DE60221285T2 - Elektrolytischer neigungssensor - Google Patents

Elektrolytischer neigungssensor Download PDF

Info

Publication number
DE60221285T2
DE60221285T2 DE60221285T DE60221285T DE60221285T2 DE 60221285 T2 DE60221285 T2 DE 60221285T2 DE 60221285 T DE60221285 T DE 60221285T DE 60221285 T DE60221285 T DE 60221285T DE 60221285 T2 DE60221285 T2 DE 60221285T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
tilt sensor
electrodes
section
metal container
chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE60221285T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60221285D1 (de
Inventor
Charles E. Warminster GREWAY
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fredericks Co
Original Assignee
Fredericks Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fredericks Co filed Critical Fredericks Co
Application granted granted Critical
Publication of DE60221285D1 publication Critical patent/DE60221285D1/de
Publication of DE60221285T2 publication Critical patent/DE60221285T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C25/00Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C9/00Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels
    • G01C9/02Details
    • G01C9/06Electric or photoelectric indication or reading means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C9/00Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels
    • G01C9/18Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels by using liquids
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C9/00Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels
    • G01C9/02Details
    • G01C9/06Electric or photoelectric indication or reading means
    • G01C2009/068Electric or photoelectric indication or reading means resistive
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C9/00Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels
    • G01C9/18Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels by using liquids
    • G01C2009/182Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels by using liquids conductive

