DE69625777T2

DE69625777T2 - Verfahren zur Bestimmung der Konzentration eines magnetischen Pulvers und Vorrichtung dazu

Info

Publication number: DE69625777T2
Application number: DE69625777T
Authority: DE
Inventors: Riichiro Kasahara; Masanori Miyoshi; Yoshihisa Nozawa
Original assignee: New Cosmos Electric Co Ltd
Current assignee: New Cosmos Electric Co Ltd
Priority date: 1995-11-10
Filing date: 1996-11-08
Publication date: 2003-10-02
Anticipated expiration: 2016-11-09
Also published as: DE69625777D1; EP0773440A1; KR100427628B1; CN1100262C; CN1159582A; US5793199A; KR970028544A; EP0773440B1; TW310372B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Konzentration von magnetischem Pulvermaterial, z. B. Eisenpulver, das mit einem Schmierstoff wie etwa Schmieröl, Fett oder dergleichen vermischt ist, um so indirekt die mechanische Verschlechterung zu diagnostizieren, beispielsweise durch Reibungsverschleiß von Lagern, die in verschiedenen Maschinen verwendet werden. Die Erfindung betrifft auch eine in dem Verfahren verwendete Vorrichtung.
Eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Konzentration von magnetischem Pulvermaterial in einer Probe ist bekannt, die Atomabsorptionsspektrometrie verwendet. Dieses Verfahren basiert auf dem Prinzip, dass wenn Schmierstoff enthaltende Metallpartikel nahe an eine Hochtemperaturflamme (z. B. eine Luft-Acetylen-Flamme) gebracht werden, die Metallpartikel in dem Schmierstoff in den Zustand freier Atome entlassen werden und Strahlen einer vorbekannten Wellenlänge absorbieren (z. B. die Strahlen der 2,2483 Angström Wellenlänge im Fall von Eisen). Eine andere Art von bekannter Vorrichtung für diese Anwendung verwendet Differenz-detektierende Magnetspuleninduktion. Diese Vorrichtung, wie in Fig. 12 gezeigt, umfasst eine Anregerspule L4, angeordnet entlang einer Achse und eine Detektorspule L5 sowie eine kompensierende Spule L6, angeordnet an den gegenüberliegenden Seiten entlang der Anregerspule L4 auf der gleichen Achse.
Die Vorrichtung umfasst ferner einen Differentialverstärker 3 zum Verstärken der Differenz zwischen in der Detektorspule L5 und der Kompensatorspule 6 induzierten Spannungen, wenn eine Probe S vermischt mit magnetischem Pulver, d. h. ein Behälter, in dem entsprechende Schmierstoffe in einem versiegelten Zustand gelagert werden, von der Seite der Detektorspule L5 in die Anregerspule L4 eingesetzt wird, wobei die verstärkte Spannungsdifferenz detektiert werden kann.
Im Falle des erst genannten Vorrichtungstyps unter Verwendung der Atomabsorptionsspektometrie erfordert die Vorrichtung jedoch derartige Bestandteile wie eine spezielle Lichtquelle wie etwa eine Hohlkathodenlampe, einen Acetylengasbrenner zur Erzeugung der Hochtemperaturflamme, ein Wellenlängenspektrometer unter Verwendung von Prismen oder dergleichen und darüber hinaus auch einen photoelektrischen Konverter. Dementsprechend neigt die gesamte Vorrichtung dazu, groß und kostspielig zu sein.
Auf der anderen Seite im Falle des letztgenannten Vorrichtungstyps unter Verwendung von Differenz-detektierender magnetischer Spuleninduktion gibt es das Problem des Messfehlers aufgrund der sogenannten Spannfeldvariation (span variation). Die Impedanz der Anregerspule variiert nämlich mit der Umgebungstemperatur, so dass für einen bestimmten Schmierstoff mit gleicher Konzentration der hierfür gemessene Wert entsprechend der Temperaturveränderung differiert. Aus diesem Grund hat der getestete Schmierstoff eine höhere Temperatur als die Umgebungstemperatur, insbesondere wenn der betreffende Schmierstoff aus einer Rotationsmaschine entnommen wird. Daher wird der gemessene Wert für einen langen Zeitraum instabil bleiben, bis die Schmierstofftemperatur auf die Umgebungstemperatur abgefallen ist.
Die US-A- 5,315,243 offenbart eine Anordnung, in der zwei mit einem Anregungsstrom gespeiste Spulen in Reihe geschaltet und in entgegengesetzte Richtungen gewickelt sind, so dass die Felder sich an der Stelle einer Detektionsspule auslöschen. Die Probe in Form eines magnetische Teilchen enthaltenden Schmierstoffs wird durch eine Röhre hindurch geführt, um welche die Spulen gewickelt sind.
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Ermitteln einer Konzentration von magnetischem Pulvermaterial in einer Probe zur Verfügung gestellt, das die folgenden Schritte umfasst:
Anordnen eines Paares von erregungsfähigen, reihengeschalteten Spulen auf eine Weise, dass von den betreffenden Spulen erzeugte Magnetfelder einander gegenüber liegen;
Bereitstellen einer Detektorspule an einer Position, an der die Magnetfelder von dem Paar Erregerspulen einander aufheben;
Anordnen eines Kerns innerhalb der Detektorspule, wobei der Kern entlang der Achse der Detektorspule positionsverstellbar ist; und
Kalibrieren des Nullpunktes der in der Detektorspannung induzierten Spannung durch Einstellen der axialen Position des Kerns in ihr;
Einsetzen einer mit magnetischem Pulver vermischen Probe in eine Spule des Paares von Erregerspulen;
Feststellen einer in der Detektorspule in Verbindung mit dem Einsetzen der Probe in die Erregerspule induzierten Spannung; und
Ermitteln der Konzentration des magnetischen Pulvers in der Probe auf der Grundlage der erfassten Spannung.
Eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Magnetpulverkonzentration in einer Probe, gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, umfasst:
Ein Paar von erregungsfähigen, reihengeschalteten Spulen, die dergestalt angeordnet sind, dass von den betreffenden Spulen erzeugte Magnetfelder einander gegenüber liegen, wobei eine der Erregerspulen, die mit dem magnetischen Pulver vermischte Probe aufnehmen kann;
eine Detektorspule, die an einer Position angeordnet ist, an der die von dem Paar Erregerspulen erzeugten Magnetfelder einander aufheben;
eine Messeinrichtung zum Messen einer in der Detektorspule in Verbindung mit dem Einsetzen der Probe in die eine Erregerspule induzierten Spannung, wobei die Konzentration des magnetischen Pulvers von der gemessenen induzierten Spannung abgeleitet wird; und
einen Kern, der in der Detektorspule angeordnet ist, um entlang der Achse der Detektorspule positionsverstellbar zu sein.
Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren und Vorrichtungsaufbau heben die magnetischen Felder aus dem Paar von Erregerspulen sich gegenseitig auf, wenn die Probe nicht in eine Erregerspule eingesetzt wird oder wenn die eingesetzte Probe kein magnetisches Pulvermaterial enthält, so dass in der Detektorspule keine Spannung induziert wird. Andererseits, wenn eine Probe, enthaltend eine bestimmte Menge an magnetischem Pulvermaterial in die Erregerspule eingesetzt wird, bewirkt dies eine Veränderung der magnetischen Permeabilität nur innerhalb der Erregerspule, in welche die Probe eingesetzt wurde. Als Ergebnis geht das Gleichgewicht zwischen den magnetischen Feldern der beiden Erregerspulen verloren, wodurch eine induzierte Spannung in der Detektorspule entwickelt wird.
Da die magnetische Permeabilität in der Erregerspule sich proportional zur Konzentration des in der Probe enthaltenen magnetischen Pulvers verändert, kann die magnetische Pulverkonzentration einfach aus der gemessenen induzierten Spannung der Detektorspule abgeleitet werden.
Ferner kann, wie vorab beschrieben, die eine Erregerspule auf Grund des Einsetzens einer heißen Probe einer lokalen Temperaturveränderung ausgesetzt sein, was zu einer Veränderung der Impedanz dieser Spule führt, die wiederum zu einer Veränderung des induzierten Stroms führt. Gemäß dem oben beschriebenen Aufbau der vorliegenden Erfindung wird jedoch ein Paar von in Reihe geschalteten Erregerspulen bereit gestellt. Daher führt die induzierte Stromveränderung in der einen Erregerspule dazu, dass in der anderen Erregerspule, die damit in Reihe geschaltet ist, so dass keine Veränderung in dem magnetischen Gleichgewicht zwischen den beiden auftritt und somit keine Veränderung im Nullpunkt.
Darüber hinaus wird, wenn eine derartige lokale Temperaturveränderung bei einer Erregerspule auftritt, die andere Erregerspule, die von der einen Spule entfernt liegt, weniger durch die Temperaturvariation beeinflusst. Daher wird die resultierende Veränderung in der kombinierten Impedanz dieser beiden Spulen geringer sein als die Impedanzveränderung aufgrund der lokalen Temperaturveränderung der einzelnen Erregerspule, wie sie bei dem herkömmlichen Differenz detektierenden magnetischen Induktionsspulenaufbau angewendet wird. Dementsprechend kann der erfindungsgemäße Aufbau in vorteilhafter Weise den Messfehler aufgrund der Spannfeldvariation verringern.
Im Ergebnis des oben Geschilderten wurde es mit dem Verfahren oder der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die magnetische Pulverkonzentration in einer Probe sehr genau zu bestimmen, sogar wenn diese Schmierstoffprobe aus einer Drehbohrmaschine (rotary machine) entnommen ist, welche deshalb eine höhere Temperatur aufweist als die Umgebung. Außerdem kann diese genaue Bestimmung auf schnelle Weise gemacht werden ohne darauf warten zu müssen, bis die Temperatur der Probe sich stabilisiert hat.
Sogar wenn keine Probe in die Erregerspule eingesetzt ist oder wenn die eingesetzte Probe überhaupt kein magnetisches Pulver enthält, kann in der Detektorspule fälschlicherweise eine Induktionsspannung entwickelt werden, aufgrund z. B. einer unvermeidlichen Verschiebung der Detektorspule aus ihrer günstigsten Position. In einem solchen Fall kann gemäß der obigen Konstruktion die Nullpunkt-Kalibrierung auf bequeme Weise durch Einstellung der Position des Kerns bewirkt werden, ohne die Position der Detektorspule zu verändern. Diese Konstruktion gewährleistet den weiteren Vorteil der Verringerung des magnetischen Widerstands innerhalb der Detektorspule, wodurch die Detektionsempfindlichkeit verbessert wird.
Dementsprechend gewährleistet die Erfindung ein Verfahren und eine kompakte Vorrichtung, welche die Nachteile des Standes der Technik überwinden, indem eine genauere Messung bei niedrigeren Vorrichtungskosten ermöglicht wird.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung umfasst das Verfahren zur Ermittlung der Konzentration von magnetischem Pulvermaterial in einer Probe die weiteren Schritte:
Feststellen des Einsetzens oder Nicht-Einsetzens der Probe in die Erregerspule;
Laden von Nullpunkt-Kalibrierungsdaten, wenn kein Einsetzen der Probe erfasst wird; und
Bewirken einer automatischen Nullpunkt-Kalibrierung, wenn das Einsetzen der Probe erfasst wird, auf der Grundlage der unmittelbar vor dem Feststellen des Einsetzens der Probe geladenen Nullpunkt-Kalibrierungsdaten.
Ferner kann die magnetische Pulvermaterialkonzentration in der Probe auf der Grundlage einer Spannung ermittelt werden, die nach Abschluss des Einsetzens der Probe in die Erregerspule oder nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeitdauer nach dem Einsetzen der Probe in die Erregerspule in der Detektorspule induziert wird.
Ferner umfasst die Vorrichtung zum Ermitteln der Magnetpulverkonzentration gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung:
Eine Prozessoreinrichtung zum Ausgeben der Konzentration des magnetischen Pulvers in der Probe auf der Grundlage der in der Detektorspule induzierten Spannung;
eine Probendetektorvorrichtung zum Feststellen des Einsetzens oder Nicht-Einsetzens der Probe in die Erregerspule; und
eine Kalibriereinrichtung, die Nullpunkt-Kalibrierungsdaten eingeben kann, wenn die Probendetektorvorrichtung das Nicht-Einsetzen der Probe feststellt und dann eine automatische Nullpunkt-Kalibrierung bewirkt, wenn die Probendetektorvorrichtung das Einsetzen der Probe feststellt, auf der Grundlage der unmittelbar vor dieser Feststellung der Probeneinsetzung durch die Probendetektorvorrichtung eingegebenen Nullpunkt- Kalibrierungsdaten.
Das heißt, die Kalibriereinrichtung gibt periodisch die Nullpunkt-Kalibrierungsdaten ein, d. h. die Daten, die zum Zurücksetzen der Ausgabe der Detektorspule auf Null verwendet werden, wenn die Probendetektorvorrichtung keine Einsetzung der Probe in die Erregerspule feststellt. Dann wenn die Probendetektorvorrichtung das Einsetzen der Probe feststellt, bewirkt die Kalibriereinrichtung automatisch eine Nullpunkt-Kalibrierung auf der Grundlage der unmittelbar vorher eingegebenen Nullpunkt-Kalibrierungsdaten, unabhängig davon, ob die Bedienperson bemerkt, dass dies notwendig ist. Dementsprechend kann die Nullpunkt- Kalibrierung in entsprechender Weise zum Messzeitpunkt bewirkt werden.
Vorzugsweise gibt die Prozessoreinrichtung die Magnetpulverkonzentration basierend auf einer Spannung aus, die in der Detektorspule nach Abschluss des Einsetzens der Probe in die Erregerspule induziert wird, oder nach Verstreichen eines vorher bestimmten Zeitraums, nachdem die Probe in die Erregerspule eingesetzt wurde.
Die Messung durch die Prozessoreinrichtung sollte bewirkt werden, nachdem die Probe vollständig und zuverlässig in die Spule eingesetzt wurde. Wenn die Probeneinsetzung oder Nicht-Einsetzung nicht zuverlässig ermittelt werden kann, oder wenn die Probe des aus einer Drehbohrmaschine entnommenen heißen Schmierstoffs in die Spule eingesetzt wird, kann die Umgebungstemperatur um die Spule noch variieren, wodurch der Nullpunkt verändert wird. In einem solchen Fall wird sich die Ausgabe aus der Vorrichtung mit der Zeit verändern, so dass die Bedienperson Schwierigkeiten dabei haben wird, den Ausgabewert abzulesen. Dann wird gemäß dem obigen Merkmal die Magnetpulverkonzentration basierend auf einer Spannung ermittelt, die in der Detektorspule bei Abschluss des Einsetzens der Probe in die Erregerspule induziert wird oder nach Verstreichen eines vorher bestimmten Zeitraums nach dem Einsetzen der Probe in die Erregerspule. Damit kann die Magnetpulverkonzentration in genauer Weise ermittelt werden.
Beim oben genannten bedeutet die zeitliche Abstimmung beim Abschluss des Einsetzens der Probe in die Spule oder durch Verstreichen eines vorher bestimmten Zeitraums nach dem Einsetzen der Probe die zeitliche Abstimmung, wenn die Detektoreinrichtung das Einsetzen der Probe feststellt oder wenn eine Stabilität des magnetischen Pulverkonzentrationswertes bestätigt wurde, oder wenn ein vorher bestimmter Zeitraum nach der Feststellung des Einsetzens der Probe verstrichen ist.
Gemäß einem noch weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist die eine Erregerspule mit einem temperaturempfindlichen Element mit NTC-Charakteristik (negativer Temperaturkoeffizient) in Reihe geschaltet, um den Strom in der Erregerspule gegen Schwankungen der Umgebungstemperatur konstant zu halten.
Im Allgemeinen kann die Widerstandskomponente R einer Spule durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden.
R = R&sub0;(1 + λΔt),
wobei R&sub0; der Widerstand der Spule ist, λ der Temperaturkoeffizient der Spule ist, und Δt eine Temperaturveränderung ist.
Dann, wenn die Spule mit einem thermosensitiven Element, z. B. einem Thermistor in Reihe geschaltet ist, welcher NTC-Charakteristik aufweist (d. h. die Eigenschaften des negativen Temperaturkoeffizienten, dass der Widerstandswert in Reaktion auf einen Anstieg der Temperatur abfällt), steigt der Widerstand der Spule in Zusammenhang mit dem Anstieg der Temperatur an, aber der Widerstand des thermosensitiven Elementes fällt ab, so dass der kombinierte Widerstand konstant gehalten werden kann, wodurch der Strom in der Erregerspule konstant gehalten wird.
Ferner kann eine Stromquelle für die Lieferung des Erregerstroms an die Erregerspulen aus einer Konstantstromquelle bestehen.
Auch mit dieser Konstruktion kann der Spulenstrom konstant aufrecht erhalten werden, unabhängig von Temperatur bedingten Veränderungen des Widerstands der Erregerspule.
Vorzugsweise wird die Erregerspule aus einem Draht gebildet, dessen Widerstand einen Temperaturkoeffizient von 5 · 10&supmin;&sup5; oder weniger aufweist.
In Übereinstimmung mit dem oben genannten wird die Spule aus einem Draht hergestellt, der einen Widerstand mit sehr kleinem Temperaturkoeffizienten aufweist, z. B. ein Manganin (Mn-Ni-Cu-Legierung) Draht. Auch dieses Merkmal kann den Temperatureinfluss unter normalen Anwendungsbedingungen minimieren. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung gibt die Stromquelle für diese Erregerspule einen Rechteckstrom aus, und die Detektorspule bildet einen Teil einer Oszillatorschaltung.
Mit dem oben genannten Aufbau kann die Stromquelle für die Lieferung des Erregerstroms an die Erregerspule aus einer billigen, Rechteckstrom liefernden Stromquelle konstruiert werden, und beispielsweise wird ein Kondensatorelement mit der Detektorspule in Reihe geschaltet, wobei diese zusammen einen Oszillatorschaltkreis bilden, und die Vorrichtung übernimmt die Ausgabe dieses Resonanzschaltkreises für die Bestimmung der Konzentration. Dann kann die Ausgabe in Form einer Sinuswellenausgabe erhalten werden, während die Erzeugung von Rauschen durch parasitische Oszillation vermieden wird, die aus der Ausgabe der Detektorspule alleine herrühren würde.
Dementsprechend kann die Vorrichtung mit der oben genannten Konstruktion die Rauscherzeugung minimieren und eine genaue Messung gewährleisten, obwohl eine billige Stromquelle verwendet wird.
Bevorzugte Beispiele gemäß den Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung werden mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die folgendes darstellen:
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Vorrichtung zur Ermittlung einer Magnetpulverkonzentration gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 ist ein Diagramm, welches die Charakteristika der Ausgabespannung gegen die Magnetpulverkonzentration zeigt,
Fig. 3 ist ein Diagramm, welches temperaturabhängige Charakteristika der Magnetpulverkonzentrationsausgabe zeigt,
Fig. 4 ist eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Vorrichtung zur Ermittlung einer Magnetpulverkonzentration, die sich auf eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht,
Fig. 5(a) und 5(b) sind Flussdiagramme, welche eine Verwendung des Apparates gemäß Fig. 4 veranschaulichen,
Fig. 6 ist eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Vorrichtung zur Ermittlung der Magnetpulverkonzentration gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 7 ist eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Vorrichtung zur Ermittlung der Magnetpulverkonzentration gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 8 ist eine schematische Ansicht eines Aufbaus einer Vorrichtung zur Ermittlung der Magnetpulverkonzentration gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 9 ist eine schematische Ansicht eines Aufbaus einer Vorrichtung zur Ermittlung der Magnetpulverkonzentration gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 10 ist eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Vorrichtung zur Ermittlung der Magnetpulverkonzentration gemäß wiederum einer anderen Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 11 ist eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Vorrichtung zur Ermittlung einer Magnetpulverkonzentration gemäß wiederum einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, und
Fig. 12 ist ein Diagramm, welches das Funktionsprinzip eines herkömmlichen Apparates veranschaulicht.
