CN112577556A - 用于磁感应流量计的杆状测量电极 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种用于磁感应流量计的杆状测量电极(6、7)，具有设置在杆的一个端部处的、用于与测量介质接触的端面(15)，以及具有多个沿杆的纵向方向延伸经过杆的一长度的、由交替的陶瓷层(18)和金属层(19)组成的片层(17)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于具有陶瓷测量管的磁感应流量计的杆状测量电极。
本发明还涉及一种具有这种测量电极的陶瓷测量管和具有这种测量管的磁感应流量计。
背景技术
磁感应流量计通常由具有不导电内表面的不导磁测量管、沿直径方向布置在测量管外部的电磁线圈和至少两个穿过管壁并与穿流过管壁的测量介质接触的测量电极组成。在电磁线圈的帮助下产生脉冲磁场，该磁场垂直于流动方向穿透测量管和在测量管中流动的测量介质。在必须具有高于最小电导率的电导率的测量介质中会产生一个信号电压，该信号电压借助测量电极进行分流，然后对该信号电压进行评估。
对于测量管和测量电极，对测量介质的耐腐蚀性、压力耐受性和温度耐受性以及测量电极引线的密封性存在高的要求。测量电极还必须保证与测量介质之间的良好电过渡。
由于铂或其他合适的贵金属的材料成本高昂，因此DE102005029324A1提出了一种两部分式测量电极，其具有与测量介质接触的头部部段以及轴部，其中，头部部段由贵金属或者贵金属合金(利用例如铂、金或钽作为主要部分)制成，轴部由非贵金属或者金属合金(利用例如铁、锌或铜作为主要成分)制成。
如从DE4335697A1中已知的那样，陶瓷制成的测量管在很大程度上满足了上述对耐腐蚀性、压力耐受性和温度耐受性的要求，但是难以制造用于金属电极的高密度的引线。因此，已经提出了由陶瓷、陶瓷和金属(例如铂)制成的复合材料制成的测量电极。能够将设计为杆的金属陶瓷测量电极***测量管的生陶瓷的孔中，并与测量管一起被烧结。在烧结时，测量电极的陶瓷部分连接到周围的陶瓷上，其中，在测量管和测量电极之间形成一个没有任何潜在的泄漏点陶瓷连接区域。
在DE 3727993A1中，考虑到一方面铂的成本高，另一方面导电陶瓷材料的导电性相对于金属较低，因此提出了由陶瓷芯杆形成测量电极，该陶瓷芯杆沿其纵向延伸并在与测量介质接触的端面处涂覆例如铂或铂铱合金的高熔点金属。由于涂层，可以减少所需的金属量，并且还可以增加测量电极的直径，以实现测量电极的低阻抗。将烧结的或者可能半烧结的金属涂覆的芯杆***到未烧结或半烧结的陶瓷测量管的孔中，并与测量管一起被烧结。
在这种测量电极引线的情况下，在芯杆的金属涂层和测量管的陶瓷之间的界面方面能够出现与上述DE 4335697A1中所述的关于在陶瓷测量管中烧结铂测量电极的问题类似的问题。
由DE102005002904 A1已知一种用于磁感应流量计的电极，该电极具有由金属制成的带有由合成材料制成的内管衬里的测量管。电极包括一个由不锈钢制成的T形载体，载体的载体纵梁以电绝缘的方式在测量管中的开口中被引导，并且载体的载体纵梁严密密封地安装在测量管的内衬的凹槽中。在载体纵梁上施加有由诸如铂或金的贵金属制成的至少一个第一薄层以及在其之上的由诸如氮化钛或氮化铝钛的导电陶瓷制成的第二薄层。双层至少形成在载体的面向测量管内部的侧面上。
发明内容
本发明的目的是，提出一种用于具有陶瓷测量管的磁感应流量计的、具有降低的贵金属含量的替代的测量电极。
根据本发明，该目的通过本发明所述的杆状测量电极来实现。
在各个实施例中给出了根据本发明的测量电极的有利改进方案。
因此，本发明的主题是一种用于磁感应流量计的杆状测量电极，该测量电极具有陶瓷测量管，具有设置在杆的一个端部处用于与测量介质接触的端面，并且具有多个沿杆的纵向方向延伸经过杆的一长度的、、由交替的陶瓷层和包括贵金属或者贵金属合金的金属层组成的片层。
本发明的主题还涉及一种用于具有孔的磁感应流量计的陶瓷测量管，这样的测量电极***、特别是烧结在孔中，以及涉及一种具有这种测量管的磁感应流量计。
测量电极不能任意薄，并且必须具有最小直径，以便能够制造测量电极并将其***电磁流量计的测量管中。在根据本发明的测量电极中，由暴露在端面上的金属层形成用于测量介质的有效电极表面并且金属的体积比例均取决于金属层的厚度、陶瓷层的厚度和片层的数量。因此，在给定的测量电极直径的情况中，能够在减少的贵金属比例的情况下实现不同尺寸的有效电极表面。
由交替的陶瓷层和金属层构成的片层能够围绕杆状测量电极的纵轴线以螺旋或同心的方式延伸。但是它们也能够在多个平行的平面中形成。
可以通过不同的浇铸、喷涂或印刷方法来生产陶瓷层。有利地，陶瓷层可以由陶瓷薄膜组成，陶瓷薄膜例如能够在施加金属层后卷绕成圆柱形的卷轴。
测量电极例如可以基于生陶瓷来制造，然后将测量电极***到测量管的孔中并与测量管一起被烧结。为此，测量电极优选地构造成：最外片层由陶瓷层形成。
为了进一步降低用于金属层的材料费用和成本，金属层中所包括的贵金属比例能够在测量电极的长度上从与测量介质接触的一个端部处的至少约70％至100％下降到在另一个端部处的至少约0％。补充地或替代地，金属层能够在靠近测量电极的与测量介质接触的端部附近连续，并且在朝向另一个端部的方向上不连续。
附图说明
下面根据实施例并参考附图对本发明进行说明；详细示出：
图1示出了磁感应流量计，
图2和图3示出了杆状测量电极的实例，
图4至9示出了在不同的电极配置的情况下，测量电极的用于与测量介质接触的端面，
图10示出了由陶瓷层和金属层构成的片层的实例，以及
图11示出了圆形地卷绕的测量电极的实例，具有在长度上变化的组成的金属层。
在各个附图中，相同的附图标记具有相同的含义。这些附图纯粹是示意性的，并不代表任何比例。
具体实施方式
图1以简化的示意图示出了具有由陶瓷(例如氧化铝或部分稳定的氧化锆)制成的测量管2的磁感应流量计1的方框图。至少略微导电的测量介质3流过测量管2。与流过的测量介质3接触的两个测量电极6、7被***到测量管2的两个沿直径相对的孔4、5中。两个电磁线圈8、9在直径上彼此相对地布置在测量管2的外侧，横向于电极6、7之间的连接线段。电磁线圈8、9由驱动器电路10提供周期性地接通和断开或极性颠倒的电流，并且产生穿过测量管6和在其中流动的测量介质3的脉冲磁场或交变磁场11。由于测量介质3横向于磁场11流动，因此感应出测量电压，该测量电压经由两个测量电极6、7分流，并且然后在评估装置12中进行评估，以求出测量介质3的流量的测量结果13。
图2实例性地示出了两个结构相同的测量电极6、7之一，在此是以圆形横截面的杆的形式的测量电极6。位于杆的一个端部14处的端面15用于与测量介质3接触，而测量电极6、7的另一个端部16用于与连接到评估装置12的连接导电接触。
图3示出了具有矩形横截面的杆状测量电极6的另一实例。
图4在端面15上的视角示出了在图2中示出的具有圆形横截面的杆状测量电极6的实例。测量电极6由交替的陶瓷层18和金属层19组成的多个片层17构成。在这里示出的实例中，片层17形成在多个平行的平面中，其中，这些片层沿纵向方向(图2)延伸经过杆状测量电极6的一定的长度。
图5以在端面15上的视角示出了在图3中示出的具有矩形横截面的杆状测量电极6的实例。在此，测量电极6也由在多个平行的平面中延伸的由交替的陶瓷层18和金属层19组成的片层17构成。
图6以在端面15上的视角示出了在图2中示出的具有圆形横截面的杆状测量电极6的另一实例。在此，由交替的陶瓷层18和金属层19组成的片层17被施加到芯杆20上并且同心圆柱形地围绕杆状测量电极6的纵轴线21(图2)延伸。
在图7所示的实例中，由交替的陶瓷层18和金属层19组成的片层17围绕杆状的测量电极6的纵轴线21螺旋地伸展。
在图8所示的实例中，由交替的陶瓷层18和金属层19组成的片层17以螺旋地卷绕在芯杆20上。
最后，图9以在端面15上的视角示出了在图3中示出的具有矩形横截面的杆状测量电极6的一个实例。在此，由交替的陶瓷层18和金属层19组成的片层17围绕杆状的测量电极6的纵轴线21(图3)呈矩形螺旋地伸展。
金属层19基本上或大部分由铂或铂合金制成，其中，也能够考虑其他贵金属或贵金属合金。对测量介质3有效的电极表面在端面15处暴露的金属层19形成，并取决于金属层19的厚度、陶瓷层18的厚度和片层17的数量。在根据图7的实例的情况中，在100μm厚的陶瓷层18、5μm厚的金属层19和14匝的情况下能够实现0.34mm2的有效电极表面。然后，测量电极6的直径为3mm，并且金属的体积比例为5％。为了增加与测量介质3的接触或适应接触阻抗，端面15能够涂覆有金属层19的金属。
图10示出了在测量电极6的端部14的区域中具有陶瓷层18和金属层19的片层17的一部分，其中，测量电极经由其端面15与测量介质3接触。在端部14的区域中，特别是在端面15处，金属层19是连续的，而其在朝向另一个端部16的方向上包括不连续部22。由于不连续部22，能够进一步减少金属层19的材料费用和成本。根据不连续部22的设计能够实现不同地不连续的、例如网状的金属结构。
