(57)【要約】【課題】湿気、埃又は汚染粒子及び侵食性物質が、プラグ要素とソケット要素（５）との間の信号伝送を損なわないように、コネクタ（１）によって伝送線（２）を少なくとも１つのセンサに接続すること。【解決手段】コネクタ（１）は、プラグ要素（４）とソケット要素（５）との間の無接点の信号伝送を実現する手段（８，９，１０，１１）を有する。【選択図】      図１
2008021656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素センサを測定用変換器に接続するための伝送線がコネクタ（１）により接続可能な酸素センサであって、
このコネクタは、プラグ要素（４）と、前記伝送線を前記酸素センサに接続するために、このプラグ要素（４）に着脱可能に接続されるソケット要素（５）とを有し、
前記プラグ要素（４）とソケット要素（５）との一方は、前記酸素センサに複数の電気的接点（７）により接続され、湿気、埃又は汚染粒子、及び侵食性物質が、これら電気的接点の領域に侵入することを防止するために、これら電気的接点の領域には、適当な封止部が設けられ、
前記伝送線は、複数の電気的接点により前記コネクタの他方の要素に接続され、この接続は、湿気、埃又は汚染粒子、及び侵食性の又は腐食性の物質が、これら電気的接点の領域に侵入することを防止するために、適当な手段により封止されている、酸素センサにおいて、
前記コネクタは、前記プラグ要素とソケット要素との間の誘導的な信号伝送のための手段をさらに有し、
前記プラグ要素とソケット要素とは、各々、これらプラグ要素とソケット要素との間のディジタル信号伝送を達成するための手段を有し、また、
電源信号が前記酸素センサに供給され、測定信号がこの酸素センサにより発生され、少なくとも１つのフィルタ要素が前記プラグ要素とソケット要素とに設けられ、この結果、前記測定信号は、前記電源信号から分離されることを特徴とする酸素センサ。
【請求項２】
前記プラグ要素は、フェライトコア変成器の第１の部分を備えている第１のコイル要素をさらに有し、前記ソケット要素は、フェライトコア変成器の第２の部分と、第２のコイル要素とをさらに有する請求項１の酸素センサ。
【請求項３】
前記酸素センサに電気的に接続されている前記コネクタには、前記酸素センサの測定信号を増幅するための演算増幅器が設けられている請求項１又は２の酸素センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラグ要素と、このプラグ要素に取外し可能に結合することができるソケット要素とを有し、少なくとも１つのセンサに伝送線を接続するためのコネクタに関する。
【０００２】
本発明は、更に、コネクタのプラグ要素と取外し可能に結合されることができる、コネクタのソケット要素であって、コネクタは少なくとも１つのセンサに伝送線を接続するために用いられてなるソケット要素に関する。
【０００３】
本発明は、更に、コネクタのソケット要素と取外し可能に結合されることができる、コネクタのプラグ要素であって、コネクタは少なくとも１つのセンサに伝送線を接続するために用いられてなるプラグ要素に関する。
【０００４】
最後に、本発明は、コネクタのプラグ要素と、このプラグ要素に取外し可能に結合されることができる、コネクタのソケット要素との間の、信号伝送方法であって、コネクタによって少なくとも１つのセンサに伝送線を接続することができる方法に関する。
【背景技術】
【０００５】
プラグ要素は、少なくとも１つのセンサに、ソケット要素は伝送線に割り当てられていることができる。しかし乍ら、他に、少なくとも１つのセンサはソケット要素を有することができて、その場合、伝送線はプラグ要素に割り当てられている。
【０００６】
コネクタによって少なくとも１つのセンサに接続されている伝送線は、センサからの測定信号を伝送するために及び／又はセンサ用の電源信号を伝送するために用いられる。従来の技術から知られるコネクタの場合、測定信号及び／又は電源信号は、コネクタを介して、ソケット要素とプラグ要素との間の導電結合によって伝送される。コネクタのソケット要素とプラグ要素との間の導電結合を形成することができるように、ソケット要素及びプラグ要素には、ソケット要素とプラグ要素が互いに結合されているときに互いに接触する、導電材料からなる電気的接触要素がなければならない。
【０００７】
