Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum
Überwachen und Regeln der Oberflächenspannung von
Prozesslösung oder der Konzentration von die Oberflächenspannung
beeinflussenden Zusätzen in Prozesslösung, wie Tenside, Salze
oder Alkohole, auf der Grundlage einer
Oberflächenspannungsmessung nach der Blasendruckmethode. Unter Prozesslösung
sollen beispielsweise Wasch-, Reinigungs- und
Beschichtungslösungen in Fertigungsprozessen verstanden werden, die in
Bädern oder Spritz- bzw. Sprühanlagen eingesetzt werden. Dies
ist beispielsweise in der metallverarbeitenden Industrie, in
der Halbleiterfertigung oder in Fahrzeugwaschanlagen der
Fall.
Im folgenden soll der Einfachheit halber stellvertretend für
alle die Oberflächenspannung beeinflussenden Zusätze in
Prozesslösungen auf Tenside und stellvertretend für alle
Arbeitsprozesse auf Reinigungsbäder abgestellt werden, ohne
damit den Anwendungsbereich der Erfindung irgendwie
einschränken zu wollen.
Aufgabe von Reinigungs- und Spülbädern ist das zuverlässige
Entfernen von Verschmutzungen bzw. Reinigerrückständen auf
den Oberflächen von Behandlungsgut. Als Beispiel für ein
Reinigungsgut sei ein gegen Korrosion geöltes Karosserieblech
genannt, dessen Oberfläche anschließend zu behandeln ist.
Dazu werden hauptsächlich Reiniger eingesetzt, deren Tenside
z. B. Fette emulgieren und dabei gebunden werden. Die
prozessgerechte Konzentration der freien Tenside ist für das
Reinigungs- und Spülergebnis qualitätsbestimmend. Bei zu geringer
Tensidkonzentration ist die Reinigung unzureichend. Eine zu
hohe Konzentration hat eine hohe Spülbadbelastung bzw.
Reinigerrückstände zur Folge. Ebenso sind in den oftmals der
Reinigung folgenden galvanischen und lackiertechnischen
Prozessen die Konzentrationen von Tensiden und anderen Zusätzen,
die die Oberflächenspannung einer Prozesslösung beeinflussen,
zu überwachen und zu regeln.
Freie Tenside lagern sich an Grenzflächen an und senken dort
die Oberflächenspannung. Die Messgröße Oberflächenspannung
korreliert also mit der Konzentration freier Tenside in einer
Prozesslösung und ist zur Überwachung festzulegender
Grenzwerte für eine Tensidkonzentration geeignet.
Das konzentrations- und zeitabhängige Anlagerungsverhalten
von Tensiden wird durch dynamische Messverfahren
berücksichtigt. Durch eine Variation der Blasenlebensdauer und damit
des Oberflächenalters der Blasen kann die Überwachung über
einen weiten Konzentrationsbereich erfolgen. Ein gut zu
automatisierendes Messverfahren ist die Blasendruckmethode.
Stand der Technik
Aus der DE 196 36 644 C1 ist eine Vorrichtung zur dynamischen
Messung der Oberflächenspannung einer Lösung bekannt, die als
mobiles Messgerät ausgeführt ist. In Anlehnung an die Methode
des maximalen Blasendrucks wird eine Gasblase durch eine
Messdüse in die zu untersuchende Flüssigkeit gedrückt und aus
dem Druckverlauf eintauchtiefenunabhängig die
Oberflächenspannung ermittelt. Die Vorrichtung hat eine Eingabetastatur
für die Bedienung in verschiedenen Betriebsmodi, ein
Anzeigedisplay zur Überwachung der Betriebsmodi und Anzeige der
Messergebnisse, eine Volumenstromquelle zur Erzeugung des
Gasdrucks, einen Drucksensor zur Erfassung des Druckverlaufs
der Gasblasen, einen Mikroprozessor zur Steuerung und
Verarbeitung der Messungen sowie eine interne Stromversorgung für
sämtliche Stromverbraucher. Mit dem Messgerät lässt sich der
Tensidgehalt einer Lösung sehr schnell mobil vor Ort
bestimmen. Eine automatische Probenentnahme, eine Inline-Messung
oder weiterführende automatisierte Eingriffe zur Veränderung
der Qualität der untersuchten Lösung oder in einen
Prozessablauf sind mit der Vorrichtung nicht möglich.
Nach US 6 085 577 wird die Oberflächenspannung von in einem
Kessel, Reaktor oder Rohrsystem unter Druck stehenden
verflüssigten Gas mit einem Blasendrucktensiometer auch schon
kontinuierlich gemessen, indem die Druckdifferenz zwischen
den Druckmaxima unterschiedlicher Messkapillaren gemessen
werden. Ein anderes Anwendungsgebiet ist die kontinuierliche
Messung viskoser Flüssigkeiten und Flüssigkeiten mit hohem
Feststoffgehalt sowohl unter Druck als auch in normaler
Umgebung. Die Messkapillaren werden direkt im Kessel, im Reaktor
oder im Rohrsystem montiert und die Drucksignale
leitungsgebunden zu einem Messgerät geführt. Aufgrund der Strömung
einer Flüssigkeit oder Erschütterungen in einem Kessel usw.
sind aussagekräftige Mess-Signale nur schwer zu erhalten,
denn der maximale Blasendruck an der Spitze einer
Messkapillare beträgt nur wenige Millibar. Eine aktive
Prozessbeeinflussung ist nicht vorgesehen.
Aus der DE 41 36 442 A1 ist ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Entfetten und Reinigen metallischer Oberflächen
bekannt, wonach die dynamische Oberflächenspannung einer Probe
als Maß für eine aktuelle Reinigungsreserve mit einem
Blasendrucktensiometer gemessen wird. Zwei in die Probe mit
gleicher Tiefe eintauchende Messkapillaren mit
unterschiedlichem Radius sind nach der Methode der Differenz der maximalen
Blasendrücke an eine konstante Gasstromquelle angeschlossen.
Die Messwerte werden mit einem durch Kalibrierung auf das
verwendete Reinigungsmittel ermittelten Sollwert verglichen.
In Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis werden Badzustände
ausgegeben und notwendige Pflegearbeiten wie Nachdosierung
und Aufarbeitung erkannt. Wie diese ausgeführt werden sollen,
ist nicht offenbart.
Aus der DE 198 14 500 A1 ist eine Kontrolle und Steuerung des
Tensidgehalts in wässrigen Prozesslösungen bekannt. Der
Tensidgehalt wird durch selektive Adsorption, elektrochemische,
chromatographische, durch Spaltung in flüchtige Verbindungen,
Ausstrippen dieser flüchtigen Verbindungen oder durch Zugabe
eines Reagenzes ermittelt, das die Wechselwirkung der Probe
mit elektromagnetischer Strahlung proportional zum
Tensidgehalt ändert. Blasendrucktensiometrie wird nicht ausgeübt.
In der DE 198 36 720 A1 ist eine Kontrolle und Steuerung von
Reinigungsbädern beschrieben, nach der mindestens die
Bestimmung des Tensidgehaltes und die Bestimmung der Belastung mit
anorganisch und/oder organisch gebundenen Kohlenstoff oder
der Alkalität programmgesteuert ausgeführt wird. Je nach
Ergebnis erfolgt eine Nachdosierung von Ergänzungskomponenten
und/oder eine oder mehrere Badpflegemaßnahmen. Die Bestimmung
des Gehalts an Tensiden erfolgt dabei nach dem in DE 198 14 500 A1
angegebenen Verfahren.
Nach DE 34 24 711 A1 ist es außerdem bekannt, eine
Reinigungsanlage unter Berücksichtigung der elektrischen
Leitfähigkeit des verwendeten Reinigungsmittels zu steuern. Dabei
wird ausgenutzt, dass sich die Leitfähigkeit eines
Reinigungsmittels mit dem Verschmutzungsgrad ändert. Mit
zunehmender Reinigung vermindert sich die Differenz der Leitfähigkeit
von Badvorlauf zu Badrücklauf. Aus der Leitfähigkeit allein
kann aber aufgrund vielfältigster Verunreinigungen an einem
Reinigungsgut und damit einer undefinierten Badbelastung mit
Verschmutzungen nicht zuverlässig genug auf das
Reinigungsergebnis, aber auch nicht sicher auf den Zustand der
Prozesslösung geschlossen werden.
