DE3803270A1

DE3803270A1 - Sensorkonstruktion

Info

Publication number: DE3803270A1
Application number: DE3803270A
Authority: DE
Inventors: Walter Uhlmann
Original assignee: Buehler AG
Current assignee: Buehler AG
Priority date: 1988-02-04
Filing date: 1988-02-04
Publication date: 1989-08-17
Also published as: DE4200544A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sensorkonstruktion nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Derartige Sensoren werden in Berei chen mit hoher Temperatur und/oder dort eingesetzt, wo aggressive bzw. elektrisch leitende Medien abgefühlt werden sollen. Ein typisches Beispiel hierfür die Anwendung im Druckguss, wie dies beispielsweise gemäß der DE-OS 36 36 936 vorgeschlagen worden ist.

Da nun die bevorzugte Anwendung solcher Sensoren im Bereiche ag gressiver Medien liegt, werden an die Isolierung besonders hohe Ansprüche gestellt. Üblicherweise werden als Isoliermaterial Keramikkörper verwendet. Dies hat in Dauerversuchen im Druckguß bereich auch relativ zufriedenstellende Standzeiten ergeben.

Dennoch liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Haltbarkeit solcher Sensorkonstruktionen weiterhin zu erhöhen und damit die Standzeiten zu verlängern.

Diese Aufgabe wird in überraschender Weise durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruches 1 gelöst. Während es bisher re lativ einfach war, den Raum innerhalb des Fassungskörpers mit dem Isoliermaterial auszufüllen, sind also nun mindestens zwei voneinander räumlich getrennte und jeweils einer Elektrode zu geordnete Isolierungen vorzusehen. Dadurch wird aber eine völlig andere geometrische Querschnittskonfiguration dieser Isolierungen geschaffen, und Versuche haben gezeigt, daß diese Konfiguration zu einer weitaus erhöhten Lebensdauer der Sensorkonstruktion führt. Da dies dies zunächst überraschend war, wurden eingehende Untersuchungen geführt, deren Ergebnis später anhand der Fig. 1 erläutert wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nach folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung schematisch darge stellten Ausführungsbeispieles. Es zeigen:

Fig. 1 die Draufsicht auf die Sensorfläche bei einer Sensor konstruktion nach dem Stande der Technik;

Fig. 2 eine ähnliche Draufsicht, jedoch bei einer erfindungs gemäßen Sensorkonstruktion, zu der

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III veranschaulicht.

Eine herkömmliche Sensorkonstruktion besaß einen mehr oder we niger dicken Fassungskörper 1, der in seinem Inneren zumindest zwei Elektroden 2, 3, eingeschlossen in einem keramischen Iso liermaterial 4 besaß. Dabei ging man von der Überlegung aus, dass eine derartige Sensorkonstruktion leicht herstellbar ist, nachdem der Fassungskörper 1 im allgemeinen als bloßer Hohlzy linder ausgebildet sein kann, in den die Elektroden 2, 3 und das Isoliermaterial 4 leicht einzubringen ist.

Es wurde oben bereits erwähnt, daß nach Kenntnis der Erfindung Untersuchungen durchgeführt wurden, warum eine Ausbildung gemäß Fig. 2 eine beträchtlich höhere Lebensdauer, nämlich um das 2- bis 4-fache, bei Einsatz dieser Sensorkonstruktion im Bereiche aggressiver Medien hoher Temperatur erbringt. Mikroskopische Un tersuchungen zeigten nun, daß die in solchen Umgebungen auftre tenden Spannungen zur Bildung von Rissen 5 im Keramikmaterial 4 führen, wodurch sich leitende Brücken zwischen den Elektroden 2 und 3 ergeben können. Nun sind gerade Keramikisolatoren relativ unempfindlich gegen Druckbeanspruchungen, ungleich empfindlicher jedoch gegenüber Zugspannungen.

Es hat sich nun gezeigt, daß im Falle der Einbettung der Elek troden 2, 3 in voneinander räumlich getrennte und jeweils einer Elektrode 2 bzw. 3 zugeordnete Isolierungen 4 a und 4 b Zugspan nungen aufgrund einer Temperaturveränderung nicht mehr auftreten. Dies ist auch der Fall, wenn die beiden Isolierungen 4 a und 4 b einander mit ihren Umfangsflächen berühren würden, im übrigen aber voneinander getrennt wären. Bevorzugt besitzen jedoch die beiden Isolierungen 4 a, 4 b einen vom Fassungskörper 1 ausgefüll ten Abstand a.

Obwohl die Isolierungen 4 a und 4 b an sich von verschiedenen Ma terialien gebildet sein könnten, wird sich aufgrund der obigen Erläuterungen Keramik am besten eignen. Da die Elektroden 2, 3 an der Sensorfläche 6 (Fig. 3) frei zugänglich enden, kann die erfindungsgemäße Sensorkonstruktion als bloßer Kontaktsensor verwendet werden. Hier wird sich also ein Signal ergeben, sobald der Abstand zwischen den Enden der Elektroden 2 und 3 durch ein leitendes, abzufühlendes Medium überbrückt ist. Bevorzugt ist es jedoch, wenn die Sensorkonstruktion noch mindestens eine Paarung von Thermoelektroden enthält, d.h. es kann sich um eine dritte und vierte Elektrode handeln, es kann eine der Elektroden 2 und 3 zusätzlich auch Teil des Thermoelektrodenpaares sein (in welchem Falle also drei Elektroden vorgesehen wären), bevorzugt bestehen jedoch die Elektroden 2 und 3 zum Zwecke der Kontakt- und der Temperaturmessung einerseits aus Ni (z.B. die Elektrode 2) und anderseits aus NiCr (z.B. die Elektrode 3).

Wenn die zuletzt genannte Ausbildung vorgesehen ist, ist es vor teilhaft, an die beiden Elektroden 2 und 3 zwei verschiedene Auswertekreise anzuschließen, nämlich einen Auswertekreis K für das Kontaktsignal bei Überbrückung des Abstandes zwischen den Elektroden 2 und 3 durch ein leitendes Medium, und einen Auswer tekreis T für das (sich im allgemeinen erst etwas später erge bende) Temperatursignal. Beide Auswertekreise K und T können bei spielsweise in der Weise ausgewertet werden, wie dies anhand der DE-OS 36 36 936 geschildert worden ist.

Wie ersichtlich, ist die Sensorfläche 6 in an sich bekannter Wei se als Stirnfläche des von den Isolierungen 4 a und 4 b gebildeten Isolierkörpers 4 und des Fassungskörpers 1 im wesentlichen eben ausgebildet, was mit dazu beiträgt, daß Zugspannungen im Iso lierkörper vermieden werden. Zur Vermeidung solcher Spannungen trägt auch bei, daß die Isolierungen 4 a, 4 b im Querschnitt (Fig. 2) mindestens annähernd kreisrund sind und - wie dies be vorzugt ist, in ihrem Zentrum die zugehörige Elektrode 2 bzw. 3 aufweist, so daß Dimensionsveränderungen aufgrund von Tempera turschwankungen sich lediglich als Druckbeanspruchung auswirken können.

Es hat sich nun auch gezeigt, daß die Dimensionierung der Elek troden 2, 3 zum Zwecke der Erzielung einer Spannungsfreiheit bei gleichzeitigem Erhalt eines brauchbaren Signales eine nicht un wesentliche Rolle spielt. An sich wäre es für die Spannungsfrei heit zweckmäßig, den Querschnitt der Elektroden 2 bzw. 3 so klein wie möglich zu wählen. Dann ist allerdings das Signal nicht ohne weiteres verwendbar, und es hat sich als zweckmäßig heraus gestellt, für die Elektroden eine Stärke von 0,2 bis 0,9 mm, vor zugsweise von 0,4 bis 0,7 mm, zu wählen. Bei stärker bemessenen Elektroden ist die Gefahr des Auftretens von Spannungen wieder größer.

An sich könnten natürlich die Isolierungen 4 a, 4 b beliebigen Querschnitt besitzen, doch wird sich bei kreisrundem Querschnitt eine gleichmäßige Verteilung des Druckes innerhalb des Materi ales ergeben. Diese Isolierungen besitzen in der Praxis zweck mässig einen die Elektroden 2, 3 umgebenden Durchmesser von etwa 3 bis 5 mm, vorzugsweise von etwa 4 mm.

Claims

1. Sensorkonstruktion mit einem an einer Sensorfläche frei endenden Elektrodenpaar, das einen Isolierkörper durchquert, der in einem Fassungskörper eingeschlossen ist, dadurch gekennzeich net, daß der Isolierkörper (4) wenigstens zwei voneinander räumlich getrennte, jeweils einer Elektrode (2 bzw. 3) zugeordne te Isolierungen (4 a, 4 b) aufweist.

2. Sensorkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Isolierungen in an sich bekannter Weise von Keramik gebildet sind.

3. Sensorkonstruktion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß das Elektrodenpaar (2, 3) zur Temperaturmes sung in an sich bekannter Weise aus unterschiedlichen Metallen, wie Ni und NiCr, besteht.

4. Sensorkonstruktion nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Sensorfläche (6) in an sich bekannter Wei se als Stirnfläche des Isolierkörpers (4) sowie des Fassungskör pers, im wesentlichen eben, ausgebildet ist.

5. Sensorkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß die Elektroden (2, 3) eine Stärke von 0,2 bis 0,9 mm, vorzugsweise von 0,4 bis 0,7 mm, besitzen.

6. Sensorkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Isolierungen (4 a bzw. 4b) im Querschnitt zumindest annähernd kreisrund ist und vorzugsweise in ihrem Zentrum die zugehörige Elektrode (2 bzw. 3) aufweist.

7. Sensorkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß die Isolierungen (4 a, 4 b) einen, die Elektroden (2, 3) umgebenden Durchmesser von 3 bis 5 mm, vorzugs weise von etwa 4 mm, besitzen.

8. Sensorkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da durch gekennzeichnet, daß die Isolierungen (4 a, 4 b) voneinander einen vom Fassungskörper (1) ausgefüllten Abstand (a) besitzen.

9. Sensorkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da durch gekennzeichnet, daß die Elektroden (2, 3) mit einem Aus wertekreis (K) für ein Kontaktsignal, bei Überbrückung des Ab standes der an der Sensorfläche (6) frei endenden Elektroden (2, 3), und mit einem Auswertekreis (T) für ein Temperatursignal ver bunden sind.