EP3833941A1 - Herstellungsverfahren einer spulenvorrichtung, spulenvorrichtung, messaufnehmer mit spulenvorrichtung, messgerät mit einem messaufnehmer - Google Patents

Herstellungsverfahren einer spulenvorrichtung, spulenvorrichtung, messaufnehmer mit spulenvorrichtung, messgerät mit einem messaufnehmer

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EP3833941A1
EP3833941A1 EP19748795.2A EP19748795A EP3833941A1 EP 3833941 A1 EP3833941 A1 EP 3833941A1 EP 19748795 A EP19748795 A EP 19748795A EP 3833941 A1 EP3833941 A1 EP 3833941A1
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EP
European Patent Office
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measuring
coil
sensor
coil device
metal microparticle
Prior art date
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Ceased
Application number
EP19748795.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Benjamin Schwenter
Marc Werner
Claude HOLLINGER
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Endress and Hauser Flowtec AG
Original Assignee
Endress and Hauser Flowtec AG
Flowtec AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser Flowtec AG, Flowtec AG filed Critical Endress and Hauser Flowtec AG
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Ceased legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a manufacturing method of a coil device of a vibration sensor or vibration exciter of a measuring sensor or a measuring device for measuring a density or a mass flow of a medium flowing through at least one measuring tube of the measuring sensor or measuring device, a coil device, a measuring sensor with a coil device and a measuring device with a measuring sensor.
  • Coil devices which are used as vibration sensors or vibration exciters are state of the art, as shown for example in DE10201512087A1.
  • an electrical conductor track of a coil device has contact surfaces for attaching electrical connecting lines, which are fastened, for example, to each contact surface by means of gluing or soldering.
  • the object of the invention is to provide a manufacturing method for a coil device
  • a measuring sensor and a measuring device comprising the measuring sensor, in which fastening an electrical connecting line to a coil device does not have the disadvantages mentioned above.
  • the object is achieved by a manufacturing method according to the invention according to independent claim 1, by a coil device according to the invention according to independent claim 7, by a measuring sensor according to independent claim 11 comprising a coil device according to the invention, and by a measuring device according to independent claim 14 comprising a measuring sensor according to claim 1 1.
  • Enclosed metal microparticle paste the metal microparticle paste being dried in a second method step, the drying process resulting in the metal microparticle paste curing, so that a
  • Metal microparticle mass remains.
  • the metal microparticle paste fills, for example, at least 30% and preferably at least 60% and in particular at least 80% of a volume of the indentation.
  • a suitable metal microparticle paste can be obtained from Heraeus GmbH Co. KG, for example.
  • the silver paste marked ASP 131-06 can be used to implement the invention.
  • the encapsulation takes place by introducing the first end and then at least partially filling the indentation with the metal microparticle paste, or the encapsulation takes place by immersing the first end in the metal microparticle paste of the indentation which is at least partially filled with the metal microparticle paste.
  • the drying process comprises heating the metal microparticle paste to a drying temperature of at least 150 ° C., and in particular at least 180 ° C., and preferably at least 210 ° C.
  • the drying process comprises maintaining the drying temperature for at least 20 minutes, and in particular at least 35 minutes, and preferably at least 50 minutes.
  • a temperature adjustment includes room temperature
  • particles of the metal microparticle paste have a maximum extent of less than 50 micrometers, and in particular less than 35 micrometers and preferably less than 20 micrometers.
  • a coil device of a vibration sensor or vibration exciter of a measuring sensor or a measuring device for measuring a density or a
  • Mass flow of a medium through at least one measuring tube of the measuring sensor or measuring device comprises: A printed circuit board with at least one printed circuit board layer, each printed circuit board layer having a first side surface and a second side surface opposite the first side surface, at least one coil set up to detect or generate a time-varying magnetic field, the coil at least in sections by means of an electrically conductive
  • Conductor path is formed, the coil on the first side surface and / or second
  • the at least one coil each has a first coil end and a second coil end, the coil device having at least a first contact element connected to the first coil end and at least a second contact element connected to the second coil end, via which Contacting elements of the coil device can be connected to an electronic measuring / operating circuit of a Coriolis measuring device by means of an electrical connection line, the printed circuit board having at least one indentation with a bottom and a border in an edge area, wherein one contacting element is arranged on the bottom of each indentation is, wherein at least one electrical connection line of the coil device has a first end, which first end is arranged in an indentation, the indentation at least partially with a fixed Metal microparticle mass is filled, which holds the first end and mediates an electrical connection between the electrical connection and the contacting element.
  • the metal microparticle paste fills, for example, at least 30% and preferably at least 60% and in particular at least 80% of a volume of the indentation.
  • the border in the area of the metal microparticle mass has, at least in sections, unevenness, for example in the form of corrugation or a gradation, which unevenness is set up to hold the metal microparticle mass.
  • the bumps perpendicular to the border preferably have a height greater than half the maximum extent of the particles.
  • the metal microparticle mass intervenes in the unevenness and is thus firmly held.
  • the metal microparticle mass has microparticles of at least one metal from the following list: silver, gold, copper, platinum, tantalum.
  • the first end of the connecting line is bent or kinked at least in sections. In this way, slipping out of the electrical connection line from the metal microparticle mass can be prevented.
  • At least two vibration sensors which are set up to deflect the
  • Vibration sensors interact with one another by means of magnetic fields, the vibration sensors each having a coil device according to the invention.
  • the measuring sensor has a carrier body with a carrier body chamber, which carrier body chamber is set up to house the at least one measuring tube and to close it off from the environment in a media-tight manner, the at least one coil device being arranged in the carrier body chamber, the carrier body chamber containing a non-corrosive protective gas which is filled
  • the Coriolis sensor has a media-tight cable leadthrough for the passage of the electrical connection lines.
