Meßwertaufnehmer für magnetisch-induktive DurchflußmeßqeräteTransducer for electromagnetic flowmeters
Die Erfindung betrifft einen Meßwertaufnehmer für magnetisch-induktive Durchflußmeßgeräte, der aus einem elektrisch isolierenden keramischen Meßrohr mit eingesinterten metallischen Meßelektroden besteht.The invention relates to a transducer for electromagnetic flowmeters, which consists of an electrically insulating ceramic measuring tube with sintered-in metallic measuring electrodes.
Magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräten ist ein rohr- förmiger Meßwertaufnehmer zugeordnet, der zwischen den Anschlußflanschen einer Rohrleitung befestigt wird und durch den eine leitfähige Flüssigkeit quer zur Richtung eines Magnetfeldes strömt. Die der Strömungs¬ geschwindigkeit proportionale Spannung wird an zwei Meßelektroden abgegriffen und über Stromleiter einem Meßwertumformer zugeführt. Das Meßrohr des Meßwert¬ aufnehmers besteht entweder aus einem am Innenmantel mit einer Isolierschicht versehenen Metallrohr oder aus einem Kunststoffrohr oder aus einem keramischen Rohr, welches wegen seiner Eignung für hohe Tempera¬ turen und seiner Widerstandsfähigkeit gegen aggressive Flüssigkeiten Verwendung findet. In den Anwendungs- fällen, wo die Meßelektroden mit dem durchströmenden
Medium in unmittelbare Berührung kommen (Kontaktelektro¬ den), ist die Elektrode radial in den Mantel des Meßrohres eingesetzt, wobei besondere Abdichtungsvorkehrungen zu treffen sind. Zur Abdichtung solcher Kontaktelektroden in einem keramischen Meßrohr ist es aus der EP-Veröffent¬ lichung 0080535 bekannt, die Elektrodenschäfte in den dichtgebrannten keramischen Werkstoff dicht einzusintern. Anderseits sind für verschiedene Anwendungsbereiche kapa¬ zitive Meßelektroden bekannt, die mit dem durchströmenden Medium nicht in Berührung kommen und welche in der Regel als Flächenelektroden ausgebildet sind. Diese Verwendung solcher kapazitiver Flächenelektroden ist beispielsweise aus der DE-AS 15 48 918 für ein Meßrohr aus Kunststoff bekannt, wobei die als Netzwerk oder Metallfolie ausge- bildeten Flächenelektroden zwischen zwei ineinanderge¬ schobenen Kunststoffröhren angeordnet sind. Bei einem keramischen Meßrohr ist eine solche Meßelektrodenanord¬ nung nicht möglich. Anderseits ist auf dem Markt ein keramisches Meßrohr mit kapazitiven Flächenelektroden in Form von Metallfolien bekannt geworden, die in Aus¬ nehmungen am Außenmantel des Keramikrohres eingelegt sind. Diese Ausführung hat jedoch den Nachteil, daß die keramische Rohrschale zwischen den Elektrodenflächen und dem durchströmenden Medium aus Festigkeitsgründen relativ dick sein muß unddaher die Meßsignale sehr schwach sind. Auch bereitet die genaue Fixierung der Flächenelektroden in den Ausnehmungen erhebliche Schwierigkeiten.Magnetic-inductive flowmeters are assigned to a tubular measuring sensor, which is attached between the connecting flanges of a pipeline and through which a conductive liquid flows transversely to the direction of a magnetic field. The voltage, which is proportional to the flow velocity, is tapped at two measuring electrodes and fed to a measured value converter via current conductors. The measuring tube of the transducer consists either of a metal tube provided on the inner jacket with an insulating layer or of a plastic tube or of a ceramic tube which is used because of its suitability for high temperatures and its resistance to aggressive liquids. In applications where the measuring electrodes with the flowing If the medium comes into direct contact (contact electrodes), the electrode is inserted radially into the jacket of the measuring tube, special sealing measures being taken. To seal such contact electrodes in a ceramic measuring tube, it is known from EP publication 0080535 to tightly sinter the electrode shafts into the densely fired ceramic material. On the other hand, capacitive measuring electrodes are known for different areas of application, which do not come into contact with the medium flowing through and which are generally designed as surface electrodes. This use of such capacitive surface electrodes is known, for example, from DE-AS 15 48 918 for a measuring tube made of plastic, the surface electrodes designed as a network or metal foil being arranged between two plastic tubes pushed into one another. Such a measuring electrode arrangement is not possible with a ceramic measuring tube. On the other hand, a ceramic measuring tube with capacitive surface electrodes in the form of metal foils has become known on the market, which are inserted in recesses on the outer jacket of the ceramic tube. However, this embodiment has the disadvantage that the ceramic tube shell between the electrode surfaces and the medium flowing through must be relatively thick for reasons of strength, and therefore the measurement signals are very weak. The exact fixing of the surface electrodes in the recesses also presents considerable difficulties.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Meßwertaufnehmer der gattungsgemäßen Art mit kapa¬ zitiven Flächenelektroden auszurüsten, die integrierter Bestandteil des Meßrohres sind und wobei die keramische Masse zwischen den Elektrodenflächen und dem durchströ¬ menden Medium möglichst dünn ist.In contrast, the object of the invention is to equip a measuring transducer of the generic type with capacitive surface electrodes which are an integral part of the measuring tube and the ceramic mass between the electrode surfaces and the medium flowing through is as thin as possible.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
jede Meßelektrode aus einem Metallnetz besteht, welches koaxial verlaufend in der Keramikmasse des Meßrohrmantels eingebettet und dicht eingesintert ist.The object is achieved in that each measuring electrode consists of a metal network which is embedded coaxially in the ceramic mass of the measuring tube shell and is sintered in tightly.
Durch die Verwendung eines Metallnetzes wird ein dich¬ tes Einsintern in die Keramikmasse ermöglicht, wie es mit einer Metallfolie nicht möglich wäre. Die Metall¬ netze mit den zugehörigen Anschlußdrähten werden vor¬ zugsweise beim Formen der keramischen Rohstoffmasse, z. B. Pressen, isostatisches Pressen o. dgl. in diese Rohstoffmasse eingebettet und beim keramischen Brennen dicht eingesintert. Es ist aber auch möglich, in den aus der Rohstoffmasse gepreßten Formung radiale Aus¬ nehmungen einzuarbeiten, in diese die mit dem zugehöri- gen Anschlußdraht versehenen Metallnetze einzulegen, die Ausnehmung mit Rohstoffmasse zu füllen und den Formung anschließend keramisch zu brennen. Die eingesinterten Metallnetze schließen die Entstehung von Rissen oder das Abplatzen von Keramikmasse im keramischen Meßrohr infolge unterschiedlicher Wärmeausdehnung zwischen dem metallischen Elektrodenwerkstoff und dem keramischen Werkstoff aus. Die die Innenfläche der Metallnetze be¬ deckende Keramikmasse kann daher zur Erzielung einer hohen Meßgenauigkeit sehr dünn, beispielsweise 1 bis 5 mm dick sein. Weiterhin sind die eingesintertenThe use of a metal net enables a dense sintering into the ceramic mass, as would not be possible with a metal foil. The metal nets with the associated connecting wires are preferably used when shaping the ceramic raw material mass, e.g. B. pressing, isostatic pressing or the like. Embedded in this raw material mass and densely sintered in ceramic firing. However, it is also possible to incorporate radial recesses in the molding pressed from the raw material mass, to insert the metal nets provided with the associated connecting wire therein, to fill the recess with raw material mass and to then burn the molding ceramic. The sintered-in metal meshes prevent the formation of cracks or the spalling of ceramic mass in the ceramic measuring tube due to different thermal expansion between the metallic electrode material and the ceramic material. The ceramic mass covering the inner surface of the metal nets can therefore be very thin, for example 1 to 5 mm thick, in order to achieve high measuring accuracy. Furthermore, the sintered ones
Metallnetze fester Bestandteil des Meßrohres, so daß die Montage des Meßwertaufnehmers wesentlich verein¬ facht ist.Metal nets are an integral part of the measuring tube, so that the mounting of the sensor is considerably simplified.
Die Anschlüsse der Metallnetze können verschieden aus¬ gebildet sein. Vorzugsweise ist das Metallnetz mit einem radial aus dem Meßrohrmantel herausragenden Anschlußdraht versehen, der ebenfalls in die Keramikmasse dicht einge¬ sintert ist. Das Metallnetz besteht in der Regel aus Platindraht, der sich bei einer entsprechend hohen Brenntemperatur mit der Keramikmasse verbindet.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt; es zeigt:The connections of the metal networks can be designed differently. The metal net is preferably provided with a connecting wire which protrudes radially from the measuring tube jacket and is likewise tightly sintered into the ceramic mass. The metal net usually consists of platinum wire, which connects to the ceramic mass at a correspondingly high firing temperature. An embodiment is shown in the drawing; it shows:
Fig. 1 ein mit zwei metallischen Flächenelektroden ausgerüstetes keramisches Meβrohr undFig. 1 is equipped with two metallic surface electrodes ceramic measuring tube and
Fig. 2 den Gegenstand der Fig. 1 in einer Seiten¬ ansicht und zur Darstellung einer Flächen¬ elektrode teilweise aufgeschnitten.FIG. 2 shows the object of FIG. 1 in a side view and partially cut open to show a surface electrode.
Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte keramische Meßrohr 1 ist ein Teil eines Meßwertaufnehmers für ein magnetisch¬ induktives Durchflußmeßgerät. Die dem Meßwertaufnehmer zugehörigen sonstigen Teile, wie Magnetspulen, Gehäuse u. dgl. sind nicht dargestellt.The ceramic measuring tube 1 shown in FIGS. 1 and 2 is part of a transducer for a magnetic-inductive flow meter. The other parts associated with the transducer, such as solenoids, housings, etc. The like. are not shown.
Das keramische Meßrohr 1 besteht aus einem keramischen Werkstoff mit im wesentlichen elektrisch isolierenden Eigenschaften. Außerdem ist der keramische Werkstoff so ausgewählt, daß das Meßrohr 1 eine hohe Temperatur¬ wechselbeständigkeit, Festigkeit, Abriebsfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweist. Zu diesen, auch als Hartkeramik bezeichneten Werkstoffen, gehört bei¬ spielsweise die als Oxidkeramik bezeichnete Werkstoff- gruppe, aber auch Siliciu nitrid o. dgl.The ceramic measuring tube 1 consists of a ceramic material with essentially electrically insulating properties. In addition, the ceramic material is selected so that the measuring tube 1 has a high resistance to temperature changes, strength, abrasion resistance and corrosion resistance. These materials, also referred to as hard ceramics, include, for example, the material group referred to as oxide ceramics, but also silicon nitride or the like.
Als Meßelektroden sind zwei aus Drähten 3 und 4 aufge¬ baute Metallnetze 2 vorgesehen; vorzugsweise bestehen die Drähte 3 und 4 aus Platin oder Platinlegierungen. In Betracht kommen aber auch andere Metalle, die sich in die Keramikmasse einsintern lassen, ohne ihre metal¬ lische, stromleitende Eigenschaft zu verlieren. Das Netzwerk kann beliebig ausgebildet sein, doch soll der Abstand zwischen den Drähten so groß sein, daß dazwi- sehen ausreichend Keramikmasse verbleibt. Für den An¬ schluß der Signalleitungen sind die Metallnetze 2 mit
je einem Anschlußdraht 5, vorzugsweise ebenfalls aus Platin, versehen. Die Drähte 3 und 4 können durch Punkt- schweißung aneinander befestigt sein, und der Anschlu߬ draht 5 an das Metallnetz 2 angeschweißt sein.Two metal nets 2 constructed from wires 3 and 4 are provided as measuring electrodes; the wires 3 and 4 are preferably made of platinum or platinum alloys. However, other metals that can be sintered into the ceramic mass without losing their metallic, current-conducting property are also suitable. The network can be of any design, but the distance between the wires should be so large that sufficient ceramic mass remains between them. For the connection of the signal lines, the metal networks 2 are included one connecting wire 5, preferably also made of platinum. The wires 3 and 4 can be fastened to one another by spot welding, and the connecting wire 5 can be welded to the metal net 2.
Zur Herstellung des keramischen Meßrohres 1 wird der pulverförmige keramische Rohstoff in eine Preßform ein¬ gefüllt, wobei die beiden Metallnetze 2 in der vorgege¬ benen Lage eingelegt werden. Anschließend wird der Grün- ling mit Hilfe von Stempelpressen oder durch isostati¬ sches Pressen verdichtet und in Abhängigkeit von der Rohstoffart keramisch dicht gebrannt bzw. gesintert. Alternativ ist es aber auch möglich, in den aus der Rohstoffmasse gepreßten Formung radiale Ausnehmungen einzuarbeiten, in diese die mit dem zugehörigen An¬ schlußdraht versehenen Metallnetze einzulegen, die Aus¬ nehmung mit Rohstoffmasse zu füllen und den Formung anschließend keramisch zu brennen.
To manufacture the ceramic measuring tube 1, the pulverulent ceramic raw material is filled into a press mold, the two metal nets 2 being inserted in the predetermined position. The green body is then compacted with the help of stamp presses or by isostatic pressing and fired or sintered in a ceramic-tight manner depending on the type of raw material. Alternatively, however, it is also possible to incorporate radial recesses in the molding pressed from the raw material mass, to insert the metal nets provided with the associated connecting wire therein, to fill the recess with raw material mass and to then burn the molding ceramic.