DE3627993A1 - Elektromagnetischer durchflussmesser - Google Patents
Elektromagnetischer durchflussmesserInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektro
magnetischen Durchflußmesser, insbesondere auf einen
elektromagnetischen Durchflußmesser mit einem keramischen
Meßrohr für elektromagnetische Durchflußmesser.
Elektromagnetische Durchflußmesser nutzen das Faraday'sche
elektromagnetische Induktionsgesetz und werden in zahl
reichen Anwendungsfällen eingesetzt, in denen ein zu
einer Flußrate proportionales Ausgangssignal erforderlich
ist, sowie Messungen, die unabhängig von Strömungszuständen
und Konstanten der Fluide sind und bei denen kein Druckab
fall auftritt. Bei derartigen elektromagnetischen Durch
flußmessern wird ein Rohr aus rostfreiem Stahl als nicht
magnetisches Rohr und Meßrohr verwendet, und die Innenseite
des Rohrs ist mit einer Schicht aus einem Isolierwerk
stoff wie beispielsweise PTFE beschichtet, wie es etwa
unter der Handelsbezeichnung Teflon von Du Pont de Nemours
erhältlich ist. Allerdings ist ein Meßrohr mit Teflonbe
schichtung teuer und erfordert eine komplizierte Herstel
lung. Daher haben keramische Meßrohre in den vergangenen
Jahren eine weitgehende Verbreitung gefunden.
In der PCT-Schrift W 083/0 200 ist ein derartiges kerami
sches Meßrohr beschrieben, welches Kupplungsflansche
an beiden Enden aufweist. Radiale Löcher sind in einer
Richtung vorgesehen, die senkrecht zu Spulen verläuft,
die um den Mittenabschnitt der äußeren Oberfläche des
Rohrs angeordnet sind. In diese Löcher werden Elektroden
eingefügt und das Meßrohr wird gesintert, um die Elektroden
zu befestigen.
Da das Meßrohr gesintert wird, während die Elektroden
in die Löcher eingefügt sind, muß in diesem Fall das
Elektrodenmaterial der Sintertemperatur des keramischen
Werkstoffs widerstehen und im wesentlichen den gleichen
thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen wie das
Keramikmaterial. Platin stellt ein Elektrodenmaterial
dar, das diese Bedingungen erfüllt. Platin ist jedoch
teuer und führt zu einer Erhöhung der Gesamtkosten. Um
die Kosten zu verringern ist es möglich, den Elektroden
durchmesser zu verringern. Jedoch wird die Eingangsimpe
danz eines Wandlers für den elektromagnetischen Durchfluß
messer vergrößert und dies verschlechtert die Betriebs
eigenschaften des elektromagnetischen Durchflußmessers.
Zur Lösung dieses Problems kann ein leitendes Keramikmate
rial für die Elektroden verwendet werden. Ein derartiges
Material hat jedoch üblicherweise eine geringere elek
trische Leitfähigkeit als ein Metall, wodurch der Ausgangs
pegel des Nachweises sinkt und die Betriebseigenschaften
des elektromagnetischen Durchflußmessers verschlechtert
werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen
kostengünstigen elektromagnetischen Durchflußmesser bereit
zustellen, der die gewünschten Betriebseigenschaften
hat, und weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines
derartigen Durchflußmessers bereitzustellen.
In vorteilhafter Weise wird gemäß der vorliegenden Erfin
dung ein elektromagnetischer Durchflußmesser zur Verfügung
gestellt, bei dem der Durchmesser von in ein Meßrohr
eingefügten Elektroden vergrößert werden kann, ohne daß
die Betriebseigenschaften des elektromagnetischen Durch
flußmessers hierunter leiden.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen elektromagnetischen
Durchflußmesser mit einem Keramikrohr als Meßrohr, bei
dem eine in das keramische Rohr eingefügte Elektrode
einen keramischen Kernstab und einen leitfähigen Abschnitt
eines hochschmelzenden Metalls aufweist, der zur Bedeckung
einer Fluidkontakt-Stirnfläche des Kernstabs ausgebildet
ist und sich entlang der Längserstreckung des Kernstabs
erstreckt, wobei das andere Ende des leitfähigen Abschnitts
einer äußeren Oberfläche des Keramikrohrs zugewandt ist
und der Fluidkontakt-Stirnfläche gegenüberliegt.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand zeichnerischer
dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus
denen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen.
Es zeigen:
Fig. 1 Eine Schnittansicht eines elektromagnetischen
Durchflußmessers gemäß einer vorteilhaften Aus
führungsform der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 2 bis 21 jeweils Schnittansichten mit Darstellungen
des erfindungsgemäßen elektromagnetischen Durch
flußmessers.
In Fig. 1 ist eine Ausführungsform eines elektromagne
tischen Durchflußmessers gemäß der vorliegenden Erfindung
dargestellt, insbesondere ein Meßabschnitt mit Elektroden
und Anregungsspulen.
In Fig. 1 weist ein Meßabschnitt 11 des elektromagne
tischen Durchflußmessers Kupplungsflansche 13 a und 13 b
an seinen Enden auf. In den gegenüberliegenden Wandab
schnitten des axsialen Mittenabschnitts eines Meßrohrs
13 sind radial ausgebildete Eletrodenmontagelöcher 13 d
und 13 e angeordnet. Erfindungsgemäße Elektroden 16 A und
16 B sind jeweils in den Löchern 13 d und 13 e befestigt.
Die Elektroden 16 A und 16 B weisen einen identischen Aufbau
auf. Jede Elektrode ist mit einem Elektrodenkernstab
14 und einem leitfähigen Abschnitt 15 aus Metall versehen.
Der leitfähige Abschnitt 15 weist eine becherartige Form
mit einem Boden auf, um die äußere Oberfläche und die
Stirnfläche der Elektrode (die dem Inneren des Meßrohrs
zugeordnet ist) zu umgeben. Diese Elektroden werden von
geeigneten bekannten Stützteilen gestützt, die weggelassen
sind, da sie in keiner direkten Beziehung zur vorliegenden
Erfindung stehen. Daher sind nur Signal-Zuleitungsdrähte
17 in Fig. 1 dargestellt, die mit einem nicht darge
stelltem Anschlußblock verbunden sind. Ein Ende jedes
der Zuführungsdrähte 17 ist hart oder weich an einen
zugehörigen Teil der leitfähigen Abschnitte der Elektroden
16 A und 16 B angelötet. Das Lötmaterial ist üblicherweise
Silber, es kann jedoch auch vorteilhafterweise Platin
wegen seiner Korrosionsbeständigkeit verwendet werden.
Das Material, aus dem der leitfähige Abschnitt 15 besteht,
ist vorzugsweise ein hochschmelzendes Metall, beispiels
weise Platin oder eine Platin-Iridium-Legierung mit einem
höheren Schmelzpunkt als einer Sintertemperatur (etwa
1000 bis 1600 Grad Celsius) während der Herstellung der
Meßrohre. Falls die Sintertemperatur des keramischen
Materials jedoch niedrig ist, kann Kupfer oder Eisen
als Material für den leitfähigen Abschnitt 15 verwendet
werden. Es wird darauf hingewiesen, daß die Härte der
Platin-Iridium-Legierung größer ist als die von Platin.
Vorzugsweise besteht die Platin-Iridium-Legierung aus
90 Gewichtsprozent Platin und 10 Gewichtsprozent Iridium.
Die zu den Elektroden 16 A und 16 B gehörigen leitfähigen
Abschnitte 15 sind eng in die Löcher 13 d bzw. 13 e des
Keramikrohrs 13 eingefügt. Im einzelnen sind die leitfähi
gen Abschnitte 15 jeweils auf den entfernten Stirnflächen
der gesinterten keramischen Kernstäbe und deren äußeren
Oberflächen ausgebildet, wo sie stetig zu den entfernten
Stirnflächen verlaufen. Die Kernstäbe 14, von denen jeder
einen leitfähigen Abschnitt aufweist, werden jeweils
in die Löcher 13 d und 13 e eingefügt und in der Lage festge
setzt, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, also derart,
daß die entfernten Enden der leitfähigen Abschnitte 15
inneren Wandoberflächenabschnitten des Keramikrohrs 13
gegenüberliegen. In diesem Fall wird das Keramikrohr
13 nicht oder nur halb gesintert. Falls das Keramikrohr
13 gesintert wird, schrumpft es und klemmt die leitfähigen
Abschnitte 15 ein. Daher kann das keramische Meßrohr
13 unter Ausbildung einer genügend guten Dichtung an
den leitfähigen Abschnitt gekuppelt werden. Weiterhin
sind in Fig. 1 Anregungsspulen EC, die eine Form aufwei
sen, die im wesentlichen der eines umgedrehten U ent
spricht, an der äußeren Oberfläche des Keramikrohrs 13
in einer Richtung angeordnet, die senkrecht zur Ausrichtung
der Elektroden 16 A und 16 B verläuft. Der dicke Pfeil
in Fig. 1 stellt die Strömungsrichtung eines Fluids
dar, mit "x" ist die Richtung eines durch die Erregerspulen
EC erzeugten Magnetfelds verdeutlicht, und der dünne
Pfeil zeigt die Richtung eines zwischen den Elektroden
16 A und 16 B gelieferten Stroms dar. Nachstehend wird
ein Herstellungsverfahren für ein Meßrohr mit den Elektro
den 16 A und 16 B beschrieben.
Eine Platinpaste wird auf die Stirnflächen und äußeren
Oberflächen der gesinterten keramischen Elektrodenkernstäbe
14 aufgebracht und bei einer Temperatur von 800 bis 1600
Grad Celsius gesintert. Es wird also eine Oberflächen
behandlung der Kernstäbe 14 mit einem hochschmelzenden
Metall vorgenommen, um die Elektroden 16 A und 16 B zu
erzeugen. Die Elektroden 16 A und 16 B werden jeweils in
die Löcher 13 d und 13 e des nichtgesinterten oder halbge
sinterten Keramikrohrs 13 eingefügt und dieses wird dann
bei einer Temperatur von 1000 bis 1600 Grad Celsius gesin
tert und so das Meßrohr 11 mit den Elektroden 16 A und
16 B für den elektromagnetischen Durchflußmesser herge
stellt.
Bei dem Herstellungsverfahren für das Meßrohr 11 des
elektromagnetischen Durchflußmessers werden die gesinterten
keramischen Elektrodenkernstäbe 14 zur Herstellung der
Elektroden 16 A und 16 B verwendet. Die gesinterten kerami
schen Kernstäbe 14 werden aus folgenden Grund verwendet.
Wenn nicht-gesinterte keramische Kernstäbe verwendet
würden, also in die Löcher 13 d und 13 e eingefügt und
gesintert würden, würden die Kernstäbe übermäßig schrumpfen
und sich lockern. Um das Auftreten dieser Schwierigkeit
zu verhindern, wird ein gesintertes Keramikmaterial verwen
det. Falls jedoch ein Keramikmaterial eine geringe
Schrumpfrate aufweist, können halbgesinterte keramische
Kernstäbe verwendet werden. Das voranstehend genannte
Problem tritt nicht auf, wenn, mit anderen Worten, die
keramischen Elektrodenkernstäbe eine hohe Halb-Sinter
temperatur aufweisen, verglichen mit der Halb-Sinter
temperatur des Keramikrohrs 13.
Nach dem voranstehend genannten Verfahren kann die verwen
dete Metallmenge verringert werden, da die keramischen
Elektrodenkernstäbe 14 einer Oberflächenbehandlung mit
dem hochschmelzenden Metall unterzogen werden, um die
Elektroden 16 A und 16 B herzustellen. Zusätzlich kann
der Durchmesser der Elektroden vergrößert werden, um
so eine niedrige in den Elektroden erforderliche Impedanz
zu garantieren, und die Elektroden 16 A und 16 B können
stramm in die Löcher 13 d und 13 e des Keramikrohrs 13
eingepaßt werden. Die geringe Menge verwendeten Metalls
verringert die Gesamtkosten. Da die Elektroden 16 A und
16 B und das Keramikrohr 13 gesintert werden, nachdem
die gesinterten keramischen Elektrodenkernstäbe 14 jeweils
in die Löcher 13 d und 13 e in dem nichtgesinterten oder
halbgesinterten keramischen Rohr 13 eingefügt wurden,
ist die Schrumpfrate des Keramikrohrs 13 größer als die
der Elektroden 16 A und 16 B. Die Menge des für die Elek
troden verwendeten Metalls ist gering und für das Meßrohr
kann das gleiche Material verwendet werden wie für die
Kernstäbe. Alternativ hierzu kann ein Material mit einem
linearen Ausdehnungskoeffizienten in der Nähe des Ausdeh
nungskoeffizienten des Meßrohrs für die Kernstäbe verwendet
werden. Daher kann der thermische Expansionskoeffizient
der Elektroden im wesentlichen gleich dem des Meßrohrs
sein, die Dichteigenschaften verschlechtern sich nicht,
selbst bei Auftreten einer Temperaturänderung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können, wie in Fig.
2 und 3 dargestellt, eine T-förmige Spitze 20 und eine
plattenförmige leitfähige Spitze 21, die beide als leitfä
hige Kopfteile aus Platin oder einer Platin-Iridium-Legie
rung dienen, jeweils an die entfernten Stützflächen angelö
tet werden, also an die Kontaktoberflächen von Elektroden
18 und 19 für das zu messende Fluid. Die leitfähigen
Spitzen können je nach Eigenschaften des zu messenden
Fluids ausgewählt werden. Ist beispielsweise ein zu messen
des Fluid korrosiv, wird ein korrosionsbeständiges Material
für die leitfähigen Spitzen verwendet. Leitfähige Kappen
22 und 23 mit in den Fig. 4 und 5 dargestelltem Aufbau
können an Stelle der leitfähigen Spitzen 21 bzw. 22 verwen
det werden. Die leitfähigen Kappen 22 und 23 werden an
den Vorsprüngen der Elektroden 24 bzw. 25 befestigt.
In diesem Fall werden die leitfähigen Kappen 22 und 23
jeweils an dem zu messenden Fluid zugeordnete Seiten
der Elektroden 24 und 25 angelötet und hiergegen abgedich
tet. Beim Löten der in Fig. 4 dargestellten Anordnung
kann die Bearbeitbarkeit verbessert werden, wenn eine
Lötpaste oder ein Bindemittelfilm verwendet wird.
Die bei der voranstehend beschriebenen Ausführungsform
und deren Abänderungen verwendeten Elektrodenkernstäbe
können auf unterschiedliche Weisen bearbeitet werden.
Beispielsweise kann, wie in Fig. 6 dargestellt, eine
stufenförmige Elektrode 26 verwendet werden, um einen
Kontaktoberflächenbereich mit dem zu messenden Fluid
zu vergrößern. In Fig. 7 ist dargestellt, daß die Elektro
de 27 eine Elektrodenhalterungsstufe 27 a aufweisen kann.
Die in Fig. 7 gezeigte Stufe 27 a kann verjüngt ausge
bildet sein.
Bei der voranstehend beschriebenen Ausführungsform ist
der Signalzuleitungsdraht 17 einfach mit dem zugehörigen
leitfähigen Abschnitt 15 der Elektrode verbunden. Es
kann jedoch auch, wie in Fig. 8 dargestellt ist, ein
Signalzuführungsdraht 31 mit einem leitfähigen Abschnitt 30
über ein Loch 29 verbunden sein, das in einer Elektrode
28 vorgesehen ist. Alternativ hierzu kann, wie aus Fig.
9 hervorgeht, ein Signalzuführungsdraht 34 an einem Verrie
gelungsabschnitt 33 befestigt sein, der in einer Elektrode
32 ausgebildet ist, wodurch eine perfekte Verbindung
zwischen dem Zuführungsdraht und dem leitfähigen Abschnitt
erreicht wird.
Fig. 10 bis 17 zeigen Abänderungen mit Darstellungen
der Verbindungen zwischen den Elektroden bzw. den hiermit
verbundenen Zuführungsdrähten.
Die selben in den Fig. 1 bis 9 verwendeten Bezugsziffern
bezeichnen entsprechende Teile in Fig. 10. In Fig.
10 ist eine Elektrode 16 in einem Loch 13 d befestigt,
welches in einem Keramikrohr 13 angeordnet ist. Die Elek
trode 16 besteht aus einem keramischen Elektrodenkernstab
14 und einem leitfähigen Abschnitt 15 aus Metall, welcher
die äußere Oberfläche und die eingeführte Stirnfläche
(den Abschnitt, der innerhalb des Meßrohrs zu liegen
kommt) des Kernstabs 14 bedeckt. Der nicht gesinterte
oder halbgesinterte Elektrodenkernstab 14, der mit dem
leitfähigen Abschnitt 15 aus Metall beschichtet ist,
wird in das Loch 13 d des Keramkrohrs 13 eingefügt. Die
Elektrode 16 wird zusammen mit dem Keramikrohr 13 gesintert
und an diesem befestigt. In diesem Fall liegt der äußere
Endabschnitt der Elektrode 16 außerhalb der äußeren Ober
fläche des Keramikrohrs 13 frei. Ein Verbindungsstück
37 für den Zuführungsdraht ist hart oder weich an den
leitfähigen Abschnitt 15 angelötet, der auf der äußeren
Oberfläche des Elektrodenkernstabs 14 ausgebildet ist.
In diesem Fall umfaßt das Verbindungsstück 37 für den
Zuführungsdraht einen Ring 37 a und eine Verbindungszunge
37 b, die sich nach außen von dem Ring 37 a aus erstreckt.
Der Ring 37 a wird auf den verlängerten Abschnitt des
Kernstabs 14 aufgepaßt und angelötet, während die untere
Oberfläche des Rings 37 a in Kontakt mit der äußeren Ober
fläche des Keramikrohrs 13 steht. Das Verbindungsstück
37 für den Zuführungsdraht kann durch Metallisieren eines
Teils der äußeren Oberfläche des Keramikrohrs 13 gebildet
werden. Ein Ende eines Signalzuführungsdrahts 38 ist
über eine Anschlußplatte 39 mit dem Zuführungsdraht-Ver
bindungsstück 37 verbunden.
Wie aus Fig. 10 ersichtlich ist, ist das Verbindungsstück
37 mit dem Zuführungsdraht an den metallischen leitfähigen
Abschnitt 15, der einen Teil der Elektrode 16 darstellt,
hart oder weich angelötet. Es kann jedoch auch eine Elek
trode 40 ausgebildet werden, wie es in Fig. 11 darge
stellt ist. In diesem Fall wird ein Endabschnitt 42 a
eines keramischen Kernstabs 43, der sich in der Nähe
der äußeren Oberfläche des Keramikrohrs 13 befindet,
auf im wesentlichen dieselbe Höhe gesetzt wie die äußere
Oberfläche des Keramikrohrs 13, und ein hochschmelzendes
Metall wird verwendet, um den Umfangsabschnitt des Endab
schnitts 42 a zu bedecken und ein Verbindungsstück 44
für den Zuführungsdraht auszubilden. Auf diese Weise
kann ein Hart- oder Weichlöten entfallen.
Fig. 12 zeigt eine gegenüber Fig. 11 abgeänderte Aus
führungsform der Erfindung. Ein Zuführungsdraht-Verbin
dungsstück 46, das mit einem metallischen leitfähigen
Abschnitt 42 verbunden werden soll, der zu einer Elek
trode 45 gehört, ist auf der Stirnfläche eines Kernstabs
43 ausgebildet, der ebenfall zu der Elektrode 45 gehört
und sich nach außen über ein Keramikrohr 13 erstreckt.
Mit der in Fig. 12 dargestellten Ausführungsform kann
die gleiche Wirkung erzielt werden wie mit der Ausführungs
form gemäß Fig. 11.
Fig. 13 zeigt eine weitere gegenüber Fig. 11 abgeänderte
Ausführungsform. Eine Elektrode 53 in Fig. 13 besteht
aus einem gesinterten oder halb-gesinterten keramischen
Kernstab 55 und einem leitfähigen Abschnitt 56, einer
zylindrischen Kappe mit einem Boden, die aus einem 0,5 mm
starkem hochschmelzenden leitfähigen Metallteil hergestellt
ist und die entfernte Stirnfläche und die äußere Oberfläche
des keramischen Kernstabs 55 bedeckt. Die Elektrode 53
ist in ein Loch 13 d eingefügt, daß in einem nicht gesinter
ten oder halb-gesinterten Keramikrohr 13 vorgesehen ist.
In diesem Zustand wird die Elektrode 53 zusammen mit
dem Keramikrohr 13 gesintert und an diesem befestigt.
Der äußere verlängerte Endabschnitt des leitfähigen Ab
schnitt 56 der Elektrode 53 erstreckt sich von der äußeren
Oberfläche des keramischen Kernstabs 55 nach außen, um
einen Verbindungsabschnitt 57 für eine Zuführung zu bilden.
Eine Zuführung eines Signalzuführungsdrahts ist durch
Löcher 58 a und 58 b eingefügt, die in einander gegenüberlie
gend angeordneten Oberflächen des Verbindungsabschnittes
57 vorgesehen sind. Die Zuführung 59 wird mit dem Verbin
dungsabschnitt 57 um die Löcher 58 a und 58 b herum verlötet.
Das Löten wird nach dem Sintern des Keramikrohrs 13 vorge
nommen. Platin oder eine Platin-Iridium-Legierung mit
einem höheren Schmelzpunkt als der keramischen Sintertem
peratur des Rohrs 13 kann als hochschmelzendes Metall
für den leitfähigen Abschnitt 56 der Elektrode 53 verwendet
werden. Bei der in Fig. 13 dargestellten Ausführungsform
können die Löcher 58 a und 58 b in dem Verbindungsabschnitt
57 der Elektrode 53 vor oder nach dem Sintern des Keramik
rohrs 13 hergestellt werden. Daher kann der Elektrodenauf
bau im Vergleich zu vorbekannten Elektrodenaufbauten
vereinfacht werden.
In Fig. 14 ist eine gegenüber Fig. 13 abgeänderte Aus
führungsform dargestellt. Eine Verbindungszunge 63 für
eine Zuführung ist an einem äußeren Endabschnitt eines
leitfähigen Abschnitts 61 ausgebildet, der die entfernte
Stirnfläche und die äußere Oberfläche eines keramischen
Kernstabs 55 umgibt, welcher zu einer Elektrode 60 führt.
Eine Zuführung 65 eines Signalzuführungsdrahts ist in
ein Loch eingefügt, welches in der Zunge 63 vorgesehen
ist, und hiermit verlötet.
Bei der voranstehend beschriebenen Ausführungsform und
deren Änderungen ist der Kernstab für die Elektrode von
säulenartiger Form. Der Kernstab kann jedoch auch verjüngt
ausgebildet sein oder eine beliebige Form aufweisen.
In Fig. 15 ist eine weitere geänderte Ausführungsform
der Elektrode dargestellt. Ein halbgesinterter oder gesin
terter keramischer Kernstab 74, der zu einer Elektrode
70 gehört, ist zylindrisch, und innerhalb des Kernstabs
74 ist ein leitfähiger Abschnitt 75 ausgebildet. Der
leitfähige Abschnitt 75 ist in einer Ausnehmung 74 a vor
gesehen, welche in der zylindrischen Innenwand des Kern
stabs 74 und im Hauptabschnitt der Stirnfläche des Kern
stabs 74 ausgebildet ist, die in Kontakt mit dem zu messen
den Fluid gebracht wird. Dies führt dazu, daß der leit
fähige Abschnitt 75 den zylindrischen Abschnitt des Kern
stabs 74 in der Nähe des zu messenden Fluids abdichtet.
Mit der Bezugsziffer 76 ist ein Zuführungsdraht bezeichnet,
der in ein Loch eingefügt ist, das dem beschichteten
äußeren Endabschnitt gegenüberliegt und hart oder weich
mit dem äußeren Endabschnitt verlötet ist.
Mit dem voranstehend beschriebenen Aufbau kann die Menge
des zur Ausbildung der Elektrode verwendeten Metalls
verringert und der Durchmesser der Elektrode vergrößert
werden. Der keramische Kernstab 74, der zur Elektrode
70 gehört, kann in direktem Kontakt mit dem Loch 13 d
stehen, das in dem Keramikrohr 13 vorgesehen ist, und
der Kernstab 74 kann fest an das Keramikrohr 13 nach
dem Sintern angekuppelt sein. Da sich der leitfähige
Abschnitt 75 innerhalb des Kernstabs 74 befindet, kann
zusätzlich der Einfluß von Temperaturänderungen auf ein
Minimum reduziert werden. Wird ein halb-gesinterter kera
mischer Kernstab verwendet, so muß das Material eine
geringe Schrumpfrate aufweisen. Mit anderen Worten muß
die für die Halb-Sinterung erforderliche Temperatur des
Kernstabs geringer sein als die des Keramikrohrs 13.
Nachstehend wird ein Verfahren zur Herstellung eines
Meßabschnitts eines elektromagnetischen Durchflußmessers
mit dem voranstehend angegebenen Aufbau beschrieben.
Eine Platinpaste wird auf die innere Oberfläche eines
keramischen gesinterten Zylinders 74 aufgebracht, der
als Kernstab der Elektrode 70 dient und dessen Stirnfläche
das zu messende Fluid berührt, und wird bei einer Tempera
tur von 800 bis 1600 Grad Celsius zur Herstellung der
Elektrode 70 gesintert. In diesem Fall wird die Öffnung
des keramischen Zylinders 74, die in Kontakt mit dem
zu messenden Fluid stehen soll, einschließlich der Aus
nehmung 74 a, mit Platin abgedichtet. In diesem Zustand
wird jede Elektrode 70 in das zugehörige Loch 13 d des
nichtgesinterten oder halb-gesinterten Keramikrohrs 13
eingefügt und bei einer Temperatur von 1000 bis 1600
Grad Celsius gesintert, wodurch ein Meßabschnitt des
elektromagnetischen Durchflußmessers hergestellt wird.
Gemäß der Herstellungsmethode für das Meßrohr gemäß dieser
Ausführungsform wird die Elektrode 70 gebildet und in
das Loch 13 d des nicht gesinterten Keramikrohrs 13 einge
fügt. Daraufhin wird die Elektrode 70 gesintert und an
dem Keramikrohr 13 befestigt. Alternativ hierzu kann
der gesinterte keramische Zylinder in das Loch 13 d einge
fügt und das Keramikrohr 13 gesintert werden. Anschließend
kann eine Platinpaste auf die innere Oberfläche und die
Fluidkontakt-Stirnfläche des Keramikzylinders 74 aufge
bracht werden, wodurch die Elektrode 70 gebildet wird.
In diesem Fall muß das für den leitfähigen Abschnitt
75 verwendete Metall einen geringeren Schmelzpunkt als
den von Platin aufweisen, wodurch die Materialkosten
gesenkt werden.
Fig. 16 zeigt eine gegenüber Fig. 15 modifizierte Aus
führungsform. Eine umgekehrt keilförmige Ausnehmung 79 a
wird an der Fluidkontakt-Stirnfläche eines zylindrischen
keramischen Kernstabs 79 gebildet. In der Ausnehmung
79 a wird ein leitfähiger Abschnitt 80 ausgebildet, eben
falls auf der inneren Oberfläche des Kernstabs 79. In
diesem Fall wird ein Lochabschnitt in der Nähe der Aus
nehmung 79 a in dem Kernstab 79 durch den leitfähigen
Abschnitt 80 abgedichtet. Eine leitfähige Spitze 82 aus
einer Platin-Iridium-Legierung wird angepaßt und in der
Ausnehmung 79 a befestigt. Der Kernstab 79 wird halb oder
vollständig gesintert, bevor er in dem Keramikrohr 13
(welches nicht in Fig. 16 dargestellt ist) montiert
wird. Die Ausbildung des leitfähigen Abschnitts 80 und
die Montage der leitfähigen Spitze 82 werden vorgenommen,
bevor die Elektroden und das Keramikrohr gesintert werden.
In Fig. 17 ist eine weitere Änderung der in Fig. 15
dargestellten Ausführungsform gezeigt. Auf der äußeren
Oberfläche des Fluidkontakt-Endabschnitts eines zylindri
schen keramischen Kernstabs 86 ist ein Rastvorsprung
86 a vorgesehen. Die innere Oberfläche des Kernstabs 86,
die Fluidkontakt-Stirnfläche und der Rastvorsprung sind
mit einem leitfähigen Abschnitt 87 bedeckt. Der leitfähige
Abschnitt, der die Fluidkontakt-Stirnfläche und den Rast
vorsprung bedeckt, ist wiederum mit einer leitfähigen
Kappe 88 aus einer Platin-Iridium-Legierung bedeckt.
Auf die bereits im Zusammenhang mit Fig. 16 dargestellte
Weise ist der Kernstab 86 halb oder vollständig gesintert,
bevor er in dem Keramikrohr 13 (das nicht in Fig. 17
dargestellt ist) montiert wird, und die Ausbildung des
leitfähigen Abschnitts 87 und die Montage der leitfähigen
Kappe 88 werden vorgenommen, bevor die Elektroden und
das Keramikrohr gesintert werden.
In Fig. 18 ist eine weitere geänderte Ausführungsform
der Elektrode dargestellt. Ein Loch eines zylindrischen
keramischen Kernstabs 91, der zu einer Elektrode 90 gehört,
ist mit einem leitfähigen Abschnitt 92 gefüllt, und eine
Fluidkontakt-Stirnfläche des keramischen Kernstabs 91
ist mit dem leitfähigen Abschnitt 92 bedeckt. In diesem
Fall kann, wie durch die unterbrochene Linie in Fig.
18 angedeutet ist, eine Zuführung 93 des Zuführungsdrahts
in ein Loch des Kernstabs 91 während der Ausbildung des
leitfähigen Abschnitts 92 eingefügt werden. Alternativ
hierzu kann ein Platinanschlußteil 95 zur Verbindung
des Signalzuführungsdrahts in das Loch in dem Kernstab
91 während der Ausbildung des leitfähigen Abschnitts
92 eingeschoben werden, wie in Fig. 19 dargestellt.
Fig. 20 zeigt eine weitere geänderte Ausführungsform
der Elektrode. Ein Kernstab 101, der zu einer Elektrode
100 gehört, ist wie in den voranstehenden Ausführungsformen
ein keramischer Zylinder. Da der keramische Zylinder
einfach bearbeitet werden kann, wird ein Fluidkontakt-End
abschnitt mit einem Flansch versehen, um eine Stufe 101 a
zu bilden. Die Bezugziffer 102 bezeichnet einen leitfähi
gen Abschnitt, der auf der Fluidkontakt-Stirnfläche und
in deren Loch ausgebildet wird, und die Bezugsziffer
103 eine leitfähige Spitze, die an den leitfähigen Ab
schnitt 102 angelötet oder in diesen eingedrückt wird,
der an der Stirnfläche des Kernstabs 101 gebildet ist.
Das Material der leitfähigen Spitze kann willkürlich
in Abstimmung mit den Eigenschaften des zu messenden
Fluids gewählt werden.
