本发明涉及一种电磁流量计，更具体地说，涉及一种采用陶瓷电磁流量计测量管的电磁流量计。 利用法拉弟电磁感应定律的电磁流量计，已经在要求输出与流率成比例的应用中普及，且测量不依赖流动状态和流体常数，而且不受压力损失的影响。在这种电磁流量计中，非磁性不锈钢管用作测量管，并涂上一层绝缘材料如特氟隆（聚四氟乙稀的商品名，可从Du pont de Nemours公司买到）作为管内侧的衬层。然而有特氟隆附层的测量管价格昂贵并且制造工艺复杂。因此，近年来陶瓷测量管已被广泛地应用。
WO83/0200号PCT申请中描述了这样一个陶瓷测量管。该管在其两端有连接缘。与围绕管的外表面中央部分安装的线圈相垂直的方向上形成了辐射孔。在这些孔中插入电极并将该测量管烧结从固定这些电极。
在这种情况下，由于测量管是在电极被插入孔中的情况下进行烧结，电极材料必须承受陶瓷的烧结温度并且必须具有与陶瓷基本上相同的热膨胀系数。铂是满足这些条件的电极材料。然而，铂的价格昂贵并使整个成本增加。为了降低成本，可以减少电极的直径。然而，这样电磁流量计转换器的输入阻抗被增大以致对电磁流量计的工作产生不利影响。
为了解决这一问题，可采用导电陶瓷材料作为电极。然而，与金属相比这种材料通常具有较低电导率，以至降低了检测输出电平并使电磁流量计的工作特性变坏。
本发明的概述
因此，本发明的一个主要目的是提供一种具有所希望的工作特征而又便宜的电磁流量计及其制造方法。
本发明的另一个目的是提供一种电磁流量计，其中插入测量管的电极直径可以增大而不降低电磁流量计的工作特征。
为了达到本发明的上述目的，提供了一种采用陶瓷管作为测量管的电磁流量计，其中插入陶瓷管的一个电极包括：一个陶瓷芯棒和一个难熔金属构成的导电部分，该导电部分被用于覆盖芯棒的接触流体的端面并沿芯棒的纵轴方向延伸，导电部分的另一端面向陶瓷管的外表面，并且该端与接触流体的端表面相反。
图1是根据本发明的一个实施例的一个电磁流量计的截面图，
图2至图21分别是显示根据本发明所做的电磁流量计的相应改进的截面图。
图1示出根据本发明的电磁流量计的一个实施例，更具体地说，是包括电极和激励线圈的测量部分。
参见图1，电磁流量计的测量部分11包括在其两端的连接缘13a和13b。电极安装孔13d和13e是在测量管13的轴中央部分的相对外壁部分上径向形成。具有本发明特征的电极16A和16B分别装入孔13d和13e中。电极16A和16B具有相同的结构。每一电极包括一个电极芯棒14和金属导电部分15。导电部分15具有松状外形，其底部能覆盖电极的外表面和端面（对应于测量管的内部）。这些电极由适当的已知支撑部件支撑，这些支撑部件并非直接与本发明相关因而被省略。在图1中仅示出与接线板（未示出）连接的信号引线17。每一引线17的一端与电极16A和16B的相应的一个导电部分15的暴露部分焊在一起。焊接材料通常是银。然而，由于其防腐蚀特性，也可用铂。导电部分15的材料最好是一种难熔金属（如铂或铂铱合金），具有比测量管制造过程中的陶瓷烧结温度（约1000℃到1600℃）更高的熔点。然而，如果陶瓷烧结的温度低，导电部分15的材料也可是铜或铁。应当注意，铂铱合金具有比铂更高的硬度。该铂铱合金最好包括重量90%的铂和重量10%的铱。
构成电极16A和16B的导电部分的15分别被紧密地装入陶瓷管13的孔13d和13e中。更具体地说，导电部分15分别形成了烧结陶瓷芯棒14的末端表面，和与末端表面相连的外表面。每一芯棒14均具有导电部分，它们分别插入孔13d和13e中并置于图1中所示的位置上，即处于导电部分15的末端对着陶瓷管13的内壁表面部分的位置上。在这种情况下，陶瓷管13是未烧结的或是半烧结的，当陶瓷管13被烧结时，它收缩并夹住导电部分15。因此，陶瓷管13可与导电部分相连接以在其之间提供充分的密封。
参见图1，基本上是倒U形的激励线圈EC按与电极16A和16B排列方向垂直的方向安装在陶瓷管13的外表面上。图1中的粗箭头“→”代表流体的流动方向，标记“”代表由激励线圈EC产生的磁场方向，而箭头“→”代表在电极16A和16B之间提供的电流方向。以下将说明制造具有电极16A和16B的测量管的一种方法。
将铂的糊剂涂在烧结的陶瓷电极芯棒14的端面和外表面上，并将其在800到1600℃的温度下烧结。换句话说，是用一种难熔金属进行芯棒14的表面处理的预制电极16A和16B。将电极16A和16B分别插入未烧结或半烧结的陶瓷管13上的孔13d和13e中，并将陶瓷管13在1000℃到1600℃的温度中烧结，以此制备具有电极16A和16B的电磁流量计测量管11。
在电磁流量计测量管11的制造过程中，烧结的陶瓷电极芯棒14被用于制备电极16A和16B。使用烧结的陶瓷芯棒14是由于以下的原因。如果使用未烧结的陶瓷芯棒，即：将其插入孔13d和13e并烧结，芯棒将过渡收缩引起松动。为了防止这一问题，采用已烧结的陶瓷材料。然而，如果陶瓷材料有很小的收缩率，可采用半烧结的陶瓷芯棒。换句话说，如果陶瓷电极芯棒与陶瓷棒13相比具有较高的半烧结温度，上述问题就不会发生。
根据上述方法，由于陶瓷电极芯棒14用难熔金属做表面处理以制成电极16A和16B，可以减少金属的使用量。另外，电极直径可以增大以保证电极所要求的低阻抗，并且电极16A和16B可以紧密地固定在陶瓷管13的孔13d和13e中。因此，很小的金属使用量降低了整个成本。由于电极16A和16B以及陶瓷管13是在烧结陶瓷电极芯棒14被分别插入未烧结或半烧结陶瓷管13上的孔13d和13e中之后再进行烧结，陶瓷管13的收缩率大于电极16A和16B的收缩率。电极所使用的金属量很小而与测量管相同的材料可用作芯棒。另一方案是，可用具有与测量管线性膨胀系数接近的材料作芯棒。因此，电极的热膨胀系数可基本上与测量管相同，并且即使发生温度变化也不会降低其密封性能。
根据本发明，如图2和图3中所示，在电极18和电极19测量流体的接触面（即远端表面）上可分别焊上T形顶端20和盘状导电顶端21，两者均为铂或铂铱合金的导电头。导电顶端可根据被测流体的性质来选择。例如，若被测流体是腐蚀性流体，可选用一种抗腐蚀材料作为导电顶端。在图4和图5中所示的导电帽22和23可分别用于代替导电顶端20和21。导电帽22和23被分别固定在电极24和25的凸出端上。在这种情况下，导电帽22和23被分别焊接并嵌紧在电极24和25测量流体的一侧。在焊接图4所示结构时，若使用焊膏或粘接膜可获得更好的工作性能。
在上述实施例中使用的电极芯棒及其改进形式可加工成不同形式。例如，如图6所示，可用一个台阶式电极增加与被测液体的接触面积。如图7所示，电极27可有一个电极定位台阶27a。图7中的台阶27a可以是楔形的。
在以上实施方案中，信号引线17被简单的连接到电极的相应导电部分15上。然而，如图8中所示，信号引线31可通过电极28上形成的一个孔29连接到导电部分30上。此外，如图9中所示，信号引线34可固定在电极32上形成的锁定部分33上，由此在引线和导电部分之间形成一个完善的连接。