Die Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Diese Vorrichtung umfasst ein Paar von reihengeschalteten identischen Erregerspulen L1, L2, die in einem Gehäuse 1 eingebaut sind und entlang einer gemeinsamen vertikalen Achse P angeordnet sind, so dass die magnetischen Felder der entsprechenden Spulen L1 und L2 einander gegenüber liegen. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Detektorspule L3, die zentral zwischen den Erregerspulen L1 und L2 auf der gleichen gemeinsamen Achse P an einer Position angeordnet ist, wo die Magnetfelder der Erregerspulen L1, L2 sich gegenseitig aufheben. Die Erregerspulen L1, L2 sind mit einer Stromquelle 2 verbunden, welche die Spulen L1, L2 mit einem Erregerstrom bei ungefähr 30 kHz bis S0 kHz versorgt.
Das Gehäuse 1 definiert auf einer seiner oberen Flächen und unmittelbar oberhalb der oberen Erregerspule L1 eine Einsatzöffnung 1a, durch die ein nicht-metallischer Probenbehälter (z. B. Glas, Harz oder dergleichen), welcher in versiegeltem Zustand eine Probe S. die mit dem magnetischen Pulvermaterial vermischt ist, in sich aufbewahrt. Der durch die Einsatzöffnung 1a eingesetzte Probenbehälter liegt mit seiner nicht eingesetzten oberen Kante auf der oberen Fläche des Gehäuses 1 auf, während sein eingesetzter Teil innerhalb der Erregerspule L1 verbleibt.
Die Vorrichtung umfasst ferner ein Wechselstromvoltmeter als Messeinrichtung M, verbunden mit der Detektorspule L3 zum Feststellen einer in der Detektorspule L3 in Zusammenhang mit dem Einsetzen des Probenbehälters induzierten Spannung. Genauer gesagt variiert die magnetische Permeabilität innerhalb der Erregerspule L1 beim Einsetzen des Behälters proportional zu einer Konzentration des Magnetpulvers, das in der Probe S enthalten ist, was zu einer Veränderung des magnetischen Gleichgewichts führt. Diese Veränderung des magnetischen Gleichgewichts wird durch die Messung der induzierten Spannung an der Detektorspule L3 erhalten, und daraus wird die in der Probe S enthaltene Konzentration an Magnetpulver abgeleitet.
Ein Ferritkern als ein Eisenkern FC mit spiralförmigen Furchen in seiner Peripherie wird in die Detektorspule L3 eingeschraubt, wobei der Kern entlang der Achse der Spule L3 positionseinstellbar ist. Sogar wenn die Probe 5 nicht in die Erregerspule L1 eingesetzt ist oder wenn die eingesetzte Probe S kein magnetisches Pulver enthält, kann nämlich eine induzierte Spannung auf einer unvermeidbaren Verschiebung der Position der Detektorspule aus seiner besten Position fälschlicherweise erzeugt werden. Um dies zu beheben, kann dann mit der oben beschriebenen Konstruktion eine Nullpunkt-Kalibrierung durch Einstellen der Position des Kerns FC entlang der Achse der Detektorspule L3 auf einfache Weise bewirkt werden, ohne dass die Position der Spule L3 verändert werden muss. Diese Konstruktion gewährleistet den weiteren Vorteil, dass der magnetische Widerstand innerhalb der Detektorspule L3 dadurch verringert wird, was deren Detektorempfindlichkeit verbessert.
Die Magnetpulverkonzentration bestimmende Vorrichtung mit dem oben beschriebenen Aufbau wurde versuchsweise für eine 10malige Messung unter Umgebungsbedingungen von 25,8ºC, 61% RH, unter Verwendung eines 2,5 ml Glasbehälters, welcher 0,01% bis 5% Eisenpulver enthaltendes Schmierfett enthielt, verwendet. Dann wurde ein Mittelwert aus den gesamten zehn gemessenen Werten berechnet. Die Ergebnisse sind in Fig. 2 gezeigt. Wie gezeigt, wurde gefunden, dass eine im wesentlichen lineare Beziehung zwischen der Magnetpulverkonzentration und der Ausgabespannung besteht.
Bei dem oben genannten wurde eine Spannfeldeinstellung so gemacht, dass die Spannung von 1 V in Erwiderung auf eine Probe mit einer 5%igen Magnetpulverkonzentration ausgegeben wird.
Mit Bezug auf die Spannfeldvariation, die bei einer Messung auftrat, wenn eine heiße Probe in die oben beschriebene Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eingeführt wurde, wurde ein Vergleichsexperiment unter Verwendung eines herkömmlichen Gerätes durchgeführt, welches mit herkömmlicher Differenz-detektierender Magnetspuleninduktion arbeitet. Die Ergebnisse dieses Vergleichsexperiments werden als nächstes beschrieben. In diesem Experiment werden die erfindungsgemäße Vorrichtung und die herkömmliche Vorrichtung bei Raumtemperatur von etwa 25ºC installiert und für die Messung an einer Probe mit 0,5%iger Konzentration verwendet, die mittels eines Thermostats auf ungefähr 60ºC Temperatur geregelt wurde. Die Ergebnisse sind in Fig. 3 gezeigt. Wie aus diesem Diagramm ersichtlich, wurde gefunden, dass die Ausgabe (A) aus der herkömmlichen Vorrichtung unter Verwendung der Differenz detektierenden Magnetspuleninduktion mit dem Verstreichen der Zeit beträchtlich schwankte, wohingegen die Ausgabe (B) aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung nur wenig schwankte, unabhängig von der verstrichenen Zeit.
Als nächstes werden andere Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
[1] Eine Vorrichtung zur Ermittlung der Magnetkonzentration gemäß einer weiteren Ausführungsform ist in Fig. 4 gezeigt. Wie schon in der Vorrichtung nach der vorangegangenen in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform, umfasst diese Vorrichtung ein Paar von in Reihe geschalteten identischen Erregerspulen L1, L2, eingebaut in einem Gehäuse 1 und angeordnet entlang einer gemeinsamen vertikalen Achse P, so dass die magnetischen Felder der entsprechenden Spulen L1, L2 einander gegenüber liegen. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Detektorspule L3, mittig zwischen den Erregerspulen L1, L2 auf der gleichen gemeinsamen Achse P angeordnet, bei einer Position, wo die Magnetfelder der Erregerspulen L1, L2 einander aufheben. Das Paar der Erregerspulen L1, L2 und die Detektorspule L3 sind alle von einem magnetischen Versiegelungsteil umschlossen, wodurch sie zusammen eine Messeinrichtung bilden. Die Erregerspulen h1, L2 sind mit einer Stromquelle 2 verbunden, welche die Spulen L1, L2 mit einem Erregerstrom versorgt. Ferner umfasst in dieser Ausführungsform die Vorrichtung weiterhin eine Prozessoreinrichtung 3 zum Berechnen der Magnetpulverkonzentration aus dem Ausgabesignal der Detektorspule L3.
Das Gehäuse 1 definiert in einer seiner oberen Flächen und unmittelbar oberhalb der oberen Erregerspule L1 eine Einsatzöffnung 1a, durch welche ein nicht-metallischer Probenbehälter (z. B. Glas, Harz oder dergleichen) mit einer darin enthaltenen Probe S in entsiegeltem Zustand, die mit magnetischem pulverförmigen Material vermischt ist, eingesetzt wird. Der durch die Einsatzöffnung 1a eingesetzte Probenbehälter hat einen nicht eingesetzten oberen Flansch, der auf der oberen Fläche eines tragenden Teils 1b des Gehäuses 1 aufliegt und weist einen eingesetzten Teil auf, der innerhalb der Erregerspule L1 verbleibt. An dem tragenden Teil 1b wird eine Probendetektiereinrichtung 4 bereit gestellt, bestehend aus einem photoelektrischen Sensor zum Feststellen der Einsetzung oder Nicht-Einsetzung des Probenbehälters in die Erregerspule L1.
