[发明专利]用于确定过程变量的传感器

说明书

本申请涉及用于确定过程变量的传感器。提供了用于确定容器(12)中的过程变量的传感器(10)，该传感器具有：长形的探头(16)，其用于浸入到容器(12)中的介质(14)中；控制和评估单元(24)，其用于借助于探头(16)测量过程变量；以及壳体(22)，其具有用于将探头(16)的上端部与壳体(22)连接的连接区域，其中连接区域利用倾斜的支撑面(32)放置在被布置在连接区域中的锥体元件(26)上。在此，锥体元件(26)的底面向下朝向探头(16)的下端部的方向布置。

技术领域

本发明涉及用于确定容器中的过程变量的传感器。

背景技术

已知各种用于确定容器中介质的过程变量的传感器，这些传感器例如测量填充高度(Füllstand)或温度。尽管也有非接触式的测量方法，但许多传感器使用浸入到待测量的介质中的探头。例如从DE 10 2007 030 847 A1已知的利用时域反射仪(TDR，Time DomainReflectometry)的填充高度测量对从探头中引导的微波脉冲直至介质表面的传播时间进行测量。另一个已知的用于填充高度测量的原理基于探头与基准之间的电容测量。该电容由于介质的介电特性根据填充高度而发生变化。考虑到介质的介电常数，根据测量出的电容来计算填充高度。通常接地的金属容器、引入的金属面或第二探头用作基准。如在EP 2657 663 A1中所描述的，还已知的是确定以电极相应分段的探头上的多个电极之间的电容。

在朝向浸入式探头的过渡部中应解决几个结构方面的挑战。密封的过渡部防止介质进入到实际的传感器中。无跳跃的设计(sprungfreies Design)减少了可能影响测量的沉积物。特别是在卫生领域中使用时，必须提供光滑的表面以实现清洁，并且在清洁期间过渡部也必须保持密封。最后，探头受到机械应力，例如由于容器中搅拌工具而产生的机械应力，并且密封性必须不受影响并且不得损坏探头。

图6示出了根据现有技术的从探头100到被称为工艺连接件的金属壳体102的探头过渡部。内壳体104或压件(Druckstück)位于壳体102中。探头100在其末端106处被拧紧到壳体102内部中的套管108中。通向具有评估电子器件和接口的传感器头(未示出)的另一个过渡件110位于上部区域中。

探头100与壳体102之间的连接件是由PEEK制成的锥体112。存在两个密封位置，即从探头100至锥体112以及从锥体112至壳体102。为此，使用两个彼此独立的密封原理。

从探头100至锥体112的过渡部通过探头100上的切口边沿(Schneidkante)114密封。在将探头100拧入到套管108中时，切口边沿114进入到锥体112中。

从锥体112到壳体102的过渡部借助于盘形弹簧(Tellerfeder)116密封。盘形弹簧116通过将过渡件112与壳体102拧紧被预张紧。这些盘形弹簧经由间距保持件118和内壳体104将锥体112压靠在壳体102的向内倾斜的斜面120上。锥体112和斜面120具有不同的开口角，锥体112例如是更陡峭的，其中在图6中细微差异几乎不可识别。这产生了线接触，并且通过盘形弹簧116的弹簧力密封该区域。

传统的探头过渡部具有多个缺点。探头100的直径在切口边沿114的高度上显著减小。探头100的变窄位置的缺口形成薄弱位置，该薄弱位置在介质以及还有探头100进行更强烈运动的动态应用中导致疲劳断裂。此外，工艺侧的压力抵抗盘形弹簧116的弹簧力作用，并从而降低了从锥体112到壳体102的过渡部中的密封效果。

在现有技术中得到关于探头及其在传感器上的连接的各种文献。DE 10 2004 060119 A1公开了一种具有壳体和探头的填充高度测量仪，其中为了卫生密封，探头与壳体之间的连接被布置在壳体的内部空间中。工艺密封件密封内部空间以防工艺过程，该工艺密封件被构造成两个O形环或齐平的模制密封件。还讨论了锥形密封件，但有缺陷而被摒弃。