  • a measuring device comprises: A sensor according to the invention; an electronic measuring / operating circuit, the electronic measuring / operating circuit being set up to operate the vibration sensors and the vibration exciter, and being connected to these by means of electrical connecting lines, the at least one electrical connection being connected to the electronic measuring / operating circuit by means of a cable guide is guided, wherein the electronic measuring / operating circuit is further set up to
  • the measuring device in particular having an electronics housing for housing the electronic measuring / operating circuit.
  • FIG. 1 outlines a measuring device 200 with a measuring sensor 100.
  • FIG. 4 outlines an arrangement of a coil device according to the invention on a measuring tube of a measuring sensor.
  • the measuring device 200 outlines a measuring device 200 with a measuring sensor 100, the measuring sensor having two measuring tubes 110, which are held by a carrier body 120 of the measuring sensor.
  • the measuring tubes open into a first collector 131 on the inlet side and into a second collector 132 on the outlet side, the collectors 130 being set up to receive a medium flowing into the measuring sensor from a pipeline (not shown) and to distribute it evenly over the measuring tubes. Accordingly, the second collector is set up to take up the medium flowing out of the measuring tubes and to transfer them into the pipeline.
  • the sensor is connected to the pipeline via process connections 140, in particular flanges.
  • the sensor has a vibration exciter 11, which is set up to excite the measuring tubes to vibrate.
  • the measuring sensor additionally has two vibration sensors 10, which are set up to detect the vibrations of the measuring tubes.
  • the carrier body is set up to house the measuring tubes in a carrier body chamber 121 and to seal them airtight from an environment.
  • the carrier tube chamber is there preferably filled with a non-corrosive gas such as nitrogen, helium or argon to prevent corrosion of the coil device.
  • Vibrators and vibration sensors limited.
  • the embodiment shown here is exemplary in these aspects.
  • the measuring device has an electronic measuring / operating circuit 210, which is set up to operate the vibration exciter and the vibration sensors, and to calculate and output mass flow and / or density measured values of the medium.
  • the electronic measuring / operating circuit is connected by means of electrical connections 220 to the vibration sensors and the vibration exciter.
  • the measuring device has an electronics housing 230 in which the electronic measuring / operating circuit is arranged. To determine the
  • the measuring device uses the Coriolis effect of the medium flowing through the measuring tubes, the flow characteristically influencing the measuring tube vibrations.
  • FIG. 2 shows a plan view of a coil device 1 according to the invention with a printed circuit board 2, a first side surface 3.1 and a second side surface 3.2.
  • a coil 4 with a first coil end 4.1 and a second coil end 4.2 is applied to the first side face 3.1 in the form of an electrically conductive interconnect 4.3 as shown here.
  • the coil device has contacting elements 5, with a first contacting element 5.1 and a second contacting element 5.2.
  • the first contacting element is connected to the first coil end 4.1, and the second contacting element is connected to the second coil end 4.2.
  • the contacting elements 5 are covered by a metal microparticle mass, each of which includes an electrical connection line 7 at a first end 7.1.
  • one circuit board 3 can have several
  • circuit board layers wherein several circuit board layers each have a coil.
  • the coils of several circuit board layers are connected via vias (not shown), so that the coils of different circuit board layers generate constructively interfering magnetic fields when an electrical voltage is applied between the vias.
  • the contacting elements 5 are arranged in indentations 6, for example on a floor 6.1 of the indentations.
  • the contacting elements can also be located on a border of the indentation.
  • the indentations can, for example, as shown in the top and middle side view SA1, through a recess in the printed circuit board, or as in the bottom
  • Side view SA1 can be formed by indenting a coherent group of circuit boards.
  • the cohesive group forming an indentation may include
  • a circuit board can also have a smaller dimension than at least one adjacent circuit board, so that a contacting element is not covered by the circuit board with smaller dimensions. Since the metal microparticle mass can possibly react with oxygen or other corrosive media, and thus a holding function and / or an electrical one
  • non-corrosive medium in particular a gas is filled.
  • the decomposition of the metal microparticle mass can take place more quickly.
  • the metal microparticle paste fills, for example, at least 30% and preferably at least 60% and in particular at least 80% of a volume of the indentation.
  • Intervene metal microparticle mass The right section shows a border, in which unevenness is created by different PCB layers. Here, too, particles of the metal microparticle mass intervene in the unevenness.
  • the floor 6.1 can also have unevenness.
  • FIG. 4 schematically outlines a side view of a measuring tube 110 of a measuring device with two vibration sensors 10, each comprising a coil device 1 according to the invention from a side view SA2, see FIG. 2, the vibration sensors as outlined in the left area of FIG. 4 each using a holder H are connected to the measuring tube 110 and are set up to follow its oscillatory movements, or wherein the
  • Vibration sensors are each mechanically connected to the carrier body 120 by means of a holder H, as outlined in the right-hand area of FIG. 4.
  • Magnetic devices 9, which, as sketched here, are mounted on a second measuring tube covered by the measuring tube shown and are set up for this purpose, whose oscillating movements follow, interact in measuring operation with the associated coil devices via electromagnetic fields. With opposite Measuring tube vibrations can thus be detected by means of electrical voltages induced in the coil.
  • the electrical connecting lines 7 can be guided along the measuring tube. If the coil devices are attached to the carrier body, as outlined in the right-hand coil device, the electrical connection line can be guided past the measuring tube along the carrier body.
  • the measuring sensor can, for example, have only one measuring tube, a magnetic device of a respective sensor being attached, for example, to the measuring tube, and the associated coil device on the carrier body or vice versa, or more than two
  • the at least one measuring tube can be curved or straight.
  • the applicability of the coil devices is not dependent on the shape of a measuring tube.
  • each measuring tube has a magnetic device with at least one magnet for each vibration sensor.
  • Coil device 1 wherein in a first method step 301 a first end of the electrical connecting line is enclosed in the indentation by the metal microparticle paste. This can be accomplished by positioning the first end in the indentation and then at least partially filling it with the metal microparticle paste, or by at least partially filling the indentation with the metal microparticle paste and then inserting the first end of the electrical connection line into the indentation.
