DE102019106425A1 - Measuring device and method for measuring moisture - Google Patents

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DE102019106425A1
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moisture
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capacitor
measuring device
electrode
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Inventor
Dirk Holzhüter
Christian Hühne
Jens Kosmann
Martin Schollerer
Oliver Völkerink
Heiko Assing
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Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/223—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance for determining moisture content, e.g. humidity

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zur Feuchtigkeitsmessung, wobei- die Messeinrichtung mindestens einen Feuchtigkeitssensor umfasst, der eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode hat, die mittels einer elektrisch isolierenden Klebverbindung miteinander verklebt sind, so dass ein Kondensator gebildet wird, bei dem die Klebverbindung ein Dielektrikum des Kondensators ist,- wobei die Klebverbindung des Feuchtigkeitssensors mit einem Austauschmedium derart in Wirkverbindung steht, dass durch Aufnahme und/oder Abgabe von Feuchtigkeit die Dielektrizitätszahl der Klebverbindung veränderbar ist, und- die Messeinrichtung weiterhin eine Auswerteeinheit hat, die mit dem mindestens einen Feuchtigkeitssensor elektrisch in Verbindung steht und eingerichtet ist, an der ersten Elektroden und/oder zweiten Elektrode eine elektrische Spannung zum Aufladen des aus den Elektroden und der Klebverbindung als Dielektrikum gebildeten Kondensators anzulegen, nach dem Aufladen des Kondensators die elektrische Kapazität des Kondensators zu messen und eine Feuchtigkeitseigenschaft der Klebverbindung in Abhängigkeit von der gemessenen elektrischen Kapazität zu ermitteln.The invention relates to a measuring device for moisture measurement, the measuring device comprising at least one moisture sensor which has a first electrode and a second electrode which are glued to one another by means of an electrically insulating adhesive connection, so that a capacitor is formed in which the adhesive connection is a dielectric of the capacitor, - wherein the adhesive connection of the moisture sensor is in operative connection with an exchange medium in such a way that the dielectric constant of the adhesive connection can be changed by absorbing and / or releasing moisture, and - the measuring device also has an evaluation unit that electrically connects to the at least one moisture sensor is in connection and is set up to apply an electrical voltage to the first electrode and / or second electrode for charging the capacitor formed from the electrodes and the adhesive connection as a dielectric, after the capacitor has been charged to measure the electrical capacitance of the capacitor and to determine a moisture property of the adhesive connection as a function of the measured electrical capacitance.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zur Feuchtigkeitsmessung sowie ein Verfahren zur Feuchtigkeitsmessung, wobei hierbei ein Feuchtigkeitssensor mit einem Austauschmedium zur Aufnahme und Abgabe von Feuchtigkeit in Wirkverbindung steht.The invention relates to a measuring device for measuring moisture and a method for measuring moisture, in which case a moisture sensor is in operative connection with an exchange medium for absorbing and releasing moisture.

Eine Schwierigkeit in der Anwendung von Klebstoffen zum Fügen von Bauteilen besteht in den recht unterschiedlichen Materialeigenschaften der Klebverbindung wie Festigkeit und Steifigkeit unter verschiedenen Umweltbedingungen. Ebenfalls sind die Materialeigenschaften von den Umweltbedingungen beim Herstellungsprozess der Klebwerkstoffe sowie dem Herstellungsprozess beim Fügen der Bauteile abhängig. Zwar lassen sich Klebverbindungen in der Regel sehr gut durch eine zerstörende Prüfung untersuchen. Allerdings eignet sich ein derartiges Prüfverfahren nicht für im Betrieb bzw. im Einsatz befindlichen Bauteilen, sodass vor dem Hintergrund einer kontinuierlichen Überwachung der Bauteile bzw. deren Klebverbindungen nur nichtzerstörende Prüfverfahren infrage kommen.One difficulty in using adhesives for joining components is the very different material properties of the adhesive connection, such as strength and rigidity under different environmental conditions. The material properties are also dependent on the environmental conditions during the manufacturing process for the adhesive materials and the manufacturing process for joining the components. Adhesive joints can usually be examined very well by a destructive test. However, such a test method is not suitable for components that are in operation or in use, so that, against the background of continuous monitoring of the components or their bonded joints, only non-destructive test methods are possible.

Es sind Ultraschallverfahren zur Überprüfung von Klebverbindungen bekannt, bei denen ein Ultraschallsignal in das Bauteil ausgesendet und dann das durch das Bauteil laufende Signal wieder empfangen wird. Anhand des Ultraschallsignals kann dann festgestellt werden, ob die Klebverbindung den gewünschten Erfordernissen entspricht. Leider eignen sich derartige Ultraschallverfahren in der Regel nur für entsprechende Wartungsprozesse und werden nicht dauerhaft im Betrieb des jeweiligen Bauteils eingesetzt.Ultrasonic methods for checking adhesive connections are known in which an ultrasonic signal is transmitted into the component and then the signal passing through the component is received again. The ultrasound signal can then be used to determine whether the adhesive bond meets the desired requirements. Unfortunately, such ultrasonic processes are usually only suitable for corresponding maintenance processes and are not used permanently in the operation of the respective component.

