测量装置 |
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| 申请号 | CN201280046364.2 | 申请日 | 2012-08-23 | 公开(公告)号 | CN103857992A | 公开(公告)日 | 2014-06-11 |
| 申请人 | 恩德莱斯和豪瑟尔两合公司; | 发明人 | 谢尔盖·洛帕京; 拉尔夫·莱辛格; 拉尔夫·赖梅尔特; 彼得·克勒费尔; | ||||
| 摘要 | 本 发明 描述了一种具有至少一个抗 腐蚀 的、面向过程的表面的测量装置，其中，在由导电材料组成的部件(1)和由电绝缘材料组成的部件(2)之间的至少一个接合部由 密封件 (3)密封，以及其中，该面向过程的表面以下面的方式设有涂层(4)，使得至少密封件(3)、在导电部件(1)和密封件(3)之间的过渡区域以及在绝缘部件(2)和密封件(3)之间的过渡区域被涂层(4) 覆盖 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种测量装置，所述测量装置具有至少一个抗腐蚀的、面向过程的表面，其中，在导电材料的部件(1)和电绝缘材料的部件(2)之间的至少一个接合部由密封件(3)密封，以及 |
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| 说明书全文 | 测量装置技术领域[0001] 本发明涉及一种测量装置，其面向过程(process-facing)的表面部分地由导电材料组成、并且部分地由电绝缘材料构成。该测量装置例如是压力传感器、电容或电感料位测量装置、用于检测限位水平的微波屏障，或者雷达料位测量装置。 背景技术[0002] 大量的测量装置可用于监测过程的过程变量。通常，这些测量装置在其应用时暴露于苛刻的条件下，例如较大的温度波动或者存在于侵蚀介质中。同时，通常对测量值确定的可靠性、材料电阻及卫生有高的要求。测量装置一般由多个不同的部件构成。而且，接触过程介质的测量装置的截面本身可以由多个部件构成。例如，用于电容料位测量的测量装置具有插入容器的探针，该探针由金属外壳、至少一个电极以及用于电极和外壳的电隔离的至少一个绝缘元件构成。在这种情况下，单独部件之间的密封连接变得非常重要，以便防止会导致腐蚀的水分或液体进行渗透。 [0003] 不同的材料可以用作绝缘材料。例子包括合成材料(例如，塑料)、玻璃或陶瓷。由合成材料组成的绝缘部的缺点在于：在高温下可能的塑性变形，以及金属材料和合成材料的热膨胀系数之间的巨大差异。这样，在金属部分和塑料部分之间会产生间隙，过程介质会渗入该间隙，并且造成腐蚀。在测量装置提供在容器中的情况下，这种密封的不足会引起泄露，这是由于过程介质可以通过测量装置逃逸出，进入容器之外的环境。而且，细菌也有机会进入间隙，这种事件在卫生应用的情况下是特别需要防止的。相比之下，玻璃绝缘部易受玻璃腐蚀的影响，特别是在与具有高pH值的液体接触的情况下。 [0004] 由于它们的高耐受性，陶瓷特别适合作为绝缘材料。而且，通过在考虑它们各自的热膨胀系数同时适当地选择尺寸，陶瓷和金属的膨胀可以彼此相适应。在DE102010001273A1的说明书中描述了这种温度补偿的同轴结构。 发明内容[0006] 本发明的目的是在分别由导电材料和电绝缘材料组成的测量装置的各部件之间提供抗腐蚀连接。 [0007] 该目的通过具有至少一个抗腐蚀的、面向过程的表面的测量装置实现，其中导电材料部件和电绝缘材料部件之间的至少一个接合部由密封件密封，以及其中所述面向过程的表面以下面的方式设有涂层：使得至少密封件、导电部件和密封件之间的过渡区域、以及绝缘部件和密封件之间的过渡区域被涂层覆盖。 [0009] 涂层覆盖导电部件和密封件之间的连接、以及绝缘部件和密封件之间的连接的临界位置。密封件本身同样被涂覆，以便过程介质与密封件不接触。因为涂层，过程介质不会渗入导电部件和绝缘部件之间的接合部。例如，阻止了水汽凝结和空气渗透。 [0010] 例如，钽具有特别高的抗腐蚀性。而且，钽较好地减少了热表面，因而适于用作涂层。 [0012] SiC的优点在于其多态性，特别是其四面体性质。而且，由于SiC形成氧化硅SiO2的钝化层，因而其是抗氧化的。此外，其具有相对高的硬度以及好的粘度。由于SiC在结构上及结晶上与金刚石类似，因而其可以较好地与涂层中的金刚石和类金刚石碳化合物结合。 [0013] 在另一个实施例中，涂层可以是多晶的、非晶形的、部分结晶的或有织构的。 [0015] 在另外的实施例中，绝缘部件由陶瓷材料组成。优选地，陶瓷材料是氧化铝陶瓷。