AT504240B1 - Vorrichtung zur bestimmung einer physikalischen grösse - Google Patents

Description

2 AT 504 240 B1

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung einer physikalischen Größe einer Probe, insbesondere zur Bestimmung der Dichte einer Flüssigkeit, vorzugsweise nach dem Biegeschwingerprinzip, sowie zur Bestimmung der Probenqualität.

Derartige Vorrichtungen sind bekannt. So zum Beispiel eine Vorrichtung zur Bestimmung der Dichte von Flüssigkeiten nach dem Schwingerprinzip gemäß ISO 15212-1:1998. Diese vorbekannte Vorrichtung umfasst einen Dichtesensor, der entweder mit der Probe befüllt wird oder in die Probe eintaucht, eine Vorrichtung zur Anregung und Überwachung der Dichtesensorschwingung, eine Vorrichtung zur Bestimmung und Anzeige der Dichte, der Schwingungsfrequenz oder -periode, eine Vorrichtung zur Bestimmung und Anzeige der Probentemperatur, für die die Dichtemessung gültig ist und ein System zur Ermittlung und Anzeige von Fehlfunktionen und Bedienungsfehlern. Zusätzlich dazu können bei einer Vorrichtung solcher Art Vorrichtungen zur Temperierung der Probe und des Dichtesensors, Vorrichtungen zur Probenzufuhr und Vorrichtungen zur Reinigung des Dichtesensors vorgesehen sein. Dabei können diese benannten Vorrichtungen sowohl in der Vorrichtung zur Bestimmung der Dichte von Flüssigkeiten integriert oder als separate Bauteile ausgeführt sein.

Die KR 2003 000 2047 zeigt die Bestimmung der Dichte einer Flüssigkeit mittels einer optischen Erfassungseinrichtung.

Die GB 2 393 783 A zeigt eine optische Erfassungseinrichtung zur Bestimmung der Lage eines Flüssigkeitsspiegels.

Die JP 60 138 441 A wiederum zeigt die Bestimmung der Lichtdurchlässigkeit von Wasser.

Die erreichbare Messgenauigkeit bei der Bestimmung einer physikalischen Größe einer Probe an oben beschriebenem Vorrichtungsbeispiel hängt dabei wesentlich von der Herstellung der Probe, der Probenpräparation und der Probe selbst ab. Deswegen sollte eine fertig präparierte Probe auch vor und nach jeder Prüfung durch den Bediener der Vorrichtung geprüft und die Qualität der Probe bestimmt werden. Diese Qualitätsbestimmung ist oftmals nur schwierig durchzuführen und die Einschätzung der Qualität der Messung ist oft vom Prüfer abhängig. Bei der Messung der Dichte nach dem Biegeschwingerprinzip nach EN ISO 15212 oder ASTM D 4052 hängt die Genauigkeit wesentlich davon ab, dass die flüssige Probe homogen und frei von Luftblasen in das Messrohr eingebracht wird, und dass das Messrohr vor Beginn der Füllung frei von Rückständen ist.

Im Idealfall würden von der Probenpräparation bis zur Auswertung alle Schritte in einer Hand liegen und somit bei einer Probe durchgängig gleiche Sorgfältigkeitsansprüche Beachtung finden. Dies ist jedoch im Regelfall bei industrieller und großindustrieller Bestimmung einer physikalischen Größe einer Probe nicht der Fall. Es ist oftmals der Fall, dass ein Personenkreis mehrerer Personen für die Probenherstellung verantwortlich ist und dass gleichzeitig mehrere Vorrichtungsbediener für die Bedienung der Messvorrichtung verantwortlich sind. Als nachteilig erweist sich dabei, dass die Kontrolle, und somit die Beurteilung der Probenqualität, von der subjektiven Wahrnehmung des Beobachters oder des Vorrichtungsbedieners abhängig ist.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die genannten Nachteile zu vermeiden und eine Möglichkeit zu schaffen, an jeder Probe die mit dieser Probe mögliche Messgenauigkeit zu bestimmen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass sie zur Bestimmung der Probenqualität eine optische Erfassungseinrichtung zur optischen Detektion mechanischer, wie z.B. Lufteinschlüsse und/oder Verunreinigungen, und/oder optischer, wie z.B. Helligkeit, Farbe und/oder Trübheit, Inhomogenitäten der Probe und/oder eines Probenträgers, insbesondere eines Messrohres, umfasst, an deren Ausgang bzw. Ausgängen eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung der von der optischen Erfassungseinrichtung gelieferten Daten angeschlossen ist. 3 AT 504 240 B1

Dadurch kann der Einfluss der subjektiven Wahrnehmung eines Betrachters verringert werden, da die optische Erfassungseinrichtung eine Feststellung der Qualität der Probe dem Beobachter erleichtert, der Einfluss der subjektiven Wahrnehmung eines Beobachters verringert wird und dadurch auch unterschiedliche Personen die Qualität der Probe gleich beurteilen. Eine Feststellung der Probenqualität unter gleichbleibenden Kriterien ermöglicht die Beurteilung der möglichen Messgenauigkeit des Messwertes dieser Probe. Jedem Messwert der Probe kann entsprechend der Qualität der Probe ein Vertrauensbereich oder die Standardabweichung zugeordnet werden. Bei Verwendung der optischen Erfassungseinrichtung ist die Personalschulung einfacher und einfach geschultes Personal kann eine qualifizierte Aussage über die Probenqualität und über die mit dieser Probenqualität zu erzielende Messgenauigkeit treffen. In diesem Zusammenhang kann unter „Feststellung der Qualität der Probe“ verstanden werden, die zu bestimmende Probe mit einer Musterprobe und/oder dem Sollzustand einer Probe zu vergleichen. In Verallgemeinerung kann auch ein Qualitätsbegriff in Anlehnung an die EN ISO 9000:2005 herangezogen werden: Qualität ist der Grad, in dem ein Satz inhärenter Merkmale Anforderungen erfüllt. Oder, in Anlehnung an die IEC 2371, ist Qualität die Übereinstimmung zwischen den festgestellten Eigenschaften und den vorher festgelegten Forderungen einer Betrachtungseinheit. Bei industriellen und großindustriellen Vorrichtungen gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind Messsysteme mit automatischen Füll-, Mess-und Reinigungseinrichtungen bekannt. Die optische Erfassungseinrichtung erweist sich bei einer Automatisierung der Feststellung der Qualität der Probe als vorteilhaft, da diese gut in einen zumindest automatisierten Verfahrensablauf integriert werden kann.