特に、コネクタを、湿気のある又は化学的に侵食性の環境の中で用いるとき、コネクタの密閉性及び電気的絶縁性への高い要求を出さねばならない。例えば湿気、埃又は汚染粒子及び侵食性物質の侵入は、コネクタの電気的接触要素同士の間のショート又は接触要素の腐蝕をもたらすであろう。しかし、測定信号の評価による確実な測定及び／又は少なくとも１つのセンサへの電気的エネルギーの確実な供給は，侵入によって損なわれることはない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、本発明の課題は、湿気、埃又は汚染粒子及び侵食性物質が、コネクタを通って、信号伝送性能を損なうことがないように、コネクタによって伝送線を少なくとも１つの酸素センサに接続することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題を解決するため、本発明は、明細書導入部に記載のタイプのコネクタを前提として、コネクタが、プラグ要素とソケット要素との間の無接点の信号伝送を実現する手段を有することを、提案する。
【００１０】
本発明に係わるコネクタを、只１つのセンサ又は複数のセンサを有する測定手段に伝送線を接続するために用いることができる。コネクタによって、電源信号を、１つのセンサに又は複数のセンサを有する測定手段に、しかしまた、１つのセンサからの測定信号又は測定手段からの複数の測定信号を伝送することができる。コネクタは、酸素センサ用に用いることができる。
【００１１】
無接点の信号伝送を異なった方法で実現することができる。例えば、光学的、誘導的又は容量的信号伝送が考えられる。このためには、コネクタのソケット要素及びプラグ要素には、対応の無接点の信号伝送を実現する適切な手段が設けられていなければならない。
【００１２】
プラグ要素は、少なくとも１つのセンサに割り当てられており、ソケット要素は伝送線に割り当てられていることができる。しかし乍ら、他に、少なくとも１つのセンサはソケット要素も有することができ、そのとき、伝送線はプラグ要素に割り当てられている。
【００１３】
伝送線を少なくとも１つのセンサに接続するためには、プラグ要素を、知られるように、ソケット要素に差し込む。しかし、ソケット要素プラグ要素が互いに差し込まれているとき、従来の技術とは異なり、ソケット要素の接触要素とプラグ要素の接触要素との間の導電結合が生じない。むしろ、ソケット要素及びプラグ要素を接合させることによって、ソケット要素及びプラグ要素に設けられている、無接点の信号伝送を実現する手段は、一定の位置へ互いに相対してもたらされる。それ故に、コネクタによって、確実な無接点の信号伝送がなされることができる。
【００１４】
電気的接触要素をソケット要素及びプラグ要素から導き出す必要がないので、ソケット要素及びプラグ要素を、外に対して完全に密閉することができる。ソケット要素とプラグ要素との間の密閉が、湿気、埃又は汚染粒子及び侵食性物質の侵入を完全に阻止することができないときでさえ、侵入する物質がソケット要素自体又はプラグ要素自体に侵入することはない。ソケット要素とプラグ要素が互いに差し込まれているとき、ソケット要素及びプラグ要素との間にギャップが形成されることができる。このギャップに侵入した湿気、埃又は汚染粒子及び侵食性物質は、ソケット要素とプラグ要素との間の信号伝送性能へほとんど作用を有さず、無接点の信号伝送を損なわない。
【００１５】
本発明に係わるコネクタを用いて、少なくとも１つのセンサへの送電線の接続を実現することができる。この接続の場合、湿気、埃又は汚染粒子及び侵食性物質は伝送性能を損なわない。本発明に係わるコネクタによって、更に、少なくとも１つのセンサと、伝送線の端部に接続された測定用変換器との間の漏れ電流は電気的分離によって回避されることができる。電位平衡回路網及び類似の手段の使用は省略できる。更に、本発明に係わるコネクタは特に防爆である。本発明に係わるコネクタの他の利点は、プラグ及びソケット用ハウジングを均等にすなわち完全に密封状態で形成する可能性である。このことによって、より高い機械的強度を達成することができる。
【００１６】
本発明の好都合な実施の形態に基づいて、コネクタがプラグ要素とソケット要素との間の誘導的な信号伝送を実現する手段を有することが提案される。
【００１７】
