DE602004004909T2 - Sensor zur kapazitiven messung des abstands zu einem objekt - Google Patents

Sensor zur kapazitiven messung des abstands zu einem objekt Download PDF

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Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Sensoren, und genauer gesagt Sensoren, die zur kapazitiven Messung des Abstandes zu einem entweder ortsfesten oder vorüberziehenden Objekt verwendet werden können.
  • Hintergrund der Erfindung
  • In vielen industriellen Messanwendungen gibt es einen Bedarf für einen Sensor, der bei hohen Betriebstemperaturen dazu verwendet werden kann, den Abstand zu einem entweder ortsfesten oder vorüberziehenden Objekt zu messen. Eine typische Anwendung ist die Messung des Spiels zwischen der Spitze einer Gasturbinenschaufel und dem sie umgebenden Gehäuse. In dieser Situation kann die Betriebstemperatur des Sensors 1500°C erreichen. Andere Anwendungen, einschließlich der Messung des Füllstandes von flüssigem Metall und flüssigem Glas, haben ähnliche Betriebstemperaturerfordernisse.
  • US-Patent 5,670,593 (BICC plc) beschreibt einen konventionellen Sensor, der eine metallische oder metall-beschichtete keramische Elektrode aufweist, die kapazitiv mit dem ortsfesten oder vorüberziehendem Objekt koppelt. Die Elektrode ist unmittelbar mit dem innersten Leiter eines gewöhnlichen triaxialen Übertragungskabels verbunden und von einer metallischen Abschirmung und einer äußeren Ummantelung umgeben. Die metallische Abschirmung und die äußere Ummantelung sind unmittelbar mit dem mittleren Leiter bzw. dem äußeren Leiter des triaxialen Übertragungskabels verbunden. Eine elektrische Isolierung ist zwischen der Elektrode und der Abschirmung und ebenfalls zwischen der Abschirmung und der Ummantelung vorgesehen. Die Isolierung kann in der Form gefräster keramischer Abstandshalter oder abgeschiedener keramischen Schichten ausgebildet sein.
  • Ein Problem mit diesen konventionellen Sensoren ist, dass sie eine alternierende Kombination von Metall und keramischen Materialien verwenden. Steigt die Betriebstemperatur des Sensors, tendieren die metallischen Komponenten dazu, sich mehr als die keramischen Komponenten auszudehnen. Dies resultiert oft in Spannungsrissen, die sich in den keramischen Abstandshaltern oder Schichten bilden und die ihre elektrische Leistungsfähigkeit reduzieren und sogar zur Auflösung oder Schichtentrennung der keramischen Komponenten führen können. Dies bedingt nicht nur den elektrischen Ausfall des Sensors, die Auflösung oder Schichtentrennung der keramischen Komponenten ermöglicht es den metallischen Komponenten auch, zu vibrieren, und dies kann zum mechanischen Versagen der gesamten Sensorbaugruppe führen.
  • Hersteller von Gasturbinen fordern derzeit eine Betriebslebensdauer von wenigstens 20.000 Stunden für Sensoren, mit denen produktive Modelle ausgerüstet werden sollen. Obwohl konventionelle Sensoren erfolgreich bei hohen Betriebstemperaturen über kurze Zeitspannen eingesetzt worden sind, ist es wegen der durch die unterschiedlichen Temperaturausdehnungseigenschaften der metallischen und keramischen Komponenten hervorgerufenen inhärenten Schwäche der Sensorbaugruppe unwahrscheinlich, dass sie jemals in der Lage sein wird, die geforderten Betriebslebensdauer einzuhalten.
  • Ein weiteres Problem liegt in der Weise, in der die Elektrode, die Abschirmung und die äußere Ummantelung mit dem Übertragungskabel verbunden sind. In konventionellen Sensorausführungen werden die Leiter des Übertragungskabels unmittelbar mit der Elektrode, der Abschirmung und der äußeren Ummantelung in einer Hochtemperaturzone (d.h. einem Teil des Sensors, der im Betrieb eine erhöhte Temperatur erreicht) verbunden. Viele Arten von Übertragungskabeln (insbesondere solche, bei denen die Leiter mittels mineralischer Verbindungen voneinander isoliert sind) können nicht bei hohen Temperaturen verwendet werden und versagen oft nach einer kurzen Zeitspanne. Weiterhin weisen einige konventionelle Sensoren keine hermetische Abdichtung zwischen dem Übertragungskabel und dem Rest der Sensorbaugruppe auf. Dies kann es Feuchtigkeit ermöglichen, in den Sensor einzudringen, und die Leistungsfähigkeit des Sensors zu reduzieren.