图11示例性地以透视图示出了根据图7的测量电极6。金属层19一方面包括例如诸如铂的贵金属(或贵金属合金)，以便在测量电极6的端面15处保持与测量介质3的良好的电接触和无腐蚀的接触，另一方面包括成本更低的同样高熔点的金属(或金属合金)，像镍、镍钼合金、钽或例如石墨，以便能够通过钎焊、熔焊、粘合等实现利用电导体到评估装置12(图1)的连接。如图所示，在测量电极6的长度1上，贵金属(这里是Pt)的百分比从端部14处的高值(例如70％至100％)降低到在另一个端部16处的低值(例如0％)。非贵金属(例如NiMo)的百分比从测量电极6的一个端部14到另一个端部16沿相同方向增加。
在根据图6的实施例中，能够通过合适的涂层方法将同心圆柱状的陶瓷层18和金属层19依次施加到陶瓷芯杆20上，其中，最后也在此切割成待制造的测量电极6的长度1。
另外，陶瓷层18可以由陶瓷膜(陶瓷带)制成，在图7至图9所示的实例的情况下，能够在施加金属涂层之后，将其卷绕成圆柱形卷轴。在根据图8的实例的情况下，在芯杆20上实现卷绕，芯杆同样由陶瓷制成。卷轴的长度能够是待制造的测量电极6的长度1的多倍，卷轴最终被切割成测量电极6的长度。
在根据图4和5的实施例中，由金属涂覆的陶瓷薄膜形成薄膜堆叠，该薄膜堆叠同样被切割成待制造的测量电极6的尺寸。
金属层19能够通过合适的方法(例如喷涂或印刷方法)被施加在陶瓷18上。
测量电极6、7和测量管2能够在第一步骤中基于生陶瓷制造。然后将测量电极6、7***测量管2的孔4、5中，并最终与测量管一起被烧结。为此目的，测量电极6、7例如优选地构造成最外片层17由陶瓷层18形成。因此，能够利用金属涂层向内卷绕陶瓷薄膜。在烧结期间，陶瓷收缩，因此例如在卷绕片层17时产生的中间空间闭合。为了影响收缩程度或适应不同的收缩程度，可以在将测量电极6、7在***到测量管2的孔4、5中之前对其进行预烧结。
也可行的是，能够借助于玻璃熔块作为粘合材料(玻璃熔块粘结)将完成烧结的测量电极6、7固定在测量管2的孔4、5中。
Claims (11)
1.一种用于具有陶瓷测量管(2)的磁感应流量计的杆状测量电极(6、7)，所述杆状测量电极具有设置在杆的一个端部(14)处的、用于与测量介质(3)接触的端面(15)，所述杆状测量电极还具有沿所述杆的纵向方向延伸经过所述杆的一长度的多个片层(17)，所述片层由陶瓷层(18)和包括贵金属或者贵金属合金的金属层(19)交替地组成。
2.根据权利要求1所述的杆状测量电极(6、7)，其特征在于，所述片层(17)围绕所述杆的纵轴线(21)螺旋形地伸展。
3.根据权利要求1所述的杆状测量电极(6、7)，其特征在于，所述片层(17)围绕所述杆的纵轴线(21)同心地伸展。
4.根据权利要求1所述的杆状测量电极(6、7)，其特征在于，所述片层(17)在多个平行的平面中伸展。
5.根据前述权利要求中任一项所述的杆状测量电极(6、7)，其特征在于，所述陶瓷层(18)由陶瓷薄膜组成。
6.根据前述权利要求中任一项所述的杆状测量电极(6、7)，其特征在于，最外的片层是所述陶瓷层(18)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的杆状测量电极(6、7)，其特征在于，所述金属层(19)包括贵金属或贵金属合金，尤其是铂，所述贵金属或所述贵金属合金的比例(％)在所述杆的所述长度上从在一个端部(14)处至少约70％至100％减少到在另一个端部处(16)至少大约0％。
8.根据前述权利要求中任一项所述的杆状测量电极(6、7)，其特征在于，所述金属层(19)在所述杆的一个端部(14)附近连续，并在朝另一个端部(16)的方向上不连续。
9.根据前述权利要求中任一项所述的杆状测量电极(6、7)，其特征在于，被设置用于与所述测量介质(3)接触的所述端面(15)被所述金属层(19)的金属涂覆。
10.一种用于磁感应流量计的陶瓷测量管(2)，所述陶瓷测量管具有孔(4、5)，根据前述权利要求中任一项所述的测量电极(6、7)***、特别是被烧结在所述孔中。
11.一种磁感应流量计，具有根据权利要求10所述的陶瓷测量管(2)。
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