測量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了一種具有至少一個抗腐蝕的、面向過程的表面的測量裝置，其中，在由導電材料組成的部件(1)和由電絕緣材料組成的部件(2)之間的至少一個接合部由密封件(3)密封，以及其中，該面向過程的表面以下面的方式設有涂層(4)，使得至少密封件(3)、在導電部件(1)和密封件(3)之間的過渡區(qū)域以及在絕緣部件(2)和密封件(3)之間的過渡區(qū)域被涂層(4)覆蓋。
【專利說明】測量裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測量裝置,其面向過程(process-facing)的表面部分地由導電材料組成、并且部分地由電絕緣材料構成。該測量裝置例如是壓力傳感器、電容或電感料位測量裝置、用于檢測限位水平的微波屏障，或者雷達料位測量裝置。
【背景技術】
[0002]大量的測量裝置可用于監(jiān)測過程的過程變量。通常，這些測量裝置在其應用時暴露于苛刻的條件下，例如較大的溫度波動或者存在于侵蝕介質中。同時，通常對測量值確定的可靠性、材料電阻及衛(wèi)生有高的要求。測量裝置一般由多個不同的部件構成。而且，接觸過程介質的測量裝置的截面本身可以由多個部件構成。例如，用于電容料位測量的測量裝置具有插入容器的探針，該探針由金屬外殼、至少一個電極以及用于電極和外殼的電隔離的至少一個絕緣元件構成。在這種情況下，單獨部件之間的密封連接變得非常重要，以便防止會導致腐蝕的水分或液體進行滲透。
[0003]不同的材料可以用作絕緣材料。例子包括合成材料(例如，塑料)、玻璃或陶瓷。由合成材料組成的絕緣部的缺點在于:在高溫下可能的塑性變形，以及金屬材料和合成材料的熱膨脹系數(shù)之間的巨大差異。這樣，在金屬部分和塑料部分之間會產(chǎn)生間隙，過程介質會滲入該間隙，并且造成腐蝕。在測量裝置提供在容器中的情況下，這種密封的不足會引起泄露，這是由于過程介質可以通過測量裝置逃逸出，進入容器之外的環(huán)境。而且，細菌也有機會進入間隙，這種事件在衛(wèi)生應用的情況下是特別需要防止的。相比之下，玻璃絕緣部易受玻璃腐蝕的影響，特別是在與具有高PH值的液體接觸的情況下。
[0004]由于它們的高耐受性，陶瓷特別適合作為絕緣材料。而且，通過在考慮它們各自的熱膨脹系數(shù)同時適當?shù)剡x擇尺寸，陶瓷和金屬的膨脹可以彼此相適應。在DE102010001273A1的說明書中描述了這種溫度補償?shù)耐S結構。
[0005]陶瓷部分和金屬部分最經(jīng)常的是經(jīng)由活性焊料或硬焊材料彼此連接。然而，如果這種結構的表面與電解液接觸，則會出現(xiàn)腐蝕效應。因而，焊料和金屬部分可能產(chǎn)生電流腐蝕(電池效應)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是在分別由導電材料和電絕緣材料組成的測量裝置的各部件之間提供抗腐蝕連接。
[0007]該目的通過具有至少一個抗腐蝕的、面向過程的表面的測量裝置實現(xiàn)，其中導電材料部件和電絕緣材料部件之間的至少一個接合部由密封件密封，以及其中所述面向過程的表面以下面的方式設有涂層:使得至少密封件、導電部件和密封件之間的過渡區(qū)域、以及絕緣部件和密封件之間的過渡區(qū)域被涂層覆蓋。
[0008]在實施例中，涂層包括過渡金屬，特別是鉭、金、鉬、鋯、鈦，以及過渡金屬的化合物，特別是氧化物、氮化物、氟化物。[0009]涂層覆蓋導電部件和密封件之間的連接、以及絕緣部件和密封件之間的連接的臨界位置。密封件本身同樣被涂覆，以便過程介質與密封件不接觸。因為涂層，過程介質不會滲入導電部件和絕緣部件之間的接合部。例如，阻止了水汽凝結和空氣滲透。
