流控传感器 本发明涉及在流体中动作的流控传感器，和尤其涉及在腐蚀性流体如硫酸，特别是在铅蓄电池或在极性溶剂槽中动作的流控传感器。
具有压电元件或类似物的传感器装置用于流体粘度的测量，流体的固体颗粒的检测，振动的检测等。例如，美国专利申请号第08/560,658中所公开的传感器装置中，压电片和振动部分被振动，根据损耗系数、电阻、阻抗或压电片的类似物中的变化来测量流体的粘度。在这个例子中，因为压电片或振动部分是与流体接触的，所以当流体粘度大时，压电片和振动部分的振幅变小。另一方面，当流体的粘度小时，压电片和振动部分的振幅变大。然后，当电压提供给压电片时，相应于振幅的电流被检测。在流体的粘度与流体的浓度或流体中成份的密度相关的情况下，流体的浓度或密度也能被检测。例如，硫酸溶液在粘度和浓度之间有一个给定的相应关系，在硫酸的粘度和密度之间也有一个给定的相应关系。
并且，流体中固体颗粒的检测在公开具有压电片的颗粒传感器的美国专利申请第08/443,464中提出。随着流体中颗粒和具有压电片的检测部分或和振动部分的碰撞，振动部分和检测部分振动，压电片把振动转换成电信号，且其间放入压电片的一对电极输出电信号，其中的检测部分被安装到振动部分。
在测量流体粘度，检测流体中固体颗粒，及通过使用上述结构传感器装置来检测振动的情况中，需要把传感器装置安排在流体中，从而用来从流体中动作的传感器装置提取信号到外部的一个电极端子必须对于流体而言是气密和/或液密的。
鉴于以上原因，到此，如图5中所示，导线11连接到电极端子6，其连接部分再用有机树脂30或类似物注模，从而被密封，这样电极端子对于流体而言是气密和/或液密的。
然而，在上述普通的方法中，因为有机树脂对制成传感器装置的基体的陶瓷材料的粘着力弱，所以，出现注模有机树脂30或类似物从连接部分很容易地分离的问题。
考虑到先前技术的上述问题形成本发明，因此，本发明的一个目的是提供一种流控传感器，其能够容易地且确实地保持用来从传感器装置提取信号到外部的一个电极端子对流体而言是气密地和/或液密的。
为了完成上述目的，根据本发明，提供一种流控传感器，包括：具有振动部分的基体；固定在所说振动部分表面上且有一个压电片和至少一对与所说压电片接触地安排的电极的压电元件；在所说基体表面安排且电连接到所说的一对电极的电极端子；在所说的电极端子边缘的所说的基体的表面上安排的涂层材料；加压器平台；和在所说的基体和所说的加压器平台之间安装及形成以围绕所说的电极端子的密封部件；其中，通过在所说的涂层材料和所说的加压器平台之间安装所说的密封部件来保持所说的电极端子对待测流体而言是气密地和/或液密地。
最好是根据本发明的流控传感器更进一步包括一根穿入所说的加压器平台的导线；和安排在所说的导线顶上的电极连接部件，其中所说的电极连接部件和所说的电极端子是相互接触地。
应该注意的是：该流体的主要目标是液体，更特别地是高腐蚀性流体如用于铅蓄电池中的硫酸溶液，极性容剂如使用极性溶剂的水或溶液。
本发明的这些和其它目的、特性和优点将从以下结合附图的详细描述中变得更加明显：
图1A和1B表示本发明流控传感器的一个例子，其中，图1A是流控传感器的示意性透视图，和图1B是流控传感器的示意性部件分解图；
图2是说明式地表示传感器装置的剖面图；
图3A到3C表示平坦的基体边缘被密封在其中的流控传感器的一个例子，其中，图3A是流控传感器的示意性透视图，图3B是流控传感器的示意性部件分解图；和图3C是流控传感器的示意性剖面图；
图4是说明式地表示电极端子边缘部分的局部剖面图；
图5是说明式地表示普通流控传感器中电极端子的边缘部分的局部剖面图；
图6A和6B表示本发明流控传感器的另一个例子，其中，图6A是流控传感器的示意性透视图，和图6B是流控传感器的示意性部件分解图；