  • Abriss der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung stellt einen Sensor zur kapazitiven Messung des Abstandes zu einem ortsfesten oder vorüberziehenden Objekt bereit, der eine Elektrode zur kapazitiven Kopplung mit dem Objekt, eine Abschirmung, welche die Elektrode umgibt und von der Elektrode durch eine Isolationsschicht elektrisch isoliert ist, umfasst, wobei die Abschirmung innerhalb einer Ummantelung angeordnet ist und wobei die Elektrode und die Abschirmung vollständig aus einem elektrisch leitfähigen keramischen Material gebildet sind und die Isolationsschicht und die Um mantelung vollständig aus einem elektrisch nicht leitfähigen keramischen Material gebildet sind und wobei die elektrisch leitfähigen und elektrisch nicht leitfähigen keramischen Materialien so gewählt sind, dass sie ähnliche thermische Ausdehnungskoeffizienten besitzen.
  • Weil die Elektrode aus einer elektrisch leitfähigen Keramik gebildet ist, kann der Sensor bei höheren Betriebstemperaturen als konventionelle Sensoren, die metallische oder metall-beschichtete keramische Elektroden verwenden, eingesetzt werden. Die Ummantelung kann von jeder die Installationserfordernisse erfüllenden Form oder Größe sein.
  • Die Abschirmung isoliert die Elektrode von jeder externen elektrischen Interferenz. Die Abschirmung kann aus einem massiven Stück elektrisch leitfähiger Keramik gebildet sein. Die Abschirmung kann jedoch auch eine dünne elektrisch leitfähige keramische Schicht sein, die auf die Isolationsschicht mittels konventioneller Beschichtungstechniken abgeschieden ist. Die Verwendung einer abgeschiedenen keramischen Schicht vereinfacht sowohl die Ausführung des Sensors als auch die spätere Montage stark. Die Isolationsschicht ist vorzugsweise als gefräster, elektrisch nicht leitfähiger keramischer Abstandshalter ausgebildet. Die Verwendung einer keramischen Schicht mit einem thermische Ausdehnungskoeffizienten, der sowohl dem der Isolationsschicht als auch dem der Ummantelung ähnlich ist, bedeutet, dass die Beschichtung nicht dazu tendiert, sich im Betrieb in ihre Schichten aufzulösen, was bei metallischen Ummantelungen, die unterschiedliche thermische Ausdehnungscharakteristiken aufweisen, möglich ist.
  • Weil die elektrisch leitfähige Keramik und die elektrisch nicht leitfähige Keramik so gewählt sind, dass sie ähnliche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, bleibt die Sensorbaugruppe bei hohen Betriebstemperaturen praktisch spannungsfrei. Die Elektrode und die Abschirmung können beispielsweise aus SiC und die Isolationsschicht und die Ummantelung können aus SiN gebildet sein. Die Elektrode, die Abschirmung und die Ummantelung können mittels Standard-Diffusions-Bonding oder Vakuum-Schmorverfahren aneinander gebondet werden, um eine integrale keramische Struktur ausbilden. Das Bonding stellt eine hermetische Abdichtung zwischen den Komponenten bereit, die den Eintritt von Feuchtigkeit in die Sensorbaugruppe und das Übertragungskabel verhindert.
  • Der Sensor kann „unverlierbar" ausgeführt sein, so dass, sollte irgendeine der keramischen Komponenten aus irgendeinem Grund versagen, diese in der übergeordneten Sensorbaugruppe zurückgehalten werden.