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein elektrochemische Vorrichtungen. Insbesondere betrifft die Erfindung einen elektrolytischen Neigungssensor, der mechanisch von Vorteil ist.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Elektrolytische Neigungssensoren wurden ursprünglich zur Waffenlieferung und Flugzeugnavigation entwickelt und werden nun bei Anwendungen wie zum Beispiel Nivellierung von Ölplattformen, Abwinkeln von Bohrlöchern, Konstruktionslasersysteme, Schiffsstabilisierung, Ausrichtung von Fahrzeugrädern, seismische und geophysikalische Überwachung, VR-Systeme und Robotergreifarme, etc. verwendet.
  • Elektrolytische Neigungssensoren liefern eine Ausgangsspannung proportional zum Neigungswinkel und eine Phase, welche die Richtung der Neigung angibt, wenn sie in einer entsprechenden elektrischen Schaltung ausgeführt sind. Ein elektrolytischer Neigungssensor weist typischerweise eine Glashülle bzw. ein nichtleitendes Gehäuse auf, das teilweise mit einer Elektrolytlösung gefüllt ist, und mehrere leitende Elektroden, einschließlich einer gemeinsamen Elektrode, die wenigstens teilweise in die Elektrolytlösung eingetaucht sind. Ein Abschnitt der Zelle, der ungefüllt bleibt, bildet eine Gasblase, die sich verschiebt, wenn die Zelle geneigt wird, so dass sich auch der Elektrolyt verschiebt. Infolgedessen werden die Elektroden mehr oder weniger in den Elektrolyt eingetaucht, wenn sich die Blase verschiebt. Diese Verschiebung bewirkt eine Änderung in der bedeckten Elektrodenfläche, was zu einer Änderung der Impedanz zwischen irgendeiner Elektrode und der gemeinsamen Elektrode führt. Wenn die Elektroden des Neigungssensors als Bestandteil einer entsprechenden elektrischen Schaltung ausgeführt sind, kann der Neigungswinkel mit einer Ausgangsspannung der Schaltung korreliert werden.
  • Die geometrische Ausgestaltung des Gehäuses und die Anordnung und Form der Elektroden wirken sich auf die Qualität und Leistung jeder die Neigung erfassenden Vorrichtung wie auch auf die Linearität und Empfindlichkeit des Ausgangssignals aus. Verschiedene geometrische Ausgestaltungen von Gehäusen dieser Vorrichtungen wurden im Stand der Technik offenbart; zum Beispiel offenbart das US-Patent Nr. 2,713,726 ein rechtecktiges Gehäuse; das US-Patent Nr. 3,487,303 offenbart ein kugelförmiges Gehäuse; das US-Patent Nr. 3,823,486 offenbart ein Gehäuse mit einer ringförmigen Ausgestaltung; und das US-Patent Nr. 5,170,567 offenbart ein zylindrisches Gehäuse.
  • Ein herkömmlicher elektrolytischer Neigungssensor zur Verwendung in einem relativ schmalen Betriebsbereich (d.h. "schmalwinkliger" Neigungssensor) ist in 1 dargestellt. Der schmalwinklige Neigungssensor 10 umfasst ein rohrförmiges oder "bananenförmiges" Gehäuse 12 aus einer Glashülle, aktive Elektroden 14a, 14b und eine gemeinsame Elektrode 14c, die sich ins Innere der Hülle 12 erstrecken, eine Elektrolytlösung 16, die wenigstens einen Abschnitt der Elektroden 14a, 14b und die gesamte gemeinsame Elektrode 14c umgibt, und eine Dampfblase 20. Zwischen der Hülle und den Elektroden befindet sich typischerweise eine hermetische Abdichtung, so dass die Elektrolytlösung und die Dampfblase vollständig in der Hülle bleiben.
  • Die Ausgestaltung des Gefäßes, der Elektrolyt, die Elektrodenanordnung und die Zahl der Elektroden können verändert werden, um die gewünschte Betriebscharakteristik bereitzustellen. Die Elektroden können aus Platin bestehen, und der Elektrolyt kann eine Lösung von Kaliumiod gelöst in Ethanol sein. Die Krümmung M des Gehäuses kann den Betriebs- und Empfindlichkeitsbereich der Vorrichtung bestimmen. An die elektrolytischen Neigungssensoren wird Wechselstrom angelegt. In 2 und 2A sind zwei alternative typische elektrische Schaltungen dargestellt, die bei diesem Neigungssensor verwendet werden können.
  • Bekannte Nachteile bei herkömmlichen Neigungssensoren mit Hülle sind Schwierigkeiten bei der Herstellung des Sensors. Darüber hinaus erfordert die Herstellung des Neigungssensors ein bedeutendes Maß an Geschick, Montagearbeit und arbeitsintensive Handarbeit sowie Sachverstand seitens der Bedienungsperson, um die gewünschten Parameter zu erzielen. Die Toleranzen der Glasgehäuse können dabei stark schwanken. Dies resultiert entweder in einer höheren Ausschussquote und/oder in einem größeren mechanischen und elektrischen Toleranzbereich bei den Teilen. Außerdem sind die Bauteile des Neigungssensors wegen ihrer Glaskonstruktion relativ zerbrechlich und müssen mit Vorsicht gehandhabt werden. Sie sind auch teuer in der Herstellung, und im Allgemeinen werden dabei Edelmetallelektroden verwendet.
  • Elektrolytische Neigungssensoren mit leitfähigen Hüllen, wie zum Beispiel metallische oder teilweise metallische Hüllen, wurden im Stand der Technik offenbart (siehe zum Beispiel das US-Patent Nr. 5,630,280 von Crossan, Jr. und das US-Patent Nr. 6,249,984 von Barsky, et al.). Der Neigungssensor von Crossan, Jr. ( US-Patent Nr. 5,630,280 ) weist vier gebogene Messelektroden auf, die sich in eine durch das Gehäuse definierte kugelförmige Kammer erstrecken. Das Gehäuse umfasst eine metallische Aufnahmehülle und eine Kopfplatte aus einem nichtleitenden Material wie zum Beispiel Glas. Die metallische Aufnahmehülle dient als gemeinsame Elektrode, während die Kopfplatte die Messelektroden sichert und gegenüber dem metallischen Aufnahmebehälter isoliert. Der Neigungssensor von Crossan, Jr. dient zur Verwendung in einem weiten Betriebsbereich und bietet bestimmte Vorteile, wie zum Beispiel eine verbesserte Linearität der Ausgangsspannung aufgrund von gebogenen Elektroden in Verbindung mit der kugelförmigen Kammer.