图7A和7B表示本发明流控传感器的再一个例子，其中，图7A是流控传感器的示意性透视图，和图7B是流控传感器的示意性部件分解图；
图8A和8B表示本发明流控传感器的再一个例子，其中，图8A是流控传感器的示意性透视图，和图8B是流控传感器的示意性部件分解图；
图9A和9B表示本发明流控传感器的再一个子，其中，图9A是流控传感器的示意性透视图，和图9B是流控传感器的示意性部件分解图；
图10A和10B表示本发明流控传感器的再一个例子，其中，图10A是流控传感器的示意性透视图，和图10B是流控传感器的示意性部件分解图；
图11A和11B表示本发明流控传感器的再一个例子，其中，图11A是流控传感器的示意性透视图，和图11B是流控传感器的示意性部件分解图；
图12A和12B表示本发明流控传感器的再一个例子，其中，图12A是流控传感器的示意性透视图，和图12B是流控传感器的示意性部件分解图；
图13A和13B表示本发明流控传感器的再一个例子，其中，图13A是流控传感器的示意性透视图，和图13B是流控传感器的示意性部件分解图；
图14A和14B表示本发明流控传感器的再一个例子，其中，图14A是流控传感器的示意性透视图，和图14B是流控传感器的示意性部件分解图；
图15A和图15B表示本发明流控传感器的再一个例子，其中，图15A是流控传感器的示意性透视图，和图15B是流控传感器的示意性部件分解图；
图16A和16B表示本发明流控传感器的再一个例子，其中，图16是流控传感器的示意性透视图，和图16B是流控传感器的示意性部件分解图；
图17A和17B表示本发明流控传感器的再一个例子，其中，图17A是流控传感器的示意性透视图，和图17B是流控传感器的示意性部件分解图；
图18A和18B表示本发明流控传感器的再一个例子，其中，图18A是流控传感器的示意性透视图，和图18B是流控传感器的示意性部件分解图；
图19A和19B表示本发明流控传感器的再一个例子，其中，图19A是流控传感器的示意性透视图，和图19B是流控传感器的示意性部件分解图；
图20A和20B表示本发明流控传感器的再一个例子，其中，图20A是流控传感器的示意性透视图，和图20B是流控传感器的示意性部件分解图；
图21A和21B表示本发明流控传感器的再一个例子，其中，图21A是流控传感器的示意性透视图，和图21B是流控传感器的示意性部件分解图；
图22A和22B表示本发明流控传感器的再一个例子，其中，图22A是流控传感器的示意性透视图，和图22B是流控传感器的示意性部件分解图；
图23A和23B表示本发明流控传感器的再一个例子，其中，图23A是流控传感器的示意性透视图，和图23B是流控传感器的示意性部件分解图；
图24A和24B表示本发明流控传感器的再一个例子，其中，图24A是流控传感器的示意性透视图，和图24B是流控传感器的示意性部件分解图；
图25A和25B表示本发明流控传感器的再一个例子，其中，图25A是流控传感器的示意性透视图，和图25B是流控传感器的示意性部件分解图；
图26A和26B表示本发明流控传感器的再一个例子，其中，图26A是流控传感器的示意性透视图，和图26B是流控传感器的示意性部件分解图；
图27A和27B表示本发明流控传感器的再一个例子，其中，图27A是流控传感器的示意性透视图，和图27B是流控传感器的示意性部件分解图。
现在，参考附图将更详细地描述本发明优选实施例。
图1A和1B表示本发明流控传感器的一个例子，其中，图1A是流控传感器的示意性透视图，和图1B是流控传感器的示意性部件分解图，图2是说明式地表示传感器装置的剖面图。
图中，传感器装置1包括一个具有振动部分7的平坦基体2，和一个固定在振动部分7表面7S上的压电元件3。在平坦基体2中确定内部空间5，从而使得振动部分7很薄。虽然未示出，内部空间5的结构使得被测量的流体通过在部分基体2上形成的洞或类似物引到内部空间5。压电元件3包括压电片4和其间放入压电片4的一对电极5a和5b。同时，电连接到这对电极5a和5b的电极端子6在平坦基体2的表面形成。
