FORTSCHRITT-· BERICHTE

106 Realisierung des Meßsystems
Realisierung des Meßsystems 107
stung in der anderen Richtung ab. Die Empfindichkeit ist nicht konstant.
Aufbau des Sensors. Es sind die mechanischen Spannungen im Meßrohr des Massenstrommessers
zu bestimmen. Ein magnetoelastischer Werkstoff muß daher direkt auf das
Rohr aufgebracht werden. Dies geschieht wie im nächsten Abschnitt beschrieben galvanisch.
Zur Bestimmung der im Rohr wirkenden mechanischen Spannung über die Permeabilität
wird gemäß der Beziehung:
L (3.23)
(mit der Permeabilitätszahl JJ.o, der relativen Permeabilität µ" der Windungszahl N, der
Länge der Feldlinien 1 und der durchfluteten Fläche A) die Induktivität einer um die
Meßschicht gewickelten Spule bestimmt. Die Messung der Permeabilität geschieht also
über die Messung der Induktivität. Die Spule muß dabei nicht direkt auf dem Rohr sitzen,
sondern kann über eine Tragkonstruktion am Gehäuse befestigt sein. Bild 3.35 zeigt die
Vorrichtung. Es ist ausreichend, wenn das Rohr über eine Länge von etwa 3 cm beschichtet
ist.
Bild 3.35
Meßspule
Anordnung der magnetoelastischen Meßschicht und der Spule zur Auswertung
des magnetoelastischen Effektes
Galvanische Herstellung. Für die Herstellung der magnetoelastischen Meßschicht kommen
verschiedene technologische Verfahren in Betracht. Die Schichten können aufgedampft
oder gesputtert werden. Diese Verfahren sind zwar sehr präzise, aber auch sehr
aufwendig und kostspielig. Aus diesem Grunde wurden die hier untersuchten Schichten
galvanisch auf das Rohr aufgebracht. Die galvanisch aufgebrachten Schichten erreichen
gute Meßeigenschaften und haften hervorragend. Bei der galvanischen Aufbringung kann
jedoch die stöchiometrische Zusammensetzung der Schicht nicht exakt angegeben werden.
Sie hängt von vielen Randbedingungen bei der Galvanisierung ab. Soll die magnetoelasti-
sehe Meßschicht für eine Serienproduktion genutzt werden, so müßte zunächst analytisch
die Schichtzusammensetzung bestimmt werden. Mit den oben angesprochenen aufwendigen
Herstellungsverfahren kann dann exakt diese Schichtzusammensetzung reproduziert
werden.
Die Meßschichten wurden nach folgender Vorgehensweise hergestellt:
Zunächst muß die Rohroberfläche durch Stahlwolle von Oxidschichten befreit werden.
Fettrückstände sind anschließend mit Azeton zu entfernen. In einem Nickelanschlagbad
wird die zu galvanisierende Fläche mit einer dünnen Schutzschicht aus Nickel überzogen.
Das Nickelanschlagbad enthält folgende Bestandteile:
Nickelchlorid 240 g/l
Salzsäure
85 g/l
Die Abscheidungsstromdichte beträgt 3 A/dm 3 , die Expositionsdauer 5 bis 6 Minuten.
Anschließend wird das vorbehandelte Rohr sofort in den Nickel-Eisen Elektrolyten gebracht,
der folgende Zusammensetzung hat /Bog/:
Ni S0 4
210 g/l
Fe S0 4 ; 12 g/l
Na Cl
30 g/l
H 3 B0 4
30 g/l
Natriumlaurylsulfat 0,4 g/l
Saccharin
0,4 g/l
Die Abschejdungsstromdichte beträgt 16 mA/dm 3 , die Expositionsdauer 36 Minuten und
die Badtemperatur 28°C. Diese Angaben, wie auch die Zusammensetzung des Elektrolyten
wurden in zahlreichen Versuchsreihen ermittelt und sind umbedingt einzuhalten, da
sich sonst ganz andere Empfindlichkeiten für die Meßschicht ergeben können.
Auswertung. Für die Messung der Induktivität kommen verschiedene Verfahren in Betracht.
Der klassische Weg ist der Einbau des induktiven Gebers in eine Wechselstrommeßbrücke.
Durch die große Verbreitung der LVDT-Weggeber werden mittlerweile jedoch
komplexe integrierte Schaltungen angeboten, die die gesamte Signalauswertung,
Signalaufbereitung und sogar die Speisung eines induktiven Gebers beeinhalten. Ein solches
IC ist z.B. die Type AD 598 von Analog Devices. Die gesamte Schaltung für den
magnetoelastischen Aufnehmer wird dadurch sehr einfach.
Für ein Seriengerät ist dieser IC allerdings zu teuer. Es konnten jedoch ebenfalls gute
Ergebnisse mit einer Multivibratorbrücke nach Mori erzielt werden. Hier sind außer