用于流体状态监测器的探头组件及其制造方法 【技术领域】
本发明涉及用于提供一操作系统中流体的瞬时状态的实时电信号指示的传感器。具体地说，本发明涉及发动机润滑以及动力传动装置(例如机动车的自动变速器)中的液压致动所用的流体中的流体状态监测(装置)。
背景技术
已知如在R.A.Bauer等人名下并转让给本发明的受让人的美国专利6278281中所述，采用与体积流体阻抗和电极的表面阻抗有关的不同频率下的阻抗谱(impedance spectroscopy)或阻抗测量来确定操作流体随时间和服务而变化的状态。上述流体状态监测器采用一对电极，这对电极和它的交叉组合型单元一起设置在一般为平面的阵列中或者设置成隔开的平行板，并且设置成浸在待监测的流体中。上述Bauer等人的’281号专利中的探头装置的缺点在于难于支承和屏蔽该装置以使其不受机械干扰，例如在要将探头浸在温度升高的机动车变速器流体或发动机润滑剂中地情况下，由于振动或流体运动(例如飞溅或压力扰动)而引起的机械干扰。
而且已经证明，上述探头中的电极元件难于设置、尤其在电极由沉积在基质上的薄材料形成的情况下更是如此，从而难以提供所需的表面积和间距，并且不够坚固且制造成本较高。
而且，在阻抗测量型的流体监测中在为上述类型的探头提供足够高的信噪比时还遇到了一些问题。因此，一直希望提供一种改进的传感器探头，该传感器采用阻抗谱法来实时监测关于流体污染和组成变化的流体状态，并且希望提供这样一种改进的探头，这种探头在恶劣的服务环境中也很可靠，并且易于制造，且在机动车应用方面需要大量生产时成本较低。
【发明内容】
本发明提供一种要用在传感器中的探头组件，该传感器采用阻抗谱法来实时监测流体的状态，例如液压流体，包括自动变速器流体和矿物型发动机润滑油；本发明采用一对浸在待监测的流体中的同心的管状电极。
本发明的探头组件中的电极可以从其连接到一端盖上的一相应的设置端被电连接。如果需要，每个管状电极可以有一从该电极沿轴向延伸而形成的一体的连接器端子。
管状内电极在与管状外电极的内圆周相距一预定距离的地方设置有一个最小的表面积。在一个实施例中，电极组件被浸在容纳在一可以作为法拉第屏蔽的容器内的流体内，则探头组件自身不需要屏蔽；但是在另一个实施例中，如果电极被浸在不起法拉第屏蔽作用的容器或外壳内的流体内，则探头采用其自带的外管状法拉第屏蔽。本发明提供一种探头组件，它具有一对隔开的同心管状电极，该电极在结构上适于用阻抗谱法实时测量流体状态，同时该电极材料提供一种坚固的结构并具有最小体积，并且易于构形以穿过形成在流体容器例如发动机曲轴箱或变速器箱壁上的孔而安装。而且，本发明还提供为改进的信噪比而设置的电极，从而使遥控信号处理所需的信号调节的量最小。除了提供零电场外壳(zero E fieldenclosure)以防止感应/信号电流(sensing current)泄露并消除电磁干扰(EMI)外，法拉第屏蔽外壳还可以减少流体扰动，并保持较好的等温状态。
【附图说明】
图1是适于监测在一作为法拉第屏蔽的容器内的流体的本发明的一个实施例的侧视图；
图2是沿图1的剖面指示线2-2所得的剖视图；
图3是图1中的探头组件的分解图；
图4是图1中的探头组件在装配状态的透视图；
图5是采用自带的法拉第屏蔽的本发明的另一个实施例的侧视图；
图6是图5中的探头组件的顶视图；和
图7是沿图5的剖面指示线7-7所得的剖视图。
【具体实施方式】
参照图1和2，一适用于监测机动车自动变速器中的流体的本发明的实施例整体上标记为10，它包括一管状内电极12，该内电极12具有在用参考字母L表示的一定长度上与一管状外电极14的内圆周相距一预定的量的外表面，从而为在已知距离处隔开的电极提供规定的表面积。
内电极12具有一缩径部分16，该部分被接纳在一端盖或套管18内，套管18具有一贯穿自身的通道20，穿过该通道20延伸的一连接器端子22优选沿轴向延伸而成形，并且与内电极12的端部一体地形成一元件。
外电极14被接纳在形成于端盖18上的一缩径部分24的外围，用于使内电极12和外电极14保持希望的间隔开的关系。一第二电端子26从外电极14的端部沿轴向延伸，并且优选与外电极14一体地形成一个元件。端子26穿过一槽28(见图5和6)。