Es hat sich gezeigt, dass die Eigenschaften wie Bruchzähigkeit und Festigkeit einer Klebverbindung mit steigendem Feuchtegehalt der Fügepartner aus Faserverbund im Verklebungsprozess sinken. Daher werden in der Praxis derartige verklebte Bauteile rückgetrocknet, um so jedwede Restfeuchte in den Bauteilen und der Klebverbindung auszuschließen.It has been shown that the properties such as fracture toughness and strength of an adhesive bond decrease with increasing moisture content of the joining partners made of fiber composite in the bonding process. Therefore, in practice, such bonded components are re-dried in order to exclude any residual moisture in the components and the bonded joint.

Da dieser Einfluss von Feuchtigkeit in den Fügepartnern bekannt ist und der Gesetzgeber lediglich bei Reparaturen den Nachweis verlangt, dass die Struktur den im Betrieb auftretenden Belastungen standhält, werden derzeit keine kritischen Bauteile an einem Flugzeug verklebt. Werden dennoch Klebverbindungen eingesetzt, so werden insbesondere bei strukturkritischen Anwendungen zusätzliche mechanische Verbindungselemente verwendet, insbesondere Bolzen und Nieten. Dies jedoch führt leider zu einer signifikanten Erhöhung des Gewichtes der Bauteile und macht insbesondere bei der Verwendung von Faserverbundwerkstoffen den gewichtseinsparenden Vorteil von Faserverbundwerkstoffen zunichte. Demzufolge besteht nicht nur im Bereich der Luft- und Raumfahrt ein technisches Bedürfnis dahingehend, dass Klebverbindungen hinsichtlich ihrer Materialeigenschaften auch im Betrieb sicher überwacht werden können, sodass auch sicherheitskritische Anwendungsfälle mit Klebverbindungen ausschließlich realisiert werden können.Since this influence of moisture in the joining partners is known and the legislature only requires proof for repairs that the structure can withstand the loads occurring during operation, no critical components are currently bonded to an aircraft. If adhesive connections are nevertheless used, additional mechanical connection elements are used, in particular bolts and rivets, in particular in structurally critical applications. Unfortunately, this leads to a significant increase in the weight of the components and, particularly when using fiber composite materials, negates the weight-saving advantage of fiber composite materials. As a result, not only in the field of aerospace there is a technical need to ensure that adhesive joints can be safely monitored with regard to their material properties during operation, so that even safety-critical applications can only be realized with adhesive joints.

Aus der DE 10 2004 002 271 B4 ist ein elektrischer Sensor zur Wandlung der Erd-feuchtigkeit in eine elektrische Größe bekannt. Dabei werden ein erster Kondensatorpol und ein zweiter Kondensatorpol durch ein Dielektrikum elektrisch isolierend voneinander getrennt, wobei das Dielektrikum aus einem saugfähigen Material gebildet ist, welches zur Aufnahme und Abgabe von Erd-Feuchtigkeit vorgesehen ist. Durch die Aufnahme von Feuchtigkeit in das Dielektrikum wird dabei die Dielektrizitätszahl verändert, sodass mittels einer Messung der Kapazität des so gebildeten Kondensators Rückschlüsse auf die Erd-Feuchtigkeit möglich sind.From the DE 10 2004 002 271 B4 an electrical sensor for converting soil moisture into an electrical quantity is known. A first capacitor pole and a second capacitor pole are separated from one another in an electrically insulating manner by a dielectric, the dielectric being formed from an absorbent material which is provided for absorbing and releasing moisture from the earth. By absorbing moisture in the dielectric, the relative permittivity is changed, so that conclusions can be drawn about the moisture in the earth by measuring the capacitance of the capacitor formed in this way.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Messeinrichtung sowie ein verbessertes Verfahren zur Feuchtigkeitsmessung anzugeben, um Klebverbindungen zwischen Fügepartnern untersuchen zu können und darüber hinaus robuste Feuchtigkeitsmessungen auch an exponierten Umgebungen zu ermöglichen.The object of the present invention is to provide an improved measuring device and an improved method for measuring moisture in order to be able to examine adhesive connections between joining partners and, moreover, to enable robust moisture measurements even in exposed environments.

Die Aufgabe wird mit der Messeinrichtung gemäß Patentanspruch 1 sowie dem Verfahren gemäß Patentanspruch 7 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den entsprechenden Unteransprüchen.The object is achieved according to the invention with the measuring device according to claim 1 and the method according to claim 7. Advantageous embodiments of the invention can be found in the corresponding subclaims.

Gemäß Anspruch 1 wird eine Messeinrichtung zur Feuchtigkeitsmessung vorgeschlagen, wobei die Messeinrichtung mindestens einen Feuchtigkeitssensor umfasst, der eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode hat. Die beiden Elektroden sind mittels einer elektrisch isolierenden Klebverbindung miteinander verklebt, sodass ein Kondensator gebildet wird, bei dem die Klebverbindung ein Dielektrikum des Kondensators ist. Die elektrisch isolierende Klebverbindung kann dabei mittels eines nicht leitenden Klebwerkstoffes, beispielsweise ein Matrixharz, gebildet werden, indem zwischen die beiden Elektroden der Klebwerkstoff eingebracht und anschließend ausgehärtet wird.According to claim 1, a measuring device for measuring moisture is proposed, the measuring device comprising at least one moisture sensor having a first electrode and a second electrode. The two electrodes are glued to one another by means of an electrically insulating adhesive connection, so that a capacitor is formed in which the adhesive connection is a dielectric of the capacitor. The electrically insulating adhesive connection can be formed by means of a non-conductive adhesive material, for example a matrix resin, in that the adhesive material is introduced between the two electrodes and then cured.