绝缘材料的部件例如是使例如两个电极的两个导电部件电流隔离的绝缘部。然而，其也可以是具有测量功能的部件，例如，压力传感器的膜或隔膜。 [0017] 还通过制造测量装置的抗腐蚀的、面向过程的表面的方法实现本发明，其中导电材料部件和电绝缘材料部件之间的至少一个接合部被密封件密封，以及其中面向过程的表面以下面的方式设有涂层，使得至少密封件、导电部件和密封件之间的过渡区域以及绝缘部件和密封件之间的过渡区域被涂层覆盖。 [0018] 本发明的方法不仅能够制造由密封接合部分离的两个部件之间的抗腐蚀连接，而且能够制造其真空紧密连接。 [0019] 在该方法的第一实施例中，在第一步骤中完全涂覆面向过程的表面，在第二步骤中部分地去除涂层，使得绝缘部件至少部分地没有涂层。因而绝缘部件完全或者部分地不涂覆涂层。经由涂层彼此导电连接以及通过绝缘部件彼此分开的导电材料部件通过部分去除涂层彼此电隔离。 [0020] 在实施例中，通过去除涂覆的绝缘部件的材料来部分地去除涂层。为此，绝缘部件被生产装备有牺牲凸起(sacrificial rises)，然后其在涂覆处理之后沿涂层被去除。例如，使用一些其他机械方法磨去或去除牺牲凸起。 [0021] 在实施例中，通过蚀刻部分地去除涂层。在该实施例中，不去除绝缘部件的材料，但是可替代地，仅选择性地去除涂层。 [0022] 在该方法的另一个实施例中，仅选择性地涂覆密封件的面向过程的表面、导电部件和密封件之间的过渡区域以及绝缘部件和密封件之间的过渡区域。例如，通过在面向过程的表面上应用掩膜产生选择性的涂层，因而，在涂层中，仅涂覆未由该掩膜覆盖的表面。 [0023] 一个实施例提供了制造出5至100微米厚的涂层。在通过汽相淀积涂层的情况下，优选地，涂层厚度处于30至50微米之间，特别是大约40微米。 [0024] 在该方法另外的实施例中，涂层包括过渡金属，特别是钽、金、铂、锆、钛，以及过渡金属的化合物，特别是氧化物、氮化物、氟化物。优选地，通过热分解一个或多个钽卤化物通过汽相淀积钽产生具有钽的涂层。 [0025] 在实施例中，涂层包括碳族元素，特别是碳、硅、类金刚石(DLC)，以及碳族化合物，特别是碳化硅SiC。SiC涂层增加了耐化学性以及耐撞击或冲击性，另外还是疏水的，由此可以较好地用作防粘涂层，并且具有低的表面能。而且，SiC和DLC可以在单层中结合，由此可以有利地将诸如表面能和疏水性、各自的水扩散性的物理特性优化成组成物的功能。 [0026] 在碳和碳化合物的情况下，有利的是它们的最大硬度和最大耐磨度与低摩擦系数结合。 [0027] 在另一个实施例中，涂层是多晶的、非晶形的、部分结晶的或有织构的。 [0029] 现在，基于附图更详细地解释本发明，在每一种情况下，附图示意地表示如下： [0030] 附图1是电容/电感料位测量装置的探针； [0031] 附图2是附图1中探针的过程附近部分的截面图； [0032] 附图3是附图1中探针的过程附近部分具有面向过程的表面涂层的截面图； [0033] 附图4是具有部分涂层表面的截面图的截面； [0034] 附图5是压力传感器； [0035] 附图6是用于料位测量的雷达测量装置；以及 [0036] 附图7是利用导向雷达的测量装置。 具体实施方式[0037] 附图1示例性地示出了用于电容或电感料位测量的探针10的纵向和横向截面。在要监测的料位高度处将这种探针10齐平地安装进其中填充物质位于的容器中。探针10具有探针电极6、绝缘部9、保护电极7、另一绝缘部9和外壳8的同轴结构。对于电容测量来说，探针电极6提供有电交流电压信号，并且分别测量探针电极6与外壳8、容器壁之间的电容。保护电极7被供应有与探针电极6相同的信号，并且用于在形成淤积物的情况下更可靠地测量。然而，没有保护电极7的探针10以及具有更大的伸入容器的长度的探针10也是已知的。 [0038] 在电极6、7和绝缘部之间以及在外壳8和绝缘部9之间，在每种情况下都存在接合部11形式的中间空间。每个接合部11都被密封件3密封。这在附图2中被更准确地示出。在现有技术的状态下，每个接合部11都表示有问题的位置，这是由于根据接合的实施例，会分别出现密封、扭曲和/或腐蚀。本发明使用涂层4解决了该问题。 [0039] 使用附图1的探针10的例子，基于附图2-4解释本发明的制造测量装置的抗腐蚀、面向过程的表面的方法的优选实施例。 [0040] 附图2示意性地公开了在将涂层4应用到面向过程的表面之前的附图1的探针10的过程附近部分的截面。导电部件1和电绝缘部件2在这种结构中交替。导电部件1和绝缘部件2之间的每个接合部都被密封件3填充。例如，密封件3是玻璃密封或者导电焊料或黄铜。密封件以获得密封的面向过程的表面的方式与部件1、2结合。