本发明涉及一种过程测量技术传感器。
背景技术：
过程测量技术中的传感器通常会暴露在恶劣的条件下。为了使传感器能够承受所有的环境条件，必须采取各种措施。通常，以如下方式构造传感器，即，使得：没有外部液体或水分能够渗透到传感器的内部中。这可以经由焊接、密封、封装等来实现。渗透进来的空气同样可以将水分输送到传感器的内部中，并在内部影响敏感的电子测量设备，或者甚至会导致电子测量设备失效。
然而，一些组件必须是能够接近的，并且因此不能被焊接或封装起来。尽管采取了诸如密封件、干燥剂等预防措施，但由此在传感器中产生的死空间仍然可以含有水分。
此外，在组装后，传感器内部中会残余一定残留的水分，并且随着时间的流逝，水分会经由扩散效应而进一步积聚。在最坏的情况下，水分在封闭的空气体积中凝结。
可以使用密封件来降低这种风险。然而，这些密封件通常是昂贵的，并且在设计方面必须以复杂的方式进行定位。
在浇铸传感器的可能性方面存在着另一种变体，这增加了时间和材料的花费，并且在维护时阻碍了传感器的各个组件的互换性。
ep2081073a提供了一种沿着电子设备壳体的内部的波纹状表面作为冷凝阱，其中，波纹防止冷凝水排出。波纹状表面由此确保在冷凝阱的区域中的壁厚增加，使得当壳体被冷却时，冷凝水相当不太可能沿着波纹状表面沉积。
技术实现要素：
从上面提到的问题出发，本发明的目的是提供一种过程测量技术传感器，该过程测量技术传感器至少减少了传感器内的冷凝液体的问题。
根据本发明的过程测量技术传感器包括具有传感器头的传感器壳体。传感器头具有至少一个用于确定被测介质的被测量的传感器元件。该传感器元件被布置在传感器壳体内。
此外，所述传感器具有被布置在传感器壳体内的电子测量设备。
根据本发明，所述传感器壳体具有至少一个冷凝阱，所述至少一个冷凝阱被布置在离电子测量设备和传感器元件一定距离处。
以传感器壳体的壳体壁的局部区域的形式设计冷凝阱，其中，该局部区域相对于与该局部区域相邻的壳体壁区域而言壁厚减小。
在本发明的范围内，术语过程测量技术传感器还特别地包括用于气体和液体分析的传感器，以检测物理被测量和/或化学被测量。
为了有意地使冷凝物离开敏感区域(即，传感器的传感器元件)以及电子测量设备，可以在传感器壳体的壳体壁中的非关键点处附接并且/或者引入特定的冷凝点(下文中也被称为冷凝阱)。这允许在很长一段时间内进行稳定测量。
针对上述问题，本发明提供了一种易于生产且易于维护的解决方案。
当按预期使用传感器时，由于传感器壳体至少在某些区域内所接触的过程介质的温度波动较大，因此在传感器中封闭的空气体积的温度和压力也发生变化。此外，在传感器壳体中的空气体积内，储存在空气中的水蒸气的特性经由温度和压力而改变。另外，尽管采取了诸如密封或使用干燥剂的预防措施，但空气总是具有一定比例的不可避免的水分。
如果热传感器被迅速冷却，则水蒸气会在最冷的点处冷凝。这通常是传感器壳体的内壳体壁。壁厚越薄，则传感器壳体的内部在那里冷却的速度就越快。因此，冷凝将总是发生在具有最小壁厚的壳体区域处。该区域是前面提到的传感器壳体壁的被理解作为冷凝阱的局部区域。
为了防止关键区域(特别是传感器元件或电子测量设备)的冷凝，因此，可以将相应的壁厚减小区域作为冷凝阱引入到壳体壁中，例如压入壳体壁中，从而在这些区域中以有针对性的方式引起冷凝。
在空气体积的冷凝并且适应气候之后，冷凝水可能会再次蒸发。这里能够以支撑方式使用加热单元。因此，在使用吸附传感器的情况下，关键区域(例如光路、光源、光接收器以及电子测量设备)保持无冷凝，并且确保了它们的功能性。
本发明的其它有利实施例是从属权利要求的主题。
因为金属对于应用具有良好的热性能，所以壳体壁在冷凝阱的区域中有利地是由金属制成的。
相对于传感器壳体的壳体壁的邻接的相邻区域的壁厚而言，并且尤其是相对于传感器壳体的壳体壁的所有介质接触区域的壁厚而言，冷凝阱的壁厚可以减小至少20％，优选地是减小至少70％。
在限定冷凝阱的局部区域中，传感器壳体的壳体壁可以具有结构化的表面，尤其是波纹状表面。在一种特别优选的实施例变体中，波纹状表面可以包括多个沟槽，所述多个沟槽彼此平面平行且优选垂直于传感器轴线延伸。结构化的表面始终具有表面结构，而不是光滑表面。除了波纹之外，还能够产生块状表面或其它形式的表面结构。这防止了凝结的液滴例如在电子测量设备的方向上从冷凝阱排出。
传感器壳体可以有利地具有连接到传感器头的管状传感器轴，其中，冷凝阱可以被设计成为沿着传感器轴的内壁周向延伸的局部区域，尤其是被设计成为周向的沟槽。表面波纹可以被布置在该沟槽内。
替代地是或附加地是，传感器头可以具有与介质接触的端面，其中，冷凝阱被布置在该端面的区域中，尤其是沿着传感器壳体的壳体壁区域的内部布置。壳体壁区域可以具有沿着外表面的端面以及沿着壳体壁的与该端面相对应的内表面的、作为壳体壁内的凹口的冷凝阱二者。
冷凝阱由此可以优选地是被设计成为沿着传感器壳体的壳体壁的内侧布置的凹口。
为了补偿传感器壳体在凹口区域中的稳定性降低，该区域可以被局部硬化，优选地是被表面硬化。所述凹口之外的相邻区域因此比冷凝阱的局部区域具有更低的硬度。一种典型的表面硬化方法是例如激光硬化或表层硬化。
根据本发明的传感器可以可选地包括湿度传感器。该湿度传感器可以可选地沿着冷凝阱的局部区域的表面布置。相应的湿度传感器可以例如是电导率传感器或温度传感器，该电导率传感器或温度传感器可以被设计成为电阻温度传感器，并且经由评估测量曲线而具有液滴检测功能。
上面描述的湿度传感器也可以可选地与冷凝阱相邻布置，并且检测冷凝阱是否被填充并且不再能够接收水分。
传感器也可以具有加热单元，该加热单元可选地是被布置在冷凝阱的局部区域中或与该局部区域相邻。该加热单元可以以如下方式连接，即，使得：当介质接触时，冷凝阱加热，并且因此其中的液体在测量期间转变成气态。在测量之后，空的冷凝阱随后能够再次用来收集冷凝的液体。
电子测量设备与传感器元件、尤其是与传感器的除了可选的湿度传感器之外的所有传感器元件之间的可能的优选安全间隙是距冷凝阱至少1mm，尤其是至少15mm。
传感器也可以具有水分结合材料，其中该材料可以被布置在冷凝阱的区域中或与该区域相邻。
结合材料尤其可以是多孔材料或吸湿材料，其可以例如在孔中和/或作为结晶水原位结合冷凝物。在这种情况下，前述的加热装置可以另外确保材料经由烘烤而再生。
附图说明
通过下面的描述，本发明的其它优点、特征和细节将会变得显而易见，其中，参考附图更加详细地解释了本发明的示例性实施例。本领域技术人员也将方便地单独考虑在附图、说明书和权利要求书中公开的特征，并且将它们组合成合理的进一步组合。
附图示出了：
图1是根据本发明的传感器的透视图，所述传感器在实施例中作为用于浊度测量和固体测量的吸附传感器；
图2是图1的传感器的局部截面的侧视图；
图3是图1和图2的传感器的传感器头的透视图；
图4是图3的传感器头的截面侧视图；
图5是图3的传感器头的正面的截面视图。
具体实施方式
图1和图2示出了根据本发明的传感器1，其在实施例中作为用于浊度测量和固体测量的吸附传感器。根据在应用本发明时盛行的版本中的iso7027，该传感器根据光衰减原理进行操作。
传感器1具有传感器壳体2，传感器壳体2包括管状的传感器轴18和布置在其端部处的传感器头3，在本实施例变体中，该传感器头3被布置在传感器轴18上，以便能够拆卸。然而，传感器头3被连接(例如焊接)到传感器轴18以便不能够拆卸的变体也是可能的。
传感器头具有测量间隙4，该测量间隙4作为凹口被引入到传感器头的端面中。以如下方式设计该测量间隙，即，使得：介质流可以流动通过测量间隙4。
电子测量设备5被布置在传感器壳体2内。所述设备尤其可以具有一个或多个电路板和/或电子组件，例如用于测量信号的信号处理。
由于电子测量设备5容易受潮，因此传感器壳体具有冷凝阱6。在图2的实施例变体中，冷凝阱是沿着传感器壳体2的内壁布置的沟槽，优选为周向的沟槽。该沟槽代表相对于传感器壳体2(特别是传感器轴18)的相邻部分的壁厚减小。该沟槽未被填充，并且与传感器壳体2的相邻区段的表面相比，其可以具有更大的表面粗糙度，使得冷凝的液体保留在沟槽中。
沟槽可以有利地是仅占据传感器壳体2的小于10％、特别优选地是小于5％的内壁的表面。
传感器壳体2可以可选地在冷凝阱的区域中被表面硬化。因此，可以补偿由于冷凝阱的区域中的壁厚减小而导致的稳定性损失。
在图3至图5中更加详细地示出了传感器头3。测量间隙4将传感器头3划分成两个末端凸起11和12，在所述两个末端凸起之间布置有测量间隙4。这些凸起11和12尤其是彼此对称地布置。
测量间隙4具有间隙轴线a并且被划分成至少两个区域，在所述至少两个区域中，测量间隙4具有不同的间隙宽度b1和b2。间隙轴线a可以优选地是垂直于由传感器壳体2限定的传感器轴线延伸。在两个区域的第一区域中，在第一凸起11的壁10上布置第一光源7，并且在第二凸起12的相对壁10上布置第一光接收器8。光源7和光接收器8形成了垂直于间隙轴线a延伸的第一信号路径。因此，这两个元件将被理解为本发明含义内的传感器元件。