本発明の好都合な実施の形態に基づいて、プラグ要素はフェライトコア変成器の第１の部分を有する第１のコイル要素を具備し、ソケット要素はフェライトコア変成器の第２の部分を有する第２のコイル要素を具備すること、が提案される。コネクタによって伝送される測定信号又は電源信号は、一定の周波数で伝送される。センサの測定信号をまず増幅し、次に周波数対応信号に変換することができる。次に、測定信号は一定の周波数で誘導的に伝送線へ、更に測定変換器へ伝送される。電源信号を、同様に、一定の周波数で、コネクタによって伝送することができ、誘導的な信号伝送を実現する手段及び少なくとも１つのセンサに給電するために、用いられることができる。芯材料及び変圧器の構造はコネクタの伝送線に影響を及ぼす。適切な芯材料及び変圧器の適切な構造の選択はセンサ及び用途に特定して及びコストの観点で行なうことができる。
【００１８】
プラグ要素及びソケット要素には、夫々、センサからの測定信号と1つ又は複数のセンサのための電源信号とを分離する少なくとも１つのフィルタが設けられていることは、好都合である。
【００１９】
本発明の他の好都合な実施の形態に基づいて、コネクタはプラグ要素とソケット要素との間の光学的な信号伝送を実現する手段を有すること、が提案される。光学的な信号伝送は、任意の周波数範囲で、可視光又は不可視光によってなされることができる。
【００２０】
本発明の好ましい実施の形態に基づいて、プラグ要素及びソケット要素は、信号伝送にとって重要な周波数範囲、少なくともその範囲にある光を透過する材料からなるハウジング領域を有すること、が提案される。
【００２１】
プラグ要素及びソケット要素が互いに結合されているとき、光透過性の領域が互いに向かい合って設けられていること、は好都合である。かくて、信号伝送のために光学信号を、問題なく、ソケット要素からプラグ要素へ及びその逆に伝送することができる。
【００２２】
プラグ要素が少なくとも１つの光結合素子の送信又は受信素子を有し、ソケット要素が、少なくとも１つ光結合素子の、送信又は受信素子に割り当てられた受信又は送信素子を有すること、は好ましい。
【００２３】
本発明の他の好都合な実施の形態に基づいて、コネクタはプラグ要素とソケット要素との間の容量的な信号伝送を実現する手段を有すること、が提案される。プラグ要素がコンデンサの第１の容量性本体を有し、ソケット要素がコンデンサの第２の誘導性本体を有すること、は好都合である。簡単な場合では、容量的本体は、例えば、平板コンデンサのプレートとして形成されており、プラグ要素及びソケット要素は夫々１枚のプレートを有する。
【００２４】
本発明の好ましい実施の形態に基づいて、１つの又は複数のセンサに割り当てられたプラグ要素又はソケット要素は、演算増幅器を有すること、が提案される。演算増幅器は、１つの又は複数のセンサの測定信号が、コネクタを介して、無接点の信号伝送によって伝送される前に、前記測定信号を増幅する。
【００２５】
本発明の他の好ましい実施の形態に基づいて、１つの又は複数のセンサに割り当てられたプラグ要素又はソケット要素は、センサの測定信号を周波数対応信号に変換する電圧制御発振器（ＶＣＯ）を有すること、が提案される。電圧制御発振器によって、センサの測定信号は、無接点の信号伝送の前に周波数対応信号へ変換される。電圧測定信号でなく、周波数対応信号が伝送されるのであって、周波数対応信号は電圧測定信号よりも遥かに妨害不感受である。
【００２６】
本発明の課題の他の解決策として、明細書導入部に記載のタイプのコネクタのソケット要素を前提として、ソケット要素は、プラグ要素への無接点の信号伝送を実現し、かつプラグ要素の対応の手段と協働する手段を有すること、が提案される。
【００２７】
本発明の好都合な実施の形態に基づいて、ソケット要素は、プラグ要素への誘導的な信号伝送を実現する手段を有すること、が提案される。
【００２８】
本発明の他の好都合な実施の形態に基づいて、ソケット要素は、プラグ要素への光学的な信号伝送を実現する手段を有すること、が提案される。
【００２９】
本発明の他の好都合な実施の形態に基づいて、ソケット要素は、プラグ要素への容量的な信号伝送を実現する手段を有すること、が提案される。
【００３０】
本発明の課題の他の解決策として、明細書導入部に記載のタイプのコネクタのプラグ要素を前提として、プラグ要素は、ソケット要素への無接点の信号伝送を実現し、かつソケット要素の対応の手段と協働する手段を有することが提案される。
【００３１】
本発明の好都合な実施の形態に基づいて、プラグ要素は、ソケット要素への誘導的な信号伝送を実現する手段を有すること、が提案される。
【００３２】
