(57)【要約】      （修正有）【課題】流体圧力の変動、ｐＨ値、固体微粒子の衝突等により急速に変化する電気化学的な電圧変動を抑え、かつ高い力学抵抗を有する電磁流量計の電極構造とする。【解決手段】測定用チューブ１に取り付けられた電極２の表面に導電性のダイヤモンドコーティング３を施す。その結果として、電極２と測定用チューブ１を介して流れる流体との間の電気的な接触は、間接的となる。即ち、導電性のダイヤモンドコーティングを介して接触される。このことは、機械的強度がある電極２を形成し、信号を障害なく測定できることになる。流量計の製造方法も開示される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を導く測定用チューブと、前記測定用チューブに位置し、前記流体と電気的な接触をなす電極とを有し、前記電極は導電性のダイヤモンドコーティングが施されていることを特徴とする磁気誘導流量計。
【請求項２】
前記導電性のダイヤモンドコーティングは、前記流体と接触するように電極の表面領域を完全に覆っていることを特徴とする請求項１記載の磁気誘導流量計。
【請求項３】
前記ダイヤモンドコーティングは、ドープされた多結晶ダイヤモンド層から構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の磁気誘導流量計。
【請求項４】
前記ダイヤモンドコーティングは、ドープされたＡＤＬＣ層から構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の磁気誘導流量計。
【請求項５】
用いられるドーパントはホウ素であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の磁気誘導流量計。
【請求項６】
前記ダイヤモンドコーティングは、ＣＶＤ法の手法によって施されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の磁気誘導流量計。
【請求項７】
前記ダイヤモンドコーティングが施された電極の領域は、ニオブ、タンタル、又はタングステンから構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の磁気誘導流量計。
【請求項８】
前記ダイヤモンドコーティングは、１０−5  〜１０Ωｍの範囲の抵抗率を示すことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の磁気誘導流量計。
【請求項９】
流体を導く測定用チューブに、電極を流体と電気的な接触をなすように配置し、前記電極に導電性のダイヤモンドコーティングを施すステップを含むことを特徴とする磁気誘導流量計の製造方法。
【請求項１０】
前記導電性のダイヤモンドコーティングは、前記流体と接触するように電極の表面領域を完全に覆っていることを特徴とする請求項９に記載の磁気誘導流量計の製造方法。
【請求項１１】
前記ダイヤモンドコーティングは、ドープされた多結晶ダイヤモンド層から構成されていることを特徴とする請求項９又は１０に記載の磁気誘導流量計の製造方法。
【請求項１２】
前記ダイヤモンドコーティングは、ドープされたＡＤＬＣ層から構成されていることを特徴とする請求項９又は１０に記載の磁気誘導流量計の製造方法。
【請求項１３】
用いられるドーパントは、ホウ素金属又はトリアルキルボラート等のホウ素の液体材料を蒸発させることによって得られたホウ素、又はジボラン等のガスの形で得られたホウ素であることを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載の磁気誘導流量計の製造方法。
【請求項１４】
前記ダイヤモンドコーティングは、ＣＶＤ法の手段によって施されることを特徴とする請求項９〜１３のいずれかに記載の磁気誘導流量計の製造方法。
【請求項１５】
ニオブ、タンタル、又はタングステンが、ダイヤモノドコーティングが施される電極の表面に用いられることを特徴とする請求項９〜１４のいずれかに記載の磁気誘導流量計の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を流す測定用チューブに組み込む磁気誘導流量計と、前記測定用チューブに設けられ、流体と電気的な接触をなす電極に関する。さらに本発明は、電極が流体と電気的な接触をなすよう流体を導く測定用チューブに設置された磁気誘導流量計の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁誘導流量計は従来からよく知られ、例えば、下記する非特許文献１に記載されている。その電磁誘導流量測定装置の根底にあるコンセプトは、１８３２年に流量を計測するために電気力誘導の原理を用いることを提案したファラデイに遡る。
