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Die
Erfindung betrifft ein magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät
zur Durchflußmessung eines strömenden Mediums,
mit einer Meßleitung, mit einer Magnetfelderzeugungseinrichtung
zur Erzeugung eines die Meßleitung wenigstens teilweise
durchsetzenden Magnetfeldes und mit zwei Meßelektroden zum
Erfassen und Abgreifen einer in dem strömenden Medium induzierten
Meßspannung, wobei die Meßleitung innen zumindest
teilweise mit einer elektrisch isolierenden Deckschicht versehen
ist und wobei die Meßspannung galvanisch oder kapazitiv
an den Meßelektroden abgegriffen werden kann. Dabei wird
ausgegangen von einem magnetisch-induktiven Durchflußmeßgerät,
dessen Meßleitung elektrisch leitend ist, das also eine
metallische Meßleitung aufweist; nur dann ist zumindest
teilweise eine elektrisch isolierende Deckschicht erforderlich.
Diese elektrisch isolierende Deckschicht ist zumindest im Bereich
der Meßelektroden vorgesehen. Die Dimension, die die Deckschicht
wenigstens haben soll, hängt ab vom Durchmesser der Meßleitung. Üblicherweise
hat die Deckschicht in der Längsrichtung der Meßleitung eine
Ausdehnung, die etwa mindestens dem doppelten Durchmesser der Meßleitung
entspricht. Die Meßleitung kann aber auch dann – teilweise
oder ganz – mit einer Deckschicht versehen sein, wenn sie nicht
elektrisch leitend ist. Üblicherweise, aber nicht funktionsnotwendig,
gehört zu einem magnetisch-induktiven Durchflußmeßgerät
der in Rede stehenden Art noch ein die Meßleitung, vorzugsweise
auch die Magnetfelderzeugungseinrichtung und die Meßelektroden
aufnehmendes Gehäuse, wobei das Gehäuse üblicherweise
einen kreisförmigen Querschnitt hat.
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Das
grundlegende Prinzip eines magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräts
zur Durchflußmessung eines strömenden Mediums
geht auf Faraday zurück, der bereits im Jahre 1832 vorgeschlagen hat,
das Prinzip der elektrodynamischen Induktion zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit
eines strömenden Mediums anzuwenden. Nach dem faraday'schen
Induktionsgesetz entsteht in einem strömenden Medium, das
Ladungsträger mit sich führt und durch ein Magnetfeld
hindurchfließt, eine elektrische Feldstärke senkrecht
zur Strömungsrichtung und senkrecht zum Magnetfeld. Das
faraday'sche Induktionsgesetz wird bei magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräten
dadurch ausgenutzt, daß mittels einer Magnetfelderzeugungseinrichtung,
die üblicherweise zwei bestromte Magnetspulen aufweist, ein
Magnetfeld erzeugt und wenigstens teilweise durch eine Meßleitung
geführt wird, wobei das erzeugte Magnetfeld wenigstens
eine Komponente aufweist, die senkrecht zur Strömungsrichtung
verläuft. Innerhalb des Magnetfeldes liefert jedes sich durch
das Magnetfeld bewegende und eine gewisse Anzahl von Ladungsträgern
aufweisende Volumenelement des strömenden Mediums mit der
in diesem Volumenelement entstehenden Feldstärke einen
Beitrag zu einer von den Meßelektroden erfaßbaren
und – galvanisch oder kapazitiv – abgreifbaren
Meßspannung.
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Sind,
wie weiter oben ausgeführt, magnetisch-induktive Durchflußmeßgeräte
seit Jahrzehnten umfangreich und in einer kaum noch überschaubaren
Vielzahl von Ausführungsformen bekannt, so sind auch in
bezug auf magnetisch-induktive Durchflußmeßgeräte,
wie in vielen weitgehend entwickelten Gebieten der Technik, immer
noch Fortschritte erwünscht und auch möglich.
Das gilt auch und in besonderem Maße in bezug auf die Meßelektroden
solcher magnetisch-induktiver Durchflußmeßgeräte.
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Bei
magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräten
der in Rede stehenden Art kann das strömende Medium eine
gasfreie oder zumindest weitgehend gasfreie Flüssigkeit
sein, bei dem strömenden Medium kann es sich jedoch auch
um eine Flüssigkeit handeln, die mehr oder weniger Gasanteile
enthält. Im übrigen kann bei den in Rede stehenden
magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräten
die Meßleitung betriebsmäßig vollständig
gefüllt oder auch nur teilweise gefüllt sein.
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Einleitend
ist gesagt worden, daß die Erfindung ein magnetisch-induktives
Durchflußmeßgerät zur Durchflußmessung
eines strömenden Mediums betrifft. Ein solches magnetisch-induktives
Durchflußmeßgerät erlaubt aber nicht
nur die Durchflußmessung eines strömenden Mediums,
vielmehr auch eine Leitfähigkeitsmessung und/oder eine
Füllstandsmessung, wobei mit der Füllstandsmessung eine
Aussage darüber gewonnen werden kann, ob die Meßleitung
vollständig oder nur teilweise gefüllt ist. Folglich
kann ein magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät
der eingangs beschriebenen Art zur Durchflußmessung, zur
Leitfähigkeitsmessung und/oder zur Füllstandsmessung
verwendet werden. Üblicherweise werden magnetisch-induktive
Durchflußmeßgeräte nicht nur für
eine Leitfähigkeitsmessung und nicht nur für eine
Füllstandsmessung eingesetzt. Wird vielmehr auch eine Leitfähigkeitsmessung
und/oder eine Füllstandsmessung vorgesehen, so dient ein
magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät
der in Rede stehenden Art in der Regel für eine Durchflußmessung
und eine Leitfähigkeitsmessung, für eine Durchflußmessung
und eine Füllstandsmessung oder für eine Durchflußmessung,
eine Leitfähigkeitsmessung und eine Füllstandsmessung.
Möglich ist es jedoch auch, ein solches magnetisch-induktives
Durchflußmeßgerät auch nur für
eine Leitfähigkeitsmessung, nur für eine Füllstandsmessung
oder nur für eine Leitfähigkeitsmessung und eine
Füllstandsmessung einzusetzen. Nachfolgend wird aber immer
von einem magnetisch-induktiven Durchflußmeßgerät
zur Durchflußmessung eines strömenden Mediums
ausgegangen. Dessen ungeachtet gilt das, was nachfolgend ausgeführt
wird, auch stets für ein magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät
zur Durchflußmessung und zur Leitfähigkeitsmessung, zur
Durchflußmessung und zur Füllstandsmessung, zur
Durchflußmessung, zur Leitfähigkeitsmessung und
zur Füllstandsmessung, zur Leitfähigkeitsmessung,
zur Füllstandsmessung oder zur Leitfähigkeitsmessung
und zur Füllstandsmessung.
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Magnetisch-induktive
Durchflußmeßgeräte, bei denen die Meßleitung
zumindest teilweise eine elektrisch isolierende Deckschicht aufweist,
sind vielfach bekannt (vergleiche die
deutschen Offenlegungsschriften
10 2004 057 696 ,
10 2006 026 310 und
10 2006 026 311 , die
deutsche Patentschrift 43 27 826 und
die
europäische Offenlegungsschrift
0 608 793 ). Als Material für die Deckschicht,
die eine Schichtdicke im Bereich von 0,1 bis 500 μm haben kann,
gegebenenfalls auch darüber hinaus, werden in der Regel
Kunststoffe verwendet, z. B. Polyurethan, Polyolefin, Polytetrafluorethylen
oder Polyetheretherketon. Im übrigen ist es bei magnetisch-induktiven
Durchflußmeßgeräten auch bekannt, zwischen der
Meßleitung und der Deckschicht, häufig auch als Liner
bezeichnet, einen die Haftung der Deckschicht an der Meßleitung
vermittelnden Primer vorzusehen, wobei als Primer auch ein Kunststoff – gleicher
oder anderer Art – verwendet werden kann.
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Weiter
oben ist bereits ausgeführt, daß trotz der Tatsache,
daß magnetisch-induktive Durchflußmeßgeräte
seit Jahrzehnten umfangreich und in einer kaum noch überschaubaren
Vielzahl von Ausführungsformen bekannt sind, auch in bezug
auf magnetisch-induktive Durchflußmeßgeräte
immer noch Fortschritte erwünscht und auch möglich
sind, was in besonderem Maße auch in bezug auf die Meßelektroden
solcher magnetisch-induktiver Durchflußmeßgeräte
gilt. Folglich liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannten
magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräte,
von denen die Erfindung ausgeht, in bezug auf die funktionsnotwendigen
Meßelektroden verbessernd auszugestalten und weiterzubilden.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräts
der eingangs beschriebenen Art ist zunächst und im wesentlichen
dadurch gekennzeichnet, daß die Meßelektroden
streifenartig ausgeführt sind, eine Länge – in
Umfangsrichtung der Meßleitung – von etwas weniger
als einem Viertel des Meßleitungsumfangs bis etwas mehr
als der Hälfte des Meßleitungsumfangs haben und
direkten, d. h. elektrisch leitenden, also galvanischen Kontakt
zum strömenden Medium haben. Eine solche Ausführungsform
hat gegenüber den im Stand der Technik bekannten Ausführungsformen
funktionale, insbesondere aber konstruktive und herstellungstechnische Vorteile.
Das gilt insbesondere dann, aber nicht nur, wenn nach einer weiteren
Lehre der Erfindung, der auch für sich, also losgelöst
von dem, was zuvor ausgeführt worden ist, besondere Bedeutung
zukommt, die Meßelektroden aus dem gleichen Material oder einem
gleichartigen Material wie die Deckschicht bestehen und das Material
der Meßelektroden eine wesentlich höhere elektrische
Leitfähigkeit hat als das Material der Deckschicht.
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Weiter
oben ist ausgeführt, daß als Material für
die Deckschicht in der Regel Kunststoffe verwendet werden, z. B.
Polyurethan, Polyolefin, Polytetrafluorethylen oder Polyetheretherketon.
Wenn zuvor eine besondere Lehre der Erfindung dahingehend beschrieben
ist, daß die Meßelektroden aus dem gleichen Material
oder einem gleichartigen Material wie die Deckschicht beste hen,
so muß das – klarstellend bzw. einschränkend – natürlich
dahingehend verstanden werden, daß sowohl bei gleichem
Material als auch bei gleichartigem Material auch realisiert sein
muß, daß das Material der Meßelektroden
eine wesentliche höhere elektrische Leitfähigkeit
hat als das Material der Deckschicht. Gleiches Material kann hier
also nicht absolut identisches Material meinen.