Dabei kann unter Inhomogenität, auch Heterogenität genannt, die Uneinheitlichkeit der Probe bezüglich eines oder mehrerer Merkmale verstanden werden. Eine optische Erfassungseinrichtung zur Detektion von Inhomogenitäten bietet somit den Vorteil, dass eine Unterscheidung zwischen homogenen und inhomogenen Proben möglich ist und dass nicht dem Sollzustand entsprechende Proben markiert werden können. Insbesondere durch die Detektion von Lufteinschlüssen oder Verunreinigungen können somit zur Messung gut geeignete Proben von zur Messung weniger gut geeigneten Proben unterschieden werden und ihrer Eignung entsprechend können dem Messwert dieser Proben ein Vertrauensbereich oder eine Standardabweichung zugeschrieben werden.

Dies ermöglicht die für eine Messung bestimmte Probe mit dem Sollzustand der Probe und/oder einer Musterprobe zu vergleichen und abweichende optische Eigenschaften auch festzustellen, wenn diese homogen verteilt sind. Dies ermöglicht zum Beispiel die Erkennung von falschen Probenbestandteilen oder falschen Proben, welche sich in ihren optischen Eigenschaften vom Sollzustand der Probe und/oder einer Musterprobe unterscheiden. Gemäß dem Unterschied und der Größe des Unterschiedes kann dem Messwert dieser Proben ein Vertrauensbereich oder eine Standardabweichung zugeschrieben werden.

Mit dieser Auswerteeinrichtung werden die erfassten Daten zumindest teilweise in Information umgewandelt, diese Daten, in zur besonders einfachen Auswertbarkeit für den Beobachter geeigneter Form, vorbereitet und/oder für eine Auswertung zu einem späteren Zeitpunkt - insbesondere bei längerer Prüfdauer - abgespeichert. Dies kann bei einer längeren Messung, insbesondere einer Messung über Nacht, ermöglichen, dass die Anwesenheit eines Beobachters zur Erfassung und Kontrolle der Qualität der Probe nicht notwendig ist. Eine Speicherung der Daten und/oder der aus den Daten gewonnen Information kann zu Dokumentationszwecken erfolgen.

Dies kann den normgerechten Versuchsaufbau, den normgerechten Versuchsablauf und normgemäße Messwerte gemäß ISO 15212-1:1998 oder ASTM D 4052-96 ermöglichen.

In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung ein transparentes Messrohr für die Probe umfasst, und dass die optische Erfassungseinrichtung in Sichtkontakt zum transparenten Messrohr angeordnet ist. Dies kann die Messung an pulverför- 4 AT 504 240 B1 migen Proben, an flüssigen Proben oder Probenflüssigkeiten ermöglichen. Das transparente Messrohr kann darüber hinaus die Befüllung eines vordefinierten Probenvolumens erleichtern. Dies bietet den zusätzlichen Vorteil, dass die Feststellung der Qualität der Probe berührungslos erfolgen kann und dass die optische Erfassungseinrichtung zur Probe und zum transparenten Messrohr positioniert werden kann.

In Weiterführung dieser Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Messrohr im Wesentlichen U-förmig ausgebildet ist. Eine derartige Ausführung ermöglicht die Messung einer Probe in für derartige Messrohre vorgesehenen Prüf- und Messvorrichtungen, wie dies zum Beispiel bei der eingangs beschriebenen Vorrichtung zur Bestimmung der Dichte von Flüssigkeiten nach dem Schwingerprinzip gemäß ISO 15212-1:1998 der Fall ist.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführung kann vorgesehen sein, dass die optische Erfassungseinrichtung zumindest einen Helligkeitssensor umfasst. Dieser Detektor zur Bestimmung von Helligkeit wandelt die Helligkeit in ein elektrisches Signal und ermöglicht eine einfache Weiterverarbeitung, und bei entsprechender Ausgestaltung des Sensors eine zumindest teilweise Automatisierbarkeit der Weiterverarbeitung, des Messsignals Helligkeit. Eine Ausführung mittels eines solchen Sensors ist besonders kostenschonend herzustellen und es fallen bei einer möglichen elektronischen Weiterverarbeitung des Signals nur geringe Datenmengen an.

In einer anderen bevorzugten Ausführung kann vorgesehen sein, dass die optische Erfassungseinrichtung zumindest einen Farbsensor umfasst. Dieser Detektor zur Bestimmung von Farbe wandelt die erfasste Farbe in ein elektrisches Signal und ermöglicht eine einfache Weiterverarbeitung auf elektronischem Weg, insbesondere mittels elektronischer Datenverarbeitung. Bei entsprechender Ausgestaltung des Sensors ist eine zumindest teilweise Automatisierbarkeit der Weiterverarbeitung, des Messsignals Farbe möglich, die Ausführung ist besonders kostenschonend herzustellen und es fallen bei einer möglichen elektronischen Weiterverarbeitung des Signals nur geringe Datenmengen an.

In besonders bevorzugter Ausführung kann vorgesehen sein, dass die optische Erfassungseinrichtung als Kamera ausgebildet ist. Der Vorteil ist, dass die Kamera ein Bild erfasst, welches die Qualität der Probe in allen Einzelbereichen zeigt. Die Feststellung der Qualität der Probe, sprich die Prüfung, ob die Probe für die Messung geeignet ist, kann besonders zuverlässig durchgeführt werden. Dabei kann die Kamera analog oder digital ausgeführt sein und somit Bildmaterial oder digitalisierte Bilddaten liefern. Die mittels Kamera erzeugten Bildmaterialien oder Bilddaten können archiviert werden, womit auch zu einem späteren Zeitpunkt eine der Probe und der jeweiligen Messung eindeutig zuordenbare Aussage über die Qualität der Probe möglich ist und die Bilder können dokumentiert werden. Bei langer Messdauer, insbesondere bei einer Messung über die Nacht, kann die Kamera selbstständig in regelmäßigen Abständen ein Bild der Probe erfassen und abgespeichert werden. Der Messablauf kann hiermit auch in Abwesenheit eines Beobachter vollständig aufgezeichnet und dokumentiert werden.

In diesem Zusammenhang kann bei der Vorrichtung, welche als Dichtemessvorrichtung nach dem Biegeschwingerprinzip ausgebildet ist, vorgesehen ein, dass an einer Messzelle der Dichtemessvorrichtung ein Sichtfenster ausgebildet ist, und dass die Kamera außerhalb der Messzelle nahe oder unmittelbar hinter dem Sichtfenster positioniert ist. Dies kann den normgerechten Versuchsaufbau, den normgerechten Versuchsablauf und normgemäße Messwerte gemäß ISO 15212-1:1998 oderASTM D 4052-96 ermöglichen.

In diesem Zusammenhang kann die Kamera einen Bildsensor, insbesondere CCD- oder CMOS-Sensor, umfassen uns insbesondere als Digitalkamera ausgebildet sein. Mit dem CCD-oder CMOS-Sensor kann das analoge optische Abbild in einen elektronischen Datenstrom gewandelt werden, welcher in einfacherWeise weiterverarbeitet werden kann, insbesondere zu, mittels handelüblichen Bildbetrachtungsprogrammen darstellbaren Bilddaten, und der Datenstrom kann zur Dokumentation oder zur späteren Analyse gespeichert werden. 5 AT 504 240 B1

Mit einer Auswerteeinrichtung dieser Art werden zumindest teilweise Bilder in Information umgewandelt oder diese Bilder in zur besonders einfachen Auswertbarkeit für den Beobachter geeigneter Form vorbereitet. Dies ermöglicht, dass die Auswertung zumindest teilweise maschinell möglich ist, zum Beispiel als Auswahl zur Messung gut oder schlecht geeignet, und 5 somit nur mehr ein Teil der Proben, nicht eindeutige Grenzfälle zum Beispiel, durch den geschulten Beobachter kontrolliert und beurteilt werden müssen. Weiters kann bei geeigneter Ausgestaltung die Auswerteeinrichtung eine Auswertung zu einem späteren Zeitpunkt ermöglichen, was insbesondere bei langer Prüfdauer von Vorteil ist, und ein Speichern der Bilder oder der aus den Bildern gewonnen Information kann zu Dokumentationszwecken erfolgen. 10

Mit einer Auswerteeinrichtung dieser Art kann das von der Probe gemachte Bild, zur besonders einfachen und anschaulichen Auswertbarkeit für den Beobachter, in geeigneter Form vorbereitet und teilweise oder völlig automatisiert ausgewertet werden. 15 Durch das Mittel zum Vergleichen der von der optischen Erfassungseinrichtung gelieferten Daten mit Referenzdaten, wird das Feststellen der Probenqualität für den Beobachter besonders vereinfacht. In vorteilhafter Weise kann eine zumindest teilweise automatisierte Auswertung durch das Mittel zum Vergleichen vereinfacht werden, indem die Auswerteeinrichtung selbst, zumindest teilweise, den Vergleich der Daten mit Referenzdaten durchführt. 20

Durch die Mittel zum Vergleichen der von der optischen Erfassungseinrichtung gelieferten Bilder mit einem Referenzbild, wird das Feststellen der Probenqualität, für den Beobachter besonders vereinfacht. In vorteilhafter Weise kann eine zumindest teilweise automatisierte Bildauswertung durch die Mittel zum Vergleichen vereinfacht werden, indem die Auswerteeinrichtung selbst, 25 zumindest teilweise, den Vergleich des Bildes mit einem Referenzbild durchführt.

Damit können Inhomogenitäten besonders einfach, bei geeigneter Ausführung teilweise automatisch oder vollautomatisch festgestellt werden. Insbesondere die Erkennung von Lufteinschlüssen und/oder Verunreinigungen ist damit mit hoher Genauigkeit und Verlässlichkeit mög- 30 lieh.

Eine gegebenenfalls speziell für diesen Zweck eingerichtete Beleuchtung ermöglicht eine gleichmäßige Beleuchtung der Probe und somit ein Feststellen der Qualität der Probe unter konstanten Beleuchtungsbedingungen der Probe und erhöht somit die Genauigkeit des Fest-35 stellens der Probenqualität auch bei unterschiedlichen Umgebungslichtverhältnissen.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Bestimmung einer physikalischen Größe einer Probe, insbesondere zur Bestimmung der Dichte einer Flüssigkeit, vorzugsweise nach dem Biegeschwingerprinzip, sowie zur Bestimmung der Probenqualität. 40

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bei einem Verfahren zur Bestimmung einer physikalischen Größe, insbesondere zur Bestimmung der Dichte einer Flüssigkeit, eine Möglichkeit zu schaffen, an jeder Probe die mit dieser Probe mögliche Messgenauigkeit zu bestimmen. 45

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass zur Überprüfung der hinreichenden Reinigung des leeren Messrohres vor der Füllung des Messrohres mit der Probe mit einer als Digitalkamera ausgebildeten Kamera ein Bild des leeren Messrohres erfasst und von einer Auswerteeinheit oder einem Beobachter mit einem Referenzbild eines leeren Messrohres verglichen so wird, und dass nach der Befüllung des Messrohres mit der Probe mit der Kamera ein Bild der Probe und deren Umgebung erfasst und mit der Auswerteeinrichtung weiterverarbeitet und/oder abgespeichert wird.