[0010]例如，鉭具有特別高的抗腐蝕性。而且，鉭較好地減少了熱表面，因而適于用作涂層。
[0011]在另一個實施例中，涂層包括碳族元素，特別是碳、硅、類金剛石(DLC)，以及碳族化合物，特別是碳化硅SiC。
[0012]SiC的優(yōu)點在于其多態(tài)性，特別是其四面體性質。而且，由于SiC形成氧化硅SiO2的鈍化層，因而其是抗氧化的。此外，其具有相對高的硬度以及好的粘度。由于SiC在結構上及結晶上與金剛石類似，因而其可以較好地與涂層中的金剛石和類金剛石碳化合物結
口 O
[0013]在另一個實施例中，涂層可以是多晶的、非晶形的、部分結晶的或有織構的。
[0014]在第一實施例中，導電部件由金屬、金屬合金或導電陶瓷組成。例如，導電部件由不銹鋼、鈦、殷鋼(Invar)或科伐合金(Kovar)制成。測量裝置的導電部件例如是電極或外殼。
[0015]在另外的實施例中，絕緣部件由陶瓷材料組成。優(yōu)選地，陶瓷材料是氧化鋁陶瓷。絕緣材料的部件例如是使例如兩個電極的兩個導電部件電流隔離的絕緣部。然而，其也可以是具有測量功能的部件，例如，壓力傳感器的膜或隔膜。
[0016]在實施例中，密封件是焊料(solder)或黃銅(braze)或玻璃。
[0017]還通過制造測量裝置的抗腐蝕的、面向過程的表面的方法實現(xiàn)本發(fā)明，其中導電材料部件和電絕緣材料部件之間的至少一個接合部被密封件密封，以及其中面向過程的表面以下面的方式設有涂層，使得至少密封件、導電部件和密封件之間的過渡區(qū)域以及絕緣部件和密封件之間的過渡區(qū)域被涂層覆蓋。
[0018]本發(fā)明的方法不僅能夠制造由密封接合部分離的兩個部件之間的抗腐蝕連接，而且能夠制造其真空緊密連接。
[0019]在該方法的第一實施例中，在第一步驟中完全涂覆面向過程的表面，在第二步驟中部分地去除涂層，使得絕緣部件至少部分地沒有涂層。因而絕緣部件完全或者部分地不涂覆涂層。經(jīng)由涂層彼此導電連接以及通過絕緣部件彼此分開的導電材料部件通過部分去除涂層彼此電隔離。
[0020]在實施例中，通過去除涂覆的絕緣部件的材料來部分地去除涂層。為此，絕緣部件被生產(chǎn)裝備有犧牲凸起(sacrificial rises),然后其在涂覆處理之后沿涂層被去除。例如，使用一些其他機械方法磨去或去除犧牲凸起。
[0021]在實施例中，通過蝕刻部分地去除涂層。在該實施例中，不去除絕緣部件的材料，但是可替代地，僅選擇性地去除涂層。
[0022]在該方法的另一個實施例中，僅選擇性地涂覆密封件的面向過程的表面、導電部件和密封件之間的過渡區(qū)域以及絕緣部件和密封件之間的過渡區(qū)域。例如，通過在面向過程的表面上應用掩膜產(chǎn)生選擇性的涂層，因而，在涂層中，僅涂覆未由該掩膜覆蓋的表面。
[0023]一個實施例提供了制造出5至100微米厚的涂層。在通過汽相淀積涂層的情況下，優(yōu)選地，涂層厚度處于30至50微米之間，特別是大約40微米。[0024]在該方法另外的實施例中，涂層包括過渡金屬，特別是鉭、金、鉬、鋯、鈦，以及過渡金屬的化合物，特別是氧化物、氮化物、氟化物。優(yōu)選地，通過熱分解一個或多個鉭鹵化物通過汽相淀積鉭產(chǎn)生具有鉭的涂層。
[0025]在實施例中，涂層包括碳族元素，特別是碳、硅、類金剛石(DLC)，以及碳族化合物，特別是碳化硅Sic。SiC涂層增加了耐化學性以及耐撞擊或沖擊性，另外還是疏水的，由此可以較好地用作防粘涂層，并且具有低的表面能。而且，SiC和DLC可以在單層中結合，由此可以有利地將諸如表面能和疏水性、各自的水擴散性的物理特性優(yōu)化成組成物的功能。
[0026]在碳和碳化合物的情況下，有利的是它們的最大硬度和最大耐磨度與低摩擦系數(shù)
結合 ?
[0027]在另一個實施例中，涂層是多晶的、非晶形的、部分結晶的或有織構的。
[0028]在該方法的另一個實施例中，利用CVD(化學汽相淀積)和/或PVD(物理汽相淀積)方法制造涂層。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]現(xiàn)在，基于附圖更詳細地解釋本發(fā)明，在每一種情況下，附圖示意地表示如下:
[0030]附圖1是電容/電感料位測量裝置的探針；
[0031]附圖2是附圖1中探針的過程附近部分的截面圖；
[0032]附圖3是附圖1中探針的過程附近部分具有面向過程的表面涂層的截面圖；
[0033]附圖4是具有部分涂層表面的截面圖的截面；
[0034]附圖5是壓力傳感器；
[0035]附圖6是用于料位測量的雷達測量裝置；以及
[0036]附圖7是利用導向雷達的測量裝置。
【具體實施方式】
[0037]附圖1示例性地示出了用于電容或電感料位測量的探針10的縱向和橫向截面。在要監(jiān)測的料位高度處將這種探針10齊平地安裝進其中填充物質位于的容器中。探針10具有探針電極6、絕緣部9、保護電極7、另一絕緣部9和外殼8的同軸結構。對于電容測量來說，探針電極6提供有電交流電壓信號，并且分別測量探針電極6與外殼8、容器壁之間的電容。保護電極7被供應有與探針電極6相同的信號，并且用于在形成淤積物的情況下更可靠地測量。然而，沒有保護電極7的探針10以及具有更大的伸入容器的長度的探針10也是已知的。
[0038]在電極6、7和絕緣部之間以及在外殼8和絕緣部9之間，在每種情況下都存在接合部11形式的中間空間。每個接合部11都被密封件3密封。這在附圖2中被更準確地示出。在現(xiàn)有技術的狀態(tài)下，每個接合部11都表示有問題的位置，這是由于根據(jù)接合的實施例，會分別出現(xiàn)密封、扭曲和/或腐蝕。本發(fā)明使用涂層4解決了該問題。
[0039]使用附圖1的探針10的例子，基于附圖2-4解釋本發(fā)明的制造測量裝置的抗腐蝕、面向過程的表面的方法的優(yōu)選實施例。
[0040]附圖2示意性地公開了在將涂層4應用到面向過程的表面之前的附圖1的探針10的過程附近部分的截面。導電部件I和電絕緣部件2在這種結構中交替。導電部件I和絕緣部件2之間的每個接合部都被密封件3填充。例如，密封件3是玻璃密封或者導電焊料或黃銅。密封件以獲得密封的面向過程的表面的方式與部件1、2結合。包含在外殼8中的中空空間通過密封的面向過程的表面相對于過程特別真空緊密地密封。
[0041]絕緣部件2被產(chǎn)生有凸起部分，其面向過程并且用作犧牲材料5，即在后面的方法步驟中去除的材料。
[0042]附圖3示出了涂有鉭之后的面向過程的表面。涂層4以完全覆蓋面向過程的表面的方式被施加。涂層4的厚度例如處于5至100微米之間，其中，可實現(xiàn)的厚度取決于將鉭涂層淀積在面向過程的表面上的方法。例如，在使用TaBr5從汽相淀積涂層的情況下，大約40微米的厚度被證明是優(yōu)選的。
[0043]附圖4中示出在另外的方法步驟之后附圖3的結構的截面。在施加涂層4之后，其被部分地去除。為此,例如,通過磨削去除絕緣部件2的犧牲材料5。淀積在犧牲材料5上的涂層4的一部分與犧牲材料5 —起被去除，以便僅絕緣部件2的邊緣區(qū)域保留涂覆。該邊緣區(qū)域形成了到密封件3的過渡區(qū)域。
[0044]密封件3的面向過程的表面保留完全涂覆，以便密封件3不會接觸過程介質。
[0045]導電部件I可以保留完全涂覆；然而，涂層4也可以被部分地去除。在后面的情況下，涂層4至少保留在邊緣區(qū)域中，以便導電部件I和密封件3之間的過渡區(qū)域被鉭涂層4覆蓋。
[0046]然而，還可以以可替換的方式制造附圖4中示出的涂層圖案。為此的一個時機包含以下特征:其包括在面向過程的表面上制造和定位合適的掩膜，以便在隨后的鉭淀積時，僅涂覆該表面沒有掩膜的位置。因而，不需要制造具有可去除的犧牲材料5的絕緣部件2。在同樣未提供犧牲材料5的情況下，另一個機會包含以下特征:其中首先完全涂覆面向過程的表面，然后在另外的步驟例如在蝕刻過程中，選擇性地去除涂層4。
[0047]本發(fā)明的涂層4不限于電容或電感料位測量裝置。普遍適用地是其中導電部件I和絕緣部件2之間出現(xiàn)接合部11，并且接合部必須保持密封，使得沒有介質可以滲入接合部11。附圖5-7中呈現(xiàn)另一應用的一些例子。
[0048]附圖5示出壓力傳感器20的截面。布置在金屬外殼23中的是陶瓷電容壓力測量單元22。壓力測量單元22以過程壓力可以作用在膜21上的方式被放置在外殼23中，并且壓力測量單元22與外殼23真空緊密地連接。該連接由焊料或黃銅24制成。將本發(fā)明的涂層4施加在壓力傳感器20的面向過程的表面上，以便將膜21和外殼23的一部分完全涂覆，因而，這兩個部分之間的接合部以及焊料或黃銅24被鉭層覆蓋。膜21還可以節(jié)省涂層4，或者可以將涂層4從膜上去除。然而，至少過渡到焊料或黃銅24的窄區(qū)域被涂層4覆
至JHL ο
[0049]附圖6示出使用空心導體饋通件(feedthrough)應用連續(xù)料位測量的雷達測量裝置30。微波經(jīng)由供給元件33輻射到部分地填充有電介質34的空心導體32，從那里它們經(jīng)由角狀天線(horn antenna) 31移動到容器36中，其中作為入射波S，它們沖擊介質37，由介質反射，隨后通過測量裝置30被檢測作為出射波R。可以根據(jù)傳播時間確定料位。接合部位于角狀天線31和電介質34之間，例如由玻璃密封作為密封件3密封接合部。根據(jù)本發(fā)明，其涂有鉭層35。
[0050]附圖7示出具有同樣應用于連續(xù)料位測量的導向雷達的測量裝置40。在此，波經(jīng)由桿探針41輻射到容器36中。用于桿探針41的同軸饋通件42位于過程連接的區(qū)域中。其包括用作地電位的金屬套43和電介質44。桿探針41和電介質44之間以及套43和電介質44之間的接合部被密封件3密封，根據(jù)本發(fā)明，涂覆有鉭?？紤]到附圖的尺寸，并未示出桿探針41以及涂層周圍的密封件。該涂層類似地應用于附圖4中所示的實施例的例子。
[0051]附圖標記表
[0052]I導電部件
[0053]2電絕緣部件
[0054]3密封件
[0055]4 涂層
[0056]5犧牲材料
[0057]6探針電極
[0058]7保護電極
[0059]8 外殼
[0060]9絕緣部
[0061]10電容/電感探針
[0062]11接合部
[0063]20壓力傳感器
[0064]21 膜
[0065]22壓力測量單元
[0066]23 外殼
[0067]24焊料或黃銅
[0068]30雷達測量裝置
[0069]31角狀天線
[0070]32空心空間
[0071]33供給元件
[0072]34電介質
[0073]35鉭涂層
[0074]36 容器
[0075]37 介質
[0076]40使用導向雷達的測量裝置
[0077]41桿探針
[0078]42饋通件
[0079]43 套
[0080]44電介質
【權利要求】
1.一種測量裝置，所述測量裝置具有至少一個抗腐蝕的、面向過程的表面， 其中，在導電材料的部件(I)和電絕緣材料的部件(2)之間的至少一個接合部由密封件⑶密封，以及 其中，所述面向過程的表面以下面的方式設有涂層(4):使得至少所述密封件(3)、在所述導電部件(I)和所述密封件(3)之間的過渡區(qū)域、以及在所述絕緣部件(2)和所述密封部件(3)之間的過渡區(qū)域被所述涂層(4)覆蓋。
2.如權利要求1所述的測量裝置，其特征在于: 所述涂層(4)包括過渡金屬，特別是鉭、金、鉬、鋯、鈦，以及所述過渡金屬的化合物，特別是氧化物、氮化物、氟化物。
3.如權利要求1或2所述的測量裝置，其特征在于: 所述涂層(4)包括碳族元素，特別是碳、硅、類金剛石(DLC)，以及所述碳族化合物，特別是碳化硅。
4.如前述權利要求之一所述的測量裝置，其特征在于: 所述涂層(4)是多晶的、非晶形的、部分結晶的或有織構的。
5.如前述權利要求之一所述的測量裝置，其特征在于: 所述導電部件(I)包括金屬、金屬合金或導電陶瓷。
6.如前述權利要求之一所述的測量裝置，其特征在于: 所述絕緣部件(2)包括陶瓷材料。
7.如前述權利要求之一所述的測量裝置，其特征在于: 所述密封件(3)包括:焊料、黃銅或玻璃。
8.—種制造測量裝置的抗腐蝕的、面向過程的表面的方法， 其中，導電材料的部件(I)和電絕緣材料的部件(2)之間的至少一個接合部由密封件(3)密封，以及 其中，所述面向過程的表面以下面的方式設有涂層(4):至少所述密封件(3)、在所述導電部件(I)和所述密封件(3)之間的過渡區(qū)域、以及在所述絕緣部件(2)和所述密封件(3)之間的過渡區(qū)域被所述涂層(4)覆蓋。
9.如前述權利要求所述的方法，其特征在于: 所述面向過程的表面在第一步驟中被完全涂覆，以及 所述涂層(4)在第二步驟中被部分地去除，以便所述絕緣部件(2)至少部分地沒有所述涂層⑷。
10.如權利要求9所述的方法，其特征在于: 通過從涂覆的絕緣部件(I)去除材料來部分地去除所述涂層(4)。
11.如權利要求9所述的方法，其特征在于: 通過蝕刻部分地去除所述涂層(4)。
12.如權利要求8所述的方法，其特征在于: 僅選擇性地涂覆所述密封件(3)的面向過程的表面、在所述導電部件(I)和所述密封件(3)之間的過渡區(qū)域、以及在所述絕緣部件(2)和所述密封件(3)之間的過渡區(qū)域。
13.如權利要求8至12之一所述的方法，其特征在于: 制造出5至100微米厚的涂層(4)。
14.如前述權利要求之一所述的方法，其特征在于: 所述涂層(4)包括過渡金屬，特別是鉭、金、鉬、鋯、鈦，以及所述過渡金屬的化合物，特別是氧化物、氮化物、氟化物。
15.如前述權利要求之一所述的方法,其特征在于: 所述涂層(4)包括碳族元素，特別是碳、硅、類金剛石，以及所述碳族化合物，特別是包括碳化硅。
16.如前述權利要求之一所述的方法,其特征在于: 所述涂層(4)是多晶的、非晶形的、部分結晶的或有織構的。
17.如前述權利要求之一所述的方法，其特征在于: 使用CVD (化學汽相淀積)·和/或PVD (物理汽相淀積)方法制造所述涂層(4)。
【文檔編號】G01F23/284GK103857992SQ201280046364
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年8月23日 優(yōu)先權日:2011年9月23日
【發(fā)明者】謝爾蓋·洛帕京, 拉爾夫·萊辛格, 拉爾夫·賴梅爾特, 彼得·克勒費爾 申請人:恩德萊斯和豪瑟爾兩合公司