DE102008047960A1

DE102008047960A1 - Annular coil for use in inductive conductivity sensor utilized for measuring conductivity of liquid medium, has electrical conductor with two conductive strip sections, where current flow in one of sections is directed against component

Info

Publication number: DE102008047960A1
Application number: DE102008047960A
Authority: DE
Inventors: Marco VÖLKER; Andreas Dr. Eberheim; Timo Kaufmann
Original assignee: Endress and Hauser Conducta Gesellschaft fuer Mess und Regeltechnik mbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Priority date: 2008-09-18
Filing date: 2008-09-18
Publication date: 2010-03-25

Abstract

The coil (305) has an electrical conductor with a conductive strip section (307.i) that forms a wire wound coil, and another conductive strip section (308.i) that runs along a circular path in a plane around a central axis of the coil. The plane lies perpendicular to the central axis. Current flow in the former section has components during flow of current through the electrical conductor. The components are directed in a direction of winding progress (W) of the wire wound coil or in the opposite direction winding progress. Current flow in the latter section is directed against the component.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ringspule umfassend einen elektrischen Leiter, der einen ersten Leiterabschnitt aufweist, welcher eine Spulenwicklung mit einer Vielzahl von gleichsinnigen Windungen bildet, wobei sich die Spulenwicklung mit einem Windungsfortschritt um einen Kern oder einen Hohlraum windet, der sich entlang eines im Wesentlichen geschlossenen, ringförmigen Pfades entlang des Windungsfortschritts der Spulenwicklung um eine zentrale Achse, insbesondere eine Rotationssymmetrieachse, der Ringspule erstreckt.The The invention relates to an annular coil comprising an electrical conductor, having a first conductor portion having a coil winding with forms a plurality of coils in the same direction, wherein the Coil winding with a winding progress around a core or a cavity winds along a substantially closed, annular path along the winding progress of the Coil winding about a central axis, in particular a rotational symmetry axis, the toroidal coil extends.

Derartige Ringspulen werden beispielsweise in induktiven Leitfähigkeitssensoren eingesetzt, mit denen die Leitfähigkeit eines flüssigen Mediums gemessen werden kann. Solche induktiven Leitfähigkeitssensoren umfassen im Wesentlichen einen Doppeltransformator, mit einer meist ringförmigen Erregerspule und einer meist ringförmigen Empfängersspule, einen Strompfad mit dem zu messenden Medium, der die Erregerspule und die Empfängerspule durchsetzt, eine mit der Sendespule elektrisch verbundene Sendeeinrichtung zum Speisen der Spule mit einer Wechselspannung und eine mit der Empfangsspule elektrisch verbundene Empfangseinrichtung.such Ring coils are used, for example, in inductive conductivity sensors used, with which the conductivity of a liquid Medium can be measured. Such inductive conductivity sensors essentially comprise a double transformer, with a mostly annular exciter coil and a mostly annular Receiver coil, a current path with the medium to be measured, which passes through the exciter coil and the receiver coil, a transmitting means electrically connected to the transmitting coil for Feeding the coil with an alternating voltage and one with the receiving coil electrically connected receiving device.

Induktive Leitfähigkeitssensoren mit Ringspulen sind beispielsweise aus US 3,603,873 , DE 198 51 146 A1 , DE 41 16 468 A1 , DE 10 2006 025 194 A1 sowie DE 10 2006 056 174 A1 bekannt.Inductive conductivity sensors with toroidal coils are for example out US 3,603,873 . DE 198 51 146 A1 . DE 41 16 468 A1 . DE 10 2006 025 194 A1 such as DE 10 2006 056 174 A1 known.

Induktive Leitfähigkeitssensoren weisen einen typischen Messbereich von etwa 20 μS/cm bis 2 S/cm auf. Der Messbereich bei geringen Leitfähigkeiten ist dadurch beschränkt, dass die Signale der Empfangsspule sehr gering sind und vom Restkopplungssignal (Ausgabesignal ohne Medium) überlagert werden. Das Restkopplungssignal setzt sich insbesondere zusammen aus einer kapazitiven Kopplung der Zuleitungen und Ringspulen und einer parasitären induktiven Kopplung der Ringspulen.inductive Conductivity sensors have a typical measuring range from about 20 μS / cm to 2 S / cm. The measuring range at low Conductivity is limited by the fact that the Signals of the receiving coil are very low and the residual coupling signal (Output signal without medium) are superimposed. The residual coupling signal is in particular composed of a capacitive coupling the supply lines and toroidal coils and a parasitic inductive Coupling of the toroidal coils.

Die parasitäre induktive Kopplung der Ringspulen ergibt sich aufgrund einer parasitären Magnetfeldkomponente, welche senkrecht zu der Hauptkomponente des Magnetfelds der Ringspule, die entlang eines innerhalb der Ringspule verlaufenden, ringförmigen geschlossenen Pfades verläuft, ausgerichtet ist. Im Folgenden wird diese parasitäre Magnetfeldkomponente auch kurz als B_z-Komponente bezeichnet.The parasitic inductive coupling of the toroidal coils is due to a parasitic magnetic field component which is oriented perpendicular to the main component of the magnetic field of the toroidal coil extending along an annular closed path running within the toroidal coil. In the following, this parasitic magnetic field component is also referred to as B _z component _for short.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die B_z-Komponente mit Hilfe von hochpermeablen magnetischen Werkstoffen abzuschirmen. Beispielsweise kann die Ringspule in einer Aufnahme aus nachgeglühtem hochpermeablem Material, z. B. Mumetall, eingekapselt werden. Diese Art der Schirmung hat jedoch Nachteile. Die hohe Permeabilität des Mumetalls verringert sich bei Kaltverformung, so dass das Mumetall nach Bearbeitung aufwändig schlussgeglüht werden muss, um die hohe Permeabilität wieder herzustellen. Das Beziehen solcher vorgefertigter Schirmungen für die Herstellung von geschirmten Ringspulen, zum Beispiel zur Verwendung in der Fertigung von Leitfähigkeitssensoren, ist entsprechend kostspielig. Bei dieser Art der Fertigung ist außerdem darauf zu achten, dass eine weitere Verformung der Schirmung wieder zur Verringerung der Permeabilität führt. Ein weiterer Nachteil der Kapselung einer Ringspule zur Abschirmung besteht in dem sich daraus ergebenden erhöhten Platzbedarf.It is known from the prior art to shield the B _z component with the aid of high-permeability magnetic materials. For example, the toroidal coil in a recording of post-annealed hochpermeablem material, eg. As Mumetall be encapsulated. However, this type of shielding has disadvantages. The high permeability of the mum metal decreases with cold deformation, so that the Mumetall must be laboriously final annealed after processing in order to restore the high permeability. Obtaining such prefabricated shields for the production of shielded toroidal coils, for example for use in the manufacture of conductivity sensors, is correspondingly expensive. Care must also be taken in this type of production that further deformation of the shield again leads to a reduction in the permeability. Another disadvantage of the encapsulation of an annular coil for shielding is the resulting increased space requirements.

In US 4,740,755 ist angegeben, dass eine koplanare und achsparallele Spulenanordnung zweier Ringspulen in einem Leitfähigkeitssensor, die Restkopplung verringern soll. Damit geht jedoch entsprechend Flexibilität bei der Anordnung der Ringspulen und der konstruktiven Ausgestaltung des Leitfähigkeitssensors verloren.In US 4,740,755 It is stated that a coplanar and axially parallel coil arrangement of two toroidal coils in a conductivity sensor should reduce the residual coupling. However, this flexibility is lost in the arrangement of the toroidal coils and the structural design of the conductivity sensor.

In US 3,806,798 ist eine Ringspulenanordnung zur induktiven Leitfähigkeitsmessung in einem Fluid beschrieben, wobei die Ringspulen jeweils einen ferromagnetischen Ringkern aufweisen. Zur Bildung der Ringspule ist ein elektrischer Leiter in einer ersten Lage unter Bildung einer ersten Spulenwicklung, die sich aus einer Vielzahl von Einzel-Windungen zusammensetzt, und die sich zwischen einem Anfangs- und einem Endpunkt, die beide auf dem Ringkern liegen, erstreckt, um den Ringkern gewunden. Zwischen dem Endpunkt- und dem Anfangspunkt ist derselbe elektrische Leiter weiterhin in einer zweiten Lage unter Bildung einer zweiten Spulenwicklung um den Ringkern gewunden, wobei sich die zweite Spulenwicklung aus der gleichen Zahl von Einzel-Windungen mit dem gleichen Windungssinn zusammensetzt wie die erste Spulenwicklung, ihr Windungsfortschritt jedoch in entgegen gesetzter Richtung verläuft wie der Windungsfortschritt der ersten Spulenwicklung. Auf diese Weise soll bei Stromfluss durch den elektrischen Leiter die von der ersten Spulenwicklung erzeugte parasitäre Magnetfeldkomponente durch die entsprechende parasitäre Magnetfeldkomponente der zweiten Spulenwicklung im Wesentlichen kompensiert werden.In US 3,806,798 a ring coil arrangement for inductive conductivity measurement in a fluid is described, wherein the toroidal coils each have a ferromagnetic toroidal core. To form the toroidal coil, an electrical conductor in a first position to form a first coil winding, which is composed of a plurality of individual windings and extending between a start and an end point, both on the toroidal core extends to wound the toroidal core. Between the end point and the starting point, the same electrical conductor is still wound in a second layer to form a second coil winding around the toroidal core, the second coil winding being composed of the same number of individual turns having the same winding sense as the first coil winding, their However, winding progress in the opposite direction runs like the winding progress of the first coil winding. In this way, when current flows through the electrical conductor, the parasitic magnetic field component generated by the first coil winding should be substantially compensated by the corresponding parasitic magnetic field component of the second coil winding.