Dadurch kann der Einfluss der subjektiven Wahrnehmung eines Betrachters verringert werden, 55 da die optische Erfassung bei der Feststellung der Qualität der Probe der Probe den Einfluss 6 AT 504 240 B1 der subjektiven Wahrnehmung eines Beobachters verringern kann und hiermit auch unterschiedliche Personen die Qualität der Probe gleich beurteilen können. Eine Feststellung der Probenqualität unter gleichbleibenden Kriterien kann ermöglicht werden und hiermit kann die Beurteilung der möglichen Messgenauigkeit bei der Bestimmung einer physikalischen Größe der Probe erfolgen und jedem Messwert der Probe kann entsprechend der Qualität der Probe ein Vertrauensbereich oder die Standardabweichung zugeordnet werden. Bei optischer Erfassung der Probe kann die Personalschulung einfacher sein und das einfach geschulte Personal kann eine qualifizierte Aussage über die Probenqualität und über die mit dieser Probenqualität zu erzielende Messgenauigkeit treffen. Bei industriellen und großindustriellen Vorrichtungen sind Messsysteme mit automatischen Füll-, Mess- und Reinigungseinrichtungen bekannt. Die optischen Erfassung der Probe erweist sich bei einer Automatisierung der Feststellung der Qualität der Probe als vorteilhaft, da diese gut in den Verfahrensablauf integriert werden kann.

Dies kann den normgerechten Versuchsaufbau, den normgerechten Versuchsablauf und normgemäße Messwerte gemäß ISO 15212-1:1998 oder ASTM D 4052-96 ermöglichen.

Die Empfindlichkeit und die Verlässlichkeit der Feststellung der Qualität der Probe kann hiermit weiter gesteigert werden.

Die Empfindlichkeit und die Verlässlichkeit der Feststellung der Qualität der Probe kann hiermit weiter gesteigert werden, auch wenn die Probe nicht homogen ist. Dies ermöglicht beispielsweise die Erkennung einer falschen Probenflüssigkeit.

Dadurch, dass ein Bild die Qualität der Probe in allen Einzelbereichen zeigt, kann die Feststellung der Qualität der Probe besonders zuverlässig sein. Das dabei elektronisch oder digitalisiert vorliegende Bild, kann elektronisch, beispielsweise computerunterstützt, weiterverarbeitet oder gespeichert werden, wodurch eine teilweise oder vollautomatische Automatisierung der Feststellung der Probenqualität möglich ist. Das Bild kann abgespeichert oder dokumentiert werden und somit kann auch zu einem späteren Zeitpunkt, eine der Probe eindeutig zuordenbare Aussage zur Probenqualität erfolgen.

Die Helligkeitsverteilung ist oft ein geeignetes und ausreichendes Mittel zur Bestimmung der Qualität einer Probe und die Helligkeitsverteilung ist im Bild besonders einfach auswertbar. Dabei kann diese Auswertung durch einen Beobachter, sowie teilweise oder völlig automatisiert erfolgen. Zusätzlich können bei einem Verfahren dieser Art gezielt sonstige optische Störfaktoren ausgeschlossen werden, wenn durch die sonstigen Störfaktoren, zum Beispiel eine mögliche zusätzliche Farbverteilung, die Verlässlichkeit der Bestimmung der Qualität der Probe beeinträchtigt würde.

Ein solches Verfahren kann eine besonders einfache und anschauliche Feststellung der Probenqualität ermöglichen und auch durch einen nicht speziell für diese Aufgabe geschulten Beobachter erfolgen. Ebenso ist eine teilweise oder völlige Automatisierung denkbar, indem ein elektronisches, beispielsweise computerunterstütztes, Auswertesystem, ein Bild der Probe mit einem Referenzbild vergleicht und dabei die Unterschiede vom Auswertesystem eigenständig erkannt werden oder diese Unterschiede für den Beobachter, in zur besseren Erkennbarkeit von Unterschieden, vorbereitet. Auch Unreinheiten des Messrohres können, durch den Vergleich mit einem Referenzbild eines leeren Messrohres, vor der Befüllung einfach erkannt werden.

Bei einem Verfahren dieser Art können Inhomogenitäten, beispielsweise Lufteinschlüsse oder Verunreinigungen, besonders einfach und mit hoher Genauigkeit erkannt werden. Dabei kann das Vergleichen der benachbarten Bildpunkte durch den Beobachter erfolgen oder zumindest teilweise automatisiert, wobei die Automatisierung elektronisch, insbesondere computerunterstützt erfolgen kann. 7 AT 504 240 B1

Besonders bei der Feststellung der Probenqualität bei Flüssigkeiten sind konstante Lichtverhältnisse vorteilhaft. Mittels einer Beleuchtungseinrichtung, welche die Probe beleuchten kann und welche eigens für diesen Zweck eingerichtet sein kann, kann der Einfluss auf das Ergebnis von Umgebungslicht, insbesondere der Umgebungsbeleuchtung verringert werden und somit kann die Genauigkeit bei der Feststellung der Probenqualität erhöht werden.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen, in welchen Ausführungsformen beispielhaft dargestellt sind, näher beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 eine axonometrische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 1a eine axonometrische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2a eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer fünften der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Fig. 3a eine Darstellung des Sichtbereichs der Kamera bei einer Anordnung der Kamera gemäß Figur 3.

Die Fig. 1 - 3 zeigen bevorzugte Ausführungsformen einer Vorrichtung zur Bestimmung einer physikalischen Größe einer Probe 1, insbesondere zur Bestimmung der Dichte einer Flüssigkeit, mit einer optischen Erfassungseinrichtung 2 zur Feststellung der Qualität der Probe. Dadurch kann der Einfluss der subjektiven Wahrnehmung eines Betrachters wesentlich verringert werden, da die optische Erfassungseinrichtung 2 eine Feststellung der Probenqualität ohne subjektiven Einfluss ermöglicht. Gleichzeitig wird es erheblich einfacher für unterschiedliche Personen ein gleichbleibendes Ergebnis der Qualitätsprüfung der Probe 1 zu erzielen. In Weiterführung lässt die Qualitätsprüfung der Probe 1 einen Rückschluss auf die Verlässlichkeit des Messwertes zu. Bei entsprechender Ausführung der optischen Erfassungseinrichtung 2 kann auch weniger zur Feststellung der Qualität der Probe 1 geschultes Personal eine gleichbleibende Aussage über die Probenqualität und über die mit dieser Probenqualität zu erzielende Messgenauigkeit machen. Als weiterer Vorteil der Erfindung kann sich die zumindest teilweise Automatisierung der Feststellung der Qualität der Probe 1 erweisen. Bei industriellen und groß-industriellen Vorrichtungen gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind Messsysteme mit automatischen Füll-, Mess- und Reinigungseinrichtungen bekannt. Die optische Erfassungseinrichtung erweist sich bei einer Automatisierung der Feststellung der Qualität der Probe als vorteilhaft, da diese gut in einen zumindest automatisierten Verfahrensablauf integriert werden kann.