In Fig. 21 ist eine weitere gegenüber Fig. 15 geänderte
Ausführungsform dargestellt. Gezeigt ist nur der Haupt
abschnitt einer Elektrode 70 A. Innerhalb eines zylin
drischen Kernstabs 74 A ist eine Ausnehmung 74 Aa ausgebil
det. Die Ausnehmung 74 Aa dient als Halteabschnitt nach
Einführen eines Bananensteckers oder einer Bananenstecker
buchse in den zylindrischen Kernstab 74 A. Dann wird,
wie in Fig. 21 dargestellt ist, ein leitfähiger Abschnitt
75 A gebildet. Bei diesem Aufbau kann der Bananenstecker
oder die Buchse direkt in die Elektrode 70 A eingeführt
werden. Deshalb muß der Signalzuführungsdraht nicht hart
oder weich direkt an die Elektrode gelötet werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die voranstehend
beschriebenen besonderen Ausführungsformen und deren
Modifikationen beschränkt, und es können innerhalb des
Rahmens der Erfindung zahlreiche Änderungen und Modifika
tionen vorgenommen werden.
Claims (28)
1. Elektromagnetischer Durchflußmesser mit einem kerami
schen Meßrohr, dadurch gekennzeichnet, daß eine
in das Keramikrohr (13) eingesetzte Elektrode (16 A,
16 B) vorgesehen ist, die einen keramischen Kernstab
(14) und einen leitfähigen Abschnitt (15) eines
hochschmelzenden Metalls aufweist, der zur Bedeckung
einer Fluidkontakt-Stirnfläche des Kernstabs (14)
angepaßt ist und sich in Längsrichtung des Kernstabs
(14) erstreckt und dessen anderer Endabschnitt einer
äußeren Oberfläche des Keramikrohrs (13) gegenüber
liegt und der Fluidkontakt-Stirnfläche zugewandt
ist.
2. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der leitfähige Abschnitt (15) die Fluidkon
takt-Stirnfläche des Kernstabs (14) und eine äußere
Oberfläche des Kernstabs bedeckt und der äußeren
Oberfläche des Keramikrohrs (13) zugewandt ist.
3. Durchflußmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich
net, daß weiterhin ein leitfähiger Kopfteil (20, 21)
auf dem leitfähigen Abschnitt angebracht ist, der
die Fluidkontakt-Stirnfläche des Kernstabs bedeckt.
4. Durchflußmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich
net, daß weiterhin eine leitfähige Kappe (20, 21)
auf dem leitfähigen Abschnitt angebracht ist, die
die Fluidkontakt-Stirnfläche des Kernstabs bedeckt.
5. Durchflußmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich
net, daß die Fluidkontakt-Stirnfläche des Kernstabs
der Elektrode (26) eine größere Breite aufweist
als andere Teile des Kernstabs.
6. Durchflußmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich
net, daß die Fluidkontat-Stirnfläche des Kernstabs
der Elektrode (27) eine geringere Breite aufweist
als andere Teile des Kernstabs.
7. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der andere Endabschnitt des leitfähigen
Abschnitts der Elektrode mit einem Anschlußabschnitt
(30, 33, 37, 44, 46, 57, 63) versehen ist, der mit
einem Zuleitungsdraht (31, 34, 38, 65) verbunden
ist und hierdurch den Anschlußabschnitt mit dem
leitfähigen Abschnitt verbindet.
8. Durchflußmesser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich
net, daß der Anschlußabschnitt (46) auf einer äußeren
Oberfläche des leitfähigen Abschnitts (42) ausgebildet
ist, die der äußeren Oberfläche des Keramikrohrs
zugewandt ist.
9. Durchflußmesser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich
net, daß der Anschlußabschnitt (37, 44, 46) dem
oberen Abschnitt des Kernstabs (14, 43) gegenüberlie
gend angeordnet ist, welcher in der Nähe der äußeren
Oberfläche des Keramikrohrs vorgesehen ist.
10. Durchflußmesser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich
net, daß der Anschlußabschnitt (57, 63) an einem
leitfähigen Abschnitt (57, 61) angeordnet ist, der
länger ist als der Kernstab (55), und daß der längere
leitfähige Abschnitt so ausgebildet ist, daß er
der äußeren Oberfläche des Keramikrohrs (13) zugewandt
ist.
11. Durchflußmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der Kernstab einen Zylinderteil (74, 79,
86, 91, 101) aufweist und der leitfähige Abschnitt sich
(75, 80, 87, 92, 102) von der Fluidkontakt-Stirnfläche
durch eine innere Oberfläche einer Wand des Zylinders
bis in einen Bereich erstreckt, der der äußeren
Oberfläche des Keramikrohrs zugewandt ist, wobei
eine fluidseitige Öffnung des Kernstabs durch ein
Metall geschlossen ist, welches den leitfähigen
Abschnitt bildet.
12. Durchflußmesser nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich
net, daß eine Ausnehmung (74 a, 79 a, 86 a) in der
Fluidkontakt-Stirnfläche des Kernstabs (74, 79,
86) ausgebildet ist, und daß ein Metall, welches
den leitfähigen Abschnitt (75, 80, 87) bildet, in
die Ausnehmung eingeführt ist.
13. Durchflußmesser nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich
net, daß der leitfähige Abschnitt (92) die Fluidkon
takt-Stirnfläche des Kernstabs (91) bedeckt.
14. Durchflußmesser nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich
net, daß weiterhin eine leitfähige Spitze (82, 88)
in der Ausnehmung (79 a, 86 a) ausgefüllt ist.
15. Durchflußmesser nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich
net, daß das Metall, das den leitfähigen Abschnitt
(92, 102) bildet, in eine innere Oberfläche des
Kernstabs (91, 100) eingefüllt ist.
16. Durchflußmesser nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich
net, daß weiterhin eine leitfähige Kappe (103) an
der Fluidkontakt-Stirnfläche des Kernstabs (101)
angebracht ist.
17. Durchflußmesser nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich
net, daß ein Ende des Signal-Zuleitungsdrahts (76)
in eine Öffnung des Kernstabs (74) eingefügt ist,
welche der äußeren Oberfläche des Keramikrohrs (13)
zugewandt ist.
18. Durchflußmesser nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich
net, daß ein mit dem Signal-Zuleitungsdraht (93)
verbundener Anschlußteil (95) in eine Öffnung des
Kernstabs (91) eingefügt ist, die der äußeren Oberflä
che des Keramikrohrs zugewandt ist.
19. Durchflußmesser nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich
net, daß ein Verriegelungsabschnitt (74 Aa) innerhalb
des Kernstabs (74 A) ausgebildet ist, um einen Stecker
oder eine Buchse aufzunehmen, welcher bzw. welche in
die Öffnung einsetzbar ist, die der äußeren Oberfläche
des Keramikrohrs zugewandt ist.
20. Durchflußmesser nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich
net, daß der Kernstab (101) eine breite Fluidkontakt-
Stirnfläche aufweist.
21. Durchflußmesser nach Anspruch 20, dadurch gekennzeich
net, daß der leitfähige Abschnitt (102) auf der
breiten Fluidkontakt-Stirnfläche des Kernstabs (101)
ausgebildet ist.
22. Durchflußmesser nach Anspruch 21, dadurch gekennzeich
net, daß weiterhin ein leitfähige Spitze (103) vorge
sehen ist, welche eine Fluidkontakt-Stirnfläche
des Kernstabs (101) des leitfähigen Abschnitts (102)
bedeckt.
23. Verfahren zur Herstellung eines elektromagnetischen
Durchflußmessers mit folgenden Schritten:
Beschichten einer Fluidkontakt-Stirnfläche eines keramischen Kernstabs (74) mit einem leitfähigen Abschnitt (75) eines hochschmelzenden Metalls, der sich in Längsrichtung des Kernstabs (74) erstreckt, wodurch eine Elektrode (70) mit dem leitfähigen Abschnitt (75) ausgebildet wird, so daß das andere Ende des leitfähigen Abschnitts (75) so ausgebildet ist, daß es einer äußeren Oberfläche eines nichtge sinterten oder halbgesinterten keramischen Rohrs (13) zugewandt ist, das als Meßrohr dient, und das andere Ende der Fluidkontakt-Stirnfläche gegenüber liegt;
Einsetzen der Elektrode in ein Elektrodenaufnahmeloch (13 d), das in dem keramischen Rohr (13) vorgesehen ist; und Sintern der Elektrode (70) und des Keramik rohrs (13), wobei die Elektrode (70) in das Elek trodeneinsetzloch (13 d) in dem Keramikrohr (13) eingesetzt ist.
Beschichten einer Fluidkontakt-Stirnfläche eines keramischen Kernstabs (74) mit einem leitfähigen Abschnitt (75) eines hochschmelzenden Metalls, der sich in Längsrichtung des Kernstabs (74) erstreckt, wodurch eine Elektrode (70) mit dem leitfähigen Abschnitt (75) ausgebildet wird, so daß das andere Ende des leitfähigen Abschnitts (75) so ausgebildet ist, daß es einer äußeren Oberfläche eines nichtge sinterten oder halbgesinterten keramischen Rohrs (13) zugewandt ist, das als Meßrohr dient, und das andere Ende der Fluidkontakt-Stirnfläche gegenüber liegt;
Einsetzen der Elektrode in ein Elektrodenaufnahmeloch (13 d), das in dem keramischen Rohr (13) vorgesehen ist; und Sintern der Elektrode (70) und des Keramik rohrs (13), wobei die Elektrode (70) in das Elek trodeneinsetzloch (13 d) in dem Keramikrohr (13) eingesetzt ist.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeich
net, daß der Kernstab ein gesintertes oder halbgesin
tertes Keramikrohr aufweist.
25. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,
daß der leitfähige Abschnitt die Fluidkontakt-Stirn
fläche des Kernstabs und eine äußere Oberfläche
des Kernstabs bedeckt und der äußeren Oberfläche
des Keramikrohrs zugewandt ist.
26. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,
daß nach dem Sintern der Elektrode und des Keramik
rohrs ein leitfähiger Kopfteil, der die Fluidkontakt-
Stirnfläche des Kernstabs bedeckt, der die Elektrode
bildet, auf dem leitfähigen Abschnitt ausgebildet
wird.
27. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,
daß nach dem Sintern der Elektrode und des Keramik
rohrs eine leitfähige Kappe, die die Fluidkontakt-
Stirnfläche des Kernstabs bedeckt, der die Elektrode
bildet, auf dem leitfähigen Abschnitt ausgebildet
wird.
28. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kernstab einen Zylinder umfaßt und der leit
fähige Abschnitt so angeordnet wird, daß er sich
von der Fluidkontakt-Stirnfläche durch eine innere
Oberfläche einer Wand des Zylinders erstreckt, um
der äußeren Oberfläche des Keramikrohrs zuwandt
zu sein, und daß eine fluidseitige Öffnung des Kern
stabs durch ein Metall verschlossen wird, welches
den leitfähigen Abschnitt bildet.
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