  • Anstatt die Leiter des Übertragungskabels unmittelbar an der Elektrode und die Ummantelung in einer Hochtemperaturzone des Sensors anzuschließen, werden die Leiter vorzugsweise mit elektrisch leitfähigen Verbindungen („Brücken") verbunden, die ihrerseits mit der Elektrode und der Ummantelung verbunden sind. Die elektrisch leitfähigen Verbindungen erstrecken sich von der Stirnfläche der Elektrode (d.h. der Fläche, die dem verwendeten Objekt zugewandt ist) weg, so dass die Verbindung zwischen den Leitern und der elektrisch leitfähigen Verbindung in einer Niedrigtemperaturzone am hinteren Ende des Sensors stattfindet.
  • Wenn der Sensor keine Abschirmung beinhaltet (wobei ein solcher Sensor außerhalb des Geltungsbereichs dieser Erfindung liegt), dann kann ein einen inneren Leiter und einen äußeren Leiter aufweisendes Koaxial-Übertragungskabel verwendet werden. Der innere Leiter wird vorzugsweise mittels einer ersten elektrisch leitfähigen Verbindung mit der Elektrode verbunden und der äußere Leiter wird vorzugsweise mit der Ummantelung mittels einer zweiten elektrisch leitfähigen Verbindung verbunden. Die erste elektrisch leitfähige Verbindung verläuft vorzugsweise durch in der Ummantelung und der zweiten elektrisch leitfähigen Verbindung vorgesehene Aussparungen.
  • Die Verbindung zwischen den Leitern und den elektrisch leitfähigen Verbindungen wird vorzugsweise mittels eines Adapters hergestellt. Der Adapter kann so ausgebildet sein, dass er eine Vielzahl verschiedener Arten und Durchmesser von Übertragungskabeln aufnehmen kann. Weiterhin kann der Adapter in Abhängigkeit von den Installationserfordernissen des Sensors die Leiter in einer Vielzahl verschiedener Ausrichtungen an die elektrisch leitfähigen Verbindungen anschließen. Beispielsweise können die Leiter so verbunden werden, dass das Übertragungskabel sich von der Stirnfläche der Elektrode im Wesentlichen parallel zu den elektrisch leitfähigen Verbindungen weg erstreckt. Alternativ hierzu können die Leiter so verbunden werden, dass sich das Übertragungskabel im Wesentlichen im rechten Winkel zu den elektrisch leitfähigen Verbindungen erstreckt. Andere Ausrichtungen sind ebenfalls möglich.
  • In dem Fall der Erfindung, in dem der Sensor eine Abschirmung beinhaltet, kann ein einen innersten Leiter, einen mittleren Leiter und einen äußeren Leiter aufweisendes triaxiales Übertragungskabel verwendet werden. Der innerste Leiter ist vorzugsweise mittels einer ersten elektrisch leitfähigen Verbindung mit der Elektrode verbunden, der äußere Leiter ist vorzugsweise mittels einer zweiten elektrisch leitfähigen Verbindung mit der Ummantelung verbunden und der mittlere Leiter ist vorzugsweise mittels einer dritten elektrisch leitfähigen Verbindung mit der Abschirmung verbunden. Die erste elektrisch leitfähige Verbindung verläuft vorzugsweise durch in der Isolationsschicht, der Abschirmung, der dritten elektrisch leitfähigen Verbindung, der Ummantelung und der zweiten elektrisch leitfähigen Verbindung vorgesehene Aussparungen. Auf ähnliche Weise verläuft die dritte elektrisch leitfähige Verbindung vorzugsweise durch in der Ummantelung und der zweiten elektrisch leitfähigen Verbindung vorgesehene Aussparungen.
  • Die elektrisch leitfähigen Verbindungen können aus Metall oder elektrisch leitfähiger Keramik gebildet werden und sind vorzugsweise mit der Elektrode, der Ummantelung und der Abschirmung mittels Standard-Diffusionsbonding oder Vakuum-Schmorverfahren verbunden. Obwohl es allgemein bevorzugt wird, dass die Verbindungen aus einer elektrisch leitfähigen Keramik gebildet sind, können Metallverbindungen verwendet werden, weil sie in einer gemäßigten Temperaturzone mit der Elektrode, der Abschirmung und der Ummantelung verbunden sind und daher nicht wesentlich unter den Problemen der thermischen Ausdehnung leiden. Die elektrisch leitfähigen Verbindungen können in Abhängigkeit von der Ausführung und den Montageerfordernissen des Sensors in jeder Größe oder Form gefertigt sein.