  • Der Neigungssensor, der bei Barksy, et al. ( US-Patent Nr. 6,249,984 ) offenbart wird, dessen gesamter Inhalt hierin mit einbezogen wird, umfasst eine metallische Hülle, eine mit der Hülle verschweißte Kopfplatte aus Metall und mehrere Elektroden, die sich in der Hülle befinden. Die Elektroden sind jeweils insgesamt gerade ausgeführt und sind vertikal durch die Kopfplatte hindurch angebracht, wobei sie durch Glas-Metall-Verschmelzungen isoliert sind. Ähnlich wie bei Crossan, Jr., dient dieser Neigungssensor auch zur Verwendung in einem relativ weiten Neigungswinkelbereich.
  • Demzufolge betrifft die vorliegende Erfindung weitere Verbesserungen der vorbekannten Neigungssensoren, indem sie einen elektrolytischen Neigungssensor zur Verwendung bei einer Anwendung mit schmalem Neigungswinkel bereitstellt.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrolytischen Neigungssensor nach Anspruch 1.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der elektrolytische Neigungssensor eine Aufnahmehülle mit einem Metallbehälter und einer Kopfplatte. Die Hülle definiert eine Kammer und hat mindestens zwei darin ausgebildete Öffnungen. Der Neigungssensor umfasst ferner eine Elektrolytlösung, die die Kammer wenigstens teilweise füllt, und mindestens ein Paar von Elektroden. Jede Elektrode weist einen elektrisch aktiven, quer verlaufenden Abschnitt auf, der in der Kammer im Allgemeinen parallel zu der Innenfläche des oberen Abschnitts des Metallbehälters positioniert ist, und einen Leitungsabschnitt, der sich durch die jeweilige Öffnung zur Außenseite der Hülle erstreckt. Ein Dichtungsmaterial ist in jeder Öffnung der Hülle zur abdichtenden und isolierenden Abstützung der jeweiligen Elektrode in Bezug auf die Hülle angeordnet. Der Leitungsabschnitt ist mit dem quer verlaufenden Abschnitt über einen gebogenen Abschnitt verbunden. Die Kopfplatte besteht aus einem leitfähigen Material. Kopfplatte und Behälter sind aneinander befestigt.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße elektrolytische Neigungssensor ein Paar von Elektroden auf, wobei die quer verlaufenden Abschnitte fluchten, um eine einzige Neigungsachse zu definieren. Bei einer anderen Ausführungsform weist der erfindungsgemäße elektrolytische Neigungssensor zwei Paare von Elektroden auf, wobei die quer verlaufenden Abschnitte um 90° verschoben sind, um zweifache Neigungsachsen zu definieren.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden hierin anhand der Zeichnungen beschrieben; darin zeigen:
  • 1 eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen elektrolytischen Neigungssensors;
  • 2 und 2A elektrische Schaltungen mit dem Neigungssensor von 1;
  • 3 eine Längsschnittansicht eines elektrolytischen Neigungssensors gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 3A eine Längsschnittansicht analog zu 3, in der eine alternative Konstruktion des Neigungssensors dargestellt ist, bei der die Elektroden vollständig in die Elektrolytlösung eingetaucht sind;
  • 3B eine Längsschnittansicht analog zu 3, in der eine alternative Konstruktion des Neigungssensors dargestellt ist, wobei der obere Wandabschnitt eine zusammengesetzte innere Krümmung aufweist;
  • 4 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des in 3 dargestellten Neigungssensors;
  • 4A eine vergrößerte teilweise Querschnittsansicht des Neigungssensors längs der Linie A-A von 4, in der eine mit einer Kopfplatte verbundene Leitung und ein Schweißgrat zwischen dem Behälter und der Kopfplatte dargestellt ist;
  • 4B eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer der Elektroden mit darauf ausgebildeten Isolier- bzw. Glasperlen;
  • 5 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform des elektrolytischen Neigungssensors;
  • 5A eine perspektivische Ansicht, in der eine alternative Ausgestaltung der Kopfplatte mit einem vergrößerten Flanschabschnitt dargestellt ist; und
  • 6 eine beispielhafte graphische Darstellung des Ausgangs im Vergleich zum Neigungswinkel für eine Version des Neigungssensors mit konstantem Radius.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Mit Bezug auf die Zeichnungen ist nun in 34B ein elektrolytischer Neigungssensor 30 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der elektrolytische Neigungssensor 30 umfasst einen Metallbehälter 32 und eine Baugruppe 34 aus Kopfplatte und Elektroden, die mit dem Metallbehälter 32 fluiddicht verbunden ist. Die zusammengebauten Bauteile stellen eine Aufnahmehülle bereit, die eine Kammer 36 definiert. Die Kammer 36 ist teilweise mit Elektrolytlösung 37 gefüllt und hat eine durch den Buchstaben "B" repräsentierte Gasblase.
  • Insbesondere mit Bezug auf 4 weist ein Metallbehälter 32 einen oberen Wandabschnitt 38 und einen Seitenwandabschnitt 40 auf, der von dem oberen Wandabschnitt 38 nach unten ragt. Der Seitenwandabschnitt 40 definiert eine Öffnung 42, die der Baugruppe 34 aus Kopfplatte und Elektroden gegenüberliegt. Vorzugsweise ist der Metallbehälter 32 aus Blech hergestellt. Vorzugsweise hat der Seitenwandabschnitt eine insgesamt halbzylindrische oder eiförmige Ausgestaltung, und der obere Wandabschnitt hat auf seiner Länge eine gebogene oder runde Innenfläche. Die Innenfläche der oberen Wand kann eine Krümmung "C" mit konstantem Radius haben, wie in 3 oder 3A gezeigt, oder sie kann alternativ eine zusammengesetzte Krümmung "CC" mit einem veränderlichen Radius haben, wie in 3B gezeigt. Die Krümmung "C" oder die zusammengesetzte Krümmung "CC" der Innenfläche der oberen Wand kann durch die spezielle Konstruktion des Sensors bestimmt werden und beeinflusst im Allgemeinen die