DE3301659C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fluidleckage-Nach­ weiselement der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art, wie es in einem Fluidleckage-Detektor zum Nachweis eines externen Fluidaustritts aus Rohr­ leitungssystemen und in diese eingebauten Einrichtun­ gen eingesetzt wird, insbesondere zum Einsatz in ei­ nem Fluidleckage-Detektor, der zum Nachweis einer Vielzahl von Leckagearten zwischen einer nur geringen Sickermenge und einer großen Austrittsmenge aus In­ dustrieeinrichtungen, Druckbehältern, Erdölleitungen, Öltanks sowie Pumpen, Motoren und verschiedenen Steuer­ ventilen, die durch unterschiedliche Fluidarten ver­ stellbar sind, geeignet ist.

Normalerweise sind in einer Anlage wie etwa einer Erd­ ölraffinerie viele Fluidrohrleitungssysteme zum Be­ trieb der Raffinerie in enger Nachbarschaft angeord­ net, und in die Rohrleitungssysteme sind viele Ven­ tile und andere Vorrichtungen eingebaut.

Infolge einer langen Benutzungszeit oder durch die Einwirkung einer externen Kraft, z. B. durch eine Erd­ beben, treten an den Leitungsrohren der Rohrleitungs­ systeme und Ventile und der anderen darin eingebauten Vorrichtungen Risse und an den Anschlußstellen Zwi­ schenräume auf. Das Auftreten eines Risses in irgend­ einem der Rohre, Ventile und sonstigen Vorrichtungen des Rohrleitungssystems oder die Ausbildung eines Zwi­ schenraums an irgendeiner Verbindungsstelle resultiert in einem Fluidaustritt durch den Riß oder Zwischen­ raum, und dieser Fluidaustritt führt zu einer Beein­ trächtigung der Sicherheit der Anlage. Somit wird eine Vorrichtung zum Nachweis einer Fluidleckage eingesetzt, um die Sicherheit der Anlage zu gewähr­ leisten.

Aus der DE-OS 22 60 767 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Feststellen von Fehlstellen im abge­ dichteten Teil einer Verpackung bekannt, womit die Fehlstellen durch Änderung der Wärmleitfähigkeit in­ folge von Verunreinigungen im abgedichteten Teil er­ faßt werden, der zwischen einer Wärmequelle und einem Detektor mit Thermoelement angeordnet wird.

Aus der US-PS 33 16 752 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung von Mikroleckage bekannt, wobei auf einem dielektrischen Band ein elektrischer Leiter, vorzugsweise aus Silber, aufgedruckt ist, der in Kombination mit einer Schweißstelle, wo eine Fluidleckage auftreten kann, einen Kondensator bil­ det. Auf dem gedruckten Silberleiter kann noch eine leitende Schutzschicht vorgesehen sein.

Schließlich ist aus der JP-OS 1 51 250/80 ein Fluid­ leckage-Nachweiselement bekannt, bei dem auf einem Keramiksubstrat eine elektrisch leitende Kautschuk­ schicht mit einem hochpolymeren elastischen Material, z. B. Silikonkautschuk, als Hauptbestandteil aufge­ bracht ist und sich der elektrische Widerstand der Kautschukschicht ändert, wenn sie Leckageöl absorbiert.

Bei einem solchen Fluidleckage-Detektor vom Widerstands­ typ müssen die Nachweisempfindlichkeit, die Ansprech- Charakteristik, die Antikorrosionseigenschaften, die mechanische Festigkeit und die Zuverlässigkeit des Wi­ derstandselements berücksichtigt werden. In dieser Be­ ziehung ist jedoch keiner der bekannten Detektoren vollständig zufriedenstellend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fluid­ leckage-Nachweiselement der eingangs vorausgesetzten Art zu entwickeln, das eine erhöhte Festigkeit auf­ weist, äußerst zuverlässig arbeitet und leicht herstell­ bar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

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 Ausfüh­ rungsform 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 Temperatur­ ausgleichs-Widerstandselement 4 und einen Wärmeisolator 5. Das Keramiksubstrat 2 ist als dünne Keramikschicht mit hoher Wärmeleitzahl ausgeführt und ist hinreichend warmfest und elektrisch isolierend. Die Dicke des Keramiksubstrats 2 beträgt ca. 0,3-0,5 mm. Das wärmeerzeugende Widerstandsele­ ment 3 und das Temperaturausgleichs-Widerstandselement 4 sind jeweils als Dickfilm aus Wolfram ausgeführt, dessen Schmelzpunkt höher als die Brenntempera­ tur des Keramiksubstrats 2 liegt. Der Wärmeisolator 5 besteht aus einem Kunstharz, das ausreichend chemikalienbe­ ständig 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 3 A und 4 A der jeweiligen Wider­ standselemente 3 und 4 sind an beiden Längsenden des Kera­ miksubstrats 2 angeordnet. Die Widerstandselemente 3 und 4 sind im Zickzackmuster ausgebildet, so daß sie hohe elektri­ sche Widerstandswerte aufweisen.