形成玻璃印刷层的涂层材料8设在平坦基体2的表面上，平坦基体2上，没有电极端子6，以便盖住围绕电极端子6的边缘部分。相应于电极端子6的部分被挖空，此处的空心部分9在涂层材料8上形成。应该注意的是：相应于平坦基体2的压电元件3的部分被挖空，此处的空心部分17也在涂层材料8上形成，且空心部分17的上部用由陶瓷材料如ZrO
2制成的外盖16覆盖和固定。
为了围绕电极端子6而形成的密封部件0-环12在平坦基体2和加压器平台14a之间安装，从而与涂层材料8的空心部分9相一致。顶部具有板簧型端子10的导线11被安装以按照与电极端子6接触这样的方式引入加压器平台14a。同时，为了接纳没有电极端子形成之处的平坦基体2的一侧，确定加压器平台14b中的凹陷处15。
如上所述，0-环12安装在介于电极端子6边缘或涂层材料8表面中的平坦基体2的表面和加压器平台14a，14b的表面之间，从而保持平坦基体2的电极端子6对被测量的流体而言是气密地和/或液密地。
介于加压器平台14a和导线11之间的气隙以用易于和加压器平台14a和导线11两者都粘着的密封材料填充气隙这样的方式保持在液体密封状态，互相配合这些部件以至于气隙实际为零，或这些部件被整体注模。
图3A到3C表示平坦基体边缘被密封情况中的流控传感器的一个例子，其中，图3A是流控传感器的示意性透视图，图3B是它的示意性部件分解图，和图3C是它的示意性剖面图。图4是说明式地表示电极端子的边缘部分的局部剖面图。
在图3A至3C中的例子中，为了存在于平坦基体2的表面的端部上的电极端子6保持对流体而言是气密的和/或液密的，平坦基体2的边缘用密封部件13涂覆，及密封部件13的两个表面都被固定地安装在一对加压器平台18a和18b之间，从而保持电极端子6对被测量流体而言是气密的和/或液密的。
甚至在这个例子中，加压器平台18a、18b和导线11象图2的上述例子中一样在液体密封状态中构成，另外，加压器平台18a和18b的边缘用粘合剂粘着，或密封部件13被延伸，从而电极端子6对被测量的流体而言保持气密和/或液密。
在这个例子中值得注意的是，因为通过密封部件13在传感器装置1厚的(台阶)部分上密封的可靠性不好的可能性是存在的，所以，选择一种韧性好的材料作为密封部件3的材料是重要的。关于这种材料，图1A和1B所示的例子并没有遇到由于传感器装置1的厚度而引起的密封可靠性不好的问题，从而能确定地保持密封电极端子6对流体而言是气密的和/或液密的。
根据本发明的流体传感器中，以基体2为平坦型为佳，但可以是棒型或管型。同时，最好是，基体2的材料为陶瓷，并以主要包括二氧化锆和氧化铝的材料为最佳。
振动部分7最好是适于振动的板状，且压电装置3设在振动部分7的一个表面上。
压电装置3包括压电片4和压电片4放入其间的一对电极5a和5b。当通过这对电极5a和5b提供电压给压电片4时，介质极化发展，引起压电片3在压电片4和振动部分7的厚度方向上和振动部分7一起柔性振动。
电极连接部件10如板簧型端子被安排在引入加压器平台14a的导线11的顶部，且电极连接部件10和电极端子6互相接触。
接触电极连接部件10和电极端子6的方法是这样一种方法，其中，电极连接部件10由易于因机械压力而变形的材料而制成的电极或类似物形成，因此电极变形以保证通过机械接触而传导，或在这种方法中，电极连接部件10由流动性的传导部件如焊料或导电膏形成，且传导部件是固化的以确保传导，而不是通过应用板簧端子或类似物作电连接部件10。
涂层材料8的安排使得相对于电极端子6安排在其上的平坦基体2的表面上的电极端子6，覆盖压电元件3的至少一侧。