  • Vorzugsweise wird ein Adapter bereitgestellt, um die zweite und dritte elektrisch leitfähige Verbindung an dem äußeren und mittleren Leiter wie oben beschrieben anzuschließen.
  • Die zweite elektrisch leitfähige Verbindung kann die Ummantelung im Wesentlichen derart umgeben, dass sie sich teilweise oder ganz entlang der seitlichen Oberfläche der Ummantelung erstreckt. Es ist jedoch allgemein bevorzugt, dass sich die Abschirmung, die Isolationsschicht, die Ummantelung und die zweite elektrisch leitfähige Verbindung nicht entlang der Stirnseite der Elektrode erstrecken.
  • Die Verwendung von elektrisch leitfähigen Verbindungen bedeutet, dass die Sensorbaugruppe hergestellt und getestet werden kann, bevor sie mittels eines Adapters mit dem Übertragungskabel verbunden wird. Dies ist nicht möglich bei konventionellen Sensoren, bei denen das Übertragungskabel während des Montageprozesses unmittelbar an die Elektrode, die Ummantelung und die Abschirmung angeschlossen werden muss.
  • Die elektrisch leitfähigen Verbindungen können auch mit konventionellen Sensoren und solchen, die Metall-/Keramik- und Plastik-/Metall-Komponenten verwenden, eingesetzt werden.
  • Figuren
  • 1 ist eine Schnittansicht eines Sensors ohne Abschirmung;
  • 2 ist eine Schnittansicht, die zeigt, wie der Sensor aus 1 mit einem Koaxial-Übertragungskabel in einer ersten Ausrichtung verbunden werden kann;
  • 3 ist eine Schnittansicht, die zeigt, wie der Sensor aus 1 mit einem Koaxial-Übertragungskabel in einer zweiten Ausrichtung verbunden werden kann;
  • 4a und 4b sind Schnittansichten, die zeigen, wie die erste elektrisch leitfähige Verbindung angepasst werden kann, um die Ummantelung des Sensors von 1 im Wesentlichen zu umgeben;
  • 5 ist eine Schnittansicht eines Sensors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 5a ist eine Schnittansicht eines Sensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 5b ist eine Schnittansicht eine Sensors gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 6 ist eine Schnittansicht, die zeigt, wie der Sensor aus 5 mit einem triaxialen Übertragungskabel in einer ersten Ausrichtung verbunden werden kann; und
  • 7 ist eine Schnittansicht, die zeigt, wie der Sensor aus 5 mit einem triaxialen Übertragungskabel in einer zweiten Ausrichtung verbunden werden kann.
  • Unter Bezugnahme auf 1 weist ein „koaxialer" Sensor 1 eine aus einem elektrisch leitfähigen keramischen Material gebildete zylindrische Elektrode 2 auf. Eine Stirnseite 3 der Elektrode 2 zeigt in Richtung eines ortsfesten oder vorüberziehenden Objektes (nicht gezeigt). Die Elektrode 2 ist in einer Ummantelung 4 angeordnet und festgebondet, die aus einem elektrisch nicht leitfähigen keramischen Material gebildet ist. Die elektrisch leitfähigen und elektrisch nicht leitfähigen keramischen Materialien sind so gewählt, dass sie ähnliche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen und der Sensor 1 bei hohen Betriebstemperaturen praktisch spannungsfrei bleibt.
  • Ein vorderes Verbindungsstück 5 befindet sich innerhalb der Ummantelung 4 und ist an einer hinteren Oberfläche 6 der Elektrode 2 festgebondet. Ein hinteres Verbindungsstück 7 ist an einer hinteren Oberfläche 8 der Ummantelung 4 festgebondet. Das vordere Verbindungsstück 5 verläuft durch in der Ummantelung 4 und dem hinteren Verbindungsstück 7 vorgesehene Aussparungen, um sich bis hinter das hintere Verbindungsstück zu erstrecken. Die in dem hinteren Verbindungsstück 7 vorgesehene Aussparung ist breiter als das vordere Verbindungsstück 5, so dass die beiden Verbindungsstücke durch einen ringförmigen Luftspalt 9 getrennt sind.
