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Projekte


Auf dieser Seite werden einige Projekte aus der Vergangenheit beschrieben, die in ihrer Ausführung von einem normalen Korrosionsmessplatz abweichen, da sie kundenspezifische Erweiterungen beinhalten.
Sie sollen als Informationsbeispiel für Lösungen dienen, die mit unseren Systemen möglich sind.

Spannungsrisskorrosion an hochfesten Befestigungselementen

Gemäß den aktuellen Vorschriften werden Befestigungselemente nicht
nur mechanisch sondern auch elektrochemisch geprüft.

Ergänzend zur mechanischen Zugprüfeinrichtung eines Lichtensteiner Werkzeugherstellers haben wir die Komponenten zur elektrochemischen Prüfung von Setzbolzen geliefert. Zur besseren Handhabung und zum Schutz der Elektronik wurden die Potentiostaten in einen Schaltschrank eingebaut, verkabelt und die Anschlussleitungen in entsprechender Länge nach außen geführt.

Das rechte Bild zeigt den Schaltschrank mit den zwanzig Potentiostaten. Die Front des Schranks wird mit einer Glastür verschlossen. So kann man die Instrumente ablesen, die Geräte sind weitgehend geschützt.

Das untere Bild zeigt schematisch den Aufbau einer solchen Prüfvorrichtung.

Testkriterien:
3-Elektroden Messung
hochfester Beton C50/C60
gesättigte Calcium-Hydroxid Lösung
(pH 12,6) in einer Wanne ohne Boden
Potenzial -955mV gegen NHE
Testdauer 100 Stunden

Kundenspezifische Komplettlösung für einen Korrosionsmessplatz

In der Korrosionsforschung wird neben den bekannten Größen wie Stromdichte und Potential auch die Messung zusätzlicher physikalischer oder mechanischer Größen verlangt. Dazu reichen Standardlösungen häufig nicht aus. Anhand eines aktuellen Beispiels möchten wir die Möglichkeiten heutiger Technologien und moderner Werkzeuge darstellen.

Wir erhielten die Anfrage eines Herstellers von Metallrohren bezüglich eines Korrosionsmessplatzes. Bei der Klärung der Anforderungen an diesen Messplatz ergab sich, dass weitere Mess- und Steueraufgaben zu lösen waren. Das Ziel war, das System für die Korrosionsmessung als auch für andere Messaufgaben zu verwenden, wie z.B.:

  • Temperaturüberwachung
  • Dehnungsmessungen an Metallrohren
  • pH-Wert-Messung
  • gelöster Sauerstoff im Elektrolyten

Weiterhin sollte eine Stromquelle zeit- und temperaturabhängig geschaltet werden. Der Strom sollte die Wandstärke eines Rohres reduzieren. Die dadurch auftretende Eigenspannung sollte gemessen werden. Das folgende Übersichtsbild zeigt die mit dem Kunden erarbeitete Lösung.

Darstellung des kompletten Messplatzes

Darstellung des kompletten Messplatzes

 

Folgende Komponenten wurden für den Korrosionsmessplatz ausgesucht:

  • Potentiostat IMP 88 PC
  • Multifunktionsmesskarte
  • Anschlußbox zur Adaption der Messkarte und zur Signalkonditionierung

Die Anschlußbox wurde neben der Standardbestückung zum Anschluß des Potentiostaten noch mit einem potentialgetrennten Modul zum Anschluß eines Temperatursensors bestückt. Für die Dehnungsmessung wurde ein Spider8 der Firma HBM gewählt, zur Messung von pH-Wert, Leitfähigkeit und gelöstem Sauerstoff ein MultifunktionsMessgerät der Firma WTW. Als Software kam unsere Standardsoftware für Korrosionsmessung und das Programmpaket VISUAL DESIGNER™ zum Einsatz. Mit VISUAL DESIGNER™ wurden alle Aufgaben programmiert, die über die Korrosionsmessung hinausgingen. Es wurde eine erste Applikation für den Spider8 (Dehnungsmessung), die Steuerung der Stromquelle und die Temperaturüberwachung realisiert.

Im Rahmen der Inbetriebnahme erhielt der Kunde mit der ersten Applikation eine Einweisung in die Programmierung mit VISUAL DESIGNER™. Hier lernte er, an einer ihm bekannten Aufgabenstellung, ein leistungsfähiges grafisches Programmierwerkzeug kennen, um später selbst die zwangsläufig auftretenden Änderungen im Ablauf eines Forschungsprojektes schnell durchführen zu können.
Wie eine solche Applikation als Blockschaltbild letztendlich aussehen kann, zeigt das nächste Bild.

Applikation als Blockschaltbild

Applikation als Blockschaltbild

Für den Kunden entstand somit ein leistungsfähiger und flexibler Messplatz, der jederzeit gut und schnell auch auf neue Aufgabenstellungen angepaßt werden kann.

