DE4311543A1 - Vorrichtung zur Ermittlung der Konzentration einer Prüfflüssigkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Er­ mittlung der Konzentration einer Prüfflüssigkeit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die DE-AS 21 00 013 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Konstanthalten der Konzentration einer Prüfflüssigkeit, die aus einer Trägerflüssigkeit mit an Magnetpulverteilchen gebundenen fluoreszierenden Parti­ keln besteht. Die Prüfflüssigkeit befindet sich in einem Behälter, in den metallische Prüfgegenstände zur Prüfung auf Risse eingetaucht werden. Über der Oberfläche der Prüfflüssigkeit ist eine UV-Lichtquelle angeordnet. Eine ebenfalls über der Oberfläche der Prüfflüssigkeit ange­ brachte Fotozelle mißt die Helligkeit der fluoreszieren­ den Partikel in der Prüfflüssigkeit und erzeugt eine Spannung, die von einem Meßinstrument angezeigt wird. Das Spannungssignal kann auch zur Ansteuerung beispielsweise eines Ventils verwendet werden, das Magnetpulverteilchen aus einem Sammelbehälter in die Prüfflüssigkeit nach­ fließen läßt.

Nachteilig bei dem bekannten Verfahren bzw. der bekannten Vorrichtung ist, daß die Fotozelle lediglich global die Helligkeit über der Prüfflüssigkeitsoberfläche mißt. Fol­ gende Störfaktoren vermindern jedoch die Genauigkeit der Messung: Streuung des UV-Lichtes, Verschmutzung der Ober­ fläche der Prüfflüssigkeit (durch verschmutzte Prüfgegen­ stände, anhaftendes Fett und Öl) und Fremdlichteinfall auf die Fotozelle. Eine brauchbare Reproduzierbarkeit der Messung bei verschiedenen Anwendern, z. B. in mehreren Betrieben eines Unternehmens, die alle nach derselben Qualitätsvorschrift prüfen sollen, ist durch die Vielzahl von Einflußfaktoren nicht gegeben (Anordnung von UV-Lichtquelle und Fotozelle in bezug auf die Prüfflüssig­ keit bzw. zueinander, Verschmutzung der Prüfflüssig­ keitsoberfläche, Beleuchtung im Prüfraum etc.). Außerdem ist eine Kalibrierung des Meßaufbaus nicht vorgesehen, so daß z. B. eine Abnahme der Intensität der UV-Lichtquelle, die das Meßergebnis verfälscht, nicht erfaßt wird.

Über den gattungsbildenden Stand der Technik hinaus ist es aus der DE-AS 24 14 314 bekannt, mittels einer flach­ zylindrischen Prüftrommel mit umlaufenden Magnetspalt, die in die Prüfflüssigkeit eintaucht und bei Rotation eine Raupe aus Magnetpulverteilchen an ihrer Oberfläche erzeugt, durch Beleuchtung dieser Raupe mit ultravio­ lettem Licht und Messung des Helligkeitswertes der fluo­ reszierenden Partikel die Konzentration der Prüfflüssig­ keit zu ermitteln. Die beschriebene Vorrichtung erfaßt nur die tatsächlich an Magnetpulverteilchen gebundenen fluoreszierenden Partikel, zeichnet sich jedoch durch ihren sehr aufwendigen Aufbau aus. Die Stärke des Magnet­ feldes geht unmittelbar in das Meßergebnis ein. Das Pro­ blem der fehlenden Reproduzierbarkeit ist auch bei dieser Vorrichtung gegeben.

