CN102539932B - 电导率传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电导率传感器，包括具有四个同心电极(5，6，7，8)的电极结构，该四个电极被放置于支撑体(2)的端面(4)上；其中电极(5，6，7，8)相互电绝缘。为了满足电极结构的尽可能小的空间需求，电极(5，6，7，8)具有相等的恒定面积。

Description

电导率传感器
技术领域
本发明涉及一种电导率传感器，包括布置于支撑体的端面上的四个同心电极的电极结构，其中这些电极相互电绝缘。
背景技术
从EP1089072A2已知一种电导率传感器，具有圆柱形壳体，其中金属测量电极被平面地布置于柱形壳体的圆形端壁上。在这种情况下，金属测量电极形成两个电压电极和两个电流电极。电压电极被两个扁平的电流电极环形地包含并围绕，这基本上扩展为半环形。这种布置的缺陷在于它缺乏旋转对称性，这是非常令人讨厌的，这是由于，例如在安装在螺钉帽内的情况下的不确定的端面终止(end stop)。在电导率传感器中，由于这些不确定的安装因素使得难以实现电极结构的安装。
从美国专利4,227,151能够了解一种用于测量和监视液体的电导率的测量单元。这种测量单元有多个圆环形电极，这些圆环形电极相互之间存在一定的距离，并且互相电绝缘。在这种情况下，至少四个同心圆环形电极被放置于平的表面之中或之上并且通过非导电材料的区域相互绝缘。为了容纳温度敏感元件，这四个电极中的最里面的是中空的。由于所描述的电导率传感器被用于测量液体的物理性质，因此这种中空的电极产生了密封的问题。
从专利EP0386660A1已知一种电导率测量值换能器。四个同心金属环被作为用于电导率测量值换能器的电极放置于绝缘材料形成的柱形支撑体的端面上。在这种情况下，电极和端面在同一平面上。在这种情况下，具有较大截面的电极被作为电流电极，而具有较小截面的电极作为电压电极。这种情况下的缺点在于由于电极不同的截面导致这种电极结构需要较大的空间。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种电导率传感器，其即使在小的空间要求下也可靠地给出精确的测量结果。
根据本发明，通过下述特征实现该目的，特征包括：电极具有相等的恒定的面积。优点在于截面面积从一个电极到另一个电极减少。由于外电极具有较大的直径，因此外电极比内电极更薄。获得的恒定面积使得所有电极具有相等的电流密度，从而彼此消除了在通过将要测量的液体的传导的情况下的极化效应产生的寄生电压，此外，由于电极越向外变得越薄使得该结构要求更少的空间，从而在空间上电导率传感器被做得更小。
优选地，最里面的电极呈圆形，而围绕最里面的电极的电极优选地是呈环形。在这种情况下，基于它的全表面化的实施例，该圆形最里面电极可以具有非常小的直径，以便具有与围绕该圆形电极的环形电极相同的面积。此外，由于圆形电极具有闭合的并且因此鲁棒的电极表面，从而该圆形电极可以特别用作电流电极。
在进一步中，电极被实施为平面地位于支撑体的端面上。在这种情况下，这适合于使用诸如厚膜或者薄膜方法或者类似的方法的已知的方法制造位于支撑体上的金属电极。由于这些方法可以很好地用于批量生产，因此非常成本效率地制作这种电极结构是可能的。
在一个实施例中，电极实施为三维地，特别是管状地从支撑体的端面延伸，其中电极同轴地布置。通过这种三维电极的嵌套，要求最小的空间用于形成该电极结构。
在变形中，用于测量电压的两个管状电极具有穿孔。为了可靠地确保外和内电极之间的电流流动以及据此单个电极中的电压测量需要这些穿孔。
或者，用于测量电压的两个管状电极实施为格状。通过管状电极的通道的均匀的格状分布也导致可靠的电压测量。
在实施例的另一种形式中，电极彼此相等地隔开。这样的实施例简化了特别是利用薄膜或厚膜方法的电极的制造。
在变化中，最里面的电极和最外面的电极被馈送有电流。而两者中间的两个电极连接到电压表。由于单个电极的截面，使得根据用于分别测量电流和电压的它们设计的结构最优地进行利用。
附图说明
本发明允许不同形式的实施例。结合附图对其中之一进行更详细的描述，附图如下：
图1：电导率传感器的纵截面：以及
图2：本发明的电极结构的实施例的示例。
具体实施方式
相同的特征具有相同的附图标记。
图1示出电导率传感器1，其包括电绝缘支撑体2和与之相连的评估电子设备3。电导率传感器1在柱形支撑体2上包括圆形端面4，电极5、6、7、8的电极结构布置于端面上。为了测量，电极5、6、7、8中的每一个通过电线9与评估电子设备3相连。由于支撑体2由非导电材料构成，因此电极5、6、7、8通过支撑体2以及它们之间的空气相互电绝缘。
为了确定液体的电导率，电极结构浸入液体中。液体的电导率是溶解于液体中的例如杂质的导电物质的量的度量。先决条件是溶解的物质具有形成离子的能力。这种电导率传感器优选地应用于水处理或净化工厂。具有例如电子或离子的移动电荷载流子的所有材料具有可测量的欧姆电阻。
图1描述的具有四个电极5、6、7、8的电导率传感器1被用于测量该欧姆电阻。这四个电极中最里面的和最外面的电极5和8是载流的。电流被从评估电子设备3馈送给电极5、8。另外两个位于中间的电极6和7用作电压电极。高阻抗电压电极6、7感测将测量的液体中的压降。所有的电极5、6、7、8具有相同的恒定面积，从而使得补偿由于极化效应导致的损失。
图2示出了支撑体2的端面4的平面图，环形同心电极6、7、8放置于其上。放置于中间的电极5是圆形的。所有的四个电极5、6、7、8具有相同的恒定面积。这使得离中心更远的电极6、7、8中的每一个由于具有更大的直径而比位于内部的电极5、6、7具有更小的截面。从而防止了极化效应。
在电极和被测液体之间的界面发生的扰动处理被组合为术语“极化效应”。极化随测量电流和电导率而增加；但是它随测量频率的增加而减少。此外，极化效应很强地依赖于电极的材料。因此，由于强极化效应使得不锈钢电极仅适合于在较低的电导率范围内使用。石墨和镀铂适合于作为用于较高的电导率范围的电极材料。由于电极5、6、7、8具有恒定面积，所有的电极5、6、7、8具有相同的电流密度，从而在这些环形电极5、6、7、8的情况下，由于极化效应引起的寄生效应相互抵消。
图2中示出的电极5、6、7、8形成平面同心布置；使用厚膜技术利用丝网印刷方法将电极施加于支撑体2的端面4。然而，可想而知，这也可以使用薄膜技术实现。在这种情况下，电极5、6、7、8之间的距离是相等的。这使得能够实现具有尽可能小的空间要求的端面上的电极结构的制作。

Claims (7)

1.一种电导率传感器，包括四个同心电极（5，6，7，8）的电极结构，该四个电极被放置于支撑体（2）的端面（4）上，其中电极（5，6，7，8）相互电绝缘，其特征在于电极（5，6，7，8）具有相等的恒定面积，其中，最里面的电极（5）是圆形的，而围绕最里面电极（5）的电极（6，7，8）优选是环形的。
2.根据权利要求1所述的电导率传感器，其特征在于电极（5，6，7，8）被平面地实施于支撑体（2）的端面（4）上。
3.根据权利要求1所述的电导率传感器，其特征在于电极（5，6，7，8）三维地，特别是管状地位于支撑体（2）的端面（4）上；其中电极（5，6，7，8）被同轴放置。
4.根据权利要求3所述的电导率传感器，其特征在于用于测量电压的两个管状电极（5，6，7，8）具有穿孔。
5.根据权利要求3或4所述的电导率传感器，其特征在于用于测量电压的两个管状电极（5，6，7，8）至少部分地呈格状。
6.根据权利要求1所述的电导率传感器，其特征在于电极（5，6，7，8）相互分隔相等的距离。
7.根据权利要求1所述的电导率传感器，其特征在于电流被馈送到内电极（5）和最外面的电极（8），而位于这两个电极之间的另两个电极（6，7）被连接到电压测量。
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