Empfindlichkeit, Linearität und/oder den Betriebsbereich der Vorrichtung. Die Krümmung beeinflusst auch die Dynamik der Bewegung des flüssigen Elektrolyten. Der Seitenwandabschnitt kann eine andere Form haben, wie zum Beispiel eine rechteckige, gerundete, geriffelte oder andere axial bevorzugte symmetrische Form. Das untere Ende des Seitenwandabschnitts 40 endet an einer nach außen gebogenen Lippe bzw. einem Flansch 43. Es sollte zwar vorzugsweise ein Flansch vorgesehen sein, um die Befestigung an der Kopfplattenbaugruppe zu erleichtern, doch muss dies nicht der Fall sein. Bei einer alternativen Ausführungsform können die Außenflächen des Metallbehälters 32 eine nichtleitende äußere Schicht aufweisen, wie zum Beispiel einen Kunststoffmantel, einen polymeren Schutzüberzug oder dergleichen. Der Metallbehälter ist vorzugsweise aus handelsüblichem Material wie Nickel, Edelstahl oder anderen Metallen gestanzt oder geformt.
  • Die Baugruppe 23 aus Kopfplatte und Elektroden umfasst eine Kopfplatte 44 mit zwei darin ausgebildeten Öffnungen 46. Die Kopfplatte 44 hat einen Boden 48, der so ausgestaltet und dimensioniert ist, dass er in der Öffnung 42 des Metallbehälters 32 aufgenommen wird. Der Boden 48 hat einen Umfangsflansch 50, der mehrere Löcher 90 zur Befestigung der Vorrichtung an einer gewünschten Anwendung enthält. An der Grenzfläche zwischen den Flanschen 43 des Behälters 32 und dem Flansch 50 der Kopfplatte 44 wird durch Schweißen eine hermetische, durchgehende Abdichtung bereitgestellt. Das bevorzugte Verfahren zum Aneinanderschweißen der Flansche 43, 50 besteht darin, an dem Flansch 50 einen ringförmigen Schweißgrat 51 anzubringen (4A). Beim Schweißen konzentriert der Schweißgrat 51 den Schweißstrom und wird dadurch geschmolzen, um eine Schweißraupe zu bilden, die die Kopfplatte 44 mit dem Metallbehälter 32 verbindet und eine hermetische Abdichtung bereitstellt. Die Kopfplatte 44 besteht vorzugsweise aus metallischen Materialien wie Nickel, Edelstahl oder anderen Metallen als der Behälter 32.
  • Die Baugruppe 34 aus Kopfplatte und Elektroden weist ferner mehrere mit Glasperlen versehene Elektroden 52 auf, die in die jeweiligen Öffnungen 46 der Kopfplatte 44 eingesetzt sind. Die Elektroden 52 haben eine gebogene Ausgestaltung mit elektrisch leitenden, quer verlaufenden Abschnitten 54, die in der Kammer 36 im Allgemeinen parallel zu der Innenfläche des oberen Wandabschnitts 38 des Behälters positioniert werden können und in die darin enthaltene Elektrolytlösung 37 eingetaucht werden können. Die Elektroden 52 weisen ferner vertikale Abschnitte 56 mit Leitungsabschnitten 58 auf, die aus der Kopfplattenbaugruppe 34 herausragen, um den Neigungssensor mit einer entsprechenden, in der Technik bekannten elektrischen Schaltung zu verbinden. Die Elektroden 52 werden von Isolatoren bzw. Glasperlen 60, die unter den gebogenen Abschnitten 55 angeordnet sind, in abdichtender Weise getragen und gegen die Kopfplatte 44 elektrisch isoliert, wobei die Perlen 60 in den Öffnungen 46 der Kopfplatte 44 aufgenommen sind. Die tatsächlichen Ausgestaltungen und Abmessungen der Elektroden können, bis zu einem gewissen Grad, je nach den speziellen Aufgaben des Sensors verändert werden.
  • Mit Bezug auf 4A weist die Kopfplatte 44 ferner einen Aufnahmehohlraum 62 auf der Unterseite auf, der die durch Schweißen, Löten oder andere geeignete Mittel angebrachte elektrische Leitung 64 aufnimmt, um die Aufnahmehülle (d.h. die gemeinsame Elektrode) mit einer äußeren elektrischen Schaltung zu verbinden. Die Leitung 64 kann alternativ am Außenumfang des Metallbehälters 32 befestigt werden. Die Elektroden 52 können aus Kovar, Legierung 52 oder einem ähnlichen Material bestehen und sind vorzugsweise mit einem Edelmetall wie Platin oder Gold beschichtet. Die Glasisolatoren sind vorzugsweise aus einem Material gebildet, das zu dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Kopfplatte und der Elektroden passt. Die Elektrolytlösung 37 kann aus einer nichtwässrige, halbwässrige und nichtkorrosive Lösungen umfassenden Gruppe ausgewählt sein. Vorzugsweise ist die Elektrolytlösung eine nichthalogenierte Lösung, die im Allgemeinen keine schädliche Wirkung auf die nicht aus Edelmetall bestehenden Bauteile der bevorzugten Ausführungsform hat. Halogenierte Lösungen sollten nur bei Bauteilen aus reinem Edelmetall oder aus beschichtetem Edelmetall verwendet werden.
  • Es sei angemerkt, dass die Kammer 36 teilweise mit der Elektrolytlösung 37 gefüllt ist, so dass wenigstens einige der jeweils quer verlaufenden Abschnitte 54 der Elektroden gegenüber der Gasblase "B" freiliegen, wie in 3 gezeigt. Wie in 3A und 3B gezeigt, kann die Kammer 36 alternativ noch mehr mit Elektrolytlösung gefüllt sein, so dass alle Elektroden in die Lösung eingetaucht sind, ohne dass die Elektroden in die Blase "B" eindringen können. Diese Ausgestaltung ist machbar, weil der Metallbehälter 32 die gemeinsame Elektrode ist, und kann Vorteile bringen, da die Elektroden aufgrund ihrer reibungsfreien Anordnung die Bewegung der Blase nicht stören.
  • Wie in 4 dargestellt, sind zwei Messelektroden 52 an der Kopfplatte 44 im Abstand voneinander angebracht, wobei die quer verlaufenden Abschnitte 54 längs einer Mittellinie "x" der Kopfplatte fluchten, so dass ein entsprechender Zwischenraum zwischen ihren distalen Endabschnitten bleibt. Die Mittellinie "x" definiert eine Neigungsachse, in Bezug auf die der Grad der Neigung gemessen wird, indem die Änderung in der Ausgangsspannung durch die entsprechende Schaltung erfasst wird.
