DE4445591C2 - Magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät für strömende Medien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät für strömende Medien mit einem als Meßleitung dienenden, aus keramischem Material bestehenden Rohrstück, mit einem Magneten zur Erzeugung eines zumindest im wesentlichen senkrecht zur Rohrachse verlaufenden Magnetfeldes, mit mindestens zwei vorzugs­ weise senkrecht zur Rohrachse und vorzugsweise senkrecht zur Magnetfeldrichtung angeordneten Meßelektroden, mit mindestens einer die Meßelektroden gegenüber äußeren elektrischen Feldern abschirmenden Abschirmelektrode und mit einer das Rohrstück umgebenden, aus keramischem Material bestehenden Schicht, wobei die Meßelektroden und die Abschirmelektroden außerhalb des Meßrohrstücks ange­ bracht sind und wobei zumindest die Meßelektroden im Inneren der Schicht oder an der Grenzfläche zwischen der Schicht und dem Rohrstück angeordnet sind.

Ein derartiges Durchflußmeßgerät ist beispielsweise aus der US 5,337,607 A, von der die vorliegende Erfindung ausgeht, bekannt. Bei diesem bekannten Durchflußmeßge­ rät erfolgt die Herstellung dergestalt, daß zunächst das Rohrstück aus einem kerami­ schen Material geformt wird, daß dann ein leitfähiges Material, vorzugsweise ein Me­ tall, auf der Oberfläche des Rohrstücks abgeschieden wird, wo es später die Meßelek­ troden bildet, und daß schließlich eine Schicht aus keramischem Material das Rohr­ stück und das abgeschiedene leitfähige Material umgebend aufgebracht wird. Diese Anordnung wird schließlich gebrannt und an ihrer Oberfläche mit einer Abschirm­ elektrode aus Metall versehen.

Weiter ist aus der DE-AS 15 48 918 ein magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät für strömende Medien bekannt, bei dem mehrere die Meßelektroden gegenüber äußeren elektrischen Feldern abschirmende Abschirmelektroden vorgesehen sind, die ebenso wie die Meßelektroden zwischen verschiedenen Schichten keramischer Materialien angeordnet sind.

Aus der JP 58-196 419 A (vgl. Patents Abstracts of Japan, sect. 8 (1984) volume 8, Nr. 45 (P-257)) ist außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer Meßleitung eines ma­ gnetisch-induktiven Durchflußmeßgerätes bekannt, bei dem zu nächst ein erstes, ein zweites und ein drittes Rohrstück aus keramischem Material hergestellt werden. Auf dem ersten Rohrstück wird dann eine Meßelektrode durch Metallisierungen aufge­ bracht, auf der zweiten Meßelektrode wird ebenfalls durch Metallisierung eine erste Abschirmelektrode aufgebracht und auf dem dritten Rohrstück wird schließlich eben­ falls durch Metallisierung eine zweite Abschirmelektrode aufgebracht. In diesem Zu­ stand werden diese drei noch nicht gebrannten Rohrstücke ineinandergesteckt und im Verbund gebrannt.

Den vorstehend erläuterten, aus dem Stand der Technik bekannten magnetisch-in­ duktiven Durchflußmeßgeräten für strömende Medien ist gemeinsam, daß die Herstel­ lung der Meßleitung in Verbindung mit den Meßelektroden und den Abschirmelek­ troden ein großes fertigungstechnisches Problem darstellt. Zum einem ist die Ferti­ gung aufwendig und kostspielig und zum anderen kann selbst bei diesen aufwendi­ gen Fertigungsmethoden nicht gewährleistet werden, daß die Durchflußmeßgeräte reproduzierbare Eigenschaften aufweisen.