Um eine möglichst vollständige gegenseitige Kompensation der parasitären Magnetfeldkomponenten der beiden Spulenwicklungen zu erzielen, kommt es bei der Ringspulenanordnung der US 3,806,789 darauf an, dass die einzelnen Windungen die gleiche Steigung besitzen und möglichst exakt symmetrisch zueinander orientiert sind, so dass an jeder Stelle der Spulenwicklung zwei einander entgegen gesetzte Magnetfeldkomponenten im Wesentlichen gleicher Stärke auftreten. Die Fertigung einer derartigen Spulenwicklung mit ausreichender Genauigkeit ist jedoch extrem aufwändig und in einem automatisierten Verfahren nur mit hohem Aufwand umzusetzen.In order to achieve a complete mutual compensation of the parasitic magnetic field components of the two coil windings, it comes in the toroidal coil assembly of US 3,806,789 on the fact that the individual turns have the same slope and are oriented as exactly symmetrical to each other, so that occur at each point of the coil winding two opposing magnetic field components of substantially equal strength. The production of a However, such coil winding with sufficient accuracy is extremely complex and implement in an automated process only with great effort.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Ringspule, insbesondere eine Ringspule für einen induktiven Leitfähigkeitssensor, bereitzustellen, die die Nachteile des Standes der Technik überwindet, insbesondere die eine Kompensation des parasitären Magnetfelds erlaubt, und gleichzeitig mit verhältnismäßig geringem Aufwand zu fertigen ist.Of the The present invention is therefore based on the object, a toroidal coil, in particular an annular coil for an inductive conductivity sensor, which overcomes the disadvantages of the prior art, in particular the compensation of the parasitic magnetic field allowed, and at the same time with relative little effort to manufacture.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Ringspule umfassend einen elektrischen Leiter, der einen ersten Leiterabschnitt aufweist, welcher eine Spulenwicklung mit einer Vielzahl von gleichsinnigen Windungen bildet, wobei sich die Spulenwicklung mit einem Windungsfortschritt um einen Kern oder einen Hohlraum windet, der sich entlang eines ersten im Wesentlichen geschlossenen, ringförmigen Pfades entlang des Windungsfortschritts der Spulenwicklung um eine zentrale Achse, insbesondere eine Rotationssymmetrieachse, der Ringspule erstreckt, wobei der elektrische Leiter einen zusätzlichen zweiten Leiterabschnitt umfasst, welcher entlang eines zweiten ringförmigen Pfades in einer senkrecht zur zentralen Achse der Ringspule liegenden Ebene um die zentrale Achse der Ringspule verläuft, und wobei bei Stromfluss durch den elektrischen Leiter der Stromfluss im ersten Leiterabschnitt, insbesondere mindestens lokal, eine Komponente aufweist, welche in Richtung des Windungsfortschritts oder in entgegen gesetzter Richtung zum Windungsfortschritt gerichtet ist, und wobei der Stromfluss im zweiten Leiterabschnitt im Wesentlichen der besagten Komponente entgegen gerichtet ist.These The object is achieved by an annular coil comprising a electrical conductor having a first conductor section, which a coil winding with a plurality of the same direction Windings forms, wherein the coil winding with a winding progress around a core or a cavity that winds along a first substantially closed, annular path along the winding progress of the coil winding about a central axis, in particular a rotational symmetry axis which extends annular coil, wherein the electrical conductor an additional second Conductor portion includes, which along a second annular Path in a direction perpendicular to the central axis of the toroidal coil Level passes around the central axis of the toroid, and wherein at current flow through the electrical conductor of the current flow in the first conductor section, in particular at least locally, a component which in the direction of the winding progress or in opposite Direction is directed to the winding progress, and where the current flow in the second conductor section substantially opposite said component is directed.

Ein Stromfluss durch den ersten Leiterabschnitt des elektrischen Leiters bewirkt die Bildung eines ersten Magnetfeldes, welches eine Hauptkomponente im Wesentlichen in Richtung des Windungsfortschritts, insbesondere innerhalb des Kerns oder des Hohlraums, und eine parasitäre Komponente senkrecht zur Hauptkomponente aufweist. Indem der erste und zweite Leiterabschnitt so miteinander verbunden und derart relativ zueinander ausgerichtet sind, dass bei Stromfluss durch den elektrischen Leiter die Stromrichtung im zweiten Leiterabschnitt in entgegen gesetzter Richtung zu der lokalen Komponente in Richtung des Windungsfortschritts oder in Gegenrichtung zum Windungsfortschritt des ersten Leiterabschnitts verläuft, bewirkt der Stromfluss durch den zweiten Leiterabschnitt die Bildung eines zweiten Magnetfelds, das mindestens eine Komponente besitzt, die der parasitären Komponente des ersten Magnetfelds entgegen gerichtet ist, und diese im Wesentlichen kompensiert, so dass das resultierende Magnetfeld des elektrischen Leiters bei Stromfluss im Wesentlichen aus der Hauptkomponente des ersten Magnetfelds gebildet wird.One Current flow through the first conductor section of the electrical conductor causes the formation of a first magnetic field, which is a major component essentially in the direction of the winding progress, in particular within the nucleus or cavity, and a parasitic one Component perpendicular to the main component. By the first and the second conductor portion connected to each other and so relatively aligned with each other, that at current flow through the electric Head the current direction in the second conductor section in opposite direction set direction to the local component in the direction of the winding progress or in the opposite direction to the winding progress of the first conductor section runs, causes the flow of current through the second conductor section the formation of a second magnetic field, the at least one component owns that of the parasitic component of the first magnetic field counteracts, and substantially compensates, so that the resulting magnetic field of the electrical conductor at current flow essentially formed of the main component of the first magnetic field becomes.

Durch diese Kompensation der parasitären Komponente des ersten Magnetfelds wird auch die parasitäre induktive Kopplung innerhalb eines Leitfähigkeitssensors mit mehreren Ringspulen verringert, ohne dass zusätzlicher Aufwand und/oder kostspieliges Material für eine magnetische Schirmung benötigt wird. Zur Kompensation ist lediglich ein zusätzlicher Leiterabschnitt erforderlich. Dies ist eine kostengünstige und Bauraum sparende Lösung.By this compensation of the parasitic component of the first Magnetic field also becomes the parasitic inductive coupling within a conductivity sensor with several toroids reduced without any extra effort and / or costly Material needed for a magnetic shield becomes. For compensation is only an additional conductor section required. This is a cost effective and installation space saving solution.

Gegenüber der in US 3,806,798 beschriebenen Ringspule ist die erfindungsgemäße Spule wesentlich einfacher und damit kostengünstiger zu fertigen, da zur Kompensation der parasitären Magnetfeldkomponente der Spulenwicklung des ersten Leiterabschnitts lediglich ein zweiter Leiterabschnitt verwendet wird, der entlang eines ringförmigen Pfades im Wesentlichen in einer senkrecht zur zentralen Achse der Ringspule liegenden Ebene um die zentrale Achse der Ringspule herum verläuft. Im Gegensatz zu der in US 3,806,798 gezeigten Ringspule fällt hier also die in einer zweiten Wicklungslage verlaufende zweite Spulenwicklung mit der gleichen Zahl von Einzel-Windungen mit dem gleichen Windungssinn und mit in entgegen gesetzter Richtung verlaufendem Windungsfortschritt weg. Indem nur ein entlang eines ringförmigen Pfades in einer senkrecht zur zentralen Achse der Ringspule liegenden Ebene um die zentrale Achse der Ringspule herum verlaufender Leiterabschnitt zur Kompensation benötigt wird, kann die Fertigung erheblich vereinfacht werden. Beispielsweise kann, falls die Ringspule einen Kern aufweist, der zweite Leiterabschnitt zuerst am Kern umlaufend positioniert und gegebenenfalls fixiert werden, und danach der an den zweiten Leiterabschnitt anschließende erste Leiterabschnitt in einer Vielzahl von Windungen um den Kern und den daran fixierten zweiten Leiterabschnitt gewickelt werden, um die Spulenwicklung auszubilden.Opposite the in US 3,806,798 described coil is the coil according to the invention much simpler and thus less expensive to manufacture, since only a second conductor section is used to compensate for the parasitic magnetic field component of the coil winding of the first conductor portion, which substantially along a ring-shaped path in a plane perpendicular to the central axis of the toroidal coil the central axis of the toroid extends around. Unlike the in US 3,806,798 shown ring coil thus falls here running in a second winding layer second coil winding with the same number of single turns with the same sense of winding and running in the opposite direction winding progress away. By requiring only one conductor portion extending along an annular path in a plane perpendicular to the central axis of the toroid around the toroidal coil central axis, the fabrication can be significantly simplified. For example, if the toroidal coil has a core, the second conductor portion may first be circumferentially positioned and optionally fixed to the core, and thereafter the first conductor portion adjoining the second conductor portion are wound in a plurality of turns around the core and the second conductor portion fixed thereto; to form the coil winding.

Es versteht sich von selbst, dass der zweite Leiterabschnitt aus fertigungstechnischen Gründen in seinem Verlauf geringfügig, d. h. um ein bis zwei Durchmesser des elektrischen Leiters, von der senkrecht zur zentralen Achse der Ringspule liegenden Ebene abweichen kann. Bei einer derartigen Abweichung kann jedoch noch immer eine akzeptable Kompensation erreicht werden.It It goes without saying that the second conductor section from production engineering Reasons in its course slightly, d. H. around one to two diameters of the electrical conductor, from the vertical can deviate to the central axis of the toroidal plane lying. With such a deviation, however, an acceptable compensation can still be obtained be achieved.