  • Mit Bezug auf 5 ist nun ein elektrolytischer Neigungssensor 70 dargestellt, der eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Der elektrolytische Neigungssensor 70 ist insgesamt ähnlich wie der oben anhand von 34B beschriebene Neigungssensor 30, weist aber ein zweites Paar von Elektroden auf. Der Neigungssensor 70 umfasst einen Metallbehälter 72 und eine Baugruppe 74 aus Kopfplatte und Elektroden, die fluiddicht verbunden sind und dazwischen eine Kammer definieren, die ähnlich wie in 33B gezeigt teilweise mit einer Elektrolytlösung gefüllt ist. Der obere Wandabschnitt 73 des Metallbehälters 72 hat vorzugsweise eine runde Ausgestaltung mit einer Krümmung "C" oder einer zusammengesetzten Krümmung "CC", ähnlich wie in 33B gezeigt. Die Baugruppe aus Kopfplatte und Elektroden umfasst eine Kopfplatte 76 mit vier darin ausgebildeten Öffnungen 78. Die Kopfplatte 76 kann einen Flanschabschnitt 76a und einen Befestigungsabschnitt 76b aufweisen, der gegenüber dem Behälter 72 hermetisch versiegelt ist. Ein ringförmiger Schweißgrat 76c kann durch das oben genannte Widerstandsschweißen zur Abdichtung vorgesehen sein. Die Baugruppe aus Kopfplatte und Elektroden umfasst ferner zwei Paare von Elektroden, d.h. vier Messelektroden 80 mit quer verlaufenden Abschnitten 82, die um die Mittelachse der Kammer herum um 90° verschoben sind. Da sie um 90° verschoben sind, definieren die zwei Paare einander diametral gegenüberliegender Elektroden zwei orthogonale Neigungsachsen, zum Beispiel die kartesischen X- und Y-Achsen. Bei dieser Ausgestaltung werden die Ausgangsspannungen der Messelektroden gemessen und miteinander korreliert, um unabhängig von der Richtung den Neigungswinkel bereitzustellen. Wenn ein Bezug für die Richtung festgelegt ist, können die Ausgangsspannungen außerdem noch weiter verwendet werden, um die Richtung der Neigung zu ermitteln. Es sei angemerkt, dass die Baugruppe aus Kopfplatte und Elektroden drei oder mehr Paare von Messelektroden aufweisen kann, die um die Mittelachse der Kammer herum angeordnet sind und in ähnlicher Weise wie oben beschrieben eine entsprechende Zahl von Neigungsachsen definieren.
  • Mit Bezug auf 5A nun kann ein elektrolytischer Neigungssensor 70 optional eine vergrößerte Kopfplatte 86 aufweisen. Die vergrößerte Kopfplatte 86 ist der Kopfplatte 76 von 5 ähnlich, nur dass sie einen vergrößerten Flanschabschnitt 86a mit mehreren Befestigungslöchern 90 aufweist, die darin ausgebildet sind, um den Neigungssensor an der gewünschten Anwendung zu montieren.
  • Mit Bezug auf 6 nun ist eine beispielhafte graphische Darstellung bestimmter Leistungscharakteristiken eines einachsigen Neigungssensors mit konstantem Radius gemäß 3 oder 4 veranschaulicht. Wenn ein Typ mit zusammengesetzter Krümmung (3B) verwendet wird, kann die Form der Ausgangskurve für eine spezielle Anwendung entsprechend ausgelegt werden.
  • Das Verfahren zur Herstellung des Neigungssensors gemäß der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden beschrieben.
  • Zunächst werden die Bauteile des in 4 und 5 dargestellten Neigungssensors hergestellt, einschließlich ohne Einschränkung der Metallbehälter und Kopfplatten, vorzugsweise durch Stanzen, spanende Bearbeitung oder Ziehen.
  • Zur Herstellung der in 4B dargestellten Kopfplattenbaugruppe werden Glasperlen 60 um die mittleren Abschnitte der Elektroden, unter den gebogenen Abschnitten, unter Verwendung einer entsprechenden Aufnahmevorrichtung gepackt. Die gefüllte Aufnahmevorrichtung wird dann bei einer Temperatur, bei der es zum Profilschmelzen der Perlen und zur Bildung einer Glas-Metall-Verschmelzung zwischen den Perlen 60 und den Elektroden 52 kommt, mit Wärme beaufschlagt. Dazu kann die Aufnahmevorrichtung durch einen Förderbandofen mit einer voreingestellten Temperatur geschickt werden, um eine Glas-Metall-Verschmelzung zu bilden. Die mit den Glasperlen versehenen Elektroden werden dann in eine vorbestimmte Tiefe in die jeweiligen Öffnungen 46 oder 78 in der Kopfplatte eingesetzt. Zusammen mit den entsprechenden Aufnahmevorrichtungen wird dann die vormontierte Baugruppe aus Kopfplatte und Elektroden wieder in dem Förderbandofen mit Wärme einer Temperatur beaufschlagt, die ausreicht, um eine "überbrückende" Glas-Metall-Verschmelzung der mit den Perlen versehenen Elektroden herzustellen, wodurch dazwischen eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung bereitgestellt wird. Ein nichtaggressiver Elektrolyt wird in das Volumen der Behälter 32 oder 72 präzisionsdosiert, wobei die Öffnungsseite nach oben weist. Diese Füllhöhe bestimmt den Neigungswinkelbereich und gewährleistet eine Blase der richtigen Größe, wie oben in Verbindung mit 33B beschrieben. Die Kopfplattenbaugruppe wird nun auf den Metallbehälter gesetzt, entsprechend mit Elektrolyt gefüllt und mit einer manuellen, halbautomatischen oder vollautomatischen Widerstandsschweißmaschine verschweißt. Die Schweißmaschine umfasst vorzugsweise eine obere Elektrode zur Aufnahme der Kopfplattenbaugruppe und eine untere Elektrode zum Kontaktieren des Metallbehälters.
  • Ein einzigartiger Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass der Sensor in sich geschlossen ist, d.h. er kann zusammengebaut werden und der Elektrolyt kann in den Behälter eingeleitet werden, ohne dass eine Einfüllöffnung notwendig ist.
  • Dadurch lässt sich der Sensor leichter fertigen, und es muss keine Einfüllöffnung abgedichtet werden. Durch das Fehlen der Einfüllöffnung wird die Integrität des Behälters verbessert und auch die Zuverlässigkeit des Sensors insgesamt wird verbessert.
  • Das oben beschriebene Verfahren ist ein schnelles und effizientes Verfahren zur Herstellung eines elektrolytischen Neigungssensors gemäß der vorliegenden Erfindung.