Die Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche sich durch einen besonders einfachen Aufbau auszeichnet. Die Probe 1 ist dabei auf oder in einem Probenträger 13 angeordnet und kann sowohl fest, als Dünnschnitt zum Beispiel, pulverförmig, flüssig oder gasförmig vorliegen. In Gebrauchslage unterhalb des Probenträgers 13 ist eine optische Erfassungseinrichtung 2 angebracht, welche teilweise reflektierendes und teilweise durchscheinendes Material aufweist. Beispielsweise ist dies eine insbesondere gleichmäßig weiße, dünne Folie umfassend Papier, Kunststoff oder Ähnliches. Bei einer Ausführungsform gemäß Fig. 1 kann eine Beleuchtungseinrichtung 12, beispielsweise ein Spot 17, vorgesehen sein. Der Spot 17, welcher eine hinreichend punktförmige Lichtquelle darstellen kann, kann einen Schatten 14 der Probe 1 und des Probenhalters 13 auf die darunter liegende optische Erfassungseinrichtung 2 werfen. Statt des Spot können auch sonstige Beleuchtungseinrichtungen 12, wie zum Beispiel Neonröhren, Projektionslampen oder auch Umgebungslicht Verwendung finden. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass von der Beleuchtungseinrichtung 2 ein deutlicher Schatten 14 der Probe 1 und des Probenträgers 13 auf der optischen Erfassungseinrichtung 2 erzeugt werden sollte. 8 AT 504 240 B1

Ein Beobachter kann von fast jeder beliebigen Richtung das Schattenbild der Probe 1 und/oder des Probenträgers 13 in der Gesamtheit auf Helligkeit und/oder Farbe beurteilen und bei geeigneter Ausführung der Beleuchtungseinrichtung 12, beispielsweise durch eine Projektionslampe oder einen Spot 17, können Inhomogenitäten 3, wie zum Beispiel Gaseinschlüsse, insbesondere Lufteinschlüsse 4, bei Flüssigkeiten und/oder Festkörpern und/oder Verunreinigungen 5 der Probe 1 und/oder des Probenträgers 13, festgestellt und bewertet werden. Bevorzugt ist hier eine möglichst punktförmige Lichtquelle vorgesehen, da dadurch die Probe 1 und deren Inhomogenitäten 3 vergrößert dargestellt werden können. Damit ist eine einfache und schnelle Beurteilung auch durch einen dafür nicht im Besonderen geschulten Beobachter möglich, ob die Qualität der Probe 1, respektive die Qualität der Probenvorbereitung, eine Messung erlaubt, oder ob die vorliegende Probe 1 für eine Messung weniger geeignet ist.

Die Figur 1a zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform ähnlich jener in Fig. 1 dargestellten. Die Probe 1 kann sich dabei auf oder in dem Probenträger 13 befinden und die optische Erfassungseinrichtung 2 kann ein Helligkeitssensor 6 oder ein Farbsensor 7 sein und dieser Sensor 6, 7 kann mit einer Auswerteeinrichtung 11 verbunden werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel der Figur 1a ist eine Solarzelle 15 als Helligkeitssensor 6 vorgesehen. Das von oben einfallende Licht der Beleuchtungseinrichtung 12, ausgeführt als Neonröhre 16, tritt durch die Probe 1 und den Probenträger hindurch und fällt auf die Solarzelle 15. Die Solarzelle 15 liefert ein elektrisches Signal in Abhängigkeit der durch Probe 1 und Probenträger 13 durchtretenden Lichtmenge. Das elektrische Signal wird mittels einer Auswerteeinrichtung 11, welche bevorzugt und wie dargestellt als Spannungsmessgerät 18 ausgeführt sein kann, gemessen und entweder optisch durch eine Anzeige oder akustisch dargestellt. Die Anzeige kann dabei beispielsweise aus drei unterschiedlich farbigen LEDs 19 bestehen, welche mittels grün, gelb oder rot leuchtender LED die Eignungsklasse der Probe für die eine Messung anzeigt, oder als alphanumerisches Display 20 ausgeführt sein, welches die Spannung oder den Strom des elektrischen Signals anzeigt. Eine akustische Darstellung des Messsignals kann, mittels eines Lautsprechers, vorgesehen sein. Dabei könnte der Lautsprecher einen dem elektrischen Signal eindeutig zuordenbarem Ton abgeben.

Weiters ist in Figur 1a dargestellt, dass das Spannungsmessgerät direkt an eine weitere Auswerteeinheit 11 zur elektronischen Datenverarbeitung, beispielsweise einen Computer 22, angeschlossen ist. Mittels geeigneter Auswerteprogramme ist eine automatische Bestimmung der Probenqualität möglich. In bevorzugter Ausführung der Erfindung gemäß Figur 1a kann anstatt der durch die Probe 1 und den Probenkörper durchtretenden Lichtmenge die von Probe 1 und/oder Probenträger 13 reflektierte Lichtmenge mittels eines Helligkeits- 6 oder Farbdetek-tors 7 gemessen und das somit erhaltene elektrische Signal an ein Spannungsmessgerät 18, oder eine ähnliche Auswerteeinrichtung 11 weitergeleitet werden.