Der Windungsfortschritt der Spulenwicklung wird durch die jeweiligen Ganghöhen der einzelnen Windungen erzielt. Dies ist in 1a) veranschaulicht, in der in einer schematischen Darstellung ein Spulenkern 1 gezeigt ist, um den sich zwei Windungen 3 eines elektrischen Leiters winden. Die Ganghöhe g einer Windung 3 ist die Strecke, die vom Anfangs- bis zum Endpunkt der einzelnen Windung 3 in Richtung des Windungsfortschritts W überwunden wird. Im Fall der 1a) erfolgt der Windungsfortschritt innerhalb der Windungen 3 stetig monoton über ihre gesamte Länge. Das Diagramm in 1a) zeigt den Zusammenhang zwischen der auf der Abszisse aufgetragenen Länge des Leiters, angegeben als Anzahl von Windungen, und dem Windungsfortschritt, der in Ganghöhen-Einheiten g angegeben ist. Der Windungsfortschritt setzt sich aus den einzelnen Ganghöhen g der Windungen 3 zusammen und ist eine lineare Funktion der Länge des Leiters, der die Windungen 3 bildet. In anderen Worten ist im vorliegenden Fall die Steigung der Windungen 3 konstant und der Windungsfortschritt erfolgt stetig monoton über die gesamte Länge der einzelnen Windungen 3.The winding progress of the coil winding is achieved by the respective pitches of the individual turns. This is in 1a ), in which a coil core is shown in a schematic illustration 1 shown around the two turns 3 of an electric conductor. The pitch g of a turn 3 is the distance from the start to the end point of the single turn 3 in Direction of the winding progress W is overcome. In the case of 1a ) the winding progress takes place within the turns 3 steadily monotonic over its entire length. The diagram in 1a ) shows the relationship between the abscissa-plotted conductor length, expressed as the number of turns, and the winding progress indicated in pitch units g. The winding progress is made up of the individual pitches g of the turns 3 together and is a linear function of the length of the conductor, the turns 3 forms. In other words, in the present case, the pitch of the turns 3 constant and the winding progress takes place continuously monotonically over the entire length of the individual turns 3 ,

Der Windungsfortschritt kann jedoch auch nur über einen Teilabschnitt der gesamten Länge der Windung erfolgen, wie das in 1b) dargestellte Beispiel zeigt, bei dem in einem ersten Teilabschnitt 4 der einzelnen Windung 3 die Steigung der Windung 3 Null ist, und über einen zweiten Teilabschnitt 2 eine Steigung ungleich Null vorliegt. Entsprechend ist im nebenstehenden Diagramm der Windungsfortschritt W in Einheiten der Ganghöhe g keine stetig monotone Funktion der Windungslänge I.However, the winding progress can also take place only over a portion of the entire length of the winding, as in 1b ), in which in a first subsection 4 the single turn 3 the slope of the turn 3 Is zero, and over a second subsection 2 there is a slope other than zero. Correspondingly, in the adjacent diagram, the winding progress W in units of the pitch g is not a continuous monotonous function of the winding length I.

Zusammenfassend ist es also zur Erzielung eines Windungsfortschritts der Vielzahl von Windungen der Ringspule erforderlich, dass zumindest ein Teil der einzelnen Windungen mit einer Ganghöhe zum Windungsfortschritt beiträgt. Dies ist mit einer Steigung, zumindest in einem Teilabschnitt der einzelnen Windung verbunden. Ein Stromfluss durch diesen Teilabschnitt kann daher in eine erste Komponente in Richtung des Windungsfortschritts und in eine zweite dazu senkrechte Komponente zerlegt werden.In summary So it is to achieve a winding progress of the plurality of turns of the toroidal coil required that at least a part the individual turns with a pitch to the winding progress contributes. This is with a slope, at least in one Part of the single turn connected. A current flow through this Subsection may therefore be in a first component in the direction of Windungsfortschritts and in a second perpendicular component be disassembled.

Bei Ringspulen herkömmlicher Geometrie ist die erste Komponente wesentlich kleiner als die zweite Komponente. Die größere zweite Komponente verursacht nach der Maxwell-Gleichung rotH → = j → die erwünschte Hauptkomponente des magnetischen Feldes innerhalb des Kerns oder des Hohlraums der Ringspule, die auch als φ-Komponente bezeichnet wird. Die kleinere erste Komponente erzeugt die parasitäre B_z-Komponente.For ring coils of conventional geometry, the first component is much smaller than the second component. The larger second component causes the Maxwell equation redH → = j → the desired major component of the magnetic field within the core or cavity of the toroidal coil, also referred to as the &phis; component. The smaller first component produces the parasitic B _z component.

Bei einer Ausführungsform der Ringspule, bei der anstelle eines Ringkerns ein Hohlraum vorgesehen ist, kann der Hohlraum mit einem nicht elektrisch leitfähigen, nicht magnetischen Material ausgefüllt sein, beispielsweise mit Luft oder, insbesondere im Fall der Integration der Ringspule in eine Leiterkarte, wie sie weiter unten noch ausführlich beschrieben wird, mit dem Leiterkartenmaterial, insbesondere einem Epoxidharz. Unter dem Begriff „Hohlraum” wird also hier und im Folgenden auch ein derart ausgefüllter Hohlraum verstanden.at an embodiment of the toroid, in which instead of a Toroidal cavity is provided, the cavity with a non-electrically conductive, non-magnetic material be filled, for example, with air or, in particular in Case of integration of the toroidal coil in a printed circuit board, as they are will be described in detail below, with the Printed circuit board material, in particular an epoxy resin. The term "cavity" is used So here and in the following also such a filled Cavity understood.

In einer Ausführungsform ist der zweite Leiterabschnitt als mindestens eine Windung einer Zylinderspule ausgestaltet, deren Spulenachse mit der zentralen Achse der Ringspule zusammenfällt, wobei die Zylinderspule insbesondere im wesentlichen keinen Windungsfortschritt aufweist, d. h. wobei die Windung eine Ganghöhe g von im Wesentlichen Null aufweist bzw. die Windung über ihre gesamte Länge im Wesentlichen die Steigung Null aufweist. Der zweite Leiterabschnitt kann eine derartige Zylinderspule mit einer einzelnen Windung oder mit mehreren gleichsinnigen Windungen bilden.In In one embodiment, the second conductor section is as configured at least one turn of a cylindrical coil whose Coil axis coincides with the central axis of the toroidal coil, in particular, the cylindrical coil essentially does not progress in turns has, d. H. the turn having a pitch g of im Has substantially zero or the winding over its entire Length substantially has the slope zero. The second Conductor section can such a cylindrical coil with a single Winding or with several co-directional windings form.

In einer Ausgestaltung weist der Kern oder der Hohlraum, um den sich die Spulenwicklung des ersten Leiterabschnitts windet, eine in sich geschlossene Form, insbesondere eine Ringform, auf. Der Begriff „Ringform” oder „ringförmig” bezeichnet eine Spule mit einem in sich geschlossenen magnetischen Pfad. Wenn also ein Spulenkern vorgesehen ist, muss dieser in sich geschlossen oder zumindest durch Luftspalte überbrückt verlaufen. Auf die Gestalt des ringförmigen Verlaufs kommt es dabei nicht an. Ein Kreisring ist die einfachste Form, gleichermaßen sind aber auch beliebige andere Formen denkbar, wie beispielsweise Ellipsen, Rechtecke oder andere Polygone. Eine derartige Ringspule weist eine zentrale Achse auf, die im Fall einer Kreisringspule eine Rotationssymmetrieachse ist. Falls die Ringspule keine Zylindersymmetrie aufweist, sondern beispielsweise als Ellipse oder als Polygon ausgestaltet ist, verläuft die zentrale Achse beispielsweise durch den Mittelpunkt des Polygons bzw. durch einen zentralen, zwischen den Ellipsenbrennpunkten lokalisierten Punkt innerhalb der Ellipse.In an embodiment, the core or the cavity around which the coil winding of the first conductor section winds, one in itself closed form, in particular a ring shape, on. The term "ring shape" or "annular" designates a coil with a self-contained magnetic path. If So a spool core is provided, this must be self-contained or at least run bridged by air gaps. On the shape of the annular course it comes not on. A circular ring is the simplest form, equally but also any other shapes conceivable, such as ellipses, Rectangles or other polygons. Such a ring coil has a central axis, which in the case of a circular coil a rotational axis of symmetry is. If the toroid has no cylindrical symmetry, but for example, designed as an ellipse or as a polygon runs the central axis, for example, through the center of the polygon or by a central point located between the ellipsoidal focal points within the ellipse.

In einer Ausgestaltung ist die Vielzahl von Windungen des ersten Leiterabschnitts aus einer Vielzahl erster Leiterbahnabschnitte, die in einer ersten Ebene einer mehrlagigen Leiterkarte verlaufen, und einer Vielzahl zweiter Leiterbahnabschnitte, die in einer zweiten Ebene der Leiterkarte verlaufen, und einer Vielzahl von Durchkontaktierungen, welche die ersten Leiterbahnabschnitte mit den zweiten Leiterbahnabschnitten verbinden, gebildet, wobei die so gebildete Vielzahl von Windungen insbesondere eine durchgehende Öffnung in der Leiterkarte umschließt. Diese Bauweise erlaubt einen kompakteren Sensoraufbau und eine exaktere Führung der Windungen, derart, dass ein vorgegebener Windungsfortschritt in jeder Windung exakt mit einer vorgegebenen Steigung und gegebenenfalls auf einem vorbestimmten Teilabschnitt einer Einzelwindung einstellbar ist. Da die parasitäre Magnetfeldkomponente als Folge der Steigung der einzelnen Windungen entsteht, ist es besonders vorteilhaft, die Spulenwicklung so zu gestalten, dass alle Windungen im Wesentlichen die gleiche Steigung aufweisen, da so ein besonders definiertes und damit auch homogenes, parasitäres Magnetfeld erhalten wird. Mit einem einzelnen Leiterabschnitt, der entlang eines ringförmigen Pfades um die zentrale Achse der Ringspule verläuft, und der bei Stromfluss in dem Windungsfortschritt der Spulenwicklung entgegen gesetzter Richtung von Strom durchflossen wird, kann ein solch homogenes parasitäres Magnetfeld ausreichend kompensiert werden. Die erforderliche Präzision bei der Steigung der einzelnen Windungen kann besonders einfach und reproduzierbar erzielt werden, wenn die Ringspule mit Techniken der Leiterkartenfertigung, in der sogenannten PCB (printed circuit board)-Technik hergestellt wird. Solche Techniken sind dem Fachmann beispielsweise aus dem Artikel O. Dezuari, S.E. Gilbert, E. Belloy, M.A.M. Gijs, „A new hybrid technology for planar microtransformer fabrication” , Sensors and Actuators A 71 (1998), S. 198–207 bekannt.In one embodiment, the plurality of turns of the first conductor portion are comprised of a plurality of first trace portions extending in a first plane of a multilayer printed circuit board, and a plurality of second trace portions extending in a second level of the printed circuit board and a plurality of vias, comprising first conductor track sections with the second conductor track sections, formed, wherein the plurality of turns thus formed in particular encloses a through opening in the printed circuit board. This design allows a more compact sensor structure and a more accurate guidance of the windings, such that a predetermined winding progress in each winding can be set exactly with a predetermined pitch and optionally on a predetermined section of a single turn. Since the parasitic magnetic field component arises as a result of the slope of the individual turns, it is particularly advantageous to ge the coil winding so Stalten that all turns have substantially the same slope, as a particularly defined and thus homogeneous, parasitic magnetic field is obtained. With a single conductor section running along an annular path around the central axis of the toroidal coil and current flowing in current direction in the direction of winding progress of the coil winding, such a homogeneous parasitic magnetic field can be sufficiently compensated. The required precision in the pitch of the individual turns can be achieved in a particularly simple and reproducible manner when the toroidal coil is produced using printed circuit board (PCB) techniques. Such techniques are those skilled in the art for example from O. Dezuari, SE Gilbert, E. Belloy, MAM Gijs, "A new hybrid technology for planar microtransformer fabrication", Sensors and Actuators A 71 (1998), pp. 198-207 known.