Claims (6)

  1. Elektrolytischer Neigungssensor (30, 70), mit: einer Aufnahmehülle mit einer Kopfplatte (44, 76) und einem Metallbehälter (32, 72) mit einem oberen Abschnitt (38, 73) und einem seitlichen Abschnitt (40), der von dem oberen Abschnitt (38, 73) nach unten ragt, wobei die Hülle eine Kammer (36) definiert und mindestens zwei Öffnungen (46, 78) aufweist, die darin ausgebildet sind; einer Elektrolytlösung (37), die die Kammer (36) wenigstens teilweise füllt; und mindestens ein Paar von Elektroden (52, 80), wobei jede Elektrode (52, 80) einen elektrisch aktiven, quer verlaufenden Abschnitt (54, 82) aufweist, der in der Kammer (36) im Allgemeinen parallel zu der Innenfläche des oberen Abschnitts (38, 73) des Metallbehälters (32, 72) positioniert ist, und einen vorderen Abschnitt (58), der mit dem quer verlaufenden Abschnitt über einen gebogenen Abschnitt (55) verbunden ist, wobei sich der vordere Abschnitt (58) durch eine jeweilige Öffnung (46, 78) des mindestens einen Paares von Öffnungen (46, 78) zur Außenseite der Hülle erstreckt, wobei die quer verlaufenden Abschnitte (54, 82) der beiden Elektroden (52, 80) im Allgemeinen fluchten, um wenigstens eine Neigungsachse zu definieren, wobei die Kopfplatte (44, 76) aus leitfähigem Material besteht und die Kopfplatte (44, 76) und der Metallbehälter (32, 72) miteinander verschweißt sind.
  2. Elektrolytischer Neigungssensor (30, 70) nach Anspruch 1, wobei I. ein Dichtungsmaterial in jeder Öffnung (46, 78) der Hülle angeordnet ist, um eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung um die Elektrode (52, 80) herum bereitzustellen; oder II. der Neigungssensor ein einziges Paar von Elektroden (52) aufweist, wobei die quer verlaufenden Abschnitte (54) eine einzige Neigungsachse definieren; oder III. der Neigungssensor mindestens zwei Paare von Elektroden (80) aufweist, wobei die quer verlaufenden Abschnitte (82) eine Vielzahl von Neigungsachsen definieren; oder IV. der obere Abschnitt (38, 73) des Metallbehälters (32, 72) eine gebogene Innenfläche aufweist; oder V. der Metallbehälter (32, 72) aus einem Nichtedelmetall besteht; oder VI. der Metallbehälter (32, 72) ferner eine äußere Schicht aus nichtleitendem Material aufweist; VII. die Öffnungen (46, 78) sich in der Kopfplatte (44, 76) befinden; oder VIII. die Kopfplatte (46, 78) ferner Aufnahmelöcher (90) zum Einbau des Neigungssensors aufweist.
  3. Elektrolytischer Neigungssensor (30, 70) nach Anspruch 2, Teil (I), wobei das Dichtungsmaterial Glas ist.
  4. Elektrolytischer Neigungssensor (30, 70) nach Anspruch 3, wobei das Glas eine Glas-Metall-Verschmelzung mit der Hülle und der entsprechenden Elektrode (52, 80) bildet.
  5. Elektrolytischer Neigungssensor (30, 70) nach einem der Ansprüche 1–4, wobei die Kopfplatte (44, 76) eine abgestufte Form hat, wobei die Kopfplatte (44, 76) und der Behälter (32, 72) so angeordnet sind, dass sie an der Stufe ineinandergreifen und die Elektrolytlösung (37) in der Kammer (36) halten.
  6. Elektrolytischer Neigungssensor (30, 70) nach einem der Ansprüche 1–5, wobei die Elektroden (52, 80) nach oben in die Kammer (36) ragen und quer zueinander positioniert sind, so dass die quer verlaufenden Abschnitte (54, 86) im Wesentlichen parallel zu einander verlaufen und die vorderen Abschnitte (58) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
DE60221285T 2001-12-13 2002-12-13 Elektrolytischer neigungssensor Expired - Lifetime DE60221285T2 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US21822 1987-03-04
US10/021,822 US6688013B2 (en) 2001-12-13 2001-12-13 Electrolytic-tilt-sensor
PCT/US2002/040039 WO2003054476A2 (en) 2001-12-13 2002-12-13 Electrolytic tilt sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60221285D1 DE60221285D1 (de) 2007-08-30
DE60221285T2 true DE60221285T2 (de) 2008-04-10

Family

ID=21806340

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60221285T Expired - Lifetime DE60221285T2 (de) 2001-12-13 2002-12-13 Elektrolytischer neigungssensor

Country Status (7)

Country Link
US (1) US6688013B2 (de)
EP (1) EP1461587B1 (de)
JP (1) JP4095963B2 (de)
AU (1) AU2002357233A1 (de)
CA (1) CA2470011C (de)
DE (1) DE60221285T2 (de)
WO (1) WO2003054476A2 (de)

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7124634B2 (en) * 2003-07-29 2006-10-24 The Boeing Company Single plate capacitive acceleration derivative detector
US7190278B2 (en) * 2004-03-08 2007-03-13 Nuvo Holdings, Llc Asset tag with event detection capabilities
US7088258B2 (en) 2004-03-08 2006-08-08 Nuvo Holdings, Llc Tilt sensor apparatus and method therefor
US7310577B2 (en) * 2004-09-29 2007-12-18 The Boeing Company Integrated capacitive bridge and integrated flexure functions inertial measurement unit
US6993849B1 (en) * 2004-11-05 2006-02-07 The Boeing Company Capacitive balance leveling device
US7360425B2 (en) * 2004-11-22 2008-04-22 The Boeing Company Compensated composite structure
US7228739B2 (en) 2004-11-23 2007-06-12 The Boeing Company Precision flexure plate
US7055254B1 (en) 2004-11-24 2006-06-06 Universitat Bremen Tiltsensor
US7331229B2 (en) * 2004-12-09 2008-02-19 The Boeing Company Magnetic null accelerometer
US7137208B2 (en) * 2004-12-14 2006-11-21 The Boeing Company Leveling device
US7100294B1 (en) * 2005-03-24 2006-09-05 Spectron Glass And Electronics, Inc Method of sensing tilt, tilt sensor, and method of manufacturing same
US7296470B2 (en) * 2005-04-14 2007-11-20 The Boeing Company Extended accuracy flexured plate dual capacitance accelerometer
US7370429B2 (en) * 2006-08-29 2008-05-13 Hall Floyd E Integrated electronic level device
US7886451B2 (en) * 2008-03-05 2011-02-15 The Fredericks Company Integral electrode tilt sensor and method for making same
JP2010096725A (ja) * 2008-10-20 2010-04-30 Keio Gijuku 傾斜センサ
CN104058366B (zh) * 2013-03-19 2016-05-18 硕英股份有限公司 微机电结构制作方法
KR102356699B1 (ko) * 2017-04-28 2022-01-27 한국전자통신연구원 3d 프린팅을 이용한 센서 제작 방법 및 그 3d 프린터
WO2019157343A1 (en) * 2018-02-08 2019-08-15 Sensor 42, LLC Intelligent poe sensor architecture, system and method
CN108981668A (zh) * 2018-10-12 2018-12-11 苏州合衡动电子科技有限公司 高精度双轴倾角传感器
US20230204355A1 (en) * 2020-06-02 2023-06-29 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Tilt Sensor and Detecting System