  • a second method step 302 the metal microparticle paste is dried, the drying process resulting in the metal microparticle paste curing, so that a
  • Particles of the metal microparticle paste preferably have a maximum extent of less than 50 micrometers, and in particular less than 35 micrometers and preferably less than 25 micrometers, since this ensures that the particles adhere to one another and to unevenness in the border for a tight fit of the metal micro particle mass in the border is.
  • the drying process involves heating the metal microparticle paste onto one
  • the drying process can include maintaining the drying temperature for at least 20 minutes, and in particular at least 35 minutes, and preferably at least 50 minutes, in order to support good hardening of the metal microparticle paste.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren (300) einer Spulenvorrichtung (1) eines Schwingungssensors (9) oder Schwingungserregers (10) eines Messaufnehmers (100) oder eines Messgeräts (200) zur Messung einer Dichte oder eines Massedurchflusses eines durch mindestens ein Messrohr (110) des Messaufnehmers bzw. Messgeräts strömenden Mediums, eine Spulenvorrichtung, einen Messaufnehmer, und ein Messgerät, wobei in einem ersten Verfahrensschritt (301) ein erstes Ende (7.1) einer elektrischen Anschlussleitung (7) der Spulenvorrichtung in einer Einbuchtung (6) einer Leiterplatte der Spulenvorrichtung mit einer Metallmikropartikelpaste umschlossen wird, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt (302) die Metallmikropartikelpaste getrocknet wird, wobei der Trocknungsprozess ein Aushärten der Metallmikropartikelpaste zur Folge hat, so dass eine Metallmikropartikelmasse verbleibt.

Description

Herstellungsverfahren einer Spulenvorrichtung, Spulenvorrichtung, Messaufnehmer mit Spulenvorrichtung, Messgerät mit einem Messaufnehmer
Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren einer Spulenvorrichtung eines Schwingungssensors oder Schwingungserregers eines Messaufnehmers oder eines Messgeräts zur Messung einer Dichte oder eines Massedurchflusses eines durch mindestens ein Messrohr des Messaufnehmers bzw. Messgeräts strömenden Mediums, eine Spulenvorrichtung, einen Messaufnehmer mit Spulenvorrichtung und ein Messgerät mit einem Messaufnehmer.
Spulenvorrichtungen, welche als Schwingungssensoren oder Schwingungserreger eingesetzt werden, sind Stand der Technik, wie beispielsweise in der DE10201512087A1 gezeigt. Hierbei weist eine elektrische Leiterbahn einer Spulenvorrichtung Kontaktflächen zum Anbringen elektrischer Verbindungsleitungen auf, welche beispielsweise mittels Kleben oder Löten an jeweils einer Kontaktfläche befestigt sind.
Jedoch sind die aus dem Stand der Technik bekannten Befestigungen anfällig gegenüber Bruch durch beispielsweise Vibrationen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Herstellungsverfahren einer Spulenvorrichtung, eine
Spulenvorrichtung, einen Messaufnehmer sowie ein Messgerät umfassend den Messaufnehmer vorzuschlagen, bei welchen eine Befestigung einer elektrischen Verbindungsleitung an einer Spulenvorrichtung die oben genannten Nachteile nicht aufweist.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 , durch eine erfindungsgemäße Spulenvorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch 7, durch einen Messaufnehmer gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 1 umfassend eine erfindungsgemäße Spulenvorrichtung, sowie durch ein Messgerät gemäß dem unabhängigen Anspruch 14 umfassend einen Messaufnehmer gemäß Anspruch 1 1.
Bei einem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren (100) einer Spulenvorrichtung eines
Schwingungssensors oder Schwingungserregers eines Messaufnehmers oder eines Messgeräts zur Messung einer Dichte oder eines Massedurchflusses eines durch mindestens ein Messrohr des Messaufnehmers bzw. Messgeräts strömenden Mediums, wird in einem ersten Verfahrensschritt ein erstes Ende einer elektrischen Anschlussleitung der Spulenvorrichtung in einer Einbuchtung einer Leiterplatte der Spulenvorrichtung mit einer
Metallmikropartikelpaste umschlossen, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt die Metallmikropartikelpaste getrocknet wird, wobei der Trocknungsprozess ein Aushärten der Metallmikropartikelpaste zur Folge hat, so dass eine
Metallmikropartikelmasse verbleibt. Die Metallmikropartikelpaste füllt dabei beispielsweise mindestens 30% und bevorzugt mindestens 60% und insbesondere mindestens 80% eines Volumens der Einbuchtung aus.
Eine geeignete Metallmikropartikelpaste lässt sich beispielsweise bei Heraeus Deutschland GmbH Co. KG beziehen. Beispielsweise die Silberpaste mit der Kennzeichnung ASP 131 -06 lässt sich für eine Umsetzung der Erfindung nutzen.
In einer Ausgestaltung geschieht das Umschließen durch Einbringen des ersten Endes und anschließendes zumindest teilweises Füllen der Einbuchtung mit der Metallmikropartikelpaste, oder wobei das Umschließen durch Eintauchen des ersten Endes in die Metallmikropartikelpaste der zumindest teilweise mit der Metallmikropartikelpaste gefüllten Einbuchtung geschieht.
In einer Ausgestaltung umfasst der Trocknungsprozess ein Erwärmen der Metallmikropartikelpaste auf eine Trocknungstemperatur von mindestens 150°C, und insbesondere mindestens 180°C, und bevorzugt mindestens 210° C.
In einer Ausgestaltung umfasst der Trocknungsprozess ein Halten der Trocknungstemperatur über mindestens 20 Minuten, und insbesondere mindestens 35 Minuten, und bevorzugt mindestens 50 Minuten umfasst.
In einer Ausgestaltung umfasst eine Temperaturanpassung von Zimmertemperatur zu
Trocknungstemperatur und/oder von Trocknungstemperatur zu Zimmertemperatur eine Zeitdauer von mindestens 20 Minuten, und insbesondere mindestens 35 Minuten, und bevorzugt mindestens 50 Minuten.
In einer Ausgestaltung weisen Partikel der Metallmikropartikelpaste eine maximale Ausdehnung von kleiner als 50 Mikrometer, und insbesondere kleiner als 35 Mikrometer und bevorzugt kleiner als 20 Mikrometer auf.
Je kleiner eine maximale Ausdehnung der Partikel ist, desto größer ist ein Verhältnis einer
Partikeloberfläche zu einem Partikelvolumen, so dass Kontaktkräfte zwischen einzelnen Partikeln immer dominanter werden und der Metallmikropartikelpaste eine ausreichende Festigkeit verleihen.
Es kann vorteilhaft sein, das Trocken der Metallmikropartikelpaste in einer Hochdruckatmosphäre von mindestens 3 Bar, und bevorzugt mindestens 5 Bar und insbesondere mindestens 10 Bar durchzuführen.
Eine erfindungsgemäße Spulenvorrichtung eines Schwingungssensors oder Schwingungserregers eines Messaufnehmers oder eines Messgeräts zur Messung einer Dichte oder eines
Massedurchflusses eines durch mindestens ein Messrohr des Messaufnehmers bzw. Messgeräts Mediums, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der vorigen Ansprüche umfasst: Eine Leiterplatte mit mindestens einer Leiterplattenschicht, wobei jede Leiterplattenschicht eine erste Seitenfläche und einer der ersten Seitenfläche gegenüberliegenden zweiten Seitenfläche aufweist, mindestens eine Spule eingerichtet zum Erfassen oder Erzeugen eines zeitlich variierenden Magnetfelds, wobei die Spule zumindest abschnittsweise mittels einer elektrisch leitfähigen
Leiterbahn ausgebildet ist, wobei die Spule auf der ersten Seitenfläche und/oder zweiten
Seitenfläche einer Leiterplattenschicht angeordnet ist, wobei die mindestens eine Spule jeweils ein erstes Spulenende und jeweils ein zweites Spulenende aufweist, wobei die Spulenvorrichtung zumindest ein erstes, mit dem ersten Spulenende verbundenes Kontaktierungselement und zumindest ein zweites, mit dem zweiten Spulenende verbundenes Kontaktierungselement aufweist, über welche Kontaktierungselemente die Spulenvorrichtung mittels jeweils einer elektrischen Anschlussleitung an eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung eines Coriolis-Messgeräts anschließbar ist, wobei die Leiterplatte in einer Randfläche mindestens eine Einbuchtung mit einem Boden und einer Umrandung aufweist, wobei jeweils ein Kontaktierungselement auf dem Boden jeweils einer Einbuchtung angeordnet ist, wobei zumindest eine elektrische Anschlussleitung der Spulenvorrichtung ein erstes Ende aufweist, welches erste Ende in einer Einbuchtung angeordnet ist, wobei die Einbuchtung zumindest teilweise mit einer festen Metallmikropartikelmasse gefüllt ist, welche das erste Ende hält und eine elektrische Verbindung zwischen der elektrischen Anbindung und dem Kontaktierungselement vermittelt.
Die Metallmikropartikelpaste füllt dabei beispielsweise mindestens 30% und bevorzugt mindestens 60% und insbesondere mindestens 80% eines Volumens der Einbuchtung aus.
Es ist dabei von Vorteil, wenn die Metallmikropartikeltinte die Umrandung benetzt.
In einer Ausgestaltung weist die Umrandung im Bereich der Metallmikropartikelmasse zumindest abschnittsweise Unebenheiten beispielsweise in Form einer Riffelung oder einer Abstufung auf, welche Unebenheiten dazu eingerichtet sind, die Metallmikropartikelmasse zu halten.
Bevorzugt weisen die Unebenheiten senkrecht zur Umrandung eine Höhe größer als eine halbe maximale Ausdehnung der Partikel auf. Dadurch greift nach Abschluss des Trocknungsprozesses die Metallmikropartikelmasse in die Unebenheiten ein und ist dadurch fest gehalten. In einer Ausgestaltung weist die Metallmikropartikelmasse Mikropartikel zumindest eines Metalls aus folgender Liste auf: Silber, Gold, Kupfer, Platin, Tantal.
In einer Ausgestaltung ist das erste Ende der Anschlussleitung zumindest abschnittsweise gebogen oder geknickt ist. Auf diese Weise kann ein Herausrutschen der elektrischen Anschlussleitung aus der Metallmikropartikelmasse behindert werden.
Ein erfindungsgemäßer Messaufnehmer eines Messgeräts zum Erfassen eines Massedurchflusses oder einer Dichte eines durch mindestens ein Messrohr des Messaufnehmers strömenden Mediums, umfasst: das mindestens eine Messrohr mit einem Einlauf und einem Auslauf, welches dazu eingerichtet ist, das Medium zwischen Einlauf und Auslauf zu führen; mindestens einen Schwingungserreger, welcher dazu eingerichtet ist, das mindestens eine
Messrohr zu Schwingungen anzuregen; mindestens zwei Schwingungsensoren, welche dazu eingerichtet sind, die Auslenkung der
Schwingungen mindestens eines Messrohrs zu erfassen; wobei mindestens ein Schwingungserreger sowie die Schwingungsensoren jeweils eine
Spulenvorrichtung mit jeweils mindestens einer Spule, sowie jeweils eine Magnetvorrichtung aufweisen, wobei die Magnetvorrichtung und die Spulenvorrichtung relativ zueinander bewegbar sind, und wobei die Magnetvorrichtung und die Spulenvorrichtung eines Schwingungserregers bzw.
Schwingungsensors mittels magnetischer Felder miteinander wechselwirken, wobei die Schwingungsensoren jeweils eine erfindungsgemäße Spulenvorrichtung aufweisen.
In einer Ausgestaltung weist der Messaufnehmer ein Trägerkörper mit einer Trägerkörperkammer auf, welche Trägerkörperkammer dazu eingerichtet ist, das mindestens eine Messrohr zu behausen und mediendicht von einer Umgebung abzuschließen, wobei die mindestens eine Spulenvorrichtung in der Trägerkörperkammer angeordnet ist, wobei die Trägerkörperkammer mit einem nichtkorrosiven Schutzgas gefüllt ist, welches
beispielsweise Stickstoff, Helium oder Argon aufweist.
In einer Ausgestaltung weist der Coriolis-Messaufnehmer eine mediendichte Leitungsdurchführung zum Durchführen der elektrischen Anschlussleitungen auf.
Ein erfindungsgemäßes Messgerät umfasst: Einen erfindungsgemäßen Messaufnehmer; eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung, wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung dazu eingerichtet ist, die Schwingungsensoren und den Schwingungserreger zu betreiben, und mittels elektrischer Anschlussleitungen mit diesen verbunden ist, wobei die mindestens eine elektrische Verbindung mittels einer Kabelführung zur elektronischen Mess-/Betriebsschaltung geführt ist, wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung weiter dazu eingerichtet ist,
Massedurchflussmesswerte und/oder Dichtemesswerte zu ermitteln und bereitzustellen, wobei das Messgerät insbesondere ein Elektronikgehäuse zum Behausen der elektronischen Mess- /Betriebsschaltung aufweist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.
Fig. 1 skizziert ein Messgerät 200 mit einem Messaufnehmer 100.
Fig. 2 skizziert eine erfindungsgemäße Spulenvorrichtung 1.
Fig. 3 skizziert vergrößerte Ausschnitte eines Kontaktbereichs zwischen einer Umrandung und einer Metallmikropartikelmasse.
Fig. 4 skizziert eine Anordnung einer erfindungsgemäßen Spulenvorrichtung an einem Messrohr eines Messaufnehmers.
Fig. 5 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Spulenvorrichtung.
Fig. 1 skizziert ein Messgerät 200 mit einem Messaufnehmer 100, wobei der Messaufnehmer zwei Messrohre 1 10 aufweist, welche durch einen Trägerkörper 120 des Messaufnehmers gehalten sind. Die Messrohre münden einlaufseitig in einen ersten Sammler 131 und auslaufseitig in einen zweiten Sammler 132, wobei die Sammler 130 dazu eingerichtet sind, ein von einer Rohrleitung (nicht dargestellt) in den Messaufnehmer einströmendes Medium aufzunehmen und gleichmäßig auf die Messrohre zu verteilen. Entsprechend ist der zweite Sammler dazu eingerichtet, das aus den Messrohren herausströmende Medium aufzunehmen und in die Rohrleitung zu überführen. Der Messaufnehmer ist dabei über Prozessanschlüsse 140, insbesondere Flansche an die Rohrleitung angeschlossen. Der Messaufnehmer weist einen Schwingungserreger 1 1 auf, welcher dazu eingerichtet ist, die Messrohre zum Schwingen anzuregen. Der Messaufnehmer weist zusätzlich zwei Schwingungssensoren 10 auf, welche dazu eingerichtet sind, die Schwingungen der Messrohre zu erfassen. Der Trägerkörper ist dazu eingerichtet, die Messrohre in einer Trägerkörperkammer 121 zu behausen und luftdicht von einer Umgebung abzuschließen. Die Trägerrohrkammer ist dabei bevorzugt mit einem nichtkorrosiven Gas wie beispielsweise Stickstoff, Helium oder Argon gefüllt, um eine Korrosion der Spulenvorrichtung zu verhindern.
Der Fachmann ist dabei nicht auf die hier genannten Anzahlen von Messrohren,
Schwingungserregern und Schwingungssensoren beschränkt. Die hier gezeigte Ausführung ist in diesen Aspekten beispielhaft.
Das Messgerät weist eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung 210 auf, welche dazu eingerichtet ist, den Schwingungserreger sowie die Schwingungssensoren zu betreiben, und Massedurchfluss- und/oder Dichtemesswerte des Mediums zu berechnen und auszugeben. Die elektronische Mess- /Betriebsschaltung ist dabei mittels elektrischer Verbindungen 220 mit den Schwingungssensoren sowie dem Schwingungserreger verbunden. Das Messgerät weist ein Elektronikgehäuse 230 auf, in welchem die elektronische Mess-/Betriebsschaltung angeordnet ist. Zur Bestimmung des
Massedurchflusses nutzt das Messgerät den Coriolis-Effekt des durch die Messrohre strömenden Mediums, wobei die Strömung die Messrohrschwingungen charakteristisch beeinflusst.
Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Spulenvorrichtung 1 mit einer Leiterplatte 2, einer ersten Seitenfläche 3.1 und einer zweiten Seitenfläche 3.2 aufweist. Eine Spule 4 mit einem ersten Spulenende 4.1 und einem zweiten Spulenende 4.2 ist in Form einer elektrisch leitfähigen Leiterbahn 4.3 wie hier dargestellt auf die erste Seitenfläche 3.1 aufgebracht. Die Spulenvorrichtung weist Kontaktierungselemente 5 auf, mit einem ersten Kontaktierungselement 5.1 und einem zweiten Kontaktierungselement 5.2. Das erste Kontaktierungselement ist dabei mit dem ersten Spulenende 4.1 verbunden, und das zweite Kontaktierungselement ist mit dem zweiten Spulenende 4.2 verbunden. Die Kontaktierungselemente 5 sind dabei mittels einer Metallmikropartikelmasse bedeckt, welche jeweils eine elektrische Anschlussleitung 7 an einem ersten Ende 7.1 einschließt.
Wie in Fig. 2 in der unteren Seitenansicht SA1 dargestellt, kann eine Leiterplatte 3 mehrere
Leiterplattenschichten aufweisen, wobei mehrere Leiterplattenschichten jeweils eine Spule aufweisen. Die Spulen mehrerer Leiterplattenschichten sind dabei über Durchkontaktierungen (nicht gezeigt) verbunden, so dass die Spulen verschiedener Leiterplattenschichten bei Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den Durchkontaktierungen konstruktiv interferierende Magnetfelder erzeugen.
Der Fachmann wird eine Spulenvorrichtung gemäß seiner Bedürfnisse einrichten. Der Fachmann kann unabhängig von der Anzahl der Leiterplatten mehr als zwei Kontaktierungselemente einrichten.
Die Kontaktierungselemente 5 sind erfindungsgemäß in Einbuchtungen 6 beispielsweise auf einem Boden 6.1 der Einbuchtungen angeordnet. Alternativ können die Kontaktierungselemente auch auf einer Umrandung der Einbuchtung angeortinet sein. Die Einbuchtungen können wie beispielsweise in der oberen und mittleren Seitenansicht SA1 gezeigt beispielsweise durch eine Aussparung in der Leiterplatte, oder wie in der unteren
Seitenansicht SA1 mittels Einkerbungen einer zusammenhängenden Gruppe von Leiterplatten ausgebildet sein. Die eine Einbuchtung bildende zusammenhängende Gruppe kann bei
verschiedenen Kontaktierungselementen verschieden sein. Nicht notwendigerweise alle
Kontaktierungselemente sind auf einer Leiterplatte angeordnet. Anstatt einer Einkerbung kann eine Leiterplatte auch eine geringere Abmessung wie zumindest eine benachbarte Leiterplatte aufweisen, so dass ein Kontaktierungselement nicht durch die Leiterplatte mit geringeren Abmessungen bedeckt wird. Da die Metallmikropartikelmasse unter Umständen mit Sauerstoff oder anderen korrosiven Medien reagieren kann, und somit eine Haltefunktion und/oder eine elektrische
Leitfähigkeit verlieren kann, ist es von Vorteil, wenn die Trägerkörperkammer mit einem
nichtkorrosiven Medium, insbesondere einem Gas gefüllt ist.
Insbesondere bei Anwendungen mit hohen Temperaturen oberhalb von 240 oder insbesondere oberhalb von 300°C kann eine Zersetzung der Metallmikropartikelmasse beschleunigt stattfinden.
Die Metallmikropartikelpaste füllt dabei beispielsweise mindestens 30% und bevorzugt mindestens 60% und insbesondere mindestens 80% eines Volumens der Einbuchtung aus.
Es ist dabei von Vorteil, wenn die Metallmikropartikeltinte die Umrandung benetzt.
Fig. 3 skizziert schematische vergrößerte Ausschnitte eines Kontaktbereichs zwischen einer Umrandung 6.2 und Partikeln der Metallmikropartikelmasse 8, wobei der linke Ausschnitt eine Umrandung mit unregelmäßigen Unebenheiten aufweist, in welche Partikel der
Metallmikropartikelmasse eingreifen. Der rechte Ausschnitt zeigt eine Umrandung, bei welcher Unebenheiten durch verschiedene Leiterplattenschichten erzeugt sind. Auch hier greifen Partikel der Metallmikropartikelmasse in die Unebenheiten ein. Alternativ oder ergänzend kann auch der Boden 6.1 Unebenheiten aufweisen.
Fig. 4 skizziert schematisch eine Seitenansicht auf ein Messrohr 1 10 eines Messgeräts mit zwei Schwingungssensoren 10 umfassend jeweils eine erfindungsgemäße Spulenvorrichtung 1 aus einer Seitenansicht SA2, siehe Fig. 2, wobei die Schwingungssensoren wie im linken Bereich der Fig. 4 skizziert jeweils mittels einer Halterung H mit dem Messrohr 1 10 verbunden sind und dazu eingerichtet sind, dessen Schwingungsbewegungen zu folgen, oder wobei die
Schwingungssensoren jeweils mittels einer Halterung H mit dem Trägerkörper 120 mechanisch verbunden sind, wie im rechten Bereich der Fig. 4 skizziert. Magnetvorrichtungen 9, welche wie hier skizziert an einem durch das gezeigte Messrohr verdeckten zweiten Messrohr montiert sind und dazu eingerichtet sind, dessen Schwingungsbewegungen folgen, wechselwirken im Messbetrieb mit den zugehörigen Spulenvorrichtungen über elektromagnetische Felder. Bei entgegengesetzten Messrohrschwingungen sind somit Schwingungen mittels in der Spule induzierte elektrische Spannungen erfassbar.
Falls die Spulenvorrichtungen wie bei der linken Spulenvorrichtung skizziert am Messrohr befestigt sind, können die elektrischen Anschlussleitungen 7 am Messrohr entlanggeführt werden. Falls die Spulenvorrichtungen am Trägerkörper befestigt sind, wie bei der rechten Spulenvorrichtung skizziert, können die elektrische Anschlussleitung entlang des Trägerkörpers am Messrohr vorbeigeführt werden.
Alternativ kann der Messaufnehmer beispielsweise nur ein Messrohr aufweisen, wobei eine Magnetvorrichtung eines jeweiligen Sensors beispielsweise am Messrohr befestigt ist, und die zugehörige Spulenvorrichtung am Trägerkörper oder umgekehrt, oder auch mehr als zwei
Messrohre aufweisen. Das mindestens eine Messrohr kann wie hier dargestellt bogenförmig oder auch geradlinig ausgeführt sein. Die Anwendbarkeit der Spulenvorrichtungen ist nicht abhängig von einer Messrohrform.
Falls die Spulen am Trägerkörper befestigt sind, weist jedes Messrohr pro Schwingungssensor eine Magnetvorrichtung mit jeweils mindestens einem Magnet auf.
Fig. 5 skizziert die Verfahrensschritte eines Verfahrens 300 zur Herstellung einer
erfindungsgemäßen Spulenvorrichtung 1 , wobei in einem ersten Verfahrensschritt 301 ein erstes Ende der elektrischen Anschlussleitung in der Einbuchtung von der Metallmikropartikelpaste umschlossen wird. Dies kann durch Positionieren des ersten Endes in der Einbuchtung und anschließendes zumindest teilweises Füllen mit der Metallmikropartikelpaste bewerkstelligt werden, oder durch zumindest teilweises Füllen der Einbuchtung mit der Metallmikropartikelpaste und anschließendes Einführen des ersten Endes der elektrischen Anschlussleitung in die Einbuchtung.