在电极端子6被安排在平坦基体2的表面上的这种情况下，如果涂层材料8能覆盖电极端子6，那么涂层材料8并不必常有和平坦基体2的表面相等的面积，且电极端子的空心部分9和外盖的框型空心部分17最好在涂层材料8的两端上形成，值得注意的是外盖的框型空心部分17并不始终需要，如果它的布置能阻挡涂层材料8直接与压电元件3接触的话。
虽然涂层材料8的材料类型没有特别限制，但其以由玻璃、有机树脂、陶瓷等制成的最佳。
应该注意的是由于基体2最好由陶瓷制成，所以，从粘合的观点看涂层材料8最好由玻璃制成。
在这种情形中，优选地，由玻璃制成的涂层材料8被安排在基体2上，然后放置外盖16以覆盖空心部分17，其后通过加热使它们熔化以至于涂层材料8粘着到基体2和外盖16上。同时，在外盖16没被安排的情形中，最好略去涂层材料8的空心部分17，且在通过加热而消失的材料被安排在相应于空心部分17部分的涂层材料8和压电元件3之间后，加热它们使得在压电元件3和涂层材料8之间提供一个空间，同时使得涂层材料8粘着到基体2上。
密封部件12最好由如图1B中所示的0-环构成，但其并不局限于此，且构造成围绕电极端子6的任何部件能毫无问题地用作密封部件12。
形成密封部件的0-环12在加压器平台14a和涂层材料8之间固定，且更进一步固定在平坦基体2和加压器平台14b之间，其结果是通过涂层材料8的表面和加压器平台14a，4b的表面使得0-环12弹性变形，以至于气隙是紧密的，从而能确实地保持导线11，电极连接部件10和电极端子6对被测量的流体而言是气密的和/或液密的。
密封部件12和13的材料最好是具有优良的弹性变形的材料。
然而，甚至是塑性变形如果材料能保持电极连接部件10和电极端子6对被测量流体而言是气密的和/或液密的，那么就没问题出现。
满足上述情况的密封部件12和13的材料是，如：橡胶材料象氟橡胶、丙烯酸酯橡胶、硅橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶、或聚氨酯橡胶，有机树脂象软氯乙烯，聚酯或聚氨酯。
在仅仅一个加压器平台14a或14b的情况下，加压器平台可以固定在基体2和单个加压器平台之间。然而，最好是，如图1B中所示，加压器平台14a和14b安排在平坦基体2的两侧以把平坦基体2固定在其之间，这是因为密封能更确实地完成。
如图1B中所示，在加压器平台14a和14b被用在平坦基体2两侧上的情形中，使得螺钉20分别引入在加压器平台14a和14b中所确定的孔21，然后用螺母22拧紧，从而能固定加压器平台14a和14b。
作为另一种方法，可使用这样一种方法，其中由有机树脂制成的棒状体布置成分别引入在加压器平台14a和14b中所确定的孔21后，从加压器平台14a和14b凸出的部件由于加热而变形，同时提供压力给加压器平台14a和14b，从而固定加压器平台14a和14b，或在这种方法中，由在加压器平台14a和14b上提供的凸起部压加压器平台14a和14b以至于那些凸起部相互纠缠，从而固定加压器平台14a和14b。但是，如果使用能紧紧固定平坦基件2和其它部件的一种部件，那么其没有特殊限制。
如图3C中所示，加压器平台18a和18b最好安排在平坦基体2的两侧上，且由涂在平坦基体2边缘上的密封部件13固定。
在这种情形中，优选地，加压器平台18a和18b是容易与用密封部件13涂覆的平坦基体2结合起来且能克服密封部件13的弹性变化的形状。
加压器平台14的材料并没有特别限制，但最好是由陶瓷，玻璃，有机树脂或类似物制成。加压器平台14的材料以由氯乙烯，聚脂，ABS，丙烯基或聚丙烯制成为佳，且从经济的观点看，最好是由与涂在导线上的涂层材料相同的材料制成。
固定平坦基体的装置并不局限于象上述加压器平台一样的板体，例如，平坦基体可以固定在两种支持部件23和24之间，如图6A和6B所示(在这个详细说明中，同后面描述的“盒型”比较起来，这些支持部分就叫做“标准型”)，所示支持部分23和24之一固定到另一个中。