  • Die vorderen und hinteren Verbindungsstücke 5, 7 sind mit den zwei konzentrischen Leitern eines mineralisch isolierten Koaxial-Übertragungskabels 20 wie in 2 gezeigt verbunden. Das Übertragungskabel 20 weist einen inneren Leiter 21 und einen äußeren Leiter 22, die durch eine mineralische Isolationsschicht 23 voneinander getrennt sind, auf. Ein elektrisch leitfähiger zylindrischer Adapter 30 wird verwendet, um das vordere Verbindungsteil 5 an dem inneren Leiter 21 an einer gemeinsamen Schnittstelle 24 und das hintere Verbindungsstück 7 an dem äußeren Leiter 22 anzuschließen. Alternativ hierzu kann der in 3 gezeigte elektrisch leitfähige Adapter 40 verwendet werden. Der Adapter 40 ist ausgeführt, das Übertragungskabel 20 so aufzunehmen, dass die inneren und äußeren Leiter 21, 22 in im Wesentlichen rechten Winkeln zu den vorderen und hinteren Verbindungsstücken 5, 7 und der Mittelachse des Sensors 1 befestigt sind.
  • Es kann leicht eingesehen werden, dass die Verwendung des Adapters 30, 40 bedeutet, dass der „koaxiale" Sensor 1 vollständig montiert und getestet werden kann, bevor er mit dem Übertragungskabel 20 verbunden wird. Dies bedeutet außerdem, dass die vorderen und hinteren Verbindungsstücke 5, 7 und die inneren und äußeren Leiter 21, 22 in einer Niedrigtemperaturzone des Sensors 1 miteinander verbunden werden.
  • In den 1 bis 3 ist das hintere Verbindungsstück 7 ausschließlich an der hinteren Oberfläche 8 der Ummantelung 4 ausgebildet. Das hintere Verbindungsstück 7 kann sich jedoch, wie in 4a und 4b gezeigt, teilweise oder ganz entlang der Seitenoberfläche 10 der Ummantelung 4 erstrecken.
  • Im Betrieb wird der „koaxiale" Sensor 1 so befestigt, dass die Stirnfläche 3 der Elektrode 2 in Richtung des ortsfesten oder vorüberziehenden Objekts weist. Die Elektrode 2 wird von einem entlang des inneren Leiters 21 des Übertragungskabels 20 übertragenen Signal mit Leistung versorgt, so dass die kapazitiv mit dem ortsfesten oder vorüberziehenden Objekt koppelt. Die von der Elektrode 2 erfassten Änderungen der Kapazität werden entlang des inneren Leiters 21 als Spannungssignale zurückübertragen und in Entfernungs-Messungen umgewandelt, so dass der Abstand zwischen der Elektrode und dem ortsfesten oder vorüberziehenden Objekt berechnet werden kann.
  • Mit Bezug auf 5 weist ein „triaxialer" Sensor 100 eine zylindrische, aus einem elektrisch leitfähigen keramischen Material gebildete Elektrode 102 auf. Eine Stirnfläche 103 der Elektrode 102 weist in Richtung eines ortsfesten oder vorüberziehenden Objektes (nicht gezeigt). Die Elektrode 102 ist innerhalb eines elektrisch nicht leitfähigen keramischen Abstandhalters 104 angeordnet und an ihm festgebondet. Die Elektrode 102 und der Abstandshalter 104 sind in einer elektrisch leitfähigen keramischen Abschirmung 105, welche die Elektrode von jeder externen elektrischen Interferenz isoliert, angeordnet und festgebondet. Die Abschirmung 105 ist in einer Ummantelung 106, die aus einem elektrisch nicht leitfähigen keramischen Material gebildet ist, angeordnet und festgebondet. Die elektrisch leitfähigen und elektrisch nicht leitfähigen keramischen Materialien sind so gewählt, dass sie einen ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen.