DE 43 00 514 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der
freien Tenside in wässrigen Öl-/Wasser Emulsionen, bei dem
die Oberflächenspannung eines benutzten mit der eines frisch
angesetzten verglichen wird, bei dem die Oberflächenspannung
in eine Korrelation zum Schäumverhalten gesetzt wird. Eine
automatisierte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
wird nicht angegeben.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zur automatischen Kontrolle und Pflege einer Prozesslösung
für Bäder, Sprühreinigungsanlagen, Beschichtungsanlagen und
dergleichen anzugeben, die auf einen mit der
Oberflächenspannung korrelierenden Wert als Maß für eine aktuelle Qualität
einer Prozeßlösung fußt, insbesondere der Konzentration an
anionischen, kationischen, nichtionischen bzw. amphoteren
Tensiden. Ziel ist die Schaffung eines intelligenten Systems,
welches optimale Verfahrenssicherheit anstrebt. Die
Vorrichtung soll vorzugsweise ortsnah am Prozessbad angeordnet
werden, um aufwendige Installationsarbeiten an elektrischen
Leitungen, Fluidleitungen sowie Armaturen zu vermeiden, um dem
Bedienungspersonal des Bades eine einfache Kontrolle
funktioneller Parameter der Vorrichtung und/oder des Bades zu
ermöglichen und um zu erreichen, dass die Probeneigenschaften
keine Veränderung wie Ablagerung oder Temperaturveränderung
erfahren. Um einen höchstmöglichen Automatisierungsgrad zu
ermöglichen, soll die Vorrichtung autark arbeiten und
beispielsweise selbstständig die Medienzuführung und
Medienabführung regulieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine
Vorrichtung nach den Merkmalen der selbständigen Ansprüche 1 oder 4
und durch ein Verfahren nach den selbständigen Ansprüchen 17
oder 18. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen
Ansprüchen angegeben.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darin
begründet, dass sämtliche Komponenten zur Überwachung und
Steuerung einer Prozesslösung in einer baulichen und
funktionellen Einheit zusammengefasst sind. Hierdurch werden dem
Betreiber umfängliche Planungs- und Installationsarbeiten
erspart. Badspezifische Werte und Kennlinien werden zuvor im
Labor erarbeitet und im Speicher der Vorrichtung abgelegt.
Auf diese greift ein in die Vorrichtung integrierter
Controller bei der erfindungsgemäßen Bestimmung des Tensidgehaltes,
der Signalisierung von Zuständen oder der Einleitung von
prozesstechnischen Maßnahmen zu. Die Erfindung umfasst ein
komplexes Rechensystem, welches mit dem Prozessleitsystem
kommuniziert, aus übertragenen, eingegebenen, gemessenen und
korrigierten Werten oder Prozessmodellen lernt und selbständige
Entscheidungen hinsichtlich der Prozessbeeinflussung treffen
kann. Durch eine automatische Kontrolle und Regelung erfolgt
eine personelle Entlastung und es wird maximale
Verfahrenssicherheit erreicht. Der Zu- und Ablauf von Proben, die
Kalibrierung des Oberflächenspannungssensors und die Reinigung
seiner Messkapillare sowie die Messung erfolgen
vollautomatisch. Es werden in der Regel keine stichprobenhaften
Kontrollen der Konzentration einer Prozesslösung vorgenommen,
sondern es erfolgt eine kontinuierliche Überwachung von
Reinigungs-, Spül- oder Beschichtungsprozessen. Vollautomatisch
können bei Bedarf Pflegemaßnahmen an der Prozesslösung
vorgenommen werden. Hierzu wird zum Beispiel über eine
Schnittstelle an der Vorrichtung ein Dosiersystem angesteuert. Die
prozessrelevanten Messgrößen werden überwacht, verarbeitet
und gespeichert. Die Automatisierung führt bei geringerem
Einsatz von z. B. Wasser und Reiniger zu besseren
Reinigungsergebnissen, da z. B. ein Zudosieren nicht mehr empirisch
vorgenommen werden muss, und zu einer Erhöhung der Prozess-
Zuverlässigkeit. Mit einer Vorrichtung können alternierend
auch mehrere Prozesslösungen überwacht und beeinflusst
werden.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher
erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine stark schematisierte Ansicht einer Vorrichtung
bei geöffnetem Gehäusedeckel,
Fig. 2 ein besonders vorteilhaftes Messgefäß
Fig. 3 eine besonders vorteilhafte Messkapillare
Fig. 4 beispielhaft eine von vielen im Datenspeicher der
Vorrichtung abgelegte Kennlinie,
Fig. 5 einen prinzipiellen Flusslaufplan zur Arbeitsweise der
Vorrichtung und
Fig. 6 einen prinzipiellen Plan zum Anschluss an ein Bad.