Selbstverständlich kann diese Probendetektiereinrichtung 4 auch aus einem mechanischen Sensor wie etwa einem Mikroschalter anstelle des photoelektrischen Sensors bestehen.
Die Stromquelle 2 beinhaltet eine Stromquellenschaltung 2a und einen Generatorschaltkreis 2b zum Ausgeben eines Wechselstrom-Erregerstroms von etwa 30 kHz bis 200 kHz. Die Prozessoreinrichtung 3 beinhaltet einen ersten Verstärkerschaltkreis 3a zum Verstärken des Ausgabesignals aus der Detektorspule L3, einen Synchrondetektorschaltkreis 3b zum Feststellen des verstärkten Signals synchron mit dem Ausgabesignal aus dem Generatorschaltkreis 2b und zum anschließenden Ausgeben eines Gleichstroms, einen zweiten Verstärkerschaltkreis 3c zum Verstärken der Ausgabe des Synchrondetektorschaltkreises 3b, und einen A/D-Wandlerschaltkreis 3b zum Quantisieren/Quantifizieren des verstärkten Signals aus dem zweiten Verstärkerschaltkreis 3c, eine Arithmetik- und Logikeinheit 3e zum Erhalten der Konzentration des Magnetpulvers, das in der Probe 5 enthalten ist aus den digitalen Daten, gemäß einer vorgegebenen Umwandlungsformel, eine Probendetektorantriebseinheit 3g zum Antreiben der Probendetektoreinrichtung 4, um das Probenbehälterdetektionssignal bei der Arithmetik- und Logikeinheit 3e einzugeben, und eine Displayeinheit 3f, unter Verwendung eines Flüssigkristalldisplays zum Anzeigen des Ergebnisses der Berechnung, die von der Arithmetik- und Logikeinheit 3e durchgeführt wird. Im Betrieb schwankt die magnetische Permeabilität innerhalb der Erregerspule L1 beim Einsetzen des Behälters proportional zu einer Konzentration des Magnetpulvers, das in der Probe S enthalten ist, was zur Veränderung des magnetischen Gleichgewichts führt. Diese Veränderung des magnetischen Gleichgewichts wird erhalten durch die Messung der induzierten Spannung an der Detektorspule L3, und daraus wird die Konzentration des in der Probe S enthaltenen Magnetpulvers berechnet.
Ein Ferritkern als Eisenkern FC mit spiralförmigen Furchen an seiner Peripherie wird in die Detektorspule L3 eingeschraubt, wobei der Kern entlang der Achse der Spule L3 positionseinstellbar ist. Sogar wenn die Probe S nicht in die Erregerspule L1 eingesetzt ist oder die eingesetzte Probe 5 kein magnetisches Pulver enthält, wird nämlich fälschlicherweise eine induzierte Spannung erzeugt, aufgrund von unvermeidlicher Verschiebung in der Position der Detektorspule. Um dies zu beheben kann bei der oben beschriebenen Konstruktion eine Nullpunkt-Kalibrierung durch Einstellung der Position des Kerns FC entlang der Achse der Detektorspule L3 einfach bewirkt werden, ohne dass die Position der Spule L3 verändert werden muss. Diese Konstruktion gewährleistet den weiteren Vorteil der Verringerung des magnetischen Widerstand innerhalb der Detektorspule, wodurch deren Detektionsempfindlichkeit verbessert wird.
Selbstverständlich hat das Gehäuse 1 einen (nicht gezeigten) Spannfeldeinstellschalter vom selbstrückstellenden Typ eingebaut, dessen Signal in die Arithmetik- und Logikeinheit 3e eingegeben wird.
Als nächstes wird die Betriebsweise der Vorrichtung zur Ermittlung der Magnetpulverkonzentration mit der oben beschriebenen Konstruktion mit Bezugnahme auf die Flussdiagramme in den Fig. 5(a) und 5(b) beschrieben.
Beim Schalten eines Stromschalters (nicht gezeigt) der Vorrichtung auf AN gibt der Prozess Daten der Detektorspule L3 über den A/D-Wandlerschaltkreis 3d in die Arithmetik- und Logikeinheit 3e (S1). Wenn die Probendetektoreinrichtung 4 keine Einsetzung des Probenbehälters feststellt (S2), werden die angegebenen Daten als Nullpunkt-Kalibrierungsdaten in einer Speicherschaltung (nicht gezeigt) gespeichert, die in der Arithmetik- und Logikeinheit 3e eingebaut ist und, die Displayeinrichtung 3f zeigt eine Magnetpulverkonzentration von "0%" an (S3, S4).
Der oben beschriebene Eingabebetrieb der Nullpunkt-Kalibrierungsdaten wird nach jedem vorgegebenen Zeitraum bewirkt, z. B. alle paar hundert Millisekunden, um so auf die neuesten Daten aktualisiert zu sein. Dies wird zum Zwecke der Kompensierung einer Verschiebung des Nullpunktes gemacht, die nach einer Nullpunkt-Kalibrierungsoperation stattgefunden haben kann, die zur Zeit der Verfrachtung der Vorrichtung durch Positionseinstellung des Eisenkerns FC oder durch Veränderung des Zustandes der Messeinrichtung oder der Prozessoreinrichtung 3 infolge der Umgebungstemperatur erfolgt ist.
Wenn die Probendetektionseinrichtung 4 das Einsetzen des Probenbehälters feststellt (S2), dann wird bestimmt, ob der (nicht gezeigte) Spannfeldeinstellungsschalter betätigt wurde oder nicht. Wenn eine positiv laufende "AN" Kante festgestellt wird, wird eine Spannfeld einstellende Markierung gesetzt (56).
Anschließend wird eine Nullpunkt-Kalibrierung durch Substrahieren der Nullpunkt- Kalibrierungsdaten aus den eingegebenen Daten bewirkt (57) und das Verfahren läuft weiter zu einem Spannfeld einstellenden Schritt, wenn die Spannfeldeinstellungsmarkierung gesetzt ist.
Insbesondere wird die Bedienperson als erstes den Spannfeldeinstellschalter einschalten und anschließend einen Referenzprobenbehälter mit einer vorherbestimmten Referenzkonzentration (Probe mit einer Magnetpulverkonzentration von 5%) in die Erregerspule L1 einsetzen. Dabei wird auf den eingegebenen Daten nach der Nullpunkt-Kalibrierung eine vorher bestimmte Umwandlungsformel angewandt, um daraus einen Magnetpulverkonzentrationswert abzuleiten. Anschließend wird die Umwandlungsformel kalibriert, um einen Wert von S % zu gewährleisten. Wenn dieser Wert 5% erhalten wird, wird verursacht, dass die Display-Einheit 3f die Magnetpulverkonzentration mit "5%" anzeigt, und anschließend wird die Spanfeldeinstellungsmarkierung zurück gesetzt (S9-S13). Insbesondere wird diese Einstellung auf solche Weise durchgeführt, dass die aus den Eingabedaten (Input-Spannung) abgeleiteten Spannungsdaten mit der Einsetzung der 5%- Konzentration Referenzprobe ein vorgegebener Wert wird.
Wenn bei Schritt S8 festgestellt wird, dass die Spannfeldeinstellungsmarkierung zurückgesetzt ist, wird festgestellt, dass die Spannfeldeinstellung abgeschlossen ist. Dann wird die vorgegebene Umwandlungsformel auf die nach der Nullpunkt-Kalibrierung eingegebenen Daten angewendet, um daraus eine Magnetpulverkonzentration abzuleiten (S14, S15). Wie vorab beschrieben, wird der Dateneingabevorgang aus der Detektorspule L3 alle paar hundert Millisekunden (z. B. alle 300 Millisekunden) durchgeführt, und dieser Dateneingabevorgang wird wiederholt ausgeführt, solange eine Differenz zwischen vorher eingegebenen Daten und den gegenwärtig eingegebenen Daten verbleibt. Wenn die Daten mit einer Abweichungsmenge oder -verhältnis von weniger als dem vorgegebenen Wert für eine vorgegebene Anzahl (z. B. dreimal) in einer Reihe eingegeben wurden, wird festgestellt, dass der Zustand sich stabilisiert hat. Anschließend wird dieser Konzentrationswert in der Speicherschaltung (nicht gezeigt) der Arithmetik- und Logikeinheit 3e gespeichert. Dieser gespeicherte Konzentrationswert wird auf der Display-Einheit 3f angezeigt, und dieser angezeigte Wert wird nicht verändert, auch wenn danach eingegebene Daten davon abweichen, um so den Ablesevorgang durch die Bedienperson zu erleichtern.
Beim oben Genannten wird die Bestimmung, ob der festgestellte Konzentrationswert sich stabilisiert hat oder nicht, darauf basierend gemacht, ob oder ob nicht die Daten mit einem Abweichungsgrad oder -verhältnis von weniger als dem vorgegebenen Wert für eine vorgegebene Anzahl in einer Reihe eingegeben wurden. Dieser Vorgang wird aus dem folgenden Grund durchgeführt. Der Konzentrationsmessungsvorgang sollte nach Abschluss des Einsetzens der Probe in die Erregerspule gemacht werden. Jedoch sogar wenn die Probendetektoreinrichtung 4 die Einsetzung des Probenbehälters feststellt, kann die Bedienperson manchmal nicht in der Lage sein positiv festzustellen, ob die Probe zuverlässig in die vorbestimmte Position eingesetzt wurde oder nicht. Ferner, wenn eine Probe mit heißem Schmieröl in die Erregerspule eingesetzt wird, entnommen beispielsweise aus einer Drehbohrmaschine, bewirkt dieses Einsetzen eine Veränderung der Umgebungstemperatur um die Spule, wobei deren Nullpunkt verschoben wird. In einem solchen Fall verändert sich die Ausgabe der Vorrichtung mit der Zeit, was es für die Bedienperson schwierig macht, die genaue Ausgabe zu erkennen. Der oben beschriebene Vorgang wird durchgeführt, um derartige Unsicherheiten zu vermeiden. Nämlich, nachdem die Probendetektorvorrichtung 4 den Beginn des Einsetzens des Probenbehälters festgestellt hat und dann, wenn die Daten mit einem Abweichungsgrad oder -verhältnis von weniger als dem vorgegebenen Wert mehrmals (z. B. dreimal) in einer Reihe eingegeben wurden, wird festgestellt, dass das Setzen des Probenbehälters an die vorgegebene Position abgeschlossen wurde und dieser Wert wird gehalten und angezeigt. Außerdem verhindert der Prozess, dass dieser angezeigte Konzentrationswert durch Veränderungen der Eingabedaten aufgrund einer nachfolgenden Temperaturveränderung verändert wird.
Dementsprechend sind die spezifischen Maßnahmen, die ergriffen werden, um die oben genannten Schwierigkeiten zu vermeiden, nicht auf die oben beschriebenen begrenzt, solange die Magnetpulverkonzentration erhalten wird, basierend auf einer Spannung, die in der Detektorspule L3 bei Vervollständigung des Einsetzens des Probenbehälters in die Erregerspule L1 induziert wird oder nach Verstreichen eines vorgegebenen Zeitraums nach Einsetzen des Probenbehälters in die Erregerspule L1, und diese erhaltene Pulverkonzentration wird danach beibehalten.
Beispielsweise ist es wie in Fig. 6 gezeigt denkbar, die Probendetektoreinrichtung 4 bestehend aus einem photoelektrischen Sensor am distalen Ende der Erregerspule L1 angrenzend zur Detektorspule L3 anzuordnen, um so das Einsetzen des Probenbehälters zum Zeitpunkt der Vervollständigung des Einsetzens festzustellen, so dass die abgeleiteten Daten basierend auf den zum Zeitpunkt dieser Detektion eingegebenen Daten beibehalten werden können. In diesem Fall gibt es die Möglichkeit, dass die Nullpunkt-Kalibrierungsdaten in der Mitte des Einsetzens des Probencontainers genommen werden können. Daher ist es bevorzugt, dass eine zweite Probendetektoreinrichtung 4' am proximalen Ende der Erregerspule L1 benachbart zur Einsatzöffnung 1a bereit gestellt wird, so dass unmittelbar vor Detektion des Probenbehälters eingegebene Daten als Nullpunkt-Kalibrierungsdaten verwendet werden können. Ferner können alternativ dazu die beizubehaltenden Solldaten aus Daten abgeleitet werden, die nach Verstreichen eines vorbestimmten Zeitraums eingegeben werden, der sich vom zeitliche Erfassen des Einsetzens der Probe durch die Detektoreinrichtung 4 bis zur Vervollständigung des Setzens der Probe in die vorgegebene Position erstreckt.
Wenn die Probendetektoreinrichtung 4 die Entnahme des Probenbehälters feststellt, kehrt der Prozess zum Schritt S 1 zurück, um für die nächste Messung bereit zu sein (S18).
[2] Beim Vorgenannten werden, um die automatische Nullpunkt-Kalibrierung zu bewirken, die Ausgabedaten der Detektorspule L3, die vor dem Einsetzen des Probenbehälters in die Erregerspule L1 eingegeben werden, als Nullpunkt-Kalibrierungsdaten in der Speicherschaltung (nicht gezeigt) gespeichert, die in der Arithmetik- und Logikeinheit 3e eingebaut ist, und diese Nullpunkt-Kalibrierungsdaten werden von den Ausgabedaten der Detektorspule L3 abgezogen, die nach dem Einsetzen des Probenbehälters in die Erregerspule L1 eingegeben wurden. Alternativ dazu kann zum Bewirken einer Nullpunkt-Kalibrierung ein analoger Aufbau verwendet werden anstelle einer derartigen digitalen Berechnung. In diesem Falle kann beispielsweise die zweite Verstärkerschaltung 3c aus eine Operationsverstärker bestehen und ein Volumenschaltkreis oder ein Schalterschaltkreis wird für das automatische Schalten über eine der Eingabespannungen am Operationsverstärker bereit gestellt, und die Arithmetik- und Logikeinheit 3e wird ein Signal für das Umschalten ausgeben.
[3] Die magnetpulverkonzentrationsermittelnde Vorrichtung kann jedes spezifische Verfahren verwenden, so lange das Verfahren auf der elektromagnetischen Induktion basiert. Beispielsweise kann anstelle der oben beschriebenen elektromagnetischen Induktion des magnetischen Gleichgewichtstyps die Vorrichtung eine einfachere Konstruktion unter Verwendung einer einzelnen Erregerspule L1 und einer einzelnen Detektorspule L3, wie in Fig. 7 gezeigt, verwendet werden.
[4] Ferner, wie in Fig. 8 gezeigt, kann die Vorrichtung auch eine Differenz-detektierende elektromagnetische Spuleninduktionskonstruktion verwenden, die eine einzelne Erregerspule L1 umfasst, die zwischen einem Paar von Detektorspulen L3, L4 eingebaut ist. In dieser Hinsicht muss der Probenbehälter im Fall des Magnetgleichgewichts Typ elektromagnetischen Induktionsaufbaus in entweder eine oder beide der Erregerspulen und der Detektorspule eingebaut werden. Demgegenüber muss der Probenbehälter im Falle der in den Fig. 7 und 8 gezeigten Konstruktion nur in die Detektorspule eingebaut werden.
[5] Im Falle des elektromagnetischen Induktionsaufbaus nach Art des magnetischen Gleichgewichts wie vorher beschrieben, wird der Eisenkern FC in der Detektorspule L3 angeordnet, um entlang von dessen Achse positionseinstellbar zu sein.
[6] In der vorangegangenen Ausführungsform wird ein Paar von in Reihe geschalteten identischen Anregerspulen L1 und L2 auf einer vertikalen gemeinsamen Achse angeordnet, so dass die von diesen gebildeten magnetischen Felder einander gegenüber liegen, und auch die Detektorspule L3 ist auf der gleichen Achse an der Position angeordnet, an der sich die magnetischen Felder der Erregerspulen L1, L2 gegenseitig aufheben, nämlich in der mittleren Position zwischen diesen identische Erregerspulen. Es ist aber nicht absolut notwendig für die Erregerspulen L1, L2, dass sie zueinander identisch sind. Diese Spulen L1 und L2 können nämlich in der Zahl der Windungen und/oder ihrer Impedanz unterschiedlich sein. In einem solchen Fall sollte die Erregerspule L3 an jedweder Position angeordnet werden, an der sich die Magnetfelder der Spulen L1 und L2 gegenseitig aufheben.
[7] Es ist nicht absolut notwendig für die Erregerspulen L1 und L2 auf einer gemeinsamen Achse angeordnet zu werden, so lange wie ihre magnetischen Felder einander gegenüber liegen. In einem solchen Fall kann die Detektorspule L3 auch an jedem geeigneten Ort angeordnet werden, an dem sich die Magnetfelder der Erregerspulen L1, L2 gegenseitig aufheben.
[8] Eine weitere Ausführungsform wird als nächstes beschrieben. Eine Vorrichtung zur Ermittlung der Magnetpulverkonzentration gemäß dieser Ausführungsform, wie in Fig. 9 gezeigt, umfasst Messeinrichtungen umfassend eine Erregerspule L1, mit der ein Thermistor Th in Reihe geschaltet ist, und eine Detektorspule L3, die auf der gleichen Achse P wie die Erregerspule L1 angeordnet ist, d. h. auf dem magnetischen Weg der Erregerspule L1, wobei die Spulen L1, L3 zusammen innerhalb eines magnetisch versiegelten Teils eingehaust sind; eine Stromquelleneinrichtung 2 zur Versorgung der Erregerspule L1 mit einem Erregerstrom; sowie eine Prozessoreinrichtung 3 zur Berechnung einer Magnetpulverkonzentration aus einem Ausgangssignal der Detektorspule L3. Die Messeinrichtung, die Stromquelleneinrichtung und die Prozessoreinrichtung sind in einem Gehäuse 1 untergebracht.
Der mit der Erregerspule L1 in Reihe geschaltete Thermistor ist ein thermosensitives Element mit NTC-Charakteristik, d. h. mit negativem Temperaturkoeffizienten, bei dem der Widerstand in Erwiderung auf einen Temperaturanstieg abnimmt. Im Betrieb nimmt der Widerstand des thermosensitiven Elementes in Erwiderung auf den Spulenwiderstand, der in Erwiderung auf den Anstieg der Spulentemperatur aufgrund von Umgebungstemperaturveränderung oder des Einsetzens eines heißen Probengefäßes ansteigt in entsprechender Weise ab, wodurch der Strom in der Spule konstant gehalten wird, wodurch der Nullpunkts- Shift oder die Ausgabespannfeldvariation in wirksamer Weise vermieden werden kann. Das thermosensitive Element ist nicht auf den Thermistor beschränkt. Stattdessen kann dies auch die Temperatureigenschaften einer PN-Verbindung eines Halbleiters verwenden.
Wenn ein solches thermosensitives Element mit NTC-Charakteristik angewendet wird, in Reihenschaltung nicht nur zur Erregerspule L1, sondern auch zur Detektorspule L1, kann der Temperatur kompensierende Effekt weiter gesteigert werden.
[9] In der obigen alternativen Ausführungsform wird ein thermosensitives Element für die Temperaturkompensation verwendet. Zum gleichen Zweck ist es auch denkbar, die Stromquelleneinrichtung 2 aus einer Konstantstromquelle zu konstruieren. D. h. obwohl der Spulenwiderstand in Erwiderung auf die Spulentemperatur ansteigt, kann der Spulenstrom durch Verwendung der Konstantstromquelle als Erregerstromquelle konstant gehalten werden. Auch in diesem Falle kann der Temperatur kompensierende Effekt weiter gesteigert werden, wenn das thermosensitive Element mit NTC-Charakteristik mit der Detektorspule L1 in Reihe geschaltet ist.
[10] Anstelle des thermosensitiven Elements für die Temperaturkompensation ist es auch denkbar, die Spulen L1, L3 aus Drähten zu konstruieren, deren Widerstand einen niedrigen Temperaturkoeffizient hat, wie etwa Manganin (Mn-Ni-Cu-Legierung) Drähten. Auch dieses Merkmal kann den Einfluss der Temperatur unter normalen Anwendungsbedingungen, die in etwa zwischen 20ºC und 60ºC liegen, minimieren.
[11] Ferner kann die Konstruktion der ersten Ausführungsform, wie in Fig. 10 gezeigt, als Messeinrichtung der weiteren Ausführungsform [8] verwendet werden.
[12] Auch können wie in Fig. 11 gezeigt die Temperaturkompensierenden Konstruktionen der oben genannten alternativen Ausführungsformen in Kombination mit der elektromagnetischen Induktionskonstruktion des Differenz detektierenden Typs einschließlich einer einzelnen Erregerspule L1, die zwischen einem Paar von Detektorspulen L3, L4 angeordnet ist, verwendet werden.
[13] Die Stromquelleneinrichtung zur Versorgung der Erregerspule mit Erregerstrom in den oben genannten Ausführungsformen ist nicht auf solche Quellen beschränkt, die einen Sinuswellenstrom ausgeben. Statt dessen kann diese Stromquelleneinrichtung eine billigere Quadratwellenstrom erzeugende Quelle umfassen, einschließlich solcher Bestandteile wie ein Stromversorgungsschaltkreis unter Einschluss einer Trockenzelle, ein Oszillatorschaltkreis mit einem Oszillator, einem Divisionsschaltkreis zum Dividieren der Ausgabe des Oszillatorschaltkreises, und einen Treiberschaltkreis verbunden mit einem Ausgabeterminal des dividierenden Schaltkreises. In diesem Falle ist es möglich, wenn der Oszillatorschaltkreis durch Parallelschalten eines Kondensatorelements der Detektorspule konstruiert ist, auf einfache Weise einen Sinuswellenausgang zu erhalten, wobei Rauscherzeugung aufgrund von parasitischer Oszillation vermieden wird, die aus der Ausgabe aus der Detektorspule allein resultieren würde. Außerdem kann eine Ausgabe von höherer Präzision erhalten werden, wenn diese Ausgabe mit der Stromausgabe synchron detektiert wird.

Claims

1. Verfahren zum Ermitteln einer Konzentration von magnetischem Pulvermaterial in einer Probe, das die folgenden Schritte umfasst:

Anordnen eines Paares von erregungsfähigen reihengeschalteten Spulen (L1), (L2) auf eine Weise, dass von den betreffenden Spulen (L1), (L2) erzeugte Magnetfelder einander gegenüberliegen;

Bereitstellen einer Detektorspule (L3) an einer Position, an der die Magnetfelder von dem Paar Erregerspulen (L1), (L2) einander aufleben;

Anordnen eines Kerns (FC) innerhalb der Detektorspule (L3), wobei der Kern (FC) entlang der Achse der Detektorspule (L3) positionsverstellbar ist; und

Kalibrieren des Nullpunktes der in der Detektorspannung (L3) induzierten Spannung durch Einstellen der axialen Position des Kerns (FC) in ihr;

Einsetzen einer mit magnetischem Pulver vermischten Probe (S) in eine (L1) des Paares von Erregerspulen;

Feststellen einer in der Detektorspule (L3) in Verbindung mit dem Einsetzen der Probe in die Erregerspule (L1) induzierten Spannung; und

Ermitteln der Konzentration des magnetischen Pulvers in der Probe auf der Grundlage der erfassten Spannung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend die folgenden Schritte:

Feststellen des Einsetzens oder Nichteinsetzens der Probe in die Erregerspule;

Laden von Nullpunktkalibrierungsdaten, wenn kein Einsetzen der Probe erfasst wird; und

Bewirken einer automatischen Nullpunktkalibrierung, wenn das Einsetzen der Probe erfasst wird, auf der Grundlage der unmittelbar vor dem Feststellen des Einsetzens der Probe geladenen Nullpunktkalibrierungsdaten.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Konzentration von magnetischem Pulver in der Probe auf der Grundlage einer Spannung ermittelt wird, die nach Abschluss des Einsetzens der Probe in die Erregerspule oder nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeitdauer nach dem Einsetzen der Probe in die Erregerspule in der Detektorspule induziert wird.

4. Vorrichtung zum Ermitteln einer Magnetpulverkonzentration in einer Probe, umfassend:

ein Paar von erregungsfähigen reihengeschalteten Spulen (L1), (L2), die dergestalt angeordnet sind, dass von den betreffenden Spulen (L1), (L2) erzeugte Magnetfelder einander gegenüberliegen, wobei eine der Erregerspulen (L 1) die mit dem magnetischen Pulver vermischte Probe (S) aufnehmen kann;

eine Detektorspule (L3), die an einer Position angeordnet ist, an der die von dem Paar Erregerspulen (L1), (L2) erzeugten Magnetfelder einander aufheben;

eine Messeinrichtung (NT) zum Messen einer in der Detektorspule (L3) in Verbindung mit dem Einsetzen der Probe in die eine Erregerspule induzierten Spannung, wobei die Konzentration des magnetischen Pulvers von der gemessenen induzierten Spannung abgeleitet wird; und

einen Kern (FC), der in der Detektorspule (L3) angeordnet ist, um entlang der Achse der Detektorspule positionsverstellbar zu sein.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Messeinrichtung (M) ein Wechselspannungsvoltmeter ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, ferner umfassend:

Prozessoreinrichtung (3) zum Ausgeben der Konzentration des magnetischen Pulvers in der Probe auf der Grundlage der in der Detektorspule induzierten Spannung;

Probendetektorvorrichtung (4) zum Feststellen des Einsetzens oder Nichteinsetzens der Probe in die Erregerspule (L1); und

Kalibriereinrichtung, die Nullpunktkalibrierungsdaten eingeben kann, wenn die Probendetektorvorrichtung das Nichteinsetzen der Probe feststellt, und dann eine automatische Nullpunktkalibrierung bewirkt, wenn die Probendetektorvorrichtung das Einsetzen der Probe feststellt, auf der Grundlage der unmittelbar vor dieser Feststellung der Probeneinsetzung durch die Probendetektorvorrichtung eingegebenen Nullpunktkalibrierungsdaten.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Prozessoreinrichtung (3) die Konzentration des magnetischen Pulvers auf der Grundlage einer Spannung ausgibt, die nach Abschluss des Einsetzens der Probe in die Erregerspule (L1) oder nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeitdauer nach dem Einsetzen der Probe in die Erregerspule (L1) in der Detektorspule (L3) induziert wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die eine Erregerspule (L1) mit einem temperaturempfindlichen Element (Th) mit NTC-Charakteristik in Reihe geschaltet ist, um den Strom in der Erregerspule (L1) gegen Schwankungen der Umgebungstemperatur konstant zu halten.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der eine Stromquelle zum Versorgen der einen Erregerspule (L1) mit Erregerstrom aus einer Konstantstromquelle besteht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Erregerspule (L1) aus einem Draht gebildet ist, dessen Widerstand einen Temperaturkoeffizienten von 5 · 10&supmin;&sup5; oder weniger hat.

11. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei dem eine Stromquelle für die Erregerspule (L1) einen Rechteckstrom ausgibt und die Detektorspule (L3) einen Teil einer Oszillatorschaltung bildet.