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探针单元

阅读:2发布:2020-10-11

专利汇可以提供探针单元专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且至少分段地具有同轴结构的探针单元(1),包括探针 电极 (5)、附加电极(6)和布置在探针电极的一段上的 接触 模 块 (8),该接触模块(8)包括至少一个绝缘套筒(13)、具有用于电接触探针电极(5)的至少一个第一导 电路 径(17)和用于电接触附加电极(6)的第二导电路径(18)的柔性 电路板 (16)以及模块壳体(20),其中提供与第一导电路径(17)电接触的第一接触板(19),并且其中模块壳体(20)包括电接触第二导电路径(18)的第二接触板(24),其中模块壳体(20)具有带圆筒形壁(25)的锅形几何形状,该壁基本上包围、保护和/或 电磁屏蔽 至少在布置有接触模块的区域中的探针电极、绝缘套筒(13)的至少一部分以及柔性电路板(16)的至少多个段。,下面是探针单元专利的具体信息内容。

1.一种探针单元(1),所述探针单元(1)至少具有:
-一个探针壳体(9),
-一个至少分段式棒状探针电极(5),
-一个附加电极(6),
所述附加电极(6)至少部分地同轴包围所述探针电极(5)并通过电绝缘(10)与所述探针电极(5)隔离开,
-一个第一紧固装置(11),
所述附加电极(6)通过所述第一紧固装置(11)固定在所述探针壳体(9)中,-一个接触(8),
所述接触模块(8)能被施加到布置在所述探针壳体(9)中的所述探针电极(5)的棒状段,以及
-具有第二紧固装置(11a),所述第二紧固装置(11a)用于将所述接触模块(8)附接到所述探针电极(5),
其中所述接触模块(8)包括至少下列组件:
--一个绝缘套筒(13)
---所述绝缘套筒具有用于接纳所述棒状探针电极(5)的一部分的大致圆筒形基体(14)以及二维支承元件(15),所述二维支承元件(15)基本上垂直于所述基体(14)并将所述基体(14)分成第一段和第二段,
--一个柔性印刷电路板(16),
---所述柔性印刷电路板(16)至少具有用于电接触所述探针电极(5)的一个第一导电迹线(17)以及用于电接触所述附加电极(6)的第二导电迹线(18),
---所述柔性印刷电路板(16)在端部区域中具有所述第一导电迹线(17)通向的第一接触区域(16a)以及所述第二导电迹线(18)通向的第二接触区(16b),
---其中所述第一接触区域(16a)和所述第二接触区(16b)各自具有直径至少等于所述绝缘套筒(13)的所述基体(14)的外径的中心凹部,
---并且其中至少所述第一接触区域(16a)和所述第二接触区域(16b)的所述中心凹部通过折叠所述印刷电路板(16)使得所述第一接触区域(16a)能施加到所述基体(14)的第一部分,并且所述第二接触区域(16b)能施加到所述基体(14)的第二部分来形成,以及--模块壳体(20),其中所述模块壳体(20)是导电的,
其特征在于,
提供了第一接触盘(19),其中所述第一接触盘(19)能施加到所述绝缘套筒(13)的所述基体(14)的所述第一段并电接触在所述第一接触区域(16a)中的所述第一导电迹线(17);
所述模块壳体(20)具有第二接触盘(24),所述第二接触盘能施加到所述绝缘套筒(13)的所述基体(14)的所述第二段并电接触在所述第二接触区域(16b)中的所述第二导电迹线(18);
其中所述模块壳体(20)具有带圆筒形壁(25)的锅形几何形状,所述圆筒形壁(25)平行于所述基体(14)从所述第二接触盘(24)延伸,所述壁(25)至少使得在施加有所述接触模块(8)的区域中的所述探针电极(5)、至少在所述支承元件(15)的区域中的所述绝缘套筒(13)、以及至少在两个接触区域(16a、16b)的区域中的所述柔性电路板(16)基本上得到包围、保护和/或针对电磁辐射的屏蔽,并且
其中所述第一接触盘(19)具有小于所述第二接触盘(24)的外径。
2.根据权利要求1所述的探针单元,其特征在于,
所述柔性印刷电路板(16)是半柔性印刷电路板。
3.根据权利要求2所述的探针单元,其特征在于,
所述柔性印刷电路板(16)是由具有第一层(27)和第二层(28)的至少两个层(27、28)组成的电路板(16),所述第一导电迹线(17)在所述第一层(27)中至少分段伸展,所述第二导电迹线(18)在所述第二层(28)中至少分段伸展。
4.根据权利要求1至3中的一项所述的探针单元,其特征在于,
所述柔性印刷电路板(16)是具有第一层(27)、第二层(28)和第三层(30)的三层电路板,其中所述第二层(28)被布置在所述第一层(27)与所述第三层(30)之间,其中所述第一导电迹线(17)在所述第二层(28)中伸展,其中所述第二导电迹线(18)至少在直到所述两个接触区域(16a、16b)的区域(31)中细分为第一分支(18a)和第二分支(18b),并且其中所述第二导电迹线(18)的所述第一分支(18a)在所述第一层(27)中伸展,并且其中所述第二导电迹线(18)的所述第二分支(18b)在所述第三层(30)中伸展。
5.根据权利要求1至3中的一项所述的探针单元,其特征在于,
所述柔性印刷电路板是具有第一层(27)和第二层(28)以及相对于所述印刷电路板(16)的纵向方向具有第一分区和第二分区的双层印刷电路板,其中在所述第一分区中,所述第一导电迹线(17)在所述第一层(27)中伸展,而所述第二导电迹线(18)在所述第二层(28)中伸展,并且其中,在所述第二分区中,所述第二导电迹线(18)在所述第一层(27)中伸展,而所述第一导电迹线(17)在所述第二层(28)中伸展。
6.根据权利要求1至3中的一项所述的探针单元,其特征在于,
所述模块壳体的所述壁(25)具有至少一个凹部(25a、25b),所述凹部(25a、25b)用于将所述柔性印刷电路板(16)以垂直于所述模块壳体的壁(25)的定向插入所述接触模块(8)。
7.根据权利要求1至3中的一项所述的探针单元,其特征在于,
所述模块壳体(20)的所述壁(25)精确地具有两个凹部(25a、25b),所述凹部(25a、25b)定位成彼此相对,其中,所述印刷电路板(16)通过第一凹部(25a)插入所述接触模块(8),并且其中,在所述壁(25)的第二凹部(25b)的区域中至少部分地布置有所述印刷电路板(16)在所述两个接触区域(16a、16b)之间伸展的区域。
8.根据权利要求1至3中的一项所述的探针单元,其特征在于,
固定元件(23)可拆卸地被施加到所述模块壳体(20),所述固定元件(23)将所述柔性印刷电路板(16)基本上定在一平面上并且至少基本上封闭在所述模块壳体(20)的所述壁(25)中的凹部(25a、25b)。
9.根据权利要求8所述的探针单元,其特征在于,
所述固定元件(23)通过压配合借助锁合施加到所述模块壳体(20)。
10.根据权利要求6所述的探针单元,其特征在于,
所述绝缘套筒(13)的所述支承元件(15)是平坦的并且厚度是可变的。
11.根据权利要求10所述的探针单元,其特征在于,
所述绝缘套筒(13)的所述支承元件(15)在面向所述基体(14)的第一起始区域中的厚度和背离所述基体(14)的端部区域中的厚度比在中间中心区域中的厚度厚,并且其中,所述端部部分的厚度最大与在所述第一起始区域中的厚度一样大。
12.根据权利要求1至3中的一项所述的探针单元,其特征在于,
所述探针电极(5)在突出到所述探针壳体(9)中的端部区域中没有所述附加电极(6),并且所述接触模块(8)施加到所述探针电极(5),使得所述第二导电迹线(18)至少部分地搁置在所述附加电极(6)上。
13.根据权利要求1至3中的一项所述的探针单元,其特征在于,
所述第一紧固装置(11)是施加到所述附加电极(6)的螺母
和/或
所述第二紧固装置(11a)是施加到所述探针电极(5)的螺母。
14.根据权利要求1至3中的一项所述的探针单元,其特征在于,
弹性元件(12)或共同弹簧加载的弹性螺钉固定装置被布置在所述接触模块(8)与所述第二紧固装置(11a)之间。
15.根据前述权利要求1至3中的一项所述的探针单元,其特征在于,
至少所述模块壳体(20)和所述固定元件(23)是导电的。
16.根据权利要求15所述的探针单元,其特征在于,
至少所述模块壳体(20)和所述固定元件(23)是由金属制成。

说明书全文

探针单元

发明内容

[0001] 本发明涉及一种具有至少分段的同轴结构的探针单元。具体地,本发明涉及一种用于电容性和/或导电性地确定容器中的介质的至少一个过程变量的设备的探针单元。例如,过程变量是介质的料位和/或导电率和/或介电常数

背景技术

[0002] 基于电容性或导电性原理的现场设备通常具有大致圆筒形探针单元,该探针单元具有可引入容器中的至少一个探针电极。对于液位测量,垂直伸展到容器中的棒状探针单元已知用于连续测量,并且在另一方面,可引入容器的壁中的探针单元也已知用于测量液位。
[0003] 此外,附加电极(别是,所谓的保护电极)通常用于避免在探针电极上的沉积物形成。同轴包围探针电极的电极通过绝缘装置与探针电极隔离开,并且处于与探针电极相同的电位,如例如DE 32 12 434C2所述。具体地,点位测量的探针单元通常设计成使得探针在过程连接的节段中至少部分被保护电极同轴包围。
[0004] 电容性和导电性液位测量的基本测量原理从大量公开物得知。
[0005] 在导电性测量方法中,通过检测电接触是否经由导电介质存在于探针电极与导电容器的壁或第二电极之间来监测料位。例如,对应现场设备由申请人以名称Liquipoint来制造和销售。然而,因为介质的导电率相对于空气的导电率的变化太小而不能通过测量电子器件可靠地检测到,所以导电性测量原理达到其导电率的极限≤0.5μS/cm。难以使用导电性测量方法监测的介质例如包括蒸馏、糖浆或醇。具有小于1μS/cm的电学导电率和小于20的介电常数的介质也是有问题的。具体地,油和气体均落入这个领域。
[0006] 电容性测量原理在这里是合适的。容器中的介质料位在此从由探针电极与容器的壁或第二电极形成的电容器的电容确定。根据介质的导电率,介质本身或者探针电极的绝缘形成电容器的电介质。基于电容性测量原理的现场设备也由申请人以很多不同构型(例如以名称Liquicap或Solicap)制造和销售。虽然借助于电容性测量方法的料位测量原理上可以用于导电介质和非导电介质,但测量探针的绝缘对于具有电学导电率>50μS/cm的介质是必需的,这可能导致很多测量缺点。
[0007] 因为电容性和导电性测量方法的优点和缺点冲突,所以所谓的多传感器是有利的,多传感器可以在导电性和电容性两种操作模式下确定料位。通过使用这种传感器,液位测量不依赖于介质的电特性。然而,当设计这种多传感器时不同点必须被考虑到。
[0008] 例如,在电容性操作模式下可获得的测量分辨率通过探针单元的几何形状设计来确定。例如,如果探针单元被设计成使得其在安装到容器的壁之后基本上用该容器的壁封闭,如在由申请人以名称FTW33销售的现场设备的情况下,则所测得的电容可以位于Femtofarad范围内。如果在另一方面测量探针至少部分突入到容器中,则电容的测量值大于该Femtofarad范围达到几个数量级。不言而喻,测得的电容也依赖于介质特性,但这些依赖性被认为是特定于应用的,且因此对于合适探针单元的构造问题是次要的。
[0009] 进一步的点涉及连接到探针单元并且用于信号的检测、供电和/或评估的电子单元。用于该电子单元的组件必须适于期望的相应测量范围。这尤其适用于电容性操作模式,在该电容性操作模式下,在Femtofarad范围内的电容必须被检测到,这对所使用的电子单元提出最高要求。
[0010] 最后,构造多传感器的决定性点通过探针电极和附加电极的触点以及它们与电子单元的连接来给出。最常使用具有电极触点的线股的电缆。在这样做时,线股被焊接到待接触的元件,同时各种电缆被引到公共插头中。一种更简炼的方法已经在EP1378014B1中公开并且描述了使用柔性电路板来接触层叠布置的压电元件。为此,柔性印刷电路板具有可以通过弯曲压电元件来胶合的多个接触鼻片。具体地,该解决方案比使用具有线股的电缆更节省空间,但制造困难且复杂。
[0011] 使用柔性印刷电路板的更简单的接触可能性已经在DE102011086216A1中公开。描述了通常具有电容性和/或导电性操作模式的探针单元,该探针单元具有接触模,借助于该接触模块,探针电极和附加电极经由柔性印刷电路板接触。接触模块具有绝缘套筒和模块壳体。绝缘套筒被设计成接纳一段棒状探针电极并容纳柔性印刷电路板。为此,绝缘套筒具有支承件,该支承件用于支承印刷电路板的两个接触区域,并且同时确保印刷电路板的两个接触区域之间的电隔离。模块壳体将组件保持在一起,并且特别地,用于固定柔性印刷电路板的两个接触区域。其由电绝缘材料制成-优选地由塑料材料制成。
[0012] 在这种接触模块中,位于探针单元的同轴结构内的电极因此用作接触模块的保持器,为此,其至少在其长度与接触模块和紧固装置的高度对应的一段上未被外部电极包围。探针电极和附加电极之间的绝缘可以通过由诸如塑料、玻璃的电绝缘材料制成的元件实现,抑或以气隙的形式实现。
[0013] 然而,由于探针壳体用作接地电位,因此探针电极与探针壳体之间的电容可能出现在探针电极未被附加电极包围的区域中。这导致在从探针单元到电子单元的信号传输期间的干扰影响。探针单元越短,干扰影响越明显。具体地,在这种探针单元的情况下,在基本上用容器的壁完成的安装状态下-如在上述FTW33的情况下,例如,其中所测得的电容可以位于Femtofarad范围内-所测量到的电容的正确检测可能被干扰影响阻止。

发明内容

[0014] 本发明基于目的:为具有至少分段的同轴结构的探针单元提供简单接触可能性,探针电极的完全电屏蔽通过该结构来确保。
[0015] 该目的通过具有权利要求1的特征的探针单元实现。探针单元的有利实施例是附属权利要求的主题。
[0016] 探针单元至少包括
[0017] -探针壳体
[0018] -至少分段的棒状探针电极
[0019] -附加电极,该附加电极至少部分地同轴包围探针电极并通过电绝缘与探针电极隔离开,
[0020] -第一紧固装置,附加电极借助于该第一紧固装置固定在探针壳体中,[0021] -接触模块,该接触模块能被施加到布置在探针壳体中的探针电极的棒状段,以及[0022] -第二紧固装置,该第二紧固装置用于将接触模块附接到探针电极,[0023] 其中,接触模块包括至少下列组件:
[0024] --绝缘套筒,该绝缘套筒具有用于接纳棒状探针电极的一部分的大致圆筒形基体以及二维支承元件,该二维支承元件基本上垂直于基体并将基体分成第一段和第二段,[0025] --柔性印刷电路板,其至少具有用于电接触探针电极的第一导电迹线和用于电接触附加电极的第二导电迹线,所述柔性印刷电路板在端部区域中具有第一导电迹线通向的第一接触区域以及第二导电迹线通向的第二接触区域,其中第一接触区域和第二接触区域各自具有其直径至少等于绝缘套筒的基体的外径的中心凹部,并且其中至少第一接触区域和第二接触区域的中心凹部通过折叠印刷电路板使得第一接触区域可以施加到基体的第一部分,并且第二接触区域可以施加到基体的第二部分来形成,以及
[0026] --模块壳体。
[0027] 此外,根据本发明设想:
[0028] -探针单元具有第一接触盘,该第一接触盘可施加到绝缘套筒的基体的第一段并电接触在第一接触区域中的第一导电迹线。
[0029] -模块壳体具有第二接触盘,该第二接触盘可施加到绝缘套筒的基体的第二段并电接触在第二接触区域中的第二导电迹线。
[0030] -模块壳体具有带圆筒形壁的锅形几何形状,该圆筒形壁平行于基体从第二接触盘延伸,其中壁至少使得在施加有接触模块的区域中的探针电极、至少在支承元件的区域中的绝缘套筒、以及在两个接触区域的区域中的柔性电路板基本上得到包围、保护和/或针对电磁辐射的屏蔽,并且
[0031] -第一接触盘具有小于第二接触盘的外径。
[0032] 本发明原理上适合于具有至少部分以同轴构型布置的两个待接触的元件的所有探针单元。然而,本发明特别适合于用于电容性或导电性地确定和/或监测容器中的介质的至少一个过程变量的设备的探针单元。
[0033] 支承元件用作柔性印刷电路板的两个接触区域的二维接触表面。同时,其确保两个接触区域之间的电隔离,这两个接触区域优选地以环形方式并且以网状方式连接,使得两个凹部可以经由将第一接触区域折叠在第二接触区域上来叠置。支承元件将绝缘套筒的基体分成的两段的长度可以相同或不同。
[0034] 第一接触盘和模块壳体均由导电材料制成。由于位于同轴结构内的电极——位于同轴结构内部的探针电极——因接触可能性的构造的简单性而用作接触制作模块的支承,因此它在接触模块位于其中的区域中根本不被外部电极包围。在该区域中,根据本发明,具有其锅形构型的模块壳体确保探针电极的完全电磁屏蔽,使得可以避免上述干扰影响。特别是在短探针单元的情况下,尤其是在末端基本上与容器的壁齐平的探针单元的情况下,这是非常重要的。
[0035] 除了电磁屏蔽效应之外,根据本发明的接触模块的区别在于节省空间、紧凑且简单的设计,这在末端基本上与容器的壁齐平的探针单元的情况下又是特别重要的。
[0036] 根据本发明的解决方案在制造和材料要求方面也是成本有效的。
[0037] 由诸如塑料、玻璃的电绝缘材料制成的元件可以提供来用于探针电极和附加电极之间的绝缘,抑或探针电极与附加电极之间的绝缘可以以气隙的形式提供。这两种变体的组合也是可能的。最后,探针壳体优选是金属的并且用作体电位(mass potential)。
[0038] 在第一特别优选的实施例中,柔性印刷电路板是半柔性印刷电路板,特别是由具有第一层和第二层的至少两个层组成的电路板,第一导电迹线在第一层中至少分段伸展,第二导电迹线在第二层中至少分段伸展。半柔性印刷电路板的选择提供稳定性与弯曲刚度之间的最佳折中。
[0039] 在第一变型中,柔性印刷电路板是具有第一层、第二层和第三层的三层电路板,其中第二层被布置在第一层和第三层之间,其中第一导电迹线在第二层中伸展,其中第二导电迹线至少在直到两个接触区域的区域中细分为第一分支和第二分支,并且其中第二导电迹线的第一分支在第一层中伸展,并且其中第二导电迹线的第二分支在第三层中伸展。因此探针电极的测量信号沿中间层伸展,而附加电极的信号在上层和下层中被引导。因此,三层印刷电路板的选择允许探针电极也在不位于模块壳体内的柔性印刷电路板的区域中与探针壳体电磁屏蔽。
[0040] 在第二变型中,柔性印刷电路板是具有第一层和第二层以及相对于印刷电路板的纵向方向具有第一分区和第二分区的双层印刷电路板,其中在第一分区中,第一导电迹线在第一层中伸展,而第二导电迹线在第二层中伸展,并且其中,在第二分区中,第二导电迹线在第一层中伸展,而第一导电迹线在第二层中伸展。虽然双层印刷电路板有利地比三层印刷电路板更有利和更灵活,但是其可以确保仅在一侧上的第一导电迹线的电磁屏蔽,探针电极的测量信号在该第一导电迹线中被引导。这通常是足够的。然而,印刷电路板的第一侧可以定位成在第一分区中最靠近探针壳体,并且印刷电路板的不同侧——特别是相反侧——可以定位成在第二分区中最靠近探针壳体,使得在不同分区中,电磁屏蔽在不同方向上是必需的。由于导电迹线分成两个分区,其中两个分区之间的两条导电迹线允许层改变,因此这可以根据本发明来确保。不言而喻,根据当前情况,印刷电路板也可以细分成两个以上的分区,使得屏蔽方向沿导电迹线变化不止一次。
[0041] 在进一步的优选实施例中,模块壳体的壁具有至少一个凹部,该凹部用于将柔性印刷电路板以垂直于模块壳体的壁的定向插入接触模块。该实施例因此能够将印刷电路板从模块壳体横向地取出。通过选择这种几何形状,模块壳体的直径以及因此接触模块的空间要求与没有凹部的变型相比可以减小。优选地,模块壳体的壁精确地具有两个凹部,这两个凹部定位成彼此相对,其中,印刷电路板通过第一凹部插入接触模块,并且其中,在壁的第二凹部的区域中至少布置有印刷电路板在两个接触区域之间伸展的区域。通过将第二接触区域折叠在第二接触区域上面,至少一部分印刷电路板的区域在两个接触区域之间突出超过绝缘套筒的平坦支承元件。这在确定模块壳体的半径时通常必须考虑。然而,如果位于模块壳体的相反两侧上的两个凹部集成到模块壳体的圆筒形壁中,则模块壳体的半径可以减小到最小。
[0042] 在下一个特别优选实施例中,固定元件可拆卸地被施加到模块壳体,其将柔性印刷电路板基本上定在一平面上并且至少基本上封闭在模块壳体的壁中的凹部。固定元件的使用具有两个优点:在一方面,将印刷电路板固定在模块壳体内允许印刷电路板的接触区域的位置基本上固定在绝缘套筒的基体的两段上。在另一方面,凹部集成到模块壳体的壁内除了已经提到的优点外,还具有缺点,即至少一个凹部降低了模块壳体的电屏蔽效应。然而,通过固定元件的适当设计,这些凹部可以通过引入后者而被重新封闭,使得整体良好的屏蔽效应可以以最小的空间要求实现。
[0043] 因此,有利的是通过压配合借助锁合将固定元件施加到模块壳体。这允许特别简单的固定,而不需要单独的固定组件。
[0044] 在优选实施例中,绝缘套筒的平坦支承元件的厚度是可变的;具体地,在面向基体的第一区域中的厚度和背离基体的端部区域中的厚度比在中间中心区域中的厚度厚,并且其中,端部部分的厚度最大与在起始部分中的厚度一样大。
[0045] 绝缘元件在平行于基体的方向上的延伸部分的厚度的位置相关变化用于将印刷电路板从第一接触区域引导到第二接触区域中,使得在印刷电路板中的打结因接触区域的折叠和在壳体模块内的定位而避免。
[0046] 在进一步的有利实施例中,探针电极在突出到探针壳体中的端部区域中没有附加电极,其中接触模块施加到探针电极,使得第二导电迹线至少部分地搁置在附加电极上。接触模块接着通过底侧支承在外部电极上,使得接触通过将接触模块施加到探针电极来实现。
[0047] 有利的是,第一紧固装置是施加到附加电极的螺母和/或第二紧固装置是施加到探针电极的螺母。
[0048] 弹性元件或共同弹簧加载弹性螺钉固定装置被布置在接触模块与第二紧固装置之间也是有利的。这样,即使在热膨胀的情况下,也可以通过紧固装置确保恒定的力效应。
[0049] 最后,有利的是,至少壳体模块和固定元件是导电的-特别是由金属制成。附图说明
[0050] 参照下列附图图1至图6更详细描述本发明。示出:
[0051] 图1示出了根据现有技术的适用于具有保护电极的电容性和/或导电性测量方法的测量设备的示意图,
[0052] 图2以截面图示出了根据本发明的探针单元的第一实施例的示意性结构,[0053] 图3以截面图示出了根据本发明的探针单元的第二实施例的示意性结构,[0054] 图4以截面图示出了根据本发明的探针单元的第三实施例的示意性结构,[0055] 图5示出了根据第三实施例的接触模块的详细视图,(a)为分解图,(b)为剖视图,(c)为透视图。
[0056] 图6示出了双层设计(a)和三层设计(b)的柔性印刷电路板。

具体实施方式

[0057] 图1示出了根据现有技术的典型的探针单元1,料位可以通过该探针单元在电容性和/或导电性操作模式下被监测。探针单元1被布置在容器2上并且部分地突出到容器2中。容器2又至少部分地充填有介质3。在本示例中,探针单元1包括探针电极5和同轴包围探针电极的附加电极——所谓的导电电极6,附加电极6用于避免沉积物形成。探针单元1在容器
2外连接到电子单元7,电子单元7负责信号的检测、供电和/或评估。具体地,电子单元通过从探针电极接收的响应信号确定容器2中的介质3的料位。虽然在这里所示的示例中,探针单元1的几何形状被选择成使得探针电极5和附加电极6部分地突出到容器2中,但是不言而喻,具有至少分段式同轴结构的探针单元的其它构型属于本发明-特别是,诸如这种基本上末端终止于容器2的壁的探针单元,如同由申请人制造和销售的FTW33一样。
[0058] 探针电极5和附加电极6通过用于连接到电子单元7的本发明的接触模块来进行接触。这种接触模块8的可想到实施例的选择在下列图中示出。然而,不言而喻,这里未示出的其它实施例也是可想到的,其也落入本发明的范围内。
[0059] 图2在剖视图中示出了如权利要求1所述的接触模块8的根据本发明的第一实施例的探针单元的一段的示意结构。用来测量料位的探针电极5利用棒状段突出到探针壳体9中并且被附加电极同轴地包围,该附加电极被施加与探针电极5相同的电位。探针电极5和附加电极6经由绝缘10彼此电隔离。附加电极6在壳体内部的方向上比探针电极5更短,使得探针电极5经由附加电极6突出到探针壳体9中。
[0060] 为了将探针单元1引入到具有介质3的容器2中,探针壳体9可以例如具有螺纹,其可以借助合适套筒通过该螺纹拧入容器3的壁4中。除了保护元件免受诸如湿气沉积物的环境影响之外,探针壳体9还可以用作接地电极。它在设计上是部分管状的,并且具有用于固定探针电极5和附加电极6的锥形部9a。附加电极6通过第二绝缘10a与探针壳体9隔离开。由两个电极5、6、两个绝缘器10、10a和探针壳体9组成的单元形成同轴结构,其轴线由探针壳体9的纵向轴线限定。
[0061] 在探针壳体9内,呈第一螺母11的形式的第一紧固装置被施加到附加电极6的管状段,该管状段突出到壳体中,并将附加电极固定在锥形部9a上。第三绝缘10b提供第一螺母11与探针壳体9的电隔离,该第一螺母11与附加电极6导电接触。呈第二螺母11a的形式的第二紧固装置被施加到布置在探针壳体9的探针电极5的棒状部分并且可借助于螺纹配合来拧紧。第二螺母11a的紧固导致指向在轴向结构的元件上的壳体内部的拧紧力,并且因此导致各个元件的固定连接。
[0062] 最后,接触模块8被布置在附加电极6与第二螺母11a之间。有利地,呈齿形盘或其它共同支撑的弹性元件形式的弹性元件12或诸如一个或多个盘簧或螺旋弹簧的弹簧元件位于接触元件8与第二螺母11a之间。轴向热膨胀效应由于这个措施而得到补偿。结果,确保了第二螺母11a的永久拧紧力,并因此确保了经由接触模块8产生的探针电极5和附加电极6的电触头的永久接触。通过使用两个螺母11、11a,结构也被保护,以防止两个螺母11、11a中的一个的扭曲,该扭曲例如当强烈的冲击或振动在该过程中发生时可能发生。
[0063] 接触模块8具有绝缘套筒13,该绝缘套筒13具有圆筒形基体14、支承元件15和柔性印刷电路板16,其中接触模块8可以以简单的方式经由基体14连接到探针电极5。绝缘套筒13致使探针电极5的棒状段在附加电极6的管状段中精确对中,并且通过嵌入在探针电极5的棒状段中的螺纹来防止柔性印刷电路板16损坏。此外,绝缘套筒13确保附加电极6与探针电极5之间的电隔离。
[0064] 平坦支承元件15用于柔性印刷电路板16的支承两个接触区域16a、16b(这里未示出),优选地,这两个接触区域16a、16b是圆盘状,均具有其直径至少等于基体的直径的中心凹部。印刷电路板16被插入到绝缘套筒13上,使得待接触的导电迹线17、18(这里未示出)位于背离支承元件15的一侧上。在这种情况下,支承元件15确保在柔性印刷电路板16的两个接触区16a,16b之间不会发生短路
[0065] 在柔性印刷电路板16的两个接触区域中的第一个接触区域16a上紧随有第一接触盘19,该第一接触盘19用于探针电极与柔性印刷电路板16的第一导电迹线17的电接触,并可施加到绝缘套筒13的基体14的第一段。在这里所示实施例中,第一段14位于基体14的短侧上,而第二段位于基体14的长侧上。模块壳体20紧随布置在基体14的第二段中的柔性印刷电路板16的两个接触区域16b中的第二接触区域16b,模块壳体20呈第二接触盘形式,具有从第二接触盘延伸并平行于基体延伸的壁,包围并保护至少在支承元件15的区域中的绝缘套筒13和至少在接触区域16a、16b的区域中的柔性印刷电路板16、并且使它们以电磁方式与探针壳体屏蔽开的。因此模块壳体20具有锅形几何形状。
[0066] 模块壳体20和第一接触盘均由导电材料,特别是、铜或不锈制成。模块壳体20的第一接触盘19和第二接触盘的成形适于印刷电路板16和绝缘套筒13的成形。在这里所示的示例中,其是圆盘状的,具有中心凹部。此外,第一接触盘的外径小于第二接触盘的外径。
[0067] 柔性印刷电路板16在顶部从接触模块8和探针壳体9引出,使得电子单元7可以接近它。为此,可以连接到电子单元7的对应配对物的插头21施加到可以连接在绝缘套筒13上的印刷电路板16的自由端区域。插头32优选地具有用于接触导电迹线18、19的插座,但是也可以具有接触针。保持座22连接到插头21,用于将插头10固定在所提供的位置。例如,保持座22可以夹紧到探针壳体9的凹槽中。
[0068] 在示意性构型中的接触模块8’的第二发明实施例与图1所示的探针单元1’的类似段一起是图3中的剖视图的主题。因此,这里不再讨论结合图2解释的附图标记。
[0069] 图2和图3中的实施例之间的本质区别涉及接触模块8或8',并且设想:对于图3所示的接触模块8'的实施例,固定元件23是集成的。固定元件通过压配合借助力锁合可松开地施加到模块壳体20'。由于这个原因,模块壳体20’的设计也稍微修改。尽管将结合图5详细描述模块外壳20'的精确设计,但这里应该注意的是,与如图2所示的实施例相比,模块壳体20'的圆筒形壁变短。此外,模块壳体20'的壁具有两个凹部。柔性印刷电路板16从第一凹部横向地从模块外壳20'引出。位于两个接触区域16a、16b之间的柔性印刷电路板16的区域从第二凹部突出。
[0070] 最后,图4示出了接触模块8“的再一次稍微修改的实施例,但与图2和图3相比,图4的视图旋转90°。没有再参照已经描述的附图标记。一方面,固定元件23在模块壳体20'上的位置在该视图中更清晰可见。固定元件23的圆筒形壁部分地延伸到模块壳体20的壁中,从而将柔性印刷电路板16锁定在平坦支承元件15'的两段中。
[0071] 然而,图4所示的实施例和以前的实施例之间的实际差异涉及绝缘套筒13'的设计。绝缘套筒13'的平坦支撑元件15'实际上具有可变的厚度,使得其在面向基体的区域与端部区域之间的中间区域中具有较小的厚度。结果,在柔性导电迹线16的两个接触区域16a、16b之间延伸的区域被引导并防止打结。
[0072] 最后,图5示出了与图3所示的实施例相同的实施例中的接触模块8’的详图。
[0073] 在图5a)的分解图中,具有锅形几何形状的模块壳体20'示出有第一接触盘19和第二接触盘24以及圆筒形壁25,该圆筒形壁25具有第一凹部25a和第二凹部25b。绝缘套筒13利用基体14和平坦支撑元件15定位在第二接触盘24的上方。这优选构造为由塑料制成的注射成型组件或车削组件。在这种情况下,柔性印刷电路板16的第一接触区域16a位于底座元件14的第一区域(面向绝缘套筒13的短侧的区域)中,并且柔性印刷电路板16的第二接触区域16b位于底座元件14的第二区域(面向绝缘套筒13的长侧的区域)中,使得实际上第一导电迹线和第二导电迹线位于背离平坦支承元件的一侧上。第一接触区域16a与第一接触盘19接触,第二接触区域16b通过第二接触盘24与圆筒形壁25接触。最后,在圆筒形壁25之后是固定元件23,固定元件23可以通过压配合借助力锁合施加到模块壳体20',以及模块壳体
20'的凹部25a、25b,直到其中柔性印刷电路板16'从模块壳体20'横向引出的区域,以及其中柔性印刷电路板的区域在两个接触区域16a和16b之间延伸的区域突出超过模块壳体20'的壁的区域。
[0074] 此外,用于连接到由属于插头21的插座指示的电子单元7的插头21和保持座22在柔性印刷电路板16的第二端区中示出。
[0075] 5b)示出了图5a)的接触模块的二维截面图。为了清楚起见,并非所有组件都标有附图标记。重要的是注意到,第一接触盘19(这里未示出;参见图5a)接触在支承元件15的第一段中的柔性印刷电路板16的第一接触区域16a,并且模块壳体20通过第二接触盘24接触印刷电路板16的第二接触区域16b。该视图中,可以特别好地看出,除了凹部25a、25b的部分封闭之外,固定元件将印刷电路板16固定在模块壳体20内,并且基本上将其阻止在一平面上,使得印刷电路板16的接触区域16、16a的位置固定在绝缘套筒13的基体15的两段上。
[0076] 最后,接触模块8'与柔性印刷电路板16的透视图在图5c中示出。柔性印刷电路板16从接触模块8'横向引出,并通向具有保持座22的插头21中的其第二端部区域。通过使用具有两个凹部25a、25b和固定元件23的模块壳体20,接触模块8'固定地连接到印刷电路板
16。
[0077] 图6示出了根据本发明的印刷电路板16的两个示例。
[0078] 无论柔性导电迹线16的位置数目如何,都必须注意,第二导电迹线18在各种情况下都能确保第一导电迹线17的良好电屏蔽。理想地,第二导电迹线18因此必须比第一导电迹线宽。然而,为了保持测量信号的电容性扰动尽可能低,并且因此尽可能小地影响测量信号,两条导电路径应被设计成尽可能窄。
[0079] 图6a)示出了两层印刷电路板16”。在剖视图中,独立的层布置成彼此层叠。印刷电路板16具有第一层27和第二层28。在第一层27下面、第二层28上方以及第一层27和第二层28之间布置有塑料层29a-c,其用于使第一层27和第二层28彼此绝缘且与环境绝缘。第一导电迹线17在第一层27内至少分段伸展,并且第二导电迹线18在第二层28内至少分段伸展。
该示例中,导电迹线17、18分段地改变层27、28,其中它们在各种情况下伸展。
[0080] 图6b)示出了处于相同显示模式下的三层印刷电路板16”’。印刷电路板16”’具有第一层27、第二层28和第三层30。再者,在各种情况下,塑料层29a-d’被布置在第一层27’的下方,在两层之间和第三层30之上。第一导电迹线17在第二层28中伸展。在另一方面,第二导电迹线18至少分段地分成两个分支,-即分成第一分支18a和第二分支18b。在这里示出的示例中,第二导电迹线例如在直到两个接触区域16a、16b的区域31中分成两个分支18a和18b,其中第二导电迹线18的第一分支18a在第一层27伸展,并且其中第二导电迹线18的第二分支18b在第三层30中伸展。在另一方面,在两个接触区域16a和16b之间的区域32中,柔性印刷电路板16”’被设计成更薄。当印刷电路板16”’为了以相同的方式在覆盖基体14的两段上的两个接触区域16a和16b时而折叠时,该区域弯曲。更薄的设计使该区更轻,使得更高的柔性呈现,这至少是区域32所需的。此外,区域32中的电线33以三条平行线分支的形式冗余地设计,每条线分支具有比剩余线小的直径。因为只有用于与附加电极或保护电极6接触的第二导电迹线18在区域32中伸展,所以即使两个接触区域16a和16b之间的区域32有损坏,对于测量也是无害的。
[0081] 附图标记
[0082] 1 探针单元
[0083] 2 容器
[0084] 3 介质
[0085] 4 容器的壁
[0086] 5 探针电极
[0087] 6 保护电极
[0088] 7 电子单元
[0089] 8 接触模块
[0090] 9 探针壳体
[0091] 9a 探针壳体的锥形部
[0092] 10、10a 绝缘
[0093] 11、11a 螺母
[0094] 12 弹性元件
[0095] 13 绝缘套筒
[0096] 14 圆筒形基体
[0097] 15 平坦支承元件
[0098] 16 柔性印刷电路板
[0099] 16a、16b 柔性印刷电路板的第一、第二接触区
[0100] 17 电路板的第一导电迹线
[0101] 18 电路板的第二导电迹线
[0102] 19 第一接触盘
[0103] 20 具有第二接触盘和圆筒形壁的模块壳体
[0104] 21 插头
[0105] 22 保持座
[0106] 23 固定元件
[0107] 24 第二接触盘(模块壳体)
[0108] 25 圆筒形壁(模块壳体)
[0109] 25a、25b 圆筒形壁(模块壳体)的第一、第二凹部
[0110] 26 固定元件的压配合
[0111] 27 导电迹线的第一层
[0112] 28 导电迹线的第二层
[0113] 29a-d 导电迹线的塑料层
[0114] 30 导电迹线的第三层
[0115] 31 直到两个接触区域16a和16b的区
[0116] 32 两个接触区域16a和16b之间的区
[0117] 33 区域32内的电线
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