  • Ein vorderes Verbindungsstück 107 ist an einer hinteren Oberfläche 108 der Elektrode 102 festgebondet. Ein Zwischenverbindungsstück 109 ist an einer hinteren Oberfläche 110 der Abschirmung 105 festgebondet. Ein hinteres Verbindungsstück 111 ist an einer hinteren Oberfläche 112 der Ummantelung 106 festgebondet. Das Zwischenverbindungsstück 109 verläuft durch in der Ummantelung 106 und dem hinteren Verbindungsstück 111 vorgesehene Aussparungen, um sich bis hinter das hintere Verbindungsstück zu erstrecken. Das vordere Verbindungsstück 107 verläuft durch in dem Abstandshalter 104, der Abschirmung 105, dem Zwischenverbindungsstück 109 und dem hinteren Verbindungsstück 111 vorgesehene Aussparungen, um sich bis hinter das Zwischenverbindungsstück und das hintere Verbindungsstück zu erstrecken. Die in dem hinteren Verbindungsstück 111 vorgesehene Aussparung ist breiter als das Zwischenverbindungsstück 109, so dass die beiden Verbindungsstücke durch einen ringförmigen Luftspalt 113 voneinander getrennt sind. Auf ähnliche Weise ist die im Zwischenverbindungsstück 109 vorgesehene Aussparung breiter als das vor dere Verbindungsstück 107, so dass die beiden Verbindungsstücke durch einen ringförmigen Luftspalt 114 voneinander getrennt sind.
  • Mit Bezug auf 5a kann die in 5 gezeigte elektrisch leitfähige Abschirmung 105 durch eine dünne elektrisch leitfähige keramische Schicht 105a ersetzt werden, die auf dem Abstandshalter 104 mittels konventioneller Techniken abgeschieden ist. Die keramische Schicht 105a berührt das Zwischenverbindungsstück und funktioniert in genau derselben Weise wie die Abschirmung 105. Die Verwendung einer dünnen abgeschiedenen keramischen Schicht 105a ermöglicht es, den Abstandhalter 104 zu vergrößern, was zu einer Verbesserung der Stärke und Robustheit des Sensors führt. Der resultierende Sensor ist wegen der Vereinfachung der gesamten Sensorausführung auch leichter zu montieren.
  • Mit Bezug auf 5b kann die elektrisch leitfähige, in 5 gezeigte keramische Abschirmung 105 durch eine dünne elektrisch leitfähige keramische oder metallische Schicht 105b ersetzt werden, die auf die innere Oberfläche der elektrisch nicht leitfähigen äußeren Ummantelung 106 mittels konventioneller Abscheidetechniken abgeschieden ist. Die leitfähige Schicht 105b berührt das Zwischenverbindungsstück und funktioniert in genau der gleichen Weise wie die Abschirmung 105. Die Verwendung einer dünnen abgeschiedenen keramischen Schicht 105b ermöglicht es, den Abstandhalter 104 zu vergrößern, was zu einer Verbesserung der Leistungsfähigkeit des Sensors führt. Der Sensor ist außerdem wegen der Vereinfachung der gesamten Sensorausführung leichter zu montieren.
  • Die vorderen, mittleren und hinteren Verbindungsteile 107, 109, 111 sind mit den drei konzentrischen Leitern eines mineralisch isolierten triaxialen Übertragungskabels 50, wie in 6 gezeigt, verbunden. Das Übertragungskabel 50 weist einen innersten Leiter 51, einen mittleren Leiter 52 und einen äußeren Leiter 53 auf, die durch mineralische Isolationsschichten 54 voneinander getrennt sind. Ein elektrisch leitfähiger zylindrischer Adapter 60 wird verwendet, um das vordere Verbindungsteil 107 mit dem innersten Leiter 51 an einer gemeinsamen Schnittstelle 55, das Zwischenverbindungsstück 107 an dem Zwischenleiter 52 und das hintere Verbindungsstück 111 an dem äußeren Leiter 53 anzuschließen. Alternativ hierzu kann der in 7 gezeigte elektrisch leitfähige Adapter 70 verwendet werden. Der Adapter 70 ist ausgeführt, das Übertragungskabel 50 so zu empfangen, dass die innersten, mittleren und äußeren Leiter 51, 52 53 im Wesentlichen in rechten Winkeln mit den vorderen, mittleren und hinteren Verbindungsstücken 107, 109, 111 und der Symmetrielinie des Sensors 100 verbunden sind.
  • Der „triaxiale" Sensor 100 weist dieselben technischen Vorzüge auf und kann auf die gleiche Weise wie der „koaxiale" oben beschriebene Sensor 1 betrieben werden. Es kann leicht eingesehen werden, dass verschiedene Messelektroniken mit den „koaxialen" und „triaxialen" Sensoren verwendet werden können.

Claims (13)

  1. Sensor (100) zur kapazitiven Messung des Abstandes zu einem ortsfesten oder vorüberziehenden Objekt, umfassend eine Elektrode (102) zur kapazitiven Kopplung mit dem Objekt, eine Abschirmung (105, 105a, 105b), welche die Elektrode (102) umgibt und von der Elektrode (102) durch eine Isolationsschicht (104) elektrisch isoliert ist, wobei die Abschirmung (105, 105a, 105b) innerhalb einer Ummantelung (106) angeordnet ist, wobei die Elektrode (102) und die Abschirmung (105, 105a, 105b) vollständig aus einem elektrisch leitfähigen keramischen Material gebildet sind und die Isolationsschicht (104) und die Ummantelung (106) vollständig aus einem elektrisch nicht leitfähigen keramischen Material gebildet sind und wobei die elektrisch leitfähigen und elektrisch nicht leitfähigen keramischen Materialien so gewählt sind, dass sie ähnliche thermische Ausdehnungskoeffizienten besitzen.
  2. Sensor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (105) aus einem massiven Stück keramisch leitenden Materials gebildet ist.
  3. Sensor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (105a) eine abgeschiedene elektrisch leitfähige keramische Schicht ist.
  4. Sensor gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (105b) auf der inneren Oberfläche der Ummantelung (106) abgeschieden ist.
  5. Sensor gemäß einem der vorangehenden Ansprüchen, ferner umfassend: – eine erste mit der Elektrode (102) verbundene elektrisch leitfähige Verbindung (107), die an dem Leiter eines Übertragungskabels befestigbar ist; und – eine zweite mit der Ummantelung (106) verbundene elektrisch leitfähige Verbindung (111), die an dem Leiter eines Übertragungskabels befestigbar ist.
  6. Sensor gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrisch leitfähige Verbindung (107) durch Aussparungen in der Ummantelung (106) und der zweiten elektrisch leitfähigen Verbindung (111) hindurch verläuft.
  7. Sensor gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrisch leitfähige Verbindung (111) die Ummantelung (106) im Wesentlichen umgibt.
  8. Sensor gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass er weiterhin einen Adapter (60, 70) zum Anschließen der zweiten elektrisch leitfähigen Verbindung (111) an den Leiter eines Übertragungskabels umfasst.
  9. Sensor gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass er weiter eine dritte, mit der Abschirmung (105) verbundene elektrisch leitfähige Verbindung (109) umfasst, die an dem Leiter eines Übertragungskabels befestigbar ist.
  10. Sensor gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrisch leitfähige Verbindung (107) durch in der Isolationsschicht (104), der Abschirmung (105), der dritten elektrisch leitfähigen Verbindung (109), der Ummantelung (106) und der zweiten elektrisch leitfähigen Verbindung (111) vorgesehene Aussparungen hindurch verläuft, und wobei die dritte elektrisch leitfähige Verbindung (109) durch in der Ummantelung (106) und der zweiten elektrisch leitfähigen Verbindung (111) vorgesehene Aussparungen hindurch verläuft.
  11. Sensor gemäß einem der Ansprüchen 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass er weiterhin einen Adapter (60, 70) zum Anschließen der zweiten elektrisch leitfähigen Verbindung (111) an den Leiter eines Übertragungskabels und der dritten elektrisch leitfähigen Verbindung (109) an den Leiter eines Übertragungskabels umfasst.
  12. Sensor gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines oder mehrere der Elemente Elektrode (102), Abschirmung (105), Isolationsschicht (104) und Ummantelung (106) aneinander gebondet sind.
  13. Sensor gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Bonden eine hermetische Abdichtung zwischen einem oder mehreren der Elemente Elektrode (102), Abschirmung (105), Isolationsschicht (104) und Ummantelung (106) schafft.
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