Die so gebildete und ausgehärtete Klebverbindung des Feuchtigkeitssensors steht dabei mit einem Austauschmedium derart in Wirkverbindung, dass durch Aufnahme und/oder Abgabe von Feuchtigkeit die Dielektrizitätszahl der Klebverbindung veränderbar ist. Ein solches Austauschmedium kann dabei ein fester Stoff, ein gasförmiges oder flüssiges Fluid sein, dass mit der Klebverbindung zwischen den beiden Elektroden so in Wirkverbindung steht, dass Feuchtigkeit von dem Austauschmedium in die Klebverbindung diffundieren kann bzw. dass Feuchtigkeit von der Klebverbindung in das Austauschmedium diffundieren kann. Demzufolge ist die Klebverbindung so in Wirkverbindung mit dem Austauschmedium, dass die Klebverbindung Feuchtigkeit von dem Austauschmedium aufnehmen kann bzw. dass die Klebverbindung Feuchtigkeit an das Austauschmedium abgeben kann.The thus formed and cured adhesive connection of the moisture sensor is in operative connection with an exchange medium such that the dielectric constant of the adhesive connection can be changed by absorbing and / or releasing moisture. Such an exchange medium can be a solid substance, a gaseous or liquid fluid that with the adhesive connection between the two electrodes is in operative connection such that moisture from the exchange medium can diffuse into the adhesive connection or that moisture can diffuse from the adhesive connection into the exchange medium. Accordingly, the adhesive connection is in operative connection with the exchange medium in such a way that the adhesive connection can absorb moisture from the exchange medium or that the adhesive connection can give off moisture to the exchange medium.

Es wurde festgestellt, dass Klebverbindungen, insbesondere auf Basis von Matrixmaterialien eines Faserverbundwerkstoffes, über einen längeren Zeitraum Feuchtigkeit aufnehmen können, wenn sie einem Austauschmedium mit höherer Feuchtigkeit ausgesetzt sind. Die Feuchtigkeit diffundiert dann von dem Austauschmedium in die Klebverbindung des Feuchtigkeitssensors und reichert sich dort an.It has been found that adhesive connections, in particular based on matrix materials of a fiber composite material, can absorb moisture over a longer period of time if they are exposed to an exchange medium with higher moisture. The moisture then diffuses from the exchange medium into the adhesive connection of the moisture sensor and accumulates there.

Der Feuchtigkeitssensor ist demzufolge so aufgebaut, dass die zwischen den Elektroden gebildete Klebverbindung als Dielektrikum in Wirkverbindung mit dem Austauschmedium stehen kann. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die Randbereiche des Feuchtigkeitssensors nicht versiegelt werden, sodass an den Randbereichen eine offene Querschnittsfläche der Klebverbindung offen vorliegt. Über diese Fläche kann dann Feuchtigkeit in die Klebverbindung diffundieren. Denkbar ist allerdings auch, dass die Feuchtigkeit durch die Elektroden (abhängig vom Material) bis in die Klebverbindung diffundiert, wobei anzunehmen ist, dass dieser Prozess wesentlich länger dauert.The moisture sensor is therefore constructed in such a way that the adhesive connection formed between the electrodes can be in operative connection with the exchange medium as a dielectric. This can be implemented, for example, in that the edge areas of the moisture sensor are not sealed, so that an open cross-sectional area of the adhesive connection is present at the edge areas. Moisture can then diffuse into the adhesive connection via this surface. However, it is also conceivable that the moisture diffuses through the electrodes (depending on the material) into the adhesive connection, whereby it can be assumed that this process takes significantly longer.

Die Messeinrichtung weist des Weiteren eine Auswerteeinheit auf, die mit dem mindestens einen Feuchtigkeitssensor elektrisch in Verbindung steht und eingerichtet ist, an der ersten Elektrode und/oder zweiten Elektrode eine elektrische Spannung zum Aufladen des aus den Elektroden und der Klebverbindung als Dielektrikum gebildeten Kondensators anzulegen. Ist der Kondensator vollständig aufgeladen, so wird mittels der Auswerteeinheit dann die elektrische Kapazität des Kondensators gemessen, wobei dann in Abhängigkeit der gemessenen elektrischen Kapazität eine Feuchtigkeitseigenschaft der Klebverbindung ermittelt wird.The measuring device also has an evaluation unit that is electrically connected to the at least one moisture sensor and is set up to apply an electrical voltage to the first electrode and / or second electrode to charge the capacitor formed from the electrodes and the adhesive connection as a dielectric. If the capacitor is fully charged, the electrical capacitance of the capacitor is then measured by means of the evaluation unit, a moisture property of the adhesive connection then being determined as a function of the measured electrical capacitance.

Die Erfinder haben des Weiteren überraschend festgestellt, dass eine Veränderung des Feuchtigkeitsgehaltes in einer solchen Klebverbindung zwischen zwei Elektroden kapazitativ messbar ist, sodass durch Aufladen eines so gebildeten Kondensators und Messen der elektrischen Kapazität des Kondensators eine Feuchtigkeitseigenschaft der Klebverbindung ermittelt werden kann. Eine solche Feuchtigkeitseigenschaft kann beispielsweise ein quantifizierter Feuchtigkeitsgehalt der Klebverbindung sein. Denkbar ist aber auch, dass eine solche Feuchtigkeitseigenschaft lediglich eine Veränderung des Feuchtegehaltes der Klebverbindung gegenüber einer vorherigen Messung darstellt, sodass als Eigenschaft ableitbar ist, ob die Feuchtigkeit der Klebverbindung zugenommen hat oder abgenommen hat. Denkbar ist des Weiteren, dass eine solche Feuchtigkeitseigenschaft angibt, ob ein bestimmter Schwellwert überschritten oder unterschritten wurde.The inventors have also surprisingly found that a change in the moisture content in such an adhesive connection between two electrodes can be measured capacitively, so that a moisture property of the adhesive connection can be determined by charging a capacitor formed in this way and measuring the electrical capacitance of the capacitor. Such a moisture property can be, for example, a quantified moisture content of the adhesive connection. However, it is also conceivable that such a moisture property merely represents a change in the moisture content of the adhesive connection compared to a previous measurement, so that it can be derived as a property whether the moisture content of the adhesive connection has increased or decreased. It is also conceivable that such a moisture property indicates whether a certain threshold value has been exceeded or not reached.

Mithilfe der vorliegenden Messeinrichtung des erstmals möglich, Klebverbindungen, insbesondere Klebverbindungen von Bauteilen im Einsatz, kontinuierlich hinsichtlich des Feuchtegehaltes zu untersuchen, ohne dass die Bauteile zerstörend geprüft werden müssen oder dass diese Bauteile aufwendig mit anderen Maßnahmen, wie beispielsweise Ultraschall, untersucht werden müssen. Darüber hinaus wird es erstmals möglich, einen definierten Sensor anzugeben, mit dem die Feuchtigkeit stellvertretend für andere Bauteile in der näheren Umgebung untersucht werden können.With the help of the present measuring device, it is possible for the first time to continuously examine adhesive joints, in particular adhesive joints of components in use, with regard to the moisture content, without the components having to be tested in a destructive manner or these components having to be laboriously examined with other measures, such as ultrasound. In addition, it is possible for the first time to specify a defined sensor with which the moisture can be examined on behalf of other components in the vicinity.

Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens eine der Elektroden aus einem Metallwerkstoff gebildet ist. Denkbar ist aber auch, dass mindestens eine der Elektroden aus einem Faserverbundwerkstoff gebildet ist.According to one embodiment it is provided that at least one of the electrodes is formed from a metal material. However, it is also conceivable that at least one of the electrodes is formed from a fiber composite material.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Klebverbindung aus einem Matrixmaterial, insbesondere einem Matrixharz, eines Faserverbundwerkstoffes gebildet ist. Es hat sich gezeigt, dass die hierbei verwendeten Polymerwerkstoffe als Dielektrikum eines Kondensators dienen können und darüber hinaus Feuchtigkeit aufnehmen und abgeben können in einer Art, dass sie kapazitativ messbar ist.In a further embodiment it is provided that the adhesive connection is formed from a matrix material, in particular a matrix resin, of a fiber composite material. It has been shown that the polymer materials used here can serve as the dielectric of a capacitor and can also absorb and release moisture in such a way that it can be measured capacitively.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Grundfläche des mindestens einen Feuchtigkeitssensors kleiner als 20 cm2, vorzugsweise kleiner als 10 cm2 ist. Die Grundfläche des mindestens einen Feuchtigkeitssensors weist dabei vorzugsweise eine runde Form auf, sodass die beiden Elektroden und das Dielektrikum eine kreisförmige Grundform aufweisen. Es hat sich gezeigt, dass auch derart kleine Feuchtigkeitssensoren hinreichend genau sind, um eine Veränderung des Feuchtegehaltes der Klebverbindung kapazitativ feststellen zu können.According to a further embodiment it is provided that the base area of the at least one moisture sensor is smaller than 20 cm 2 , preferably smaller than 10 cm 2 . The base of the at least one moisture sensor preferably has a round shape, so that the two electrodes and the dielectric have a circular basic shape. It has been shown that even such small moisture sensors are sufficiently accurate to be able to capacitatively determine a change in the moisture content of the adhesive connection.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Elektroden zylinderförmig ausgebildet und an ihren Stirnseiten miteinander verklebt, sodass die Klebverbindung an den sich gegenüberliegenden Stirnseiten der zylinderförmigen Elektroden gebildet wird. Hierdurch wird erreicht, dass die Fläche, mit der die Klebverbindung mit dem Austauschmedium in Wirkverbindung steht, besonders groß ist, um so ein optimales Diffundieren von Feuchtigkeit in die Klebverbindung und aus der Klebverbindung gewährleisten zu können. Da die zylinderförmigen Elektroden innen hohl sind, steht der Feuchtigkeitssensor mit dem Austauschmedium nicht nur über seine Außenseite in Wirkverbindung, sondern auch mit seiner Innenseite.According to a further advantageous embodiment, the electrodes are cylindrical and are glued to one another at their end faces, so that the adhesive connection is formed on the opposite end faces of the cylindrical electrodes. This ensures that the area with which the adhesive connection is in operative connection with the exchange medium is particularly large in order to allow optimal diffusion of To be able to ensure moisture in the adhesive bond and from the adhesive bond. Since the cylindrical electrodes are hollow on the inside, the moisture sensor is not only in operative connection with the exchange medium via its outside, but also with its inside.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Auswerteeinheit eingerichtet ist, mittels der ermittelten elektrischen Kapazität aus einer vorgegebenen Kennlinie die Feuchtigkeit der Klebverbindung als Feuchtigkeitseigenschaft zu quantifizieren. Mithilfe der Kennlinie wurde dabei der Feuchtigkeitssensor zuvor kalibriert, sodass einem Wert einer kapazitativen Messung einem quantifizierten Feuchtigkeitsgehalt zugeordnet werden kann. Hierfür kann der Wert der kapazitativen Messung entsprechend normiert werden.In a further advantageous embodiment it is provided that the evaluation unit is set up to quantify the moisture of the adhesive connection as a moisture property by means of the determined electrical capacitance from a predetermined characteristic curve. With the aid of the characteristic curve, the moisture sensor was calibrated beforehand so that a value from a capacitive measurement can be assigned to a quantified moisture content. For this purpose, the value of the capacitive measurement can be standardized accordingly.

Die Aufgabe wird im Übrigen auch mit dem Verfahren gemäß Anspruch 7 zur Feuchtigkeitsmessung gelöst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

  • - Bereitstellen einer Messeinrichtung mit mindestens einem Feuchtigkeitssensor, der eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode hat, die mittels einer elektrisch isolierenden Klebverbindung miteinander verklebt sind, so dass ein Kondensator gebildet wird, bei dem die Klebverbindung ein Dielektrikum des Kondensators ist, und mit einer Auswerteeinheit, die mit dem Feuchtigkeitssensor elektrisch in Verbindung steht, wobei die Klebverbindung des Feuchtigkeitssensors mit einem Austauschmedium derart in Wirkverbindung steht, dass durch Aufnahme und/oder Abgabe von Feuchtigkeit die Dielektrizitätszahl der Klebverbindung veränderbar ist,
  • - Anlegen einer elektrischen Spannung an der ersten Elektrode und/oder der zweiten Elektrode mittels der Auswerteeinheit, um den aus den Elektroden und der Klebverbindung als Dielektrikum gebildeten Kondensator aufzuladen,
  • - Messen der elektrischen Kapazität des aufgeladenen Kondensators mittels der Auswerteeinheit, und
  • - Ermitteln einer Feuchtigkeitseigenschaft der Klebverbindung in Abhängigkeit von der gemessenen elektrischen Kapazität mittels der Auswerteeinheit.
The object is also achieved with the method according to claim 7 for moisture measurement, the method comprising the following steps:
  • - Provision of a measuring device with at least one moisture sensor, which has a first electrode and a second electrode, which are glued to one another by means of an electrically insulating adhesive connection, so that a capacitor is formed in which the adhesive connection is a dielectric of the capacitor, and with an evaluation unit that is electrically connected to the humidity sensor, the adhesive connection of the humidity sensor being in operative connection with an exchange medium in such a way that the dielectric constant of the adhesive connection can be changed by absorbing and / or releasing moisture,
  • - applying an electrical voltage to the first electrode and / or the second electrode by means of the evaluation unit in order to charge the capacitor formed from the electrodes and the adhesive connection as a dielectric,
  • - measuring the electrical capacitance of the charged capacitor by means of the evaluation unit, and
  • - Determining a moisture property of the adhesive connection as a function of the measured electrical capacitance by means of the evaluation unit.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens finden sich dabei in den entsprechenden Unteransprüchen.Advantageous refinements of the method can be found in the corresponding subclaims.

So ist es beispielsweise denkbar, dass der Feuchtigkeitssensor in einem Nahbereich eines zu überwachenden Bauteils angeordnet wird, welches ebenfalls eine Klebverbindung gemäß dem Feuchtigkeitssensor aufweist. Durch die Feuchtigkeitsmessung und Ermittlung einer Feuchtigkeitseigenschaft der Klebverbindung des Sensors kann dabei repräsentativ auf eine Feuchtigkeitseigenschaft der Klebverbindung des zu untersuchenden Bauteils geschlossen werden. Der Feuchtigkeitssensor stellt in dieser Ausführungsform dabei einen Repräsentanten des zu untersuchenden Bauteils da, ohne dass das Bauteil an sich aufwendig untersucht werden müsste.For example, it is conceivable that the moisture sensor is arranged in the vicinity of a component to be monitored, which component also has an adhesive connection in accordance with the moisture sensor. By measuring the moisture and determining a moisture property of the adhesive bond of the sensor, conclusions can be drawn about a representative moisture property of the adhesive bond of the component to be examined. In this embodiment, the moisture sensor is a representative of the component to be examined, without the component itself having to be examined in a complex manner.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Messeinrichtung;
  • 2 beispielhafte Messwertdiagramme.
The invention is explained in greater detail using the attached figures. Show it:
  • 1 schematic representation of the measuring device according to the invention;
  • 2 exemplary measurement diagrams.

1 zeigt die erfindungsgemäße Messeinrichtung 10, die einen Feuchtigkeitssensor 11 und eine damit verbundene Auswerteeinheit 12 hat. Der Feuchtigkeitssensor 11 hat eine erste Elektrode 13 und eine zweite Elektrode 14, die mittels einer Klebverbindung 15 klebend miteinander verbunden sind. Die erste Elektrode 13 und die zweite Elektrode 14 sind dabei zylinderförmig ausgebildet und in 1 in einer Seitenansicht dargestellt. Die Klebverbindung 15 ist dabei an den jeweiligen Stirnseiten 16 der ersten Elektrode 13 und der zweiten Elektrode 14 angeordnet, sodass die Klebverbindung 15 sowohl mit ihrer Außenseite des Feuchtigkeitssensors 11 als auch mit einer (nicht dargestellten) Innenseite des zylinderförmigen Feuchtigkeitssensor 11 in Wirkverbindung steht. 1 shows the measuring device according to the invention 10 who have a humidity sensor 11 and an associated evaluation unit 12 Has. The humidity sensor 11 has a first electrode 13 and a second electrode 14th that by means of an adhesive connection 15th are adhesively connected to each other. The first electrode 13 and the second electrode 14th are cylindrical and in 1 shown in a side view. The adhesive connection 15th is on the respective end faces 16 the first electrode 13 and the second electrode 14th arranged so that the adhesive bond 15th both with their outside of the moisture sensor 11 as well as with an inside (not shown) of the cylindrical moisture sensor 11 is in operative connection.

Mithilfe der Auswerteeinheit 12 kann nun ein die erste Elektrode 13 und zweite Elektrode 14 eine elektrische Spannung angelegt werden, um so den durch die beiden Elektroden 13 und 14 und der Klebverbindung 15 als Dielektrikum gebildeten Kondensator aufzuladen.Using the evaluation unit 12 can now use the first electrode 13 and second electrode 14th an electrical voltage can be applied in order to pass through the two electrodes 13 and 14th and the adhesive connection 15th to charge the capacitor formed as a dielectric.

Nachdem der aus den beiden Elektroden 13 und 14 und der Klebverbindung 15 als Dielektrikum gebildeten Kondensator aufgeladen ist, wird mithilfe der Auswerteeinheit 12 eine kapazitative Messung durchgeführt, um so die elektrische Kapazität des aufgeladenen Kondensators zu messen. Anschließend wird dann mithilfe der Auswerteeinheit 12 eine Feuchtigkeitseigenschaft der Klebverbindung in Abhängigkeit der gemessenen elektrischen Kapazität ermittelt.After the off the two electrodes 13 and 14th and the adhesive connection 15th The capacitor formed as a dielectric is charged, using the evaluation unit 12 a capacitive measurement is carried out so as to measure the electrical capacitance of the charged capacitor. Then with the help of the evaluation unit 12 determines a moisture property of the adhesive connection as a function of the measured electrical capacitance.

2 zeigt exemplarisch Messwertdiagramme der Kapazität zur Feuchtigkeitsaufnahme in absoluten und normierten Werten. Die Messergebnisse stammen dabei aus einer Untersuchung, bei der zwei Feuchtigkeitssensoren unterschiedlichen konditioniert wurden. 2 shows exemplary measurement diagrams of the capacity for moisture absorption in absolute and standardized values. The measurement results come from an investigation in which two humidity sensors were conditioned differently.

Beide Feuchtigkeitssensoren A und B wurden zunächst an unterschiedlichen Orten gelagert, sodass sich zu Tag 0 jeweils unterschiedliche Werte der kapazitativen Messung ergeben. Danach wurden beide Feuchtigkeitssensoren A und B 30 Monate einem entsprechenden Austauschmedium ausgesetzt, wobei der erste Feuchtigkeitssensor A in einem Wasserbad konditioniert wurde, während der zweite Feuchtigkeitssensor B an der Luft in einem Innenraum konditioniert wurde. Both moisture sensors A. and B. were initially stored at different locations, so that on day 0 different values of the capacitive measurement result. After that both moisture sensors A. and B. 30th Months exposed to an appropriate exchange medium, the first moisture sensor A. was conditioned in a water bath while the second humidity sensor B. conditioned in air in an indoor space.

Nach den 30 Tagen Konditionierung wurde erneut eine Messung durchgeführt, wobei festgestellt wurde, dass der zweite Feuchtigkeitssensor B eine um ca. 10 % höhere Feuchtigkeitsaufnahme gegenüber dem zweiten Feuchtigkeitssensor B hat. Der zweite Feuchtigkeitssensor B wiederum weist eine Feuchtigkeitsabnahme auf. Da die Lagerung im Innenraum bei ca. 20 bis 30 % Luftfeuchtigkeit durchgeführt wurde, die vorherige Lagerung vor dem Tag 0 jedoch in Bereichen von 50 bis 60 % Luftfeuchtigkeit, ergibt sich eine entsprechende Feuchtigkeitsabnahme des zweiten Feuchtigkeitssensor B.After the 30 days of conditioning, another measurement was carried out, and it was found that the second moisture sensor B. an approx. 10% higher moisture absorption compared to the second moisture sensor B. Has. The second humidity sensor B. again shows a decrease in moisture. Since the storage in the interior was carried out at approx. 20 to 30% humidity, but the previous storage before day 0 in areas of 50 to 60% humidity, there is a corresponding decrease in humidity of the second humidity sensor B. .

Der Unterschied der gemessenen elektrischen Kapazität erscheint dabei auf den ersten Blick sehr gering. Rechnet man analog zur Abweichung die Änderung der Fläche des Kondensators aus, zur entspricht die Abweichung einer Änderung von ca. 10 % der Kondensatorfläche. Hierbei sei angemerkt, dass ein Feuchtigkeitssensor Wien 1 dargestellt verwendet wurde, der zylinderförmig ist und einen Durchmesser von ca. 1,5 cm hat.At first glance, the difference in the measured electrical capacitance appears to be very small. If the change in the area of the capacitor is calculated analogously to the deviation, the deviation corresponds to a change of approx. 10% of the capacitor area. It should be noted that a humidity sensor Vienna 1 was used, which is cylindrical and has a diameter of about 1.5 cm.

Die beiden Feuchtigkeitssensoren A und B wurden anschließend im Ofen bei ca. 60° rückgetrocknet (für ca. 8 Stunden) und erneut gemessen. Der so gemessene Wert stellt dabei den Normierungswert 1 dar, gegenüber dem sämtliche Messwerte normiert werden. Anschließend wurden die beiden Feuchtigkeitssensoren A und B für ca. 3 Wochen in einem Innenraum (Büro bei ca. 20 bis 30 % Luftfeuchtigkeit) gelagert. Zu erkennen ist, dass der Anstieg der Feuchtigkeit der Klebverbindung in beiden Feuchtigkeitssensoren A und B identisch ist.The two moisture sensors A. and B. were then re-dried in the oven at approx. 60 ° (for approx. 8th Hours) and measured again. The value measured in this way represents the normalization value 1 against which all measured values are normalized. Then the two moisture sensors A. and B. for about. 3 Stored for weeks in an indoor environment (office at approx. 20 to 30% humidity). It can be seen that the increase in moisture of the adhesive joint in both moisture sensors A. and B. is identical.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
MesseinrichtungMeasuring device
1111
FeuchtigkeitssensorHumidity sensor
1212
AuswerteeinheitEvaluation unit
1313
erste Elektrodefirst electrode
1414th
zweite Elektrodesecond electrode
1515th
KlebverbindungAdhesive connection
1616
StirnseitenEnd faces
AA.
erste Probe eines Feuchtigkeitssensorsfirst sample of a humidity sensor
BB.
zweite Probe eines Feuchtigkeitssensorssecond sample of a humidity sensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102004002271 B4 [0006]DE 102004002271 B4 [0006]

Claims (10)

Messeinrichtung (10) zur Feuchtigkeitsmessung, dadurch gekennzeichnet, dass - die Messeinrichtung (10) mindestens einen Feuchtigkeitssensor (11) umfasst, der eine erste Elektrode (13) und eine zweite Elektrode (14) hat, die mittels einer elektrisch isolierenden Klebverbindung (15) miteinander verklebt sind, so dass ein Kondensator gebildet wird, bei dem die Klebverbindung (15) ein Dielektrikum des Kondensators ist, - wobei die Klebverbindung (15) des Feuchtigkeitssensors (11) mit einem Austauschmedium derart in Wirkverbindung steht, dass durch Aufnahme und/oder Abgabe von Feuchtigkeit die Dielektrizitätszahl der Klebverbindung (15) veränderbar ist, und - die Messeinrichtung (10) weiterhin eine Auswerteeinheit (12) hat, die mit dem mindestens einen Feuchtigkeitssensor (11) elektrisch in Verbindung steht und eingerichtet ist, an der ersten Elektroden (13) und/oder zweiten Elektrode (14) eine elektrische Spannung zum Aufladen des aus den Elektroden (13, 14) und der Klebverbindung (15) als Dielektrikum gebildeten Kondensators anzulegen, nach dem Aufladen des Kondensators die elektrische Kapazität des Kondensators zu messen und eine Feuchtigkeitseigenschaft der Klebverbindung (15) in Abhängigkeit von der gemessenen elektrischen Kapazität zu ermitteln.Measuring device (10) for measuring moisture, characterized in that - the measuring device (10) comprises at least one moisture sensor (11) which has a first electrode (13) and a second electrode (14) which are connected by means of an electrically insulating adhesive connection (15) are glued to one another so that a capacitor is formed in which the adhesive connection (15) is a dielectric of the capacitor, - the adhesive connection (15) of the moisture sensor (11) being in operative connection with an exchange medium in such a way that by receiving and / or Release of moisture, the dielectric constant of the adhesive connection (15) can be changed, and - the measuring device (10) furthermore has an evaluation unit (12) which is electrically connected to the at least one moisture sensor (11) and is designed to have the first electrodes ( 13) and / or second electrode (14) an electrical voltage for charging the from the electrodes (13, 14) and the adhesive connection (15) al s to apply the capacitor formed by the dielectric, to measure the electrical capacitance of the capacitor after the capacitor has been charged and to determine a moisture property of the adhesive connection (15) as a function of the measured electrical capacitance. Messeinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Elektroden (13, 14) aus einem Metallwerkstoff oder einem elektrisch leitfähigen Faserverbundwerkstoff gebildet ist.Measuring device (10) Claim 1 , characterized in that at least one of the electrodes (13, 14) is formed from a metal material or an electrically conductive fiber composite material. Messeinrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebverbindung (15) aus einem Matrixmaterial, insbesondere einem Matrixharz, eines Faserverbundwerkstoffes gebildet ist.Measuring device (10) Claim 1 or 2 , characterized in that the adhesive connection (15) is formed from a matrix material, in particular a matrix resin, of a fiber composite material. Messeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundfläche des mindestens einen Feuchtigkeitssensor (11) kleiner als 20 cm2, vorzugsweise kleiner als 10 cm2 ist.Measuring device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the base area of the at least one moisture sensor (11) is smaller than 20 cm 2 , preferably smaller than 10 cm 2 . Messeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (13, 14) zylinderförmig ausgebildet sind und an ihren Stirnseiten (16) miteinander verklebt sind.Measuring device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the electrodes (13, 14) are cylindrical and are glued to one another at their end faces (16). Messeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (12) eingerichtet ist, mittels der ermittelten elektrischen Kapazität aus einer vorgegebenen Kennlinie die Feuchtigkeit der Klebverbindung (15) als Feuchtigkeitseigenschaft zu quantifizieren.Measuring device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit (12) is set up to quantify the moisture of the adhesive connection (15) as a moisture property by means of the determined electrical capacitance from a predetermined characteristic curve. Verfahren zur Feuchtigkeitsmessung umfassend die Schritte: - Bereitstellen einer Messeinrichtung (10) mit mindestens einem Feuchtigkeitssensor (11), der eine erste Elektrode (13) und eine zweite Elektrode (14) hat, die mittels einer elektrisch isolierenden Klebverbindung (15) miteinander verklebt sind, so dass ein Kondensator gebildet wird, bei dem die Klebverbindung (15) ein Dielektrikum des Kondensators ist, und mit einer Auswerteeinheit (12), die mit dem Feuchtigkeitssensor (11) elektrisch in Verbindung steht, wobei die Klebverbindung (15) des Feuchtigkeitssensors (11) mit einem Austauschmedium derart in Wirkverbindung steht, dass durch Aufnahme und/oder Abgabe von Feuchtigkeit die Dielektrizitätszahl der Klebverbindung (15) veränderbar ist, - Anlegen einer elektrischen Spannung an der ersten Elektrode (13) und/oder der zweiten Elektrode (14) mittels der Auswerteeinheit (12), um den aus den Elektroden (13, 14) und der Klebverbindung (15) als Dielektrikum gebildeten Kondensator aufzuladen, - Messen der elektrischen Kapazität des aufgeladenen Kondensators mittels der Auswerteeinheit (12), und - Ermitteln einer Feuchtigkeitseigenschaft der Klebverbindung (15) in Abhängigkeit von der gemessenen elektrischen Kapazität mittels der Auswerteeinheit (12).Method for moisture measurement comprising the steps: - Provision of a measuring device (10) with at least one moisture sensor (11) which has a first electrode (13) and a second electrode (14) which are glued to one another by means of an electrically insulating adhesive connection (15) so that a capacitor is formed , in which the adhesive connection (15) is a dielectric of the capacitor, and with an evaluation unit (12) which is electrically connected to the moisture sensor (11), the adhesive connection (15) of the moisture sensor (11) with an exchange medium in this way The operative connection means that the dielectric constant of the adhesive connection (15) can be changed by absorbing and / or releasing moisture, - applying an electrical voltage to the first electrode (13) and / or the second electrode (14) by means of the evaluation unit (12) in order to charge the capacitor formed as a dielectric from the electrodes (13, 14) and the adhesive connection (15), - Measuring the electrical capacitance of the charged capacitor by means of the evaluation unit (12), and - Determination of a moisture property of the adhesive connection (15) as a function of the measured electrical capacitance by means of the evaluation unit (12). Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtigkeitssensor (11) im Bereich eines zu überwachenden Bauteils angeordnet wird, welches ebenfalls eine Klebverbindung (15) gemäß dem Feuchtigkeitssensor (11) hat.Procedure according to Claim 7 , characterized in that the moisture sensor (11) is arranged in the area of a component to be monitored which also has an adhesive connection (15) in accordance with the moisture sensor (11). Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der ermittelten elektrischen Kapazität aus einer vorgegebenen Kennlinie die Feuchtigkeit der Klebverbindung (15) als Feuchtigkeitseigenschaft durch die Auswerteeinheit (12) quantifiziert wird.Procedure according to Claim 7 or 8th , characterized in that the moisture of the adhesive connection (15) is quantified as a moisture property by the evaluation unit (12) by means of the determined electrical capacitance from a predetermined characteristic curve. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 bereitgestellt wird.Method according to one of the Claims 7 to 9 , characterized in that a measuring device (10) according to one of the Claims 1 to 6th provided.
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