DE2049976B2

DE2049976B2 - Verfahren zur messung der dicke von schichten im bauwesen und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahren

Info

Publication number: DE2049976B2
Application number: DE19702049976
Authority: DE
Inventors: Hans; Koob Werner; 5000 Köln Nix
Original assignee: Elektro-Physik Hans Nix & Dr.-Ing. E. Steingroever KG, 5000 Köln
Priority date: 1970-10-12
Filing date: 1970-10-12
Publication date: 1972-09-21
Also published as: US3815016A; FR2111278A5; GB1360086A; DE2049976A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Dicke von Schichten und Wänden im Bauwesen mit einer elektromagnetischen Hochfrequenzsonde, bei dem der Abstand der Sonde zu einem unter oder hinter der zu messenden Schicht angeordneten Reflektor gemessen wird.

Bei einem bekannnten Verfahren dieser Art besteht die Hochfrequenzsonde aus einer Meßspule, die mit einem Hochfrequenzgenerator verbunden ist. Beim Annähern der Sonde an ein Metallteil wird sie von diesem beeinflußt, so daß die Größe der Beeinflussung ein Maß für den Abstand ist. Es ist bekannt, im Straßenbau Metallteile, im folgenden »Reflektoren« genannt, unter den einzelnen Deckschichten anzuordnen und nach dem Aufbringen der Schicht den Abstand zu dem Reflektor mit einer Hochfrequenzsonde zu messen. Dabei muß die Empfindlichkeit des Anzeigegerätes auf den richtigen Wert eingestellt werden, der mit anderen mechanischen Mittteln gemessen worden ist. Da hierbei die Schicht durch das Herausholen der Probeplatte beschädigt wird, ist die Haltbarkeit derselben stark beeinträchtigt.

Um Fehlmessungen durch unterschiedliche elektrische, dielektrische und magnetische Eigenschaften des Schichtwerkstoffes zu vermeiden, wird allgemein empfohlen, zur Kalibrierung des Meßgerätes mechanische Normalstücke aus dem gleichen Werkstoff wie die zu messende Schicht herzustellen und zu verwenden. Das Mitführen solcher Normalstücke ist aber im Straßenbau wegen der Vielzahl der verwendeten Materialien und deren wechselnder Zusammensetzung kaum durchführbar. Da z. B. bei ferromagnetischen Bestandteilen des Schichtwerkstoffes (Basalt und irischer Diabas) ohne Berücksichtigung der Werkstoffeigenschaften Meßfehler bis zu 30% vom Meßwert auftreten können, besteht das bekannte Verfahren zur Berücksichtigung dieser Störgrößen darin — zuerst zu ermitteln —, ob bei einer Meßstelle ferromagnetische Stoffe vorhanden sind und wenn ja, wie groß der durch sie verursachte Meßfehler ist. Liegt der Fehler unter 30% der Dicke des Körpers, so gilt er für Verschleißmessungen als vernachlässigbar klein. Ist er größer, so wird der Störeinfluß bekannterweise auch dadurch erfaßt, daß aus dem entsprechenden Werkstoff Probekörper verschiedener Dicke gepreßt werden und aus der Messung derselben mittels einer Schieblehre und dem Gerät Eichkurven erstellt werden, deren Differenz bei der Messung in der Natur als Korrekturwerte zu berücksichtigen sind.

Die bekannten Verfahren zur Erfassung des Störeinflusses des Schichtwerkstoffes sind durch das Anordnen von Hilfsmitteln (artgleiche Normalstücke

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oder angefertigte Probekörper) zwischen Sonde und Meßspule 4, 5 ein mit der Meßspule gebildeter Meßreflektor mittelbare Verfahren. Dabei ist der Hochfrequenzkreis mit der Frequenz /„„ 6 ein Handangezeigte Meßwert n>cht eindeutig. Er enthält Nutz- griff, 7 ein elektrisches Anzeigegerät für die Dicke D. und Störsignalanteile. Die mittelbare Erfassung des In dieser F i g. 1 befindet sich die Sonde in Meß-Störeinflusses ist mit hohem Zeitaufwand und Un- 5 stellung über dem Meßreflektor,
kosten verbunden und eignet sich wegen der oft I_n F i g. 2 ist dargestellt, wie erfindunggsgemäß innerhalb kurzer Streckenabschnitte stark schwan- der Abgleich vorgenommen wird. Die Meßsonde kenden Schichtzusammensetzung nicht zur Bestim- befindet sich auf einer Stelle der zu messenden mung der Fahrbahndicke, zur Dickenregelung oder Schicht D, unter der kein Reflektor liegt. Auf der zur Abrechnung derselben. Die Bedeutung von io Meßsonde liegt der Abgleichreflektor 8, der mit zwei Mixgeräten mit mitttelbarer Erfassung des Stör- verschieden dicken Schichten 9 und 10 versehen ist. eir.fi-.i^es bleibt somit im Straßenbau auf Ver- Zunächst werden ohne Abgleichreflektor die Störsctteißmessung beschränkt. einflüsse des Schichtwerkstoffs eliminiert, indem das