Auch die DE 38 04 054 C1 arbeitet mit einem Magnetfeld zur Messung der Konzentration der Prüfflüssigkeit. Durch Bespülung der Oberfläche eines Magnetkopfes, der im we­ sentlichen einem Tonmagnetkopf aus der Audiotechnik ent­ spricht, zeichnet sich an der Oberfläche des Magnetkopfes ein feines Rißbild ab. Dieses Rißbild, das in Abhängig­ keit von der Rauhigkeit der Magnetkopfoberfläche ent­ steht, kann subjektiv oder objektiv zur Überprüfung der Konzentration ausgewertet werden. Eine gleichbleibende und reproduzierbare Messung der Prüfflüssigkeitskonzen­ tration ist jedoch nicht möglich, da das feine Rißbild magnetkopfabhängig ist und damit bei jeder Kontrollvor­ richtung anders ausfällt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung zur Vereinheitlichung des bekannten Verfahrens be­ reitzustellen, mit der eine Erhöhung der Reproduzierbar­ keit der Messung erzielt und damit eine genauere Einhal­ tung der Prüfflüssigkeitskonzentration erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Kerngedanke ist es dabei, Sender und Empfänger einander fest zuzuordnen und durch die Fokussierung des UV-Licht­ strahls auch den Abstand des Lumineszenzgerät zur Prüfflüssigkeit festzulegen (Abstand entspricht der Brennweite der Optik des Sensors). Durch die Bündelung des UV-Lichtstrahls wird ein abgegrenzter, definierter Bereich der Prüfflüssigkeit untersucht, wobei durch die Tiefenwirkung des UV-Lichtkegels auch bei starker Verdün­ nung der Prüfflüssigkeit noch eine exakte Messung möglich ist. Die hohe Lichtintensität regt die Partikel in der Prüfflüssigkeit eindeutig an. Durch die vorgegebene Aus­ richtung von Sender und Empfänger wird der Einfluß von Fremdlicht stark vermindert.

Die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 ermög­ licht eine Kontrolle der erfindungsgemäßen Vorrichtung und gewährleistet damit eine gleichbleibende Meßgenauig­ keit auch über einen längeren Zeitraum. Damit kann bei­ spielsweise ein "Wegwandern des Arbeitspunktes", verur­ sacht durch eine Verringerung der Lichtintensität der UV-Lichtquelle mit zunehmender Betriebsdauer, erfaßt werden.

Mit der Ausbildung der Erfindung nach Anspruch 3 steht ein einfach zu handhabendes und kostengünstiges Referenz­ maß zur Verfügung. Wird als Referenzmaß beispielsweise ein vom Hersteller immer gleichbleibend abgefüllter Be­ hälter mit Magnetpulverteilchen verwendet, so entstehen keine zusätzlichen Kosten für die Bereitstellung des Re­ ferenzmaßes. Die Verwendung eines solchen "Prüfmittel­ konzentrates" bedeutet gleichsam maximale Leuchtintensi­ tät (100%).

Die vorteilhafte Ausführung der Erfindung nach Anspruch 4 ermöglicht es in einfacher Weise, Prüfbehälter und Refe­ renzmaß in definierter Lage zum Lumineszenzmeßgerät anzu­ ordnen. Durch die manuelle Entnahme einer Prüfflüssig­ keitsprobe sind keine Modifikationen an der Prüfanlage notwendig, so daß die Überprüfung in einfacher Weise und universell mit geringem Aufwand durchgeführt werden kann. Vorteilhafterweise wird der Prüfbehälter mit der Prüfflüssigkeit von der Seite angestrahlt, wodurch eine Beeinflussung des Meßergebnisses durch Verunreinigungen, die sich an der Oberfläche der Prüfflüssigkeit ansammeln, ausgeschlossen wird. Die Messung kann auch unter Lichtab­ schluß und damit ohne Fremdlichteinfluß durchgeführt wer­ den. Durch die einfache Handhabung (Austausch der beiden normierten Behälter) sind keine Bedienungsfehler möglich.

Mit der Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 5 steht eine automatisch arbeitende Vorrichtung zur Verfügung, die in festgelegten Zeitabständen selbsttätig die Konzen­ tration der Prüfflüssigkeit ermitteln kann. Eine kontinu­ ierlich fortlaufende Messung ist nicht sinnvoll, da sich die Prüfflüssigkeit an der Wandung des Prüfschauglases niederschlägt und durch die damit einhergehende Verfär­ bung des Prüfschauglases das Meßergebnis verfälscht würde. Zwischen den Meßvorgängen sind also Spülvorgänge erforderlich. Die automatisch arbeitende Vorrichtung ver­ ringert den Personalaufwand und gewährleistet ein gleich­ bleibendes Meßergebnis, da durch die beiden festgelegten Positionen des Lumineszenzmeßgerätes der UV-Lichtstrahl jeweils lotrecht auf den Prüfbehälter bzw. das Referenz­ maß trifft und auch der durch die Brennweite der Optik vorgegebene Abstand gleichbleibend ist.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels nä­ her erläutert. Die einzige Figur zeigt in schematisierter Darstellung eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung der Konzentration einer Prüfflüssigkeit.