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2252727A (en) * 1938-08-24 1941-08-19 Gulf Research Development Co Telemetric level
US2713726A (en) 1948-09-23 1955-07-26 Northrop Aircraft Inc Bubble level condition indicator
GB937162A (en) 1959-06-12 1963-09-18 English Electric Co Ltd Improvements in or relating to tilt-sensitive devices
US3290786A (en) 1963-11-01 1966-12-13 Mithras Inc Attitude sensing apparatus
US3487303A (en) 1967-01-24 1969-12-30 Singer General Precision Device for sensing deviation from the vertical position
US3843539A (en) * 1972-06-26 1974-10-22 North American Rockwell Electrolytic solution for level devices
IT1179644B (it) 1984-05-07 1987-09-16 Marelli Autronica Dispositivo sensore elettrico di inclinazione e procedimento per la sua fabbricazione
JPS61212713A (ja) * 1985-03-18 1986-09-20 Diesel Kiki Co Ltd センサ
EP0358788A1 (de) * 1988-09-13 1990-03-21 G. + G. Technics Ag Elektrolytischer Neigungsfühler
DE4025184A1 (de) 1990-08-09 1992-02-20 Vdo Schindling Sensor zur erfassung der beschleunigung bzw. neigung
US5237753A (en) 1992-05-18 1993-08-24 Lucas Sensing Systems, Inc. Capacitive gravity sensor and inclinometer
KR960001716A (ko) 1994-06-17 1996-01-25 전성원 경사 감지센서
DE4435521A1 (de) 1994-10-04 1996-04-11 Licentia Gmbh Neigungssensor und Verfahren zu dessen Herstellung
US5612679A (en) 1995-03-14 1997-03-18 Burgess; Lester E. Electrolytic tilt sensor
US5630280A (en) 1995-05-01 1997-05-20 The Fredericks Company Dual axis electrolytic tilt sensor
US5680708A (en) 1996-01-16 1997-10-28 Precision Navigation, Inc. Temperature compensated tilt sensor
JP2990342B2 (ja) 1996-03-15 1999-12-13 ニッショー機器株式会社 一軸水平センサ
JPH10318747A (ja) * 1997-05-16 1998-12-04 Asahi Optical Co Ltd 傾斜センサ
US5852878A (en) 1997-07-14 1998-12-29 The Fredericks Company Electrolytic tilt sensing device
JP3659855B2 (ja) * 2000-02-25 2005-06-15 株式会社タイコーデバイス 傾斜センサ
US6249984B1 (en) * 2000-04-06 2001-06-26 The Fredericks Company Electrolytic tilt sensor having a metallic envelope

Also Published As

Publication number Publication date
CA2470011A1 (en) 2003-07-03
CA2470011C (en) 2011-11-08
JP2005513461A (ja) 2005-05-12
EP1461587B1 (de) 2007-07-18
US20030110652A1 (en) 2003-06-19
WO2003054476A3 (en) 2003-11-06
WO2003054476A2 (en) 2003-07-03
EP1461587A2 (de) 2004-09-29
JP4095963B2 (ja) 2008-06-04
DE60221285D1 (de) 2007-08-30
US6688013B2 (en) 2004-02-10
AU2002357233A1 (en) 2003-07-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60221285T2 (de) Elektrolytischer neigungssensor
DE3933718C2 (de)
DE2124979C2 (de) Kapazitiver Druckfühler
DE2907032A1 (de) Elektrochemischer messfuehler fuer die bestimmung des sauerstoffgehaltes in gasen, insbesondere in abgasen von verbrennungsmotoren
DE3017272A1 (de) Hermetische dichtung fuer eine elektrochemische zelle
DE1288815B (de) Bezugselektrodenanordnung
EP1610120B1 (de) Potentiometrische Messsonde mit aussenseitiger Beschichtung als Zusatzelektrode
DE3627993C2 (de) Meßrohr für einen elektromagnetischen Durchflußmesser und Verfahren zu dessen Herstellung
DE2748191C3 (de) Auswechselbarer Träger für einen Meßwertaufnehmer zur polarographischen Messung von Gasen in Flüssigkeiten, sowie Verfahren zu dessen Herstellung
DE2414839A1 (de) Elektrochemischer sensor
DE2706979A1 (de) Silber/silberchlorid-referenzelektrode
DE2705028A1 (de) Ummantelung fuer einen implantablen impulsgenerator
DE19821923B4 (de) Neigungssensor
CH658720A5 (de) Messsonde fuer lagerbehaelter.
EP2662934B1 (de) Verbindung eines elektrischen Kabels mit einem Kontaktteil
DE112004001724T5 (de) Sensor und Verfahren zur Herstellung eines Sensors
EP0247535B1 (de) Referenzelektrode für die Ionenaktivitätsmessung, insbesondere für die pH-Wertmessung
DE19818488B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer umlaufenden mediumsdichten Verbindung zwischen konzentrisch angeordneten Glasrohren unter Einschluss einer elektrischen Leiterbahn und elektrochemischer Sensor
CH691933A5 (de) Messeinrichtung zur elektrochemischen Potentialmessung.
DE2456384C3 (de) Verfahren zur Herstellung einer Dünnschichtelektrode in einem Fühlelement zur Bestimmung einer Abweichung vom Lot
DE4441548A1 (de) Neigungssensor
DE3540511A1 (de) Gasanalysator
DE2918376A1 (de) Behaelter fuer ein elektrochemisches element
DE2526867A1 (de) Niveaustandssonde
EP0517032B2 (de) Patronenförmiges Ableitelement für potentiometrische Messketten und Verfahren zu dessen Herstellung

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition