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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines magnetisch-induktiven
Durchflußaufnehmers
und einen mittels des Verfahrens entsprechend herstellbaren Durchflußaufnehmer.
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Mittels
magnetisch-induktiven Durchflußaufnehmer
läßt sich
bekanntlich der Volumendurchfluß eines
elektrisch leitfähigen
Fluids messen, das ein Meßrohr
dieses Durchflußaufnehmers
in einer Strömungsrichtung
durchströmt.
Hierzu wird am Durchflußaufnehmer
mittels einer an eine Erreger-Elektronik angekoppelten Magnetkreisanordnung
ein Magnetfeld von möglichst
hoher Dichte erzeugt, das das Fluid innerhalb eines Meßvolumens
zumindest abschnittsweise senkrecht zur Strömungsrichtung durchsetzt und
das sich im wesentlichen außerhalb des
Fluids schließt.
Das Meßrohr
besteht daher üblicherweise
aus nicht-ferromagnetischem Material, damit das Magnetfeld beim
Messen nicht ungünstig
beeinflußt
wird.
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Infolge
der Bewegung der freien Ladungsträger des Fluids im Magnetfeld
wird nach dem magneto-hydrodynamischen Prinzip im Meßvolumen
ein elektrisches Feld erzeugt, das senkrecht zum Magnetfeld und
senkrecht zur Strömungsrichtung
des Fluids verläuft.
Mittels wenigstens zweier in Richtung des elektrischen Feldes voneinander
beabstandet angeordneter Meßelektroden
und mittels einer an diese angeschlossenen Auswerte-Elektronik ist
somit eine im Fluid induzierte elektrische Spannung meßbar. Diese
Spannung ist ein Maß für den Volumendurchfluß. Der Durchflußaufnehmer
ist so aufgebaut, daß sich
das induzierte elektrische Feld außerhalb des Fluids praktisch
ausschließlich über die
an die Meßelektroden
angeschlossene Auswerte-Elektronik schließt.
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Zum
Abgreifen der induzierten Spannung können beispielsweise das Fluid
berührende,
galvanische oder das Fluid nicht berührende, kapazitive Messelektroden
dienen.
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Zum
Führen
und Einkoppeln des Magnetfeldes in das Meßvolumen umfaßt die Magnetkreisanordnung üblicherweise
zwei Spulenkerne, die entlang eines Umfanges des Meßrohrs insb.
diametral, voneinander beabstandet und mit jeweils einer freien endseitigen
Stirnfläche,
insb. spiegelbildlich, zueinander angeordnet sind. In die Spulenkerne
wird mittels einer an die Erreger-Elektronik angeschlossener Spulenanordnung
das Magnetfeld so eingekoppelt, daß es das zwischen beiden Stirnflächen hindurchströmende Fluid
wenigstens abschnittsweise senkrecht zur Strömungsrichtung durchsetzt.
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Aufgrund
der geforderten hohen mechanischen Stabilität für solche Meßrohre, bestehen diese bevorzugt
aus einem äußeren, insb.
metallischen, Trägerrohr
von vorgebbarer Festigkeit und Weite, das innen mit einem elektrisch
nichtleitenden Isoliermaterial von vorgebbarer Dicke, dem sogenannten Liner,
beschichtet ist. So ist in der US-B 65 95 069, der US-A 5,280,727,
der US-A 4,253,340, der US-A 32 13 685 oder der JP-Y 53 – 51 181
ein magnetisch-induktiver
Durchflußaufnehmer
beschrieben, der umfaßt:
- – ein
in eine Rohrleitung druckdicht einfügbares, ein einlaßseitiges
erstes Ende und ein auslaßseitiges
zweites Ende aufweisendes Messrohr mit
-- einem nicht-ferromagnetischen
Trägerrohr
als eine äußere Umhüllung des
Meßrohrs,
und
-- einem in einem Lumen des Trägerrohrs untergebrachten, aus
einem Isoliermaterial bestehenden rohrförmigen Liner zum Führen eines
strömenden
und vom Trägerrohr
isolierten Fluids,
- – eine
am Meßrohr
angeordnete Magnetkreisanordnung zum Erzeugen und Führen eines
magnetischen Feldes, das im strömenden
Fluid ein elektrisches Feld induziert sowie
- – eine
erste Meßelektrode
und eine zweite Meßelektrode
für das
Abgreifen einer Spannung vom elektrischen Feld.
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Der
Liner dient der chemischen Isolierung des Trägerrohrs vom Fluid. Bei Trägerrohren
von hoher elektrischer Leitfähigkeit,
insb. bei metallischen Trägerrohren,
dient der Liner außerdem
als elektrische Isolierung zwischen dem Trägerrohr und dem Fluid, die
ein Kurzschließen
des elektrischen Feldes über
das Trägerrohr
verhindert. Durch eine entsprechende Auslegung des Trägerrohrs
ist somit eine Anpassung der Festigkeit des Meßrohrs an die im jeweiligen
Einsatzfall vorliegenden mechanischen Beanspruchungen realisierbar,
während
mittels des Liners eine Anpassung des Meßrohr an die für den jeweiligen
Einsatzfall geltenden chemischen, insb. hygienischen, Anforderungen
realisierbar ist. Zur Fertigung des Liners werden oftmals Injection-Molding-
oder Transfer-Molding-Verfahren angewendet. Es ist jedoch auch üblich, einen
vollständig
vorgefertigten Liner in das Trägerrohr
einzusetzen. So ist in der JP-A 59 – 137 822 ein Verfahren gezeigt,
bei dem der Liner durch Aufweichen Kunststoff-Folie gebildet wird.
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In
den zumeist aus einem thermo- oder duroplastischen Kunststoff bestehenden
Liner wird zu dessen Stabilisierung, wie beispielsweise auch in
der EP-A 36 513, der EP-A 581 017, der JP-Y 53 – 51 181, der JP-A 59 – 137 822,
der US-B 65 95 069, der US-A 56 64 315, der US-A 5,280,727 oder
der US-A 4,329,879 gezeigt, üblicherweise
offenporigen, insb. metallischen, Stützkörper eingebettet. Dieser dient dazu,
den Liner, insb. gegenüber
Druckänderungen und
thermisch bedingten Volumenänderungen,
mechanisch zu stabilisieren. Beispielsweise ist in der US-A 56 64
315 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Meßrohrs eines magnetisch-induktiven
Durchflußaufnehmers,
das innen einen Liner aufweist, beschrieben, bei dem vor dem Einbringen
des Liners in das Trägerrohr
ein den Liner mechanisch stabilisierendes Streckmetall-Gitter als
vorgefertigter Stützkörper angebracht
wird. Weiters ist in der JP-Y 53 – 51 181 ein rohrförmiger Stützkörper gezeigt,
in dessen Mantelflächen
Bohrungen eingebracht sind, während
in der EP-A 581 017 oder der US-B 65 95 069 gesinterte Stützkörper gezeigt
sind. Die Stützkörper sind
im Meßrohr
mit diesem fluchtend eingebracht und vom Isoliermaterial zumindest
auf der das Fluid berührenden
Innenseite vollständig
umschlossen.
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Ferner
ist in der US-B 65 95 069 eine Verfahren zur Herstellung eines Liners
mit eingebettem Stützkörper gezeigt,
bei dem Stützkörper und
Liner direkt im Lumen des Trägerrohr
hergestellt werden, wobei der Stützkörper zunächst durch
Sintern im Träger
und der Liner durch Erstarrenlassen von in das Trägerrohr
anschließend
eingefülltem
flüssigem
Isoliermaterial gebildet werden.
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Durch
das Sintern des Stützkörpers direkt
im Trägerrohr
kann dieser in nahezu beliebiger Weise in seiner Form und Größe an die
durch die Anwendung oder auch durch die Hertsellung gestellten Anforderungen
angepasst werden. Beispieslweise ist in der US-B 65 95 069 auch
gezeigt worden, dass der Stützkörper sich
endseitig jeweils aufweitend so geformt ist, dass er sich in entsprechend
korrespondierende endseitige trichterförmige Aufweitungen im Trägerrohr
einpasst und so axial fixiert wird. Darüberhinaus ist in der US-B 65
95 069 ein Stützkörper gezeigt,
der mittig im Trägerrohr
eingebrachte seitliche Mantel-Öffnungen
ganz oder teilweise ausfüllt
und so eine zusätzliche
Arretierung des Stützkörpers im Träggerrohr
erfolgt.
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Es
hat sich zwar einerseits erwiesen, daß Liner der beschriebenen Art
im Betrieb eine sehr hohe mechanische Langzeitstabilität, auch
in Temperaturbereichen von –40°C bis zu
200 °C aufweisen.
Andererseits aber ist diese hohe Langzeitstabilität sehr eng
an eine extrem hohe Qualität
insb. auch des Stützkörpers gebunden.
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Untersuchungen
haben jedoch gezeigt, dass infolge von, insb. beim Sintern des Stützkörpers und beim
Gießen
des Liners, zeitweise auftretenden hohen Temperaturen von bis zu
1000 K (Kelvin) und wegen den voneinander üblicherweise verschiedenen Abkühlverhalten
von Trägerror
und Stützkörper, bedingt
durch deren voneinander verschiedenen thermischen Materialeigenschaften
und Formen, hohe mechanische Spannungen im Stützkörper auftreten können, die
ggf. auch zu Rissbildungen und somit zur Minderung der Qualität des Stützkörpers oder
entsprechend sogar zur Zerstörung
des Liners führen können. Zudem
ist festgestellt worden, dass die nahzu unvermeidliche Schwindung
des Sintermaterials nach dem Sinterprozeß zu einem erheblichen Spiel zwischen
Stützkörper und
Trägerrohr
führen
kann. Ferner wurde festgestelllt, dass ein solches Spiel beispielsweise
bei dem in der US-B 65 95 069 gezeigten Stützkörper zu einer nicht mehr vernachlässigbaren oder
tolerierbaren Verschiebung desselben im Trägerrohr führen kann, so dass zusätzliche
Maßnahmen
der Zentrierung und Arretierung des Stützkörpers im Trägerrohr ergriffen werden müssen.
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Eine
Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, einen magnetisch-induktiven
Durchflussaufnehmer sowie ein zur Herstellung eines solchen Durchflussaufnehmers
geeignetes Verfahren anzugeben, bei welchem Durchflussaufnehmer
einerseits die Neigung des Liners und/oder des ggf. vorhandenen
Stützkörpers zu
Rissbildungen bei Temperaturänderungen,
inbs. bei Abkühlung,
erheblich verringert und andererseits ein Verdrehen oder Verschieben
des Stützkörpers im
Trägerrohr
auch bei allfälliger
Materialschwindung wirksam verhindert werden kann.
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Zur
Lösung
der Aufgabe besteht die Erfindung in einem magnetisch-induktiven
Durchflußaufnehmer
für ein
in einer Rohrleitung strömendes
Fluid, der ein Meßrohr
zum Führen
des Fluids, eine am Meßrohr
angeordnete Magnetkreisanordnung zum Erzeugen und Führen eines
magnetischen Feldes, das im strömenden
Fluid ein elektrisches Feld induziert und Meßelektroden für das Abgreifen
einer Spannung vom elektrischen Feld umfaßt. Das Meßrohr weist ein Trägerrohr
und einen in einem Lumen des Trägerrohrs
untergebrachten, aus einem Isoliermaterial bestehenden, insb. rohrförmigen, Liner
auf. Das Trägerrohr
weist weiters wenigstens eine in eine Wand des Trägerohrs
eingeformte, zum Lumen des Trägerrohrs
hin offenen erste Nut auf.
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Darüber hinaus
besteht die Erfindung in einem Verfahren zum Herstellen des Messrohrs
für den vorgenannten
erfindungsgemäßen Durchflussaufnehmer,
welches Verfahren die Schritte Fertigung des Stützkörpers im Lumen des Trägerrohrs
und Einbringen des Liners in das Lumen des Trägerrohrs umfasst. Zur Fertigung
des Stützkörpers wird
loses Sinterausgangsmaterial in das Lumen des Trägerrohrs so eingefüllt, dass
es die wenigstens eine Nut zumindest teilweise ausfüllt, und
wird das eingefüllte Sinterausgangsmaterial
innerhalb des Trägerrohrs gesintert.
Nachdem das Sinterausgangsmaterial innerhalb des Trägerrohrs
gesintert worden ist, wird zum Einbringen des Liners in das Lumen
Isoliermaterial in den gefertigten Stützkörper zumindest teilweise eindringen
und im Lumen des Trägerrohrs
erstarren gelassen.
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Nach
einer ersten Weiterbildung des Durchflußaufnehmers der Erfindung weist
das Messrohr zur Stabilisierung des Liners ferner einen in den Liner eingebetteten
offenporigen Stützkörper auf
und ist die wenigstens eine, insb. einen Hinterschnitt aufweisende,
Nut von einem, insb. gesinterten, Material des, insb. direkt im
Trägerrohr
gesinterten, Stützkörpers zumindest
teilweise so ausgefüllt,
daß der
Stützkörper formschlüssig mit
dem Trägerrohr
verbunden ist.
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Nach
einer zweiten Weiterbildung des Durchflußaufnehmers der Erfindung weist
das Trägerrohr
weiters wenigstens eine in eine Wand des Trägerohrs eingeformte, zum Lumen
des Trägerrohrs hin
offenen zweite Nut auf.
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Nach
einer ersten Ausgestaltung des Durchflußaufnehmers der Erfindung ist
die wenigstens eine, insb. einen Hinterschnitt aufweisende, Nut
vom Isoliermaterial des Liners zumindest teilweise so ausgefüllt, daß der Liner
formschlüssig
mit dem Trägerrohr
verbunden ist.
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Nach
einer zweiten Ausgestaltung des Durchflußaufnehmers der Erfindung weist
die wenigstens eine Nut einen Hinterschnitt auf, der so vom Isoliermaterial
des Liners ausgefüllt
ist, dass zwischen Liner und Trägerrohr
ein zumindest radial nach innen wirksamer Formschluß gebildet
ist.
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Nach
einer dritten Ausgestaltung des Durchflußaufnehmers der Erfindung ist
die Nut als eine im wesentlichen koaxial zur Wand des Trägerohrs
verlaufende Ringnut ausgebildet.
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Nach
einer vierten Ausgestaltung des Durchflußaufnehmers der Erfindung weist
die Nut einen im wesentlichen trapez-förmigen Querschnitt auf.
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Nach
einer fünften
Ausgestaltung des Durchflußaufnehmers
der Erfindung besteht das Trägerrohr
aus nicht-ferromagnetischem Material, insb. aus Edelstahl.
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Nach
einer sechsten Ausgestaltung des Durchflußaufnehmers der Erfindung besteht
der Stützkörper aus
Sintermetall, Sinterkeramik und/oder Sinterglas.
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Nach
einer siebenten Ausgestaltung des Durchflußaufnehmers der Erfindung besteht
der Liner aus Kunststoff, insb. Thermoplasten oder Duroplasten.
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Nach
einer Ausgestaltung der ersten Weiterbildung der Erfindung weist
die wenigstens eine Nut einen Hinterschnitt auf, der so vom Material
des Stützkörpers ausgefüllt ist,
dass zwischen Stützkörper und
Trägerrohr
ein radial nach innen wirksamer Formschluß gebildet ist.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der ersten Weiterbildung der Erfindung
ist dem Stützkörper ein
mit der ersten Nut entsprechend korrespondierender, zumindest anteilig
aus dem Material des Stützkörpers bestehender
und in die erste Nut hineinragender Steg angeformt.
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Nach
einer ersten Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung wird zur
Fertigung des Stützkörpers das
Sinterausgangsmaterial in einen Sinterraum eingefüllt, der
im Lumen des Trägerrohrs
mittels wenigstens eines darin eingesetzten Sinter-Dorns gebildet
ist.
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Nach
einer zweiten Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung wird zum
Einbringen des Liners das Isoliermaterial verflüssigt und in einen Gießraum eingefüllt, der
im Lumen des Trägerrohrs
mittels wenigstens eines darin eingesetzten Gieß-Dorns gebildet ist.
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Ein
Grundgedanke der Erfindung besteht darin, durch eine zusätzliche,
insb. radial nach innen und axial wirkende, formschlüssige Verbindung
des Liners und/oder des Stützkörpers mit
dem Trägerrohr einerseits
im Stützkörper und/oder
im Liner maximal auftretende Biegemomente bzw. Biegespannungen zu
minimieren und so die Neigung zu Rissbildung in Stützkörper und/oder
Liner sehr gering zu halten. Andererseits kann durch eine formschlüssige Verbindung
des Stützkörpers mit
dem Trägerrohr
auch ein Verdrehen oder Verkanten des Stützkörpers im Trägerrohr, insb. vor oder während der
Fertigung des Liners, wirksam vermieden werden.
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Die
Erfindung wird nun anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert, in
der Ausführungsbeispiele
dargestellt sind. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen
versehen. Falls es die Übersichtlichkeit
jedoch erfordert, sind Bezugszeichen in nachfolgenden Figuren weggelassen.
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1 zeigt
perspektivisch im Längsschnitt einen
magnetisch-induktiven Durchflußaufnehmer,
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2 zeigt
im Querschnitt einen wesentlichen Teil eines magnetisch-induktiven Durchflußaufnehmers,
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3a zeigt
im Längsschnitt
ein Trägerrohr mit
Mantel-Öffnungen
für das
Einsetzen von Spulenkernen und Meßelektroden,
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3b zeigt
im Längsschnitt
das Einfüllen von
Sintermaterial in das Trägerrohr
von 3a,
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3c zeigt
im Längsschnitt
das Trägerrohr von 3a mit
einem Stützkörper und
mit darin eingesinterten Spulenkernen,
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3d zeigt
im Längsschnitt
das Einfüllen von
weiterem Sintermaterial in das Trägerrohr von 3c,
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3e zeigt
im Längsschnitt
das Einfüllen von
Isoliermaterial in das Trägerrohr 3c und
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3f zeigt
im Längsschnitt
einen magnetisch-induktiven Durchflußaufnehmer.
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1 zeigt
perspektivisch im Längsschnitt einen
magnetisch-induktiven Durchflußaufnehmer und 2 zeigt
schematisch im Querschnitt einen wesentlichen Teil des Durchflußaufnehmers.
Der Durchflußaufnehmer
umfaßt
ein gerades Meßrohr 1 von
vorgebbarer Form und Größe zum Führen eines strömenden Fluids,
eine am Meßrohr 1 angeordnete Magnetkreisanordnung 2 zum
Führen
eines Magnetfeldes durch das Fluid sowie eine ebenfalls am Meßrohr 1 angeordnete
Meßelektrodenanordnung 3 zum Messen
einer im Fluid induzierten Spannung.
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Zum
druckdichten Einfügen
in eine von einem Fluid durchströmbare
Rohrleitung weist das Meßrohr 1 an
einem einlaßseitigen
erstes Ende einen ersten Flansch und an einem auslaßseitigen zweiten
Ende einen zweiten Flansch auf.
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Das
Meßrohr 1 umfaßt ein Trägerrohr 11 von vorgebbarem
Lumen und einen rohrförmigen,
aus einem Isoliermaterial bestehenden Liner 12 von vorgebbarer
Weite sowie einen in den Liner 12 eingebetteten, offenporiger
Stützkörper 13 von
vorgebbarer Poren-Größe und Dicke.
Der ebenfalls rohrförmig ausgeführte Stützkörper 13 dient
der mechanischen Stabilisierung des Liners 12, insb. bei
Temperaturen des strömenden
Fluids von –40°C bis 200° in einem Druckbereich
von 0 bar bis 40 bar.
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Das
Trägerrohr 11 umschließt den Liner 12 mit
eingebettetem Stützkörper 13 koaxial
und dient somit als eine äußere formgebende
sowie formstabilisierende Umhüllung
Meßrohrs 1.
Nach den 1 und 2 ist das
Meßrohr 1 so
ausgeführt,
daß der Stützkörper 13 auf
seiner Fluid berührenden
Innenseite vollständig
vom Liner 12 bedeckt ist und somit allein der Liner 12 vom
durch das Meßrohr 1 hindurchströmende Fluid
benetzt wird, vgl. hierzu auch die US-A 32 13 685; ggf. kann auch
das Trägerrohr 11 selbst
innen vom Material des Liners kontaktiert, insb. auch vollständigausgkleidet,
sein.
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Zum
Erzeugen und zum Führen
eines das Fluid abschnittsweise durchsetzenden Magnetfelds weist
der Durchflußaufnehmer
nach den 1 und 2 eine Magnetkreisanordnung 2 auf.
Diese umfaßt
eine erste und eine zweite zylindrische Spule 21, 22,
von denen jede einen ersten bzw. einen zweiten ferromagnetischen
Spulenkern 23, 24 mit jeweils einer freien endseitigen
ersten bzw. zweiten Stirnfläche 232, 242 von
vorgebbarer Form umgibt. Zur Unterdrückung von Wirbelströmen sind
die Spulenkerne bevorzugt als ein einziges Blechformteil oder als
Paket von mehreren, elektrisch voneinander isoliert geschichteten
Blechformteilen ausgeführt,
vgl. die JP-Y 2-28
406 oder die US-A 46 41 537. Außerhalb
des Meßrohrs 1 sind
die Spulenkerne 23, 24 an deren der jeweiligen
Stirnfläche 232 bzw. 242 gegenüberliegenden
Enden mit einem nicht dargestellten, ebenfalls ferromagnetischen,
Rückschluß von vorgebbarer
Länge und
Form verbunden. Üblicherweise
ist der Rückschluß beiderseits
von außen
um das Meßrohr 1 gelegt,
vgl. hierzu die US-A 46 41 537.
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Die
Spulen 21, 22 sind jeweils auf einen rohrförmigen,
den jeweiligen Spulenkern 23, 24 koaxial umschließenden ersten
bzw. zweiten Spulenkörper 25, 26 gewickelt;
die Spulen 21, 22 können aber auch selbsttragend
oder in den Spulenkörper 25, 26 wenigstens
teilweise eingebettet sein. Neben Magnetkreisanordnungen mit zwei
Spulen sind auch solche mit drei oder mehr Spulen üblich, vgl.
hierzu die JP-A 3 – 218
414. Im Meßbetrieb
sind die Spulen 21, 22 mit einer Eneger-Elektronik
zum Erzeugen elektrischer Ströme
vorgebbarer Stromstärke
verbunden und von letzteren durchflossen. Dadurch entstehen zwei
Teilmagnetfelder, die die jeweiligen Stirnflächen 232, 242 der
zugehörigen
Spulenkerne 23, 24 im wesentlichen flächennormal
schneiden und sich dabei zu einem resultierenden Magnetfeld gerichtet überlagern. Dieses
durchsetzt das innerhalb eines Meßvolumen strömende Fluid
abschnittsweise senkrecht zu dessen Strömungsrichtung. Als Eneger-Elektronik
können
die im Stand der Technik beschriebenen Schaltungsanordnungen verwendet
werden.
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Zur
Aufnahme der Spulenkerne 23, 24 umfaßt das Meßrohr 1 einen
ersten Spulenkernsitz 14 für das stirnseitige Einsetzen
des Spulenkerns 23 und einen zweiten Spulenkernsitz 15 für das stirnseitige
Einsetzen des Spulenkerns 24, vgl. die 1 und 2.
Die Spulenkernsitz 14, 15 weisen eine die jeweilige
Stirnflächen 231 bzw. 241 der
Spulenkerne 23, 24 formschlüssig berührende erste bzw. zweite Fläche auf,
an der der jeweils zugehörige
Spulenkern 23, 24 flächig anliegt.