参照图1至4，内、外电极12、14远离端盖18的端部上设置有一远端端盖30。端盖30内形成一埋头孔32，该埋头孔32被接纳在一形成于内电极12上的缩径部分34的外围；且端盖30具有一缩小的外径部分36，该缩小的外径部分36被接纳在外电极14的内圆周内且与之紧密配合。外电极14上形成有多个孔38，以便可以使内、外电极之间的空间流体连通。
如果需要，实施例10可以有一个形成在套管/端盖30的端部上的整体上用40表示的分叉端部，该分叉端部40适于通过外部结构(未示出)对其进行咬合锁定连接以支承探头的远端。
在目前优选的实践中，以用参考字母D表示的隔开距离隔开的电极的面积在约8.1到10.8cm2的范围内；且间距在约0.15到0.55mm的范围内。目前，在监测自动变速器流体的优选的实践中，实施例10所用的间隙D标称上优选约为0.13mm，在长度L上的电极的面积为8.1cm2。电极12、14中至少有一个在长度L上的壁厚优选约为1.5到2.0mm。
在本发明目前优选的实践中，为了监测自动变速器流体，间距D、D’在0.10到0.15mm的范围内。为了监测诸如用在柴油和汽油发动机内的矿物基/型发动机润滑剂，间距D、D’优选在0.38到0.55mm的范围内。
不难理解，探头组件10可以穿过一具有与电极14的外径紧密地相互配合的隙径的流体容器壁上的孔(未示出)安装，从而端盖18的下表面对齐并抵靠在容器壁的外表面上。如果需要，探头组件的远端还可以通过将分叉端40连接到流体容器内任何合适的支承结构(未示出)而得以支承。另外，也不难理解探头组件10还可穿过其壁内具有足够的导电材料、从而作为探头10的管状电极的法拉第屏蔽的一流体容器壁而安装，例如，自动变速器或油槽或发动机曲轴箱的金属外壳。
参照图5至7，本发明的另一个实施例整体上用50表示，它包括一管状内电极52，该内电极52的表面积由一长度L’限定在所述实施例10的所设定的范围内，且该内电极52设置在一管状外电极54之内，并与外电极54的间隔距离由参考字母D’表示，该外电极54绕内电极52同心地设置。不难理解，实施例50中的间距D’在上面所述的实施例10的间距D的设定的范围内。
内电极52有一形成在其上端的缩径部分56，该缩径部分56被定位在形成于端盖60的下表面内的一环形槽58内。
如图7所示，内电极52有一优选与该内电极52一体地形成的电连接端子62，该端子62轴向延伸穿过设置在套管/端盖60内的一通道64并向外延伸。
外电极54类似地也有一优选与该外电极54一体形成的电连接端子66，该端子66轴向延伸穿过形成于端盖60内的一通道68并沿轴向向外延伸。
内电极52的远端或下端有一形成于其上的缩径部分70，该缩径部分70被接纳在形成于下端盖74内的一槽72内。端盖74在一直径大于槽72的位置处形成一类似的槽76，外电极54的下端被接纳在该槽76内。端盖74有一缩径部分78，该缩径部分78被可滑动地接纳在外电极54的内圆周内并与之紧密配合。
一外部的管状法拉第屏蔽80被接纳在端盖60、74的外面，且在屏蔽80的上端紧密配合在端盖60上的一缩径部分82的外面。屏蔽80的下端被接纳在形成于下端盖74上的一缩径部分84的外面且与缩径部分84紧密配合。可以用任何合适的方法例如紧固件86—尽管不难理解也可以使用其他技术，例如压入配合、焊接或粘合—将该屏蔽紧固到上端盖60和下端盖74上。法拉第屏蔽80有一电连接端子88，该电连接端子88优选与法拉第屏蔽80一体形成，且从法拉第屏蔽80开始轴向延伸穿过形成于上端盖60内的一凹陷部或槽90。
因而探头组件50为内、外电极提供一个自含/自带的法拉第屏蔽，并且可以安装在没有提供足够的电极屏蔽的流体容器内。
法拉第屏蔽80上形成有多个孔92，从而使容器内的流体可以流向容纳在屏蔽80内的电极。类似地，外电极54上也形成有多个孔94，从而使流体可以到达内、外电极的表面。
因此，本发明提供一种用于通过阻抗谱法实时监测流体状态的改进的探头组件，该流体例如是包括自动变速器流体或发动机润滑剂的液压流体，还提供改进的信噪比、结构坚固性以及较低的制造成本。
尽管上面已经结合图示的实施例对本发明作了说明，但不难理解本发明还能作出变型和改变，并且仅由下面的权利要求书限定。