Ein weiteres Durchflußmeßgerät ist aus der DE 33 37 151 A1 bekannt. Bei diesem Durchflußmeßgerät sind die Meßelektroden und die Abschirmelektroden galvanisch auf der Oberfläche des keramischen Rohrstückes aufgebracht. Durch diese Anord­ nung kann die Meßelektrode lediglich zur Seite hin abgeschirmt werden. Um nun eine Abschirmung radial nach außen zu ermöglichen, wird in der DE 33 37 151 A1 vorgeschlagen, einen keramischen Tragkörper im Bereich der Meßelektrode von au­ ßen zu befestigen. Dieser keramische Tragkörper weist auf den Oberflächen, die nach Anbringung des Tragkörpers an dem Rohrstück die äußeren Oberflächen der gesam­ ten Anordnung bilden, Abschirmelektroden auf, die ebenfalls galvanisch aufgebracht sind. Um nun eine feste Verbindung des keramischen Tragkörpers mit dem die Meß­ elektroden und die Abschirmelektroden aufweisenden Rohrstück herzustellen, wird die auf dem keramischen Tragkörper aufgebrachte Abschirmelektrode mit der auf dem Rohrstück aufgebrachten Abschirmelektrode verlötet. Das elektrische Signal, das von der Meßelektrode erzeugt wird, wird mit Hilfe eines Kontaktstiftes nach außen abge­ führt, der durch eine Bohrung in dem keramischen Tragkörper verläuft. Dabei ist wei­ ter vorgesehen, die Bauteile des Vorverstärkers direkt auf den auf dem keramischen Tragkörper angeordneten Abschirmelektroden sowie mit dem Kontaktstift zu verbin­ den, die wiederum von einem Abschirmbecher abgeschirmt werden, der von außen an dem Tragkörper befestigt wird.

Bei dem aus der DE 33 37 151 A1 bekannten Durchflußmeßgerät treten nun verschie­ dene Nachteile auf. Zum einen sind für die Herstellung der Abschirmung der Meß­ elektrode eine Vielzahl von Arbeitsgängen nötig. Dazu werden zunächst die Meß­ elektroden und Abschirmelektroden galvanisch auf dem Rohrstück aufgebracht. In einem separaten Vorgang werden die keramischen Tragkörper hergestellt, auf denen anschließend durch Galvanisieren die Abschirmelektroden aufgebracht werden. Schließlich ist es erforderlich, den keramischen Tragkörper an dem Rohrstück zu befe­ stigen, in dem am äußeren Rand der Berührungsfläche die auf dem Rohrstück aufge­ brachten Abschirmelektroden mit den auf den Tragkörpern aufgebrachten Abschirm­ elektroden durch Anlöten verbunden werden. Es sind also eine Vielzahl von Arbeits­ schritten für die Herstellung der Anordnung der Meß- und Abschirmelektroden erfor­ derlich.

Weiter ist bei dem aus der DE 33 37 151 A1 bekannten Durchflußmeßgerät nachteilig, daß bei der Abschirmung der Meßelektrode Fehler auftreten können, wenn die Löt­ stellen beispielsweise durch Erschütterungen beschädigt werden und somit Lücken in der Abschirmung auftreten können. Ein weiterer Nachteil besteht bei diesem Durchflußmeßgerät darin, daß durch die Befestigung der keramischen Tragkörper so­ wie der daran befestigten Abschirmbecher eine große Bauhöhe des gesamten Durch­ flußmeßgerätes entsteht, so daß eine kompakte Bauweise des Durchflußmeßgerätes nicht möglich ist.

Weiterhin ist aus dem Stand der Technik, der DE 43 03 402 A1, ein magnetisch-in­ duktives Durchflußmeßgerät bekannt, das mit berührungslosem kapazitivem Abgriff die Strömungsgeschwindigkeit von dielektrischen oder elektrisch leitenden Medien mißt. Da sowohl die Meßelektroden als auch die Abschirmelektroden auf der äußeren Oberfläche des Rohrstückes angeordnet sind, können die Abschirmelektroden, durch diese Anordnung bedingt, die Meßelektroden nur seitlich abschirmen, so daß weitere Maßnahmen notwendig sind, um die Meßelektroden radial nach außen abzuschirmen. Dazu wird in der DE 43 03 402 A1 angegeben, von den Meßelektroden isolierte und mit den Abschirmelektroden leitend verbundene Abschirmabdeckungen von außen an dem Rohrstück anzuordnen. Diese kastenförmigen Abschirmabdeckungen wer­ den dazu an die Abschirmelektroden angelötet. Um weiterhin die von den Meßelek­ troden erzeugten Spannungssignale weiterzuverarbeiten, sind Signalleitungen an die Meßelektroden angelötet, wobei diese Signalleitungen für eine Weiterverarbeitung dieser elektrischen Signale nach außen geführt sind.

Das aus der DE 43 03 402 A1 bekannte magnetisch-induktive Durchflußmeßgerät weist verschiedene Nachteile auf. Zum einen ist es lediglich in einer Lage, also direkt auf der Oberfläche des Meßrohres möglich, metallische Elektroden und Abschirmun­ gen auf dem Keramikrohr anzubringen. Dadurch ist es - wie auch bei dem zuvor be­ schriebenem, aus dem Stand der Technik bekannten Durchflußmeßgerät - gerade nicht möglich, die Meßelektrode nach außen durch die auf dem Keramikrohr ange­ brachten Abschirmungen abzuschirmen. Daher ist eine aufwendige, kastenförmige Abschirmabdeckung notwendig, die an die Abschirmelektroden angelötet werden müssen. Das ist schon deshalb nachteilig, weil für die Herstellung des Durchflußmeß­ gerätes ein separater Bearbeitungsvorgang zur Herstellung einer solchen Abschir­ mung notwendig ist. Darüber hinaus ist das Anlöten der Abschirmabdeckung an die Abschirmelektroden einerseits aufwendig und andererseits störanfällig, da durch auf­ tretende Vibrationen die Lötstellen beschädigt werden, so daß Risse oder sogar Bruchstellen auftreten und somit nur noch eine fehlerhafte Abschirmung möglich ist.

Aus der Zeitschrift "Markt & Technik-Wochenzeitung für Elektronik", Nummer 23 vom 3. Juni 1994, Seite 36, ist die Verwendung von bei niedriger Temperatur sintern­ den flexiblen Keramikfolien in der Dickschichttechnik bekannt, um komplexe Mehr­ lagenschaltungen zu realisieren. Bei dieser bekannten LTCC-Technologie ("Low Temperature Cofired Ceramic"-Technologie) werden ungebrannte LTCC-Folien me­ chanisch strukturiert, in Dickschichttechnik bedruckt, laminiert und anschließend bei hoher Temperatur gesintert, wodurch dann eine Mehrschichtkeramik entsteht.

Die vorliegende Erfindung stellt sich nunmehr die Aufgabe, das aus dem Stand der Technik bekannte magnetisch-induktive Durchflußmeßgerät für strömende Medien derart auszugestalten und weiterzubilden, daß die Meßelektroden und die Abschirm­ elektroden herstellungstechnisch einfacher und zuverlässiger außerhalb des Rohr­ stückes angebracht werden können.

Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens eine bei niedriger Temperatur sinternde, flexible LTCC-Keramikfolie die Schicht bildet und daß die Meßelektroden und die Abschirmelektrode auf den Oberflächen oder im Inneren der LTCC-Keramikfolie angeordnet sind. Diese erfindungsgemäße Ausgestal­ tunggewährleistet eine deutliche Vereinfachung des Aufbaus und des Herstellungs­ verfahrens von magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräten. Die ungebrannten LTCC-Keramikfolien werden, bevor sie auf das Rohrstück aufgebracht werden, in geeigneter Weise mit einer leitenden Schicht versehen, so daß die zuvor beschriebene Anordnung der Meßelektroden und Abschirmelektroden erzeugt wird, wenn bei­ spielsweise zwei dieser LTCC-Keramikfolien übereinander auf dem Rohrstück ange­ bracht werden. Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, daß die so gebildeten Meßelektro­ den und Abschirmelektroden zwischen den LTCC-Keramikfolien, also an deren Grenzfläche, sowie auf der äußeren Oberfläche der außenliegenden LTCC-Keramikfo­ lien angeordnet sind. Denn bei dem anschließenden Sintervorgang entsteht eine die das Rohrstück umgebende Schicht bildende Mehrschichtkeramik, in der die Anord­ nung der Meß- und Abschirmelektroden integriert ist. Die Anwendung der LTCC-Technologie bei der Herstellung des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflußmeßgerätes ermöglicht also in besonders vorteilhafter Weise, daß der Her­ stellungsprozeß erheblich vereinfacht und gleichzeitig eine sehr genaue Positionie­ rung der Meß- und Abschirmelektroden ermöglicht wird.

Die erfindungsgemäße Lehre ermöglicht die Herstellung der gesamten Meßelektro­ den- und Abschirmelektrodenanordnung in einem Arbeitsschritt, so daß das aus dem Stand der Technik bekannte Anlöten zusätzlicher Abschirmelektroden vermieden wird. Schließlich weist die das Rohrstück umgebende Schicht nur eine geringe Dicke auf, so daß die Größe des Durchflußmeßgerätes nur geringfügig durch die Aufbrin­ gung der LTCC-Keramikfolie vergrößert wird.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden darüber hinaus die für die für jede Meßelektrode vorgesehenen Vorverstärker not­ wendigen Leiter- und Widerstandsbahnen in der Schicht mit Hilfe der LTCC-Techno­ logie hergestellt. Dadurch werden extrem kurze Leiterbahnen ermöglicht, so daß eine zuverlässige Vorverarbeitung der von den Meßelektroden erzeugten elektrischen Si­ gnale sozusagen vor Ort ermöglicht wird. Die für den Aufbau der Vorverstärker not­ wendigen Bauelemente können somit direkt auf der Schicht, also sozusagen direkt auf dem als Meßleitung dienenden Rohrstück installiert werden. Der Mantel des Rohrstückes wird somit selbst zum Träger von elektronischen Bauteilen. Wird nun auch die leitende Verbindung von jeder Meßelektrode zu dem zugeordneten Vorver­ stärker mit Hilfe der LTCC-Technologie hergestellt, so werden sämtliche zuvor auf­ gezeigten Vorteile für das gesamte System, bestehend aus Meß- und Abschirmelektro­ den und Vorverstärker, ausgenutzt.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Aufbaus des Durchflußmeßgerätes liegt darin, daß die bekannten, störenden Mikrophonieeffekte durch die Verwendung der Dickschichttechnik ausgeschlossen werden. Die Störungen durch Mikrophonieef­ fekte werden infolge Spalt- oder Rißbildung, d. h. feinste Hohlräume zwischen Elek­ trodenoberfläche und Dielektrika und/oder durch geringfügige Relativbewegungen der Elektrodenanschlüsse gegen das magnetische und/oder elektrische Feld der Erre­ geranordnung des Durchflußmeßgerätes, hervorgerufen, die eine Messung des Volu­ menstromes aufgrund der geringen Größe der Meßsignale praktisch unmöglich ma­ chen. Wird nun dagegen erfindungsgemäß die LTCC-Technologie verwendet, so werden durch den Sintervorgang feste keramische Strukturen erzeugt, die die zu Mi­ krophonieeffekten führenden Spalt- oder Rißbildungen sowie die Relativbewegun­ gen der Elektrodenanschlüsse unmöglich machen.

Schließlich soll noch hervorgehoben werden, daß das zuvor beschriebene erfin­ dungsgemäße magnetisch-induktive Durchflußmeßgerät eine sehr hohe Zuverlässig­ keit bis zu sehr hohen Temperaturen aufweist und daß darüber hinaus dann, wenn auch die Leiter- und Widerstandsbahnen für den Aufbau der Vorverstärker in LTCC-Technologie hergestellt sind, eine gute Temperaturkopplung zwischen den beiden Vorverstärkern gegeben ist, die in vorteilhafterweise den Temperaturgleichlauf ver­ bessert.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiel un­ ter Hinzunahme der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch das Rohrstück eines ersten Ausführungsbei­ spiels eines erfindungsgemäßen Durchflußmeßgerätes,

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Rohrstück eines zweiten Ausführungsbei­ spiels eines erfindungsgemäßen Durchflußmeßgerätes,

Fig. 3 in einer Draufsicht das Rohrstück des in Fig. 1 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiels,

Fig. 4 einen Querschnitt durch das Rohrstück eines dritten Ausführungsbei­ spiels eines erfindungsgemäßen Durchflußmeßgerätes und

Fig. 5 einen Querschnitt durch das Rohrstück eines vierten Ausführungsbei­ spiels eines erfindungsgemäßen Durchflußmeßgerätes.