【０００３】
電磁誘導のファラデイの法則によれば、電荷担体を有し、磁界を通過する流体は、流れの方向に対して垂直であり、且つ、磁界に対して垂直な電界強度を生じる。
電磁誘導流量計は、電磁誘導のファラデイの法則を利用しており、一般的には２つの界磁コイルを備えた少なくとも１つの磁石を有する磁界システムによって、磁界は測定用チューブの断面積上に発生して位置し、その磁界は流れ方向に垂直な磁界成分を有する。磁界の範囲内で、多くの電荷担体を有する流体の各体積要素は、電極を介して収集される測定電圧に関わる体積要素において生じる電界強度の一因となる。
【０００４】
電磁誘導流量計の１つの顕著な特徴は、測定電圧と測定用チューブの断面を流れる流体の速度、すなわち、測定電圧と体積流量とが比例していることである。測定される電圧を検出する機能を有する電極の他に、零流量検出電極や特に接地スリーブの形での接地電極のように追加的な電極を設けるようにしてもよい。  
【０００５】
流体に直接接触する金属電極は、数１００ｍＶ程度の電気化学的な直流電圧の生成が可能となる電気化学的な境界層を形成する。これらの電気化学的な直流電圧は、例えば、動作圧力の変動、流体のｐＨ値、化学反応が媒体中で生じる媒体の組成、媒体によって運搬される固体微粒子や媒体中に浮遊し、電極の境界層に干渉する微粒子、あるいは電極に接触または衝突する固体粒子などの乱流による電極での媒体の局所的流量変動の関数として、急速に変化する。これらの全ての要因が、数μＶから数十ｍＶの範囲で増幅する電極での電気化学的な直流の統計的な変動を引き起こす。これらの統計的な電圧変動もランダムノイズに起因する。
【０００６】
このランダムノイズ電圧は、シグナル強度が典型的に０．１〜１ｍＶ/(m/s)、すなわち、毎秒１ｍの流速度となる０．１〜１ｍＶである流量比例信号電圧に重ね合わされる。ランダムノイズ電圧の大きさは、流量比例信号電圧の大きさと同じであるかそれ以上である。その結果は、当然ながら不規則なノイズ干渉が生じ、磁気誘導流量計の流量の読み取りが大きく変動することとなる。
【０００７】
この問題は、流体と接触する電極の表面に、絶縁物、特に不活性な物質、例えば、多孔性のセラミック層からなる多孔性のコーティングを施すことによって従来技術において指摘された。電気導電性のある媒体がこれらの小孔に浸透し、媒体と電極の金属との間に伝導性の接触を形成し、それが相互にエネルギー変換する。このことは、多くの有益な効果を有する。
【０００８】
電極の金属に接触する媒体は、非常にゆっくり置き換えられる。このことは、電気化学的な異質の媒体の結果として電極での直流電圧の測定を混乱させるスパイクをかなり小さくする。しかも、媒体によって運搬される固体粒子は、セラミックコーティングによって大部分が保護された電気化学的な境界層に浸透されない。したがって、媒体によって運搬された固体粒子は、多孔質セラミック層がない場合に比べて、ほとんど障害を与えない。  
【０００９】
確かに、多孔質セラミックのこのタイプは、それ自身の欠点を有する。例えば、媒体が硬質固体を運搬するたびに磨耗や物理的衝撃がセラミック層にダメージを与える。したがって、セラミック材料の耐薬品性はいつも適切とはいえない。同様に、セラミック材料の耐熱衝撃性もいつも適切とはいえない。結局、媒体によって運搬された電気的に絶縁している油または脂肪は、セラミックの小孔に浸透し、媒体と金属電極との電気的接触を妨害する。
【非特許文献１】K．Ｂ．Bonfig，Technische Durchflussmessung（industrial flow measurement）第３版, Vulkan-Verlag, Essen, 2002, pp123-167
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明に係る磁気誘導流量計、及び磁気誘導流量計の製造方法の目的は、雑音が非常に少ない信号を導出すると共に高レベルな力学抵抗を備えた電極を用いることにある。
【００１１】
最初に述べられる磁気誘導流量計において、その目的は導電性のダイヤモンドコーティングを施した電極を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
したがって、本発明によれば、媒体と電極とのいかなる直接接触も導電性のダイヤモンドコーティングで電極を被覆することによって回避される。特に、本発明の好適な実施形態としては、導電性のダイヤモンドコーティングは、流体との接触にさらされる電極の表面を完全に覆うとよい。
【００１３】
その結果、非常に硬く高い耐磨耗性があり、非常に化学的に安定な磁気誘導流量計のための電極が得られる。加えて、この電極は、特に、電気的に、且つ、電気化学的に不活性であり、どんな圧電効果も伴わず、電気化学的な応力がないか最小である。
【００１４】
これらの利点にもかかわらず、今まで通り充分に高い伝導率がある導電性のダイヤモンドコーティングを形成することが可能である。特に、本発明の好適な実施例として、ダイヤモンドコーティングの低効率は、１０−５〜１０Ωｍの範囲である。このことは、媒体から電極へ電気的接触を形成するために貫通孔の必要性をなくす。
【００１５】
導電性のダイヤモンドコーティングを形成するには、多くの適切な材料がある。しかし、本発明の好適な実施例でのダイヤモンドコーティングは、ドープされ多結晶ダイヤンドから構成される。代わりとして、ダイヤモンドコーティングは、炭素材（ＡＤＬＣ層）のようなアモルファスダイヤモンドのドープされた層であってもよい。
【００１６】
本発明のひとつの好適な実施例として、ドーパントとしてホウ素を用いる。特に、本発明の好適な実施例として、ダイヤモンドコーティングはＣＶD法（化学蒸着法）により施される。
【００１７】
電極のダイヤモンドコーティングされた領域は、好ましくは、金属から構成される。ダイヤモンド層が施される領域のための好適物としては、ニオブ、タンタル、又はタングステンが用いられる。これらの材料は、ＣＶＤ法によって施されたダイヤモンドコーティングにとって特に優れた親和性を示す。尚、全電極がダイヤモンドコーティングが施された材料によって構成される必要はない。特に、電極は、少なくとも２つの異なる金属で構成するようにしてもよい。それらの１つは、ダイヤモンドコーティングの所望の付着を確保するために好ましくは前述した金属の１つで構成するとよい。
【００１８】
最初に記述した方法に対する参考文献で、述べられた目的は、導電性のダイヤモンド層で電極を被覆することによって達成される。
【００１９】
この発明による方法のさらに好ましい態様としては、独創的な磁気誘導流量計の上述した好適例と類似したやり方がある。
本発明による磁気誘導流量計と磁気誘導流量計の製造方法を構成し、さらに強化することが可能な多くの異なる方法がある。これと関連して、従属クレームと添付した図面を参照して本発明の好適な実施例の以下の詳細な記述を参照されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図に示されるように、磁気誘導電流計の測定用チューブ１は、測定用チューブを介して流れる媒体と電気的な接触を形成するように配置された電極２を有する。しかし、電極２は、流体に直接接触することは好ましくない。そこで、流体に面した電極の表面に付着された導電性のダイヤモンドコーティングを介して間接的に接触させている。ここに示される本発明の実施例においては、流体に直接接触する電極２の表面領域は、導電性のダイヤモンドコーティング３で完全に覆われている。したがって、媒体及び媒体が運搬する固体粒子と電極２との間が直接接触する代わりに、この例では後者がニオブで構成されており、導電性のダイヤモンドコーティング３を介して間接的に接触されている。
【００２１】
ここに示される本発明の好適な実施例において、導電性のダイヤモンドコーティング３は、ホウ素がドープされ、ＣＶＤ法によって施された多結晶ダイヤモンド層から構成される。ドープされるホウ素は、導電性のダイヤモンド層３の低効率が１０−５〜１０Ωｍの範囲内となるように調整されている。これは、ダイヤモンドの典型的な特性を有するコーティングを生成し、化学的に不活性であり、少なくとも６００℃までの耐熱性と寸法安定性がある。
【００２２】
ＣＶＤ法は、電気的に又は熱的に活性化する炭化水素含有蒸気を用いて、一般的には、１０〜数百mbarの範囲の圧力で実施される。コーティングするために、電極２は、数１００μm/hまでの溶着速度を許容しながら、５００℃〜１０００℃の間の温度に維持される。
【００２３】
ホウ素をドープすることは、幾つかの異なる方法でなされる。例えば、ホウ素金属やトリアルキルボラート等のようなホウ素の液体材料を蒸発させることによってなされる。ジボラン等のガスもまた使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、磁気誘導流量計の測定用チューブを概略的に表すもので、その測定用チューブは、導電性のダイヤモンドコーティングが施された電極を有する。
【符号の説明】
【００２５】
１  測定用チューブ
２  電極
３  ダイヤモンドコーティング
【図１】
2006308582.tif 000003