DE3628378C2 - Meßgerät zur Bestimmung des Kohlenstoffgehalts einer Gasatmosphäre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßgerät zur Bestimmung des Kohlenstoffgehaltes einer Gasatmosphäre bei der Gleich­ gewichtsaufkohlung metallischer Werkstücke, bei der der elektrische Widerstand einer aus Stahl bestehenden, zeit­ weise in die Gasatmosphäre eingebrachten und dort aufge­ kohlten Meßwendel gegenüber einer Vergleichswendel bekannten Kohlenstoffgehaltes gemessen wird, mit einer Widerstands­ meßeinheit und mit Klemmen zum Einklemmen der Meßwendel.

Es sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung des Kohlenstoffgehaltes einer Gasatmosphäre bei der Gleichgewichtsaufkohlung bekannt. So werden mittels exakten Waagen Folien mit bekanntem Kohlenstoffgehalt vor und nach der Aufkohlung gewogen und somit der Prozentsatz des Kohlenstoff­ pegels ermittelt.

Des weiteren werden zur Kohlenstoffgehaltsmessung elektrische Widerstandsmessungen an einem unlegierten Draht definierter Länge vorgenommen. Ein Draht mit bekanntem Kohlenstoffgehalt und bekanntem elektrischem Widerstand wird in der Gasatmosphäre aufgekohlt. Nach dem Kontakt mit der Aufkohlungsatmosphäre wird eine erneute Widerstandsmessung vorgenommen und somit indirekt der Kohlenstoffgehalt über die Abhängigkeit des elektrischen Widerstands vom Kohlenstoff­ gehalt ermittelt. Als Widerstandsmeßeinheit werden z. B. eine Wheatstone′sche Brückenschaltung oder eine aktive Brücken­ schaltung verwendet, die nach dem Kompensationsprinzip arbeiten (siehe z. B. DE 33 46 668 C2).

Die genannten Verfahren haben jedoch den Nachteil, daß der Kohlenstoffgehalt nur indirekt und somit langwieriger bestimmt werden kann. Außerdem ist bei der elektrischen Widerstands­ messung eine Fehlmessung durch Temperaturunterschiede der Drahtstücke nicht auszuschließen, weshalb umfangreiche Einstellungen und Nachregelungen vorgenommen werden müssen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Meßgerät der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem die direkte Ermittlung des Kohlenstoffgehaltes verbessert wird und temperaturbedingte Fehlmessungen ausgeschlossen werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Widerstandsmeßeinheit im eingangs beschriebenen Gerät eine Konstantstromschaltung enthält, bezüglich der die Meßwendel und die Vergleichswendel wechselweise in einen gemeinsamen Meßstromkreis schaltbar sind und der Spannungsabfall an beiden Wendeln abwechselnd gemessen wird.

Gängigerweise mittels geeignet verwendeter, elektronischer Bausteine, z. B. Operationsverstärker, werden die Spannungswerte der eingebauten Vergleichswendel und der eingeklemmten, aufge­ kohlten Meßwendel ermittelt. Die Vergleichswendel besitzt einen definierten Kohlen­ stoffgehalt. Da die Wendeln die gleiche Zusammensetzung und Abmessungen (Länge, Querschnitt des Drahtes, Wicklung der Wendel) besitzen, sind sie direkt miteinander vergleichbar. Da die Wendeln außerdem vom gleichen Strom durchflossen werden, ergibt diese Ermittlung den Kohlenstoffgehalt der Meßwendel.

Mit Vorteil ist eine Kalibriereinheit zur Kompensation temperaturbedingter Fehlmessungen eingebaut. Diese Kalibriereinheit besteht im wesentlichen aus einem Kalibrierpotentiometer, mit dem von Hand ein Abgleich vorgenommen werden kann. Mittels dieser Kalibriereinheit kann auch der Anzeigewert des Kohlenstoffgehaltes der Vergleichswendel nachgeregelt werden, falls sich ein Unterschied zwischen dem Anzeigewert und dem fest definierten Kohlenstoffwert der Vergleichswendel ergeben sollte.

Es ist vorteilhaft, das Meßgerät mit einer analog/Digital-Konvertereinheit (11) auszustatten. Dadurch können die von der Widerstandsmeßeinheit ermittelten und gegebenenfalls temperaturkompensierten Spannungswerte direkt in Kohlenstoffgehaltswerte der Meßwendel und somit der Gasatmosphäre umgewandelt werden und in einem digitalen Display angezeigt werden.

Vorteilhafterweise ist das Meßgerät mit einem Gerätege­ häuse, in dessen Bedienungsfeld die Klemmen für die Meßwendel angebracht sind, derart ausgestattet, daß im Bedienungsfeld zusätzlich eine Vergleichswendel mit definiertem Kohlenstoffgehalt angebracht ist, sowie ein Drucktaster zur Verbindung der Meßwendel mit der Widerstandsmeßeinheit, ein Kalibrierpotentiometer zur Einstellung des Anfangskohlen­ stoffgehaltes der Vergleichswendel und zur manuellen Kompensation von Fehlmessungen sowie ein Anzeigenfeld zum digitalen Display des Kohlenstoffgehaltwertes angeordnet sind.

Diese Anordnung gewährt eine einfache Bedienung und Überschaubarkeit der wesentlichen Geräteteile.

Im folgenden wird anhand schematischer Skizzen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Meßgerätes erläutert.

Die Anordnung gemäß der Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines solchen Gerätes mit Meßeinheit (1), Kalibriereinheit (2) und Analog/Digital-Widerstandsmeßeinheit (3). In der Meß­ einheit (1) ist die Meßwendel (6), in der Kalibrier­ einheit (2) die Vergleichswendel (5) eingebaut. Über elektrische Leitungen werden die Informationen an die Verarbeitungs-Einheit (12) zum Vergleichen der von der Meßeinheit (1) und der Kalibriereinheit (2) kommenden Werte weiter­ geleitet. In Einheit (11) werden die analogen Spannungs­ werte in digitale Impulse umgewandelt und an den Display (9) weitergegeben (11 = Analog/Digital-Konverter­ einheit).

In Fig. 2 wird das Gerätegehäuse des erfindungsgemäßen Meßgerätes wiedergegeben. Die Vergleichswendel und die Meßwendel haben die gleiche Charakteristik, d. h., sie haben vor dem Einbringen der Meßwendel in die Aufkoh­ lungsatmosphäre denselben Kohlenstoffgehalt. Ist die Vergleichswendel (5) in das Meßgerät eingebaut, wird im Display (9) der Kohlenstoffgehalt der Vergleichswendel angegeben.

Bei Abweichungen des angezeigten Wertes vom definierten Kohlenstoffwert der Vergleichswendel wird mittels des Kalibrierpotentiometers (8) der genaue Wert eingestellt. Temperaturschwankungen können hiermit auch nachgeregelt werden.

Als nächster Schritt wird die in der Gasatmosphäre aufgekohlte Meßwendel (6) in die Klemmen (10) als elektrische Kontaktstelle eingeklemmt. Die abgegriffene Länge der Meßwendel stimmt mit der Länge der Vergleichswendel überein. Durch Tastendruck (Taste 7) wird über einen Spannungsvergleich über die beiden Wendeln der Kohlenstoffgehalt der aufgekohlten Wendel bestimmt und im Display (9) der %-C-Gehalt der Meßwendel angezeigt. Temperaturunterschiede zwischen Vergleichs- und Meßwendel werden auch durch das Konstantstromverfahren vermieden und so Fehlmessungen verhindert.

Das erfindungsgemäße Meßgerät kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung auch zur computergesteuerten Datenerfassung verwendet werden. Die ermittelten Spannungswerte der Vergleichsmessung werden dann anstatt in den Analog/Digital-Konverter der Anzeigeneinheit in den Analog/Digital-Konverter des Computers weitergegeben und dort weiter verarbeitet.

Claims (4)

1. Meßgerät zur Bestimmung des Kohlenstoffgehalts einer Gas­ atmosphäre bei der Gleichgewichtsaufkohlung metallischer Werkstücke, bei der der elektrische Widerstand einer aus Stahl bestehenden, zeitweise in die Gasatmosphäre einge­ brachten und dort aufgekohlten Meßwendel (6) gegenüber einer Vergleichswendel (5) bekannten Kohlenstoffgehalts gemessen wird,
mit einer Widerstandmeßeinheit (3) und mit Klemmen (10) zum Einklemmen der Meßwendel,
dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandmeßeinheit (3) eine Konstantstromschaltung enthält, bezüglich der die Meßwendel (6) und die Vergleichswendel (5) durch Tasten­ druck wechselweise in einen gemeinsamen Meßstromkreis schaltbar sind
und der Spannungsabfall an beiden Wendeln wechselweise gemessen und daher kommend der Kohlenstoffgehalt der Meßwendel bestimmt wird.

2. Meßgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Kali­ brierpotentiometer (8).

3. Meßgerät nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Analog/Digital-Konverter-Einheit (11), die die von der Informationsverarbeitungseinheit (12) ermittelten und gegebenenfalls temperaturkompensierten Spannungswerte in Kohlenstoffgehaltswerte der Gasatmosphäre umwandelt und in einem Display anzeigt.

4. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem Gerätegehäuse in dessen Bedienungsfeld Klemmen (10) für die Meßwendel (6) angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Bedienungsfeld (4) zusätzlich die Vergleichswendel (5) mit definiertem Kohlenstoffgehalt, ein Drucktaster (7), das Kalibrier­ potentiometer zur Einstellung des Anfangskohlenstoffgehalts der Vergleichswendel und zur manuellen Kompensation von Fehlmessungen sowie ein Anzeigenfeld (9) zum digitalen Display des Kohlenstoffgehaltwertes angeordnet sind.