Ein Lumineszenzmeßgerät 1 und eine Halteeinrichtung 2 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 3 angeordnet. Das Lumi­ neszenzmeßgerät 1 ist über ein Abstandselement 4 zur Hal­ teeinrichtung 2 beabstandet. Über eine Gehäuseöffnung 5 können die Behälter P und R in die Führung 6 der Halte­ einrichtung 2 eingeführt werden.

Das Lumineszenzmeßgerät 1 besteht aus einer UV-Licht­ quelle (Sender 7), einem lichtempfindlichen Element (Empfänger 8), einem Objektiv 9, einer Intensitätsanzeige 10, einem Empfindlichkeitseinsteller 11 und einem Signal­ ausgang 12. Der Sender 7 ist als UV-Lichtquelle ausgebil­ det und sendet einen UV-Lichtstrahl aus. Dieser Licht­ strahl wird über das Objektiv 9 gebündelt und tritt lot­ recht zu den Behältern P bzw. R aus. Der Abstand d zwi­ schen der Referenzebene 13 des Lumineszenzmeßgerätes 1 und der Längsachse der Behälter P, R entspricht hierbei der Brennweite des Objektivs 9. Das vom Behälter P, R zu­ rückkommende Licht gelangt über das Objektiv 9 auf den Empfänger 8, z. B. eine Fotodiode oder einen Fototransi­ stor. Über eine elektronische Schaltung wird die Licht­ stärke des zurückkommendes Lichtes ausgewertet und über die digitale Intensitätsanzeige 10 optisch angezeigt. Parallel hierzu ist der Signalausgang 12 vorhanden, der ein Spannungssignal, z. B. für ein Steuergerät zur An­ steuerung eines Ventils, bereitstellt. Über den Empfind­ lichkeitseinsteller 11 kann die Empfindlichkeit des Lumi­ neszenzmeßgeräts 1 verändert werden.

Die Behälter P, R sind annähernd würfelförmige Glasbehäl­ ter mit einem Schraubdeckel 14 und haben jeweils identi­ sche Beschaffenheit und Abmessungen. Der Prüfbehälter P dient hierbei der Aufnahme einer Probe der Prüfflüssig­ keit, während der Referenzbehälter R ein Prüfmittelkon­ zentrat mit vorgegebener Dichte beinhaltet.

Als Lumineszenzmeßgerät 1 kann beispielsweise das Gerät LUT 1 bis 4 der Firma Sick mit einer Brennweite von 50 mm und einem Lichtfleckdurchmesser von 8 mm verwendet wer­ den. Als Prüfmittelkonzentrat kommt beispielsweise das Magnetpulver HRS/G der Firma Deutsch zum Einsatz.

Die Konzentration der Prüfflüssigkeit wird wie folgt er­ mittelt: Vor Meßbeginn wird das Lumineszenzmeßgerät 1 eingeschaltet und nach Erreichen der vollen Lichtstärke der UV-Lichtquelle kalibriert. Hierzu wird der Referenz­ behälter R in die Halteeinrichtung 2 eingesetzt und der Intensitätswert an der Intensitätsanzeige 10 abgelesen. Da der Referenzbehälter R ein Prüfmittelkonzentrat ent­ hält, wird die Intensitätsanzeige 10 den maximal mögli­ chen Wert, z. B. 99, oder einen anderen Vorgabe-Wert an­ zeigen. Wird dieser Wert nicht erreicht, beispielsweise durch beginnende Alterung der UV-Lichtquelle, so kann über den Empfindlichkeitseinsteller 11 der Maximalwert nachgeregelt werden. Hiermit ist das Lumineszenzmeßgerät 1 kalibriert und damit betriebsbereit. Nun kann mit dem Prüfbehälter P eine Probe der Prüfflüssigkeit entnommen und in die Halteeinrichtung 2 eingesetzt werden. Das Lumineszenzmeßgerät 1 mißt die Intensität des vom Prüfbe­ hälter P ausgehenden Lichtes und zeigt diese über die Intensitätsanzeige 10 an. Bei Unterschreitung eines fest­ gelegten Anzeigewertes wird eine zuvor ermittelte Menge von Prüfmittelkonzentrat entweder manuell oder über den Signalausgang 12 und ein Steuergerät automatisch der Prüfflüssigkeit zugeführt.

