DE602004003042T2

DE602004003042T2 - Magnetflusswandler und strömungsmesser damit

Info

Publication number: DE602004003042T2
Application number: DE602004003042T
Authority: DE
Inventors: Sentec Limited Antony Robert GLAUSER; Sentec Limited Alexander Charles KNILL
Original assignee: Sentec Ltd
Current assignee: Sentec Ltd
Priority date: 2003-04-14
Filing date: 2004-04-14
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2024-04-15
Also published as: CA2521720A1; EP1616152A2; EP1616152B1; CN1826511A; WO2004090475A3; KR20060002992A; SI1616152T1; UA86197C2; JP5094115B2; US20070022823A1; BRPI0409328B1; ATE344442T1; PT1616152E; DE602004003042D1; AU2004227185A1; JP2006522932A; RU2005135120A; ZA200508122B; GB0308446D0; RU2352904C2

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Magnetflusswandler und insbesondere magnetische Strömungsmesser für Wasser.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
In einem herkömmlichen Mehrzweckwasserzähler ist ein mechanischer Strömungswandler (normalerweise ein Verdrängungsvolumenzähler oder eine Einstrahl-/Mehrstrahlturbine) mit einer Registriervorrichtung verbunden, die die Zahl der wiederholten Zyklen des Wandlers misst. Diese Vorrichtung ist oft ein mechanisches Odometer. Das Anschließen desselben an die Elektronik, die zur Fernablesung benötigt wird, kann beschwerlich und teuer sein, selbst wenn das Odometer durch ein Festkörper-Register ersetzt wird, das digitale Zähler besitzt.
Die Verwendung eines Flusswandlers, der ebenfalls eine Festkörperausführung ist, reduziert solche Schnittstellenprobleme. Solch ein Flusswandler ist ein Magnetflusswandler einer Art, die gut bekannt ist: GB 1303730 A offenbart einen Wandler, bei dem die Elektroden einen längeren kupferhaltigen Leitungsdraht umfassen, der von einem durchlässigen Isolationsmaterial umgeben ist. SU 800650 B offenbart einen Strömungsmesser, bei dem eine Elektrode durch die Verwendung eines Schutzsystems in Form eines galvanischen Elementes umhüllt ist, das aus einer Gitterelektrode besteht, die aus einem katalytischen Material zur Wiedereinsetzung von Sauerstoff besteht, und direkt mit einer Anode verbunden ist, die die Messelektrode umgibt und aus einem Material mit stationärem Potenzial in Bezug auf die Wiedereinsetzung von Sauerstoff hergestellt ist. US 3299703 beansprucht einen Strömungsmesser, bei dem Elektroden in Vertiefungen platziert werden, die in der Innenwand eines Strömungsrohres gebildet sind und bei denen ein Benetzungsmittel in die Vertiefungen zwischen den Elektroden und der Flüssigkeit gebracht wird. JP 54116960 A offenbart einen Strömungsmesser, bei dem ein Paar von Elektroden mit einem positiven Potenzial versehen ist, um so die Elektrodenoberfläche sauber zu halten. Solch ein Flusswandler wird auch als Beispiel in der Querschnittsansicht von 1 gezeigt. Strömungsrohr 101 enthält einen Magnetflusswandler 109, der ein Elektrodenpaar 102 umfasst, das quer über einen Durchmesser von Rohr 101 angeordnet ist, wobei zumindest ein Teil der einen Oberfläche jeder Elektrode 102 in engem Kontakt mit der Flüssigkeit 108 im Rohr steht. Magnetpolschuhe 103 sind quer zum orthogonalen Durchmesser von Rohr 101 angeordnet und durch einen Magnetkreis 104 verbunden. Wie im Fachgebiet bekannt ist, übt das Magnetfeld 107 eine Kraft auf ein geladenes Teilchen aus, das sich mit dem Grundmedium (Ionen im Fall von Wasser) bewegt, was das geladene Teilchen veranlasst, sich in einer Richtung senkrecht sowohl zum Magnetfeld als auch zur Bewegungsrichtung des Grundmediums zu bewegen. Die wechselseitige Verdrängung von entgegengesetzt geladenen Teilchen führt zu einem elektrischen Feld entlang der Richtung der Wanderung, das sich aufbaut, bis die elektrostatische Kraft auf ein gegebenes Ion durch die Magnetkraft ausgeglichen wird. Da die Magnetkraft implizit von der Strömungsgeschwindigkeit des Grundmediums abhängt, stellt die Messung des entgegengesetzten Feldes (oder der Potenzialdifferenz) ein bequemes Mittel zur Bestimmung der Durchflussrate dar, während die Integration über der Zeit die Berechnung des Gesamtvolumens ermöglicht, das durch das Rohr geflossen ist. Schaltkreise zur Verarbeitung der Elektrodensignale, um solche Messungen zu erreichen, sind im Fachgebiet bekannt und werden daher nicht detaillierter hier beschrieben.
Wie ebenfalls gut bekannt ist, kann es vorteilhaft sein, das angelegte Magnetfeld wechseln zu lassen, um so verschiedene Einschränkungen einer statischen Feldmessung zu überwinden. Eine solche Einschränkung wird durch die Natur der Elektroden auferlegt, die zum Messen der elektrischen Potenzialdifferenz im Fluid verwendet werden. Eine ideale Elektrode bildet eine perfekte elektrische Verbindung mit dem Fluid, ohne Energieschranke gegen den Austausch von Ladungen in beiden Richtungen über die Fest-flüssig-Grenzfläche. Dies wird in praktischen Systemen selten beobachtet, und es besteht eine viel größere Wahrscheinlichkeit dafür, dass über einer Grenzfläche eine elektrische Potenzialdifferenz besteht. Die Potenzialdifferenz ist oft schlecht definiert und schwankt in zufälliger Weise derart mit der Zeit, dass sie ein Rauschspektrum aufweist, das umgekehrt proportional zur Frequenz ist ('1/f). Eine statische Feld (DC-) Messung ist daher großen momentanen Fehlern unterworfen.
Durch Wechseln des angelegten Magnetfeldes mit einer bekannten Frequenz f₀ wird dieses Problem teilweise überwunden: Wie in 2 gezeigt, führt dies dazu, dass das gewünschte elektrische Signal 201 auch bei der Frequenz f₀ vorhanden ist, die so gewählt wird, dass sie beträchtlich größer als die charakteristische Frequenz des Elektrodenrauschspektrums 202 ist. Die Messung der elektrischen Signalamplitude a liefert eine Anzeige für die Durchflussrate, die im Wesentlichen frei von Fehlern ist.
Ein weiterer Grund für die Anwendung eines wechselnden Magnetfeldes ist, dass die elektrische Kleinsignalimpedanz typischer Elektroden, wie sie von einem Messkreis wahrgenommen wird, der zwischen ihnen angeordnet ist, ebenfalls mit steigender Frequenz fällt. Der Messkreis darf daher mehr Strom aus der Signalquelle ziehen, ohne wesentliche Fehler zu verursachen. Der Hauptvorteil ist, dass eine einfachere, billigere Messkreisausführung übernommen werden kann.
Um das frequenzabhängige Verhalten der Elektroden zu verstehen, ist es nützlich, ein einfaches elektrisches Modell von 3 zu betrachten, das oft auf die Fest-flüssig-Grenzfläche 301 angewendet und das aus einem Widerstand 302 parallel zu einem Kondensator 303 besteht. Der direkte Austausch von geladenen Teilchen zwischen dem Festkörper 304 und der Flüssigkeit 305 wird durch den Fluss des Stroms durch den Widerstand 302 zum Ausdruck gebracht, während der Kondensator 303 die Neigung geladener Teilchen repräsentiert, sich in der Nähe der Grenzfläche anzusammeln, ohne sie tatsächlich zu durchqueren. Bei Frequenzen, die wesentlich über 1 Hz liegen, stellt der Kondensator 303 im Allgemeinen die leichtere Route für den Fluss eines Kleinsignalstroms durch eine Fest-flüssig-Grenzfläche dar.
In der Vorrichtung von 1 wird ein wechselndes Magnetfeld mittels Spulen 105 erreicht, die um einen Teil der Magnetschaltung 104 gewickelt ist und mit einer geeigneten wechselnden Stromwellenform versorgt wird. Um den Stromverbrauch zu reduzieren, kann man ferner bekanntermaßen den Magnetkreis 104 mit einem oder mehreren Elementen 106 versehen, die eine magnetische Remanenz aufweisen, so dass die Spulen nur mit Energie versorgt werden müssen, wenn es erforderlich ist, um den Zustand des Magnetfeldes zu ändern.
Die vorliegende Erfindung hat ferner die noch weitere Reduzierung des Energieverbrauchs der Magnetflusswandler zum Ziel.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Dementsprechend besteht die Erfindung in einem Magnetflusswandler gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2. Eine Elektrode, wie in einem dieser Ansprüche definiert, weist bei Frequenzen unterhalb von 5 Hz eine geringere Rauschenergie auf als eine Elektrode, die Kohlenstoff oder eine korrosionsbeständige Metalllegierung umfasst.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass durch die Verwendung einer Elektrode, die bei niedrigen Frequenzen eine geringere Rauschenergie besitzt, als Elektroden, die normalerweise in Wasserzählern verwendet werden, die Frequenz des Magnetwechselfeldes für dasselbe Signal-Rausch-Verhältnis reduziert werden kann, was wiederum den Energieverbrauch des Wandlers reduziert.
Im Gegensatz dazu werden die Elektroden bekannter Magnetflusswandler in Bezug auf Unempfindlichkeit gegenüber Korrosionseffekten ausgewählt und werden folglich aus korrosionsbeständigen Metalllegierungen hergestellt, wie zum Beispiel aus rostfreiem Stahl oder Hastelloy. Bei solchen bekannten Wandlern ist das elektrochemische Potenzial über der Grenzfläche schlecht definiert, was große Schwankungen über einen längeren Zeitraum, in der Größenordnung von Sekunden, ermöglicht. Da jedoch bekannte Wandler bei einer Magnetfeldfrequenz viel größer als 1 Hz arbeiten, hat dies bisher keine Probleme verursacht. Anders gesagt, hat also eine Elektrode gemäß der vorliegenden Erfindung einen Rauschkennwert bei Magnetfeldfrequenzen um 1 Hz, der niedriger ist als der einer Elektrode, die eine korrosionsbeständige Metalllegierung umfasst.
Die Elektrode gemäß der Erfindung ist derart aufgebaut, dass ein galvanischer Strom mit dem Fluid der Strömung über ihre Grenzfläche fließt. Ein galvanischer Strom entsteht auf Grund der Bewegung oder des Austauschs von geladenen Teilchen durch die Fest-flüssig-Grenzfläche. Er unterscheidet sich vom Verschiebungsstrom, der zwischen der Flüssigkeit und den Sensorelektroden in bekannten Magnetflussmetern fließt und der als Folge entgegengesetzter Ladungsschichten fließt, die sich auf jeder Seite einer Grenzfläche aufbauen oder verteilen, ohne die Phasengrenze zu durchqueren. Der Aufbau mit dem galvanischen Strom verbessert signifikant die elektrischen Impedanz- und Rauschkennwerte der Elektrode.
Ferner ist die Elektrode gemäß der Erfindung derart aufgebaut, dass der galvanische Strom von Ionen getragen wird. Silberionen sind besonders vorteilhaft, da festes Silber in Wasser über lange Zeit stabil ist und nicht stark korrodiert. Außerdem ist es nicht giftig und ein zugelassener Nahrungsmittelzusatz (E174). Silber steht auch in der elektrochemischen Reihe in der Nähe des Kupfers, was das Risiko unerwünschter Korrosion in Wasserleitungen reduziert. Es wirkt auch biozid und hilft so, den Stillstand und die Bildung problematischer Biofilme in und in der Nähe der Elektroden zu verhüten.