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Für
die zuvor erläuterte Lehre der Erfindung, der, wie gesagt,
besondere Bedeutung zukommt, ist, wie ausgeführt, auch
wesentlich, daß das Material der Meßelektroden
eine wesentlich höhere elektrische Leitfähigkeit
hat als das Material der Deckschicht. Die notwendige höhere
elektrische Leitfähigkeit des Materials der Meßelektroden
gegenüber der elektrischen Leitfähigkeit des Materials
der Deckschicht kann durch eine besondere chemische und/oder physikalische
Behandlung und/oder durch mindestens einen Zusatzstoff erreicht
werden. Inwieweit eine besondere chemische und/oder physikalische
Behandlung und/oder ein Zusatzstoff oder Zusatzstoffe erforderlich
sind bzw. ist, um zu Erreichen, daß das Material der Meßelektroden
eine wesentlich höhere elektrische Leitfähigkeit
hat als das Material der Deckschicht, hängt natürlich
auch und vor allem davon ab, ob, bejahendenfalls, inwieweit das
für die Meßelektroden verwendete Material auch
ohne eine besondere chemische und/oder physikalische Behandlung
und ohne einen Zusatzstoff eine höhere elektrische Leitfähigkeit
hat als das Material der Deckschicht. Je geringer sich anfänglich
die elektrische Leitfähigkeit des Materials der Meßelektroden von
der elektrischen Leitfähigkeit des Materials der Deckschicht
unterscheidet, desto mehr muß natürlich getan
werden, damit schlußendlich das Material der Meßelektroden
eine wesentlich höhere elektrische Leitfähigkeit
hat als das Material der Deckschicht.
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Bisher
ist nur darauf abgestellt worden, daß das Material der
Meßelektroden eine wesentlich höhere elektrische
Leitfähigkeit haben muß als daß Material
der Deckschicht. Notwendig ist aber auch, daß die elektrische
Leitfähigkeit des Materials der Meßelektroden
wesentlich höher ist als die elektrische Leitfähigkeit
des strömenden Mediums, vorzugsweise um etwa das Zweifache
bis etwa das Zehnfache. Dabei ist auslegungsmäßig
zu berücksichtigen, mit welcher elektrischen Leitfähigkeit
in dem strömenden Medium zu rechnen ist.
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Die
elektrische Leitfähigkeit beträgt bei Trinkwasser
etwa 500 μScm und bei Abwasser etwa 5000 μScm.
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Weiter
oben ist bereits darauf hingewiesen worden, daß bei bekannten
magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräten
als Material für die Deckschicht in der Regel Kunststoffe
verwendet werden, z. B. Polyurethan, Polyolefin, Polytetrafluorethylen oder
Polyetheretherketon. Solche Materialien können auch bei
dem erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflußmeßgerät
für die Deckschicht der Meßleitung verwendet werden.
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Als
Material für die Meßelektroden kann grundsätzlich
ein Polymer verwendet werden, z. B. Polyurethan (PUR), Polyamid
(PA), Polyethylen/Polyethen (PE), Polypropylen/Polypropeen (PP),
ein unter der Marke Teflon bekannter Kunststoff (PFA, PTFE, ETFE)
oder Gummi verschiedenster Art.
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Wesentlich
für die weiter oben erläuterte Lehre der Erfindung,
der besondere Bedeutung zukommt, ist, daß das Material
der Meßelektroden eine wesentliche höhere elektrische
Leitfähigkeit hat als das Material der Deckschicht. Dies
zu erreichen, gibt es eine Mehrzahl von Möglichkeiten.
Dazu ist bereits weiter oben darauf hingewiesen, daß die
notwendige höhere elektrische Leitfähigkeit des
Materials der Meßelektroden gegenüber der elektrischen
Leitfähigkeit des Materials der Deckschicht durch eine
besondere chemische und/oder physikalische Behandlung und/oder durch
mindestens einen Zusatzstoff erreicht werden kann.
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Eine
besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräts
ist dadurch gekennzeichnet, daß als Material für
die Meßelektroden ein Polymer mit extrinsischer Leitfähigkeit
oder ein Material mit intrinsischer Leitfähigkeit verwendet
ist.
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Extrinsische
Leitfähigkeit bezeichnet den Anteil der Leitfähigkeit
eines Festkörpers, der durch den Einbau von Fremdatomen
(äußerer Einfluß extrinsisch) in das
Kristallgitter hervorgerufen wird (vgl. ”Wikipedia, die
freie Enzyklopädie”). Das Einbringen von Fremdatomen
wird Dotieren genannt. Die Fremdatome bewirken eine Erhöhung
der Leitfähigkeit, da sie – je nach Zahl ihrer
Valenzelektroden – zusätzliche Leerstellen oder
zusätzliche freibewegli che Ladungen in den Festkörper
einbringen. Die extrinsische Leitfähigkeit ist bei tiefen
Temperaturen nahezu temperaturunabhängig und besteht auch
noch bei 0 K.