Gemäß Fig. 1 ist die Vorrichtung als komplexe Einheit in ein
robustes, stoßgesichertes Gehäuse 1a mit einer Tür 1b
eingebaut, das z. B. an eine Wand nahe einem Reinigungsbad 2 (s.
Fig. 6) für z. B. Karosserieteile montiert ist.
Im unteren Teil des Gehäuses 1a ist ein Messgefäß 3
angeordnet. Eine Montageplatte 1c, die das Messgefäß 3 trägt, ist
mittels Dämpfungsmaterial 4 schwingungsgedämpft gelagert, um
Erschütterungen aus der Umwelt nicht auf eine
Kalibrierflüssigkeit und eine zu messende Probe zu übertragen. Zusätzlich
kann das Gehäuse 1a auf Dämpfungsmaterial 4a montiert werden.
Das Messgefäß 3 hat einen Zulauf 5 und einen Ablauf 6. Der
Zulauf 5 wird über einen Verteiler 7 bedient. Der Verteiler 7
sorgt im Zusammenspiel mit Ventilen 10 dafür, dass
programmgerecht entweder Spülflüssigkeit, Kalibrierflüssigkeit oder
Probe zuläuft. Im Beispiel wird als Spül- und
Kalibrierflüssigkeit aus einem vorhandenen Leitungsnetz über einen
Zulaufanschluss 8 Frischwasser zugeführt. Probe fließt dem
Messgefäß 3 über einen Zulaufanschluss 9 entweder aufgrund des
Schweredrucks aus dem Bad 2 zu, was voraussetzt, dass der
Badspiegel höher liegt als der Flüssigkeitsspiegel im
Messgefäß 3, oder sie wird mit einer Fördereinrichtung, die z. B. an
Stelle eines der Ventile 10 installiert sein kann, angesaugt.
Im Beispiel stehen Wasser und Probe unter Druck an. Der
Einlass wird deshalb für beide Medien mit je einem Ventil 10
gesteuert und erforderlichenfalls mit einem Druckregler 11
auf einen jeweils gewünschten Einlassdruck geregelt. Vom
Ablauf 6 führt im Beispiel ein Ablaufschlauch 12 in das Bad 2
zurück. Vorausgesetzt, der Flüssigkeitsspiegel im Messgefäß 3
liegt höher als der Badspiegel, fließen Wasser sowie Probe
durch Schweredruck in das Bad 2 ab. Probe wird folglich im
Beispiel im Bypass durch das Messgefäß 3 geführt.
Nach einer besonders bevorzugten Variante durchströmen Wasser
und Probe das abgedeckte Messgefäß 3 im jeweiligen Modus
permanent. Das Durchströmen hat den Vorteil, dass das Messgefäß
3 vom Frischwasser ohne weitere Vorkehrungen gut gespült
werden kann und dass immer aktuelle, gut durchmischte Probe
bereitsteht, ohne dass eine aufwendige Zu- und Ablaufsteuerung
vom Bad 2 und zurück vorgesehen werden muss. Die Abdeckung
des Messgefäßes 3 verhindert ein übermäßiges Ausdampfen der
Probe. Um das Messgefäß 3 selbständig zu leeren, kann ein
Bypass geringen Querschnittes vom Zulauf 5 des Messgefäßes 3
in den Ablauf 6 münden. Die Oberflächenspannungsmessung nach
der Blasendruckmethode verlangt eine möglichst ruhige,
erschütterungsfreie Probe. Hierzu trägt neben der
schwingungsgedämpften Lagerung des Gehäuses 1a und der Montageplatte 1c
bei, dass im Bereich der in die Flüssigkeit eintauchenden
Messkapillare 13 die Probe strömungsberuhigt ist.
Aus Fig. 2 sind hierzu nähere Einzelheiten zu erkennen. Der
Zulauf 5 zum trichterartig ausgeformten Messgefäß 3 befindet
sich an der untersten Stelle. Die zulaufende Flüssigkeit,
Wasser oder Probe, prallt an einer Prallplatte 14 ab und
füllt das Messgefäß 3 bis in Höhe eines Überlaufs 15.
Unterhalb des Überlaufs 15 befindet sich der Ablauf 6. Die
Messkapillare 13 ist im Strömungsschatten der Prallplatte 14 und
somit im strömungsberuhigten Bereich angeordnet. Zum
leichteren Wechsel der Messkapillare 13 oder zur Inspektion ist das
Messgefäß 3 verschiebbar angeordnet.
Eine besonders zu bevorzugende Ausgestaltung einer
Messkapillare 13 wird anhand der Fig. 3 beschrieben. Die Messkapillare
13 ist aus einem hydrophoben Material, beispielsweise
Polyaryletherketon gespritzt, um sie bruchunempfindlich zu machen
und um das Eindringen von schmutzeintragender Probe zu
erschweren. An der Blasenaustrittsöffnung 16 geht die Wandung
13a der Messkapillare 13 gegen Null, um ein Blasenspringen
von der Innenkante auf die Außenkante einer an sich üblichen
Stirnfläche einer insgesamt hydrophoben Messkapillare
auszuschließen, was zu nicht reproduzierbaren Ergebnissen bei der
Auswertung des maximalen Blasendrucks führen würde. Um
weiterhin zu verhindern, dass eine Blase nach dem Überschreiten
des Blasendruckmaximums und vor dem Erreichen des
Blasendruckminimums an der Messkapillare 13 in Richtung
Probenoberfläche an der Außenwand der Messkapillare 13 hoch kriecht,
was zu einem instabilen Druckminimum führt ist um die Öffnung
der Messkapillare 13 ein Stützring 13b angeordnet, über den
die Blase abkippt und sich ablöst. Äquivalent kann die
Stirnfläche einer herkömmlichen hydrophoben Messkapillare
eingekerbt sein, wodurch sich ebenfalls ein Stützring ausbildet.
Durch Anschrägen der Messkapillare 13 oder schräges
Eintauchen in das Messgefäß 3 kann außerdem die Richtung des
Blasenabgangs vorbestimmt werden, um stabile Messwerte zu
erhalten. Des weiteren verringert eine Drossel 13c zusätzlich zum
hydrophoben Material das Risiko, dass Flüssigkeit in die
Messkapillare 13 schlägt und Schwingungen, die durch
plötzliche Änderungen des Blasendruckes verursacht werden, in das
Innere der Messkapillare 13 übertragen werden und bei der
Messung als falsche Extremwerte des Druckes erfasst werden.
Die Messkapillare 13 ist mit einem Schnellverschluss 13d zur
leichten Auswechselbarkeit ausgerüstet.
Entsprechend Fig. 1 sind im oberen Teil des Gehäuses 1a die
elektronischen Komponenten für die Messung, Auswertung und
Steuerung in einem eigenen feuchtigkeitsdichten Gehäuse 17
angeordnet, welches weiterhin ein Display 18 zur Anzeige von
Systemzuständen und Messwerten, eine Tastatur 19 und
Einführungen 20 für elektrische Leitungen 21 für Betriebsstrom,
Schnittstellen sowie für geräteeigene Ventile 10 und/oder
Pumpen enthält.
In Fig. 6 ist dargestellt, dass die Vorrichtung sehr einfach
an ein Bad 2 anzuschließen ist, indem die Fluidleitungen 8,
9, 12 in üblicher Art mit Schlauchverbindern und die
Stromversorgungs- und Schnittstellenleitungen 21 zur
Prozessleiteinrichtung 22, beispielsweise einer SPS, und/oder zu den
Einrichtungen 23 für die Prozessbeeinflussung mit Klemmen
verbunden werden. Im vorliegenden Beispiel dosiert eine
Dosierpumpe 23 aus einem Vorratsbehälter 24 Reiniger nach.
Die Schnittstellen dienen der Kommunikation mit dem
Prozessleitsystem 22 oder der direkten Ansteuerung von
Badbeeinflussungseinrichtungen 23. Somit kann eine Prozessbeeinflussung
über das Prozessleitsystem 22 oder bedarfsweise direkt von
der Vorrichtung vorgenommen werden.