Außerdem unterstützt die Anordnung eines Metalls und eines Salzes dieses Metalls, das zwischen dem Metall und dem Strömungsmedium angeordnet ist, den Ladungsaustausch zwischen dem Leiter und der Flüssigkeit, der dem galvanischen Strom zugrunde liegt. Das Salz oder die Ionenverbindung ist im Medium, dessen Strömung gemessen werden soll, vorzugsweise schwerlöslich und wird daher an der Elektrode zurückgehalten. Wenn das Metall Silber ist, kann die Ionenverbindung ein Silberhalogenidsalz sein. Wenn außerdem das Fluid Wasser ist, werden solche Silberhalogenidsalze vorteilhafterweise durch die Ionen gebildet, die am häufigsten in Leitungswasser vorhanden sind (Chlorid, Fluorid). Silberhalogenide bilden stabile elektrochemische Halbzellen in Kontakt mit dem Metall.
Gemäß der Erfindung wird die Schicht des Metallsalzes elektrochemisch auf einer Metalloberfläche abgelagert, z.B. durch anodisches Oxidieren, oder umfasst eine gesinterte Schicht von Metallsalz auf einer Metallober fläche. Die Dicke der Schicht beeinflusst die Impedanz der Elektrode: Wenn sie zu dick ist, fügt sie überschüssige Reihenschlussimpedanz zum elektrischen Gesamtkreis hinzu; wenn sie zu dünn ist, ist die Konzentration unzureichend, um die gewünschten elektrochemischen Reaktionen aufrechtzuerhalten. Die Dicke der Schicht wird daher vorzugsweise so gewählt, z.B. empirisch, dass sie zwischen diesen zwei Extremen liegt, so dass die Impedanz der Elektrode minimal ist.
Eine weitere Verbesserung in den Rausch- und elektrischen Kennwerten kann durch eine Elektrode erreicht werden, die eine Metalloberfläche besitzt, welche aufgeraut wurde, um so ihre wirksame Fläche zu vergrößern. Dies kann bequem durch Reduzieren eines Teils des Metallsalzes zurück zu Metall erreicht werden, was normalerweise zu einer Regenerierung von Metall führt, das ungleichmäßig und rau ist.
Ein Elektrodenpaar des Magnetflusswandlers wird vorzugsweise abgeglichen, um so das Gegenpotenzial zwischen den beiden zu minimieren. Jede Elektrode fungiert als getrennte elektrochemische Halbzelle, mit einer entsprechenden Potenzialdifferenz relativ zur Flüssigkeit. Wenn die Elektroden nicht identisch sind, liegt die Differenz zwischen den zwei Halbzellpotenzialen zwischen den Elektrodenanschlüssen an, und dies kann zu Problemen mit den nachfolgenden Verstärkungsschaltungen führen (z.B. Sättigung).
Die Vorteile der obigen Erfindung bei niedriger Energie werden noch weiter durch die Reduzierung des Energieverbrauchs verstärkt, die erhalten wird, wenn das Magnetfeld durch Mittel erzeugt wird, die eine magnetische Remanenz aufweisen, wie oben diskutiert. Die Erfindung umfasst auch einen Strömungsmesser, der einen solchen Magnetwandler umfasst, wobei der niedrige Energieverbrauch des Wandlers auch die Verwendung von Energie aus Batterien (in 1 bei 110 gezeigt) und die Vorteile in Form einer leichten Montage, die dies mit sich bringt, möglich macht.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird grafisch durch Beispiele in den beigefügten Zeichnungen illustriert, dabei gilt:
1 ist eine Querschnittsansicht des Strömungsrohres, das mit einem Magnetflusswandler ausgestattet ist.
2 illustriert die Amplituden-Frequenz-Kennlinie des Signals von den Elektroden.
3 ist ein einfaches elektrisches Modell der Fest-flüssig-Grenzfläche.
4 zeigt eine Elektrode der ersten Ausführungsform der Erfindung.
5 illustriert den vollständig umkehrbaren galvanischen Ladungsaustausch zwischen der Flüssigkeit und dem Metall.
6 illustriert eine Anordnung, durch die die Elektroden der Erfindung gebildet werden können.
7 zeigt eine Elektrode, die unter Verwendung der Anordnung von 6 hergestellt wurde.
8 zeigt eine zweite Elektrodenkonstruktion gemäß der Erfindung.
9 zeigt eine dritte Elektrodenkonstruktion gemäß der Erfindung.
10 zeigt eine vierte Elektrodenkonstruktion gemäß der Erfindung.
11 ist ein Diagramm der Rauschdichte über der Frequenz für verschiedene Elektrodenmaterialien.
BESTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
4 zeigt eine Elektrode einer ersten Ausführungsform der Erfindung, die ein Metallelement 401 (z.B. einen Draht, eine Platte oder einen Film, der einen darunter liegenden Leiter vollständig bedeckt) umfasst, das mit einer Ionenverbindung 402 desselben Metalls bedeckt ist, welches in der Flüssigkeit der Strömung, die gemessen werden soll 403, schwerlöslich ist.
In dem Beispiel, das gezeigt wird, ist das Metall 401 Silber, wobei die begleitende Verbindung 402 Silberchlorid ist. 5 illustriert den vollständig umkehrbaren galvanischen Ladungsaustausch zwischen der Flüssigkeit 403 und dem Metall 401 unter Verwendung von Silberionen, die die Phasengrenze zwischen der Festsilberelektrode 401 und der hydrierten Silberchloridschicht 402 durchqueren. Das elektrische Potenzial über der Grenzschicht ist durch die Nernst-Gleichung definiert, die wiederum von der Oberflächenkonzentration von AgCl und der Flüssigkeitskonzentration von Cl-Ionen abhängt. Obwohl diese Größen nicht konstant sind, kann man normalerweise erwarten, dass sie im Zeitmaßstab, der viel größer als die Periode des wechselnden Magnetfeldes ist, schwanken. Gemäß der Er findung ist der Zeitmaßstab dieser Schwankung beträchtlich länger als für eine Elektrodenfläche, die keinen kontrollierten Ionenaustauschmechanismus besitzt. Dementsprechend wird der Betrieb bei einer niedrigeren Frequenz erleichtert, weil die Rauschenergie reduziert ist. 11 zeigt (Kurve C) die Variation des Rauschens N mit der Frequenz f für Elektroden, die Silberchlorid umfassen, im Vergleich zu herkömmlichen Stahl- oder Kohlenstoffelektroden (Kurve A und B). Die Grundlinie wird bei D gezeigt.
Die Schicht 402 der Ionenverbindung kann durch die spontane Reaktion der Metalloberfläche mit Teilchen gebildet werden, die normalerweise in der Flüssigkeit vorhanden sind. Zum Beispiel reagieren Silberelektroden wahrscheinlich mit Behandlungsmitteln (oder -rückständen) im chlorierten Wasserzufluss, wodurch letztendlich Silberchlorid erzeugt wird.
6 illustriert eine Vorrichtung zum Implementieren eines Verfahrens zum Verstärken der Menge an Ionenverbindung für Situationen, in denen spontane Reaktionen unzureichend sind. Eine dritte Elektrode 604 wird zusätzlich zu den Messelektroden 601 und 602 bereitgestellt, um Kontakt zur Flüssigkeit 603 herzustellen. Elektrode 604 braucht nicht aus demselben Material hergestellt zu sein wie 601 und 602 (z.B. würde Graphit oder Stahl ausreichen). Zu den Intervallpunkten, die von der Steuerelektronik 605 festgelegt werden, wird ein beträchtliches Potenzial zwischen Elektrode 604 und den Messelektroden 601 und 602 angelegt. Für das Silberchloridsystem, das oben beschrieben wird, werden beide Messelektroden 601 und 602 auf einem positiven Potenzial in Bezug auf Elektrode 604 gehalten, welches dafür ausreicht, eine Menge an Silber in den Elektroden 601 und 602 mit negativ geladenen Ionenarten in der Nähe reagieren zu lassen. Die Ionenart ist vorzugsweise Chlorid und das Potenzial, das zwischen den Elektroden angelegt wird, kann so gewählt werden, dass solch eine Reaktion begünstigt wird.
Das Intervall und die Dauer der obigen Behandlung kann auf mehrere verschiedene Weisen bestimmt werden. In der einfachsten Implementierung werden die Intervalle, in denen sie angewendet wird, vor der Installation festgelegt. Alternativ können die Intervalle entsprechend den Eigenschaften des elektrischen Signals, das von der Messeinheit 606 festgestellt wird, berechnet werden. Zum Beispiel signalisiert eine erhöhte Zufallsvariation im Signal von den Elektroden (z.B. stärkeres Rauschen), dass die Elektrodenimpedanz ansteigt, am wahrscheinlichsten auf Grund des Erschöpfens der Ionenverbindung. Dies könnte auch dazu verwendet werden, einen Behandlungszyklus auszulösen, um die Beschichtung wiederherzustellen. Alternativ kann der Zustand der Elektrodenbeschichtung unter Verwendung einer aktiven Impedanzmessung bestimmt werden, die von der Einheit 406 ausgeführt wird.
7 zeigt eine Elektrode, die unter Verwendung des obigen Verfahrens hergestellt wird und einen flachen Abschnitt von Silber 701 umfasst, der elektrochemisch mit einer dünnen Schicht von Silberchlorid 702 bedeckt ist. Bei Positionierung in direktem Kontakt mit der strömenden Flüssigkeit 703 und vorzugsweise bündig mit der Wand des Strömungsrohres, um so Turbulenzen und das entsprechende Messrauschen und die -unsicherheit zu reduzieren, wird die Oberfläche mit der Zeit durch teilchenförmiges Material in der Flüssigkeit abgeschliffen, was dabei hilft, eine aktive Elektrodenoberfläche beizubehalten.
Eine größere Oberfläche zusammen mit einem beständigeren Reservoir an Silberchlorid erhält man durch die Verwendung von Silberchlorid, das auf eine metallische Stützelektrode aufgesintert ist, wie bei 801 bzw. 802 in 8 gezeigt. Wie gezeigt, ist Elektrode 802 monolithisch, d.h. ein einziges festes Stück Draht oder Scheibe. Ein gesinterter Aufbau ist jedoch ebenfalls möglich. Metallisches Silber in Form von Körnchen kann ebenfalls in die gesinterte Silberchloridschicht 801 aufgenommen werden, wobei der Anteil der Silberkörnchen derart gewählt wird, dass eine beträchtliche Zahl in elektrischem Kontakt miteinander steht. Solch eine Mischung von Silber- und Silberchloridkörnchen kann auf einem dritten monolithischen metallischen Element, wie zum Beispiel einem Silberstab oder einer -platte, gebildet werden.
9 zeigt eine weitere, robustere Elektrodenkonstruktion gemäß der vorliegenden Erfindung, die auch zeitlich stabiler und weniger anfällig für Erschöpfung und Störungen durch Verschmutzung oder Strömungseffekte ist. Eine monolithische Silberplatte 901 wird hinter ein poröses Schutzelement, wie zum Beispiel eine Fritte 902, gesetzt, mit einem dazwischen liegenden Reservoir 903 von Silberchlorid, das aus Körnchen von Silberchlorid und/oder Silber, einem Pulver oder einem Sinter bestehen kann.
10 stellt eine Mischung von 7 und 8 dar, wobei die gesinterten Körnchen von Silberchlorid 1001 in einer zentralen Vertiefung 1002 innerhalb eines massiven Silberelementes 1003 platziert sind. Der gesinterte Abschnitt stellt die sehr stabile Elektrode unter unschädlichen Bedingungen bereit, während das freiliegende Silber (bei 1004 mit einer Silberchloridschicht gezeigt) besser mit schwierigen Bedingungen zurechtkommt, z.B. Schmutzwasser, bei denen poröse Elemente häufiger verstopfen.
Es ist zu erkennen, dass wenn die Silberchloridschicht, die über dem Metall gebildet ist, zu dick ist, sie dem elektrischen Gesamtkreis eine überschüssige Reihenschlussimpedanz hinzufügt. Wenn sie zu dünn ist, ist die Konzentration nicht ausreichend, um die gewünschten elektrochemischen Reaktionen aufrechtzuerhalten. Die optimale Menge an Chlorid kann durch Überwachen der elektrischen Impedanz der Elektrode in einem stabilen Elektrolyten bestimmt werden, entweder während der Herstellung der Elektrode oder während des nachfolgenden Betriebs. Es sollte eine katodische oder anodische Behandlung angewendet werden, bis die Impedanz an ihrem tiefsten erreichbaren Punkt ist.
In der Praxis kann die gemessene Komponente der Impedanz der kapazitive Widerstand, ohmsche Widerstand oder eine Kombination beider sein. Sie kann zwischen dem Anschluss der Elektrode und dem Anschluss einer zweiten Elektrode gemessen werden, die in denselben Elektrolyten eingetaucht ist und die eine weitere Elektrode eines Strömungsmessers sein kann. Alternativ können zwei Elektroden während der Behandlung derart auf demselben Potenzial gehalten werden, dass ein kleines wechselndes Differenzpotenzial angewendet wird, um die Kleinsignalimpedanz zwischen ihnen zu messen (z.B. durch Verbinden der Elektrodenanschlüsse mit einer Induktionsspule).
Es ist auch wichtig, die Elektroden abzugleichen, um das minimale elektrische Gegenpotenzial zwischen den beiden sicherzustellen. Jede Elektrode wirkt als separate elektrochemische Halbzelle, mit einer entsprechenden Potenzialdifferenz relativ zur Flüssigkeit. Wenn die Elektroden nicht identisch sind, ist die Differenz zwischen den beiden Halbzellpotenzialen zwischen den Elektrodenanschlüssen vorhanden, und dies kann zu Problemen mit der nachfolgenden Verstärkungsschaltung führen (z.B. Sättigung)
Zu diesem Zweck können die Elektroden behandelt werden, bis sie ein gemeinsames elektrochemisches Halbzellpotenzial erreichen. Das kann eines oder mehrere der folgenden beinhalten: anodisches Oxidieren, katodische Behandlung, Einwirkung von chemischen Mitteln oder Licht, wie an anderer Stelle in diesem Dokument beschrieben, wobei das Halbzellpotenzial der Elektrode gegen eine feste Standard-Halbzelle oder gegen eine zweite Elektrode gemessen wird, die nicht in derselben Weise behandelt ist. Alternativ kann die Behandlung das Verbinden der Anschlüsse von zwei oder mehr ähnlichen Elektroden miteinander für einen Zeitraum umfassen, während die Elektroden in einen gemeinsamen leitfähigen Elektrolyten eintauchen. Solch eine Elektrodenkonditionierung kann während der Betriebslebensdauer des fertigen Instrumentes, von der Wirtselektronik sowie während der ursprünglichen Herstellung angewendet werden.
Die Rausch- und elektrischen Kennwerte der Elektrode können durch Vergrößern ihrer aktiven Oberfläche und damit verbundene Reduzierung ihrer Grenzflächenimpedanz verbessert werden. Dies kann durch bekannte mechanische und elektrochemische Aufrauungsverfahren erreicht werden. Ferner kann AgCl durch Umkehren des Stromflusses bei der anodischen Oxidierungsbehandlung, die oben beschrieben wird, zurück in metallisches Silber umgewandelt werden, wobei das Aufwachsen des Metalls in Form von Dendriten von metallischem Ag zwischen dem AgCl erfolgt, wobei es aus der Metalloberfläche herauswächst. Dies hat auch den Effekt, dass die aktive Oberfläche der Silberelektrode ansteigt und sowohl auf monolithische wie auch gesinterte Konstruktionen anwendbar ist, bei denen es dazu verwendet werden kann, Dendriten von metallischem Silber zwischen den Körnchen wachsen zu lassen.
Der Schritt des Vergrößerns der Oberfläche kann mit dem Schritt der Bildung von Silberchlorid abwechseln, wie oben beschrieben. Er kann auch unter Verwendung anderer bekannter Reduktionsmittel ausgeführt wer den, wie zum Beispiel durch Erhitzen in gasförmigem Wasserstoff oder Einwirkung von Licht.
Es versteht sich, dass die Erfindung nur an Hand von Beispielen beschrieben wurde und dass eine große Palette von Abwandlungen vorgenommen werden kann, ohne den Geltungsbereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere ist die Erfindung nicht auf Silber oder seine Ionenverbindung oder sein Salz, Silberchlorid, beschränkt. Gold und Platin können ebenfalls gute Ergebnisse liefern. In analoger Weise ist die Erfindung auch auf andere Flüssigkeiten als Wasser anwendbar.

Claims

Magnetflusswandler (109) zum Messen der Strömung eines Fluids, wobei der Wandler über Elektroden (102) und ein magnetisches Wechselfeld (107) verfügt, wobei eine Elektrode ein Metall (401) und eine Schicht (402) aus einem Salz dieses Metalls beinhaltet, die so angeordnet ist, dass sie sich zwischen dem Metall und dem Fluid (403) befindet, wobei die Schicht elektrochemisch aufgetragen oder gesintert wird.
Magnetflusswandler (109) zum Messen der Strömung eines Fluids, wobei der Wandler über Elektroden (102) und ein magnetisches Wechselfeld (107) verfügt, wobei eine Elektrode ein Metall (401) und eine Schicht (402) aus einem Salz dieses Metalls beinhaltet, die so angeordnet ist, dass sie sich zwischen dem Metall und dem Fluid befindet, wobei die Schicht teilweise wieder zu Metall reduziert wird.
Magnetflusswandler gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Schicht (402) aus Salz in dem Fluid (403), dessen Strömung gemessen werden soll, schwach löslich ist.
Magnetflusswandler gemäß Anspruch 3, wobei das Metall (401) Silber ist.
Magnetflusswandler gemäß Anspruch 4, wobei die Schicht (402) aus Salz Silberhalogenidsalz beinhaltet.
Magnetflusswandler gemäß Anspruch 5, wobei das Silberhalogenidsalz Silberchlorid oder Silberfluorid ist.
Magnetflusswandler gemäß jedem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Schicht (402) elektrochemisch aufgetragen wird.
Magnetflusswandler gemäß jedem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Schicht (402) gesintert wird.
Magnetflusswandler gemäß jedem der vorangehenden Ansprüche, wobei durch die Dicke der Schicht (402) eine minimale Impedanz der Elektrode erreicht wird.
Magnetflusswandler gemäß jedem der vorangehenden Ansprüche in Abhängigkeit von Anspruch 1, wobei die Fläche der Elektrode aufgeraut ist, um den aktiven Bereich zu vergrößern.
Magnetflusswandler gemäß Anspruch 10, wobei die Schicht (402) teilweise wieder zu Metall reduziert wird.
Magnetflusswandler gemäß jedem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Elektrodenpaar (102) des Magnetflusswandlers symmetrisch angeordnet ist, um das Versatzpotential zwischen den Elektroden auf ein Minimum zu verringern.
Magnetflusswandler gemäß jedem der vorangehenden Ansprüche, der Mittel (103, 104, 105) zum Erzeugen des magnetischen Wechselfelds (107) beinhaltet, wobei diese Mittel eine magnetische Remanenz aufweisen.
Strömungsmesser, der einen Magnetflusswandler gemäß jedem der vorangehenden Ansprüche enthält.
Strömungsmesser gemäß Anspruch 14, wobei der Messer von einer Batterie (110) gespeist wird.