In einem zweiten Verfahrensschritt 302 wird die Metallmikropartikelpaste getrocknet, wobei der Trocknungsprozess ein Aushärten der Metallmikropartikelpaste zur Folge hat, so dass eine
Metallmikropartikelmasse verbleibt. Bevorzugt weisen Partikel der Metallmikropartikelpaste eine maximale Ausdehnung von kleiner als 50 Mikrometer, und insbesondere kleiner als 35 Mikrometer und bevorzugt kleiner als 25 Mikrometer auf, da somit eine Haftung der Partikel aneinander und an Unebenheiten der Umrandung für einen festen Sitz der Metallmikropartikelmasse in der Umrandung sichergestellt ist.
Der Trocknungsprozess umfasst ein Erwärmen der Metallmikropartikelpaste auf eine
Trocknungstemperatur von mindestens 150°C, und insbesondere mindestens 180°C, und bevorzugt mindestens 210° C, um ein gutes Aushärten der Metallmikropartikelpaste zu unterstützen. Des Weiteren kann der Trocknungsprozess ein Halten der Trocknungstemperatur über mindestens 20 Minuten, und insbesondere mindestens 35 Minuten, und bevorzugt mindestens 50 Minuten umfassen, um ein gutes Aushärten der Metallmikropartikelpaste zu unterstützen. Um ein gleichmäßiges Aushärten zu unterstützen, kann eine Temperaturanpassung von Zimmertemperatur zu Trocknungstemperatur und/oder von Trocknungstemperatur zu
Zimmertemperatur eine Zeitdauer von mindestens 20 Minuten, und insbesondere mindestens 35 Minuten, und bevorzugt mindestens 50 Minuten umfassen. Das Trocknen sowie die das Aushärten kann auch Sinterprozesse zwischen verschiedenen Partikeln mit einschließen.
Es kann vorteilhaft sein, das Trocken der Metallmikropartikelpaste in einer Hochdruckatmosphäre von mindestens 3 Bar, und bevorzugt mindestens 5 Bar und insbesondere mindestens 10 Bar durchzuführen, auf diese Weise lassen sich Sintervorgänge zwischen einzelnen Partikeln der Metallmikropartikelpaste unterstützen.
Bezugszeichenliste
1 Spulenvorrichtung
2 Leiterplatte
3 Leiterplattenschicht
3.1 erste Seitenfläche
3.2 zweite Seitenfläche
4 Spule
4.1 erstes Spulenende
4.2 zweites Spulenende
4.3 elektrisch leitfähige Leiterbahn
5 Kontaktierungselement
5.1 erstes Kontaktierungselemente
5.2 zweites Kontaktierungselemente
6 Einbuchtung
6.1 Boden
6.2 Umrandung
6.21 Unebenheit
6.22 Riffelung
7 elektrische Anschlussleitung
7.1 erstes Ende der elektrischen Anschlussleitung
8 Metallmikropartikelmasse
9 Magnetvorrichtung
10 Schwingungssensor
1 1 Schwingungserreger 100 Messaufnehmer
1 10 Messrohr
1 1 1 Einlauf
1 12 Auslauf
120 Trägerkörper
121 T rägerkörperkammer
122 mediendichte Leitungsdurchführung 200 Messgerät
210 elektronische Mess-Betriebsschaltung 220 Elektronikgehäuse
300 Herstellungsverfahren
301 erster Verfahrensschritt
302 zweiter Verfahrensschritt
H Halterung

Claims

Patentansprüche
1. Herstellungsverfahren (300) einer Spulenvorrichtung (1 ) eines Schwingungssensors (9) oder Schwingungserregers (10) eines Messaufnehmers (100) oder eines Messgeräts (200) zur Messung einer Dichte oder eines Massedurchflusses eines durch mindestens ein Messrohr (1 10) des Messaufnehmers bzw. Messgeräts strömenden Mediums, wobei in einem ersten Verfahrensschritt (301 ) ein erstes Ende (7.1 ) einer elektrischen
Anschlussleitung (7) der Spulenvorrichtung in einer Einbuchtung (6) einer Leiterplatte der
Spulenvorrichtung mit einer Metallmikropartikelpaste umschlossen wird, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt (302) die Metallmikropartikelpaste getrocknet wird, wobei der Trocknungsprozess ein Aushärten der Metallmikropartikelpaste zur Folge hat, so dass eine Metallmikropartikelmasse verbleibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Umschließen durch Einbringen des ersten Endes und anschließendes zumindest teilweises Füllen der Einbuchtung mit der Metallmikropartikelpaste geschieht, oder wobei das Umschließen durch Eintauchen des ersten Endes in die Metallmikropartikelpaste der zumindest teilweise mit der Metallmikropartikelpaste gefüllten Einbuchtung geschieht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Trocknungsprozess ein Erwärmen der Metallmikropartikelpaste auf eine
Trocknungstemperatur von mindestens 150°C, und insbesondere mindestens 180°C, und bevorzugt mindestens 210° C umfasst.
4.Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Trocknungsprozess ein Halten der Trocknungstemperatur über mindestens 20 Minuten, und insbesondere mindestens 35 Minuten, und bevorzugt mindestens 50 Minuten umfasst.
5. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei eine Temperaturanpassung von Zimmertemperatur zu Trocknungstemperatur und/oder von Trocknungstemperatur zu Zimmertemperatur eine Zeitdauer von mindestens 20 Minuten, und insbesondere mindestens 35 Minuten, und bevorzugt mindestens 50 Minuten umfasst.
6. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei Partikel der Metallmikropartikelpaste eine maximale Ausdehnung von kleiner als 50
Mikrometer, und insbesondere kleiner als 35 Mikrometer und bevorzugt kleiner als 20 Mikrometer aufweisen.
7. Spulenvorrichtung (1 ) eines Schwingungssensors (10) oder Schwingungserregers (11 ) eines Messaufnehmers (100) oder eines Messgeräts (200) zur Messung einer Dichte oder eines
Massedurchflusses eines durch mindestens ein Messrohr des Messaufnehmers bzw. Messgeräts Mediums, hergestellt nach einem Verfahren (300) gemäß einem der vorigen Ansprüche umfassend:
Eine Leiterplatte (2) mit mindestens einer Leiterplattenschicht (3), wobei jede Leiterplattenschicht eine erste Seitenfläche (3.1 ) und einer der ersten Seitenfläche gegenüberliegenden zweiten Seitenfläche (3.2) aufweist, mindestens eine Spule (4) eingerichtet zum Erfassen oder Erzeugen eines zeitlich variierenden Magnetfelds, wobei die Spule zumindest abschnittsweise mittels einer elektrisch leitfähigen Leiterbahn (4.3) ausgebildet ist, wobei die Spule auf der ersten Seitenfläche und/oder zweiten Seitenfläche einer Leiterplattenschicht angeordnet ist, wobei die mindestens eine Spule jeweils ein erstes Spulenende (4.1 ) und jeweils ein zweites Spulenende (4.2) aufweist, wobei die Spulenvorrichtung zumindest ein erstes, mit dem ersten Spulenende verbundenes Kontaktierungselement (5.1 ) und zumindest ein zweites, mit dem zweiten Spulenende verbundenes Kontaktierungselement (5.2) aufweist, über welche Kontaktierungselemente (5) die Spulenvorrichtung mittels jeweils einer elektrischen Anschlussleitung (7) an eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung eines Messgeräts anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte in einer Randfläche mindestens eine Einbuchtung (6) mit einem Boden (6.1 ) und einer Umrandung (6.2) aufweist, wobei jeweils ein Kontaktierungselement auf dem Boden jeweils einer Einbuchtung angeordnet ist, wobei die elektrische Anschlussleitung (7) der Spulenvorrichtung ein erstes Ende (7.1 ) aufweist, welches erste Ende in einer Einbuchtung angeordnet ist, wobei die Einbuchtung zumindest teilweise mit einer festen Metallmikropartikelmasse gefüllt ist, welche das erste Ende hält und eine elektrische Verbindung zwischen der elektrischen Anbindung und dem Kontaktierungselement vermittelt.
8. Spulenvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Umrandung im Bereich der Metallmiknopartikelmasse zumindest abschnittsweise Unebenheiten (6.21 ) beispielsweise in Form einer Riffelung (6.22) aufweist, welche Unebenheiten dazu eingerichtet sind, die Metallmikropartikelmasse zu halten.
9. Spulenvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Metallmikropartikelmasse Mikropartikel zumindest eines Metalls aus folgender Liste aufweist: Silber, Gold, Kupfer, Platin, Tantal.
10. Spulenvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das erste Ende der Anschlussleitung (7.1 ) zumindest abschnittsweise gebogen oder geknickt ist.
1 1 . Messaufnehmer (100) eines Messgeräts zum Erfassen eines Massedurchflusses oder einer
Dichte eines durch mindestens ein Messrohr (1 10) des Messaufnehmers strömenden Mediums, umfassend: das mindestens eine Messrohr mit einem Einlauf (1 11 ) und einem Auslauf (1 12), welches dazu eingerichtet ist, das Medium zwischen Einlauf und Auslauf zu führen; mindestens einen Schwingungserreger (10), welcher dazu eingerichtet ist, das mindestens eine Messrohr zu Schwingungen anzuregen; mindestens zwei Schwingungssensoren (9), welche dazu eingerichtet sind, die Auslenkung der Schwingungen mindestens eines Messrohrs zu erfassen; wobei mindestens ein Schwingungserreger sowie die Schwingungssensoren jeweils eine
Spulenvorrichtung mit jeweils mindestens einer Spule, sowie jeweils eine Magnetvorrichtung (8) aufweisen, wobei die Magnetvorrichtung und die Spulenvorrichtung relativ zueinander bewegbar sind, und wobei die Magnetvorrichtung und die Spulenvorrichtung eines Schwingungserregers bzw. Schwingungssensors mittels magnetischer Felder miteinander wechselwirken, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungssensoren jeweils eine Spulenvorrichtung (1 ) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9 aufweisen.
12. Messaufnehmer (100) nach Anspruch 1 1 , wobei der Messaufnehmer einen Trägerkörper (120) mit einer Trägerkörperkammer (121 ) aufweist, welche Trägerkörperkammer dazu eingerichtet ist, das mindestens eine Messrohr (1 10) zu behausen und mediendicht von einer Umgebung abzuschließen, wobei der Trägerkörper dazu eingerichtet ist, dass Messrohr zu tragen, wobei die mindestens eine Spulenvorrichtung (1 ) in der Trägerkörperkammer (121 ) angeordnet ist, wobei die Trägerkörperkammer mit einem nichtkorrosiven Schutzgas gefüllt ist, welches beispielsweise Stickstoff, Helium oder Argon aufweist.
13. Messaufnehmer (100) nach Anspruch 1 1 oder 12, wobei der Trägerkörper eine mediendichte Leitungsdurchführung (122) zum Durchführen der elektrischen Anschlussleitungen (7) aufweist.
14. Messgerät (200) umfassend: Einen Messaufnehmer (100) nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13; eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung (210), wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung dazu eingerichtet ist, die Schwingungsensoren und den Schwingungserreger zu betreiben, und mittels elektrischer Anschlussleitungen (7) mit diesen verbunden ist, wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung (210) weiter dazu eingerichtet ist,
Massedurchflussmesswerte und/oder Dichtemesswerte zu ermitteln und bereitzustellen, wobei das Messgerät insbesondere ein Elektronikgehäuse (220) zum Behausen der elektronischen Mess-/Betriebsschaltung aufweist.
15. Messgerät nach Anspruch 14, wobei die mindestens eine elektrische Verbindung mittels einer Kabelführung zur elektronischen Mess-/Betriebsschaltung geführt ist.
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