Die Messschaltungen für die Oberflächenspannungsmessung 25
und die Temperaturmessung 26 sind modulartig ausgeführt und
lassen sich durch Messschaltungen für weitere Messgrößen
ergänzen, wofür Vorbereitungen 27 für die Messschaltung(en)
sowie mechanische Vorbereitungen 28 für den entsprechenden
Sensor(en) vorgesehen sind. Die zusätzlichen Sensoren können
auch in die Fluidleitungen oder in das Messgefäß integriert
werden. Da die Oberflächenspannung temperaturabhängig ist,
ist der Temperatursensor 29 kapillarnah angeordnet.
Die dynamische Oberflächenspannung einer Prozesslösung wird
nach dem Differenzdruckverfahren an einer Messkapillare 13
gemessen, wobei die Differenz zwischen dem maximalen und dem
minimalen Blasendruck einer Blase bei unterschiedlichen,
einstellbaren Oberflächenaltern erfasst und ausgewertet wird.
Damit wird die Messung unabhängig von der Eintauchtiefe und
der Messkapillare 13 und der Dichte der zu messenden
Flüssigkeit.
Da bei Tensidlösungen der Oberflächenspannungswert von dem
Alter der Oberfläche, der Blasenlebensdauer tlife abhängt,
erhält der Oberflächenspannungssensor von der Steuerung den
Sollwert der Blasenlebensdauer vorgegeben. Durch geeignete
Auswahl der Blasenlebensdauer wird eine optimale Steilheit
der Oberflächenspannungs-Konzentrationskennlinie erreicht.
Soll nun die Konzentration einer Probe ermittelt werden, wird
beispielsweise die Oberflächenspannung (oder eine andere
korrelierende Größe wie der Differenzdruck) gemessen, vom Sensor
an den Controller übergeben und vom Controller unter
Verwendung einer Kennlinie nach Fig. 4 aus dem Speicher die
Konzentration bestimmt. Sind Oberflächenalter und Temperatur
konstant, genügt pro Reiniger eine solche Kennlinie,
ansonsten liegen diese in Scharen im Speicher bzw. es erfolgt eine
Korrektur der Messwerte (Temperaturkompensation,
Blasenlebensdauerkompensation). Es ist auch möglich, die Probe
temperiert zuzuführen oder im Gefäß zu temperieren, um die Probe
auf eine für die Messung geeignete Temperatur zu bringen.
Auch ist die Regelung des Bades nach der Oberflächenspannung
möglich, ohne vorher die Konzentration zu bestimmen.
Eine geregelte Quelle versorgt die Messkapillare 13 mit dem
erforderlichen Gasvolumenstrom, um das vorgegebene
Oberflächenalter einzustellen. Dieses Gas ist zweckmäßigerweise
Luft, die durch das System aus der Umgebung angesaugt wird.
Nötigenfalls kann diese vorher getrocknet werden, um
Kondensatbildung in der in eine kalte Flüssigkeit getauchten
Messkapillare 13 zu vermeiden, was das Übertragungsverhalten
verändern würde.
Da bei dem Blasendruckverfahren üblicherweise die
Blasenoberfläche kontinuierlich aufgebaut wird, ist das sich
einstellende Adsorptionsgleichgewicht gestört, was dazu führt, dass
nur relativ hohe Tensidkonzentrationen unterschieden werden
können. Um auch in gering konzentrierten Lösungen eine
Tensidwirkung zu erfassen, ist es möglich, eine Blase in sehr
kurzer Zeit aufzubauen und dann bei einer konstanten
Oberfläche den Blasendruck als Maß für die Oberflächenspannung zu
messen.
Um die Zuverlässigkeit insbesondere der
Oberflächenspannungsmessung und abgeleiteter Messgrößen zu erhöhen, ist es
möglich, mehrere Sensoren redundant zu betreiben und deren
Messwerte zu vergleichen. Eine weitere Maßnahme hierzu ist, an
der Messkapillare 13 anhaftende Verschmutzungen mit einem
Ultraschallgeber zu beseitigen, der im Messgefäß 3 nahe der
Messkapillare 13 optional installiert ist.
Fig. 5 verdeutlicht im Zusammenhang mit Fig. 1 und Fig. 6
den Betriebsablauf der Vorrichtung. Nach dem Einschalten
beginnt das Gerät mit dem Durchleiten von Wasser durch das
Messgefäß 3. Dieser Modus wird als "Reinigung" bezeichnet.
Damit werden Verunreinigungen, insbesondere tensidischer Art,
ausgespült, was durch den Oberflächenspannungssensor,
bestehend aus der Messkapillare 13 und der Messschaltung 25,
überwacht wird. Ist keine Änderung des Oberflächenspannungswertes
mehr zu erfassen, wird im Kalibriermodus der
Oberflächenspannungssensor 13, 25 in diesem Wasser, dessen
Oberflächenspannung nur von der Temperatur abhängt, unter Verwendung der mit
dem Temperatursensor 29 gemessenen Temperatur kalibriert. Der
Zeitpunkt für eine Kalibrierung wird durch den Controller
ermittelt oder vorgegeben. An Stelle des Zulaufventils 10 für
das Wasser wird folgend das Ventil 10 für den Probenzulauf
eingeschaltet. Steht die Probe nicht unter Druck an, kann
technisch äquivalent auch eine Pumpe eingeschaltet werden.
Unterschreiten die Änderungen der Temperatur und der
Oberflächenspannung der durchfließenden Probe vorgebbare Werte,
werden gültige Messwerte durch die integrierten Sensoren 13, 25,
26, 29 erfasst und verarbeitet (Messmodus), die Messwerte
und/oder abgeleitete Signale an Anzeigen (Display 18)
und/oder Schnittstellen ausgegeben. Die Ablaufsteuerung der Modi,
die Verarbeitung der Messwerte und die externe Kommunikation
mit dem Prozessleitsystem 22 und/oder die Ansteuerung von
Prozessbeeinflussungseinrichtungen 23 werden vom Controller
vorgegeben, wozu eine modifizierbare Software enthalten ist.
Die Vorrichtung enthält einen internen Speicher zur Ablage
der Firmware, von Einstellwerten der Vorrichtung, Messwerten
und die Umstände deren Gewinnung, wie Kalibrierwerte,
chronologische Daten sowie Daten zur Funktion und
Selbstüberwachung. Zur Selbstüberwachung können zum Beispiel weitere
Parameter des Drucksignals wie die tatsächliche
Blasenlebensdauer des Blasenaufbaus, der Verlauf des Druckaufbaus in der
Blase (Hinweis auf Verschmutzung der Kapillare), der absolute
Druckanteil des Differenzdrucksignals (Hinweis auf
notwendigen Austausch der Messkapillare 13 wegen Zusetzen) usw.
verwendet werden. Im Fehlerfall erfolgt die Ausgabe der Fehler
über das Display 18, Schnittstellen oder Warnlampen.
Bezugszeichenliste
1 funktionelle und bauliche Einheit der Vorrichtung
1a Gehäuse
1b Gehäusetür, (ab)schließbar
1c Montageplatte im Gehäuse
2 Reinigungsbad
3 Messgefäß
4 Dämpfungsmaterial der Montageplatte
4a Dämpfungsmaterial des Gehäuses
5 Zulauf
6 Ablauf
7 Verteiler
8 Zulaufanschluss für Frischwasser aus dem Leitungsnetz
9 Zulaufanschluss für Probe(n)
10 Ventil
11 Druckregler
12 Ablaufschlauch aus Messgefäß
13 Messkapillare
13a Wandung der Messkapillare an der Blasenaustrittsstelle
13b Stützring
13c Drossel
13d Schnellverschluss
14 Prallplatte
15 Überlauf
16 Blasenaustrittsöffnung
17 feuchtigkeitsdichtes Elektronikgehäuse
18 Display
19 Tastatur
20 Feuchtigkeitsdichte Kabeleinführung
21 Anschlussleitungen für Betriebsstrom, Schnittstellen
sowie geräteeigene Ventile und/oder Pumpen
22 Prozessleitsystem einer Reinigungsanlage (SPS)
23 Einrichtung(en) zur Prozessbeeinflussung (z. B.
Dosierpumpe zum Dosieren des Reinigers in das Reinigungsbad)
24 Reiniger(konzentrat)vorrat
25 Messmodul Oberflächenspannung, einschließlich einer
geregelten Quelle für den Gasvolumenstrom
26 Messmodul für die Temperaturmessung
27 Vorbereitung für weitere Messmodul(e)
28 freie Bohrung (en) für weitere (n) Sensor(en)
29 Temperatursensor