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Intrinsische
Leitfähigkeit entsteht dadurch, daß Festkörper
(von sich aus intrinsisch) dazu neigen, Gitterfehler auszubilden
und damit eine Ladungsbewegung, also eine Ionenleitung ermöglichen,
also elektrisch leitfähig sind (vgl. ”Wikipedia, die
freie Enzyklopädie”). In einem Festkörper
können Gitterfehler wie z. B. Schottky-Defekte und Frenkel-Defekte
auftreten. Sie sind thermodynamisch begünstigt, da sie
einen Entropiegewinn bringen. Das System neigt demnach bis zu einem
gewissen Grad dazu, Defekte auszubilden. Diese Fehler werden als intrinsische
Fehler bezeichnet. Die Defektkonzentration ist temperaturabhängig.
Sie steigt mit der Temperatur und hat bei 0 K den Wert Null. Intrinsische
Defekte sorgen folglich bei Temperaturen > 0 K für bewegliche Ladungen
und damit für eine intrinsische elektrische Leitfähigkeit.
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Materialien
mit elektrischer Leitfähigkeit können sowohl eine
extrensische Leitfähigkeit als auch eine intrinsische Leitfähigkeit
haben. Bei tiefen Temperaturen dominiert die extrinsische Leitfähigkeit, während
sie bei steigender Temperatur von der intrinsischen Leitfähigkeit überdeckt
wird (vgl. wieder ”Wikipidea, die freie Enzyklopädie”).
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Bei
dem erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflußmeßgerät
kann als Zusatzstoff bzw. können als Zusatzstoffe für
das Material der Meßelektroden Kohlenstoff, z. B. in Form
von Graphit, auch in der Form von Kohlenstofffasern, Metall oder anderes
elektrisches Material, jeweils vorzugsweise pulverförmig
oder faserförmig, verwendet sein.
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Bisher
ist im wesentlichen abgestellt worden auf die elektrische Leitfähigkeit
des Materials der Meßelektroden relativ zur elektrischen
Leitfähigkeit der Deckschicht, auf die elektrische Leitfähigkeit
des Materials der Meßelektroden relativ zur elektrischen Leitfähigkeit
des strömenden Mediums, auf besonders geeignete Materialien
für die Meßelektroden und auf die elektrische
Leitfähigkeit der Meßelektroden beeinflussende
Aspekte. Von Bedeutung für erfindungsgemäße
magnetisch-induktive Durchflußmeßgeräte
sind aber auch die Form der Meßelektroden, die Anordnung
der Meßelektroden relativ zur Deckschicht, Möglichkeiten
des Abgreifens der von den Meßelektroden erfaßten
Meßspannung sowie geeignete bzw. besonders vorteilhafte
Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen
magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräte.
Darauf soll im folgenden eingegangen werden.
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Bei
bevorzugten Ausführungsformen erfindungsgemäßer
magnetisch-induktiver Durchflußmeßgeräte
können die Meßelektroden – auf die Meßelektroden
in gestreckter, gleichsam ”abgewickelter” Form
gesehen – eine rechteckige Form oder eine über
den Meßleitungsumfang veränderliche Form haben,
z. B. eine dreieckige oder eine rhombische Form. Im übrigen
können die Meßelektroden einen kreisförmigen,
einen elliptischen, einen quadratischen, einen rechteckigen, einen
achteckigen oder einen teilweise kreisförmigen und/oder
elliptischen und/oder quadratischen und/oder rechteckigen und/oder
achteckigen Querschnitt aufweisen. In bezug auf die Form der Meßelektroden
ist noch darauf hinzuweisen, daß diese an ihren Enden abgerundet sein
können oder in einen kreisförmigen Querschnitt übergehen
können und/oder daß sie in Strömungsrichtung
des strömenden Mediums einen venturiartigen Querschnitt
aufweisen können.
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Weiter
oben ist ausgeführt worden, daß eine bevorzugte
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräts
zunächst und im wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist,
daß die Meßelektroden streifenartig ausgeführt sind,
eine Länge – in Umfangsrichtung der Meßleitung – von
etwas weniger als einem Viertel des Meßleitungsumfangs
bis etwas mehr als der Hälfte des Meßleitungsumfangs
haben und direkten, d. h. elektrisch leitenden, also galvanischen
Kontakt zum strömenden Medium haben. Diese streifenartige
Ausführung der Meßelektroden kann eine einstückige
Ausführung sein, die Meßelektroden können
aber auch aus mehreren Teilelektroden bestehen.
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Die
Anordnung der Meßelektroden relativ zur Deckschicht kann
so sein, daß die in das Innere der Meßleitung
gerichtete Oberfläche der Meßelektroden bündig
ist zu der in das Innere der Meßleitung gerichteten Oberfläche
der Deckschicht, die Meßelektroden also gleichsam vollständig
in der Deckschicht integriert sind. Das strömende Medium
findet also einen durchgängig glatten, Vorsprünge
oder Rücksprünge nicht aufweisenden Strömungskanal vor.
Es kann aber auch vorteilhaft sein, die Anordnung so zu treffen,
daß die in das Innere der Meßleitung gerichtete
Oberfläche der Meßelektroden in bezug auf die in
das Innere der Meßleitung gerichtete Oberfläche der
Deckschicht vorspringt oder zurückspringt. Dadurch können
im Bereich der Meßelektroden Strömungssituationen
entstehen, die dazu führen, daß die Meßelektroden
die in dem strömenden Medium induzierte Meßspannung
besonders gut erfassen können.
