(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピース（８、８６、８７、９１、９３、６９）と、水素原子の形態で前記ワークピースに浸透することにより吸収され前記ワークピースを脆弱化させ得るか又は前記ワークピースの脆化を生じ得る水素の含有量と、の相互作用を特徴付けるために、前記水素の含有量を測定するための方法（１０、３０、５０、６０、６５）であって、
前記ワークピース（８、８６、８７、９１、９３、６９）に関連付けられるために構成され、前記ワークピースから放出される吸収された水素量を受容するためのアクセス開口部を備える収集要素（２９）と、
注入口（２７）と、
前記注入口（２７）と空気圧で連通するように配置された混合チャンバ（７’、３８’、５１’、６２）であって、前記収集要素（２９）が、前記測定ガスと前記ワークピースから放出される前記水素量を混合することで、前記放出される水素量（１３）が前記原子の形態から分子の形態に変化した気体混合物を形成する（２４）ために構成されている、混合チャンバと、
を備えるプローブ（７、３８、５１、６１、６６）を提供することと、
前記プローブ（７、３８、５１、６１、６６）の内側部分に固体センサ（１５）を提供することであって、前記プローブ（７、３８、５１、６１、６６）及び前記固体センサ（１５）がコンパクトなデバイスを形成するようになっている、ことと、
前記アクセス開口部を前記ワークピース（８６、８７、９１、９３、６９）に対向させて前記プローブ（３８、５１、６１、６６）を配置することであって、前記ワークピース（８６、８７、９１、９３、６９）から放出される水素量（１３）が前記アクセス開口部を通過して前記混合チャンバ（３８’、５１’、６１’、６６’）に入るようになっている、ことと、
前記注入口（２７）から前記混合チャンバ（７’、３８’、６２）を介して前記固体センサ（１５）へと向かう前記空気（２６）の流れ（Φ）を所定の流量（Ｗ）で生成することであって、前記流れによって、前記混合チャンバ（７’、３８’、５１’、６２）内で、前記空気と前記ワークピースから放出される原子の水素の量との気体混合物（２４）を分子の形態に形成し、前記気体混合物を前記固体センサ（１５）に接触させて前記注入口（２７）を介して前記混合チャンバ（７’、３８’、５１’、６２）に入れる、ことと、
前記混合チャンバ内の前記気体混合物（２４）と接触するように前記混合チャンバ（７’、３８’、６２）に空気圧で接続された前記固体センサ（１５）によって前記気体混合物（２４）の水素濃度（Ｆ）を測定し、前記気体混合物（２４）の前記水素濃度（Ｆ）に応じた測定信号（１９）を前記固体センサ（１５）によって発生させることと、
前記固体センサ（１５）に接続されたプロセッサ手段（１６）によって前記測定信号（１９）を処理することであって、前記プロセッサ手段（１６）が、前記測定信号（１９）を処理すると共に前記ワークピース（８、８６、８７、９１、９３、６９）と前記吸収された水素との前記相互作用に関連した少なくとも１つのパラメータ（１７）を計算するプログラム手段を備える、ことと、
を備える、方法。
【請求項２】
前記アクセス開口部（２９）を前記ワークピース（８６、８７、９１、９３）に対向させて前記プローブ（３８、５１、６１）を配置する前記ステップが、前記アクセス開口部（２９）を前記ワークピース（８６、８７、９１、９３）に接触させて前記プローブ（３８、５１、６１）を締結することを提供する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
プローブ（６１）を提供する前記ステップが、前記アクセス開口部（２９）に接続された第１の端部（６３’）と、前記第１の端部（６３’）の反対側の、前記混合チャンバ（６２）に空気圧で接続された第２の端部（６３’’）と、を有するスペーサダクト（６３）を提供することを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ワークピースにおいて浸透試験を実行する装置（４０）が提供され、
前記装置（４０）における水素ガス源（３１）によって、前記ワークピース（８６）の第１の面（８８）上に測定水素ガス（１３’）を発生させ、前記第１の面が、前記収集要素（２９）が配置された前記ワークピースの第２の面（８９）の反対側であり、
前記プロセッサ手段（１６）が、
前記ワークピースの水素拡散係数又は拡散率（Ｄ）、
前記ワークピース（８６）に吸収された水素の平均含有量（Ｃｍ）、
前記ワークピース（８６）に吸収された水素分布（Ｃ）、
から成る群から選択される相互作用パラメータ（１７）を計算する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記装置（４０）における前記水素ガス源（３１）が、
ある電圧（Ｖ）とされたアノード（３６）及びカソード（３７）と、
前記アノード（３６）と前記カソード（３７）との間に配置された電解液（３３）と、
を備える電解セル（３１）であり、
前記カソード（３７）が、前記ワークピース（８６）の電圧に等しい電圧に設定され、前記電解セル（３１）が、前記電解液（３３）を前記ワークピースの前記第１の面（８８）と接触した状態に維持し、
前記電圧（Ｖ）及び前記電解液（３３）が、前記第１の面（８８）上で前記測定水素ガス（１３’）の還元反応が起こるように選択される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
水素含有ガス（９２）又は水素を発生し得る流体（９２）を収容するために用いられる容器（９１）の金属壁（９１’）の水素脆化のリスクを査定するためのステップが提供され、前記ステップが、請求項１に従って求められた水素含有量Ｃと所定の脆化含有量値Ｃ＊とを比較することを備え、前記所定の脆化含有量値Ｃ＊を超えると前記壁（９１’）の水素脆化のリスクが著しく高くなる、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、別のガスとの混合物における水素濃度を求めるためのデバイスに関する。
【０００２】
このデバイスは、化学浴又は電気化学浴における表面処理中の金属ワークピース内への水素生成吸収を求めるか又は追跡するために用いることができる。
【０００３】
また、このデバイスは、例えば石油化学産業、発電所、又は水素製造／分配施設における、特に高温で用いられるコンポーネントにおいて、腐食性環境で又は水素含有ガスと接触して用いられるパイピング等の金属ワークピースにおける腐食及び水素浸透を監視するために用いることができる。
【０００４】
また、このデバイスは、溶接継ぎ手の非破壊試験を実行するために使用可能である。
【０００５】
更に、このデバイスは、特に金属のような固体材料における水素拡散率を評価するために用いることができる。
【背景技術】
【０００６】