图10到图17所示的改进分别显示了电极和与其连接的引线之间的连接方式。
与图1到图9中同一的参考数字在图10中表示相同的部分。参见图10，电极16被固定在陶瓷管13上形成的孔13d中。电极16包括一个陶瓷电极芯棒14和一个金属导电部分15，该部分覆盖了芯棒14的外表面和插入端面（即进入测量管内的部分）。覆盖了金属导电部分15的未烧结或半烧结电极芯棒14被插入陶瓷管13的孔13d中。电极16与陶瓷管13一起烧结并固定在一起。在这种情况下，电极16的外端被暴露在陶瓷管13的外表面之外，一个引线连接片37被焊在电极芯棒14的外表面上形成的导电部分15上。此例中，引线连接片37包括一个环37a和一个从环37a向外伸展出的连接舌37b。环37a被装在芯棒14的伸出部分上并被焊牢，而环37a的下表面与陶瓷管13的外表面相接触。引线连接片37可通过将陶瓷管13的外表面局部金属化而形成。信号线38的一端通过一个接线板39与引线连接片37相连。
如图10中所示，引线连接片37被焊接在构成电极16的一部分的金属导电部分15上。然而，一个电极40可按图11所示形式构成。这种情况下，陶瓷芯棒43靠近陶瓷管13的外表面的末端部分42a被置于基本与陶瓷管13的外表面相同的水平上，并用一种难熔金属覆盖端部42a的周缘部分的构成引线连接片44。这样，可省掉焊接。
图12表示图11的一种改进。与构成电极45的金属导电部分42相连的引线连接片46在构成电极45的芯棒43的端面上形成。该电极伸出陶瓷管13之外。图12中可获得与图11相同的效果。
图13示出图11的另一改进。图13中的电极53包括一个烧结或半烧结的陶瓷芯棒55，和一个导电部分56（即一个有底面的圆筒状帽），该部分由一0.5mm厚的难熔导电金属件制成，它覆盖了陶瓷芯棒55的远端面和外表面。电极53被插入未烧结或半烧结的陶瓷管13上形成的孔13d中。这种状况下，电极53与陶瓷管13一同烧结并固定在其上。电极53的导电部分56向外伸展的末端从陶瓷芯棒55的外表面向外伸出以构成引线连接部分57。信号线的线芯59通过连接部分57相对壁表面上形成的孔58a和58b插入。在孔58a和58b处将引线59焊在连接部分57上。焊接是在陶瓷管13烧结之后进行的。可用熔点比管13的陶瓷烧结温度高的铂或铂铱合金作为电极53的导电部分56所用的难熔金属。在图13的改进中，孔58a和58b可在陶瓷管13烧结之前或之后在电极53的连接部分57上形成。因此，与常规的电极结构相比，该电极结构可简化。
图14示出图13的一种改进。导电部分61的外端上形成了一个引线连接舌63，该导电部分覆盖了构成电极60的陶瓷芯棒55的远端面和外表面。信号线的线芯65被插入舌63上形成的一个孔内并焊在其上。
以上的实施例和改进中，构成电极的芯棒为柱状外形。但该芯棒也可以是楔形或任何形状。
图15示出电极的另一改进。构成电极70的一个半烧结或烧结的陶瓷芯棒74是圆筒形，导电部分75在芯棒74的内部形成。导电部分75是在芯棒74的圆筒内壁上形成的一个凹槽74a中形成并处于芯棒74的端面主要部分上，该部分与被测流体相接触。其结果是，导电部分75将芯棒74靠近被测液体的圆筒部分封闭。参考数字76表示引线，它被插入与芯棒74的涂覆的外端部分相对的一个孔内，并与该外端部分相焊接。
通过以上结构，可减少形成电极的金属用量，并可增加电极的直径。构成电极70的陶瓷芯棒74可与陶瓷13上形成的孔13d直接接触，并且，在烧结时芯棒74可牢固地连接在陶瓷管13上。另外，由于导电部分75位于芯棒的内部，可使温度变化的影响减为最小。如果用一个半烧结的陶瓷芯棒，该材料必须具有低收缩率。换句话说，芯棒的半烧结温度必须低于陶瓷管13的烧结温度。
现在说明具有上述结构的电磁流量计测量部分的制造方法。
将铂糊剂涂在作为电极70的芯棒的烧结陶瓷圆筒74的内表面及其与被测流体接触的端面上（74a侧），并在800℃到1600℃的温度下烧结以制造电极70，这时，打算与被测流体接触的陶瓷圆筒74的开孔，包括凹槽74a均被铂密封。这种情况下，将每一电极70插入未烧结或半烧结的陶瓷管13的相应开孔13d中并在1000℃到1600℃的温度下烧结，由此制备电磁流量计的测量部分。
根据该实施例的测量管的制造方法，形成电极70并将其插入未烧结的陶瓷管13的孔13d中。此后，电极70被烧结并固定在陶瓷管13上。另外，可将烧结陶瓷圆柱74插入孔13d中，而陶瓷管13可烧结。此后，可将铂糊剂涂在陶瓷圆筒74与流体接触的端面和内表面上，由此形成电极70。这时，用作导电部分75的金属必须具有比铂低的熔点，由此减少材料成本。
图16示出图15的改进。在圆筒形陶瓷芯棒79的流体接触端面上形成一个倒楔形槽79a。槽79a内和芯棒79的内表面上形成一个导电层80。这时，芯棒79上靠近槽79a的开孔部分由导电部分80密封。在槽79a内装上并固定住一个铂铱合金导电顶端82。芯棒79装在陶瓷管13（图16中未示出）上之前是半烧结的或已烧结的。导电部分80的形成和导电顶端82的安装是在电极和陶瓷管被烧结之前进行的。
图17示出图15的另一改进。圆筒陶瓷芯棒86的流体接触端部分的外表面上形成了一个凹陷86a。芯棒86的内表面，流体接触端面，以及该凹陷均由导电部分87覆盖。覆盖流体接触端面和凹陷的导电部分又被覆盖上一个铂铱合金导电帽88。与图16中所示方式相同，芯棒86在陶瓷管13上安装之前（图17中未示出）是半烧结或烧结的，而导电部分87的形成和导电帽88的安装是在电极和陶瓷管烧结之前进行的。
图18示出电极的另一种改进。构成电极90的圆筒陶瓷芯棒991上的一个孔被充入导电部分92，并且陶瓷芯棒91的流体接触端面由导电部分92覆盖。这时，如图18中虚线所示，信号线的线芯可在导电部分92形成的过程中被插入芯棒91的孔中。另外，如图19所示，连接信号引线的铂端线95可在导电部分92形成的过程中被插入芯棒91的孔内。
图20示出电极的又一种改进。构成电极100的芯棒101如以前的改进一样是一个陶瓷圆筒。由于陶瓷圆筒易于加工，在流体接触端部分作凸缘的形成台阶101a。参考数字102表示在流体接触端面和其上的孔内形成以一个导电部分，将一个导电顶端焊在或压入芯棒101的端面上形成的导电部分102上。导电顶端的材料可根据被测流体的性质任意选择。
图21示出图15的进一步改进。仅示出电极70A的主要部分。在圆筒芯棒74A内部形成一个凹槽74Aa。圆筒芯棒74A中插入一个香蕉插头时，凹槽74Aa作为一个锁定部分。然后形成一个导电部分75A，如图21中所示。利用这一结构，可将香蕉插头直接插入电极70A。因此，信号引线不必直接焊在电极上。
本发明并不限于以上描述的特定实施例及其改进，并且在本发明的实质和范围内可做出不同的变化和修改。