Die Konzentration der Prüfflüssigkeit wird mehrmals täg­ lich überprüft. Die Kalibrierung sollte zumindest einma­ lig nach dem Einschalten des Lumineszenzmeßgerätes, z. B. am Beginn einer Arbeitsschicht, durchgeführt werden.

Das Gehäuse 3 kann mit einem Deckel ausgestattet sein, um den Fremdlichteinfluß auszuschalten. Außerdem können op­ tische Zusatzfilter zur Eingrenzung der spektralen Emp­ findlichkeit des Empfängers 8 vorgesehen werden.

Die beschriebene Vorrichtung ermöglicht in einfacher Weise eine reproduzierbare Messung der Prüfflüssigkeits­ konzentration und kann bei gleichbleibender Qualität der Meßergebnisse von verschiedenen Personen bedient bzw. in unterschiedlichen Betrieben eingesetzt werden. Die Ver­ gleichbarkeit und Übertragbarkeit der Meßergebnisse ist hierbei gewährleistet. Durch das Konstanthalten der Prüf­ mittelkonzentration wird eine hohe Prüfgenauigkeit sowie ein geringer Verbrauch von Prüfmittelkonzentrat erreicht. Unabhängig von der beschriebenen Messung der Prüfflüssig­ keitskonzentration ist die Prüfflüssigkeit in größeren Zeitabständen komplett auszutauschen, da durch biologi­ schen Abbau und Abspaltung der fluoreszierenden Partikel von den Magnetpulverteilchen die Standzeit der Prüfflüs­ sigkeit begrenzt ist. Die Standzeit der Prüfflüssigkeit ist jedoch vergleichsweise hoch (z. B. 400 Stunden bei Verwendung des Prüfmittelkonzentrates HRS/G), so daß die Verarmung durch Austrag die entscheidende Rolle spielt und durch regelmäßige Messung der Prüfmittelkonzentration zu erfassen ist.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Ermittlung der Konzentration einer Prüfflüssigkeit, die aus einer Trägerflüssigkeit mit an Magnetpulverteilchen gebundenen fluoreszierenden Partikeln besteht, mit einer auf die Prüfflüssigkeit gerichteten Lichtquelle (Sender) und mit einem lichtempfindlichen Element (Empfänger) zur Messung des von der Prüfflüssigkeit abgegebenen Lichtes, dadurch gekennzeichnet, daß Sender (7) und Empfänger (8) in einer Baueinheit als Lumineszenzmeßgerät (1) zusammengefaßt sind und der Sender (7) einen gebün­ delten Lichtstrahl aussendet.

2. Vorrichtung zur Ermittlung der Konzentration einer Prüfflüssigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lumineszenzmeßgerät (1) mittels eines Referenzmaßes kalibrierbar ist.

3. Vorrichtung zur Ermittlung der Konzentration einer Prüfflüssigkeit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Referenzmaß ein transparenter Referenzbehälter (R) verwendet wird, der mit an Magnetpulverteilchen gebundenen fluores­ zierenden Partikeln, die auf ein festgelegtes Maß verdichtet sind, befüllt ist.

4. Vorrichtung zur Ermittlung der Konzentration einer Prüfflüssigkeit nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einer­ seits das Lumineszenzmeßgerät (1) und andererseits im Wechsel entweder einen transparenten Prüfbehälter (P) mit einer Probe der Prüfflüssigkeit oder das Re­ ferenzmaß (Referenzbehälter (R)) aufnimmt.

5. Vorrichtung zur Ermittlung der Konzentration einer Prüfflüssigkeit nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Halteeinrichtung vorgesehen ist, die in festgelegtem Abstand zu einem von der Prüfflüssigkeit durchströmten transparenten Prüfschauglas angeordnet ist und einerseits das Lu­ mineszenzmeßgerät (1) und andererseits das Referenz­ maß aufnimmt, wobei das Lumineszenzmeßgerät (1) eine erste und eine zweite Position einnehmen kann, in der es äquidistant und lotrecht entweder auf das Prüfschauglas oder das Referenzmaß gerichtet ist.