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

Wolframpasten, die für den Erhalt von für die Widerstands­ elemente 3 und 4 geeigneten Widerstandseigenschaften herge­ stellt 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 aufgedruck­ ten Widerstandselemente 3 und 4 eine Aluminiumoxidpaste auf die Widerstandselemente 3 und 4 zur Bildung einer isolierenden Beschichtung 6 aufgebracht. 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 Brenntempe­ ratur von 1600°C für das Keramiksubstrat 2 ist, besteht überhaupt keine Gefahr, daß während des Brennens des Kera­ miksubstrats 2 das Wolfram verdampft oder porös wird. Infolge dieser Brennbehandlung verbindet sich das Wolfram chemisch mit dem Keramikmaterial, und die dünne Isolier­ schicht 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 mechani­ sche Festigkeit, deren Mangel einen der Nachteile des bekannten Nachweiselements darstellt, wird erheblich gestei­ gert, 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 Beschich­ tung der Oberfläche der Widerstandselemente 3 und 4 mit der Isolierschicht 6 aus Aluminiumoxid beseitigt jedoch dieses Problem. Da ferner die Wärmeleitzahl und der Temperaturko­ effizient 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 chemikalien­ beständig 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°C standhalten kann.

Das Keramiksubstrat 2 mit dem als Dünnfilm aus Kunstharz ausgeführten und mit seiner Rückseite verbundenen Wärmeiso­ lator 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 Keramiksub­ strat 2 zuverlässig verhindert werden können. Aufgrund dieser Tatsache kann die Oberflächentemperatur des Keramik­ substrats 2 stabil oder im wesentlichen gleichbleibend gehalten werden, und eine Erosion des Keramiksubstrats 2 kann ebenfalls verhindert werden.

Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel sind die Anschluß­ flächen 3 A und 4 A der beiden Widerstandselemente 3 und 4 an den beiden Längsenden des Keramiksubstrats 2 angeordnet. Diese Anschlußflächen 3 A und 4 A können jedoch auch kon­ zentriert 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 3 A und 4 A gemäß Fig. 3 erleichtert die Verdrahtung mit diesen Anschlußflächen 3 A und 4 A.

Das wärmeerzeugende Widerstandselement 3 und das Temperatur­ ausgleichs-Widerstandselement 4 sind zwar auf dem Keramik­ substrat 2 einander benachbart angeordnet; sie können jedoch auch auf gesonderten Keramiksubstraten angeordnet sein, oder es kann nur das wärmeerzeugende Widerstandselement 3 verwen­ det werden, ohne daß das Temperaturausgleichs-Widerstands­ element 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 Isolierbe­ schichtung 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.

Claims (6)

1. Fluidleckage-Nachweiselement mit einem Substrat aus elektrisch isolierendem, gebranntem Material mit zwei gegenüberliegenden Oberflächen, deren eine zum Befestigen an einem Bauteil, wo Fluidleckage auftreten kann, geeignet ist und an deren anderen Oberfläche ein wärmeerzeugendes Widerstandselement angebracht ist, so daß eine Fluidleckage durch Ände­ rung des elektrischen Widerstandes des wärmeerzeugen­ den Widerstandselementes erfaßbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß das wärmeerzeugende Widerstandselement (3) in Dickfilmform aus Wolfram mit einem hohen Temperatur­ koeffizient, einer hohen Wärmeleitfähigkeit und ei­ nem höheren Schmelzpunkt als die Substratbrenntempe­ ratur auf das zugehörige Substrat (2) hoher Wärme­ leitfähigkeit vor dessen Brennen aufgedruckt ist und
daß das wärmeerzeugende Widerstandselement (3) mit einer gleichzeitig mit dem Substrat (2) gebrannten Isolierschicht (6) aus Aluminiumoxid bedeckt ist.

2. Fluidleckage-Nachweiselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Temperaturausgleichs-Widerstands­ element (4) aus dem gleichen Material wie dem des Widerstandselements (3) auf dem Substrat (2) oder einem anderen gleichwertigen Substrat vor dessen Bren­ nen aufgedruckt und mit einer gleichzeitig mit dem Substrat gebrannten Isolierschicht (6) aus Aluminium­ oxid bedeckt ist.

3. Fluidleckage-Nachweiselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Rückseite des Substrats (2) ein Wärmeiso­ lator (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 2, dadurch gekennzeichnet, daß Anschlußflächen (3 A, 4 A) der Widerstandselemen­ te (3, 4) an beiden Längsenden des Substrats (2) angeordnet sind.

6. Fluidleckage-Nachweiselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Anschlußflächen (3 A, 4 A) der Widerstandselemen­ te (3, 4) nur an einem Längsende des Substrats (2) angeordnet sind (Fig. 3).