines Kunststoffmaterials vergrößert, wobei die auf die Oberflächen gerichteten Kräfte geringer werden und die Sicherheit der Verbindung besser wird. Das Zwischenstück 6 kann als Überträger von Verbindungsdrucken der Teile angesehen werden, d. h. die Oberflächendrucke zwischen dem synthetischen Edelstein und dem Zwischenstück 6 sind größer als zwischen dem Zwischenstück 6 und dem Kunststoffmaterial.
Die Kontaktfläche zwischen dem länglichen Hülsenteil 1 und dem Zwischenstück 6 und dementsprechend die Kontaktfläche zwischen dem Zwischenstück 6 und der Gehäusestruktur 5 sind anhand mehrerer Stützflächen 7, 8 ausgebildet, Die Idee ist also, dass das Zwischenstück 6 mit dem synthetischen Edelstein anhand einer ausreichenden Menge von eine passende Form aufweisenden Stützflächen 7 verbunden ist, wodurch die auf den Edelstein gerichteten Kräfte in XYZ-Richtung und die Drehbewegungen beseitigt werden. Die Verbindung zwischen dem Zwischenstück 6 und dem Kunststoffmaterial ist mit demselben Prinzip arretiert, d. h. es gibt eine ausreichende Anzahl Stützflächen 8, die angeordnet sind, die Drehung und die XYZ-Bewegungen zu arretieren. Die Stützflächen 7, 8 können verschiedene geeignete Oberflächen sein. Beispiele für passende Oberflächen sind Planflächen, Zylinderflächen und/oder Kugelflächen.
Messvorrichtungen bezwecken, den Wärmeübergang zwischen dem Prozess und der Umgebung zu minimieren, um eine genaue Messung durchzuführen und die Messelektronik abzukühlen. Aus dem oben erwähnten Grund bezweckt man auch, die Querschnittsfläche und die Masse des Zwischenstücks zu minimieren. Gleichzeitig soll man jedoch eine genügende strukturelle Stärke beibehalten.
Die Erfindung ist oben anhand des in der Figur dargestellten Beispiels beschrieben. Die Erfindung ist jedoch keineswegs auf das Beispiel gemäß der Figur beschränkt, sondern kann vollkommen frei im Rahmen der Patentansprüche variiert werden. Somit können zum Beispiel die Form und Größe verschiedener Einzelheiten der Erfindung usw. je nach Bedarf frei modifiziert werden. Anstelle des synthetischen Edelsteinmaterials ist es auch möglich, keramisches Material zu verwenden, wie oben angeführt ist.

Claims

Messsensor mit einem aus synthetischem Edelsteinmaterial oder keramischem Material bestehenden länglichen Hülsenteil (1), das ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist und dessen erstes Ende vorgesehen ist, in einem zu messenden Prozessmedium (2) angeordnet zu werden, einem Sensorteil (3), das am ersten Ende des länglichen Hülsenteils innerhalb des Hülsenteils angeordnet ist, einer Messelektronik (4) und einer Gehäusestruktur (5), die aus einem Material gefertigt ist, das weicher als das synthetische Edelsteinmaterial oder das keramische Material ist, und die angeordnet ist, die Messelektronik (4) zu umgeben, wobei das zweite Ende des länglichen Hülsenteils (1) angeordnet ist, sich auf die Gehäusestruktur (5) zu stützen, dadurch gekennzeichnet, dass das längliche Hülsenteil (1) an der Gehäusestruktur (5) mit einem Zwischenstück (6) befestigt ist, welches Zwischenstück (6) aus einem Material besteht, dessen Härte zwischen der Härte des Fertigungsmaterials für das längliche Hülsenteil (1) und der Härte des Fertigungsmaterials für die Gehäusestruktur (5) liegt.
Messsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche zwischen dem Zwischenstück (6) und dem länglichen Hülsenteil (1) kleiner als die Kontaktfläche zwischen dem Zwischenstück (6) und der Gehäusestruktur (5) ausgebildet ist.
Messsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche zwischen dem länglichen Hülsenteil (1) und dem Zwischenstück (6) und dementsprechend die Kontaktfläche zwischen dem Zwischenstück (6) und der Gehäusestruktur (5) anhand mehrerer Stützflächen (7, 8) ausgebildet sind.
Messsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet dass die Stützflächen (7, 8) Planflächen, Zylinderflächen und/oder Kugelflächen sind.
Messsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , dass das Zwischenstück (6) aus einem Metallmaterial oder Kompositmaterial hergestellt ist.
Messsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusestruktur (5) aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist.