IMETER Komponente I-SIF

zur Temperaturmessung
und für Druck, Luftfeuchte, Lufttemperatur und LuftDichte

hochgenau, justier- und kalibrierbar, universell einfach und automatisch. In allen Messmodulen anwendbar.

Die Integration und Anwendung der durch I-SIF hinzukommenden Möglichkeiten erfolgt wie bei allen Teilen im IMETER-Framework -- ausgestattet mit vielen Freiheitsgraden. I-SIF ist ein Baustein der unkomplizierten Art, um auch sehr spezifische Messmethoden zu modellieren und anzuwenden.
I-SIF ist ein elektronisches Messgerät, das die analogen Signale der Sensoren per 24bit- ΔΣ AD-Wandler digitalisiert. Die Standardeinstellungen erlauben einem Signal etwa 8.000.000 unterscheidbare Zustände einzunehmen. Das bedeutet, die Position eines Fußballes zwischen den Toren auf 0.01 Millimeter genau angeben zu können.

Alle I-SIF-Varianten bedienen mindestens je einen Druck-, Feuchte- und Temperatursensor. Die eingesetzten Druck- und Feuchtesensoren liefern elektrische Spannungen, die zur Luftdruck bzw. der Luftfeuchte proportional sind. Eine primäre Temperaturkompensation findet dabei bereits seitens der Sensoren statt. Die Temperaturmessung wird durch Pt100-Sensoren (Platin Widerstandsthermometer) in 4-Leiteranschluß mit Konstantstromquelle (0.6mA) realisiert. Alle Sensoren sind ratiometrisch und mit eigenem Referenzeingang angeschlossen, so dass die Drift der Kennwerte der elektronischen Bauteile und Schwankungen der Versorgungsspannung durch das Anschlussprinzip kompensiert werden. Den schleichenden Veränderungen wird durch die Kalibrierbarkeit und Korrekturmöglichkeit begegnet.

Zu den Aufgaben von I-SIF im IMETER-MessSystem gehört, dass die Richtigkeit der Druck und Temperatursensoren - praktikabel - zumindest plausibel - zurückgeführt werden können. Die auf Naturgesetzen, den Eigenschaften von Wasser und dem Justiergewicht der Wägezelle beruhende gegenseitige Absicherung/Prüfbarkeit der Sensordaten macht I-SIF zu einer Kernkomponente für die einzigartige Eigenschaft des IMETER-Systems als autonome Messeinrichtung.

Abb.1: I-SIF  Test und Einstellungen

Komponenten zur Erweiterung der Funktionalität von IMETER  I-SIF V3 ist die  Das IMETER SensorInterface
Analoginterface " I-SIF"
Messbereich und - auflösung
♦ Temperatur: -50 bis 200°C, 1 mK
♦ Luftdruck : 20 bis 115kPa,  0.1 Pa 
♦  Luftfeuchte: 0 bis 100%, 0.0001%

Über das I-SIF-Formular „Test und Einstellungen“ können die tiefer gelegenen Funk­tionen recht ein­fach getestet werden; aber vor allem ermöglicht es, die exakten Einstellungen der Sensoren vorzu­nehmen. Weitere Einzelheiten zur Anwendung, auch zur Programmierung und zu Spezifikationen etc.,  können Sie über die I-SIF Produktbeschreibung / Referenz (Pdf mit 3.5 MB) erhalten.

Spezifikationen und Beschreibung IMETER V6

IMETER besteht aus Hardware und Software. Die Hardware bestimmt für die jeweilige Messgerätefunktion über die Grenzen von Messbereich und -auflösung.

Grundgerät (Hardware Basis, Typ V6A)

• Positioniereinrichtung / Paralleltisch / Plattform: Wegauf­lösung 0,001 mm, Geschwindig­keit 0.001 bis 25 mm/sec, wahlfreie Beschleunigungsraten. Platform Hubhöhe ca. 135 mm, Positioniertreue über den ganzen Stellbereich 1 µm, max. bewegliche Last 10 kg (Gewicht von Proben­halter/Vorlagen); spielfreier Kugel­gewinde­trieb (OEM Bosch-Rexroth), Standard-Adapterplattform (Ø60/72 mm) zur Aufnahme verschiede­ner Mess- und Prüfvorrichtungen.
• Kraftmessung / Wägezelle: Wägebereich 220 g, 0.1 (0.01) mg Auflösung (2.2 N / 0.1 µN ), Linearität 0.2 mg (2 µN), dauerhaft korrekt durch automatische Justiergewichtschaltung (OEM Sartorius AG, Göttingen). 
• Temperaturmessung & 24bit -Analogsensorik :IMETER Sensorinterface (I-SIF), Temperaturmessung über unser elektronisches Präzisionsthermometer, Fühlertyp Pt100, Mess­bereich von ‑50 bis +150°C, Auflösung 0.001°C, Unsicherheit ±0.01°C, Sensor in Edelstahl­röhre (Länge 100mm, Ø2mm), 4-Leitertechnik, an DIN-Stecker, kali­brier­bare Temperatur­anzeige. Wahl­weise externer oder interner Einbau. Optional zusätzliche analoger Eingangssignale mit 24 bit Auflösung: Konfektioniert z.B. mit Lufttemperaturmessung -10-bis +60°C, Auflösung 0.01°C, Luftfeuchtemessung 0-100% r.H., Auflösung 0.001%, Luftdruckmessung  20-115 kPa, Auflösung 0.0001 kPa (konfiguriert für gaspyknometerische Messungen, automatische Luftdichtemessung).
• Interne Sensoren: vier digitale Temperaturfühler (2x von -50 bis 120°C, 2x von -40 bis +80°C,  Auflösung 0.1°C, kalibrierbar), Luftfeuchte Sensor (0 bis 99%, 0.1% Auflösung, mit Temperaturfühler an Wägezelle, kalibrierbar), Drucksensor (30 - 125 kPa, Auflösung 0.005 kPa, kalibrierbar).

IMETER V6 bietet vielfältige Anschlußmöglichkeiten für Erweiterungen:

• Ein- und Ausgänge:   Sechs Rundsteckdosen (12- und 14-polig [OEM Binder Serie 723]) sind paarweise über den Paralleltisch, an der Innenraum-Rückwand und an der Geräterückseite vorhanden. Es werden darüber sechs Analogeingänge (Auflösung 2x 12bit, 10V, 4x 10bit, 5V),  sechs Analogausgänge (PWM, 3x 1000mA, PWM 3x 500mA, OD), sechs digitale Schaltausgänge (je 1000mA, OD) und drei Relais-Schalter (gegen Masse) zur Verfügung gestellt. Zusätzlich werden über die Buchsen +12 und +5V Versorgungsspannung, Masse und der I²C-Bus herausgeführt .
• Aktorische Erweiterungen: freie konfigurierbare Hebe-, Dreh-, Positionier-Vorrichtungen sind über drei 14-Poligen Gehäusestecker verfügbar. Sie ermöglichen bis zu fünf zusätzliche linear oder/und radial- angetriebene Achsen; kleinere Motoren sind ohne Zusatznetzteil verfügbar (für Schrittmotoren bis 2A, Positionierwinkel der Drehachse 0.003° Auflösung - ohne Getriebe).
• Hardware Schnittstellen: Drei integrierte serielle Schnittstellen, einen USB-Anschluss für zusätzliche Geräte und Sensoren (bis zu 252 USB/serielle Geräteschnittstellen sind adressierbar); die Schnittstellen werden durch den Netzschalter de/aktiviert. Softwareseitig werden I-SIF, I-Magnetrührer, Huber-Thermostate, Fluke Messgeräte und Dosierpumpen mit allen Funktionen durch Messprogramme ferngesteuert. Ein Klinkenanschluss für eine 5V/9V/12V/24V Spannungsversorgung z.B. für ein Taschenmessgerät ist ebenfalls vorhanden.
• Medien-Kanäle: Temperiermedien- Durchleitung über die Gehäuserückseite über 10 mm Ø Silikonschläuche zur Plattform sowie eine Zuführung für Prozessmedien (z.B. bei Online-Messungen) per 25 mm Ø Fallrohr, welcher durch Gehäuse und Bodenplatte Messraum und Umgebung verbindet.
• Temperiermedien: Umwälzfluide zur Temperierung werden über die über die Gehäusedurchführung und die Energiekette zur Plattform geleitet. Temperaturbereich der Medien für den Dazergebrauch 10 bis 40°C. Bei Einsatz geeigneter Maßnahmen (Hitzeschild) können Temperaturen zwischen -50 bis +150°C dargestellt werden.

Die Komponenten der Hardware bestimmen für die jeweilige Messgerätefunktion die prinzipiellen Grenzen von Messbereich und -Auflösung. Die Hardware des beschriebenen Typmusters V6AC ist eine Modellvariante; andere Sensor/Aktor-Konfigurationen sind möglich.

Software - Framework für Microsoft Windows 10

Integrales Programmpaket für die Steuerung der Hardware, für eigene und vordefinierte Verfahren der Mess­daten­auswertung und Ergebnisdarstellung, Vergleiche, Ausgabe sowie zur Archivierung; ausgestattet mit einem durchgängigen Be­dien­konzept für Messung/Prüfung/Steuerung von vor- und selbst definierbaren Materialkennwerten und Steuerungsverfahren.

Die IMETER-Software besteht aus zwei Programmpacketen (Akquisition und Auswertung). Die Hardwareeigenschaften sind als Konfigurationsdaten in der Software gespiegelt. Entsprechend können völlig andere Sensoren/Aktoren zum Einsatz kommen, denn nur die einzelnen IMETER-Messprogramme (IMPros) stellen die jeweils konkrete Ablaufsteuerung - die Auswertung ist rein symbolisch und damit unabhängig von der Hardware; sie verwendet jedoch deren Spezifikationen als Rechenparameter z.B. für die Bestimmung von Messunsicherheiten.

• Software Versionen: Akqusition R7.0 (Komponenten-Management, Programmeditor, Steuerung ...) und Auswertungsprogramm R5.0 (Datenbank, Berichtsgenerator ...).
• Messverfahren: Mit Echt-Zeit-Anzeige von Messergebnissen, Resultatverläufen und aktuellen Sensormesswerten in Zahlen und Diagrammen; Funktionalität zur Unterstützung von Screenings; Handhabung verschiedenster Prüfabläufe und Aufgaben auch bei stark wech­selnden Anforderungen und mit extrem anpassungs­fähi­gen, intelligenten und interaktiven Verfahren. Verfügbare Regler­funktionen und freie Kom­po­nenten­steuerung.
• Modellierung: Messverfahren können passgenau auf die Erfordernisse der Aufgabe und die Qualifikation des Prüfers in einer komfortablen Entwicklungsumgebung modelliert werden. Dafür sind keine Program­mier­sprachenkenntnisse erforderlich. Die Neuerstel­lung/Abwandlung der Ver­fahren ist unkompliziert; automatische Anweisungsprüfung und Parametervorlage; Mess­­abläufe mit Benutzer­dialogen und Feedbackmeldungen, Ereignissteuerung, kyber­ne­ti­sche Funktionen, genau de­fi­nier­te und reproduzierende Verfahren, vollständige Rück­ver­folg­­barkeit, überzeitliche Ver­­gleich­­barkeit von Resultaten. Die Funktionsweise von Mess­pro­gramm­teilen kann in der Entwicklungs­umge­bung unmittelbar mit IMETER V6 getestet werden.
• Messkörperdatenbank: Organisierte Handhabung von (Normal-)Eigenschaften der Messkörper; Möglichkeit eigene Messkörper zu definieren; einfache Kalibrierung per Knopfdruck mit Messergebnissen von Normalf­lüssigkeiten / Artefakten – und mit Kalibrierberichten.
• Referenzdatenbank: Änder- und erweiterbare Stoffdatenbank zu Oberflächenspan­nung, Dichte, Viskosität und Festkörperdichte mit 2000 Einträgen aus der Literatur - größtenteils mit den Temperaturgängen der Kennzahlen. Erweiterbarkeit auch mit eigenen Messdaten (z.B. von Produkten und Formulierungen). Mess­ergebnisse können so temperatur-unabhängig bewertet werden, die Relation ist/soll – bei QS-Aufgaben die zentrale Frage – wird sofort geklärt (Einsparung von Tem­pe­rier­­auf­wand und -Zeit). Bei Messungen werden benötigte Daten auch auto­ma­tisch bereit­­gestellt, wie z.B. die Dichte zur Messung der Oberflächenspannung (M1) oder Normaldaten von Referenzstoffen für Kalibrier­zwecke.
• Ergebnisse: Messungen liefern ablagefertige Prüfberichte mit Ergebnis-Statistiken, Tabellen, Dia­gram­men, Angaben zur Prüfmittel­über­wachungen etc.; Korrekturen an Eingabedaten und Neuberechnungen aus den Rohdaten sind nachträglich möglich; Es wird ein Audit-Trail geführt; die Zugänglichkeit und Exportier­barkeit der Berichte und Daten ist gewährleistet, es herrscht vollständige Transparenz. (Berichte haben einen Manipulations­schutz [Authenti­fi­zierungs­code] aber sind gleichwohl im Darstellungsformular bearbeit­bar, exportier­bar nach MS-Word, speicher­bar im rtf-Format; Individuelle Einstellmöglichkeiten an Diagrammen, am Datenumfang und im Design sind vorhanden. Tabellen­daten sind MS-Excel-kompatibel); Ergebnis­verglei­che durch Overlay-Funktionen der Diagramme; Charts als Vektor­gra­fiken, wobei zusätzlich die numerischen Chart-Daten über die Zwischenablage in anderen Anwen­dungen verwendbar sind. Die Anforderungen nach GLP, GMP, FDA 21 cfr.11 etc. werden (soweit einschlägig) erfüllt. Die Daten der Messungen werden in geschützten Datenbanken gespeichert. Datenbank-Service­funktionen (Neuanlage, Reparatur/Kom­pression, automati­sches Daten­bank­­back­up) sind ebenfalls Teil des Funktionsumfangs. 

