Freies messen, prüfen und testen ...

Sie finden in diesem Abschnitt Beispielanwendungen des IMETER-Frameworks zur Lösung kleinerer Aufgaben. In Unterscheidung zu den Alternativen, die mit der "Ad-Hoc-Technik" allgemein verfügbar gemacht werden, enthalten freie Messprogramme automatische Elemente der Datenaufbereitung (Diagramme, Kurzberichte).

Entwickler stehen bisweilen vor der Aufgabe, für spezifische Zwecke Prüfverfahren zu finden oder selbst zu entwerfen. Zum selbst entwickeln oder zur Adaption bekannter Verfahren bietet IMETER eine ausgefeilte Steuerungs-, Akquisitions- und Verarbeitungstechnik an, um solche Aufgaben effektiv lösen zu können. Um Materialien und deren Verhalten frei untersuchen zu können, dafür gibt es das Modul der Freien Messprogramme (M12), das als Experimentierplattform innerhalb des IMETER Frameworks fungiert. Exaktes Messen und genaue Reproduzierbarkeit der zugehörigen Abläufe sind Basis für jedwede Vergleichbarkeit. Genau genommen sind ja Messgeräte nichts anderes als Vergleichsapparate. IMETER hat viele Dimensionen, über die sich ein Vergleichen erstrecken kann und es hat die Werkzeuge dafür, solche anzuleiten und auszuwerten. So können jenseits starrer Normen sehr komplexe Prüfverfahren entwickelt werden. Außerdem vernebelt keine Instanz der Zwischeninterpretation die Sicht auf die Verhältnisse, die man selbst, ganz nach eigenem Sachverstand, darstellen kann.

Die Funktionen, die IMETER in den dezidierten Anwendungen zum non Plus ultra in der Messtechnik macht, stehen als IMPros (IMETER-Messprogramme) auch für frei definierbare Anwendungen zur Verfügung.

z.B. Thermogravimetrie (TG)

Verschiedene Anwendungen, die datentechnisch und im Ablauf eher unkompliziert sind, wie die Thermogravimetrie, können durch die automatische Messdatenverarbeitung durch das Modul M12 aufbereitet werden. Die besondere Eignung von IMETER für die Bearbeitung der thermogravimetrischen Analyse (TGA) besteht darin, dass eine Zeit-/Temperatur-driftfreie Wägetechnik angewendet wird. Denn die elektronische Drift der Wägevorrichtung, die eines der Hauptprobleme in der TGA darstellt, wird mit IMETER prozesstechnisch umgangen. Außerdem ist bemerkenswert, dass der Messaufbau unter Verwendung allgemeiner Labormittel und dem IMETER-Zubehör z.B. zur Dichtemessung sowie einem Umwälzthermostaten dargestellt werden kann. Der zugängliche Temperaturbereich wird durch die Leistungsdaten des Thermostaten bestimmt und adressiert typisch -20°C bis 150 bzw. 200°C mit dem üblichen Heiz-Kühlthermostaten (Huber Ministat).

Aufbau & Ablauf (vgl. Skizze rechts): Im Probengefäß, das kann auch einfach ein Drahtnetz sein, ist die Probe im Standardtemperiergefäß eingesetzt. Sie hängt über den Lastträger an der Wägezelle ein. Ein gebührender Abstand zur Wägezelle und eine entsprechende thermische Abschirmung sind notwendig (z.B. eine Keramikhaube). Ein spezieller Deckel mit Thermodurchführung schließt den Messraum ab. Das IMPro legt typischerweise ein kleines Teach-Inn vor, es 'fragt' im Dialog den Benutzer nach der Position, in der die Wägelast tariert/justiert werden kann. Dieses Positionenanlernen wird für die Lage der Gewichtsermittlung wiederholt. Vor jeder Gewichtsbestimmung wird das Proben- und Halterungsgewicht tariert, so wird eine etwaige Nullpunktsdrift verhindert und die Hauptfehlerquelle eliminiert. Zur TG-Messung wird ein frei gestaltbares Temperaturprogramm, das im IMPro definiert ist, durchlaufen. Dabei wird ständig das Gewicht gemessen und die Software zeigt parallel die Gewichtsveränderung grafisch an. Bezüglich der Temperatursteuerung sind Temperaturgradienten und Haltepunkte, Heiz- und Kühlphasen je nach Aufgabenstellung frei bestimmbar. Auch könnten weitere Elemente / Komponenten eingesetzt werden (IR-Strahler, Gebläse etc).