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei Anzeigegerät auf co eingestellt wird. Dann wird mit

einem Verfahren der eingangs genannten Art in 15 dem Abgleichreflektor irT der gezeichneten Stellung a

einfror und genauer Weise den mit der Zusam- auf einen Dl entsprechenden Wert, schließlich mit

niuisc-.'ung der Schichtwerkstoffe stark wechselnden herumgedrehtem Abgleichreflektor auf einen D2

EiIi=V-Il.' eier magnetischen, elektrischen und dielek- entsprechenden Wert" der Empfindlichkeitsabgleich

trisJ.-i"! Eigenschaften des Schiebtwerkstoffs zu mit dem Abgleicher 15 (Fig. 3) vorgenommen. Da

ei'^!':; cn und seine Wirkung auf die Messung zu 20 Abgleichreflektor und Meßreflektor verschieden

einsilieren, ohne Verwendung von Probekörpern groß sein können bzw. verschiedene elektromagne-

de- Reichen Werkstoffs und daraus abgeleiteter tische Werte aufweisen können, brauchen Dl und D 2

Eid-.kurven, in einem vereinfachten Kalibrierverfah- nicht mit den entsprechenden Dicken der zu

rc. -wie in der Angabe eines zur Durchführung messenden Schichten identisch zu sein.

di.-iT Verfahren geeigneten Gerätes. ₂₅ Bei einem zweckmäßigen Gerät zur Durchführung

Di-'sc Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch der Erfindung (Fig. 1, 2 und 3) ist die Sonde 3 als

geii''¹:. daß die Hochfrequenzsonde vor der eigent- frei schwingender abstimmbarer LC-Oszillator auf-

licV.on Messung zunächst auf eine Stelle der zu gebaut, dessen Induktivität als Meßspule 4 ausge-

nu-enden Schicht aufgelegt wird, unter oder hinter bildet ist. Durch Annähern der Sonde 3 an den

de; sich kein Reflektor befindet, daß in dieser ₃₀ Meßreflektor 2 erfolgt über das Gegenfeld des in

StcLmg die durch die Störgröße der zu messenden ihm erzeugten Wirbelstromes eine Schwächung des

Schicht hervorgerufene Verstimmung des Meß- Primärfeldes und somit eine Induktivitätsverminde-

sclnvingkreises in ihrer Wirkung auf die Anzeige rung der Meßspule 4, was zu einer positiven Fre-

durcli mechanisches, kapazitives, induktives oder querverschiebung + Af_n, der Oszillatorfrequenz/₀

ohmsches Kompensieren des Störsignals auf eine 35 führt.

Bezugsgröße rückgängig gemacht wird, und daß beim Störgrößen wie z. B. elektrische, dielektrische und anschließenden Meßvorgang mit unter oder hinter ferromagnetische Eigenschaften des Schichtwerkder zu messenden Schicht angeordnetem Reflektor Stoffs bewirken durch ihren Einfluß auf die Meßdic Meßgröße mit der gegebenenfalls umschaltbaren spule 4 je nach Art positive oder negative Frequenz-Bezugsgröße verglichen wird. ₄₀ verschiebungen ± 1/_s, der Oszillaturfrequenz /„.

