DE19742862A1

DE19742862A1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Unterscheidung von verschiedenen elektrisch leitenden Materialien

Info

Publication number: DE19742862A1
Application number: DE1997142862
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Dipl Ing Freywald
Original assignee: Sigma Electronic Erfurt GmbH
Current assignee: Sigma Electronic Erfurt GmbH
Priority date: 1997-09-29
Filing date: 1997-09-29
Publication date: 1999-04-01

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Charakterisierung von elektrisch leitenden Materialien, insbesondere zur Unterscheidung von unedlen und edlen Metallen, wobei zur Unterscheidung das Potential gemäß der elektrochemischen Spannungsreihe verwendet wird, indem eine hochohmige Potentialmessung unter Einsatz eines Elektrolyten mittels einer Elektrolytbrücke (Diaphragma) vorgenommen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Schaltung sind vorteilhaft zur Sortierung von Metallteilen geeignet, die sich wesentlich in ihrem elektrochemischen Potential unterscheiden und die Oberflächeneigenschaften frei von Volumeneffekten zerstörungsfrei bewertet werden sollen.

Im Stand der Technik sind Verfahren bekannt, die auf physikalischen und chemischen materialanalytischen Methoden basieren.

Dabei ist es nachteilig, daß viele der Verfahren kosten- und zeitaufwendige Untersuchen oder eine Probenvorbereitung erfordern und teilweise nicht nur Signale von der Oberfläche sondern auch aus tiefer liegenden Schichten liefern. Weiterhin ist nachteilig, daß bei optischen Verfahren unabhängig von der Wellenlänge eine definierte Oberflächenqualität und ein definierter Einstrahlwinkel eingehalten werden müssen, was bei geometrisch komplizierten Körpern, die sich nicht in einer definierten Lage befinden, in der Regel ein unlösbares Problem darstellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, mit denen eine einfache und schnelle Möglichkeit unter Umgehung der oben genannten Nachteile z. B. für die Sortierung bestimmter Materialien geschaffen wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, das die unterschiedlichen Potentiale vorwiegend edler und unedler Metalle gemäß der elektrochemischen Spannungsreihe zur Unterscheidung der Materialien nutzt.

Bei der Realisierung kann das zu prüfende Material in die Elektrolytlösung eingetaucht werden. Erfindungsgemäß wird jedoch vorteilhaft die Elektrolytbrücke über ein Faserbüschel hergestellt, das an die Elektrolytlösung eines elektrochemischen Prüfstiftes anschließt. Die innere Ableitung erfolgt im einfachsten Fall mittels Platindraht. Erfindungsgemäß wird die Elektrolytlösung in dem Prüfstift nach den zu untersuchenden Materialpaaren ausgewählt und derart aufgesalzen, daß ein Eintrocknen des elektrochemischen Prüfstiftes bei der typischen Luftfeuchtigkeit nicht erfolgen kann.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung entsteht dadurch, daß das elektrochemische Potential im Prüfstift zum Zweck der Materialunterscheidung hochohmig gemessen wird. Erfindungsgemäß wird das Bezugspotential zur Spannungsmessung bei zwei zu unterscheidenden Materialien auf das Potential einer Spannungsquelle gelegt, das sich etwa in der Mitte des Abstandes ihrer elektrochemischen Potentiale befindet. Damit wird erreicht, daß bereits mit Hilfe der Polarität der Meßspannung die Unterscheidung der Materialien möglich ist. Zur Erhöhung der Zuverlässigkeit des Verfahrens, vor allem bei geringen Potentialdifferenzen der Materialien, ist eine Temperaturkorrektur des Bezugspotentials zur Spannungsmessung entsprechend des eingesetzten Elektrolyten vorteilhaft. Die Temperaturkorrektur verwendet die mit Hilfe eines Temperaturfühlers gemessene Meßobjekttemperatur und stellt über einen DIA-Wandler (Spannungsquelle ) das korrekte Bezugspotential ein. Die Potentialmessung erfolgt vorteilhaft mit einem Instrumentenverstärker, dessen einer Eingang auf dem Bezugspotential liegt und dessen anderer Eingang mit der elektrochemischen Meßsonde verbunden ist. Die Bewertung der gemessenen Potentiale erfolgt mit einer Rechnerauswertung oder auch, falls keine Temperaturkorrektur erforderlich ist, mit mindestens einem Komparator.

Die mit der erfinderischen Lösung erzielten Vorteile bestehen insbesondere in der zerstörungsfreien und schnellen Bewertung der Materialeigenschaft "elektrochemisches Potential" im Millisekundenbereich und in der Eindeutigkeit des Meßergebnisses durch die einfache Polaritätsbewertung zur Unterscheidung von zwei Materialien.

Die Erfindung wird in der dazugehörigen Zeichnung Fig. 1 näher erläutert.

Die in Fig. 1 dargestellte Meßschaltung besteht aus dem Meßobjekt 1, einem elektrochemischen Prüfstifte 2, einer Spannungsquelle 3, einem Instrumentenverstärker 4, zwei Komparatoren 5 und 6, einer Auswerteelektronik 7 und einem Temperaturfühler 8.