Praktisch werden Temperatur und Temperaturverlauf durch die Ansteuerung des Thermostaten im IMPro dargestellt. Die Temperatursteuerung kann so einfach sein, wie man es von der TG normalerweise kennt (Rampen oder Temperaturstufen). Sie kann jedoch auch intelligent darauf reagieren, wie die Probe sich verhält. So kann das Messergebnis beispielsweise in einer Zeitangabe bestehen, die angibt, wie lange es bei einer vorgegebenen Temperatur dauert, bis ein bestimmter Prozentsatz an Gewicht abgegeben wurde. - Es kommt auf die Frage an, die man an sein Material stellt.

Die beiden Diagramme zeigen als Beispiele das Ergebnis einer solchen Thermogravimetrie-Anwendung. Die Fragestellung hier war, ob und wie viel (mutmaßlich) Wasser von einer Probensubstanz abgegeben wird. Im Diagramm wird die lineare Temperaturampe zwischen 30 und 145°C über die Dauer von 180 Minuten durch die grauen Marken angezeigt . Dazu ist die relative Gewichtsänderung als rote Linie eingezeichnet. Mit blau ist der Differenzenquotient der Gewichtsänderung eingezeichnet. Der Wendepunkt bei 100°C weist deutlich auf Wasser hin. Im Diagramm darunter ist eine andere Projektion derselben Daten; hier ist die Gewichtsänderung über der Temperatur angezeichnet.

[Bei freien Messprogrammen ist im Datenblatt ein Auswahlfeld verfügbar, über welches die Art der Datenbehandlung gewählt werden kann. So weis die automatische IMETER Auswertung, welche Temperatur- und Wägedaten zur Auswertung und Illustrationen aufbereitet werden. ]

z.B. Kraft im ferromagnetischen Feld

Abstoßung bei axialer Annäherung zweier gleichpolig orientierter 3x10mm Neodymmagnet-Magnete.
(Mit F= F₁F₂/4pmr² d.h. für den Ausdruck Fr² gegen r angetragen erhält man für F₁F₂/4pm ein lineares Verhältnis)

Unten: Auf einer Horizontal-Drehvorrichtung (ein Zubehör der IMETER-Methode N°20), die auf der Plattform eingesetzt wurde, ist ein waagerecht befestigter Permanentmagnet angebracht, der mit einem axialen Magnet bei der Rotation mit entsprechender Anziehung/Abstoßung interagiert (Messung der Rotationsfrequenz).

TG Diagramm2

Auf der Plattform rotiert eine Stahlkugel, während die Plattform nach unten fährt und den Abstand zum Magneten vergrößert.

Es gibt zahlreiche Möglichkeiten die "Verhältnisse" einfach zu untersuchen oder auf solcherlei Art Werkstoffe oder einfach die Systemintegrität von IMETER zu prüfen. Bei Freie Messprogramme gibt es keine vorausgesetzten Spielregeln, die irgendwelche Bedingungen an die Abläufe oder Daten stellen. Gleichwohl stehen die Rohdaten (wie immer) geordnet in Tabellen zur Verfügung und werden in grundlegenden Formen zu Grafiken aufbereitet.

z.B. wie schnell bildet sich zwischen einem Festkörper und einer Flüssigkeit der Meniskus aus?

"Binnen 20 Millisekunden springt Ethylenglycol, eine relativ viskose Flüssigkeit, an eine Glasfritte ..."

Detailfragen, eben auch zur Entwicklung oder Prüfung anderer Messverfahren, können mit freien Messprogrammen auf kurzem Wege geklärt werden. Es galt zu sehen, wie schnell der Vorgang ist, um in der IMETER-Methode zur Kapillarität Rahmendaten zu erhalten.

Diese kleine Lösung ist ein Beispiel für die vielen kleinen Fragestellungen, die recht schnell geklärt werden können. So können Ablaufschnipsel auch für reguläre Messungen und AD-Hoc-Verfahren einzeln entwickelt/geprüft werden.