包含在外壳8中的中空空间通过密封的面向过程的表面相对于过程特别真空紧密地密封。 [0041] 绝缘部件2被产生有凸起部分，其面向过程并且用作牺牲材料5，即在后面的方法步骤中去除的材料。 [0042] 附图3示出了涂有钽之后的面向过程的表面。涂层4以完全覆盖面向过程的表面的方式被施加。涂层4的厚度例如处于5至100微米之间，其中，可实现的厚度取决于将钽涂层淀积在面向过程的表面上的方法。例如，在使用TaBr5从汽相淀积涂层的情况下，大约40微米的厚度被证明是优选的。 [0043] 附图4中示出在另外的方法步骤之后附图3的结构的截面。在施加涂层4之后，其被部分地去除。为此，例如，通过磨削去除绝缘部件2的牺牲材料5。淀积在牺牲材料5上的涂层4的一部分与牺牲材料5一起被去除，以便仅绝缘部件2的边缘区域保留涂覆。该边缘区域形成了到密封件3的过渡区域。 [0044] 密封件3的面向过程的表面保留完全涂覆，以便密封件3不会接触过程介质。 [0045] 导电部件1可以保留完全涂覆；然而，涂层4也可以被部分地去除。在后面的情况下，涂层4至少保留在边缘区域中，以便导电部件1和密封件3之间的过渡区域被钽涂层4覆盖。 [0046] 然而，还可以以可替换的方式制造附图4中示出的涂层图案。为此的一个时机包含以下特征：其包括在面向过程的表面上制造和定位合适的掩膜，以便在随后的钽淀积时，仅涂覆该表面没有掩膜的位置。因而，不需要制造具有可去除的牺牲材料5的绝缘部件2。在同样未提供牺牲材料5的情况下，另一个机会包含以下特征：其中首先完全涂覆面向过程的表面，然后在另外的步骤例如在蚀刻过程中，选择性地去除涂层4。 [0047] 本发明的涂层4不限于电容或电感料位测量装置。普遍适用地是其中导电部件1和绝缘部件2之间出现接合部11，并且接合部必须保持密封，使得没有介质可以渗入接合部11。附图5-7中呈现另一应用的一些例子。 [0048] 附图5示出压力传感器20的截面。布置在金属外壳23中的是陶瓷电容压力测量单元22。压力测量单元22以过程压力可以作用在膜21上的方式被放置在外壳23中，并且压力测量单元22与外壳23真空紧密地连接。该连接由焊料或黄铜24制成。将本发明的涂层4施加在压力传感器20的面向过程的表面上，以便将膜21和外壳23的一部分完全涂覆，因而，这两个部分之间的接合部以及焊料或黄铜24被钽层覆盖。膜21还可以节省涂层4，或者可以将涂层4从膜上去除。然而，至少过渡到焊料或黄铜24的窄区域被涂层4覆盖。 [0049] 附图6示出使用空心导体馈通件(feedthrough)应用连续料位测量的雷达测量装置30。微波经由供给元件33辐射到部分地填充有电介质34的空心导体32，从那里它们经由角状天线(horn antenna)31移动到容器36中，其中作为入射波S，它们冲击介质37，由介质反射，随后通过测量装置30被检测作为出射波R。可以根据传播时间确定料位。接合部位于角状天线31和电介质34之间，例如由玻璃密封作为密封件3密封接合部。根据本发明，其涂有钽层35。 [0050] 附图7示出具有同样应用于连续料位测量的导向雷达的测量装置40。在此，波经由杆探针41辐射到容器36中。用于杆探针41的同轴馈通件42位于过程连接的区域中。其包括用作地电位的金属套43和电介质44。杆探针41和电介质44之间以及套43和电介质44之间的接合部被密封件3密封，根据本发明，涂覆有钽。考虑到附图的尺寸，并未示出杆探针41以及涂层周围的密封件。该涂层类似地应用于附图4中所示的实施例的例子。 [0051] 附图标记表 [0052] 1 导电部件 [0053] 2 电绝缘部件 [0054] 3 密封件 [0055] 4 涂层 [0056] 5 牺牲材料 [0057] 6 探针电极 [0058] 7 保护电极 [0059] 8 外壳 [0060] 9 绝缘部 [0061] 10 电容/电感探针 [0062] 11 接合部 [0063] 20 压力传感器 [0064] 21 膜 [0065] 22 压力测量单元 [0066] 23 外壳 [0067] 24 焊料或黄铜 [0068] 30 雷达测量装置 [0069] 31 角状天线 [0070] 32 空心空间 [0071] 33 供给元件 [0072] 34 电介质 [0073] 35 钽涂层 [0074] 36 容器 [0075] 37 介质 [0076] 40 使用导向雷达的测量装置 [0077] 41 杆探针 [0078] 42 馈通件 [0079] 43 套 [0080] 44 电介质 |
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