Die Figur 2 zeigt eine dritte bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem transparenten Messrohr 10 und einer pulverförmigen oder einer flüssigen Probe 1, welche sich im Messrohr 10 befindet. Die Probe 1 kann mittels einer Beleuchtungseinheit 12, in Fig. 2 dargestellt als Array von LEDs 23, gleichmäßig ausgeleuchtet werden, sodass auch bei sich änderndem Umgebungslicht die Probe 1 immer gleichmäßig beleuchtet werden kann. Eine Kamera 8, beispielsweise als Sofortbildkamera 24 ausgeführt, ist derart montiert, dass diese mit der Probe 1 in Sichtkontakt steht und vor jeder Messung ein Bild der Probe 1 macht.

Dabei kann die Sofortbildkamera 24 derart platziert sein, dass sich die Probe 1 zwischen der Beleuchtungseinheit 12 und der Kamera 8 befindet, oder in anderer, für eine Aufnahme eines Bildes der Probe 1, vorteilhafter Weise zum Beispiel. Das so gewonnene Bild zeigt innerhalb weniger Minuten eine genaue und detailreiche Darstellung der Probe 1 und des Messrohres 10. Sowohl die Homogenität in Helligkeit und Farbe der Probe, als auch eine mögliche Inhomogenität 3, insbesondere hervorgerufen durch Lufteinschlüsse 4 in der Probe 1 und/oder Verunreinigungen 5 von Probe 1 oder Messrohr 10 können somit analysiert und beurteilt werden. Das Bild kann ein Beobachter mit einem Referenzbild einer Probe 1 oder einem leeren Messrohr 10 9 AT 504 240 B1 vergleichen und so auf einfachem Wege feststellen, ob die Versuchsvorbereitung für eine Messung geeignet ist oder nicht.

In Fig. 2a ist die Kamera 8 als Digitalkamera 25 mit einem Bildsensor 9, insbesondere einem CCD- oder einem CMOS-Sensor ausgeführt. In Figur 2a ist auch die Auswerteeinrichtung 11 dargestellt, welche in Figur 2a ein Computer mit der entsprechenden Bildbetrachtungs- und Auswertesoftware ist. Dabei liefert die Digitalkamera 25 Bilddaten, welche mittels dafür vorgesehener Bildbetrachtungsprogramme am Bildschirm 26 oder der Anzeigeeinrichtung der Auswerteeinrichtung 11 dargestellt und vom Betrachter praktisch in Echtzeit beurteilt werden können.

Darüber hinaus kann die Auswerteeinrichtung Programme zur Weiterverarbeitung der Bilddaten umfassen. Es können Bildausschnitte vergrößert werden und Unregelmäßigkeiten, Inhomogenitäten 3, Gas-, insbesondere Lufteinschlüsse 4, oder Verunreinigungen 5 deutlicher am Bildschirm 26 dargestellt werden. Kritische Bereiche der Probe 1 können gezielt vom Programm erfasst werden und gleichzeitig mit einem Übersichtsbild auf demselben Bildschirm 26 oder auf einem zweiten am Computer 22 angeschlossenen Bildschirm 26 dargestellt werden. Darüber hinaus kann das Bild zur einfacheren Lesbarkeit, auch durch nicht speziell für diese Aufgabe geschultes Personal, mittels Falschfarbendarstellung, geänderter Helligkeit und/oder geändertem Kontrast wiedergegeben werden. Dies alles stellt eine teilweise automatisierte Bildaufbereitung dar, welche eine Beurteilung der Qualität der Probe 1 vereinfachen und die subjektiven Einflüsse bei der Beurteilung der Qualität der Probe 1 verringern kann.

Zusätzlich dazu kann die Bildinformationen von einer Auswerteeinheit 11, insbesondere ein Computer 22 mit einem dafür geeigneten Programm, weiterverarbeitet und ausgewertet werden und somit die Automatisierung der Bildauswertung weiter vorangetrieben werden. Die Bilder der Probe 1 können abgespeichert werden und zur Dokumentation verwendet werden. Anstatt einer Kamera kann auch ein Detektor zur Aufzeichnung von Daten der Probe 1 vorgesehen sein. Die Auswerteeinrichtung 11 kann auch hier die von der optischen Erfassungseinrichtung 2 erfassten Daten, insbesondere die von der Auswerteeinrichtung aus den Daten erzeugten Informationen, zur späteren Auswertung oder zu Dokumentationszwecken speichern. Wenn die Auswerteeinrichtung 11 die Beurteilung der Qualität der Probe übernimmt, kann jedem Messwert vollautomatisch oder teilautomatisch ein Vertrauensbereich, eine Standardabweichung oder eine Varianz zugeordnet werden. Dieser Vertrauensbereich kann angeben, wie weit der tatsächlich Wert der gemessenen physikalischen Größe der Probe 1 von dem gemessenen Wert der physikalischen Größe der Probe abweichen kann.

In Weiterführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine zur Messung nicht geeignete Probe 1 vollautomatisch aus der Versuchsanordnung entfernt, eine neue, nächste Probe 1 vollautomatisch auf deren Eignung zur Messung geprüft, und bei positivem Ergebnis auch die Messung ohne Eingriff durch den Benutzer gestartet werden kann, und von der Auswerteeinrichtung 11 ein Bild der Probe 1, der Messwert und der Vertrauensbereich, sprich die mit der Probenqualität erzielbare mittlere Messgenauigkeit, zur Dokumentation oder zur späteren Analyse gespeichert werden kann.

Figur 3 zeigt in Aufsicht eine fünfte bevorzugte Ausführung der Erfindung, wie diese für die Messung der Dichte von Flüssigkeiten nach dem Biegeschwingerprinzip, insbesondere nach EN ISO 15212 oder ASTM D 4052, vorgesehen ist. Bei einer derartigen Messanordnung hängt die Genauigkeit der Messung in besonderem Maße davon ab, dass die flüssige Probe 1, sprich die Probenflüssigkeit 1, homogen und frei von Luftblasen in das U-förmige Messrohr 10 eingebracht wird, und dass das U-förmige Messrohr 10 vor Beginn der Füllung frei von Rückständen 5 ist. Zur Kontrolle dieser Voraussetzung ist an der Messzelle ein Sichtfenster 27 angebracht, durch das das transparente U-förmige Messrohr 10 beobachtet werden kann. Die Fig. 3 zeigt im Grundriss: das U-förmige Messrohr 10, die Beleuchtungseinrichtung 12, die Kamera 8, welche bevorzugt als digitale Kamera 25 mit einem Bildsensor 9 ausgeführt sein kann, und welche 10 AT 504 240 B1 außerhalb der Messzelle nahe oder unmittelbar hinter dem Sichtfenster 27 positioniert ist und in Sichtkontakt mit der Probenflüssigkeit 1 steht, die Auswerteeinrichtung 11, insbesondere ein Computer 22, sowie die zugehörige Anzeigeeinheit, insbesondere einen Bildschirm 26.

Die Figur 3a zeigt ein mittels der Digitalkamera 25 von der Probenflüssigkeit 1 und deren Umgebung erfasstes Bild, welches bei einer Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Figur 3 von der Kamera 8 aufgenommen wird. Mittels der Digitalkamera 25 kann ein einzelnes Bild erfasst werden oder es können mehrere Bilder hintereinander erfasst werden. Die Auswerteeinrichtung 11 kann die Bilder weiterverarbeiten und/oder abspeichern. Ein Abspeichern ist vorteilhaft, wenn die Auswertung zu einem späteren Zeitpunkt erfolgen soll und kann zur Dokumentation der Qualität der Probenflüssigkeit 1 dienen.

In Fig. 3a ist das U-förmige Messrohr 10 in Gebrauchslage mit dem Einlass 29 für die flüssige Probe 1 unten und dem Auslass 30 für die flüssige Probe 1 oben dargestellt. Dargestellt ist ebenfalls ein mit der flüssigen Probe 1 befüllter Bereich 31 des Messrohres 10, der unbefüllte Bereich 32 des Messrohres 10, in dem sich Luft, oder ein anderes in der Messvorrichtung verwendetes Gas, befindet, sowie ein Gas- oder Lufteinschluss 4 und eine Verunreinigung 5 oder ein Rückstand 5 einer vorhergehenden Messung. Die Beleuchtung erfolgt in Gebrauchslage gesehen, und wie auch in Figur 3 dargestellt, von links des in der Messzelle befindlichen Messrohres 10.

Bei dieser Anordnung Messrohr 10, Beleuchtungsrichtung 12 und Kamera 8 senkrecht zueinander, erzeugen die Ränder der Gas- oder Luftblasen 4 und der Meniskus 28, sprich die gewölbte Trennfläche zwischen dem befüllten 31 und dem unbefüllten Bereich 32 im Messrohr 10, gut sichtbare Lichtreflexe. Die Überprüfung der hinreichenden Reinigung des leeren Messrohres 10 kann durch einen Vergleich mit einem Referenzbild eines leeren Messrohres 10 erfolgen. Dazu kann vor der Füllung des Messrohres 10 mit der Probenflüssigkeit 1 ein Bild des leeren Messrohres erfasst werden und mit dem Referenzbild eines leeren Messrohres 10 von der Auswerteeinheit 11, oder einem Beobachter, verglichen werden. Darüber hinaus kann durch den Vergleich mit einem bei Inbetriebnahme des Gerätes erstellten Referenzbild des leeren Messrohres 10 eine eventuell auftretende schleichende Belagsbildung im oder am Messrohr 10 erkannt werden. Zur Berücksichtigung der Langzeitdrift oder der Alterung des elektrischen Systems wird ein Bildbereich, der nicht durch die zu messende Probe beeinflusst wird, zur Kompensation der Drift bzw. Alterung erfasst und zum Vergleich mit einem Referenzbild dieses Bildbereichs herangezogen. Die Aufnahme eines leeren Messrohres 10, als Referenzbild beispielsweise, kann zusätzlich herangezogen werden, um den von der Auswerteeinheit 11 zu untersuchenden Bereich einzugrenzen. Damit kann die zur Auswertung benötigte Datenmenge verringert werden und unnötige oder ablenkende Bildinformation ausgeblendet werden.

Der durch das Referenzbild auf den Bereich des Messrohres 10 eingegrenzte Bereich kann bevorzugt auf Unstetigkeiten oder Inhomogenitäten 3 geprüft werden. Diese Unstetigkeiten im Kontrollbild, Figur 3a, der Probe 1 können ein Hinweis auf eine schlechte Befüllung, auf Gas-und Luftblasen 4 in der Probe 1 oder auf Verunreinigungen 5, insbesondere Rückstände 5, im Messrohr 10 sein.

Die Unstetigkeiten im Kontrollbild können bevorzugt durch an sich bekannte Methoden der Bildanalyse analysiert werden. Insbesondere können Gas- und Lufteinschlüsse 4 als kreis- oder ellipsenförmige Objekte oder Unstetigkeiten im Kontrollbild erkannt werden. Dabei wird durch Vergleich der einzelnen Bildpunkte, insbesondere durch den Vergleich von Bildpunkten in näherer Umgebung oder unmittelbar benachbarter Bildpunkte, ein Feststellen der Qualität der Probe 1 sowohl auf deren Homogenität der Füllung, insbesondere in Hinblick auf störende Gas- oder Lufteinschlüsse 4, als auch der Reinheit des Messrohres 10, insbesondere Verunreinigungen 5 und Rückstände, ermöglicht.

