DE3301659A1

DE3301659A1 - Fluidleckage-nachweiselement

Info

Publication number: DE3301659A1
Application number: DE19833301659
Authority: DE
Inventors: Ken Shimoinayo Ibaraki Ichiryu; Naohiko Hitachi Iwata; Yoshito Tanaka
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-02-26
Filing date: 1983-01-19
Publication date: 1983-09-15
Also published as: US4500865A; JPH0221533B2; DE3301659C2; JPS58147627A

Description

HITACHI, LTD.

5-1, Marunouchi 1-chome, Chiyoda-ku, Tokyo, Japan

Fluidleckage-Nachweiselement

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fluidleckage-Nachweiselement, das in einem Fluidleckage-Detektor zum Nachweis eines externen Fluidaustritts aus Rohrleitungssystemen und in diese eingebauten Einrichtungen eingesetzt wird, insbesondere zum Einsatz in einem Fluidleckage-Detektor, der zum Nachweis einer Vielzahl von Leckagearten zwischen einer nur geringen Sickermenge und einer großen Austrittsmenge aus Industrieeinrichtungen, Druckbehältern, Erdölleitungen, Öltanks sowie Pumpen, Motoren und verschiedenen Steuerventilen, die durch unterschiedliche Fluidarten verstellbar sind, geeignet ist.

Normalerweise sind in einer Anlage wie etwa einer Erdölraffinerie viele Fluidrohrleitungssysteme zum Betrieb der Raffinerie in enger Nachbarschaft angeordnet, und in die Rohrleitungssysteme sind viele Ventile und andere Vorrichtungen eingebaut.

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Infolge einer langen Benutzungszeit oder durch die Einwirkung einer externen Kraft, z. B. durch ein Erdbeben, treten an den Leitungsrohren der Rohrleitungssysteme und Ventile und der anderen darin eingebauten Vorrichtungen Risse und an den Anschlußstellen Zwischenräume auf. Das Auftreten eines Risses in irgendeinem der Rohre, Ventile und sonstigen Vorrichtungen des Rohrleitungssystems oder die Ausbildung eines Zwischenraums an irgendeiner Verbindungsstelle resultiert in einem Fluidaustritt durch den Riß oder Zwischenraum, und dieser Fluidaustritt führt zu einer Beeinträchtigung der Sicherheit der Anlage. Somit wird eine Vorrichtung zum Nachweis einer Fluidleckage eingesetzt, um die Sicherheit der Anlage zu gewährleisten.

Bei einem bekannten Fluidleckage-Detektor wird für den Nachweis einer Fluidleckage eine Änderung des elektrischen Widerstandswerts eines Widerstandselements infolge seines Kontakts mit einem zu erfassenden Fluid genutzt (vgl. z. B. die offengelegten JA-Patentanmeldungen Nr. 113928/80 und Nr. 151250/80).

Bei einem solchen Fluidleckage-Detektor vom Widerstandstyp müssen die Nachweisempfindlichkeit, die Ansprech-Charakteristik, die Antikorrosionseigenschaften, die mechanische Festigkeit und die Zuverlässigkeit des Widerstandselements berücksichtigt werden. In dieser Beziehung ist jedoch keiner der bekannten Detektoren vollständig zufriedenstellend.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Fluidleckage-Nachweiselements hoher Festigkeit, das äußerst zuverlässig arbeitet und leicht herstellbar ist.

Das Fluidleckage-Nachweiselement nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch ein wärmeerzeugendes Widerstandselement und ein Temperaturausgleichs-Widerstandselement, die auf einem Substrat angeordnet sind, wobei jedes Widerstandselement als Paste aus einem Metall mit hohem Temperaturkoeffizienten und hoher Wärmeleitzahl und mit höherem Schmelzpunkt als die Brenntemperatur des Substrats hergestellt ist und die Widerstandselemente als Dickfilme auf das Substrat gedruckt sind, wobei das Substrat hinreichend elektrisch isolierend wirkt und eine hohe Wärmeleitzahl hat.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform des Fluidleckage-Nachweiselements nach der Erfindung;

Fig. 2 eine Perspektivansicht des Nachweiselements von Fig. 1; und

Fig. 3 eine Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform des Fluidleckage-Nachweiselements.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform des Fluidleckage-Nachweiselements. Dieses ist an einer Stelle eines Körpers 1, an dem ein Fluidaustritt erfolgen kann, befestigt. Das Nachweiselement umfaßt ein Keramiksubstrat 2, ein wärmeerzeugendes Widerstandselement 3, ein Temperaturausgleichs-Widerstandselement 4 und einen Wärmeisolator Das Keramiksubstrat 2 ist als dünne Keramikschicht mit hoher Wärmeleitzahl ausgeführt und ist hinreichend warmfest und elektrisch isolierend. Die Dicke der Keramikschicht 2

beträgt ca. 0,3-0,5 mm. Das wärmeerzeugende Widerstandselement 3 und das Temperaturausgleichs-Widerstandselement 4 sind jeweils als Dickfilm aus einem Metall wie Wolfram ausgeführt, dessen Schmelzpunkt höher als die Brenntemperatur des Keramiksubstrats 2 liegt. Der Wärmeisolator 5 besteht aus einem Kunstharz, das ausreichend chemikalienbeständig und warmfest ist und eine niedrige Wärmeleitzahl hat. Dieser Wärmeisolator 5 ist haftend mit der Rückseite des Keramiksubstrats 2 verbunden oder anderweitig dort befestigt. Anschlußflächen 3A und 4A der jeweiligen Widerstandselemente 3 und 4 sind an beiden Längsenden des Keramiksubstrats 2 angeordnet. Die Widerstandselemente 3 und 4 sind im Zickzackmuster ausgebildet, so daß sie hohe elektrische Widerstandswerte aufweisen.

Das wärmeerzeugende Widerstandselement 3 und das Temperaturausgleichs-Widerstandselement 4 sind in Dickfilmtechnik auf das Keramiksubstrat 2 mit einem nachstehend erläuterten Verfahren aufgedruckt.

Wolframpasten, die für den Erhalt von für die Widerstandselemente 3 und 4 geeigneten Widerstandseigenschaften hergestellt sind, werden als Dickfilme auf das Substrat 2 aus einer ungebrannten Keramikschicht so aufgedruckt, daß die erforderlichen Widerstandsmuster entsprechend den Fig. 2 oder 3 erhalten werden. Dann wird zum Schutz der aufgedruckten Widerstandselemente 3 und 4 eine Aluminiumoxidpaste auf die Widerstandselemente 3 und 4 aufgebracht zur Bildung einer isolierenden Beschichtung 6. Anschließend wird das ungebrannte Keramiksubstrat 2 bei einer Temperatur gebrannt, die unter dem Schmelzpunkt des die Widerstandselemente 3 und

4 bildenden Wolframs liegt. Da der Schmelzpunkt von Wolfram 3410 C ist und somit wesentlich höher als die Brenntemperatur von 1600 ⁰C für das Keramiksubstrat 2 ist, besteht überhaupt keine Gefahr, daß während des Brennens des Keramiksubstrats 2 das Wolfram verdampft oder porös wird. Infolge dieser Brennbehandlung verbindet sich das Wolfram chemisch mit dem Keramikmaterial, und die dünne Isolierschicht 6 aus Aluminiumoxid, die auf die Wolframoberfläche aufgebracht ist, wird ebenfalls gebrannt. Somit sind die aus Wolfram bestehenden Widerstandselemente 3 und 4 zwischen dem Keramiksubstrat 2 und der Isolierschicht 6 ohne Trennung von dem Keramiksubstrat 2 fest eingeschlossen, und die mechanische Festigkeit, deren Mangel einen der Nachteile des bekannten Nachweiselements darstellt, wird erheblich gesteigert, wodurch die Zuverlässigkeit wesentlich verbessert wird. Im Vergleich mit Platin, das hoch antikorrosiv ist, ist Wolfram insofern nachteilig, als es die chemische Eigenschaft aufweist, gegenüber konzentrierter Salpeter- und Fluorwasserstoffsäure relativ löslich zu sein. Die Beschichtung der Oberfläche der Widerstandselemente 3 und 4 mit der Isolierschicht 6 aus Aluminiumoxid beseitigt jedoch dieses Problem. Da ferner die Wärmeleitzahl und der Temperaturkoeffizient von Wolfram höher als diejenigen von Platin sind, wird durch den Einbau des vorliegenden Nachweiselements in einen Fluidleckage-Detektor, der elektrisch eine Änderung der Wärmeleitzahl erfaßt, die Nachweisempfindlichkeit bei der Erfassung einer Fluidleckage wesentlich erhöht.

Das Keramiksubstrat 2 kann zwar direkt auf den Körper 1 aufgebracht werden, der Wärmeisolator 5 ist jedoch bevorzugt zwischen dem Keramiksubstrat 2 und dem Körper 1 angeordnet.

Wie bereits erläutert wurde, besteht der Wärmeisolator 5 bevorzugt aus einem Kunstharz, das hinreichend chemikalienbeständig und warmfest ist und eine niedrige Wärmeleitzahl hat. Ein solches Kunstharz ist z. B. ein Polyimid, ein Polyphenyloxid oder ein Polyamid. Das Polyimidharz ist insofern besonders bevorzugt, als es einer Erwärmung bis zu einer Hochtemperatur von 525 ⁰C standhalten kann.

Das Keramiksubstrat 2 mit dem als Dünnfilm aus Kunstharz ausgeführten und mit seiner Rückseite verbundenen Wärmeisolator 5 wird durch haftendes Verbinden oder auf andere Weise an dem Körper 1 befestigt, bei dem ein Fluidleckage-Nachweis durchzuführen ist, so daß ein Leiten der Temperatur des Keramiksubstrats 2, das von dem durch das wärmeerzeugende Widerstandselement 3 fließenden Strom erwärmt wird, sowie ein Leiten der Temperatur des Körpers 1 zu dem Keramiksubstrat 2 zuverlässig verhindert werden können. Aufgrund dieser Tatsache kann die Oberflächentemperatur des Keramiksubstrats 2 stabil oder im wesentlichen gleichbleibend gehalten werden, und eine Erosion des Keramiksubstrats 2 kann ebenfalls verhindert werden.

Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel sind die Anschlußflächen 3A und 4A der beiden Widerstandselemente 3 und 4 an den beiden Längsenden des Keramiksubstrats 2 angeordnet. Diese Anschlußflächen 3A und 4A können jedoch auch konzentriert an nur einem der Längsenden des Keramiksubstrats 2 angeordnet sein (vgl. Fig. 3, die eine Abwandlung der ersten Ausführungsform darstellt). Eine konzentrierte Anordnung der Anschlußflächen 3A und 4A gemäß Fig. 3 erleichtert die Verdrahtung mit diesen Anschlußflächen 3A und 4A.

Das wärmeerzeugende Widerstandselement 3 und das Temperaturausgleichs-Widerstandselement 4 sind zwar auf dem Keramiksubstrat 2 einander benachbart angeordnet; sie können jedoch auch auf gesonderten Keramiksubstraten angeordnet sein, oder es kann nur das wärmeerzeugende Widerstandselement 3 verwendet werden, ohne daß das Temperaturausgleichs-Widerstandselement 4 vorgesehen wird.

Aus der vorstehenden Erläuterung ist ersichtlich, daß ein sehr zuverlässiges Fluidleckage-Nachweiselement geschaffen wird, bei dem Widerstandselemente als Dickfilme auf ein Keramiksubstrat aufgedruckt und zwischen einer Isolierbeschichtung und dem Keramiksubstrat fest eingeschlossen sind, wodurch die mechanische Festigkeit des Nachweiselements erhöht und die Gefahr einer Ablösung der Widerstandselemente von dem Keramiksubstrat beseitigt wird.

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Leerseite

Claims

Ansprüche

/ 1J Fluidleckage-Nachweiselement,

gekennzeichnet durch ein wärmeerzeugendes Widerstandselement (3) und ein Temperaturausgleichs-Widerstandselement (4), die auf einem Substrat

(2) angeordnet sind, wobei

jedes Widerstandselement (3, 4) als Paste aus einem Metall mit hohem Temperaturkoeffizienten und hoher Wärmeleitzahl und mit höherem Schmelzpunkt als die Brenntemperatur des Substrats (2) hergestellt ist und die Widerstandselemente (3, 4) als Dickfilme auf das Substrat (2) gedruckt sind, wobei das Substrat (2) hinreichend elektrisch isolierend wirkt und eine hohe Wärmeleitzahl hat.
2. Fluidleckage-Nachweiselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Widerstandselemente (3, 4) als Wolframpaste hergestellt sind.

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3. Fluidleckage-Nachweiselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Rückseite des Substrats (2) ein Wärmeisolator (5) aus einem Werkstoff aufgebracht ist, der ausreichend chemikalienbeständig und warmfest ist und eine niedrige Wärmeleitzahl hat.
4. Fluidleckage-Nachweiselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff für den Wärmeisolator (5) ein Kunstharz ist.
5. Fluidleckage-Nachweiselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Anschlußflächen (3A, 4A) der Widerstandselemente (3, 4) an beiden Längsenden des Substrats (2) angeordnet sind.
6. Fluidleckage-Nachweiselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Anschlußflächen (3A, 4A) der Widerstandselemente (3, 4) nur an einem Längsende des Substrats (2) angeordnet sind (Fig. 3).
7. Fluidleckage-Nachweiselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Isolierschicht (6) die Oberfläche der Widerstandselemente (3, 4) bedeckt.