Dadurch gelingt es in einfacher Weise, den mit der Diese Frequenzverschiebungen werden mit einem

Zusammensetzung stark wechselnden Einfluß der Überlagerungsfrequenzmesser, der im Anzeigegerät 7

Baustoffe der Schichten auf die Messung mit der enthalten ist, erfaßt und auf dem Anzeiger 11 als

Hochfrequenzsonde unmittelbar und quantitativ zu Nutz- sowie Störsignal angezeigt,

erfassen und zu eliminieren durch mechanisches, 45 Das Kompensieren besteht darin, daß die durch

kapazitives, induktives oder ohmsches Kompensieren den störenden Einfluß des Schichtwerkstoffs hervor-

bzw. durch Strom- oder Spannungskompensation des gerufene Verstimmung ±Af_si des Meßschwingkreises

Störsignals. durch kapazitives Nachstimmen mit dem Konden-

Meßschwingschwingkreis ist der von der eigent- sator 16 (Fig. 3) auf die Referenzfrequenzf_rcf rücklichen Meßspule zusammen mit den anderen ange- 50 gängig gemacht wird.

schlossenen elektrischen Bauelementen gebildete Es gelangt deshalb beim Messen der Schicht im

hochfrequent schwingende Meßkreis. Anschluß an das erfindungsgemäße Erfassen und

Ein besonders einfaches Verfahren nach der Eliminieren des Störeinflusses nur noch das Nutz-Erfindung besteht darin, den Empfindlichkeits- signal + A /,„ zur Anzeige, welches der Schichtdicke abgleich des Anzeigegerätes mit einem zusätzlichen 55 direkt zugeordnet 1st.
Abgleichreflektor vorzunehmen, während die Sonde „.. _ .. ...
auf eine Stelle der zu messenden Schicht aufgelegt ^{Fur das} E^enannte Gerat gilt
ist, an der sich kein Reflektor befindet. In besonders für das Erfassen der Störgröße mit der
einfacher Weise erfolgt der Empfindlichkeitsabgleich, Voraussetzung /₀ = j_rcf
während der zusätzliche Abgleichreflektor oberhalb 60 (/₀ + A /_s() — f_rei = i Δ f_st,
der Hochfrequenzsonde in bestimmtem, festgelegtem _für j_as Eliminieren der Störgröße
Abstand angeordnet ist. (f+A f_sl) — f_ref -*- 0,

Ein Ausführungsbeispiel ist in Fig. 1 bis 3 dar- _t..° , Λ "_A ,

υ» τ τ-· 1 u j » » η j· tv 1 j fur das Messen der
gestellt. In F1 g. 1 bedeutet D die Dicke der zu

messenden Schicht, 1 die Unterlage, 2 der auf der 65

"<■ ⁱ"'^s' ^{+ JW} ^Tref

messenden Schicht, 1 die Unterlage, 2 der auf der 65

Unterlage angeordnete Meßreflektor von vernach- wobei

lässigbarer Dicke, 3 die Meßsonde mit der aus einem (Z₀ ± Aj_st + Af_m) = /

einzigen Ring eines Festmantelkabels bestehenden die Meßfrequenz ist.

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Erfindungsgemäß wird bei dem Verfahren zur Erfindung eliminieren, ohne daß ein erneutes Kali-Messung der Dicke von Schichten im Bauwesen eine brieren erforderlich ist.

Meßfrequenz von mehr als 2 Megahertz verwendet; Mit einem der Erfindung entsprechenden und

bei dieser hohen Frequenz ist der Abgleich der bedienten Gerät sind im Straßenbau trotz wechseln-

Empfindlichkeit mittels Abgleichreflektor auf einer 5 der Schichteigenschaften mit einmaliger Kalibrierung

Stelle der zu messenden Schicht, an der sich kein Meßserien über lange Strecken möglich.

Meßreflektor befindet, besonders leicht durchzu- Das Kalibrierverfahren nach der Erfindung

führen, auch wird der Einfluß der die Messung arbeitet mit einem sogenannten Abgleichreflektor.

verfälschenden ferromagnetischen und dielektrischen Dieser ersetzt die üblichen Normalstücke, welche

Bestandteile des Schichtwerkstoffs (z. B. im Straßen- io bei dem bekannten Verfahren zwecks Kalibrierung

bau) durch die Wahl einer Meßfrequenz j_m größer zwischen Sonde und Meßreflektor angeordnet wer-

als 2 MHz stark reduziert. Zusätzlich ermöglicht den müssen. Der Abgleichreflektor bildet die Wir-

diese hohe Frequenz wegen der damit verbundenen kung des Meßreflektors in bestimmtem Abstand

geringen Eindringtiefe in das Reflektormaterial die gegenüber der Sonde nach und täuscht ihr einen