Eine mehrlagige Leiterkarte umfasst mehrere schichtweise in einer Stapelrichtung übereinander gestapelte Ebenen oder Lagen, in denen Leiterbahnen oder Leiterabschnitte oder sonstige Bauteile angeordnet sein können.A multi-layer printed circuit board comprises several layers stacked in a stacking direction Layers or layers in which conductors or conductor sections or other components can be arranged.

In einer Weiterbildung ist der mindestens eine zusätzliche zweite Abschnitt des elektrischen Leiters als zusätzlicher Leiterbahnabschnitt in einer Ebene der Leiterkarte, insbesondere in der ersten oder zweiten Ebene, ausgebildet.In a training is the at least one additional second section of the electrical conductor as an additional Track section in a plane of the printed circuit board, in particular in the first or second level, trained.

Im Rahmen der hier beschriebenen Erfindung und ihrer Weiterbildungen und Ausgestaltungen kann die Gesamtheit der Leiterbahnabschnitte und Durchkontaktierungen, aus denen eine solche in eine Leiterkarte integrierte Ringspule gebildet wird, als ein elektrischer Leiter betrachtet und verstanden werden.in the Frame of the invention described herein and its developments and embodiments, the entirety of the conductor track sections and Vias that make up such a circuit board integrated ring coil is formed as an electrical conductor considered and understood.

Die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ringspule als in eine Leiterkarte integrierte Ringspule umfasst also eine Vielzahl erster Leiterbahnabschnitte, die in einer ersten Ebene einer mehrlagigen Leiterkarte verlaufen und eine Vielzahl zweiter Leiterbahnabschnitte, die in einer zweiten Ebene der Leiterkarte verlaufen, und eine Vielzahl von Durchkontaktierungen, welche die ersten Leiterbahnabschnitte mit den zweiten Leiterbahnabschnitten verbinden, so dass die ersten und zweiten Leiterbahnabschnitte mit den Durchkontaktierungen eine Vielzahl von gleichsinnigen Windungen bilden. Diese Vielzahl von Windungen bildet eine Spulenwicklung mit einem Windungsfortschritt um einen in die mehrlagige Leiterkarte eingebetteten ringförmigen Kern oder Hohlraum, der sich entlang eines im Wesentlichen geschlossenen, ringförmigen Pfades entlang des Windungsfortschritts der Spulenwicklung um eine zentrale Achse, insbesondere eine Rotationssymmetrieachse, der Ringspule erstreckt. Ein Stromfluss durch die Vielzahl von Windungen bewirkt die Bildung eines ersten Magnetfeldes, welches eine Hauptkomponente im Wesentlichen in Richtung des Windungsfortschritts und eine parasitäre Komponente senkrecht zur Hauptkomponente aufweist. Weiterhin ist in dieser Ausgestaltung ein zusätzlicher Leiterbahnabschnitt in einer Ebene der mehrlagigen Leiterkarte angeordnet, welcher entlang eines ringförmigen Pfades in der Leiterkartenebene um die zentrale Achse der Ringspule verläuft. Ein Stromfluss durch den zusätzlichen Leiterbahnabschnitt bewirkt die Bildung eines zweiten Magnetfelds, das mindestens eine Komponente besitzt, die der parasitären Komponente des ersten Magnetfelds entgegen gerichtet ist und diese im Wesentlichen kompensiert, so dass das resultierende Magnetfeld der gesamten Ringspule bei Stromfluss im Wesentlichen aus der Hauptkomponente des ersten Magnetfelds gebildet wird.The Embodiment of the toroidal coil according to the invention as in a circuit board integrated ring coil thus includes a Variety of first trace sections, in a first level a multilayer printed circuit board run and a variety of second Trace sections that are in a second level of the circuit board run, and a variety of vias, which the first conductor track sections with the second conductor track sections connect, so that the first and second conductor track sections with the Through-holes a variety of co-directional turns form. This plurality of turns forms a coil winding with a winding progress around one in the multi-layer printed circuit board embedded annular core or cavity that extends along a substantially closed, annular Path along the winding progress of the coil winding around a central axis, in particular a rotational symmetry axis, the toroidal coil extends. A current flow caused by the plurality of turns the formation of a first magnetic field which is a major component essentially in the direction of the winding progress and a parasitic one Component perpendicular to the main component. Furthermore is in this embodiment, an additional conductor track section in a level of the multilayer printed circuit board, which along an annular path in the PCB level around the central axis of the toroidal coil extends. A current flow through the additional track section causes the formation a second magnetic field having at least one component, that counteracts the parasitic component of the first magnetic field is addressed and this is essentially compensated, so that the resulting magnetic field of the entire toroid during current flow in the Essentially formed from the main component of the first magnetic field becomes.

In einer Ausgestaltung erfolgt der Windungsfortschritt der aus dem ersten Leiterabschnitt gebildeten Spulenwicklung jeweils über einen Teilabschnitt der einzelnen Windungen, insbesondere über weniger als 50% der Länge einer einzelnen Windung, insbesondere über weniger als 10% der Länge einer einzelnen Windung. Dies hat den Vorteil, dass die parasitäre Magnetfeldkomponente in einem enger begrenzten Bereich der Spulenwicklung entsteht. Dies ermöglicht eine präzisere Kompensation des parasitären Magnetfelds.In In one embodiment, the winding progress takes place from the first conductor portion formed coil over each a subsection of the individual turns, in particular via less than 50% of the length of a single turn, especially over less than 10% of the length of a single turn. This has the advantage that the parasitic magnetic field component arises in a narrower region of the coil winding. this makes possible a more precise compensation of the parasitic magnetic field.

Beispielsweise erfolgt in einer Weiterbildung der zuvor beschriebenen Ausgestaltung der Ringspule als eine in eine Leiterkarte integrierte Ringspule der Windungsfortschritt innerhalb der ersten und/oder zweiten Leiterbahnabschnitte in der ersten und/oder zweiten Ebene der Leiterkarte.For example takes place in a development of the embodiment described above the ring coil as an integrated in a circuit board ring coil of Winding progress within the first and / or second conductor track sections in the first and / or second level of the printed circuit board.

In einer Weiterbildung erfolgt der Windungsfortschritt innerhalb eines Teilabschnittes von weniger als 25%, insbesondere von weniger als 10%, der Leiterbahnabschnitte.In In a further development, the winding progress takes place within one Subpart of less than 25%, in particular less than 10%, the conductor track sections.

Es ist von besonderem Vorteil, wenn die bei Stromfluss durch den zweiten Leiterabschnitt gebildete Magnetfeldkomponente, die der parasitäre Komponente des bei Stromfluss durch den ersten Leiterabschnitt gebildeten Magnetfelds entgegenwirkt, in räumlicher Nähe zur Entstehung der parasitären Komponente, d. h. in räumlicher Nähe zu den Teilabschnitten der Windungen, über die der Windungsfortschritt erfolgt, wirkt. Auf diese Weise erfolgt die Kompensation der parasitären Komponente in unmittelbarer räumlicher Nähe ihrer Entstehung, so dass die Kompensation bereits im Bereich der Ringspule erfolgt, während sich andernfalls die einander entgegen gerichteten Felder erst in größerer räumlicher Entfernung von der Ringspule aufheben würden.It is of particular advantage if the current flow through the second Conductor portion formed magnetic field component, which is the parasitic component the magnetic field formed during current flow through the first conductor section counteracts, in spatial proximity to the origin the parasitic component, d. H. in spatial Proximity to the sections of the turns, about the winding progress takes effect. In this way, the Compensation of the parasitic component in the immediate spatial proximity of their formation, so that the Compensation already takes place in the area of the toroidal coil while Otherwise, the opposing fields only in greater spatial distance from the Ring coil would pick up.