 

Photoelektrochemische Messung

Im Laufe des Jahres 1999 erhielten wir eine Anfrage von einem Schweizer Forschungsinstitut bezüglich eines photoelektrochemischen Messplatzes. Die Anlage sollte photoelektrochemische Ströme auf oxidischen Halbleitern messen. Sie sollte aus einem empfindlichen Potentiostaten, einer Lichtquelle, einem Chopper, einem Monochromator, einem Shutter, ein Filterrad und natürlich aus einem Datenerfassungs- und Automatisierungssystem bestehen. Weiterhin sollte ein Lock-In-Verstärker zur Erfassung der relativ kleinen Photoströme eingesetzt werden. Der Lock-In-Verstärker sollte über eine IEEE 488 Schnittstelle und eine separate Software gesteuert werden, die praktisch als zweiter Task auf dem Computer laufen sollte. Außerdem sollte auch die Steuerung des Monochromators über die IEEE 488 Schnittstelle erfolgen.

Ein ähnliches System wurde in der Vergangenheit bereits an der ETH in Zürich aufgebaut und für ähnliche Messungen verwendet. Da damals noch kein Lieferant zur Verfügung stand, der seine Software entsprechend modifizieren konnte, wurde diese unter Zuhilfenahme von grafischen Entwicklungstools selbst erstellt.

Nach Klärung und Prüfung der Anforderung kamen wir zu dem Ergebnis, dass der Lock-In-Verstärker durch einen Wechselspannungsverstärker im Potentiostaten ersetzt werden konnte. Die Steuerung des Monochromators wurde über die serielle Schnittstelle geplant und in unsere Software EcmWin integriert. Dadurch konnte eine IEEE-Schnittstelle, der Lock-In-Verstärker und die dazu notwendige Software aus dem Angebot genommen werden, was eine deutliche Reduzierung der Kosten zur Folge hatte.

Photoelektrochemischer Messplatz

Photoelektrochemischer Messplatz

Nach der Auftragserteilung erweiterten wir unsere Software EcmWin um ein Funktions-Modul für photoelektrochemische Messungen. Dieses Modul steuert die Drehzahl des Choppers, den Monochromator mit Filterrad und den Potentiostaten. Als veränderbare Größe für die Messung kann die Wellenlänge des Lichtes in 5nm Schritten oder das Potential für die Probe in 1mV Schritten vorgegeben werden. Der Ablauf kann rein manuell oder automatisch über einen definierten Bereich erfolgen.

Erfaßt wird das Potential der Probe, der Photostrom (Gleich- und Wechselanteil), der reine Wechselanteil (über den zusätzlichen Wechselspannungsverstärker des Potentiostaten) und das Triggersignal des Choppers. Berechnet wird die Phasenverschiebung zwischen dem Triggersignal des Choppers und dem Wechselanteil des Photostromes, der Effektivwert und Imax - Imin des Photostromes.

Photoelektrochemische Messung

Photoelektrochemische_Messung

Grundsätzlich werden zwei Messarten unterschieden:

  • Normaler Photostrom
  • Transientenmessung

Bei der normalen Photostrommessung erfolgt in der oberen Grafik die Anzeige des Triggersignals und des Wechselanteils des Photostromes. In der unteren Grafik wird der Gleich- und Wechselanteil des Photostromes angezeigt. Die Darstellung erfolgt mit 500 Werten pro Sekunde für jeden Kanal. Damit können Chopperfrequenzen bis ca. 50Hz recht gut angezeigt werden. Für höhere Frequenzen kann die Software auch auf 1000 Werte pro Sekunde eingestellt werden. Aus den gemessenen Werten können praktisch alle relevanten Größen mathematisch ermittelt werden. Im Vergleich zur Datenerfassung mit einem Lock-In-Verstärker liegt hier noch die Information über den Signalverlauf vor, d.h. es stehen praktisch die Rohdaten zur Verfügung.

Bei der Transientenmessung wird der Chopper angehalten und das Rad so positioniert, dass das Licht ungehindert auf die Probe fallen kann. Dann wird die Datenerfassung gestartet, der Shutter für eine kurze Zeit
(5 bis 10 Sekunden) geöffnet und dann wieder geschlossen. Erfaßt und gespeichert wird der Photostrom des Ein- und Ausschaltvorgangs.

Da zum Zeitpunkt der Lieferung noch nicht alle Vorgaben für die Software eindeutig waren, haben wir den Anwender auch in der Folgezeit noch weiter mit entsprechenden Modifikationen unterstützt. Das Ziel ist ein flexibler und einfach zu bedienender Messplatz der alle relevanten Funktionen für die Photoelektrochemie bietet.