Verwendung dünner Reflektoren mit unter Umstän- 15 definierten Schichtdickenwert vor. Der Abgleich-

den geringeren Kosten. reflektor besteht zweckmäßig aus einem Metallteil,

Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ver- z. B. einer Metallfolie, einem Blech, einem Drahtring wendete Hochfrequenzsonde 3 besitzt eine Meß- oder Drahtgewebe, das auf beiden Seiten mit einem spule 4, die von einem mantelforangen Leiter 12 die Messung nicht beeinflussenden Stoff mit verumgeben ist, der mit dem Schaltungs-Nullpunkt ₂₀ schiedener Dicke belegt ist.

elektrisch verbunden ist (F i g. 3). Bei einer vorteil- Durch Herumdrehen des auf der Hochfrequenzhaften Ausführung besteht die Meßspule 4 aus einem sonde aufliegenden Abgleichreflektors kann in einringförmig geformten Festmantel-Koaxialkabel und fächer Weise der Abgleich an zwei Punkten des besitzt einen Durchmesser, der größer als die halbe Meßbereichs erfolgen. Hierdurch wird gewährleistet, zu messende Schichtdicke ist. Es ist zweckmäßig, bei as daß Bedienungsfehler des Gerätes und/oder unge-Verwendung einer Meßspule mit mehreren Windun- wollte Lageveränderungen der Meßspule 4 in der gen diese in einer Ebene, vorzugsweise spiralförmig, Sonde 3 erkannt werden, da der Zusammenhang anzuordnen. zwischen dem Abstand des Reflektors zur Meßspule

Durch das Verwenden nur einer Windung als nicht linearproportional zur Größe des Nutz-Meßspule wird eine minimale Streukapazität erzielt, 30 signals ist.

die nur geringer Veränderung durch dielektrische Die elektrischen und magnetischen Eigenschaften Eigenschaften der zu messenden Schicht unterliegt. des Abgleichreflektors müssen selbstverständlich so Eine weitere Verminderung der kapazitiven Be- bemessen sein, daß die Wirkung des Meßreflektors einflussung der Meßspule durch den Schichtwerkstoff durch die zu messende Schicht hindurch genau nachbewirkt die mantelförmige, an Schaltungsnull ge- 35 gebildet wird. Das gleiche gilt für die Abmessungen legte, leitende Umhüllung 12 derselben. Darüber desselben.

hinaus gibt die isoliert aufgebrachte metallene Bei dieser Methode ist es wichtig, daß der durch Umhüllung 12 der Meßspule eine große mechanische Kompensation des Störsignals eliminierte Stör-Festigkeit sowie durch ihre Hochglanzverchromung einfluß des Schichtwerkstoffs während des Kalibrie-Unempfindlichkeit gegenüber Strahlungswärme. Dies 40 rens mittels Abgleichreflektor erfindungsgeinäß ausgarantiert der Messung eine hohe Langzeitkonslanz geschaltet bleibt, inidem die Sonde auf einer Stelle und ermöglicht das Messen auf frisch aufgetragenen, der zu messsenden Schicht steht, unter der sich kein heißen Fahrbahndecken. Reflektor befindet.

Der fertigungstechnische Vorteil der Sonde liegt Der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verin der Verwendung von Festmantel-Koaxialkabel 45 wendete, unter bzw. hinter der messenden Schicht für die Meßspule 4. Festmantel-Koaxialkabel wird anzubringende Reflektor besteht aus einer Metallfolie, mit garantierten elektrischen und mechanischen einem Blech oder vorzugsweise aus Maschendraht, bei Werten angeboten. Dadurch wird die Herstellung dem die Kreuzungsstellen elektrisch miteinander von Meßspulen geringer Toleranzen sehr erleichtert verbunden sind, vorzugsweise durch Schweißung. Der Innenleiter 13 der Meßspule wird als Induk- 50 Er wird zweckmäßig auf die Unterlage vor dem tivität benutzt, während der äußere Mantel 12 zum Aufbringen der zu messenden Schicht aufgeklebt
Zwecke seiner elektrischen Abschirmwirkung eine Ein vorteilhaftes Gerät zur Durchführung des leitende Verbindung zum Schaltungspunkt 14 er- Verfahrens nach der Erfindung ist dadurch gehalt kennzeichnet, daß die Hochfrequenzsonde in einem