本発明の他の好都合な実施の形態に基づいて、プラグ要素は、ソケット要素への光学的な信号伝送を実現する手段を有すること、が提案される。
【００３３】
本発明の他の好都合な実施の形態に基づいて、プラグ要素は、ソケット要素への容量的な信号伝送を実現する手段を有すること、が提案される。
【００３４】
最後に、本発明の課題を解決するためには、明細書導入部に記載のタイプの信号伝送方法を前提として、プラグ要素とソケット要素との間の信号伝送を無接点で実現すること、が提案される。
【００３５】
本発明の好都合な実施の形態に基づいて、プラグ要素とソケット要素との間の信号伝送を誘導的に実現すること、が提案される。
【００３６】
本発明の他の好都合な実施の形態に基づいて、プラグ要素とソケット要素との間の信号伝送を光学的に実現すること、が提案される。
【００３７】
本発明の更に他の好都合な実施の形態に基づいて、プラグ要素とソケット要素との間の信号伝送を容量的に実現すること、が提案される。
【００３８】
本発明の他の特徴、適用可能性及び利点は、図面に示されている、複数の本発明の実施の形態の、その以下の記述から明らかである。この場合、すべての記述されたか又は図示された特徴は、請求項の要約又は従属請求項の従属性に係わりなく及び明細書に記載の本発明の文言及び図面に示された絵に係わりなく、単独で又は任意の組合せで本発明の主題を形成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
図１では、本発明に係わるコネクタの全体に参照符号１が付されている。コネクタ１は伝送線２をセンサ３に、例えば、ｐＨ値、圧力、温度、濁り度、塩化物の含有量、酸素含有量又は媒質の導電率を測定するためのプロセス測定技術用センサを接続するために用いられる。図１に示す如く只１つのセンサ３を接続する代わりに、コネクタ１を、複数のセンサ３を接続するために用いることができる。これらのセンサは共通の測定装置へと纏められていることができる。
【００４０】
コネクタ１は、プラグ要素４と、このプラグ要素４に取外し可能に結合されているソケット要素５とを含む。伝送線２は電気接点６によってソケット要素５に接続されている。この接続は、湿気、埃又は汚染粒子及び侵食性又は腐蝕性の物質が電気接点６の領域に侵入するのを防ぐために、適切な手段によって密閉されている。伝送線２は、例えば、射出成形技術的な鋳造工程によって、ソケット要素５に取り付けられている。プラグ要素４は電気接点７によってセンサ３に接続されている。湿気、埃又は汚染粒子及び腐蝕性の物質が電気接点７の領域に侵入するのを防ぐために、接続の領域に適切な密閉装置が設けられている。プラグ要素４は、例えば、射出成形技術的な鋳造工程によって、センサ３に取り付けられている。
【００４１】
従来の技術から公知のコネクタに対する、本発明に係わるコネクタ１の決定的な相違は、プラグ要素４とソケット要素５との間の無接点の信号伝送である。図１の実施の形態では、信号伝送が誘導方法でなされる。この目的のために、プラグ要素４はフェライトコア変成器の第１の部分を有する第１のコイル要素８を含む。ソケット要素５はフェライトコア変成器の第２の部分を有する第２のコイル要素９を具備する。第１のコイル要素８を変成器の一次側と見做すことができ、第２のコイル要素９を変成器の二次側と見做すことができる。
【００４２】
コネクタ１を介して、センサ３に電気エネルギーを供給するために電源信号をエネルギー源から、しかしセンサ３からの測定信号も測定用変換器へ伝送することができる。エネルギー源及び測定用変換器は伝送線２によってソケット要素５に接続されているが、このことは図１に示されていない。電源信号を伝送するために、一定の周波数を有する電源信号が第２のコイル要素９に供給される。電源信号はこの周波数で第１のコイル要素８に伝送され、次に整流される。整流のために、プラグ要素４に、適切なエレクトロニクス１０が設けられている。整流された電源信号はコネクタ内のエレクトロニクス１０及びセンサ３用の供給電圧として用いられる。
【００４３】
コネクタ内のエレクトロニクス１０は、更に、センサ３の測定信号を増幅する演算増幅器(図示せず)を含む。演算増幅器は、ｖ＝１の増幅率を有するインピーダンス変換器として形成されていてもよい。更に、コネクタ内のエレクトロニクスは電圧制御発振器（ＶＣＯ又はＶ／Ｆ変換器）を有する。この電圧制御発振器によって、電圧測定信号は周波数対応信号(frequenzanaloges Signal)に変換される。この周波数対応信号の周波数は測定信号の電圧値(Spannungswert)に依存している。周波数対応信号は、電源信号の伝送のためにも用いられる当のコイル要素８，９を介して、伝送される。測定信号を電源信号から分離するために、コネクタ内のエレクトロニクス１０及びソケット内のエレクトロニクス１１には一次側及び二次側のフィルタ（図示せず）が設けられている。さらに、プラグ要素４と、ソケット要素５とは、これらプラグ要素４とソケット要素５との間のディジタル式の信号伝送を実現する手段を有していてもよい。
【００４４】
プラグ要素４とソケット要素５が互いに結合されているときはプラグ要素４とソケット要素５との間に、狭いギャップ１２が設けられている。本発明に係わるコネクタ１では、ギャップ１２を密閉して、湿気、埃又は汚染粒子及び腐食性物質の侵入を防止するために、特別な措置を講じる必要がない。侵入する物質によってショート又は腐蝕させられることがある複数の電気的接点要素がギャップの領域に設けられてなる従来の技術から知られたコネクタの場合と異なり、本発明に係わるコネクタ１では、物質が侵入しても、プラグ要素４とソケット要素５との間の信号伝送性能が損なわれない。更に、本発明に係わるコネクタ１によって、センサ３と測定用変換器との間の漏れ電流が電気的分離によって回避される。
【００４５】
図２には、本発明に係わるコネクタ１の第２の好ましい実施の形態が示されている。第２の実施の形態に示したコネクタ１は、特に、無接点の信号伝送が光学的方式でなされることによって、図１のコネクタ１とは異なっている。更に、プラグ要素４とソケット要素５との間のギャップ１２は、湿気、埃又は汚染粒子及び腐食性物質の侵入を防止するために、適切な密閉手段１３、例えばゴムリングによって密閉されている。伝送線２は、機械的取付又は射出成形技術的な鋳造工程によってソケット要素５に取り付けられている。プラグ要素４はセンサ３の一体的構成部材として、センサのケーシングに組み込まれている。
【００４６】
光学式の信号伝送を実現するために、光結合素子が用いられる。光学式の信号伝送は、任意の周波数で（例えば紫外線光、赤外線光又は可視光で）なされることができる。双方向の信号伝送を実現することができるために、プラグ要素４は第１の光結合素子１４の送信素子１４ａと、第２の光結合素子１５の受信素子１５ｂとを有する。ソケット要素５は、第１の光結合素子１４の、受信素子１５ｂに対応する受信素子１４ｂと、第２の光結合素子１５の送信素子１５ａとを有する。プラグ要素４及びソケット要素５はハウジング領域１６，１７を有し、これらのハウジング領域は、信号伝送に重要な周波数範囲、少なくともその範囲にある光を透過する材料からなる。光透過性のハウジング領域１６，１７は、例えば、透明プラスチック、プレキシグラス又はガラスからなる。図２には、プラグ要素４とソケット要素５とが互いに結合されているとき、光透過性領域１６，１７は互いに向き合って設けられていることが明示されている。
【００４７】
光学式の信号伝送の場合、センサ３への給電は、依然として、誘導的に又は容量的になされる。しかし乍ら、プラグ要素４又はソケット要素５の小さい空間に、光学的な信号伝送を実現し、かつ信号を十分に大きな出力で伝送することができる手段を、組み込むことが万一可能であっても、光学的な電源信号の伝送に妨げにならない。双方性の光結合によって、例えば一方の方向では、一定のセンサ機能を制御する制御信号をセンサ３に伝送し、他方の方向ではセンサ３からの測定信号を伝送することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】第１の好ましい実施の形態に示した、本発明に係わるコネクタの、断面図を示している。
【図２】第２の好ましい実施の形態に示した、本発明に係わるコネクタの、断面図を示している。
【符号の説明】
【００４９】
１…コネクタ、  ２…伝送線、  ３…センサ、  ４…プラグ要素、  ５…ソケット要素、  ８…コイル要素、  ９…コイル要素、  １０…エレクトロニクス、  １１…エレクトロニクス、  １４…第１の光結合素子、  １４ａ…送信素子、  １４ｂ…受信素子、  １５…第２の光結合素子、  １５ａ…送信素子、  １５ｂ…受信素子、  １６…ハウジング領域、  １７…ハウジング領域、  ＶＣＯ…電圧制御発振器。
【図１】
2008021656.tif 000003
【図２】
2008021656.tif 000004