平坦基体2装入一个支持部件23的凹槽25中且通过另一个支撑部件24固定，然后使轴体28能按照这两种不同支持部件23和24在平坦基体2被固定在那些支持部件23和24之间的状态中互相固定的方式引入在这两种不同支持部件23和24中确定的孔26和27。
利用上述结构，简化部件的形状，从而减少部件的数量，简化工艺和增强耐腐蚀力。
如图7A和7B中所示的盒型部件29和30的支持部件的形状被应用，平坦基体2被插入的开口部分31在部件29中，同时，如图8A，8B和9A，9B中所示，支持部件23和24，24和29可分别颠倒。
轴体28的截面形状是圆形，椭圆形或多边形，然而，因为没有绕轴的转动而能增加安装准确性，所以多边形(例如三角形32)如图10A和10B中所示为优选。更进一步，如图11A和11B中所示的能容易地增加截面面积的四边形板体33为最佳。
同时，在使用四边形板体33的情形中，孔部分34和35可是槽形，以便其能延伸整个支持部件29和30的长度。利用这种结构，板体33更容易装入支持部件29和30中。
应该注意的是就整体来说板体33的截面形状不必沿轴向方向是相同的，且可以是楔形的或是间断形的。
同时，本结构的变形是允许的，例如，在轴体28上形成螺纹或使有机树脂流入孔26和27代替轴28，然后固化。
由轴体28穿入的孔26和27限为单数且可以是如图13A和13B中所示的多个的。具有这种结构，平坦基体2的连接部分的强度和耐久性增强。
同时，并非始终需要轴体28引入两支持部件23和24中，如图14A和14B所示，引入支持部件23的轴体28允许穿过支持部件24的两端；从而各部件被固定。
此外，按照与平坦基体2突出的方向横切的方向来确定孔26和27。然而，在应用盒型支持部件29和30的情形中，如图15A和15B所示，按照与平坦基体突出的方向相同的方向来确定孔26和27。
同时，如图16C中所示，在相对于0-环排斥的方向角θ满足0°＜θ＜90°的情况下，轴体28嵌入支持部件中，从而支持部件的相互耦合变得紧密。
应该注意的是为了增强0-环密封部分的气密和/或液密性，弹性部件36如板簧，椽胶海绵或弹簧垫圈在平坦基体2和支持部件24之间嵌入。
支持部件的形状，轴体的形状、轴体的嵌入方向和弹性部件的使用能适当地配合选择。表1表示其配合例子及相应图号。
表1
号 支持部件 轴体 辅助 装置 对应 图
形状颠倒安装 形状轴体数目引入，非引入 轴体插入方向
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 标准型 标准型 标准型 标准型 标准型 标准型 标准型 标准型 盒型 盒型 盒型 盒型 盒型 盒型 标准型 标准型 盒型 盒型 颠倒 颠倒 颠倒 颠倒 颠到 颠倒 颠倒 颠倒 圆形 圆形 四边形 三角形 圆形 圆形 圆形 圆形 圆形 圆形 四边形 四边形 四边形 四边形 圆形 圆形 四边形 四边形 1 2 1 1 1+1 2 1 1+1 1 1+1 1+1 1+1 1+1 1+1 1+1 1+1 1+1 1+1 引入 引入 引入 引入 非引入 引入 引入 非引入 引入 非引入 非引入 非引入 非引入 非引入 非引入 非引入 非引入 非引入 横切方向 横切方向 横切方向 横切方向 横切方向 横切方向 横切方向 横切方向 相同方向 相同方向 相同方向 横切方向 相同方向 横切方向横切方向+倾斜方向横切方向+倾斜方向相同方向+倾斜方向相同方向+倾斜方向 使用 使用 图6 图13 图11 图10 图14 图16 图17 图19 图20 图15 图21 图22 图23 图24 图16 图25 图26 图27
*颠倒安装指标准型的上部和下部支持部件与盒型的颠倒。