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Für das Einsetzen
der Spulenkerne 23, 24 in die Spulenkernsitze 14, 15 ist
das Trägerrohr 11 mit einer
seitlichen ersten Mantel-Öffnung 113 und
mit einer seitlichen zweiten Mantel-Öffnung 114 versehen. Beide
Mantel-Öffnungen 113, 114 haben
die gleiche Form und sind entlang eines Umfangkreises des Trägerrohrs 11 voneinander
beabstandet angeordnet, insb. so, daß sie sich diametral gegenüberliegen.
Die Spulenkerne 23, 24 sind so durch die jeweilige
Mantelöffnung 113 bzw. 114 hindurch
in das Meßrohr 1 eingesetzt
und so zueinander ausgerichtet, daß sich ihre beiden Stirnflächen 231, 241 entlang
des Umfangkreises voneinander beabstandet, insb. diametral beabstandet
und spiegelbildlich, gegenüberliegen.
Die Mantel-Öffnungen 113, 114 bzw.
die Stirnflächen 231, 241 können aber
auch entlang einer Sehne des Umfangkreises des Meßrohrs 1 voneinander beabstandet
und/oder nicht-spiegelbildlich
am Meßrohr 1 angeordnet
sein, vgl. JP-A 3-218 414. Für
das Einsetzen der Spulenkerne 23, 24 sind die
Mantel-Öffnungen 113, 114 selbstverständlich so
zu dimensionieren, daß die
Spulenkerne 23, 24 ohne weiteres hindurchpassen.
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Zum
Abgreifen einer im Fluid induzierten Spannung weist der Durchflußaufnehmer
nach den 1 und 2 eine am
Meßrohr 1 angebrachte Sensoranordnung 3 auf,
die eine erste und eine zweite Meßelektrode 31, 32 umfaßt. Die
Meßelektroden sind
stabförmig
mit einem ersten bzw. einem zweiten Meßelektroden-Kopf 311, 321 für das Abgreifen
der eingangs erwähnten
induzierte Spannung und mit einem ersten bzw. einem zweiten Meßelektroden-Schaft 312, 322,
der dem Anschließen
der Sensoranordnung an eine Auswerte-Elektronik dient, ausgebildet.
Die Meßelektroden 31, 32 können, wie in 2 dargestellt,
galvanische oder aber auch kapazitive Meßelektroden sein. Das Trägerrohr 11 ist daher
ferner mit einer seitlichen dritten bzw. vierten Mantel-Öffnung 115, 116 für das Einsetzen
der Meßelektrode 31 bzw. 32 versehen.
Die Mantel-Öffnungen 115, 116 haben
eine Weite, die größer als
ein größter Durchmesser
des jeweiligen Meßelektroden-Schaftes 312 bzw. 322 ist.
Sie haben bevorzugt die gleiche Form und liegen bevorzugt einander
diametral gegenüber,
wobei ein die Mantel-Öffnungen 115, 116 verbindender
Durchmesser des Trägerrohrs 11 zu
einem die Mantel-Öffnungen 113, 114 verbindenden
Durchmesser des des Trägerrohrs 11 senkrecht
verläuft.
Selbstverständlich
können
die Meßelektroden 31, 32,
falls erforderlich, insb. bei mehr als zwei Meßelektroden, am Meßrohr 1 so
voneinander beabstandet angeordnet werden, daß sie sich nicht diametral
gegenüberliegen.
Dies ist z.B. dann der Fall, wenn zusätzliche Meßelektroden für Referenzpotentiale
oder bei waagerechter Einbaulage des Meßrohrs 1 Meßelektroden
zur Überwachung
eines Mindestfüllstandes
des Fluids im Meßrohr 1 vorgesehen
sind.
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Erfindungsgemäß weist
das Trägerrohr 11 weiters
wenigstens eine in eine Wand des Trägerohrs eingeformte, zum Lumen
des Trägerrohrs 11 hin
offenen erste Nut 115 auf, wobei die Nut 115 vom
Isoliermaterial des Liners 13 und/oder vom Material des Stützkörpers 12 zumindest
teilweise ausgefüllt
ist.
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Nach
einer Weiterbildung des Durchflußaufnehmers der Erfindung weist
das Trägerrohr 11 weiters
wenigstens eine zum Lumen des Trägerrohrs
hin offenen zweite Nut 116 auf, die von der ersten Nut 115 beabstandet
in die Wand des Trägerohrs 11 eingeformt
ist. Beide Nuten 115, 116 können in vorteilhafter Weise
im wesentlichen einander gleich geformt sein. Falls erforderlich,
können
selbstverständlich
weitere, der Stabilisierung des Liners 12 bzw. des Stützkörpers 13 dienende
Nuten im Trägerrohr 11 vorgesehen
sein.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung ist die wenigstens eine Nut 115 vom
Material des Stützkörpers 12 zumindest
teilweise so ausgefüllt,
daß der Stützkörper 12 formschlüssig mit
dem Trägerrohr 11 verbunden
ist, wobei dem Stützkörper 12 ein
mit der Nut 115 entsprechend korrespondierender, zumindest
anteilig aus dem Material des Stützkörpers bestehender
und in die Nut hineinragender Steg 14 angeformt ist.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die wenigstens eine
Nut 115 vom Isoliermaterial des Liners 13 zumindest
teilweise so ausgefüllt, daß der Liner 13 formschlüssig mit
dem Trägerrohr 11 verbunden
ist.
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Nach
einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die wenigstens eine
Nut sowohl vom Isoliermaterial des Liners 13 als auch vom
Material des Stützkörpers 13 zumindest
teilweise ausgefüllt,
wobei der Steg 14 zumindest anteilig aus dem Isoliermaterial
des Liners 13 als auch vom Material des Stützkörpers 12 besteht.
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Bevorzugt
weist die erste Nut 115, wie in 1 dargestellt,
einen Hinterschnitt auf. Der Hinterschnitt ist so vom Isoliermaterial
des Liners 13 ausgefüllt,
dass zwischen Liner 13 und Trägerrohr 11 ein radial
nach innen, also in Richtung des Lumens, insb. aber ein radial und
axial, zu einer Längsachse
des Messrohrs 1 wirksamer Formschluß und/oder der Hinterschnitt
ist so vom Material des Stützkörpers 12 ausgefüllt, dass
zwischen Stützkörper 12 und
Trägerrohr 11 ein
radial nach innen, insb. aber ein radial und axial, zur Längsachse
des Messrohrs 1 wirksamer Formschluß gebildet ist.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Nut 115 als
eine im wesentlichen koaxial zur Wand des Trägerohrs 11 verlaufende,
insb. einen im wesentlichen trapez-förmigen oder schwalbenschwanzförmigen Querschnitt
aufweisende, Ringnut ausgebildet, die zumindest abschnittsweise
von dem dem Stützkörper 12 und/oder
dem Liner 13 angeformten Steg 14 ausgefüllt ist.
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Die 3a bis 3f zeigen
verschiedene Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Herstellung des Durchflußaufnehmers.
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In 3a ist
das Trägerrohr 11 mit
den beiden Nuten 115, 116 in der Wand des Trägerrohrs 11 zu
Beginn des Verfahrens gezeigt. Das Trägerrohr 11 wird bevorzugt
kostengünstig
als Gußteil
hergestellt, das nachträglich
z.B. durch spanende Verfahren wie Fräsen, Drehen und/oder Bohren
fertigbearbeitet wird; es kann selbstverständlich auch, ausschließlich durch
spanende Verfahren oder andere dem Fachmann bekannte Herstellverfahren
für Rohre
gefertigt werden. Als Materialien für das Trägerrohr 11 kommen
alle in Durchflußaufnehmern üblicherweise
verwendeten Edelstähle,
insb. legierte und hochlegierte Edelstähle, zum Einsatz; es können aber
auch andere nichtfenomagnetische Legierungen, wie z.B. Kupferlegierungen,
Titanlegierungen oder Nickellegierungen, aber auch geeignete Kunststoffe,
wie z.B. glasfaserverstärkte
Kunststoffe, verwendet werden.
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Der
Stützkörper 13 ist
nach 1 ein rohrförmiger
Körper,
der beim Verfahren der Erfindung durch In-situ-Sintern von körnigem Sinterausgangsmaterial
vorgebbarer Partikel-Größe, also
durch Sintern in der endgültigen
Einbauform und Einbaulage, im Trägerrohr 11 paßförmig und
festsitzend gefertigt wird.
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Gemäß 3b wird
zum Sintern des Stützkörpers 13 ein
erster Sinter-Dorn 411 in das Lumen des Trägerrohr 11 eingebracht
und dort temporär
so fixiert, daß ein
zum Trägerrohr 11 koaxial
verlaufender erster Sinterraum 41 von vorgebbarem ersten Sinter-Volumen
gebildet wird. Der Sinter-Dorn 411 besteht aus zwei Teildornen,
die so ausgeführt
sind, daß sie
nach dem Einbringen in das Trägerrohr 11 mit ihren
jeweiligen Stirnflächen
aneinanderstoßen;
der Sinter-Dorn 411 kann selbstverständlich auch in geeigneter Weise
einteilig ausgeführt
sein.
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Er
ist bevorzugt rotationssymmetrisch bezüglich einer Längsachse
und hat einen kleinsten Durchmesser, der größer als die vorgebbare Weite des
Liners 12 ist, und einen größten Durchmesser, der kleiner
als ein größter Innen-Durchmesser des Trägerrohrs 11 ist,
ausgebildet; der Sinter-Dorn 411 kann selbstverständlich auch,
wenn erforderlich, nicht-rotationssymmetrisch, z.B. elliptisch oder
prismatisch, ausgeführt
sein.
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Falls
der Stützkörper 13,
wie z.B. bei kleinen Nennweiten von 10 mm bis 20 mm üblich, jeweils vom
einlaßseitigen
und auslaßseitigen
Ende nach innen zum Meßrohr
konisch oder trichterförmig
verjüngt
ausgebildet ist, besteht der Sinter-Dorn 411 aus zwei Teildornen,
die in entsprechender Weise konisch oder trichterförmig ausgeführt sind
und die nach dem Einbringen in das Trägerrohr 11 jeweils
mit ihren kleineren Stirnflächen
aneinanderstoßen.
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Nach
dem Einbringen des Sinter-Dorns 411 wird das Trägerrohr 11 so
verschlossen, daß nur
Einfüll-Öffnungen
für das
Sinterausgangsmaterial verbleiben. Diese sind dabei bevorzugt durch
ein einziges offengelassenes Ende des Trägerrohrs 11 gebildet.
Das Fixieren des Sinter-Dorns 411 und das Verschließen des
Sinterraums 41 erfolgt üblicherweise mittels
eines endseitigen ersten Flansches 412; wird der Sinter-Dorn 411,
wie in 3b dargestellt, auch am zweiten
Ende mittels eines endseitigen zweiten Flansches 413 fixiert,
so weist bevorzugt einer der beiden Flansche 412, 413 die
entsprechenden Einfüll-Öffnungen 414 auf.
Es ist selbstverständlich
und klar, daß Partikel-Größe, Sinter-Volumen
und Einfüll-Öffnungen
so zu bemessen sind, daß das
Sinterausgangsmaterial in den Sinterraum 41 einfüllbar ist.
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Nach
dem Verschließen
des Sinterraums 41 wird dieser, wie in 3b schematisch
dargestellt, mit dem Sinterausgangsmaterial gefüllt, und zwar so, dass auch
die in das Trägerrohr 11 eingeformten
Nuten 115, 116 zumindest teilweise befüllt werden.
Danach wird das Sinterausgangsmaterial im Sinterraum 41 gesintert,
wodurch der Stützkörper 13 im
Lumen des Trägerrohr 11 paßförmig und
zumindest teilweise auch der Steg 14 gebildet werden, vgl. 3c.
Gegebenenfalls wird das Trägerrohr 11 vor
dem Sintern vollständig
dicht verschlossen.
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Als
Sinterausgangsmaterial dienen Metallpartikel, insb. aus Sinterbronze;
es können
aber auch andere Materialien, wie z.B. Sinterglaspartikel, Sinterkeramikpartikel
oder sinterfähige,
insb. oberflächen-metallisierte,
Kunststoffpartikel, verwendet werden.
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Nach
den 1 und 2 ist das Meßrohr 1 innen mit
einem Liner 12 ausgekleidet, und zwar so, daß Stützkörper 13 und
Trägerrohr 11 im
Betrieb des Durchflußaufnehmers
vollständig
vom hindurchströmenden
Fluid isoliert sind.
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Der
Liner 12 wird gemäß 3e nach
der Fertigung des Stützkörpers 13 ebenfalls
direkt im Trägerrohr 11 durch
Einfüllen
und Erstarrenlassen von verflüssigtem
Isoliermaterial hergestellt. Dies erfolgt bevorzugt in einem üblichen
Transfer-, Kompression- oder Injection-Molding-Verfahren.
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Als
Isoliermaterial können
hierzu alle diejenigen bei magnetisch-induktiven Durchflußaufnehmern üblicherweise
für den
Liner 12 eingesetzten Kunststoffe dienen, die zum Einbringen
in das Trägerrohr 11 mindestens
einmal verflüssigt
werden können,
wie z.B. Thermoplaste, insb. fluorhaltige Thermoplaste oder Polyolefine,
oder Duroplaste, insb. Gießharze oder
Polyurethane.
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Zur
Herstellung des Liners 12 wird der beim das Sintern verwendete
Sinter-Dorn 411 bzw. 421 durch
einen Gieß-Dorn 511 ersetzt,
der temporär
so im Lumen des Trägerrohr 11 fixiert
wird, daß zwischen
dem Gieß-Dorn 511 und
dem Stützkörper 13 ein
mit der Längsachse
des Lumens koaxial fluchtender Gießraum 51 von vorgebbarem
Gieß-Volumen gebildet
wird. Der Gieß-Dorn 511 ist
bevorzugt zylindrisch mit einem Durchmesser, der, unter Berücksichtigung
eines Gieß-Volumenschwundes
nach dem Erstarrenlassen, höchstens
gleich der vorgegebenen Weite des Liners 12 ist, ausgebildet.
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Nach
dem Einbringen des ersten Gieß-Dorns 511 wird
das Trägerrohr 11 gießdicht so verschlossen,
daß nur
Eingieß-Öffnungen
für das verflüssigte Isoliermaterial
verbleiben. Das Fixieren des Gieß-Dorns 511 und das
Verschließen
des Trägerrohr 11 erfolgt üblicherweise
mittels eines dritten und vierten endseitigen Flansches 512 bzw. 513,
von denen z.B. einer eine entsprechende Eingieß-Öffnung 514 aufweist.
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Nach
dem Verschließen
des Trägerrohr 11 wird
in den Gießraum 51 verflüssigtes
Isoliermaterial eingefüllt.
Dieses dringt in die Poren des Stützkörpers 13 ein und füllt diesen
aus; ggf. wird so auch der gesinterte Steg 14 mit Isoliermaterial
vervollständigt.
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Das
Einfüllen
erfolgt bevorzugt solange bis der Gießraum 51 und der Stützkörper 13 vollständig mit
dem Isoliermaterial ausgefüllt
sind, mindestens aber solange, bis der Gießraum 51 vollständig und der
Stützkörper 13 wenigstens
teilweise mit dem Isoliermaterial ausgefüllt sind. Dadurch bedeckt das
Isoliermaterial nach dem Erstarren den Stützkörper 13 mindestens
an der beim Betrieb des Durchflußaufnehmers dem Fluid zugewandten,
inneren Seite vollständig.
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Nach
dem Einfüllen
wird das Isoliermaterial erstarrengelassen und somit der Liner 12 mit
eingebettetem Stützkörper 13 im
Lumen des Trägerrohrs 11 paßförmig derart
gebildet, daß dieser
den Stützkörper 13 und
das Trägerrohr 11 vom
Fluid isoliert.
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Das
Trägerrohr 11 weist
gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung eine in das einlaßseitige erste Ende eingebrachte
stirnseitig erste Aufweitung 111 und eine in das auslaßseitige
zweite Ende eingebrachte zweite Aufweitung 112 auf. Die
beiden Aufweitungen 111, 112 sind nach 1 bzw. 3a abschnittsweise
einwärts
sich konisch verjüngend
ausgebildet; sie können
aber auch von gerader zylindrischer Form sein.
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Beide
Aufweitungen 111, 112 sind beim Sintern vom Sinterausgangsmaterial
wenigstens teilweise ausgefüllt,
und zwar so, daß der
gesinterte Stützkörper 13 mit
dem Trägerrohr 11 verspannt
und somit zusätzlich
fixiert ist, vgl. 3c.
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Bevorzugt
sind die Aufweitungen 111, 112 vom Stützkörper 13 so
ausgefüllt,
daß der
Liner 12 den Stützkörper 13
im Bereich der Aufweitungen 111, 112 teilweise
umgreift und damit endseitig praktisch vollständig überdeckt, vgl. hierzu die 3e und 3f.
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Zur
optimalen Anpassung der Poren-Größe an das
Isoliermaterial des Liners 12 sowie zur Reduzierung von
Volumenschwund des gesinterten Stützkörpers 13 gegenüber dem
ersten bzw. zweiten Sinter-Volumen sind nach einer weiteren Ausgestaltung des
Verfahrens der Erfindung auch entsprechende sinterfähigen Gemische
von verschiedenen Sinterausgangsmaterialien und/oder von unterschiedlichen Partikel-Größen einsetzbar.
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Gemäß einer
Weiterbildung des Verfahrens der Erfindung werden vor dem Einsetzen
des ersten Sinter-Dorns 411 in das Trägerrohr 11 Mantel-Öffnungen 113, 114 eingebracht
und beim Einfüllen
und Sintern des Sinterausgangsmaterials für den Stützkörper 13 mittels eines
ersten bzw. mittels eines zweiten Sinterverschlusses 415, 416 sinterdicht
verschlossen, vgl. 3b. Die beiden Sinterverschlüsse 415, 416 sind
so ausgeführt,
daß der
Stützkörper 13 gemäß 3c die
beiden Mantel-Öffnungen 113, 114 wenigstens
teilweise ausfüllt.
Das Ausfüllen
der Mantel-Öffnungen 113, 114 erfolgt
z.B. so, daß der Stützkörper 13 seitlich
an den Mantel-Öffnungen 113, 114 anliegt
und so zusätzlich
arretiert ist. Falls erforderlich sind die beiden Mantel-Öffnungen 113, 114 beim
Einfüllen
und Erstarrenlassen des verflüssigten Isoliermaterials
für den
Liner 12, wie in 3e dargestellt,
mittels eines ersten bzw. mittels eines zweiten Gießverschlusses 515, 516 gießdicht zu
verschließen.
Zur weiteren Stabilisierung des Liners 12 können in
die Mantel-Öffnungen 113, 114 bei
deren Fertigung beispielsweise zusätzliche Stege und Absätze eingeformt,
an denen sich der Stützkörper 13 bzw. der
Liner 12 abstützt.
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Für das spätere Einsetzen
der stabförmigen Meßelektroden 31, 32 in
das Meßrohr 1 werden
nach einer anderen Weiterbildung des Verfahrens der Erfindung auch
die Mantel-Öffnungen 115, 116 mittels eines
nicht dargestellten dritten bzw. mittels eines ebenfalls nicht dargestellten
vierten Sinter-Dorns nach dem Einsetzen des ersten Sinter-Dorns 411 sinterdicht
verschlossen. Das Verschließen
Mantel-Öffnungen 115, 116 erfolgt
bevorzugt so, daß der
dritte und der vierte Dorn bis zum Sinter-Dorn 411 reichen, wodurch
sich nach dem Sintern des Stützkörpers 13 die
beiden Mantel-Öffnungen 115, 116 in
diesem durchgängig
fortsetzen, vgl. 2. Dabei weisen der dritte und
vierte Dorn jeweils einen kleinsten Durchmesser auf, der mindestens
etwas größer als
ein größter Durchmesser
des ersten bzw. zweiten Meßelektroden-Schaftes
ist.
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Bei
der Verwendung von galvanischen Meßelektroden gemäß 2 werden
die Mantel-Öffnungen 115, 116 und
deren Fortsatz im Stützkörper für das Einfüllen des
Isoliermaterials ferner mit einem dritten bzw. einem vierten Gießverschluß gießdicht bevorzugt
so verschlossen, daß nach
dem Erstarren des Isoliermaterials das Meßrohr 1, ausgehend
von der jeweiligen Mantel-Öffnung 115 bzw. 116,
eine erste bzw. eine zweite Meßelektroden-Durchführung aufweist.
Das gießdichte
Verschließen
der Mantel-Öffnungen 115, 116 kann
beispielsweise so erfolgen, daß die
Meßelektroden-Durchführungen
an deren Innenseite vollständig
und mit einer vorgebbaren Mindestdicke vom Isoliermaterial bedeckt
sind und somit bereits während
der Fertigung des Liners 12 elektrisch isolierte Meßelektroden-Durchführungen für die nachträglich einzusetzenden
Meßelektroden geschaffen
werden. Der dritte bzw. des vierte Gießverschlußes ist dabei, unter Berücksichtigung
des Gieß-Volumenschwundes,
in geeigneter Weise so auszubilden, daß nach dem Erstarrenlassen
des Isoliermaterials bereits paßförmige, den
Meßelektroden-Schäften 312, 322 entsprechende
Meßelektroden-Durchführungen
in das Meßrohr 1 eingeformt sind.
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Bei
der Verwendung von kapazitiven Meßelektroden sind die Gießverschlüsse in besonders
vorteilhafter Weise derart ausgebildet, daß in diese die Meßelektroden 31, 32 so
eingesetzt werden können, daß letztere
nach dem Einfüllen
und Erstarrenlassen des Isoliermaterials bereits in ihrer entgültigen Einbaulage
im Meßrohr 1 angeordnet
und dabei vom Isoliermaterial des Liners 12 gegen über dem
Stützkörper 13 und
dem Trägerrohr 11 sowie
im Betrieb gegenüber
dem Fluid vollständig
elektrisch isoliert sind. Die Meßelektroden-Schäfte 312, 322 sind
innerhalb der Meßelektroden-Durchführung bevorzugt wenigstens
abschnittsweise prismatisch, insb. quaderförmig, ausgeführt, wodurch
die Meßelektroden 31, 32 ohne
ein Gegenwerkzeug im Lumen des Meßrohrs 1 leicht montierbar
sind.
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Bei
mehr als zwei Meßelektroden
erfolgt das sinterdichte bzw. gießdichte Verschließen der
entsprechenden Meßelektroden-Öffnungen
vor dem Sintern des Stützkörpers bzw.
vor dem Einfüllen
des Isoliermaterials in analoger Weise mit entsprechenden Gieß- bzw.
Sinterverschlüssen.
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Da
es sich sowohl beim In-situ-Sintern als auch beim Einbringen des
Isoliermaterials in das Trägerrohr 11 bzw.
den Liner 12 um thermische Verfahren zur Erzielung von
Rekristallisationsprozessen im Gefüge immer nur genau einer der
genannten Komponenten des Meßrohrs 1,
nämlich
Trägerrohr 11, Stützkörper 13 oder
Liner 12, handelt, muß aufgrund der
Bearbeitungsreihenfolge die Entfestigungstemperatur des Trägerrohrs 11 größer als
die des Stützkörpers 13 und
muß letztere
wiederum größer als
die Schmelztemperatur des Liners 12 sein.