在两个区域中的第二区域中，在第一凸起11的壁上布置第二光源9，在第二凸起12的相对壁上布置第二光接收器8。这两个元件形成垂直于间隙轴线a延伸的第二信号路径。
第一信号路径的长度比第二信号路径的长度长，优选地是长至少30％，尤其是两倍长。
凸起11和12形成端面，该端面被测量间隙4划分成端面区域15a和15b。
在传感器头3内，传感器头3在端面区域15a和15b的区域中的壁具有呈壁厚减小的形式的相应的冷凝阱13和14。
用于湿度检测的传感器16(例如电导率传感器)可以被布置在冷凝阱13和/或14中的至少一个冷凝阱的区域中。
作为湿度检测传感器16的替代或补充，可以布置加热单元，在测量期间，该加热单元为了进行测量操作而加热冷凝阱13和14。
通过减小壁厚来布置冷凝阱的原理不仅可以被用在吸附传感器中，而且可以被用在多个其它传感器中。因此，虽然图1至图5中示出的示例性实施例用于解释本发明的思想，但绝非被视为限于这类传感器。
沿着冷凝阱13和/或在其边缘侧上布置有结合材料17，该结合材料防止任何已形成的冷凝物流失。该结合材料也可以类似地被布置在冷凝阱6中。
附图标记
1传感器
2传感器壳体
3传感器头
4测量间隙
5电子测量设备
6冷凝阱
7光源
8光接收器
9光源
10壁
11凸起
12凸起
13冷凝阱
14冷凝阱
15a端面区域
15b端面区域
16湿度检测传感器
17结合材料
18传感器轴
b1间隙宽度
b2间隙宽度
a间隙轴线
1.一种过程测量技术传感器(1)，包括具有传感器头(3)的传感器壳体(2)，其中所述传感器头(3)具有至少一个用于确定被测介质的被测量的传感器元件，所述传感器元件被布置在所述传感器壳体(2)内，并且其中所述传感器(1)具有被布置在所述传感器壳体(2)内的电子测量设备(5)，其特征在于：
所述传感器壳体(2)在离所述电子测量设备(5)和所述传感器元件一定距离处具有冷凝阱(6、13、14)，所述冷凝阱呈所述传感器壳体(2)的壳体壁的局部区域的形式，该局部区域具有减小的壁厚。
2.根据权利要求1所述的过程测量技术传感器，其特征在于，所述冷凝阱(6、13、14)的壁厚相对于所述传感器壳体(2)的相邻区域的壁厚而言减小至少20％，优选地是减小至少70％。
3.根据权利要求1或2所述的过程测量技术传感器，其特征在于，所述传感器壳体(2)的壳体壁在所述冷凝阱(6、13、14)的所述局部区域中具有结构化的表面，尤其是带沟槽的表面或波纹状表面。
4.根据前述权利要求中的一项所述的过程测量技术传感器，其特征在于，所述传感器壳体(2)具有连接到所述传感器头(3)的管状传感器轴(18)，其中所述冷凝阱(6)被设计成为沿着所述传感器轴(18)的内壁周向延伸的局部区域，特别是被设计成为周向沟槽。
5.根据前述权利要求中的一项所述的过程测量技术传感器，其特征在于，所述传感器头(3)具有端面(15a、15b)，其中，所述冷凝阱(13、14)被布置在所述端面(15a、15b)的区域中。
6.根据前述权利要求中的一项所述的过程测量技术传感器，其特征在于，所述冷凝阱(6、13、14)被设计成为沿着所述传感器壳体(2)的所述壳体壁的内侧布置的凹口。
7.根据前述权利要求中的一项所述的过程测量技术传感器，其特征在于，所述传感器壳体(2)在所述凹口的区域中被局部硬化，优选地是被表面硬化。
8.根据前述权利要求中的一项所述的过程测量技术传感器，其特征在于，所述传感器(1)具有湿度传感器(16)，其中所述冷凝阱(6、13、14)具有所述湿度传感器(16)，或者其中所述湿度传感器(16)与所述冷凝阱(6、13、14)相邻布置。
9.根据前述权利要求中的一项所述的过程测量技术传感器，其特征在于，所述传感器(1)具有加热单元，其中所述冷凝阱(6、13、14)具有所述加热单元，或者其中所述加热单元与所述冷凝阱(6、13、14)相邻布置。
10.根据前述权利要求中的一项所述的过程测量技术传感器，其特征在于，所述电子测量设备(5)和所述传感器元件被布置成距离所述冷凝阱(6、13、14)至少8mm，尤其是至少15mm。
11.根据前述权利要求中的一项所述的过程测量技术传感器，其特征在于，所述传感器(1)具有水分结合材料(17)，其中所述冷凝阱(6、13、14)具有所述材料(17)，或者其中所述材料(17)与所述冷凝阱(6、13、14)相邻布置。
技术总结