In dem Ausführungsbeispiel gelangt das zwischen Meßobjekt 1 und elektrochemischer Meßspitze 2 entstehende Potential am Ausgang A2 der Meßspitze an den Eingang E4 des Instrumentenverstärkers.

Die in der Spannungsquelle 3 erzeugte Vorspannung wird einerseits vom Ausgang A3' an den Eingang des Meßobjektes E1 gelegt, anderseits vom Ausgang A3 zum Eingang E4' des Instrumentenverstärkers geführt. Das im Instrumentenverstärker 4 gebildete Differenzsignal sei für Material A positiv und für Material B negativ und steht am Ausgang A4 zur Verfügung, es gelangt zum Eingang E5 des Komparators 5 und gleichzeitig zum Eingang E6 des Komparators 6.

Die Referenzspannung an dem Eingang E5' des Komparators 5 wird demnach positiv und an dem Eingang E6' des Komparators 5 negativ gewählt, so daß eine positive Schaltschwelle am Komparator 5 und eine negative Schaltschwelle am Komparator 6 entsteht.

Die Schaltsignale des Komparators 5 gelangen vom Ausgang A5, und die Schaltsignale des Komparators A6 gelangen vom Ausgang A6 zu den Eingängen E7 und E7' der Auswerteschaltung 7, in der Anzeigen oder Steuersignale für die Prozeßsteuerung abgeleitet werden.

Unabhängig von der Messung des elektrochemischen Potentials wird die Temperatur des Meßobjektes mit Hilfe des Temperaturmeßfühlers 8 gemessen und vom Ausgang A8 zum Eingang E7'' der Auswerteschaltung geführt. Die Auswerteschaltung bildet aus der Temperatur und der vorgegebenen Materialpaarung ein digitales oder analoges Steuersignal am Ausgang A7, das zum Eingang E3 der Spannungsquelle 3 geführt wird. Die Spannungsquelle 3 liefert dann das temperaturabhängige Bezugspotential, das von A3 an den Instrumentenverstärker 4 an den Eingang E4' gelangt.

Bezugszeichenliste

1

Meßobjekt, Material A oder B
E1 elektrischer Anschluß am Meßobjekt

2

Elektrochemischer Prüfstift
A2 Ausgang des elektrochemischen Prüfstiftes

3

Spannungsquelle
E3 Eingang der Spannungsquelle
A3 erster Ausgang der Spannungsquelle
A3' zweiter Ausgang der Spannungsquelle

4

Instrumentenverstärker
E4 erster Eingang des Instrumentenverstärkers
E4' zweiter Eingang des Instrumentenverstärkers
A4 Ausgang des Instrumentenverstärkers

5

Komparator
E5 erster Eingang des Komparators
E5' zweiter Eingang des Komparators
A5 Ausgang am Komparator

6

Komparator
E6 erster Eingang des Komparators
E6' zweiter Eingang des Komparators
A6 Ausgang am Komparator

7

Auswerteelektronik
E7 erster Eingang der Auswerteelektronik
E7' zweiter Eingang der Auswerteelektronik
E7'' dritter Eingang der Auswerteelektronik
A7 Ausgang der Auswerteelektronik

8

Temperaturmeßfühler
A8 Ausgang Temperaturmeßfühler

Claims

1. Verfahren zur Unterscheidung von verschiedenen leitfähigen Materialien, insbesondere zur Unterscheidung von edlen und unedlen Metallen, das zerstörungsfrei und ohne Materialabtrag arbeitet und das Ergebnis sofort unter Nutzung der unterschiedlichen elektrochemischen Potentiale entsprechend der elektrochemischen Spannungsreihe liefert, dadurch gekennzeichnet, daß das durch eine geeignete Schaltungsanordnung gemessene Potential des unbekannten Materials zur Unterscheidung verschiedener Materialien dient.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolytbrücke durch Berühren des Materials mit einem elektrochemischen Prüfstift erfolgt der den Elektrolyten enthält und die Kontaktierung über ein Diaphragma realisiert, wobei die innere Ableitung über eine Standardreferenzelektrode (z. B. Ag/AgCl) oder über ein geeignetes Edelmetall erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Diaphragma aus einem Faserbüschel besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt speziell aufgesalzen wird, um bei der typisch zu erwarteten Luftfeuchtigkeit im Arbeitsraum ein Austrocknen des Diaphragmas zu verhindern.

5. Schaltungsanordnung zur Unterscheidung von verschiedenen leitfähigen Materialien, insbesondere zur Unterscheidung von edlen und unedlen Metallen, wobei die Potentialmessung sehr hochohmig ausgeführt wird, und die Erkennung des Materials innerhalb eines oder mehrerer Bewertungsfensters mit Hilfe der Komparatoren (5) und (6) erfolgt.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß das Bezugspotential zur Spannungsmessung mit Hilfe der Spannungsquelle (3) etwa in die Mitte der Potentiale von zwei zu unterscheidenden Materialien gelegt wird.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet dadurch, daß das Bezugspotential zur Spannungsmessung eine Temperaturkorrektur mit Hilfe der steuerbaren Spannungsquelle (3) entsprechend des eingesetzten Elektrolyten erfährt.