In Fig. 1 ist das als Meßleitung dienende und aus keramischem Material bestehende Rohrstück 1 im Querschnitt dargestellt. Die Verwendung von Keramik als Material des Rohrstückes 1 bietet sich gerade dann an, wenn es sich bei den zu messenden strömenden Medien um aggressive, beispielsweise stark korrodierende Flüssigkeiten oder um Medien mit hoher Temperatur handelt. Ein im wesentlichen senkrecht zur Rohrachse verlaufendes Magnetfeld wird von einem in der Zeichnung nicht darge­ stellten Magneten erzeugt, wobei in Fig. 1 mit Hilfe der Pfeile der Verlauf des Magnet­ feldes schematisch dargestellt ist. Aufgrund dieses Magnetfeldes und aufgrund der Geschwindigkeit der in dem Medium vorhandenen geladenen Teilchen werden diese aufgrund der Lorentz-Kraft von ihrer Bahn senkrecht zur Rohrachse und senkrecht zur Magnetfeldrichtung abgelenkt. Dadurch werden unterschiedlich geladene Teil­ chen voneinander getrennt, so daß sich im strömenden Medium eine Ladungspolari­ sation und somit ein elektrisches Feld ausbildet.

Dieses elektrische Feld kann von in der Nähe des strömenden Mediums vorzugsweise senkrecht zur Rohrachse und vorzugsweise senkrecht zur Magnetfeldrichtung an­ geordneten Meßelektroden 2 und 3 gemessen werden. Bei dem erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflußmeßgerät befinden sich die Meßelektroden 2 und 3 nicht in einem direkten Kontakt mit dem strömenden Medium, sondern sie sind au­ ßerhalb des Rohrstückes angeordnet.

Die an den Meßelektroden 2 und 3 gemessenen Spannungswerte weisen lediglich eine geringe Amplitude auf, so daß es notwendig ist, die Meßelektroden 2 und 3 ge­ genüber äußeren elektrischen Feldern gut abzuschirmen. Dazu sind mindestens zwei die Meßelektroden 2 und 3 abschirmende Abschirmelektroden 4 und 5 vorgesehen die ebenfalls außerhalb des Rohrstückes 1 angeordnet sind.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist weiter eine aus einem keramischen Material bestehende Schicht 6 vorgesehen, die das Rohrstück 1 umgibt.

In dieser Schicht 6 sind die Meßelektroden 2 und 3 im wesentlichen im Inneren der Schicht 6 angeordnet. Jedoch ist es auch möglich, die Meßelektroden 2 und 3 so an der Innenfläche der Schicht 6 anzuordnen, daß sie an der Grenzfläche zwischen dem Rohrstück 1 und der Schicht 6 liegen. Des weiteren sind auch die Abschirmelektro­ den 4 und 5 in der Schicht 6 angeordnet, wobei die Abschirmelektroden 4 und 5 sowohl teilweise im Inneren der Schicht 6 als auch an der Grenzfläche zwischen der Schicht 6 und dem Rohrstück 1 bzw. an der äußeren Oberfläche der Schicht 6 ange­ ordnet sind. Durch diese Anordnung der Meßelektroden 2 und 3 und der Abschirm­ elektroden 4 und 5 wird eine nahezu vollständige Abschirmung der Meßelektroden 2, 3 nach außen hin erreicht.

Erfindungsgemäß ist die Schicht 6 aus mindestens einer bei niedriger Temperatur sin­ ternden, flexiblen LTCC-Keramikfolie 7, 8 gebildet. Dadurch werden die zuvor auf­ gezeigten, mit der Verwendung dieser Keramikfolien verbundenen Vorteile auf die Herstellung von Durchflußmeßgeräten übertragen.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel eines Durchflußmeßgerätes wird nun erfindungsgemäß die Schicht 6 im wesentlichen aus der LTCC-Keramikfolie 7 gebildet. Die LTCC-Keramikfolie 7 weist flächige metallische Beschichtungen auf, die so angeordnet sind, daß, nachdem die LTCC-Keramikfolie 7 auf dem Rohrstück 1 angebracht worden ist, diese metallischen Flächen die Meßelektroden 2 und 3 sowie die Abschirmelektroden 4 und 5 bilden. Dabei sind einerseits zwischen dem Rohr­ stück 1 und der LTCC-Keramikfolie 7, also an deren Grenzfläche, und andererseits auf der Außenseite der LTCC-Keramikfolie 7 Teile der Meßelektroden 2 und 3 und Teile der Abschirmelektroden 4 und 5 angeordnet. Um nun von den innen angeord­ neten Teilen der Meßelektroden 2 und 3 und der Abschirmelektroden 4 und 5 eine leitende Verbindung mit den auf der äußeren Oberfläche der LTCC-Keramikfolie 7 angeordneten Teilen der Meßelektroden 2 und 3 und der Abschirmelektroden 4 und 5 zu erzeugen, sind in der LTCC-Keramikfolie 7 an geeigneten Stellen Durchkontak­ tierungen 9 für die Meßelektroden 2 und 3 sowie Durchkontaktierungen 10 für die Abschirmelektroden 4 und 5 vorgesehen.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel ist nun die Schicht 6 aus zwei LTCC-Keramikfolien 7 und 8 zusammengesetzt. Die LTCC-Keramikfolien 7 und 8 weisen flächige metallische Beschichtungen auf, die so angeordnet sind, daß, nach­ dem die LTCC-Keramikfolien 7 und 8 auf dem Rohrstück 1 angebracht worden sind, diese metallischen Flächen die Meßelektroden 2 und 3 sowie die Abschirmelektroden 4 und 5 bilden. Dabei sind einerseits zwischen den LTCC-Kerarnikfolien 7 und 8, also an deren Grenzfläche, und andererseits auf der Außenseite der äußeren LTCC-Kera­ mikfolie 8 Teile der Meßelektroden 2 und 3 und Teile der Abschirmelektroden 4 und 5 angeordnet. Da also die Schicht 6 aus den übereinanderliegenden LTCC-Keramik­ folien 7 und 8 gebildet wird, befinden sich die im Inneren der Schicht 6 liegenden Teile der Meßelektroden 2 und 3 und der Abschirmelektroden 4 und 5 in einem fest definierten Abstand zum Rohrstück 1 in der Schicht 6. Um nun von den innen ange­ ordneten Teilen der Meßelektroden 2 und 3 und der Abschirmelektroden 4 und 5 eine leitende Verbindung mit den auf der äußeren Oberfläche der LTCC-Keramikfolie 8 angeordneten Teilen der Meßelektroden 2 und 3 und der Abschirmelektroden 4 und 5 zu erzeugen, sind - in gleicher Weise wie zuvor beschrieben - in der äußeren LTCC-Keramikfolie 8 an geeigneten Stellen Durchkontaktierungen 9 für die Meß­ elektroden 2 und 3 sowie Durchkontaktierungen 10 für die Abschirmelektroden 4 und 5 vorgesehen.

Bei den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen des erfindungsge­ mäßen magnetisch-induktiven Durchflußmeßgerätes sind die Meßelektroden 2 und 3 mit Hilfe der Durchkontaktierungen 9 mit Kontaktflächen 11 und 12 leitend verbun­ den, an denen die von den Meßelektroden 2 und 3 erzeugten Spannungssignale ab­ greifbar sind. Die Kontaktfläche 11 ist auch in der in Fig. 3 dargestellten Draufsicht des erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflußmeßgerätes zu erkennen. In dieser besonderen Ausgestaltung ist die Kontaktfläche 11 rechteckig. Wie ebenfalls gut in Fig. 3 zu erkennen ist, ist es natürlich notwendig, daß die Abschirmelektrode 4 in einem Bereich um die Kontaktfläche 1 1 herum ausgespart ist. Im übrigen Bereich also entlang des die Meßelektroden 2 und 3 umfassenden Abschnitts auf der Außen­ seite des Rohrstückes 1, bildet die Abschirmelektrode 4 eine durchgehende Fläche. Wegen der symmetrischen Anordnung sowohl der Meßelektroden 2 und 3 als auch der Abschirmelektroden 4 und 5 gilt die dargestellte Ausgestaltung der Abschirm­ elektrode 4 auch für die Abschirmelektrode 5.