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Funktionsnotwendig
für ein magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät
der in Rede stehenden Art sind genau zwei Elektroden, senkrecht
zum Magnetfeld und senkrecht zur Strömungsrichtung des strömenden
Mediums. Es kann jedoch von Vorteil sein, zusätzlich zu
den beiden funktionsnotwendigen Meßelektroden mindestens
eine Referenzelektrode vorzusehen. Das kann sich besonders dann,
aber nicht nur dann, empfehlen, wenn das erfindungsgemäße
magnetisch-induktive Durchflußmeßgerät auch
zur Leitfähigkeitsmessung, zur Füllstandsmessung,
zur Leitfähigkeitsmessung und zur Füllstandsmessung
oder nur zur Leitfähigkeitsmessung, zur Füllstandsmessung
oder zur Leitfähigkeitsmessung und zur Füllstandsmessung
verwendet werden soll. Davon unabhängig kann es von Vorteil
sein, bei erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven
Durchflußmeßgeräten mehrere Meßelektroden
in Strömungsrichtung des strömenden Mediums hintereinander anzuordnen,
so daß nicht nur zwei Meßelektroden, sondern z.
B. vier Meßelektroden oder gar sechs Meßelektroden
vorgesehen sind. Bei einer solchen Anordnung kann man einerseits
die von jeweils zwei Meßelektroden erfaßten Meßspannungen
mitteln, was zu einem genaueren Meßergebnis führen
kann. Die Anordnung von mehreren Meßelektroden in Strömungsrichtung
des strömenden Mediums hintereinander kann auch den Vorteil
haben, daß gleichsam mehrere Meßsystems zur Verfügung
stehen, bei insgesamt vier Meßelektroden also zwei Meßsysteme, bei
insgesamt sechs Meßelektroden also drei Meßsysteme.
Das hat den Vorteil, daß ein solches magnetisch-induktives
Durchflußmeßgerät auch dann funktionsfähig
ist und bleibt, wenn die Durchflußmessung über
zwei sich gegenüberliegende Meßelektroden, aus
welchen Gründen auch immer, fehlerhaft ist oder gar ausfällt.
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Wie
schon ausgeführt, muß die im strömenden
Medium induzierte, von den Meßelektroden erfaßte
Meßspannung natürlich von den Meßelektroden
abge griffen werden, also vom ”Entstehungsort”, dem
Inneren der Meßleitung, nach außen verbracht werden,
damit die induzierte und erfaßte Meßspannung ausgewertet
werden kann.
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Eingangs
ist ausgeführt, daß die Meßspannung galvanisch
oder kapazitiv von den Meßelektroden abgegriffen werden
kann. Bei den erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven
Durchflußmeßgeräten empfiehlt sich ein
galvanisches Abgreifen. Folglich ist bei erfindungsgemäßen
magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräten
vorzugsweise den Meßelektroden jeweils mindestens ein nach
außen führendes Anschlußelement zugeordnet.
Im einzelnen können dazu die Meßelektroden, die
Deckschicht und die Meßleitung jeweils mindestens eine
Durchgangsbohrung aufweisen und die Anschlußelemente durch
die Durchgangsbohrungen der Meßelektroden, der Deckschicht
und der Meßleitung geführt sein. Bei dieser Ausführungsform
können die Anschlußelemente mit einen im Inneren
der Meßleitung auf den Meßelektroden aufliegenden,
vorzugsweise linsenförmigen Kopf versehen sein. Eine andere
Ausführungsform erfindungsgemäßer magnetisch-induktiver Durchflußmeßgeräte
ist in bezug auf das Abgreifen der in dem strömenden Medium
induzierten und von den Meßelektroden erfaßten
Meßspannung dadurch gekennzeichnet, daß die Meßelektroden
mit die Deckschicht und die Meßleitung durchdringenden, vorzugsweise
kreiszylindrischen Anschlußaufnahmen versehen sind; diese
Anschlußaufnahmen können vorzugsweise einstückig
mit den Meßelektroden ausgeführt sein. Bei dieser
Ausführungsform empfiehlt es sich dann, die Anschlußelemente
bolzenförmig auszuführen und in die Anschlußaufnahmen
der Meßelektroden einzustecken.
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Zur
Lehre der Erfindung gehört nicht nur das zuvor in verschiedenen
Ausführungsformen beschriebenen magnetisch-induktive Durchflußmeßgerät,
zur Lehre der Erfindung gehören vielmehr auch bevorzugte
Verfahren zur Herstellung magnetisch-induktiver Durchflußmeßgeräte,
die die Deckschicht, die Meßelektroden, die Realisierung
der Deckschicht und der Meßelektroden und die Verbindung
der Meßelektroden mit der Deckschicht im Fokus haben.
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Zunächst
ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung
eines magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräts
der in Rede stehenden Art, bei dem die Deckschicht und die Meßelektroden
aus Gummi bestehen, dadurch gekenn zeichnet, daß die Meßelektroden
in die Deckschicht einvulkanisiert oder auf die Deckschicht aufvulkanisiert
werden. Es ist selbstverständlich, daß bei einem
solchen magnetisch-induktiven Durchflußmeßgerät,
bei dem also die Deckschicht und die Meßelektroden aus
Gummi bestehen, auch, wie bei allen erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven
Durchflußmeßgeräten, dafür gesorgt
sein muß, daß das Material der Meßelektroden
eine wesentlich höhere elektrische Leitfähigkeit hat
als das Material der Deckschicht, das für die Meßelektroden
verwendete Material Gummi also mindestens einen die notwendige elektrische
Leitfähigkeit verursachenden Zusatzstoff enthält.
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Ein
anderes bevorzugtes Verfahren zur Herstellung eines magnetisch-induktiven
Durchflußmeßgeräts der in Rede stehenden
Art, bei dem die Deckschicht und die Meßelektroden aus
einem Polymer bestehen, ist dadurch gekennzeichnet, daß die
Meßelektroden in die Deckschicht eingeschmolzen oder auf
die Deckschicht aufgeschmolzen werden. Bei diesem Verfahren ist
dadurch, daß die Deckschicht und die Meßelektroden
aus einem Polymer bestehen, das realisiert, was weiter oben als
eine wesentliche Lehre der Erfindung dargestellt worden ist, daß nämlich
die Meßelektroden aus dem gleichen Material oder einem
gleichartigen Material wie die Deckschicht bestehen.
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Nach
einer anderen Lehre der Erfindung können erfindungsgemäße
magnetisch-induktive Durchflußmeßgeräte
auch dadurch hergestellt werden, daß die Deckschicht und
die Meßelektroden in einer Zwei-Komponenten-Einspritzung
oder -Aufspritzung in einem Arbeitsgang realisiert werden.
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Besondere
Bedeutung kommt einem Verfahren zur Herstellung eines magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräts
zu, das dadurch gekennzeichnet, daß das Material für
die Meßelektroden im PVD-Verfahren oder im CVD-Verfahren
auf die Deckschicht aufgebracht wird (zum PVD-Verfahren und zum
CVD-Verfahren wird auf
"BROCKHAUS DIE ENZYKLOPÄDIE",
Zwanzigste, überarbeitete und aktualisierte Auflage, 1996,
verwiesen, und zwar zum PVD-Verfahren auf den Siebzehnten Band,
Seite 635, linke Spalte, und zum CVD-Verfahren auf den Fünften
Band, Seite 33, linke Spalte.
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Im
Stand der Technik ist die MID-Technologie (MID = ”Moulded
Interconnect Device”), insbesondere auch die 3D-MID-Technologie
bekannt geworden (vgl. den Aufsatz "Von der flexiblen
Leiterplattenlösung zur mechatronischen 3D-Einheit – Eine
flexible und wirtschaftliche Alternative" von Dirk Bäcker,
Polyscope' 10/08, Verlag: Binkert Medien AG, Schweiz, Ausgabe 10/2008,
Seiten 18 und 19). Davon ausgehend ist eine besonders bevorzugte
Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines
magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräts
der in Rede stehenden Art dadurch gekennzeichnet, daß zuerst auf
die innere Oberfläche der Meßleitung oder auf
einen Teil der inneren Oberfläche der Meßleitung
aus einem geeignete Zusatzstoffe enthaltenden Material eine für
das MID-Verfahren geeignete Deckschicht aufgebracht wird, z. B.
im Spritzgußverfahren, daß dann die im Material
der Deckschicht enthaltenen Zusatzstoffe aktiviert werden und daß abschließend
auf die – wie beschrieben vorbehandelte – Deckschicht die
Meßelektroden aufgebracht werden. Dabei empfiehlt es sich
dann, die im Material der Deckschicht enthaltenen Zusatzstoffe durch
ein Laserstrukturierungsverfahren zu aktivieren (vgl. die zuvor
angegebene Literaturstelle).
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Bei
den magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräten,
von denen die Erfindung ausgeht, ist es wichtig, daß zwischen
der Meßleitung und der Deckschicht ein besonders guter,
bei allen betrieblichen Bedingungen haltbarer und dichter, insbesondere auch
rißfreier Verbund gegeben ist. Das gilt in gleicher Weise
für den Verbund zwischen der Deckschicht und den Meßelektroden
bzw. zwischen den Meßelektroden und der Deckschicht, was
erreicht wird, wenn nach einem der zuvor dargestellten Verfahren
fachmännisch gearbeitet wird. Der zuvor beschriebene Verbund
zwischen der Deckschicht und den Meßelektroden bzw. zwischen
den Meßelektroden und der Deckschicht führt zu
dem gewünschten, häufig auch notwendigen Ergebnis,
daß sich feste, flüssige und gasförmige
Stoffe, insbesondere Verunreinigungen jeder Art, insbesondere auch
Bakterien, nicht festsetzen können.
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Im
einzelnen gibt es nun eine Mehrzahl verschiedener Möglichkeiten,
erfindungsgemäße magnetisch-induktive Durchflußmeßgeräte
zu realisieren, auszugestalten, weiterzubilden und herzustellen. Dazu
wird auf die unabhängigen Patentansprüche 1, 2
und 23 bis 27, auf die den Patentansprüchen 1 und 2 nachgeordneten
Patentansprüche und auf den dem Patentanspruch 27 nachgeordneten
Patentanspruch, ferner auf die nachfolgende Beschreibung eines besonders
bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
magne tisch-induktiven Durchflußmeßgeräts
in Verbindung mit der Zeichnung verwiesen, in der zeigen
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1 stark
schematisiert, einen Längsschnitt durch das bevorzugte
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräts,
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2 in
gegenüber der 1 vergrößerter Darstellung,
stark schematisiert, perspektivisch den mittleren Teil der Meßleitung
des magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräts
nach 1,
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3 eine
der 2 entsprechende Darstellung des mittleren Teils
der Meßleitung des magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräts
nach 1, mit nur angedeuteten weiteren Details,
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4 eine
erste bevorzugte Realisierung des Abgreifens der in dem strömenden
Medium induzierten, von den Meßelektroden erfaßten
Meßspannung und
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5 eine
zweite bevorzugte Realisierung des Abgreifens der in dem strömenden
Medium induzierten, von den Meßelektroden erfaßten
Meßspannung.
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Das
in der 1 – im wesentlichen nur schematisch – dargestellte
magnetische-induktive Durchflußmeßgerät
ist bestimmt zur Durchflußmessung eines strömenden
Mediums. Es ist aber auch geeignet zur Durchflußmessung
und zur Leitfähigkeitsmessung, zur Durchflußmessung
und zur Füllstandsmessung, zur Durchflußmessung,
zur Leitfähigkeitsmessung und zur Füllstandsmessung,
zur Leitfähigkeitsmessung (ohne eine Durchflußmessung),
zur Füllstandsmessung (ohne eine Durchflußmessung)
sowie zur Leitfähigkeitsmessung und zur Füllstandsmessung
(ohne eine Durchflußmessung).
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Funktionsnotwendig
weist das in der 1 dargestellte magnetisch-induktive
Durchflußmeßgerät auf eine Meßleitung 1,
eine im einzelnen nicht dargestellte Magnetfelderzeugungseinrichtung
zur Erzeugung eines die Meßleitung 1 wenigstens
teilweise durchsetzenden Magnetfeldes, zu der, in der 1 nur angedeutet,
zwei Magnetspulen 2 gehören, und zwei Meßelektroden 3 zum
Erfassen und Abgreifen einer in dem strömenden Medium induzierten
Meßspannung. Wesentlich für das in der 1 dargestellte
magnetische-induktive Durchflußmeßgerät
ist auch, daß die Meßleitung 1 innen
zumindest teilweise, im dargestellten Ausführungsbeispiel
insgesamt mit einer elektrisch isolierenden Deckschicht 4 versehen
ist.
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Zu
dem in der 1 dargestellten magnetisch-induktiven
Durchflußmeßgerät gehört auch
ein die Meßleitung 1, die Magnetfelderzeugungseinrichtung
und die Meßelektroden 3 aufnehmendes Gehäuse 5,
das einen kreisförmigen Querschnitt hat und im Ausführungsbeispiel
beidseitig mit Flanschen 6 versehen ist.
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Nach
einer ersten Lehre der Erfindung sind bei dem erfindungsgemäßen
magnetisch-induktiven Durchflußmeßgerät,
wie dies die 2 und 3 zeigen,
die Meßelektroden 3 streifenartig ausgeführt. Sie
haben eine Länge – in Umfangsrichtung der Meßleitung 1 – von
etwas weniger als einem Viertel des Meßleitungsumfangs
bis etwas mehr als der Hälfte des Meßleitungsumfangs,
und sie haben direkten, d. h. elektrisch leitenden, also galvanischen
Kontakt zum strömenden Medium.
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Nach
einer weiteren Lehre der Erfindung ist für das erfindungsgemäße
magnetisch-induktive Durchflußmeßgerät
wesentlich, daß die Meßelektroden 3 aus
dem gleichen Material oder einem gleichartigen Material wie die
Deckschicht 4 bestehen und das Material der Meßelektroden 3 eine
wesentlich höhere elektrische Leitfähigkeit hat
als das Material der Deckschicht 4. Im Ausführungsbeispiel
ist die elektrische Leitfähigkeit des Materials der Meßelektroden 3 in
radialer Richtung, in Strömungsrichtung des strömenden
Mediums und in Richtung des Meßleitungsumfangs gleich.
Denkbar ist es aber auch, die elektrische Leitfähigkeit
des Materials der Meßelektroden 3 in radialer
Richtung, in Strömungsrichtung des strömenden
Mediums und/oder in Richtung des Meßleitungsumfangs veränderlich
zu machen.
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Für
das bevorzugte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräts
gilt weiter, daß die elektrische Leitfähigkeit
des Materials der Meßelektroden 3 durch eine besondere
chemische und/oder physikalische Behandlung und/oder durch mindestens
einen Zusatzstoff erhöht ist. Von Bedeutung ist auch, daß die
elektrische Leitfähigkeit des Materials der Meßelektroden 3 um
etwa das Zweifache bis etwa das Zehnfache höher als die
elektrische Leitfähigkeit des strömenden Mediums.
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In
den Figuren ist nicht erkennbar, was als Material für die
Meßelektroden 3 und für die Deckschicht 4 verwendet
ist. Auch kann den Figuren nicht entnommen werden, wie erfindungsgemäß dafür
gesorgt ist, daß bei dem erfindungsgemäßen
magnetisch-induktiven Durchflußmeßgerät
das Material der Meßelektroden 3 eine wesentlich
höhere elektrische Leitfähigkeit als das Material
der Deckschicht 4 hat. Folglich wird insoweit verwiesen
auf die Patentansprüche 7, 8 und 9.
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Wie
die 2 und 3 zeigen, haben im dargestellten
Ausführungsbeispiel die Meßelektroden 3 – auf
die Meßelektroden 3 in gestreckter Form gesehen – eine
rechteckige Form. Sie könnten aber auch eine über
den Meßleitungsumfang veränderliche Form haben,
z. B. eine dreieckige oder eine rhombische Form. Nicht dargestellt
ist, daß die Meßelektroden 3 an ihren
Enden abgerundet sein können oder in einen kreisförmigen
Querschnitt übergehen können.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel – 2 und 3 – sind
die Meßelektroden 3 über ihre gesamte
Länge – in Umfangsrichtung der Meßleitung 1 – einstückig
ausgeführt. Möglich ist es jedoch, die Meßelektroden
aus mehreren Teilelektroden aufzubauen.
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Bisher
ist ein magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät
beschrieben worden, das zwei Meßelektroden 3 aufweist.
Zusätzlich zu den Meßelektroden 3 können
aber auch, wie das in 3 angedeutet ist, noch Referenzelektroden 7 verwirklicht
sein. Das gilt insbesondere dann, wenn das erfindungsgemäße
magnetisch-induktive Durchflußmeßgerät nicht
nur zur Durchflußmessung eines strömenden Mediums,
sondern auch zur Leitfähigkeitsmessung, auch zur Füllstandsmessung
oder auch zur Leitfähigkeitsmessung und zur Füllstandsmessung
oder nur zur Leitfähigkeitsmessung, nur zur Füllstandsmessung
oder nur zur Leitfähigkeitsmessung und zur Füllstandsmessung
eingesetzt werden soll, was auch ohne weiteres möglich
ist.
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In
den 2 und 3 ist angedeutet, aus den 4 und 5 ergibt
sich das deutlicher, daß im dargestellten Ausführungsbeispiel
die in das Innere der Meßleitung 1 gerichtete
Oberfläche der Meßelektroden bündig ist
zu der in das Innere der Meßleitung 1 gerichteten
Oberfläche der Deckschicht 4. Es ist jedoch auch
möglich, die Dimensionierung so zu treffen, daß die
in das Innere der Meßleitung 1 gerichtete Oberfläche
der Meßelektroden 3 in bezug auf die in das Innere
der Meßleitung 1 gerichtete Oberfläche der
Deckschicht 4 vorspringt oder zurückspringt.
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Bei
dem erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflußmeßgerät
erfolgt das Abgreifen der in dem strömenden Medium induzierten
und von den Meßelektroden 3 erfaßten
Meßspannung galvanisch. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist deshalb den Meßelektroden 3 jeweils ein nach
außen führendes Anschlußelement 8 zugeordnet.
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Im
Ausführungsbeispiel nach 4 ist das im
einzelnen so realisiert, daß die Meßelektroden 3, die
Deckschicht 4 und die Meßleitung 1 jeweils
eine Durchgangsbohrung 9 aufweisen und die Anschlußelemente 8 durch
die Durchgangsbohrungen 9 der Meßelektroden 3,
der Deckschicht 4 und der Meßleitung 1 geführt
sind. Dabei sind, wie das die 4 zeigt,
die Anschlußelemente 8 mit einem in Inneren der
Meßleitung 1 auf den Meßelektroden 3 aufliegen, linsenförmigen
Kopf versehen.
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Demgegenüber
zeigt die 5 eine Realisierung des galvanischen
Abgreifens der im strömenden Medium induzierten und von
den Meßelektroden 3 erfaßten Meßspannung,
die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Meßelektroden 3 mit
die Deckschicht 4 und die Meßleitung 1 durchdringenden,
kreiszylindrischen Anschlußaufnahmen versehen sind. Dabei sind
die Anschlußelemente 8 bolzenförmig ausgeführt
und in die Anschlußaufnahmen 11 der Meßelektroden 3 eingesteckt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19637761
A [0002]
- - DE 19752368 A [0002]
- - DE 102007003614 A [0002]
- - EP 0274768 [0002]
- - EP 0762084 [0002]
- - EP 1764587 [0002]
- - DE 102004057696 A [0007]
- - DE 102006026310 A [0007]
- - DE 102006026311 A [0007]
- - DE 4327826 [0007]
- - EP 0608793 [0007]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - ”Technische
Durchflußmessung” von Prof. Dr.-Ing. K. W. Bonfig,
3. Auflage, Vulkan-Verlag Essen, 2002, Seiten 123 bis 167 [0002]
- - ”BROCKHAUS DIE ENZYKLOPÄDIE”, Zwanzigste, überarbeitete
und aktualisierte Auflage, 1996, verwiesen, und zwar zum PVD-Verfahren auf
den Siebzehnten Band, Seite 635, linke Spalte, und zum CVD-Verfahren
auf den Fünften Band, Seite 33, linke Spalte [0033]
- - ”Von der flexiblen Leiterplattenlösung zur
mechatronischen 3D-Einheit – Eine flexible und wirtschaftliche
Alternative” von Dirk Bäcker, Polyscope' 10/08,
Verlag: Binkert Medien AG, Schweiz, Ausgabe 10/2008, Seiten 18 und
19 [0034]