专利名称：特别用于电位传感器的传感器插头以及具有传感器插头的电位传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及需要液体物质作为参考或标定溶液的传感器。对于这些传感器，包括例如电位传感器，特别是pH传感器或氧化还原传感器，它们在下面用作示例，但是本发明并不限于这些例子。
特别地，本发明涉及一种用于电位传感器的传感器头。电位传感器通常测量工作电极和参考电极之间的电位差，其中工作电极设置在由玻璃薄膜与待测介质隔离的缓冲溶液中。参考电极设置在参考电解液中——在pH传感器的情况中例如是在3.5molar KCl溶液中。
为了保证恒定的测量质量，参考电解液必须以合适的方案更新。为此，pH和氧化还原传感器通常在它们的侧表面上具有补充开口。参考电解液的补充是很麻烦的，因为操作人员必须找出每一传感器，以通过补充开口执行填充。
于是，本发明的一个目的是提供一种氧化还原传感器或其组件，使得能够降低补充参考电解液的劳动。
这个目的根据本发明通过独立权利要求1的插头以及独立权利要求8的传感器配置实现。
为了连接至具有用于发出测量信号的输出端以及可以由参考液体或标定液体填充的液体容器的传感器，本发明的传感器插头包括用于接收测量信号的至少一个输入端，传感器插头还包括用于连接至液体容器的供应连接。
本发明的供应连接用于向液体容器提供电解液。
对于电位传感器，为了连接至用于输出依赖于电位的信号的电位传感器，在电位传感器具有可由电解液填充的参考容器的情况，本发明的传感器插头包括用于接收依赖于电位的信号的至少一个输入端以及用于连接至参考容器的供应连接。本发明的供应连接用于向参考容器提供电解液。
供应连接优选地包括第一连接元件，并且参考容器包括第二连接元件，第一连接元件与第二连接元件互补，即，在供应连接和参考容器之间产生流动连接，可以通过该流动连接向参考容器提供电解液。
优选地，供应连接或第一连接元件包括电解液管线，并且参考容器或第二连接元件包括开口，电解液管线可以连接至开口，用于向参考容器提供电解液。
下面使用pH传感器以及用于pH传感器的插头的例子解释本发明，但是本领域技术人员能够很容易地将解释应用于其它电位传感器和它们的插头。
用于接收依赖于电位的信号的输入端可以具有电触点，用于采样工作电位和参考电位。然而，当前优选地是实施例的形式，其中在pH传感器的输出端和插头的输入端之间存在电隔离。优选地，传感器插头和pH传感器为此各自具有相互互补的感应接口，经由该感应接口进行在传感器插头和pH传感器以及pH传感器的电源之间的数据交换。有关制造感应接口的细节例如在本受让人的欧洲专利申请No.011124304有所公开。非电的信号和功率传输的优点在于，pH传感器的插头和互补电缆连接体的所有表面可以由抗腐蚀的材料制成。在当前优选的感应接口的实施例中，电解液管线紧邻电感耦合器。毫无问题，插头和电缆连接体具有专门的抗腐蚀接口，不受参考电解液的影响。
当然，在具有电耦合的插头的情况中，电解液管线也可以紧邻电触点放置，但是在这种情况中，施加和移除插头期间需要更为小心，以避免触点被电解液污染。另外，可以在插头上或者开口和信号输出端之间的电缆连接上提供隔板，该隔板保证开口周围受电解液的污染保持为有限。
无论对于具有电隔离的传递的变型还是对于具有电耦合的变型，本发明都包括一种实施例，其中插头具有卡口连接，通过它可以将插头固定在传感器上。对于本发明的这种形式，电解液管线或供应连接具有优点的与卡口连接的旋转轴同轴放置。
在另一优选实施例中，供应连接或电解液管线放置在插头的边缘区域中。在这种情况中，电解液管线具有柔性连接端，其可以连接至现有pH电极的侧表面上的补充开口。
供应连接或电解液管线可以与储罐相连，并且如果需要，可以与合适的测量装置相连，从而能够从远处填充参考容器。优选地，填充可以自动进行，并且周期性的以及依赖于条件的填充都是可能的。
电解液管线可以是双管的形式，其中一条导管用于填充参考容器且第二导管用于压力均衡或清空参考容器。参考容器的清空使得能够完全交换电解液，为此，参考容器可以例如通过电解液管线的第一导管将气体引入参考容器而排气。电解液管线的第二导管向下延伸进入参考容器越多，电解液的交换越充分。电解液管线的第二导管或者可以自身足够长，或者可以连接至毛细管的上开口，其中毛细管放置在参考容器中并且向下延伸至较低端。
当然，甚至可以使用电解液的连续交换，其中，周期性地添加少量的电解液，其中一部分已经存在的电解液被经由电解液管线的第二导管而排出。
优选地，电解液管线应由非腐蚀性材料制成，或者至少与电解液接触的表面应具有防腐蚀涂层。特别地，可能的材料包括聚合材料和玻璃，其中聚合材料和玻璃是可以结合的。
用于向参考容器供应电解液的供应管线可以或者与用于数据交换或供电的管线隔离，或者可以与它们在集成一条电缆中。集成的电缆提供了以下优点用于铺设传感器所需的管线的劳动显著减少。
本发明的进一步的优点和方面包含在所附权利要求、实施例说明和附图中，在附图中
图1是本发明的插头和本发明的pH电极的第一实施例的纵截面，其在参考容器的一个端面上具有电触点和开口；图2是pH电极中插头的第二实施例的纵截面，其中在电极的侧表面上具有容器开口；和图3是本发明的插头和本发明的pH电极的另一实施例的纵截面的详细视图，其中在插头和pH电极之间具有电感信号传输。
图1-3的实施例将对于本发明的教导应用于惯用的玻璃电极或所谓的“组合电极”。pH电极1通常包括两个同轴玻璃管，即外壳2和内壳3。外壳2在其较低端逐渐变细并且与内壳3密封连接，使得在外壳和内壳之间形成用于电解液12的外容器。在内壳3的较低端放置玻璃薄膜，其基本上为球形并且具有小于一毫米至几毫米的壁厚。由内壳3和玻璃薄膜4约束的内容器被缓冲溶液11填充。在外壳中还放置了隔膜5，经由隔膜5形成到待分析的介质的电解液桥。在内容器中放置工作电极6，其从由薄膜4围绕的空间内部延伸，直至电缆连接体13；23；26。在外容器或参考容器中放置参考电极，其从参考容器的较低部分延伸，例如从隔膜5的高度延伸，直至电缆连接体13；23；26。
插头17；24；27可以连接至电缆连接体，插头17；24；27一方面具有用于读出工作电极和参考电极的电位或相应的信号的输入端，并且另一方面根据本发明，还具有电解液管线，以通过合适的开口向参考容器供应电解液。
在图1所示的实施例中，电缆连接体具有基本分段的圆柱形结构并且由聚合材料制成。在电缆连接体13远离pH电极的端面中放置参考连接14和工作连接15，它们分别与参考电极7和工作电极6导电连接。
另外，孔16延伸贯穿电缆连接体13的端面，该孔16用作电解液的补充开口并且与位于内壳3和外壳2之间的外容器对准。插头17具有与电缆连接体13相互补的结构，即，它包括参考管线18和工作管线19，这些连接使得当插头17插在电缆连接管线13上时，在参考连接14和工作连接15之间产生电触点。电触点能够与参考连接14和工作连接15相连。另外，插头17提供了电解液管线20，其与补充开口16对齐并且由此当插头17插到电缆连接体13时，延伸到达参考容器内部。
电解液管线可以(如图1所示)在其侧表面上具有密封元件，其与补充开口16中互补的凹口接合并且以这种方式密封开口16。对于这种情况，图1所示的实施例具有气逸毛细管8，其能够均衡电解液腔和环境之间的压力。代替毛细管8，也可以提供双导管电解液管线20，如前面所述，其中第一导管用于填充参考容器并且第二导管根据情况用于参考容器的压力均衡或清空。最后，电解液管线20和补充开口16之间的密封装置可以省去，并且电解液管线20的直径可以这样相对于补充开口16的直径确定，使得在电解液管线和补充开口之间保留有间隙，用于压力均衡。
本发明的另一个方面涉及电连接的腐蚀保护。至于现在发生在金属触点近邻的电解液馈送，存在更大的腐蚀危险，因为在插入以及拔出插头17的过程中触点有受到污染的风险。
对于图1中的参考连接14和工作连接15尤其是这样的，因为它们放置在电缆连接体13的端面中的凹口中。考虑到易于腐蚀，这个几何结构并不是理想的，因为电解液一旦进入凹口就不容易移除。作为替代，图2中参考连接114以及工作连接115的实施例的特征在于连接的外罩在电缆连接体23的端面之上突出，以减小可能的连接污染。当然，图2的连接的几何结构可以引入图1的实施例，反之亦然。同样，可以选择其它几何结构，例如没有突起或凹口的平面。为了保护根据图1的实施例中的连接14和15，提供隔板9，其放置在电缆连接体13的端面上，位于补充开口16和用于连接14和15的凹口之间，以减小可能的污染。
图2所示的实施例与图1的实施例不同，除了在于已经讨论的连接的结构之外，还在于插头24的电解液管线25不与互补电缆连接体23的端面对齐，而是沿轴向环绕电缆连接体23的端面，由那里径向向外偏移。电解液管线25的靠近传感器的一端优选地是柔性且弹性的，使得它能够连接至在外壳2的侧表面中的补充开口10。优选地，执行测量，以提供参考容器和环境之间的压力均衡，正如结合图1的实施例所讨论的，因此这里无需进一步讨论。
图2所示的实施例具有以下优点可以使用与现有技术的pH电极适配的插头24，以能够在更远处提供服务。
最后，图3显示了与图1不同的一个实施例，其中在电缆连接体26和插头27之间的接口没有电触点。为此，pH电极在其电缆连接体26中具有第一转换器28，在其靠近传感器的输入端连接工作电极6和参考电极7。根据情况，第一转换器28的靠近插头的输入端或输出端与感应插头29中的电感线圈30相连。当插头插在电缆连接体26上时，感应插头29与插头27中的互补感应插座32接合。感应插座32由电感线圈33环绕，电感线圈实施在插头27中并且与第二转换器31靠近线圈的输出端相连，第二转换器31例如经由两线制线路34、35(4-20毫安)相连。经由交流电或AC信号进行对pH电极的第一转换器28的供电，交流电或AC信号由插头27中的转换器31产生并且经由电感线圈33耦合出来。转换器28的AC信号的负载调制用于传输依赖于pH的测量信号。可选的，转换器28包含存储器元件，其中例如存储pH电极的标定数据或参考容器的填充日期。存储器的读写类似地通过AC信号的调制或负载调制完成，数据例如借助于Hart协议或实验室技术或过程自动化技术中使用的一种其它当前标准而在插头27和上位机之间得到交换。
图3中所示的实施例当然最为复杂，但是，优点是数据的感应耦合出入完全消除了任何腐蚀问题以及相关的设备故障和测量数据的不准确。
本发明的插头不仅适用于现有的电位传感器，而且同样适用于基于离子敏感的场效应晶体管(所谓的ISFET或ChemFET)的更为现代的电位传感器。
权利要求
1.传感器插头(17；24；27)，用于连接至传感器(1)，其中传感器具有用于发出测量信号的至少一个输出端(14，15；114，115；28，29，30)和可由参考或标定液体(12)填充的液体容器，并且其中传感器插头(17；24；27)包括用于接收依赖于电位的信号的至少一个输入端(18，19；118，119；31，32，33)以及用于连接至液体容器的供应连接(20；25；36)。
2.根据权利要求1所述的传感器插头，其中传感器是电位传感器，具有用于发出依赖于电位的信号的输出端，并且液体容器是参考容器。
3.根据权利要求1或2所述的传感器插头，其中供应连接(20；25；36)包括第一连接元件，并且传感器包括第二连接元件(10；16)，其中第一连接元件与第二连接元件互补。
4.根据权利要求3所述的传感器插头，其中第一连接元件(20；25；36)包括电解液管线并且第二连接元件包括开口(16；10)，其中，电解液管线可以连接至开口，用于向参考容器供应电解液。
5.根据前述任一权利要求所述的传感器插头，其中至少一个输出端(14，15；114，115)和至少一个输入端(18，19；118，119)包括电触点。
6.根据权利要求1-4中任一条所述的传感器插头，其中至少一个输出端(28，29，30)和至少一个输入端(31，32，33)各自包括感应接口。
7.根据前述任一权利要求所述的传感器插头，其中电位传感器是pH传感器或氧化还原传感器。
8.根据前述任一权利要求所述的传感器插头，其中电位传感器包括离子敏感的场效应晶体管。
9.传感器配置，包括传感器，具有用于发出至少一个信号的至少一个输出端，其中传感器具有可由参考或标定液体填充的液体容器；和如前述任一权利要求所述的传感器插头。
全文摘要
为了简化向电位传感器1提供参考电解液12的过程，本发明提供了传感器插头17，其用于连接至电位传感器1的电缆连接体13，其中传感器插头17除了通用的电连接18、19之外，还包括用于连接至电位传感器1的参考容器的供应连接。供应连接20优选地包括电解液管线20并且参考容器包括开口16，其中电解液管线可以连接至开口，以向参考容器提供电解液。
文档编号G01N27/403GK1720449SQ200380104941
公开日2006年1月11日 申请日期2003年11月26日 优先权日2002年12月3日
发明者沃尔夫冈·巴贝尔, 德特勒夫·威特默 申请人:恩德莱斯和豪瑟尔分析仪表两合公司