Die beiden in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele eines erfindungs­ gemäßen Durchflußmeßgerätes können mit einer weiteren LTCC-Keramikfolie 13 um­ geben sein, wie es bei den Fig. 4 und 5 dargestellten dritten und vierten Ausfüh­ rungsbeispielen der Fall ist. Diese weitere LTCC-Keramikfolie 13 dient dabei haupt­ sächlich einer zusätzlichen Abschirmung. Dazu weist - wie in Fig. 5 dargestellt - die Schicht 6 beim vierten Ausführungsbeispiel eine weitere Abschirmelektrode 14 auf, die vorzugsweise die Abschirmelektroden 4 und 5 nach außen abschirmt.

Schließlich kann die Wirkung der Abschirmung der Abschirmelektroden 4, 5 und 13 noch dadurch verstärkt werden, daß einerseits die Abschirmelektroden 4 und 5 mit den Meßelektroden 2 und 3 elektrisch mitgeführt werden (Bootstrap) und daß ande­ rerseits die Abschirmelektrode 14 mit einem festen Bezugspotential, vorzugsweise mit der Erde, elektrisch leitend verbunden ist.

Da - wie bereits beschrieben - die Amplitude der elektrischen Signale, die an den Me­ ßelektroden 2 und 3 zur Verfügung stehen, sehr gering ist, ist es vorteilhaft, diese Meßsignale vor einer Weiterverarbeitung mit Hilfe von Vorverstärkern zu verstärken, wobei weiterhin vorteilhaft ist, wenn die Signalleitungen zwischen den Meßelektro­ den 2 und 3 und den zugeordneten Vorverstärkern möglichst kurz gehalten werden.

Dafür ist nun bei dem erfindungsgemäßen magnetisch-induktiven Durchflußmeßgerät in einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, die für den Aufbau der Vorverstärker notwendigen Leiter- und Widerstandsbahnen in der Schicht 6 mit LTCC-Technolo­ gie herzustellen. Dazu werden auf den LTCC-Keramikfolien 7 und 8 vor dem An­ bringen auf dem Rohrstück 1 außerhalb der durch die metallischen Flächen der Meß­ elektroden 2 und 3 und der Abschirmelektroden 4 und 5 bedeckten Bereiche ent­ sprechende Strukturen gebildet. Dazu kann - so vorhanden - in bevorzugter Weise auch von der zusätzlichen LTCC-Keramikfolie 13 Gebrauch gemacht werden.

In besonders vorteilhafter Weise ist eine leitende Verbindung von jeder Meßelektrode 2 bzw. 3 zu dem jeweiligen zugeordneten Vorverstärker ebenfalls in der Schicht 6, vorzugsweise in der LTCC-Keramikfolie 13, mit LTCC-Technologie hergestellt, wobei vorzugsweise auch die notwendige Abschirmung dieser leitenden Verbindung in gleicher Weise realisiert ist. Dadurch ergibt sich nach dem Sintern eine komplexe Struktur in der Schicht 6, die sowohl die Anordnung der Meßelektroden 2 und 3 und der Abschirmelektroden 4 und 5 als auch die Signalleitung und die für den Aufbau des Vorverstärkers notwendigen Leiter- und Widerstandsbahnen beinhaltet. Es ist dann lediglich noch erforderlich, die elektronischen Bauteile direkt auf der Schicht 6 anzuordnen, um vorverstärkte Meßsignale der beiden Meßelektroden 2 und 3 zu er­ halten.

Mit anderen Worten ist im Rohrstück 1 zusammen mit der Schicht 6 ein großer Teil des Meßsystems integriert, wobei die keramische Schicht 6 sogar als "Trägerplatine" für die elektronischen Bausteine des Vorverstärkers dient.

Für sämtliche in den Fig. 1, 2, 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiele gilt, daß je­ weils die LTCC-Keramikfolien 7, 8 und 13 übertrieben dick dargestellt worden sind, um die Anordnung der metallischen Flächen anschaulich darzustellen.

Claims (10)

1. Magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät für strömende Medien mit einem als Meßleitung dienenden, aus keramischem Material bestehenden Rohrstück (1), mit ei­ nem Magneten zur Erzeugung eines zumindest im wesentlichen senkrecht zur Rohrachse verlaufenden Magnetfeldes, mit mindestens zwei vorzugsweise senkrecht zur Rohrachse und vorzugsweise senkrecht zur Magnetfeldrichtung angeordneten Meßelektroden (2, 3), mit mindestens einer die Meßelektroden (2, 3) gegenüber äuße­ ren elektrischen Feldern abschirmenden Abschirmelektrode (4, 5) und mit einer das Rohrstück (1) umgebenden, aus keramischem Material bestehenden Schicht (6), wo­ bei die Meßelektroden (2, 3) und die Abschirmelektroden (4, 5) außerhalb des Rohr­ stücks (1) angebracht sind und wobei zumindest die Meßelektroden (2, 3) im Inneren der Schicht (6) oder an der Grenzfläche zwischen der Schicht (6) und dem Rohr­ stück (1) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine bei niedri­ ger Temperatur sinternde, flexible LTCC-Keramikfolie (7) die Schicht (6) bildet und daß die Meßelektroden (2, 3) und die Abschirmelektrode (4, 5) auf den Oberflächen oder im Inneren der LTCC-Keramikfolie (7) angeordnet sind.

2. Durchflußmeßgerät nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß einerseits an der Grenzfläche zwischen der LTCC-Keramikfolie (7) und dem Rohrstück (1) und andererseits auf der Außenseite der LTCC-Keramikfolie (7) Teile der Meßelektroden (2, 3) und Teile der Abschirmelektroden (4, 5) angeord­ net sind, wobei durch die LTCC-Keramikfolie (7) verlaufende Durchkontaktierungen (9, 10) vorgesehen sind.

3. Durchflußmeßgerät mit mindestens zwei LTCC-Keramikfolien (7, 8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits an der Grenzfläche zwischen den LTCC-Keramikfolien (7, 8) und andererseits auf der Außenseite der äußeren LTCC-Keramik­ folie (8) Teile der Meßelektroden (2, 3) und Teile der Abschirmelektroden (4, 5) ange­ ordnet sind, wobei durch die äußere LTCC-Keramikfolie (8) verlaufende Durchkon­ taktierungen (9, 10) vorgesehen sind.

4. Durchflußmeßgerät nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Meßelektroden (2, 3) so ausgestaltet sind, daß sie auf der äußeren Oberfläche der Schicht (6) eine Kontaktfläche (11, 12) aufweisen.

5. Durchflußmeßgerät nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abschirmelektroden (4, 5) in dem die Meßelektroden (2, 3) um­ gebenden Abschnitten auf der Außenseite der Schicht (6) außer in einem Bereich um die Kontaktflächen (11, 12) der Meßelektroden (2, 3) herum eine durchgehende Flä­ che bilden.

6. Durchflußmeßgerät nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schicht (6) eine weitere, außen angeordnete LTCC-Keramikfo­ lie (13) aufweist.

7. Durchflußmeßgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere LTCC-Keramikfolie (13) eine weitere Abschirmelektrode (14) aufweist und daß die weitere Abschirmelektrode (14) die Abschirmelektrode (4, 5) umgibt.

8. Durchflußmeßgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirm­ elektrode (4, 5) elektrisch mit der Meßelektrode (2, 3) mitgeführt ist und daß die wei­ tere Abschirmelektrode (14) mit einem festen Bezugspotential verbunden und vor­ zugsweise geerdet ist.

9. Durchflußmeßgerät nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß für jede Meßelektrode (2, 3) ein Vorverstärker vorgesehen ist und daß die für den Aufbau des Vorverstärkers notwendigen Leiter- und Widerstands­ bahnen in der Schicht (6) und vorzugsweise in der LTCC-Keramikfolie (13) mit LTCC-Technologie hergestellt sind.

10. Durchflußmeßgerät nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine leitende Verbindung von jeder Meßelektrode (2, 3) zu dem zugeordneten Vorverstärker, sowie vorzugsweise auch die notwendige Abschirmung dieser leitenden Verbindung, in der Schicht (6) und vorzugsweise in der LTCC-Ke­ ramikfolie (13) mit LTCC-Technologie hergestellt ist.