→ Rückführbarkeit(en): Die meisten Methodenmodule verwenden die Waage. Zur Bestimmung von Gewicht, Masse und Kraft wird bei IMETER V6 eine eichfähige Wägezelle mit automatischer Justiergewichtsschaltung verwendet. Sie stellt die eine Seite einer Gleichung dar, die auch jederzeit und überaus einfach mit einem externen Masse- bzw. Gewichtsnormal geprüft werden kann. Kein anderer mechanischer Sensor verfügt über ähnlich hohe Messbereiche, Auflösungen, Stabilität bei gleichzeitig unkomplizierter Überprüfbarkeit. Auf dem Eichgewicht der Wägezelle beruhend lässt sich die Werkstoffphysik praktisch nachbilden. Gebraucht wird hierfür Wasser mit seinen wohlbekannten Eigenschaften. Damit kann die Temperaturmessung für 0°C geprüft/kalibriert  werden, ebenso die Siedetemperatur bei 100°C. Mit Waage, Temperatur- und Druckmessung und Wasser kann das Volumen von Feststoffen auf das Genaueste bestimmt werden. So erhält man durch Umstellung der Gleichung eine Massverkörperung (Messkörper) für die Bestimmung der Flüssigkeitsdichte. Über die Temperaturabhängigkeit der Wasserdichte (oder einer anderen Referenz) lassen sich dann über die Wägung wiederum beliebige Temperaturwerte kalibrieren. Der Lineartisch kann mit Endmaßen geprüft/kalibriert werden. Die Genauigkeit der Längen(-vergleichs-)messung kann extreme Werte annehmen, wenn die Elastizität des Wägemechanismus' berücksichtigt wird (die IMETER V6-Waage löst 220g über die Elongation von etwa 50µm auf!). Die Sensoren sind jeder für sich sowie gegeneinander überprüfbar und die Methodenmodule gestalten die Synthese von Sensordaten und Normaleigenschaften zu materiellen Kennzahlen. Um das Thema nicht zu strapazieren, sei schließlich noch genannt, dass, um die Oberflächenspannung und Viskosität abzusichern, meist ebenfalls nur Wasser benötigt wird. Die Prüf- oder Kalibrierverfahren werden durch die unmittelbare Vorlage entsprechender Referenzdaten noch während der Messung anschaulich dargestellt. -- Gut, wenn Sie verstehen, dass das IMETER-MessSystem bedeutende Messgrößen aus sich selbst schöpfen kann und somit weitgehend autark und autonom ist.

→ Integration: Das IMETER-MessSystem bietet einen ganzheitlichen Ansatz für Haupt- und Nebenaufgaben zu Betrieb und Aufrechterhaltung des prozessgesteuerten MSR-Systems. Es verfügt über einen Reportgenerator für ausführlich dokumentierte Prüfberichte mit Diagrammen, Tabellen, Audit-Trail, Prüf­mittel­über­wachung, Laborjournalfunktionen, Ergebnis- und Referenz­ver­gleiche, LIMS-Funktionen; GLP/GMP gerechte Dokumentation, Exportfunktionen, Organisation in Datenbanken mit übersichtlichem Zugriff auf frühere Messungen und vielfältige Vergleichsmöglichkeiten der Resultate untereinander (…). Es erledigt ein Großteil der Aufgaben automatisch. Dabei ist die Bedienung auf kurze Wege optimiert; Effizienz ist zentral. Ergebnisse erscheinen in ‚Echtzeit’ und können für Steuerungs- und Reglungsfunktionen eingesetzt werden. Zeitlich können Messungen, Regelungen oder Monitoring-aufgaben praktisch unbegrenzt und ausdauernd extrem exakt ablaufen (z. B. mit „in-Process-Justierungen“).

→ Nachhaltigkeit: Konzeption, Methoden und Komponenten unterliegen – soweit man das sagen kann – keinem Modernitätsverlust. Weiter­entwicklun­gen und Erweiterungen betreffen über Elektronik, Sensoren und Softwareanteile keine ressourcenintensiven Komponenten oder gar die Hardware insgesamt. Die Methoden sind skalierbar, arbeiten oft temperatur­unabhängig und sind im Normalfall auf geringe Probenmengen getrimmt, wodurch der Energie bzw. Rohstoffverbrauch auch herabgesetzt wird. Es gibt keine Verbrauchsmaterialien und physikalische Messungen sind grundsätzlich eher zerstörungs- und abfallfrei. In Messungen wird mit IMETER eine sehr hohe Informationsdichte erreicht, die durch Eindeutigkeit und metrologisch-methodische Korrektheit überzeitliche Vergleiche ermöglicht und/bzw. Aufwendungen durch Wiederholungs- oder Vergleichsmessungen reduziert. Das IMETER MessSystem beinhaltet Funktionen zur Kalibrierung von Messkörpern anhand der Messdaten von Referenzmaterialien. Alle Möglichkeiten werden sehr weitgehend genutzt. IMETER kann in den richtigen Händen ein mächtiges Werkzeug sein, so dass es eben auch kleineren Instituten erlaubt, mit einem relativ geringen Mittelaufwand, Aufgaben zu stemmen, die wegen der Komplexität eigentlich nicht erreichbar scheinen. Es können Aufgaben automatisiert erledigt werden, von denen man schlicht nicht erwarten würde, dass für selbige je ein Automat gebaut wird. Sie könnten selbst spezifische Regelungen oder Prüfmethoden für sehr spezielle Eigenschaften entwickeln und so der vielleicht vorgezeichneten Zukunft als instrumentierter Knöpfchendrücker entgehen?

IMETER entwickelt sich schon seit einigen Jahren. So wurden die alten IMETER Baureihen V4 und V5 bei uns mit neuer Software, Elektronik und Verkabelung versehen. Indem sie weiter betrieben werden, werden die teuren Komponenten mit entsprechend verfeinerten technisch-elektronischen Möglichkeiten, der weiterentwickelten Software und unter Windows 10 weitergenutzt.  Frühere IMPros und die Messdaten bleiben somit kompatibel. Von Kunden, die ihr IMETER nicht mehr verwenden, kaufen wir es zurück.

Die Entwicklung von IMETER erfolgte und erfolgt im Bewusstsein endlicher Ressourcen. Das umgesetzte Ergebnis gemäß unseres Verstehens einer vernetzten und gefährdeten Welt ist bezüglich unseres Arbeitsfeldes  auf dieser Seite zusammengefasst. Dabei ist uns die Diskrepanz zwischen vernünftigem Betriebswirtschaften - zu dem, was wir tun und anbieten klar.