Die Erfindung bietet durch ihre unmitttelbare und 55 fahrbaren Ständer angeordnet ist, so daß sie in

quantitative Erfassung des Störeinflusses den Vorteil, geringer Höhe über der Oberfläche der zu messenden

denselben in einfacher Weise am Meßort ohne Ver- Schicht schwebt und daß sie nach Aufsuchen des

wendung artgleicher Normalstücke oder Probekörper Minimums der angezeigten Schichtdicke über der

und daraus abgeleiteter Eichkurven zu eliminieren. Mitte des Reflektors auf die Oberfläche der zu

Da Temperatur- und Versorgungsspannungs- 60 messende Schicht abgesenkt wird.
Schwankungen des Gerätes ebenso wie Störgrößen Außer zum Messen von Schichtdicken kann das der Schichtwerkstoffe zu einer Änderung J/_rf der erfmdungsgemaße Verfahren und Gerät auch zum Meßfrequenz führen, lassen sich auch diese Stör- Aufsuchen von Metallteilen im Boden, unter Schicheinflüsse mit dem Gerät zur Durchführung der ten und in bzw. hinter Winden dienen

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Messung der Dicke von Schichten und Wänden im Bauwesen mit einer elektromagnetischen Hochfrequenzsonde, bei dem der Abstand der Sonde zu einem unter oder hinter der zu messenden Schicht angeordneten metallischen Reflektor gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzsonde (3) vor der eigentlichen Messung zunächst auf eine Stelle der zu messenden Schicht (D) aufgelegt wird, unter oder hinter der sich kein Reflektor (2) befindet, daß in dieser Stellung die durch die Störgröße der zu messenden Schicht hervorgerufene Verstimmung des Meßschwingkreises (5) in ihrer Wirkung auf die Anzeige (7) durch mechanisches, kapazitives, induktives oder ohmsches Kompensieren des Störsignals auf eine Bezugsgröße rückgängig gemacht wird, und daß beim anschließenden Meßvorgang mit unter oder hinter der zu messenden Schicht angeordnetem Reflektor die Meßgröße mit der gegebenenfalls umschaltbaren Bezugsgröße verglichen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Empfindlichkeitsabgleich des Anzeigegerätes (7) ein zusätzlicher, die Wirkung des Meßreflektors (2) nachbildender Abgleichreflektor (8) in festgelegtem Abstand von der Hochfrequenzsonde (3) angeordnet wird, wobei die Sonde auf eine Stelle der zu messenden Schicht (U) aufgelegt ist, an der sich kein Meßreflektor befindet.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigegerät (7) durch den eine zweiseitige Beschichtung (9, 10) aus einem die Messung nicht beeinflussenden Stoff mit verschiedener Dicke und eine dazwischen befindliche Metallfolie od. dgl. aufweisenden Abgleichreflektor (8) zunächst auf einen der einen Schicht (9) entsprechenden Wert und anschließend bei herumgedrehtem Abgleichreflektor auf einen der zweiten Schicht (10) entsprechenden Wert eingestellt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfindlichkeitsabgleich erfolgt, während der zusätzliche Abgleichreflektor (8) entweder oberhalb oder unterhalb der Hochfrequenzsonde (3) in festgelegtem Abstand angeordnet ist.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzsonde (3) in einem fahrbaren Ständer angeordnet ist, so daß sie in geringer Höhe über die Oberfläche der zu messenden Schicht (D) schwebt und daß sie nach Aufsuchen des Minimums der angezeigten Schichtdicke über der Mitte des Meßreflektors (2) auf die Oberfläche der zu messenden Schicht abgesenkt wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzsonde (3) eine Meßspule (4) mit einem diese umgebenden mantelförmigen Leiter (12) aufweist, der mit dem Schaltungs-Nullpunkt (14) elektrisch verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspule (4) aus einem ringförmig geformten Festmantel-Koaxialkabel besteht und einen Durchmesser besitzt, der größer als die halbe zu messende Schichtdicke (D) ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen der Meßspule (4) in einer Ebene, vorzugsweise spiralförmig, angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzsonde (3) mit einer Meßfrequenz von mehr als 2 Megahertz arbeitet.