In einer Weiterbildung, bei der die Kompensation der parasitären Magnetfeldkomponente in räumlicher Nähe zu ihrer Entstehung in vorteilhafter Weise sichergestellt ist, sind ein Teil der Durchkontaktierungen, die die ersten Leiterbahnabschnitte mit den zweiten Leiterbahnabschnitten verbinden, als innere Durchkontaktierungen, welche im wesentlichen entlang der durchgehenden Bohrung angeordnet sind, und ein weiterer Teil als äußere Durchkontaktierungen ausgebildet, welche jeweils am den inneren Durchkontaktierungen entgegen gesetzten Ende der Leiterbahnabschnitte angeordnet sind,
wobei entweder die Teilabschnitte der ersten und/oder zweiten Leiterbahnabschnitte, über die der Windungsfortschritt erfolgt, unmittelbar an die inneren Durchkontaktierungen anschließen und der zusätzliche Leiterbahnabschnitt innerhalb eines von den inneren Durchkontaktierungen gebildeten Rings verläuft,
oder die Teilabschnitte der ersten und/oder zweiten Leiterbahnabschnitte, über die der Windungsfortschritt erfolgt, unmittelbar an die äußeren Durchkontaktierungen anschließen und der zusätzliche Leiterbahnabschnitt außerhalb eines von den äußeren Durchkontaktierungen gebildeten Rings verläuft.In a development in which the compensation of the parasitic magnetic field component in spatial proximity to its formation is ensured in an advantageous manner, a part of the plated-through holes which connect the first conductor track sections to the second conductor track sections are inner through-holes which extend substantially along the through-bore are arranged, and another part formed as outer vias, which are each arranged at the inner vias opposite end of the conductor track sections,
wherein either the subsections of the first and / or second conductor track sections, via which the winding progress takes place, directly adjoin the inner vias and the additional trace section extends within a ring formed by the inner vias,
or the subsections of the first and / or second conductor track sections, over which the winding progress takes place, directly adjoin the outer vias and the additional trace section extends outside of a ring formed by the outer vias.

In einer Ausgestaltung ist der zusätzliche Leiterbahnabschnitt in einer inneren dritten Ebene der Leiterkarte unterhalb oder oberhalb, insbesondere genau unterhalb oder oberhalb, derjenigen Teilabschnitte der ersten oder zweiten Leiterbahnabschnitte angeordnet, über die der Windungsfortschritt erfolgt. Durch diese Ausnutzung weiterer Lagen der mehrlagigen Leiterkarte können die Entstehungsbereiche der parasitären Komponente und der kompensierenden Magnetfeldkomponente des zweiten Magnetfelds räumlich noch näher zueinander angeordnet werden.In One embodiment is the additional conductor track section in an inner third level of the printed circuit board below or above, especially just below or above, those sections the first or second conductor sections arranged over the winding progress takes place. Through this exploitation of others Layers of the multilayer printed circuit board can be the areas of origin the parasitic component and the compensating magnetic field component the second magnetic field spatially closer to each other to be ordered.

In einer weiteren Ausgestaltung ist der zweite Leiterabschnitt in einem Abstand von weniger als dem fünffachen, bevorzugt weniger als dem dreifachen, Durchmesser des elektrischen Leiters, von den Teilabschnitten der Windungen des ersten Abschnitts des Leiters, in denen der Windungsfortschritt erfolgt, angeordnet. Bei Ausgestaltung der Ringspule als in eine Leiterkarte integrierte Ringspule ist es entsprechend vorteilhaft, wenn der zusätzliche Leiterbahnabschnitt in einem Abstand von weniger als der fünffachen, bevorzugt weniger als der dreifachen Leiterbahnbreite von den Teilabschnitten der zu den Spulenwindungen gehörenden Leiterbahnen, in denen der Windungsfortschritt erfolgt, angeordnet ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Kompensation der parasitären Komponente in räumlicher Nähe zum Ort ihrer Entstehung erfolgt.In In a further embodiment, the second conductor section is in one Distance less than five times, preferably less as the triple, diameter of the electric conductor, of the sections the turns of the first section of the ladder, in which the winding progress done, arranged. In embodiment of the toroidal coil than in a PCB integrated ring coil, it is correspondingly advantageous when the additional trace portion at a distance less than five times, preferably less than triple track width of the sections of belonging to the coil turns Tracks in which the Windungsfortschritt takes place arranged is. In this way it is ensured that the compensation of parasitic component in close proximity to the Place of their creation takes place.

In einer Ausgestaltung weist die Spule einen Kern aus hochpermeablem Material, insbesondere mit einer Permeabilitätszahl von mehr als 1000, bevorzugt von mehr als 5000, besonders bevorzugt von mehr als 10000 auf.In In one embodiment, the coil has a core of high permeability Material, in particular with a permeability number of more than 1000, preferably more than 5000, more preferably from more than 10,000 on.

In einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung im Falle der Ausgestaltung der Ringspule als in eine Leiterkarte integrierte Ringspule ist der Kern im Wesentlichen zylindersymmetrisch bezüglich einer Rotationsachse ausgestaltet, wobei die Teilabschnitte der Leiterbahnabschnitte, die nicht dem Windungsfortschritt dienen, bezüglich der Rotationsachse in radialer Richtung verlaufen. Vorteilhafterweise erfolgt der Windungsfortschritt außerhalb des Bereiches des Kerns, z. B. innerhalb der lichten Weite des Kerns oder außerhalb der äußeren Zylindermantelfläche des Kerns. Auf diese Weise wird eine Einkopplung der parasitären Magnetfeldkomponente in den Kern reduziert.In a development of this embodiment in the case of the embodiment the ring coil is integrated as a circuit board ring coil the core is substantially cylindrically symmetric with respect to an axis of rotation configured, wherein the sections of the Trace sections that do not serve the turn progress with respect to the axis of rotation in the radial direction. Advantageously, the winding progress takes place outside the area of the core, z. Within the clear width of the core or outside the outer cylinder surface of the Core. In this way, a coupling of the parasitic Magnetic field component reduced in the core.

Vorteilhaft kann die Ringspule in einer der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen in einem Leitfähigkeitssensor zum Messen der Leitfähigkeit eines Mediums, welches den Leitfähigkeitssensor umgibt, umfassend eine erste Ringspule zum Induzieren eines Stroms in dem Medium, und eine zweite Ringspule zum Erfassen eines durch den Strom erzeugten Magnetfelds, eingesetzt werden. Dabei ist vorteilhafterweise mindestens eine der Ringspulen nach einer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen ausgebildet.Advantageous can the toroidal coil in one of the embodiments described above and further developments in a conductivity sensor for measuring the conductivity of a medium which is the conductivity sensor surrounding, comprising a first annular coil for inducing a current in the medium, and a second toroid for detecting a through the current generated magnetic field, are used. It is advantageous at least one of the toroidal coils according to one of the above-described Embodiments and developments formed.

Um die Leitfähigkeit zu messen, wird eine derartige Ringspulenanordnung, die eine Leitfähigkeitsmesszelle bildet, soweit in das Medium eingeführt, dass sich ein Strompfad um die erste Ringspule, die auch als Erregerspule bezeichnet wird, und die zweite Ringspule, die auch als Empfängerspule bezeichnet wird, herum ausbilden kann. Wenn die Erregerspule mit einem Wechselspannungssignal beaufschlagt wird, erzeugt sie ein Magnetfeld, das in dem Strompfad einen Strom induziert, dessen Größe von der elektrischen Leitfähigkeit des Mediums abhängig ist. Dieser Strom, der ebenfalls ein Wechselstrom ist, wird induktiv mit der Empfängerspule gemessen. Daher ist der von der Empfängerspule gelieferte Wechselstrom eine Funktion der elektrischen Leitfähigkeit des zu untersuchenden Mediums.Around to measure the conductivity, such a ring coil arrangement, which forms a conductivity cell, as far as in the Medium introduced that a current path around the first Ring coil, which is also referred to as exciter coil, and the second Ring coil, which is also called receiver coil, can train around. When the excitation coil with an AC signal is applied, it generates a magnetic field in the current path induces a current the size of which is electrical Conductivity of the medium is dependent. This Electricity, which is also an alternating current, becomes inductive with the Receiver coil measured. Therefore, that of the receiver coil AC supplied a function of the electrical conductivity of the to be examined medium.

Zur Beaufschlagung der Erregerspule mit einem solchen Wechselspannungssignal umfasst der induktive Leitfähigkeitssensor eine mit der Erregerspulespule elektrisch verbundene Sendeeinrichtung zum Speisen der Spule mit einer Wechselspannung und eine mit der Empfängerspule elektrisch verbundene Empfangseinrichtung zur Weiterleitung des Messsignals an die Messelektronik des Leitfähigkeitssensors, die das Messsignal gegebenenfalls digitalisiert und mittels eines Mikrocontrollers aus dem Messsignal den Leitfähigkeitsmesswert ermittelt. Dieses Messsignal kann dann an eine übergeordnete Einheit weitergegeben und/oder über eine Anzeigeeinheit ausgegeben werdenFor applying the excitation coil with such an alternating voltage signal, the inductive conductivity sensor comprises a transmitting device electrically connected to the exciter coil for feeding the coil with an alternating voltage and a receiving means electrically connected to the receiver coil for forwarding the measuring signal to the measuring electronics of the conductivity sensor, which optionally digitized the measurement signal and determined by means of a microcontroller from the measurement signal, the conductivity reading. This measurement signal can then be sent to a higher-level Unit passed and / or output via a display unit

In einer Weiterbildung dieses Leitfähigkeitssensors sind die Ringspulen im Wesentlichen koplanar und achsparallel angeordnet. Dies erlaubt eine weitere Verringerung der induktiven Kopplung zwischen der ersten und der zweiten Ringspule. In alternativen Ausgestaltungen können die Ringspulen auch koaxial hintereinander oder koplanar koaxial angeordnet sein.In a development of this conductivity sensor are the Ring coils arranged substantially coplanar and axially parallel. This allows a further reduction of the inductive coupling between the first and second toroid coils. In alternative embodiments The ring coils can also coaxially one behind the other or coplanar be arranged coaxially.

Die Erfindung wird nun anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:The Invention will now be described with reference to the embodiments illustrated in the drawings explained. Show it:

1 eine Veranschaulichung der Begriffe des Windungsfortschritts und der Ganghöhe bei einer Spule; 1 an illustration of the concepts of Windungsunterschritts and the pitch in a coil;

2 eine schematische Skizze zur Erläuterung der Entstehung der parasitären B_z-Komponente; 2 a schematic diagram for explaining the formation of the parasitic B _z component;

3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Ringspule; 3 a schematic representation of an embodiment of a toroidal coil;

4 einen Längsschnitt durch einen Sensorkopf eines Leitfähigkeitssensors mit einer Ringspule nach Art der in 3 dargestellten Ringspule. 4 a longitudinal section through a sensor head of a conductivity sensor with a toroidal coil in the manner of 3 illustrated ring coil.

2 zeigt schematisch einen Abschnitt eines Ringspulenkerns 201 aus einem hochpermeablen Material, d. h. einem Material, das eine Permeabilitätszahl von mehr als 1000 aufweist, um den drei Windungen 203 aus einem elektrisch leitfähigen Material gewunden sind. Die Richtung des Windungsfortschritts ist mit dem Pfeil W angegeben. Der Windungsfortschritt wird durch eine Ganghöhe g der einzelnen Windungen 203 erzielt. Wie in 1a) erfolgt der Windungsfortschritt stetig monoton über die einzelnen Windungen 203. 2 schematically shows a portion of a Ringpulenkerns 201 of a high permeability material, ie a material having a permeability of more than 1000, around the three turns 203 made of an electrically conductive material are wound. The direction of the winding progress is indicated by the arrow W. The winding progress is by a pitch g of the individual turns 203 achieved. As in 1a ), the winding progress is continuous monotonically over the individual turns 203 ,

Ein Stromfluss I durch die Windungen 203 kann somit in eine erste Komponente I_z senkrecht zum Windungsfortschritt und eine zweite Komponente I_φ in Richtung W des Windungsfortschritts zerlegt werden. Bei Ringspulen herkömmlicher Geometrie ist die Komponente I_φ wesentlich kleiner als die Komponente I_z.A current flow I through the turns 203 can thus be decomposed into a first component I _z perpendicular to the winding progress and a second component I _φ in the direction W of Windungsfortschritts. In ring coils of conventional geometry, the component I _{φ is} substantially smaller than the component I _z .

Die Komponete I_z führt nach der Maxwell-Gleichung rotH → = j →zur Bildung einer ersten Magnetfeldkomponente B_φ innerhalb des Ringspulenkerns 201. Die Komponente I_φ, führt zur Bildung einer zweiten Magnetfeldkomponente B_z senkrecht zu B_φ. Da die erste Komponente I_z deutlich größer ist als die zweite Komponente I_φ, bildet die erste Magnetfeldkomponente B_φ die Hauptkomponente des resultierenden Magnetfelds, während die zweite Magnetfeldkomponente B_z eine parasitäre Komponente bildet.The component I _z leads to the Maxwell equation redH → = j → for forming a first magnetic field component B _φ within the toroidal core 201 , The component I _φ leads to the formation of a second magnetic field component B _z perpendicular to B _φ . Since the first component I _{z is} significantly larger than the second component I _φ , the first magnetic field component B _{φ forms} the main component of the resulting magnetic field, while the second magnetic field component B _{z forms} a parasitic component.

3a) und b) zeigen eine schematische Darstellung einer Ringspule 305, in der wie eingangs beschrieben bei Stromfluss die parasitäre B_z-Komponente des Magnetfelds kompensiert wird. Im Ausführungsbeispiel der 3 ist die Ringspule 305 in einer mehrlagigen Leiterkarte 315 integriert. In 3a) ist die Ringspule 305 in Aufsicht gezeigt, während 3b) eine schematische Explosionsdarstellung unter Weglassung von Zwischenlagen der Leiterkarte 315 zeigt. Die Ringspule 305 umfasst eine Vielzahl erster Leiterbahnabschnitte 307.i in einer ersten Ebene der Leiterkarte, im folgenden als Vorderseite der Leiterkarte 315 bezeichnet, und eine Vielzahl zweiter Leiterbahnabschnitte 308.i in einer zweiten Ebene, im Folgenden als Rückseite der Leiterkarte 315 bezeichnet. Die Leiterbahnabschnitte 307.i und 308.i sind durch senkrecht zu den Leiterkartenebenen ausgerichtete innere 309.i und äußere Durchkontaktierungen 310.i miteinander verbunden, so dass die Leiterbahnabschnitte 307.i, 308.i und die Durchkontaktierungen 309.i, 310.i zusammen eine Spulenwicklung mit einer Vielzahl von Windungen der in die Leiterkarte integrierten Ringspule 305 bilden. Die Windungen umschließen einen Ringkern 301 aus einem hochpermeablen Material, der in eine oder mehrere innere Zwischenlagen (in 3b) nicht dargestellt) der Leiterkarte 315 eingebettet ist. Die Ringspule 305 umfasst weiterhin einen zusätzlichen Leiterbahnabschnitt 317, der im hier gezeigten Ausführungsbeispiel in derselben Ebene der Leiterkarte 315 verläuft wie die ersten Leiterbahnen 307.i, nämlich auf der Vorderseite der Leiterkarte 315. 3a ) and b) show a schematic representation of a toroidal coil 305 in which the parasitic B _z component of the magnetic field is compensated as described above for current flow. In the embodiment of 3 is the toroidal coil 305 in a multi-layer printed circuit board 315 integrated. In 3a ) is the toroidal coil 305 shown in supervision while 3b ) is a schematic exploded view omitting intermediate layers of the printed circuit board 315 shows. The toroidal coil 305 includes a plurality of first conductor track sections 307.i in a first level of the circuit board, in the following as the front of the circuit board 315 denotes, and a plurality of second conductor track sections 308.i in a second level, hereinafter referred to as the back of the circuit board 315 designated. The conductor track sections 307.i and 308.i are aligned through perpendicular to the PCB levels inner 309.i and outer vias 310.i interconnected so that the conductor track sections 307.i . 308.i and the vias 309.i . 310.i together a coil winding with a plurality of turns of integrated in the circuit board ring coil 305 form. The turns enclose a toroidal core 301 made of a highly permeable material, which can be inserted into one or more inner liners (in 3b ) not shown) of the printed circuit board 315 is embedded. The toroidal coil 305 further includes an additional trace portion 317 in the embodiment shown here in the same plane of the circuit board 315 runs like the first tracks 307.i namely on the front of the printed circuit board 315 ,

Über Anschlüsse 319.1 und 319.2 sind die Windungen sowie der zusätzliche Leiterbahnabschnitt 317 mit einer Stromquelle derart verbunden, dass ein geschlossener Stromkreis gebildet wird. Dieser verläuft von einem der Anschlüsse 319.1 zunächst über eine äußere Durchkontaktierung 309.1, über einen mit der Durchkontaktierung 309.1 verbundenen Leiterbahnabschnitt 308.1 auf der Rückseite der Leiterkarte, und über alle von den Leiterbahnabschnitten 307.i, 308.i und Durchkontaktierungen 309.i, 310.i gebildeten Spulenwindungen, wobei die letzte, das heißt die bezogen auf den beschriebenen Stromkreis vom ersten Anschluss 319.1 am weitesten entfernte, Spulenwindung über ihren Leiterbahnabschnitt 308.2 auf der Leiterkartenrückseite und die an diesen Leiterbahnabschnitt 308.2 anschließende innere Durchkontaktierung 309.2 leitfähig mit dem auf der Vorderseite der Leiterkarte 315 angeordneten zusätzlichen Leiterbahnabschnitt 317 verbunden ist. Der zusätzliche Leiterbahnabschnitt 317 verläuft in Gegenrichtung zum Windungsfortschritt W parallel zu dem durch die inneren Durchkontaktierungen 309.i gebildeten Pfad zurück zum zweiten Anschluss 319.2 und schließt somit den Stromkreis. Die Gesamtheit der in dem beschriebenen geschlossenen Stromkreis miteinander leitfähig verbundenen Leiterbahnabschnitte 307.i, 308.i, 317 und Durchkontaktierungen 309.i, 310.i können im Rahmen der hier beschriebenen Erfindung als ein elektrischer Leiter betrachtet und verstanden werden. Bei Stromfluss durch diesen elektrischen Leiter weist der Stromfluss in der durch die Leiterbahnabschnitte 307.i, 308.i und die Durchkontaktierungen 309.i, 310.i gebildeten Spulenwicklung lokal eine Komponente auf, welche in Richtung des Windungsfortschritts W oder in entgegen gesetzter Richtung zum Windungsfortschritt verläuft, je nach Polung der Anschlüsse 319.1 und 319.2. Die Stromrichtung innerhalb des zusätzlichen Leiterbahnabschnitts 317 ist in jedem Fall der Richtung dieser Komponente entgegen gesetzt.About connections 319.1 and 319.2 are the turns and the additional track section 317 connected to a power source such that a closed circuit is formed. This runs from one of the connections 319.1 initially via an external via 309.1 , about one with the via 309.1 connected track section 308.1 on the back of the circuit board, and over all of the trace sections 307.i . 308.i and vias 309.i . 310.i formed coil windings, wherein the last, that is, based on the described circuit from the first terminal 319.1 farthest coil turn over its trace section 308.2 on the back of the circuit board and on this trace section 308.2 subsequent inner via 309.2 conductive with the on the front of the circuit board 315 arranged additional track section 317 connected is. The additional track section 317 runs in the opposite direction to the winding progress W parallel to that through the inner vias 309.i formed path back to the second port 319.2 and thus closes the circuit. The entirety of the conductor track sections which are conductively connected to one another in the described closed circuit 307.i . 308.i . 317 and vias 309.i . 310.i may be considered and understood as an electrical conductor within the scope of the invention described herein. When current flows through this electrical conductor, the current flow in the through the conductor track sections 307.i . 308.i and the vias 309.i . 310.i locally formed coil component, which runs in the direction of the winding progress W or in the opposite direction to Windungsfortschritt, depending on the polarity of the terminals 319.1 and 319.2 , The current direction within the additional conductor track section 317 is in any case contrary to the direction of this component.

Im Beispiel der 3 weist der Ringkern 301 eine Zylindersymmetrie bezüglich einer Rotationsachse A auf. In alternativen Ausführungsformen muss der Ringkern nicht notwendigerweise Zylindersymmetrie aufweisen. Wie eingangs bereits ausgeführt, kann ein Ringkern beispielsweise auch als Ellipse, oder als Polygon ausgestaltet sein. In diesem Fall tritt an die Stelle der Rotationssymmetrieachse eine zentrale Achse, z. B. durch den Mittelpunkt des Polygons bzw. durch einen zentralen, zwischen den Ellipsenbrennpunkten lokalisierter Punkt innerhalb der Ellipse.In the example of 3 indicates the toroidal core 301 a cylinder symmetry with respect to a rotation axis A. In alternative embodiments, the toroid does not necessarily have cylinder symmetry. As already stated, a toroidal core may for example also be designed as an ellipse or as a polygon. In this case, takes the place of the rotational axis of symmetry, a central axis, z. Through the center of the polygon or through a central point located between the ellipse focal points within the ellipse.

Die Leiterbahnabschnitte 307.i, 308.i verlaufen über einen großen Teilabschnitt ihrer gesamten Länge in radialer Richtung bezüglich der Rotationsachse A. Insbesondere verläuft derjenige Teilabschnitt der Leiterbahnabschnitte 307.i, 308.i, der bezogen auf die Stapelrichtung der mehrlagigen Leiterkarte, oberhalb bzw. unterhalb des Ringkerns 301 verläuft, in radialer Richtung bezüglich der Rotationsachse A. Der Windungsfortschritt W erfolgt nur jeweils über einen kleinen Teilabschnitt 311.i der ersten Leiterbahnabschnitte 307.i auf der Vorderseite der Leiterkarte 315, der direkt an die inneren Durchkontaktierungen 309.i anschließt. Die Länge dieser Teilabschnitte 311.i entspricht etwa 15% der Gesamtlänge der jeweiligen Leiterbahnabschnitte 307.i. Die Teilabschnitte 311.i weisen eine Steigung auf, die eine Ganghöhe g der einzelnen Windungen bewirkt und so zum Windungsfortschritt W beiträgt. Der Windungsfortschritt W erfolgt also nicht mittels einer stetig monotonen Steigung der einzelnen Windung über die gesamte Windungslänge, sondern nur über den Teilabschnitt 311.i. Dadurch ergibt sich eine „Unstetigkeitsstelle” innerhalb der Windung, die sich als Abknicken der Leiterbahnabschnitte 307.i äußert.The conductor track sections 307.i . 308.i extend over a large portion of its entire length in the radial direction with respect to the axis of rotation A. In particular, that portion of the conductor track sections runs 307.i . 308.i related to the stacking direction of the multilayer printed circuit board, above or below the toroidal core 301 runs, in the radial direction with respect to the axis of rotation A. The winding progress W takes place only over a small section 311.i the first trace sections 307.i on the front of the circuit board 315 , which directly connects to the inner vias 309.i followed. The length of these sections 311.i corresponds to about 15% of the total length of the respective conductor track sections 307.i , The sections 311.i have a pitch that causes a pitch g of the individual turns and thus contributes to the winding progress W. The winding progress W thus does not take place by means of a continuous monotonous slope of the individual winding over the entire winding length, but only over the partial section 311.i , This results in a "discontinuity point" within the winding, which turns out to be kinking the conductor track sections 307.i manifests.

Im vorliegenden Beispiel ist die Unstetigkeitsstelle sowie der gesamte Teilabschnitt 311.i, über den jeweils der Windungsfortschritt erfolgt, in der Nähe der inneren Durchkontaktierungen 309.i und in einem Bereich der Leiterkarte 315, der bezüglich der Stapelrichtung der Leiterkartenlagen nicht oberhalb oder unterhalb des Ringkerns 301, sondern zu diesem versetzt, angeordnet ist. Auf diese Weise wird verhindert, dass die parasitäre B_z-Komponente direkt in den Ringkern 301 eingekoppelt wird.In this example, the discontinuity point and the entire subsection are 311.i , via which each of the winding progress takes place, in the vicinity of the inner vias 309.i and in one area of the circuit board 315 , with respect to the stacking direction of the Leiterartenartenlagen not above or below the toroidal core 301 but offset to this, is arranged. In this way it prevents the parasitic B _z component directly into the ring core 301 is coupled.

Bei Stromfluss durch den beschriebenen geschlossenen Stromkreis wird, wie anhand der 2 bereits ausgeführt, durch den Stromfluss in den Leiterbahnabschnitten 307.i und 308.i sowie die Durchkontaktierungen 309.i und 310.i ein Magnetfeld mit einer Hauptkomponente in Richtung des Windungsfortschritts W erzeugt. Der Stromfluss in den Teilabschnitten 311.i, über die der Windungsfortschritt W erzeugt wird, und die gegenüber der bezüglich der Rotationsachse A radialen Richtung eine Steigung aufweisen, bewirkt die Entstehung einer parasitären Magnetfeldkomponente senkrecht zur Richtung des Windungsfortschritts W und zur Leiterkartenebene. Der Stromfluss im zusätzlichen Leiterabschnitt 317 erzeugt wiederum ein Magnetfeld, dessen Hauptkomponente der parasitären Komponente entgegengesetzt ist, so dass die parasitäre Magnetfeldkomponente zumindest teilweise kompensiert wird. Der Leiterbahnabschnitt 317 kann in einer alternativen Variante nicht nur in einer Windung um den von den inneren Durchführungen 309.i gebildeten Pfad, sondern in mehreren Windungen entlang dieses Pfades geführt sein.When current flows through the described closed circuit, as shown by the 2 already executed, by the current flow in the conductor track sections 307.i and 308.i as well as the vias 309.i and 310.i generates a magnetic field with a major component in the direction of the winding progress W. The current flow in the sections 311.i , via which the winding progress W is generated, and which have a slope relative to the radial direction with respect to the axis of rotation A, causes the formation of a parasitic magnetic field component perpendicular to the direction of the winding progress W and to the printed circuit board plane. The current flow in the additional conductor section 317 In turn, generates a magnetic field whose main component of the parasitic component is opposite, so that the parasitic magnetic field component is at least partially compensated. The track section 317 can in an alternative variant not only in a turn around that of the inner feedthroughs 309.i formed path, but be guided in several turns along this path.

Es sind andere Ausführungsbeispiele als das in 3 gezeigte denkbar. Beispielsweise kann die Ringspule auch als kernlose Ringspule ausgestaltet sein, bei der sich die von den Leiterbahnabschnitten 307.i, 308.i und den Durchkontaktierungen 309.i, 310.i gebildeten Windungen nicht um einen Kern, sondern um einen Hohlraum winden, der beispielsweise mit Luft oder einem elektrisch isolierenden Material, z. B. aus dem Material der Leiterkarte 315, gefüllt ist.There are other embodiments than those in 3 shown imaginable. For example, the toroidal coil can also be configured as a coreless ring coil, in which the of the conductor track sections 307.i . 308.i and the vias 309.i . 310.i windings formed do not wind around a core, but around a cavity, for example, with air or an electrically insulating material, eg. B. from the material of the printed circuit board 315 , is filled.

In einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Teilabschnitt 311.i der Leiterbahnabschnitte, über den der Windungsfortschritt erfolgt, auch direkt im Anschluss an die äußeren Durchführungen 310.i, in einem Bereich der Leiterkarte 315 angeordnet sein, der bezüglich der Stapelrichtung der Leiterkartenlagen nicht oberhalb oder unterhalb des Ringkerns 301, sondern zu diesem versetzt, angeordnet ist. In diesem Fall ist es vorteilhaft, um eine optimale Kompensation der bei Stromfluss durch die Teilabschnitte 311.i entstehenden parasitären Magnetfeldkomponente zu erreichen, den zusätzlichen Leiterbahnabschnitt 317 in der Nähe dieser Teilabschnitte anzuordnen, beispielsweise am äußeren Umfang der von den Leiterbahnabschnitten 307.i, 308.i und den Durchkontaktierungen 309.i, 310.i gebildeten Spule entlang des von den äußeren Durchkontaktierungen 310.i gebildeten Pfades.In another embodiment, the subsection 311.i the conductor track sections over which the winding progress takes place, also directly after the outer bushings 310.i in an area of the circuit board 315 be arranged, with respect to the stacking direction of the Leiterartenartenlagen not above or below the toroidal core 301 but offset to this, is arranged. In this case, it is advantageous to get an optimal compensation of current flow through the subsections 311.i To achieve the resulting parasitic magnetic field component, the additional track section 317 to arrange in the vicinity of these sections, for example, on the outer circumference of the conductor track sections 307.i . 308.i and the vias 309.i . 310.i formed coil along the from the outer vias 310.i formed path.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel können Leiterbahnabschnitte 307.i, 308.i mit Teilabschnitten 311.i, die zum Windungsfortschritt W beitragen, in mehreren verschiedenen Ebenen der Leiterkarte angeordnet sein. In einer anderen Variante können die Teilabschnitte 311.i, die zum Windungsfortschritt W beitragen, und der zusätzliche Leiterkartenabschnitt 317 jeweils in verschiedenen Ebenen der Leiterkarte angeordnet sein.In a further embodiment, conductor track sections 307.i . 308.i with sections 311.i , which contribute to the winding progress W, be arranged in several different levels of the printed circuit board. In another variant, the subsections 311.i that contribute to the winding progress W, and the additional printed circuit board section 317 be arranged in different levels of the printed circuit board.

Wie eingangs ausgeführt, kann die Ringspule auch als herkömmliche, d. h. nicht in eine Leiterkarte integrierte, Ringspule ausgestaltet sein. In diesem Fall werden die Spulenwindungen durch einen ersten Abschnitt eines elektrischen Leiters gebildet, die sich um einen Ringkern oder einen ringförmigen Hohlraum, der sich entlang des Windungsfortschritts erstreckt, winden, wie in 2 anhand eines Ausschnitts aus einer solchen Ringspule dargestellt. In der Nähe der Teilabschnitte 202 der einzelnen Windungen 203, in denen der Windungsfortschritt erfolgt, und die wie beschrieben bei Stromfluss zur Bildung einer parasitären Magnetfeldkomponente beitragen, wird in diesem Fall ein zusätzlicher Leiterabschnitt (nicht eingezeichnet) derart entlang des Umfangs des Ringkerns geführt, dass bei Stromfluss ein Magnetfeld erzeugt wird, das das parasitäre Magnetfeld wenigstens teilweise kompensiert. Um Kurzschlüsse zwischen den Windungen 203 und dem zusätzlichen Leiterabschnitt zu vermeiden, wird der Leiter mit einer elektrischen Isolation umgeben.As stated at the outset, the toroidal coil can also be configured as a conventional, ie not integrated into a printed circuit board, toroidal coil. In this case, the coil turns are formed by a first section of electrical conductor which winds around a toroidal core or annular cavity extending along the winding progress, as in FIG 2 illustrated by a section of such an annular coil. Near the sections 202 the individual turns 203 In this case, an additional conductor section (not shown) is led along the circumference of the ring core in such a way that when current flows, a magnetic field is generated, which is the parasitic Magnetic field at least partially compensated. To short circuits between turns 203 and to avoid the additional conductor section, the conductor is surrounded with electrical insulation.

4 zeigt einen Längsschnitt einer Anordnung zweier Ringspulen 405, die der in 3 gezeigten Ringspule 305 entsprechen, in einem induktiven Leitfähigkeitssensor 425 in einer mehrlagigen Leiterkarte 415. Die Ringspulen 405 umfassen erste Leiterbahnabschnitte 407.i, die auf der Vorderseite der Leiterkarte 405 auf der Decklage 426 verlaufen, und zweite Leiterbahnabschnitte 408.i, die auf der Rückseite der Leiterkarte auf einer Basislage 427 der Leiterkarte 415 verlaufen. Zwischen der Basislage 427 und der Decklage 426 ist eine Zwischenlage 428 angeordnet, die selbst eine oder mehrere Lagen umfassen kann. Die Zwischenlage 428 umfasst Aussparungen, in der die Ringkerne 401 für die Ringspulen 405 eingebracht werden, bevor die Decklage 426 mit der Zwischenlage 428 gefügt wird. Die ersten Leiterbahnabschnitte 407.i und die zweiten Leiterabschnitte 408.i sind über Durchkontaktierungen 409.i und 410.i durch die Lagen der Leiterkarte wie zuvor beschrieben miteinander kontaktiert. Der zusätzliche Leiterbahnabschnitt 417 verläuft in derselben Lage wie die ersten Leiterbahnabschnitte 407.1 Zum Schutz gegen das Messmedium weist der Leitfähigkeitssensor 425 im benetzbaren Bereich eine Kunststoffschutzschicht 419 auf, welche vorzugsweise sämtliche Oberflächen des Leitfähigkeitssensors 425 im benetzbaren Bereich vollständig überdeckt. Eine Schirmung 421 sorgt für eine elektrische und/oder magnetische Entkopplung der Ringspulen 405. 4 shows a longitudinal section of an arrangement of two toroidal coils 405 that the in 3 shown ring coil 305 in an inductive conductivity sensor 425 in a multi-layer printed circuit board 415 , The ring coils 405 comprise first track sections 407.i on the front of the circuit board 405 on the top layer 426 run, and second conductor track sections 408.i on the back of the circuit board on a base 427 the circuit board 415 run. Between the base position 427 and the top layer 426 is a liner 428 arranged, which may itself comprise one or more layers. The liner 428 includes recesses in which the toroidal cores 401 for the toroidal coils 405 be introduced before the top layer 426 with the liner 428 is added. The first trace sections 407.i and the second conductor sections 408.i are via vias 409.i and 410.i through the layers of the printed circuit board as previously described contacted each other. The additional track section 417 runs in the same position as the first track sections 407.1 For protection against the measuring medium has the conductivity sensor 425 in the wettable area a protective plastic layer 419 which preferably all surfaces of the conductivity sensor 425 completely covered in the wettable area. A shield 421 ensures electrical and / or magnetic decoupling of the toroidal coils 405 ,

Die inneren Durchkontaktierungen 409.i der Ringspulen 405 umgeben jeweils eine durchgehende Öffnung 418 in der Leiterkarte 415. Diese Öffnungen 418 sind im Messbetrieb mit dem Messmedium beaufschlagbar, dessen Leitfähigkeit gemessen werden soll. Eine der Ringspulen 405 bildet die Erregerspule während die andere die Empfängerspule des Leitfähigkeitssensors 425 bildet, Beim Eintauchen der Spulenanordnung in das Messmedium kann sich bei Beaufschlagung der Erregerspule mit einer Wechselspannung der Strompfad 423 ausbilden, der die Sendespule und die Empfangsspule durchsetzt.The inner vias 409.i the ring coils 405 each surrounded by a through opening 418 in the circuit board 415 , These openings 418 In measurement mode, the measuring medium whose conductivity is to be measured can be acted upon. One of the toroids 405 while the other forms the receiver coil of the conductivity sensor 425 When the coil arrangement is immersed in the measuring medium, the current path can be subjected to an alternating voltage when the excitation coil is acted on 423 form, which passes through the transmitting coil and the receiving coil.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und umfasst jede weitere technisch mögliche Realisierungsart, welche in die Reichweite der nachfolgenden Ansprüche fällt. Insbesondere können zwei erfindungsgemäße Ringspulen zur Bildung eines Leitfähigkeitssensors koaxial hintereinander oder koplanar koaxial angeordnet sein.The Invention is not limited to the illustrated embodiments limited and includes every other technically possible Implementation, which is within the scope of the following claims falls. In particular, two ring coils according to the invention for forming a conductivity sensor coaxially one behind the other or co-planar coaxially.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims

Ring coil comprising an electrical conductor, having a first conductor portion, which is a coil winding with a multitude of equidirectional turns, in which The coil winding with a winding progress around a core or a cavity that winds along a first substantially closed, annular path along the winding progress of the Coil winding about a central axis, in particular a rotational symmetry axis, the toroid extends, wherein the electrical conductor a includes additional second conductor section, which along a second annular path substantially in one plane perpendicular to the central axis of the toroidal coil around the central axis of the toroidal coil runs, being at current flow through the electrical conductor of the current flow in the first conductor section a component which, in the direction of the winding progress or directed in the opposite direction to the winding progress is, and wherein the current flow in the second conductor portion substantially directed against said component.

An annular coil according to claim 1, wherein when current flows through the electrical conductor of the current flow in the first conductor section causes the formation of a first magnetic field, which is a major component essentially in the direction of the winding progress, in particular within the nucleus or cavity, and a parasitic one Component perpendicular to the main component, and the current flow in second conductor section causes the formation of a second magnetic field, which has at least one component, that of the parasitic Component of the first magnetic field directed substantially opposite and this is essentially compensated, so the resulting Magnetic field of the electrical conductor during current flow substantially is formed from the main component of the first magnetic field.

Ring coil according to one of claims 1 or 2, wherein the second conductor section as at least one turn a cylindrical coil is designed, the coil axis with the central axis of the toroid collapses, the Cylinder coil in particular has no winding progress.

An annular coil according to one of claims 1 to 3, wherein the plurality of turns of the first conductor portion from a plurality of first conductor track sections, which in a first Level of a multi-layer printed circuit board, and a variety second trace sections, in a second level of the circuit board run, and a variety of vias, which the first conductor track sections with the second conductor track sections connect, is formed, wherein the plurality of turns thus formed in particular a continuous opening in the printed circuit board encloses.

An annular coil according to claim 4, wherein the at least one additional second section of the electrical conductor as additional trace section in a plane of the printed circuit board, especially in the first or second level is formed.

An annular coil according to one of claims 1 to 5, wherein the winding progress of the first section of the Ladder formed coil winding each have a portion the individual turns, in particular over less as 50% of the length of a single turn, especially over less as 10% of the length of a single turn.

An annular coil according to one of claims 4 to 6, wherein the winding progress within the first and / or second Track sections in the first and / or second level of the printed circuit board he follows.

An annular coil according to claim 7, wherein the winding progress within a subsection of less than 25%, in particular less than 10%, the trace sections.

Ring coil according to claim 7 or 8, being a Part of the vias that the first trace sections connect to the second trace sections, as inner vias are formed, which is substantially along the continuous Bore are arranged, and another part of the vias are formed as outer vias, which each opposite on the inner vias End of the conductor track sections are arranged, and wherein either the sections of the first and / or second conductor track sections, about the winding progress is made directly to the inner vias connect and the additional track section within one of the inner vias formed Rings runs, or the subsections of the first and / or second trace portions over which the turn progress takes place, directly to the outer vias connect and the additional track section within one of the outer vias formed ring runs.

Ring coil according to one of claims 7 to 9, wherein the additional conductor track section in an inner third plane of the printed circuit board below or above, in particular exactly below or above, those sections of the first or two th conductor track sections is arranged over which the winding progress takes place.

An annular coil according to any one of claims 1 to 10, wherein the second conductor section, in particular in the embodiment as an additional track section, at a distance less than five times, in particular less than three times the diameter of the electrical conductor, in particular of less than five times, especially less than that triple, trace width of a trace section, from the Sections of the turns of the first section of the ladder, in which the Windungsfortschritt takes place, is arranged.

An annular coil according to any one of claims 1 to 11, the toroidal coil having a core of high permeability material, in particular with a permeability of more than 1000, in particular more than 5000, has.

Ring coil according to one of claims 4 to 11, in which the toroidal core is a core of highly permeable material, in particular with a permeability of more than 1000, in particular of more than 5000, and the core being essentially is cylindrically symmetric with respect to the central axis of the toroidal coil, and wherein the subsections of the conductor track sections of the first Ladder section that does not serve the winding progress, re the axis of rotation in the radial direction, and wherein the winding progress takes place in an area outside the core.

Conductivity sensor for measuring conductivity a medium surrounding the conductivity sensor, comprising a first annular coil for inducing a current in the Medium, and a second toroid for detecting one by the current generated magnetic field, wherein at least the first or the second Ring coil formed according to one of claims 1 to 13 is.

Conductivity sensor according to claim 14, wherein the toroidal coils arranged substantially coplanar and axially parallel are.

Conductivity sensor according to claim 14, wherein the toroid coils are substantially coplanar or substantially coaxial are arranged coaxially one behind the other.