周知のように、水素は、系統的に接触する金属ワークピースの強度を低下させる可能性がある。これは特にスチールの場合に当てはまる。実際、いくつかのプロセス環境において起こり得る水素ガスとの長期間にわたる接触によって、金属に水素が吸収されることがある。ある一定の程度を超えると、これは水素脆化を引き起こす恐れがある。例えば、金属ワークピースの処理を行うため、ガルバニック処理（galvanic treatment）、酸洗い、化学研磨、又は電解研磨等の化学的又は電気化学的な表面処理プロセスが知られている。これらのプロセスは、処理浴にＨ＋イオンとして存在する水素の還元反応によって行われる。このように、生成された水素原子が処理済みのワークピース内に留まって、脆化を起こすことがある。
【０００７】
産業用のガルバニック処理プロセスにおける水素脆化のリスクを査定するため、様々な手順が知られている。例えばASTM F519-10は、特定の手順に従って調製しなければならない膨大な数の標本に対する破壊試験を提供する。ASTM F326-96は、処理中に水素吸収パラメータを測定すること、及び、その後の脱水素処理中にその浸透性を測定することを行う。これらの手順には、コストが高すぎるという欠点がある。更に、これらは間接的であり、適切なタイミングの試験ではない。つまり、用いるサンプルは実際に処理するワークピースとは異なるものであり、更に、試験結果が利用可能となるまでに一定の時間待たなければならない。従って、結果が許容可能でない場合、すでに発送されたか又はすでに使用に供されているワークピースを回収する必要がある場合があり、これは他の欠点と共に重大な金銭的損失を招く。更に、上述の手順では、処理中にワークピースへの水素吸収を抑えるためプロセス変数のリアルタイム調節を行うことは不可能であり、プロセス効率を改善することもできない。
【０００８】
酸化物表面層を除去するために金属ワークピースの表面に酸性溶液の処理を行う処理にも、同じことが当てはまる。例えば酸洗いは通常、水素生成によって行われるが、これが水素脆化を引き起こすことがある。更に、酸性溶液は金属に対して攻撃的（aggressive）であり得る。
【０００９】
従って、ガルバニック処理において又は酸洗いのような処理において、水素吸収を常に追跡してリアルタイムデータを利用可能とし、好ましくは水素脆化を防ぐためにプロセス制御の実行を可能とするデバイスが必要とされている。
【００１０】
また、金属ワークピースのエナメル加工プロセスが、処理されたワークピースの水素吸収及び表面脆化を生じ得ることも知られている。実際、エナメルフリットを調製する場合、温度は通常８００℃から８５０℃の間にされる。こういった条件では、エナメル混合物中に存在する水が、金属ワークピースのスチールの鉄によって触媒作用で解離されることで、水素が形成され、ワークピースに吸収されてワークピース内に拡散する。この後ワークピースを冷却すると、水素は再びワークピースの表面に移動する傾向があり、ここで不浸透性のエナメル層に接触する。この層は、水素の圧力によって劣化し弱くなることがある。これはいわゆる「うろこ」欠陥（fish scale defect）である。
【００１１】
従って、そのような挙動を起こすことなく金属ワークピースにエナメル処理を実行可能であるか否かを査定するために、予備浸透試験用のデバイスが必要とされている。
【００１２】
予備浸透試験に従来用いられているデバイスはDevanathan-Stachurskiセルであり、水素発生ハーフセル及び測定ハーフセルを備えている。セルによって金属内の水素拡散率を測定することができる。２つのハーフセルを一緒に搭載しなければならないため、緊密な接続を保証しなければならないため、更に他の重要度の低い理由もあって、このデバイスは複雑である。更に、試験には相当な時間がかかる。従って、水素浸透予備試験を行うため、又は金属材料内の水素拡散率を測定するための、従来技術のデバイスよりもユーザフレンドリであり信頼性の高いデバイスが必要とされている。
【００１３】
金属ワークピース内の水素含有量を測定するため、脱着器（desorber）として知られるデバイスが用いられている。これはオーブンを備え、このオーブン中にサンプルが石英管内に収容された状態で配置される。次いで、吸収された水素を除去するためにサンプルを加熱し、オーブンをガス流内に置く。ガス流内の水素濃度を監視し、積分し、サンプルの重量と比較することで、サンプル内に含まれる水素の定量的測定値を得る。脱着器は、やや扱いにくく高価であり、運用及び保守のコストがかなり高い。更に、脱着器では破壊試験だけしか行うことができない。従って、従来の脱着器よりも安価で、運用及び保守のコストが安く、ユーザフレンドリな、金属ワークピースに取り込まれた水素の含有量を求めるためのデバイスが必要とされている。また、非破壊試験を行うためにも、このようなデバイスが必要とされている。
【００１４】
また、金属材料における腐食プロセスの少なくとも１つのステップが水素の生成によって起こることも知られている。この水素生成は、腐食強度に依存する。腐食イベントの指標として水素流量を監視するためのデバイスも知られている。これらのデバイスは電流測定センサを備え、その信頼性及び強度は満足できるものではない。
【００１５】
周知のように、例えば動力車に給電するためのエネルギベクトル／燃料として、水素はますます使用されるようになっている。特に、セルフサービスのポンプを備えた水素ガス分配施設及びネットワークが開発されている。そのような設備の安全性のため、水素ガスを搬送及び貯蔵するために用いられるダクト及びガスびんの金属に水素脆化が起こり得るか否かをリアルタイムで調べるためのデバイスが必要とされている。今日、この水素脆化のリスクを信頼性高く検出及び通知することができるデバイスは知られていない。
【００１６】
ＵＳ２００９／０２７７２４９Ａ１号は、水素含有混合物をシール要素に接触させ、このシール要素を通過する水素分子の形態の水素の量を測定することによって、シール要素の品質を判定するための方法及びデバイスについて記載している。また、分子の形態の水素を通過させるコンポーネントにおいて浸透試験を実行するために同じ技法を用いることも述べられている。この技法では、シール要素内に存在する水素の含有量を求めることができず、シール要素内の水素拡散率を求めることもできない。従って、ＵＳ２００９／０２７７２４９Ａ１号は、シール要素の脆化のリスクを査定することができないが、シール要素の密封度すなわちシール要素を通ることで失われる水素の量を査定することができる。
【００１７】
ＥＰ１１１４９９２Ａ２号においては、ワークピースの表面からの水素を収集するためのらせん状リブが設けられたキャップ形状の収集要素を用い、更に電流測定センサも用いる。
【００１８】
ＷＯ２０１１／１３１８９７Ａ１号は、腐食性流体を搬送する金属ダクトにおいて腐食率を監視するためのプロセスを記載している。これにより提供されるデバイスは、金属ダクトの壁に据え付けられた場合にダクトの壁内に浸透する水素ガスを受容するために構成されたチャンバを形成するように配置される。このプロセスは、ダクト金属の腐食率を推定するために、チャンバからの金属種を排除するための処理ステップと、チャンバに受容された水素の量を測定するステップと、を備える。この場合も、浸透した水素の測定値は浸透性を示す測定値であり、腐食によって上昇するが、ダクトの壁内に存在する水素含有量も壁内の水素拡散率も明らかにすることができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
従って、本発明の目的は、金属ワークピース又は要素（article）内の水素の存在を検出するため、及び腐食プロセス又は水素脆化のリスクが生じる可能性があるか否かを査定するためのデバイスを提供することである。
【００２０】
本発明の１つの特定の目的は、ガルバニック処理、酸洗い、化学研磨、又は電解研磨等の水素生成を伴う処理中に、金属ワークピース内に水素が存在するか否かを確定するため、及び金属ワークピースについて水素脆化による腐食割れのリスクを査定するためのデバイスを提供することである。
【００２１】
本発明の別の特定の目的は、エナメル加工プロセスのような表面処理において、水素拡散率を評価するため、及び／又は同一の金属のワークピースの挙動を予測するために、金属に対して水素浸透予備試験を実行するためのデバイスを提供することである。
【００２２】
本発明の更に別の特定の目的は、例えば動力車のための分配施設において用いられる水素ガスの搬送及び／又は処理及び／又は貯蔵用のパイピング及び容器等の機器のワークピースに水素が存在するか否かを確定するため、及び機器のワークピースについて水素関連リスクを査定するためのデバイスを提供することである。
【００２３】
また、本発明の特定の目的は、化学薬品／エネルギ製造産業において用いられるパイピング及び容器の要素における水素浸透測定によって腐食プロセスを識別するためのデバイスを提供することである。
【００２４】
本発明の特定の目的は、ワークピース内に存在する水素の含有量及び／又はワークピース内の水素拡散率を明らかにすることであり、更に、そのような含有量及び／又は拡散率を、水素脆弱化又は脆化率によるワークピースの割れのリスクと相関付けることである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
これら及び他の目的は、ワークピースと、水素原子の形態でワークピースに浸透することにより吸収されワークピースを脆弱化させ得るか又はワークピースの脆化を生じ得る水素と、の相互作用を特徴付けるために、この水素の含有量を測定するためのデバイスによって達成される。このデバイスは、
プローブであって、
ワークピースから放出される吸収された水素量を受容するために構成された収集手段と、
測定ガス、特に環境大気のための注入口と、
注入口と空気圧で連通するように配置された混合チャンバと、を備え、収集要素が、測定ガスとワークピースから放出される水素量を混合することで、ワークピースから放出される水素量が原子の形態から分子の形態に変化した気体混合物を形成するために構成されている、プローブと、
気体混合物の水素濃度を測定するように配置され、気体混合物に接触するように混合チャンバと空気圧で接続され、気体混合物の水素濃度に応じた測定信号を発生するように構成された固体センサと、
注入口から固体センサへと向かう測定ガスの流束を所定の流量で生成するために配置されたガス移送手段であって、流れによって、気体混合物が混合チャンバ内で形成されること及び固体センサに接触することを促進する、ガス移送手段と、
測定信号を受信するように固体センサに機能的に接続され、測定信号を処理するため、及び、ワークピースと吸収された水素との相互作用に関連した少なくとも１つのパラメータを計算するため、に構成されたプログラム手段を備えたプロセッサ手段と、
を備えている。
【００２６】
固体センサは、本来知られているように、水素のためにも用いられるが、環境で形成され得るガスと水素との混合物における水素濃度を測定するためだけに使用され、金属又は他の材料のワークピースに吸収されてこれらのワークピースの表面から放出される水素を測定するためではない。固体センサを用いることの利点は、電極を含まないので、有害又は有毒となり得る液体又はゲルすなわち化学物質を用いる必要がないことである。
【００２７】
ワークピースに水素原子の形態で吸収された水素の浸透プロセスは、ワークピースの内部とその周りの環境との間の吸収水素濃度勾配によって起こる。環境では、水素は分子の形態で存在し、通常は約０．５ｐｐｍの極めて低い濃度を有する。
【００２８】
別の例示的な実施形態によるデバイスにおいて、プローブの収集要素は、放出される水素量のためのアクセス開口部を備え、更に、アクセス開口部をワークピースに対向させてプローブを配置するための手段を備え、ワークピースから放出される水素量がアクセス開口部を通過して、混合チャンバに入るようになっている。このようなデバイスは、ワークピースに吸収された水素から開始して測定を実行するために有用である。
【００２９】
特に、アクセス開口部をワークピースに対向させてプローブを配置するための手段は、開口部をワークピースに接触させてプローブを締結するために構成されている。固定手段は従来の固定手段とすればよく、具体的にはねじ切り手段、フランジ手段等の機械的手段、及び溶接手段を含むことができる。これの代わりに又はこれに加えて、固定手段は磁気手段としてもよく、例えばワークピースが磁性材料によって取り付け可能である金属を含む場合、固定手段は、磁性材料で作成されたプローブの少なくとも一部を含むことができる。
【００３０】
また、本発明の目的は、ワークピースと、水素原子の形態でワークピースに吸収された水素と、の相互作用を特徴付けるために、ワークピースから放出される水素の量を測定するための方法によって達成される。この方法は、
ワークピースから放出される水素量に混合チャンバがアクセス可能であるように、ワークピースに近接して混合チャンバを配置するステップと、
測定ガス、特に環境大気の流れを、所定の流量で混合チャンバ内に取り込むステップと、
混合チャンバ内で測定ガスとワークピースから放出される水素量との混合物を形成するステップと、
混合物を固体センサへ搬送するステップと、
固体センサによって気体混合物の水素濃度を測定するステップであって、検出するステップが水素濃度に応じた測定信号を発生するステップを備える、ステップと、
測定信号を処理し、ワークピースと水素原子の形態でワークピースに吸収された水素との相互作用に関連した少なくとも１つのパラメータを計算するステップと、
を備えている。
【００３１】
この方法の適用例では、ワークピースを導入するための開口部を備えたプローブを有するデバイスを用いて、水素原子の形態でワークピースに吸収された水素の存在に伴うリスクを検出及び／又は監視することができる。これは例えば、水素含有ガスと接触させて用いられる金属ワークピースにおける水素脆化のリスクである。この場合、混合チャンバを配置するステップは、混合チャンバを壁の外面に対向させて、特にアクセス開口部を壁に接触させてアクセス開口部を配置するステップを提供する。更に、混合チャンバからガスを吸引するステップが提供され、これによって、測定ガスの流れを取り込むステップ、混合物を形成するステップ、及び混合物を搬送するステップを行う。更に、測定信号を処理するステップでは、相互作用パラメータとして、壁に吸収された水素の含有量の値Ｃを計算する。特に、制御ステップでは、ワークピース内に吸収された水素の複数の分散値を計算する。複数の分散値を計算するため、経時的に変化する測定信号から開始する有限要素法を用いることができる。
【００３２】
特に、このデバイスは、流通又は製造プロセスにおいて水素含有ガスの搬送、貯蔵、及び変換を行うために用いられるパイピング要素、液体容器（vessel）、又は他の機器等の容器の壁における水素脆化のリスクを監視するために使用可能である。
【００３３】
この方法の別の適用例では、このようなデバイスを用いて、腐食性液体の搬送、貯蔵、及び変換を行うために用いられる容器の壁の腐食を経時的に検出及び／又は監視することができる。この場合、この方法が脆化のリスクを検出及び／又は監視する場合とは異なる点は、測定信号を処理するステップにおいて、相互作用パラメータとして腐食性流体による壁の腐食率の値を計算することである。
【００３４】
容器は、パイピング要素、貯蔵用液体容器、又はプロセス機器とすればよい。周知のように、広範囲の金属材料において、腐食箇所を取り囲む環境で酸素の還元についての条件が存在しなくなるとすぐに、腐食は水素の還元反応と共に起こり、水素ガスが生成される。腐食箇所に近接した壁の金属には、このように生成された水素の一部が浸透する。従って、プローブ内で形成された気体混合物における水素濃度は、そのような容器内の腐食プロセスの、更には一般化された腐食プロセスの尺度を提供する。換言すると、腐食による影響を受けたワークピースから放出される水素の流量は、腐食率に、従って壁の重量／厚さの低減に相関付けることができ、これによって、例えば内圧又は他の負荷による破壊の可能性を予測することが可能となる。
【００３５】
例示的な実施形態において、プローブは、前記開口部が設けられた第１の端部と、この第１の端部の反対側の、混合チャンバに空気圧で接続された第２の端部と、を有するスペーサダクトを備えている。典型的に１５０℃を超える高温で動作する容器の場合、センサの動作を保証するため及び／又はその耐用寿命を短くしないために、スペーサダクトの長さは、センサの温度が所定の最高温度を超えないように選択すると有利である。
【００３６】
このように、腐食性流体を処理するため及び／又は水素を含み得るガスを処理するために用いられる容器の場合に、高温であっても、それぞれ腐食プロセス及び水素脆化のリスクを検出及び／又は監視することができる。特に、本発明のこの例示的な実施形態によるデバイスを用いて、水素脆化及び水素剥離（disbonding）、すなわち冷却ステップでの水素による内側ライニング層の分離等、水素に関連した損傷イベントを検出及び監視することができる。これは、水素化分解反応器の場合に特に有用である。
【００３７】
別の例示的な実施形態では、デバイスは、開口部を表面から所定の距離に維持しながら、予め決められた移動経路に沿ってプローブを変位させるための手段を備えている。特に、プローブを変位させるための手段は、予め決められた時間プログラムに従って又は別個の装置の移動に追従してプローブを変位させるための自動手段である。
【００３８】
この方法の更に別の適用例では、このようなデバイスを用いて、溶接ビードが形成される自動手順によって２つの金属要素を溶接している間に発生した水素ガスを測定することができる。この目的のため、デバイスは、自動溶接機器の溶接ヘッドに接続される従来の接続手段を備えることができる。開口部は溶接される金属要素からある距離だけ離れているので、開口部を介して環境から測定空気も吸引される。更に、この方法は、水素含有ガスと接触して用いられる金属ワークピースにおける脆化のリスクを検出及び／又は監視する場合とは異なる。これは、混合チャンバを配置するステップが、金属ワークピースから所定の距離で、形成している溶接ビードの前部に追従して混合チャンバを移動させるステップを備えるからである。
【００３９】
このようにして、低温割れ（cold cracking）として知られる崩壊イベントの主な原因である、溶接ビードに吸収された残留水素の含有量を、経時的に検出及び監視することができる。
【００４０】
例示的な実施形態において、デバイスは、前記ワークピースにおいて電気化学浸透試験を実行するための装置も備えている。この装置は、
サンプルの第１の面上に測定水素ガスを発生するために構成された水素ガス源であって、第１の面が、前記収集要素が配置された前記ワークピースの第２の面の反対側である、水素ガス源を備え、
プログラム手段が、
材料の拡散係数又は拡散率、
ワークピースに吸収された水素の平均含有量、
ワークピースに吸収された水素の分布、
から成る群から選択される相互作用パラメータを計算するように構成されている。
【００４１】
特に、水素ガス源は、ある動作電圧となるように配置されたアノード及びカソードと、アノードとカソードとの間に配置された電解液と、を備える水素発生電解セルであり、カソードが金属材料で作成されたサンプルの電圧に等しい電圧を有し、サンプルが電解液と接触する第１の面を有し、電圧及び電解液が、第１の面上で測定水素の還元反応が起こるように選択される。
【００４２】
このように、従来技術のデバイスに比べ、例えば上述のDevanathan-Stachurskiセルに比べて有利に浸透測定を実行するデバイスが提供される。実際、このデバイスは電解水素発生ハーフセルを１つだけ備えるが、測定電解ハーフセルを備えていない。従って、測定のために追加的な電気化学溶液は用いられない。これにより以下のことが達成される。すなわち、
サンプルには、この測定溶液に露呈されるアノード面が存在しないので、いくつかの腐食イベントが防止される。
サンプルは、浸透試験の前に不動態化を行ってはならないので、時間が節約される。
電気化学測定において必要であるような、サンプルの表面の高精度の予備処理すなわち機械的処理及び洗浄処理は必要ない。
【００４３】
拡散率を求めることに加えて、このデバイスを用いて、有限のワークピースをエナメル加工する前に、サンプルを処理することによって、金属表面上のエナメル層の強度を事前に評価するための予備試験を実行することができる。
【００４４】
例示的な実施形態では、デバイスのプローブは、ワークピースを収容するように構成された容器を備え、ワークピースから放出される水素量がこの容器内で測定ガスとの気体混合物を形成するようになっており、プロセッサ手段が、
測定ガスの流量から及び吸収された水素濃度から開始して、ワークピースから放出される水素の経時的な流量値を計算するため、及び、
相互作用に関連したパラメータとして、水素吸収パラメータ、特にワークピースに吸収された水素の平均含有量を、所定の時間期間にわたってワークピース時間から放出される水素量を時間で積分することによって計算するため、に構成されている。
【００４５】
このように、本発明は、例えばボルト要素のような機械ワークピース等の金属体のような物体からの水素の放出を測定することを可能とし、既知の脱着器よりも安価でユーザフレンドリな代替を提供する。特有の利点は、測定を実行するために窒素及びアルゴン等の工業用ガスを使用しなくても済むことである。これにより、コストが低下し、更にユーザフレンドリとなり、安全性が高まる。加えて、上述の工業用ガスの存在を考慮するために較正を必要としないので、測定をもっと短時間で実行することができる。
【００４６】
例示的な実施形態では、デバイスは、ワークピースからの水素の放出を促進するために、例えば電気加熱手段又は誘導加熱手段のようなワークピースを加熱するための手段を備えることができる。
【００４７】
特に、プロセッサ手段は、ワークピースに吸収された水素の含有量の複数の分散値を計算するために構成されている。好ましくはプロセッサ手段は、時間に応じて、測定信号から開始して複数の分散値を計算するために、有限要素法を用いるために構成されている。
【００４８】
そのようなデバイスによって、所与の温度、例えばワークピースの動作温度において、残っている水素含有量を知ることができる。
【００４９】
本発明の更に別の特定の例示的な実施形態によるデバイスは、化学浴又は電気化学浴において処理を受けている金属ワークピースに吸収された水素の含有量を測定することに適している。この処理は前記金属ワークピースの表面上での水素ガス生成により行われ、このデバイスにおいて、
プローブが、混合チャンバを画定する金属外装を有し、
プローブが、処理浴に少なくとも部分的に浸漬されるために構成され、
金属外装自体が、処理浴に露呈された外面に処理を受けるため、及び浸透水素の別の量が浸透することで浸透水素が金属外装に浸透して混合チャンバに入るように構成され、
プロセッサ手段が、吸収された水素と金属ワークピースとの相互作用に関連したパラメータとして、
前記金属ワークピースに吸収された水素の含有量、
前記処理の効率パラメータ、更に具体的には前記処理のカソード効率パラメータ、
から成る群から選択されるパラメータを計算するために構成されている。
【００５０】
特に、プロセッサ手段は、金属ワークピースに吸収された水素の含有量の複数の分散値を計算するために構成されている。好ましくはプロセッサ手段は、時間に応じて、測定信号から開始して複数の分散値を計算するために、有限要素法を用いるために構成されている。
【００５１】
有利である例示的な実施形態では、プローブが、測定ガスのための注入口と空気圧で接続された第１の端部と、測定ガスと吸収された水素との混合物のための放出口に接続された第２の端部と、を有する管状部を備え、第２の端部を介してセンサが混合チャンバに空気圧で接続されている。例えば、管状部はＵ字形に湾曲した金属チューブであり、中央部が処理浴に浸漬され、端部が処理浴の外に出ているように構成することができる。
【００５２】
この特定の例示的な実施形態によるデバイスは、電気化学浴において表面処理を受けている間に金属ワークピース上に形成された吸収された水素の含有量を間接的に測定するように構成されている。電気化学浴中で、金属ワークピースはカソード電圧又はアノード電圧である。例えばこの処理は、銀の被覆、亜鉛めっき、カドミウム被覆、クロムめっき、又は電解研磨処理等の電気化学被覆金属堆積プロセスであり得る。
【００５３】
また、この例示的な実施形態によるデバイスは、例えば酸洗い処理等又は化学研磨処理等の、表面酸化を伴う、金属ワークピースとの相互作用を起こし得る化学浴すなわち溶液内で行われる金属ワークピースの処理中に吸収された水素を測定することにも適している。
【００５４】
更に、この特定の例示的な実施形態によるデバイスは、特にガルバニック処理において、極めて短時間で非破壊的に、処理したワークピースの品質を評価することができる。実質的にリアルタイムでの水素吸収条件の学習、又はいずれにせよ従来の方法により可能であるのに比べて著しく短時間での学習によって、過剰な量の水素を吸収して含んでいるワークピースを拒絶し、おそらく出荷前に処理することができるので、最新のリコール数を減らし、更には設置後の故障を回避することが可能となる。
【００５５】
加えて、この特定の例示的な実施形態によるデバイスは、上述の処理プロセスを制御するのに有用である。換言すると、このデバイスは、起こり得る過剰な水素吸収を補正するように、処理浴の動作パラメータをリアルタイムで調節することができる。また、吸収された水素の真の含有量をリアルタイムで学習することにより、生産のコスト及び時間を低減するために処理後のワークピースの脱ガス処理を回避することができるか否かを査定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
これより、添付図面を参照して、例示的な実施形態の記載により本発明を示す。これらの実施形態は限定でなく例示的なものである。
【００５７】
【図１】本発明によるデバイスを図によって示す。
【図２】本発明によるデバイスを備えた、サンプルに電気化学水素浸透試験を実行するための装置を図によって示す。
【図３】図２のデバイスのプローブの斜視図である。
【図４】水素ガスの容器の壁に吸収された水素を監視するため、又は腐食性流体の容器の壁の腐食を追跡するためのデバイスを図によって示す。
【図５】水素ガスの容器の壁に吸収された水素を監視するため、又は腐食性流体の容器の壁の腐食を追跡するためのデバイスを図によって示す。
【図６】図４及び図５のデバイスのプローブ横断面図を示す。
【図７】高温での動作に適した、図４及び図５のデバイスに類似のデバイスを図によって示す。
【図８】高温での動作に適した、図４及び図５のデバイスに類似のデバイスを図によって示す。
【図９】自動溶接プロセスにおいて発生した水素ガスを測定するためのデバイスを図によって示す。
【図１０】本発明による一体型デバイスを示す。
【図１１】ワークピースに、特に完成したワークピースに吸収された水素の含有量を求めるためのデバイスを図によって示す。
【図１２】拡散率を求めるためのプロセスをグラフによって示す。
【図１３】ガルバニック処理中にワークピースに吸収された水素の含有量を求めるためのデバイスを図によって示す。
【図１４】好ましい例示的な実施形態において、図１３のデバイスのプローブを更に詳細に示す。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
図１を参照すると、ワークピース８とこのワークピース８に吸収された水素の含有量との相互作用を特徴付けるためにワークピース８から放出される水素量１３を測定するためのデバイス１０が示されている。このデバイスはプローブ７を備え、プローブ７は、ワークピース８の内部に吸収された水素が存在するためにワークピース８から放出される水素量１３にアクセス可能な混合チャンバ７’を含むと共に、測定ガス２６のための注入口２７が設けられている。注入口は、図示しないが例えば空気等の加圧ガスを含むガスびんのような容器に接続するのに適した環境大気吸気口又はノズルとすることができる。デバイス１０は更に、固体センサ１５と、このセンサ１５を混合チャンバ７’に空気圧で接続するための接続手段２８と、を備えている。デバイス１０は更に、測定ガスを注入口２７から固体センサ１５へ所定の流量Ｗで搬送するためのガス搬送手段１４も備えている。搬送手段によって、ワークピース８から放出される水素量１３及び測定ガス２６により混合チャンバ７内で混合物２４が形成され、接続手段２８を介して固体センサ１５に搬送される。センサ１５は、ガス混合物２４内の水素濃度Ｆを測定し、濃度Ｆに依存した測定信号１９を発生するように構成されている。
【００５９】
図１の例示的な実施形態では、ガス搬送手段はファン１４から成ることができ、好ましくはセンサ１５の下流に又はセンサ１５にアクセス可能なチャンバの下流に配置されている。別の例示的な実施形態では、ファン１４を混合チャンバ７とセンサ１５との間に位置付けることも可能である。特に図１０に示すように、プローブ及びセンサによってコンパクトなデバイスを形成して、プローブ７の内側部分にセンサ１５を配置してもよい。
【００６０】
図示しない例示的な実施形態においては、搬送手段は、ガスびんのような加圧ガス容器に関連付けられた、例えば調整弁のような流量調節手段から成ることができる。
【００６１】
また、デバイス１０は、測定信号１９を受信するように固体センサ１５に機能的に接続されたプロセッサ手段１６も備えている。プロセッサ手段１６は、ワークピース８とこの内部に吸収された水素との相互作用を特徴付けるパラメータ１７を計算するために測定信号１９を処理するように適合されている。
【００６２】
図２を参照すると、サンプル８６に電気化学浸透試験を実行するための浸透試験装置４０が示されている。デバイス４０は、測定水素ガス１３’を発生させるための水素ガス発生手段３１を備えている。図示する例示的な実施形態において、この発生手段は電解ガス発生ユニットすなわち発生セル３１から成る。発生セル３１は、使用の際に発生溶液３３を収容する容器３２と、容器３２内に配置されて発生溶液３３に浸漬された電圧発生器３５及びアノード３６を備える回路３４と、を備えている。アノード３６は発生器３５の正極に接続されている。発生器３５の負極はカソード３７に接続すればよい。サンプル８６が金属材料で作成されている場合、カソード３７はサンプル８６を含むか又はサンプル８６に接触させることができる。発生溶液３３は、予備浸透試験を実行する用途を考慮して選択すればよい。エナメル加工処理の場合、発生溶液は水素生成促進剤を含有するＨ２ＳＯ４溶液のＮａＯＨ溶液とすることができる。酸洗い処理の場合、発生溶液３３は従来の酸洗い浴とすることができる。
【００６３】
装置４０において、サンプル８６は電気的に発生セル３１のカソード３７と同一の電圧とされ、従ってサンプル８６において水素還元反応を起こすことができる。水素は水素原子の形態で材料に浸透した後、気体の水素分子１３として出ていく。
【００６４】
装置４０は更に、サンプル８６に吸収された水素の含有量を測定するための、本発明によるデバイス３０を備えている。本発明によるデバイス３０はプローブ３８を備えている。プローブは、図３に示すように実質的にベル形の要素３８とすることができ、混合チャンバ３８’を含む。混合チャンバ３８’は、サンプル８６から放出される水素量１３のためのアクセス開口部２９を備えると共に、測定ガスとしての環境大気２６のための少なくとも１つの注入口も備えている。プローブは、図示しないが、開口部２９がワークピース又はサンプル８６に対向するようにプローブ３８を配置するための手段も備えている。この場合、サンプル８６上に固定手段を設けることが好ましい。
【００６５】
デバイス３０は更に、固体センサ１５と、例えばファン１４のようなガス移送手段と、を備えている。また、混合チャンバ３８’とセンサ５１との間に空気圧接続手段２８も設けられている。特に空気圧接続手段は、図１０に示すように、プローブ３８内にセンサ筐体１５を含み、プローブ３８とセンサ１５がコンパクトなデバイスを形成することも可能である。
【００６６】
サンプル８６から放出される水素量１３は、開口部２９を通ってプローブ３８の混合チャンバ３８’に入る。混合チャンバ３８’内で、放出された水素量１３は、ファン１４により注入口２７から吸引された空気と混合されて、空気／水素の混合物２４を形成する。混合物２４は、ファン１４の吸引によってセンサ１５に到達する。センサ１５は、オンラインで分析された混合物２４の水素濃度に応じた、具体的には水素濃度に比例した電気信号１９を生成するように構成されている。センサ１５の電子機器は、信号１９を提供するためプロセッサユニット１６に電気的に接続されている。プロセッサユニット１６では、信号１９を処理して、サンプル８６における水素の拡散率Ｄ及びサンプル８６内に浸透した水素の平均濃度値を求めることができる。
【００６７】
拡散率Ｄは、従来技術で用いられる同一の周知の手順によって、Devanathan-Stachurskiセルにより求めることができる。更に詳細には、図１２を参照すると、例えば電流信号ｉ（ｔ）のような測定信号１９が電流−時間のグラフとして示されている。これは試験開始時間ｔ０で開始し、値ｉ０から上昇した後にほぼ一定の値ｉ１を維持する。この信号を開始時間ｔ０と一般的な時間（generic time）ｔとの間の時間で積分して、信号１９が値ｉ１に近付くにつれて良好に直線１８’を近似する関数１８を得る。線１８’が時間軸と交差する点は、タイムラグとして知られる時間ｔＬを示し、式Ｄ＝σ２／６ｔＬによって拡散率Ｄの計算が可能となる。ここでσはサンプルの厚さである。
【００６８】
エナメル加工予備試験においては、拡散率Ｄを計算するステップの他に、サンプル８６を通過する際の水素の持続（permanence）時間を測定するステップと、サンプル８６内の自由水素含有量ＣＬを計算するステップと、が与えられる。
【００６９】
このような算出により、エナメル加工プロセスを、ＥＮ１０２０９、ＵＮＩ９９０４、ＵＮＩ８７６３のルールに準拠させることができる。
【００７０】
サンプル８６内の浸透水素の平均含有量は、試験開始時間ｔ０から始まる所定範囲ｔ０〜ｔ１にわたって信号１９（図１２）を積分することによって求めることができる。
【００７１】
図１０を参照すると、一体型デバイス３０の例示的な実施形態が示されている。この場合、細長い本体６が、プローブ３８の混合チャンバ３８’と、混合チャンバ３８にセンサ１５を空気圧で接続するセンサ１５の筐体２８と、を含む。細長い本体６は、その端部の１つをワークピース８６に固定するための図示しない固定手段を有する。同じ端部において、細長い本体６は、ワークピース８６から放出される水素量１３を混合チャンバ３８’に取り込むための２つのアクセス開口部２９を有する。プローブ１５の筐体２８が設けられている細長い本体６の反対側の端部には、プローブ１５のための支持要素が存在する。注入口２７と筐体２８との間の空間が、放出される水素の量１３と測定空気２６との混合物２４を生成するための混合チャンバ３８’を画定する。筐体２８において、本体６は気体混合物２４のための放出口２８’’も有する。放出口２８’’は、細長い本体６と一体であるファン１４に空気圧で接続されている。
【００７２】
固体センサ１５は、例えばSinkera Technologies Inc.から入手可能なMikroKera 4L水素センサとすればよい。
【００７３】
図４から図６を参照すると、本発明の例示的な実施形態による、例えば石油化学産業において室温で腐食性流体を収容するように構成された外装部分の状態を監視するためのデバイス５０が示されている。図４は、腐食性処理液９２を収容するか、又は特に搬送するパイピング要素等の容器９１を示す。デバイス５０は、従来の手段によって、例えば容器９１の材料により可能である場合は磁気手段によって、容器９１’の金属壁９１の外面に搭載される。有利な点として、デバイス５０は電気供給接続５９’を有すると共に、好ましくは、図１の図におけるプロセッサユニット１６によって計算されたデータを出力するためのデータ接続手段５９’’を有する。更に詳細には、図５に示すように、デバイス５０は混合チャンバ５１’を含むプローブ５１を備えている。また、プローブ５１には、外装部９１に又はこれに近接して環境大気のための注入口２７が設けられ、更に、壁９１からある距離だけ離れたプローブ５１の部分に、プローブ５１及び混合チャンバ５１’を空気圧で接続するため、固体プローブ５１の筐体２８が設けられている。
【００７４】
プローブ５１は、壁９１’の外面に固定するための、例えば磁気固定手段のような図示しない手段を備えている。サンプル８６から放出される水素量１３は、開口部２９を通って混合チャンバ５１’に入る。混合チャンバ５１’内で、放出された水素量１３は、ファン１４により注入口２７を通って吸引された空気と混合され、空気／水素の混合物２４を形成する。混合物２４は、ファン１４の吸引によってセンサ１５に到達する。センサ１５は、オンラインで分析された混合物２４の水素濃度に応じた、具体的には水素濃度に比例した電気信号１９を生成するように構成されている。センサ１５の電子機器は、信号１９を提供するためプロセッサユニット１６に電気的に接続されている。プロセッサユニット１６では、信号１９を処理して、壁９１’内に浸透した水素の濃度値を得る。プローブ５１、センサ１５、ファン１４、及びプロセッサ手段１６は、容器９１の壁９１に接続するように配置されたボックス５４内に封入することができる。更に具体的には、デバイス５０は図１０に示すようなコンパクトなデバイスとすることができる。
【００７５】
この方法は、上述のように有限要素法によって水素の流量Φの測定信号１９から開始して、金属内の真の局所水素濃度Ｃを計算するステップを提供する。これの代わりに又はこれに加えて、腐食性流体による金属の腐食率を求めるステップが提供される。
【００７６】
また、図４、図５、及び図６のデバイス５０は、例えば水素含有ガス９２又は水素を発生させ得る流体９２を収容するために用いられる容器９１の金属壁９１’の水素脆化のリスク等、浸透により吸収された水素に関連するリスクを査定するため、水素浸透測定の実行においても使用可能である。更に詳細には、デバイス５０を用いて、所定の脆化含有値Ｃ＊よりも大きい水素含有量Ｃの存在を査定することができる。この所定値を超えると、例えば壁９１’の水素脆化のリスクが著しく高くなる。この場合、プロセッサ手段１６は、ガス混合物２６内の水素濃度に関連した測定信号１９から開始して、壁９１’内の水素含有量の値Ｃを計算するように構成されている。
【００７７】
図７及び図８を参照すると、本発明による、固体センサが動作することができない高温で腐食性流体を収容するように構成された容器の条件を監視するためのデバイス６０が示されている。図７は、腐食性処理液を収容する液体容器等の容器９３を示す。デバイス６０はプローブ６１を備え、プローブ６１は、固体センサ１５が配置された混合チャンバ６２を備えると共に、液体容器９３の壁９３’からある距離だけ離してセンサ１５及びプロセッサ手段１６を維持するための、この場合は管状スペーサであるスペーサ６３も備えている。スペーサ６３は、第１の端部が壁９３’の外面に対向し、第１の端部の反対側の第２の端部が混合チャンバ６２に空気圧で接続されている。管状スペーサ６３の長さＬは、固体センサが動作することができる混合チャンバ６２の温度を保証するように適合されている。混合チャンバ６２、センサ１５、ファン１４、及びプロセッサ手段１６は、ボックス５４内に封入することができる。更に具体的には、デバイス６０は図１０に示すようなコンパクトなデバイスとすることができる。
【００７８】
図８の例示的な実施形態において、測定部６０は、図４から図６のデバイス５０と同じ構造を備えることができる。換言すると、デバイス６０がデバイス５０と異なるのは管状スペーサ６３のみとすることができる。
【００７９】
処理ステップは、デバイス５０を参照して説明したものと同様である。また、処理ステップは、
これを超えると反応装置の壁からの分離（剥離）が起こり得る臨界濃度を計算するステップと、
ＨＥについての臨界濃度を計算するステップと、
水素攻撃のリスク度を計算するステップと、
を備えることができる。
【００８０】
また、図７及び図８のデバイス６０は、水素ガス又は水素ガスを発生させ得る流体を含む高温のガスを収容するために用いられる容器９３の金属壁９３’の水素脆化等のリスクを査定するため、水素浸透測定の実行においても使用可能である。更に詳細には、デバイス６０を用いて、所定の脆化含有値Ｃ＊よりも大きい水素含有量Ｃの存在を検出することができる。この所定値を超えると、例えば壁９３’の水素脆化のリスクが著しく高くなる。この場合、プロセッサ手段１６は、ガス混合物２６内の水素濃度に関連した測定信号１９から開始して、壁９３内の水素含有量の値Ｃを計算するように構成されている。
【００８１】
図９を参照すると、自動手順により２つの金属要素６７’、６７’’を溶接ライン６８に沿って相互に溶接して溶接ビード６９を生成している間に発生した水素ガスを測定するためのデバイス６５が示されている。デバイス６５はプローブ６６を備え、このプローブ６６は、図示しない自動溶接機器の溶接ヘッドに接続される接続手段を有利に備えることができるか、又は、溶接ヘッドと同期して混合チャンバ６６を変位させるための手段に関連付けることができる。プローブ６６は、溶接中に発生する水素と共に環境大気２６を吸引してプローブ６６の混合チャンバ６６’内で空気／水素の混合物２４を形成するために、金属要素６７’、６７’’からある距離、好ましくは約数ミリメートルの距離に配置されている。混合物２４はセンサ１５に搬送され、前述のデバイスにおいてと同様に処理される。
【００８２】
また、デバイス６５のプロセッサ手段１６は、溶接手順中に水素が発生することによる低温割れのリスク度を計算するステップを実行するように構成されている。
【００８３】
図１１を参照すると、特にボルト要素のような機械ワークピース９４等のワークピースに保持される水素の含有量を求めるためのデバイス７０が示されている。デバイス７０は、ワークピース９４を受容するように配置された、この例示的な実施形態では「Ｕ」字形のチューブ７２である容器７２を含むプローブ７１を備えている。「Ｕ」字形のチューブ７２は、２つの端部７３’及び７３’’を有し、端部７３’に近接した環境大気のための注入口２７と、固体センサ１５に対する空気圧接続を形成する接続端部７３’’に近接した放出口２８と、を有する。固体センサは、吸引ファン１４と共に管状支持体７７に搭載されている。
【００８４】
例示的な実施形態において、デバイス７０は、ワークピース９４を加熱するための、例えば従来の電気加熱手段又は誘導加熱手段のような図示しない手段を備えることができる。
【００８５】
周囲の測定空気流２６のため、更におそらくは加熱ステップのため、サンプル９４は、以前の処理中に形成された水素１３をガスとして放出する。水素ガス１３及び注入口２７から吸引された測定空気２６は、空気及び水素の気体の混合物２４を形成する。ガス混合物２４は、ファン１４の吸引により、空気圧接続手段２８を介してセンサ１５に到達する。センサ１５は、オンラインで分析された混合物２４の水素濃度に応じた、具体的には水素濃度に比例した、従って、試験条件においてワークピース９４が後に放出する水素量１３に応じた電気信号１９を生成するように構成されている。信号１９は、前述の例を参照して説明したように処理される。
【００８６】
この場合、プロセッサ手段１６は、例えば容積移送式ファンのようなガス移送手段の特徴から既知である測定ガス２６の流量Ｗから開始して、また、センサ１５により決定されるガス混合物２４の水素濃度Ｆから開始して、経時的に水素流量値Φを計算するように構成されている。また、プロセッサ手段１６は、所定の時間期間にわたってガス混合物２４に含まれる前記水素流量を積分することで、特にワークピース９４に吸収された水素の平均含有量Ｃｍを計算するように構成されている。
【００８７】
図１３を参照すると、例えばガルバニック処理浴のような電気化学浴で処理されている間のワークピース内の水素含有量を求めるためのデバイス２０が示されている。ガルバニック処理デバイスは、概略的に、ガルバニック処理溶液又は浴８１を収容するように配置された処理タンク８０と、電気回路８２と、電気回路８２に沿って配置された電圧発生器８３と、使用時にタンク８０内に収容された処理溶液８１内に浸漬されるカソード要素８４’及びアノード要素８４’’と、を備えている。ガルバニック処理により処理されるワークピース８５は、タンク８０内に配置され、処理溶液８１に浸漬されている。
【００８８】
デバイス２０はプローブ２１を備えている。プローブ２１は、いずれかの金属材料で作成すればよく、処理されるワークピース８５と必ずしも同一の材料でない。これは、水素還元条件が浴条件に依存するからである。使用時に、プローブ２１の外面をタンク８０内に収容された溶液８１に部分的に浸漬して、プローブをカソード要素８４’に電気的に接続する。例示的な実施形態では、図示するようにプローブ２１はＵ字形チューブから成る。チューブの一端２１’が浴８１から出て、例えば環境大気吸気口のような測定ガス吸気口に接続することができるならば、他の形状も可能である。この代わりに、プローブ２１は図示しないコイル状要素から成る場合もある。「Ｕ」字形チューブ２１の一端２１’’は、ダクト２２を介して固体センサ１５に接続されている。
【００８９】
ガルバニック処理の間、プローブ２１の外面上及びワークピース８５の外面上の双方で、いくらかの水素ガス１３が形成される。プローブ２１において、水素１３は「Ｕ」字形チューブ２１内に浸透し、ここで、ファン１４により端部２１’を介して吸引された測定空気２６と混合されることで、空気／水素の混合物２４が形成される。混合物２４は、ファン１４の吸引によってセンサ１５に到達する。センサ１５は、オンラインで分析された混合物２４の水素濃度に応じた、具体的には水素濃度に比例した電気測定信号１９を生成するように構成されている。センサ１５の電子機器は、信号１９を提供するためプロセッサユニット１６に電気的に接続されている。
【００９０】
プロセッサユニット１６では、信号１９を処理して、吸収された水素とプローブ２１との相互作用、従って吸収された水素とワークピース８５との相互作用を記述する少なくとも１つのパラメータ１７を取得する。具体的には、プロセッサユニット１６は、ワークピース８５における残留水素含有量Ｃのプロファイルの値を計算するように構成され、これを臨界含有量と称する含有量の最大値Ｃ＊と比較することができる。この値を超えると、水素脆化のリスクが許容できないレベルとなる。プロセッサユニット１６は、この比較を自動的に行うように構成することができ、更に、デジタル又はアナログの表示手段のような従来の表示手段及び／又は光及び／又は音によるアラーム手段によって、その結果をオペレータに通知するように構成することができる。
【００９１】
経時的な含有量Ｃのプロファイルの値、すなわち時間に対するワークピース８５内の残留水素濃度のグラフを作成するため、プロセッサユニット１６は、有限要素法を実行するように構成することができる。
【００９２】
換言すると、金属における水素の拡散係数Ｄ、臨界含有量Ｃ＊、並びに表面積Ｃ及び厚さＴ等のワークピースの特徴を知ることで、プローブ２１の表面を介した水素１３の流量Φを測定することができる。従って、金属に吸収された水素の含有量Ｃも計算することができる。特に、拡散係数Ｄは流量Φから計算することができる。ＣをＣ＊と比較することで、ワークピースの水素脆化のリスクを査定することができる。
【００９３】
プロセッサユニット１６は更に、プロセスのカソード効率パラメータηＣを計算するように構成することができる。加えて、プロセッサユニット１６は、制御プロセスユニットによって受信可能な形態の制御信号を生成するように構成することも可能である。
【００９４】
また、デバイス２０は、化学浴で酸洗い処理等の処理が行われているワークピースの水素脆化のリスクを査定するために使用可能である。この浴のためのこのデバイスの構成は図１４から得ることができる。図１４では、要素８２、８３、８４’、８４’’備える電気デバイスを省略している。
【００９５】
プローブ２１は、使い捨てプローブであると好ましい。これは、処理及び測定の間にガルバニック処理浴８１に特有のコーティングで覆われるからである。従って、デバイス２０は好ましくは、プローブ２１の交換を支援するように、すなわちプローブ２１をタンク８０から取り外すと共にタンク８０内に位置決めするように生成されている。
【００９６】
水素浸透を測定するためのデバイスに適用される、本発明に従ったデバイスの具体的で例示的な実施形態及びその使用形態の前述の記載は、概念的な観点から本発明を完全に開示するので、他の人も、これと連続した知識（stream knowledge）を適用することで、更に研究することも本発明から分かれることもなくこれらの具体的で例示的な実施形態を様々な用途に変更及び／又は適合させることができる。従って、そのような適合及び変更は、具体的な実施形態と同等のものと見なす必要があることが意図される。本明細書に記載した異なる機能を実現するための手段及び材料は、この理由のために本発明の分野から逸脱することなく異なる性質を有し得る。本明細書において用いた表現及び専門用語は、限定でなく記載の目的のためのものであることは理解されよう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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