Die Auswerteeinheit kann die Probenqualität automatisch analysieren, beurteilen oder feststel-

Claims (8)

1 1 AT 504 240 B1 len und das Ergebnis der Analyse, Beurteilung oder Feststellung auf einer Anzeigeeinheit darstellen oder das erfasste Kontrollbild der Probe 1 kann auf der Anzeigeeinheit, insbesondere einem Bildschirm 26, dargestellt werden. Die Anzeigeeinheit kann dabei in unmittelbare Nähe zur Messzelle sein, oder sich in einem anderen Raum oder Gebäude befinden. Die Auswerteeinrichtung 11 kann die Probenqualität in verschiedenen Abstufungen als mehr oder weniger zur Messung geeignet einstufen und die Probe dementsprechend markieren oder das Probenbild mit der entsprechenden Einstufung versehen und zur Dokumentation abspeichern. Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass der Messwert nach Messung an der Probe automatisch und entsprechend der Einstufung der Probenqualität in unterschiedliche Güteklassen eingeteilt wird. Den Güteklassen entsprechend können Varianz-, Standardabweichungswerte oder Vertrauensbereiche zugewiesen werden, welche für den Beobachter in übersichtlicher Form sowohl Messwert als auch den Bereich der Messwertunschärfe für jede an einer Probe durchgeführten Messung angeben. Weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen weisen lediglich einen Teil der beschriebenen Merkmale auf, wobei jede Merkmalskombination, insbesondere auch von verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen, vorgesehen sein kann. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Bestimmung einer Qualität einer Probenvorbereitung und einer physikalischen Größe einer Probe (1), insbesondere zur Bestimmung der Dichte einer Flüssigkeit, vorzugsweise nach dem Biegeschwingerprinzip, wobei die Bestimmung der physikalischen Größe an der in das Messrohr (10) gefüllten Probe (1) durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, - dass zur Überprüfung der hinreichenden Reinigung des leeren Messrohres (10) mit einer als Digitalkamera ausgebildeten Kamera (8) ein Bild des leeren Messrohres (10) vor der Füllung des Messrohres (10) mit der Probe (1) gemacht und mit einer Auswerteeinrichtung (11) elektronisch weiterverarbeitet wird, - dass mit der Auswerteeinrichtung (11) - zur Beurteilung ob das leere Messrohr (10) frei von Rückständen ist - das Bild des leeren Messrohres (10) mit einem Referenzbild des leeren Messrohres (10) verglichen wird, - dass das Messrohr (10) mit der Probe (1) befüllt wird, - dass mit der Kamera (8) - zur Bestimmung der Qualität der Probenvorbereitung der in das Messrohr (10) gefüllten Probe (1) - ein weiteres Bild der Probe (1) und deren Umgebung gemacht und mit der Auswerteeinrichtung (11) elektronisch weiterverarbeitet und/oder abgespeichert wird, wobei bei der Bestimmung der Qualität der Probenvorbereitung der in das Messrohr (10) gefüllten Probe (1) bestimmt wird, ob die vorliegende Probe (1) zur Bestimmung einer physikalischen Größe an dieser Probe (1) geeignet oder ungeeignet ist, - und dass, wenn die vorliegende Probe (1) zur Bestimmung einer physikalischen Größe an der Probe (1) geeignet ist, mit der Vorrichtung - in an sich bekannter Weise - die Bestimmung der physikalischen Größe der Probe (1) durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die vorliegende Probe (1) zur Bestimmung einer physikalischen Größe an der Probe (1) ungeeignet ist, die zur Bestimmung der physikalischen Größe ungeeignete Probe (1) vollautomatisch aus der Versuchsanordnung entfernt, eine weitere nächste Probe (1) vollautomatisch auf deren Eignung zur Bestimmung der physikalischen Größe an dieser nächsten Probe (1) geprüft wird, und dass bei positivem Ergebnis dieser Prüfung die - an sich bekannte - Bestimmung der physikalischen Größe der Probe (1) vollautomatisch gestartet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Bildinformationen der 1 2 AT 504 240 B1 Bilder, insbesondere Helligkeit oder Farbe, einander benachbarter Bildpunkte verglichen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Auswerteeinrichtung (11) die Eignung der Probe (1) zur Bestimmung der physikalischen Größe an der Probe (1) in verschiedenen Abstufungen als mehr oder weniger geeignet eingestuft und die Probe (1) dementsprechend markiert wird, und dass ein bei der Bestimmung der physikalischen Größe an der Probe (1) bestimmter Messwert automatisch und entsprechend der Einstufung der Probeneignung in eine von unterschiedlichen Güteklasse eingeteilt wird.

5. Vorrichtung zur Bestimmung einer Qualität einer Probenvorbereitung und einer physikalischen Größe einer Probe (1), insbesondere zur Bestimmung der Dichte einer Flüssigkeit, vorzugsweise nach dem Biegeschwingerprinzip, wobei die Vorrichtung ein Messrohr (10) umfasst, in welchem Messrohr (10) die Probe (1) bei der Bestimmung der physikalischen Größe dieser Probe (1) angeordnet ist, und wobei bei der Bestimmung der Qualität der Probenvorbereitung der in das Messrohr (10) gefüllten Probe (1) bestimmt wird, ob die vorliegende Probe (1) zur Bestimmung einer physikalischen Größe an dieser Probe (1) geeignet oder ungeeignet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Qualität der Probenvorbereitung der Probe (1) der in das Messrohr (10) gefüllten Probe (1) in Sichtkontakt mit dem Messrohr (10) sowie der Umgebung des Messrohres (10) eine als Digitalkamera ausgebildete Kamera (8) zur optischen Detektion mechanischer, wie z.B. Lufteinschlüsse (4) und/oder Verunreinigungen (5), und/oder optischer, wie z.B. Helligkeit, Farbe und/oder Trübheit, Inhomogenitäten der Probe (1) und/oder des Messrohres (10) ausgebildet ist, und dass an dem Ausgang bzw. an den Ausgängen der Kamera (8) eine Auswerteeinrichtung (11) zur Auswertung der von der Kamera (8) gelieferten Daten angeschlossen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Messzelle der als Dichtemessvorrichtung ausgebildeten Vorrichtung ein Sichtfenster (27) ausgebildet ist, und dass die Kamera (8) außerhalb der Messzelle nahe oder unmittelbar hinter dem Sichtfenster (27) positioniert ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (8) einen Bildsensor (9), insbesondere CCD- oder CMOS-Sensor, umfasst und insbesondere als Digitalkamera (25) ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beleuchtungseinrichtung (12) zur Beleuchtung der Probe (1) vorgesehen ist. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen