高温电容式传感器的制作方法

高温电容式传感器
1.本发明涉及一种旨在实施于例如反应器或涡轮机(如发电机涡轮机)的转动机器上的电容式传感器。
2.本发明还涉及实施这样的电容式传感器的一种电容式检测系统，和设有这些电容式检测系统的转动机器。
3.本发明的领域更具体地说但非限制性地旨在用于高温(》600℃)环境中的电容式传感器的领域。


背景技术：

4.电容式传感器可用于通过使用电容测量值确定机械间隙、距离、或物体的经过时间。电容式传感器包括主体和通过介电或陶瓷元件与主体电绝缘的电极。电极和电绝缘元件形成测量头部。
5.要确定其距离或距离变化的导电物体和传感器的电极形成电容器，该电容器的电容被测量。由该电容测量值得出距离或距离变化。
6.这样的传感器可例如旨在用于实施反应器或涡轮机中的测量或控制。可由此获得机器的叶片相对于机架的位置、这些叶片的经过时间，或关于其振动状态的信息。电容式传感器必须能够在具有高温和高压条件(例如高于800℃或1000℃，并具有数十bar)、有大的机械振动，并存在腐蚀性气体的特别严峻的环境中运作。
7.高温直接影响传感器的材料的机械和电气特性以及它们的界面，尤其是：
[0008]-热膨胀和/或弹性系数差在材料中产生可能会损害传感器性能、其可靠性和其使用寿命的机械应力；并且
[0009]-材料的电气特性(例如介电常数和电导率)可能会被改变和降低。
[0010]
因此必须找到具有与其强制使用条件兼容的电气、机械和物理化学特性的导电和绝缘材料。
[0011]
用于组装电容式传感器的技术必须允许在所选择的材料之间，为了其高温性能而实现耐久且高质量的连接。而且，在热膨胀系数和延展性方面，所组装的材料必须尽可能兼容。
[0012]
用于组装形成电容式传感器的不同部分的连接还预计有特殊要求。在除了难以找到合适的组装方法，尽管腐蚀性运作场所和高温所强加的要求，所实施的连接还必须可靠并能够保证长时间使用。
[0013]
电容式传感器的头部(由被电绝缘体围绕的电极形成)一般布置在形成传感器的主体的金属结构的中心处。该主体允许将传感器安装在固定支撑件、尤其是机器的机架上。对于相同类型的测量头部，可根据应用需求，使用不同几何形状的主体。由于其尺寸比电容式传感器头部的尺寸更大，主体一般由成本更低的导电材料形成。材料差异伴随有热膨胀系数差的增大。必须专门为组装传感器的测量头部和主体，开发组装技术。
[0014]
最后，传感器必须设计并制造为使得形成电容式传感器的元件之间的连接的不期望的断裂不会造成零件之一凸出或脱离，然后落入涡轮机的室中。


技术实现要素：

[0015]
本发明的一个目的在于弥补这些缺陷。
[0016]
本发明的一个目的在于提出与在严峻的温度和压强并存在腐蚀性气体的条件下长时间使用兼容的一种电容式传感器。
[0017]
本发明的目的还在于提出一种电容式传感器，该电容式传感器以防止形成它的零件脱离的可靠的方式组装。
[0018]
通过旨在实施在转动机器上的一种电容式传感器，达到这些目的中的至少一个，该电容式传感器包括：
[0019]-测量头部，其包括形成测量电极并具有旨在布置为面向待测量或待检测物体的称作检测表面的表面的导电零件，和由介电材料形成的围绕所述测量电极的第一介电元件；
[0020]-主体，其由导电或金属材料形成，并围绕测量头部布置，所述主体具有布置为与检测表面相对的称作第一后部面的后部面；
[0021]
该传感器还包括由金属材料制成的中间零件，该中间零件布置在测量头部与主体之间，并具有布置为与检测表面相对的称作第二后部面的后部面，所述中间零件和所述主体通过从第一后部面和/或第二后部面沿着包括在主体与中间零件之间的称作接口区域的区域延伸的至少一个焊接部连接。
[0022]
本发明的电容式传感器适于用于测量具有高温并包含腐蚀性气体的室内的运动物体的用途。具体地，它适于或旨在测量机器中的转动叶片的位置，尤其是在温度超过600℃、甚至超过800℃、甚至超过1000℃，或甚至超过1500℃的温度的环境中。
[0023]
绝非限制性地，这样的机器可以是涡轮机，例如一般性的燃烧涡轮机，或具体地说，燃气轮机，例如涡轮泵或涡轮增压器的发电机，涡轮喷气发动机，涡轮螺旋桨发动机或涡轮轴发动机。
[0024]
中间零件允许在一侧连接到测量头部，并在另一侧连接到传感器的主体。该零件选择为能够通过焊接部与主体组装。在本发明的设置中，这在传感器后部，即在传感器最远离燃烧室的高温区域并最不暴露于气体的部分实现。在该配置中，由于更不暴露于电容式传感器面对的环境所造成的损坏，焊接部因此更加可靠，
[0025]
根据一些实施例，焊接部可以围绕中间零件连续地延伸。
[0026]
连续焊接部由此允许密封传感器的主体与测量头部之间的空间。在转动机器的室内流通的气体由此不能够传播到传感器后部并损坏布置在传感器后部的元件。这些元件可以是具有其护套的传输线缆、钎焊部，或形成传感器的其它零件。
[0027]
焊接部可以通过激光或电子束实现。
[0028]
焊接部可以在中间零件与主体之间延伸大于0.1mm的深度。
[0029]
更优选地，焊接部可以延伸大于0.3mm的深度。进一步更优选地，焊接部可以延伸大于0.5mm的深度。
[0030]
根据一些实施例，接口区域可包括在第一后部面下方或在第二后部面下方延伸的称作支承区域的区域。
[0031]
接口区域可以设置为使得在与朝着测量表面的方向相反的方向上中间零件由主体保持。
[0032]
传感器的主体和中间零件可设置为使得主体保持中间零件以防止其朝着检测表面方向，和可能地在转动机器中下落或凸出。主体要么直接，要么通过其它零件，固定在机器上(机架上)。由于这些元件不直接干预电容式传感器的电气性能，更容易选择构成它们的材料和它们的固定装置。
[0033]
由此固定在机架上的主体可代表用于形成电容式传感器的其它零件，尤其是中间零件的支撑件。由此，它可被加工成能够由主体的会已经根据互补形状加工了的一部分保持。主体可由此形成台阶部或肩部，其形成支承区域，中间零件可支承在该支承区域上。该支承区域允许防止中间零件下落或其向转动机器的室凸出。
[0034]
根据一些实施方式，焊接部可在第一后部面和/或第二后部面与支承区域之间的接口区域延伸。
[0035]
除了防止中间零件下落或凸出之外，支承区域还允许控制焊接部的范围和质量。支承区域为自后部面中的至少一个竖直地延伸的焊接部强加停止点。焊接部的长度由此部分地通过主体和中间零件的形状和尺寸控制，而不是仅通过焊接部的制造方法控制。还可更好地控制焊接部沿着待连接的零件之间的界面的均匀性。还可以获得形成工作区域的材料更高的构成均匀性，这允许保证连接更好的可靠性。
[0036]
根据一些实施方式，测量电极可以是铂或主要包括铂的合金的实心零件。
[0037]
测量电极也可以是包括以下成分之一的实心零件：铑(rh)、铱(ir)、铝(al)或(au)。
[0038]
根据一些实施例，第一介电元件可以是氧化铝类型的陶瓷的实心零件。
[0039]
根据一些实施例，中间零件可以由与测量电极相同的材料形成。
[0040]
可为了其抗高温强度和其兼容的热膨胀系数而选择形成电极和第一介电元件的材料。这些零件优选地通过钎焊工艺组装。使用由与电极相同的材料形成的中间零件允许维持热膨胀系数兼容性，并维持用于测量电极与第一介电元件之间的连接的焊接的相同质量。
[0041]
根据一些实施例，主体可以由基于镍的合金形成。这些合金具有良好的抗氧化和抗腐蚀的强度，并适于反应器或能源涡轮机中所涉及的条件。尤其可以使用镍铝成形的合金或基于镍和铬的合金。
[0042]
有利地，根据本发明的电容式传感器可以还包括称作附接零件的零件，所述零件在与检测表面相对的一侧固定在测量电极上并且面向所述电容式传感器的围绕测量电极的至少一个零件延伸。
[0043]
附接零件可以特别地直接围绕测量电极固定。它可以例如固定在测量电极的在与检测表面相对的一侧，延伸到传感器的其它零件以外的部分上。
[0044]
附接零件允许防止测量电极相对于传感器的其余部分脱离。它可因此代表测量电极在传感器上的固定点，并可形成在测量电极的第一组装装置会损坏并失效的情况下的安全装置。该第一组装装置可例如是在测量电极与围绕它的介电元件之间实现的钎焊部。该钎焊部在机器运作期间，由于在高温下暴露于腐蚀性气体，可能会是脆弱的，然后由于存在高振动，可能会失效。
[0045]
因此设置附接零件保持与测量电极连成一体，并将其保持止动地抵着电容式传感器的其它元件中的一个的后部面之一。
[0046]
附接零件可以是金属的，或可由镍铝成形的合金或基于镍和铬的合金形成。
[0047]
根据一些实施例，附接零件可通过焊接固定到测量电极。
[0048]
根据其它实施例，附接零件可以通过螺纹固定到测量电极。它可以特别地拧紧在所述螺纹上。该方式可由此由附接零件与电极之间的焊接部来补充，以形成用于使得组装可靠的停止点。
[0049]
根据一些实施例，附接零件可以通过卡口组装固定到测量电极。
[0050]
在该情况下，组装零件可以包括设置为沿着测量电极的纵向槽滑动并插入所述测量电极的凹口或横向槽的凸销。
[0051]
还可以在附接零件与电极之间形成焊接部，以形成停止点并使得组装可靠。
[0052]
根据一些实施例，附接零件可具有小于或等于围绕测量电极的介电元件的侧向延伸尺寸的侧向延伸尺寸。
[0053]
介电元件由此具有足够大以能够保持整个附接零件的后表面。它尤其良好地适于附接元件是金属的并防止测量电极与电容式传感器的其它导电零件之间通过附接零件电接触的情况。
[0054]
根据一些实施例，附接零件可以与形成电容式传感器的测量头部以外的其它元件中的至少一个接触。
[0055]
根据一些实施例，测量头部可以还包括：
[0056]-形成保护电极并围绕第一介电元件的导电零件，和
[0057]-围绕所述保护电极的第二介电元件。
[0058]
本发明的该实施例适于制造称为三轴传感器的传感器。在该配置中，导电零件可以极化为与测量电极的相同的电势。这允许尤其是减小测量电极与环境之间的泄露电流，同时最小化寄生电容的影响。
[0059]
根据本发明的另一方面，提出包括根据本发明的电容式传感器和电容式检测电子装置的一种电容式检测系统。
[0060]
电容式传感器可以通过优选地同轴或三轴的传输线缆，连接到电容式检测电子装置。检测电子装置可以配置为使得测量电极极化为不同于机器在工作频率下的接地电势(m)的称作工作交流电势的交流电势，并检测在存在例如叶片的物体的情况下的由测量电极观察的与称作电极-物体电容的电容(ceo)相关的信号(vs)。
[0061]
为此，检测电子装置可以例如包括允许检测在测量电极处在工作频率下生成的电流的电子电路，例如互阻抗或电荷放大器。
[0062]
检测电子装置还可以包括提供工作电势的振荡器。
[0063]
根据本发明的另一方面，提出一种转动机器，其包括本发明的电容式检测系统，以及布置为测量所述转动机器的叶片的至少一个电容式传感器。
[0064]
这样的转动机器可以是或包括发电机(例如涡轮泵或涡轮增压器)、涡轮机(例如燃气轮机)或反应器(例如涡轮喷气发动机)。所述电容式检测系统可允许获得叶片相对于传感器的距离或机械间隙的信息。它还可以允许获得关于叶片在传感器前方的经过时间的信息，特别是关于它们的速度和/或它们各自的振动状态的信息。
[0065]
附图说明和具体实施方式
[0066]
本发明的其它优点和特征在阅读非限制性实施方式和实施例的详细描述以及以
下附图将变得显而易见：
[0067]-图1示出电容式传感器的示意图；
[0068]-图2示出根据本发明的电容式传感器的一个示例；
[0069]-图3(a)、3(b)、3(c)、3(d)示出根据本发明的传感器的不同实施例；
[0070]-图4示意性地示出本发明的电容式传感器的区域的细节；
[0071]-图5示出根据本发明的电容式传感器的另一示例；
[0072]-图6示出实施根据本发明的电容式传感器的电容式检测系统的一个示例；和
[0073]-图7示出设有根据本发明的电容式检测系统的机器的一个示例。
[0074]
应当理解，下文将描述的实施方式绝非限制性的。特别地，可以设想本发明的变体仅包括以下描述的与描述的其他特征隔离的特征的选集，如果该特征选集足以赋予技术优势或将本发明与现有技术区分开来。该选集包括至少一个没有结构细节的优选功能特征，或者仅具有部分结构细节，如果仅这部分足以赋予技术优势或将本发明与现有技术的状态区分开来。
[0075]
特别地，如果从技术角度没有什么反对这样的组合，则所述的所有变型和所有实施方式可相互组合。
[0076]
在附图中，多幅图共同的元件保持相同的附图标记。
[0077]
参照图1，描述了构成电容式传感器100的主要元件。该电容式传感器包括自传感器的前部面104沿着其对称轴线106延伸的测量电极102。测量电极102被介电元件108围绕。在电容式传感器100的后部，测量电极102连接到用于将由测量电极102测量的信号传输向信号的处理系统(未示出)的线缆110。线缆110还可以具有将测量电极102极化到电势的功能。
[0078]
根据图1的示例，根据共轴设置，电容式传感器是非对称类型的。
[0079]
测量电极102-介电元件108的组(也称作传感器的测量头部)固定在主体112中，该主体可连接到电接地。
[0080]
非限制性地，测量头部可以具有量级为毫米至几厘米的直径。
[0081]
由此构成的传感器100可以例如插入涡轮机的壁中，以通过测量转动叶片与测量电极102之间的电容式耦接，测量这些叶片的经过，尤其是它们的距离或它们的机械间隙、它们的经过时间和/或它们的分别的振动状态。
[0082]
然而，如图1所示的电容式传感器100的配置不一定适于在高温和高压下的腐蚀性环境中并且意味着有高机械振动的使用。实际上，在组装构成该电容式传感器的零件期间实施的连接必须随时间推移保持可靠，并且不脱离。
[0083]
图2示出根据本发明的电容式传感器的一个示例的示意图。
[0084]
电容式传感器200包括由从前部面206延伸的电极204和介电元件208构成的测量头部202。它还包括金属主体210。在所示的非限制性示例中，这些元件是同心的，并具有相对于轴线212的对称轴线。
[0085]
优选地，介电元件208由氧化铝制成，并且电极204由铂(pt)制成。这些材料的优点在于，对于甚至超过1500℃的温度，都具有兼容的延展性和热膨胀系数。铂具有1768℃的熔融温度，这使其成为适于目标应用要求的材料。铂也具有高抗腐蚀和氧化的强度。氧化铝是在大温度范围中维持介电特征的绝缘材料。
[0086]
一种已知的组装这些材料的技术是钎焊。在图2中示出了电极204与介电件208之间的钎焊部214的示例。为了即使在高温下也维持氧化铝的电气特性，由于热量倾向于增强可能会影响介电行为和电导率的异物扩散，对其构成越来越控制是必需的。
[0087]
形成主体210的导电材料优选地是镍铝成形的合金。这些材料特别良好地适于在反应器或能源涡轮机中涉及的条件，这是因为它们具有良好的抗氧化和腐蚀的强度。然而，它们的膨胀系数比形成介电件208的氧化铝的高。该热膨胀系数差异，加上需要氧化铝的高纯度，使得组装是困难的。
[0088]
在氧化铝208与电容式传感器的金属主体210之间布置有中间导电零件216，以便利实现传感器的主体210与测量头部202之间的连接。该零件优选地由铂制成。在两种金属材料210与216形成的界面处，实现焊接部218，其形成两种材料构成的混合物。由此，该焊接部的运作温度极限是形成它的材料的运作温度极限，而不是例如形成钎焊部所需的额外材料的运作温度极限。
[0089]
优选地，中间铂零件216通过钎焊部214b连接到介电元件208。在高温下，氧化铝的电气特性改变，并且尤其是其电导率增大，可能会由此导致氧化铝零件208和钎焊部214b形成电极204与导电中间零件216之间的电连接。电极204则不再尤其是与通常极化到接地电势的主体210电绝缘，并且电容式传感器200的性能受损。
[0090]
在本发明的一个优选实施方式中，可通过增大介电零件208的厚度(直径)，减小该现象的影响。然后，该方式造成电容式传感器的整体尺寸增大，该整体尺寸一般是应用需求所强加的。一个替代方式在于在前部面处保持氧化铝的厚度相对薄，在其它位置则更大。为此，电极具有测量需求所强加的大的前部表面，和具有更小直径的后部部分。如图2所示，电极204具有平头钉的形状。
[0091]
为了维持低电导率，自传感器的后部面，即介电厚度大的位置处，实现电极与介电零件之间和介电零件与中间导电零件之间的钎焊部。在前部面上，不存在钎焊部，允许保持介电元件与各个导电零件之间的空气界面。该界面允许有助于维持电极204与中间零件208之间的介电常数和电导率适于传感器的性能限制条件。
[0092]
在传感器后部实现的钎焊部214a、214b的位置的优点还在于更不暴露于温度和腐蚀性气体。这允许减小其氧化和损坏速度。
[0093]
除了能够在高温下维持性能并抵抗腐蚀以外，如图2所示的电容式传感器200还适于防止形成它的零件向机器内部脱离或凸出。旨在固定在机器的壁上的主体210设计为具有设置为形成支承区域并保持导电零件216的台阶部或肩部220，以防止该导电零件向前部面206的方向滑动。
[0094]
优选地，导电零件216设置为包含至少两个台阶部或肩部。第一台阶部设置为形成支承区域，并支承在主体210的台阶部220上，第二台阶部222设置为形成另一支承区域并维持介电零件208。当然，支承区域可如示出的，垂直于传感器的轴线，或包括例如锥形的倾斜表面。
[0095]
除了电极204，形成电容式传感器的每个元件可由此由另一元件保持，以使得它不能够向机器内部滑动。
[0096]
为了解决该情况，本发明的电容式传感器200包括附加附接零件224。该零件在图2中由在后部面的一侧沿着电极滑动的垫片示出。附接零件224组装在电极上，以与其连成一
体。其尺寸调整为使得它能够要么在组装传感器时，要么在电极204会脱离传感器的其余部分的情况下，支承在传感器的其它零件之一上。附接零件224由此允许保持电极204，避免其在机器中下落或凸出。优选地，附加零件224设置为面向氧化铝零件208地延伸并止动地抵着它。
[0097]
图3(a)示出一个实施例，其中，通过焊接部310实现附接零件224与电极204之间的连接。通过使用金属附接零件224，使得使用焊接部是可行的。焊接部301布置在传感器后部，这减少其暴露于高温和腐蚀风险，由此允许提高其可靠性。为了便利图示和显示出焊接部，将附接零件224描绘成透明的。
[0098]
图3(b)示出附接零件224与电极204之间的连接的另一实施例。在该情况中，代表电极204的后部部分的段部302的至少一部分是螺纹的。在附接零件224上也实现有螺纹，这允许它被拧紧在电极204的螺纹段部上。在图3(b)中，用元件304代表螺纹。为了便利图示和显示出螺纹部分，将附接零件224描绘成透明的。
[0099]
可以实现焊接部(在图3(b)中未示出)以通过例如产生停止点，增强附接零件224与电极204之间的连接。
[0100]
图3(c)和图3(d)示出附接零件224和电极204组装的另一实施例。使用卡扣附接系统。纵向槽306沿着测量电极204的杆302的一部分被挖空。附接零件224(在图3c中透明地示出)包含能够沿着纵向槽滑动并插入实现于杆302上的凹口或横向槽的凸销308。可实现焊接部(未示出)，以增强附接零件224与电极204之间的连接。
[0101]
现在回到图2和对为了连接金属元件216和主体210而实施的焊接部218的说明。
[0102]
在一个实施例中，多个焊接部218可以沿着界面分布在离散点处。优选地，焊接部218沿着整个界面是连续的。这由此允许获得密封性，以免例如湿度或气体进入连接线缆并使连接线缆以及传感器后部的其它元件受损。
[0103]
主体210取决于涡轮机用户强加的配置。通常，该主体可以在厘米至数分米的长度上延伸。
[0104]
中间零件216优选地维持相对小的尺寸(在主体与介电元件之间的厚度通常大约为0.5mm)。这允许减小连接上的机械应力并维持小的传感器尺寸。
[0105]
焊接部218实现于电容式传感器后部。即它是从主体210的和导电材料零件216的与面向待测量物体的前部面206相对的表面实现的。焊接部在传感器后部的位置允许维持焊接部远离高温和在机器的室内流通的气体，由此使其更加可靠，这尤其是因为不受到由于氧化和腐蚀问题造成的损坏。
[0106]
优选地，通过激光工艺实现将传感器主体连接到金属元件的焊接部。使用中性气体(氮气、氩气/氦气混合物)允许降低在焊接部中存在氧的风险。这允许限制(除其它外)由于在制造期间困住的氧气泡导致的焊接部腐蚀或机械脆弱的风险。
[0107]
焊接部的另一实施例是使用电子束。该技术的一个优点在于，焊接部在真空下实现，因此存在非常少的氧。
[0108]
根据本发明的一个优选配置，主体210的和金属元件216的后部表面沿着相同平面排齐，以形成平台。该具体配置是图2所示的。它允许具有垂直于表面并能够相对于待焊接的壁排齐的激光(或电子)束，以能够更好地控制焊接部的质量。
[0109]
本发明的另一有利配置在于，利用设有至少一个台阶部/肩部以能够沿着支承平
面支承在主体210的台阶部/肩部220上的中间零件216。该设置由示出图2所示的区域226的细节视图的图4a和图4b示出。该区域是主体210与金属元件216之间的形成台阶部或肩部220的界面区域。
[0110]
肩部220由图4a所示的两个界面段部402和402形成。第一段部402代表接收焊接部218的区域，该区域从主体210的和导体元件216的后部面延伸到直至在中间零件216下方延伸的界面段部404。
[0111]
形成所述区域或支承表面的界面段部404还允许形成焊接部218的停止点，主体210的肩部停止界面区域。由此通过控制其深度，控制焊接部218的质量。实际上，焊接部最深的段部(最远离能源的段部)是最难控制的，因此潜在地是最不可靠的。该段部也是最接近会具有高温并包含腐蚀性气体的区域，因此可能会最快地受损的段部。
[0112]
存在由段部402与段部404之间的角度形成的不连续性，允许确保焊接部的、尤其是其下部段部的整体质量的更佳的可重复性。由主体210强加焊接部的停止。
[0113]
而且，肩部的尺寸允许控制连接的界面长度。为了保证在高于1200℃的温度下的可靠运作的一个优选长度是0.1mm，更优选地是0.3mm，进一步更优选地是0.5mm。这些厚度数值允许同时保证主体210与中间零件216之间的足够的连接，并减低材料成本。
[0114]
回到图2，示出电极204与介电元件208之间的钎焊部214a，和/或介电元件208与铂零件216之间的钎焊部214b。它们是通过填充材料实现的。
[0115]
优选地，如图2所示，钎焊部实现于传感器的后部表面上。然而，这些钎焊部也可以从前部面实现。
[0116]
正如焊接部那样，钎焊部可以沿着所连接的材料的界面是连续的，以确保传感器的前部与后部之间的隔离。
[0117]
在一个具体实施例中，传感器的主体210可以由不同的多个部分构成。第一部分连接到根据本发明的实施方式的测量头部。该部分足够小以能够被操作并以低的难度连接到测量头部。构成传感器主体的第二部分然后通过已知的连接装置连接到第一部分。由于该连接是在相似或相同材料上实现的，并且由于该连接可布置在远离暴露于高温的区域的距离处，便利实现该连接。该方式良好地适于从电容式传感器的后部面实现焊接部。
[0118]
图5是根据本发明的电容式传感器的另一非限制性实施例的示意性图示，其示出三轴结构。该配置用于减小测量电极与其环境的导体元件之间由于寄生电容的泄露电流的目的。
[0119]
根据该实施例，如前所述，电容式传感器500包括从传感器的前部面206沿着其对称轴线212延伸的测量电极204。测量电极204被第一介电元件208围绕。在传感器500的后部，测量电极204连接到用于将由电极204测量的信号传输向信号的处理系统(未示出)的线缆502。线缆502还可用于将极化信号提供给测量电极204。
[0120]
电容式传感器500包括由导电材料制成的中间零件510。在该实施例中，该中间零件510用作设置为围绕第一介电元件208的保护电极。在该实施例中，中间零件510可被极化到与测量电极204相同的电势。该电势一般称作保护电势。该中间零件510由此用于维持在它与电极之间的几乎为零的电势差，这允许减小寄生电容的影响。
[0121]
在传感器500的后部，由中间零件510构成的保护电极还连接到信号传输线缆502，以被极化到与电极204相同的电势。
[0122]
电容式传感器500然后包括设置为围绕保护电极的第二介电元件208’。
[0123]
形成传感器的测量头部504的电极204-第一介电元件208-保护电极510-第二介电元件208’的组固定在传感器的主体506中，该主体可连接到电气接地体。在传感器的测量头部504与金属主体506之间布置有导体材料零件508，以能够根据本发明的优选实施，实现焊接部218。
[0124]
元件204、208、510、208’和508之间的分别的连接可例如由钎焊部214a-d实现。这些钎焊部可通过沿着传感器的前部面或后部面的通达来实现。图5示出一种配置，对于该配置，所有钎焊部都是通过沿着后部面通达来实现的。
[0125]
与上述类似的，元件208、208’、510、508和506设置为具有允许支承其围绕的元件的台阶部或肩部，以防止元件在机器中可能的下落或凸出。通过附接零件224防止测量电极204下落或凸出。
[0126]
图6示出实施本发明的电容式传感器的电容式检测系统的一个示例。
[0127]
电容式传感器200通过优选地同轴或三轴的传输线缆110连接到电容式检测电子装置602。检测电子装置配置为将测量电极204极化到不同于机器在工作频率下的接地电势(m)的称作工作电势的交流电势，并检测测量电极204观察到的与称作电极-物体电容的电容(ceo)有关的信号(vs)。
[0128]
根据一个实施例，检测电子装置204可以包括允许检测在工作频率下在测量电极处生成的电流的电子电路，例如互阻抗或电荷放大器。该互阻抗放大器可以尤其包括运算放大器(a)，或实现具有负反馈电容的运算放大器的电路。
[0129]
在该配置中，ao的输出提供电压vs，其幅度取决于由连接到ao的第一输入的测量电极观察到的称作电极-物体电容的电容。
[0130]
ao的输出可以直接或间接地连接到同步解调器，该同步解调器可以构成或不构成根据本发明的电容式检测设备。
[0131]
根据本发明的检测电子装置204可以还包括提供用作测量电极204的激励电势的工作电势的振荡器。
[0132]
电容式检测系统的另一示例可以实施通过传输线缆502连接到电容式检测电子装置602的电容式传感器500。检测电子装置可以配置为(除其它外)将测量电极204和保护电极216极化到工作电势。
[0133]
图7示出设有根据本发明的电容式检测系统600的转动机器700的一个示例。这样的转动机器可以是包括机架或机壳702和如图中箭头所示意性地示出的围绕轴线转动的叶片704的涡轮机、发电机或反应器。在转动机器的机架702上安装有至少一个电容式传感器200(分别地，500)，检测表面206面向机器的叶片。电容式传感器200(分别地，500)通过传输线缆110(分别地，502)连接到检测电子装置602。由此，在叶片经过电容式传感器前方时，关于测量电极与叶片704之间的建立的电容的信号(vs)由电容式检测系统600检测并处理。
[0134]
当然，本发明不限于上述示例，可不超出本发明范围地对这些示例进行众多调整。

技术特征：
1.一种电容式传感器(200；500)，其旨在实施在转动机器上，所述电容式传感器包括：-测量头部(202、504)，其包括形成测量电极(204)并具有旨在布置为面向待测量或待检测物体的称作检测表面(206)的表面的导电零件，和由介电材料形成的围绕所述测量电极(204)的第一介电元件(208)；-主体(210、506)，其由导电材料形成，并围绕所述测量头部(202、504)布置，所述主体(210、506)具有布置为与所述检测表面(206)相对的称作第一后部面的后部面；其特征在于，所述电容式传感器还包括由金属材料制成的中间零件(216、508)，所述中间零件布置在所述测量头部(202、504)与所述主体(210、506)之间，并具有布置为与所述检测表面(206)相对的称作第二后部面的后部面，所述中间零件(216、508)和所述主体(210、506)通过从所述第一后部面和/或第二后部面沿着包括在所述主体(210、506)与所述中间零件(216、508)之间的称作接口区域(226)的区域延伸的至少一个焊接部(218)连接。2.根据前一权利要求所述的电容式传感器(200；500)，其特征在于，所述焊接部(218)围绕所述中间零件(216、508)连续地延伸。3.根据前述权利要求中任一项所述的电容式传感器(200；500)，其特征在于，所述焊接部(218)通过激光或电子束实现。4.根据前述权利要求中任一项所述的电容式传感器(200；500)，其特征在于，所述焊接部(218)在所述中间零件(216、508)与所述主体(210、506)之间延伸大于0.1mm的深度。5.根据前述权利要求中任一项所述的电容式传感器(200；500)，其特征在于，所述接口区域(226)包括在所述第一后部面下方或在所述第二后部面下方延伸的称作支承区域(404)的区域。6.根据前一权利要求所述的电容式传感器(200；500)，其特征在于，所述接口区域(226)设置为使得在与朝着测量表面的方向相反的方向上所述中间零件由所述主体保持。7.根据权利要求5或6中任一项所述的电容式传感器(200；500)，其特征在于，所述焊接部在所述第一后部面和/或第二后部面与支承区域之间的所述接口区域中延伸。8.根据前述权利要求中任一项所述的电容式传感器(200；500)，其特征在于，所述测量电极(204)是铂或主要包括铂的合金的实心零件。9.根据前述权利要求中任一项所述的电容式传感器(200；500)，其特征在于，所述第一介电元件(208)是氧化铝类型的陶瓷的实心零件。10.根据前述权利要求中任一项所述的电容式传感器(200；500)，其特征在于，所述中间零件(216、508)由与所述测量电极(204)相同的材料形成。11.根据前述权利要求中任一项所述的电容式传感器(200；500)，其特征在于，所述主体(210、506)由基于镍的合金形成。12.根据前述权利要求中任一项所述的电容式传感器(200；500)，其特征在于，所述电容式传感器还包括称作附接零件(224)的零件，所述零件在与所述检测表面(206)相对的一侧固定在所述测量电极(204)上并且面向所述电容式传感器的围绕所述测量电极(204)的至少一个零件延伸。13.根据权利要求12所述的电容式传感器(200；500)，其特征在于，所述附接零件(224)是：-金属的，或
‑
由镍铝成形的合金或基于镍和铬的合金形成。14.根据权利要求12或13中任一项所述的电容式传感器(200；500)，其特征在于，所述附接零件(224)通过以下固定到所述测量电极(204)：-通过焊接，或-通过螺纹，或-通过卡口组装。15.根据权利要求12至14中任一项所述的电容式传感器(200；500)，其特征在于，所述附接零件(224)具有小于或等于围绕所述测量电极的介电元件(208)的侧向延伸尺寸的侧向延伸尺寸。16.根据前述权利要求中任一项所述的电容式传感器(500)，其特征在于，所述测量头部(504)还包括：-形成保护电极并围绕所述第一介电元件(208)的导电零件(510)，和-围绕所述保护电极的第二介电元件(208’)。17.一种电容式检测系统(600)，其包括根据前述权利要求中任一项所述的电容式传感器(200；500)和电容式检测电子装置(602)。18.一种转动机器(700)，其包括根据前一权利要求所述的电容式检测系统(600)，以及布置为测量所述转动机器的叶片的至少一个电容式传感器(200；500)。

技术总结
本发明涉及一种电容式传感器，其包括：测量头部，其包括形成测量电极并具有旨在布置为面向待测量或待检测物体的称作检测表面的表面的导电零件，和由介电材料形成的围绕所述测量电极的第一介电元件；主体，其由金属材料形成，并围绕所述测量头部布置，所述主体具有布置为与所述检测表面相对的称作第一后部面的后部面；所述电容式传感器的特征在于，所述传感器还包括由金属材料制成的中间零件，所述中间零件布置在所述测量头部与主体之间，并具有布置为与所述检测表面相对的称作第二后部面的后部面，所述中间零件和所述主体通过从所述第一后部面和/或第二后部面沿着包括在所述主体与中间零件之间的称作接口区域的区域延伸的至少一个焊接部连接。本发明还涉及一种电容式检测系统和实施该电容式传感器的转动机器。式检测系统和实施该电容式传感器的转动机器。式检测系统和实施该电容式传感器的转动机器。


技术研发人员：珍-皮埃尔
受保护的技术使用者：法格尔传感器公司
技术研发日：2021.07.12
技术公布日：2023/8/1