**轴体数目中的1+1指因轴体是非引入型所以同轴提供两个轴体的结构。
***横切方向和相同方向作为轴体的插入方向是指相对于平坦基体的突出方向的插入方向。倾斜方向是指相对于0-环的排斥方向的角度插入轴体的方向。
外盖16用于保护压电元件3，且不是主要的并可以任意地选择。外盖16的材料从任何一种金属，合成树脂，陶瓷或类似物中选择。但是，从耐腐蚀的观点看，最好是陶瓷如ZrO
2。应该注意的是由有机树脂或玻璃制成的涂层材料8在外盖16和作为粘合层的平坦基体2之间连接，且在除涂层材料8外还有外盖16和平坦基体2是由陶瓷制成的情形中，这些元件通过烧结成一体。
具有上述结构，在用强酸如硫酸或强碱如氢氧化钠溶液的流体的情形中，外盖16允许压电元件3和那些液体相互分离。
作为本发明的优选实施例，陶瓷如二氧化锆或玻璃单独或共同加热以在传感器端部上的压电元件的上部中形成一个空隙，从而保持压电元件部分对被则的流体而言是气密和/或液密的。同时，加热涂层如玻璃或陶瓷且当电极端子的一部分露出时，将被涂覆的压电元件侧面上的电极端子的一部分同时用热涂层材料涂覆。然后，密封部件在上述露出的电极端子的边缘的涂层材料如玻璃或陶瓷的表面和加压器平台的表面之间固定，从而保持电极端子对被测的流体而言是气密的或/和液密的。
在下文，将更详细地描述本发明的例子，但本发明并不局限于那些例子。(例1)
具有如图2中所示的尖端结构和从其表面露出的电极端子6，及是由二氧化锆制成的传感器装置通过重复印制烧结制造。
如图1A和1B中所示形状的涂层材料8是通过玻璃粘在传感器装置1的上部印制，且由二氧化锆制成的板16安装在空心部分17的上部，且其后它们在700℃时整体烧结，从而形成一个装置，其中除了电极端子6的后端部(空心部分9)外整个电极端子用玻璃和二氧化锆涂覆。
然后，如图1A和1B中所示，在由氯乙烯制成的加压器平台14a，由丁基橡胶制成的密封部件12和传感器装置1被定位后，由氯乙烯制成的镙钉20和镙母22按照通过密封部件12，加压器平台14a和在传感器装置1表面上的玻璃表面气密和/或液密地保持电极端子的方式拧紧。
而且，由氯乙烯制成的粘合物设在加压器平台14a与涂覆氯乙烯的导线11之间，所产生的结构中，电极端子部分中的空间相对待测量的流体而言是完全气密和/或液密的。
结果是如此构造的整个传感器浸没在50％的硫酸溶液中在60℃三个月，且其气密性和液密性得到测量，完全没有发现硫酸浸入传感器中。(例2)
通过如例1中的方法，形成整个电极端子在其中用玻璃和二氧化锆涂覆的装置。
然后，如图11A和11B中所示，在支持部件23和24，由丁基椽胶制成的密封部件12和传感器装置1被定位后，四边形板轴体33按照通过密封部件12，支持平台23，24和传感装置1的表面上的玻璃表面，电极端子保持气密和/或液密的方式插入支持部件23和24中。
同时，由氯乙烯制成的粘合物在支持平台23，24和用氯乙烯涂覆的导线11之间提供，形成电极端子部分中的空间对被测的流体而言是完全气密和/或液密的结构。
结果是如此构造的整个传感器在60℃时在50％的硫酸溶液中浸没三个月，且测量其气密性和/或液密性，完全没有发现硫酸浸入传感器中。
如上所述，根据本发明的流控传感器，用来从传感器装置提取一个信号到外部的电极端子部分能容易地且有力地保持对流体气密的和/或液密的。因此，本发明最好应用在流控传感器中，该流控传感器在腐蚀性流体如铅蓄电池中的硫酸在极性溶剂中或在使用极性溶剂的溶液中动作。
为了说明和描述，提出本发明优选实施例的上述描述。它并不彻底或并不局限于所揭示的准确形式，且根据上述教导，得到本发明的变形和改进是可能的。为了解释本发明的原理及其实际应用，使本领域技术人员能够在各种实施例和各种变形情况下利用本发明，选择并描述了实施例。本发明的范围由所附的权利要求及等同物定。