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DE1015614B - Elektrische Laengenmesseinrichtung - Google Patents

Elektrische Laengenmesseinrichtung

Info

Publication number
DE1015614B
DE1015614B DE1956P0016320 DEP0016320A DE1015614B DE 1015614 B DE1015614 B DE 1015614B DE 1956P0016320 DE1956P0016320 DE 1956P0016320 DE P0016320 A DEP0016320 A DE P0016320A DE 1015614 B DE1015614 B DE 1015614B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
temperature
measuring device
electrical
measuring
length measuring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE1956P0016320
Other languages
English (en)
Inventor
Hans-Karl Steudel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JOHANNES PERTHEN DR ING
Original Assignee
JOHANNES PERTHEN DR ING
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JOHANNES PERTHEN DR ING filed Critical JOHANNES PERTHEN DR ING
Priority to DE1956P0016320 priority Critical patent/DE1015614B/de
Publication of DE1015614B publication Critical patent/DE1015614B/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/02Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B7/06Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Description

  • Elektrische Längenmeßeinrichtung Zur Durchführung genauer Längenmessungen ist es erforderlich, diese entweder in einem klimatisierten Raum bei 200 C abzuwickeln oder die bei abweichender Temperatur gewonnenen Ergebnisse nachträglich auf 200 C umzurechnen. Dies ist kostspielig und umständlich. Andererseits müssen in zunehmendem Umfang genaue Längenmessungen, insbesondere kleinster Längenunterschiede von wenigen 1/JOOO mm, in Werkstatträumen ausgeführt werden, wo keine Möglichkeit besteht, diese auf 200 C zu beziehen. Besondere Schwierigkeiten bereiten hier Längenmeßeinrichtungen, die z. B. mit Endmaßen auf ein bestimmtes Sollmaß eingestellt werden und nun nur noch die Abweichungen von diesem Sollmaß mit Hilfe eines Feintasters bestimmen. Die zu messenden Längenunterschiede sollen auf t/sooo oder t/roooo mm genau ermittelt werden. In dieser Größenordnung liegen aber auch bereits die Längenänderungen der gesamten Meßeinrichtung, insbesondere des Meßständers und des zu prüfenden Werkstückes, unter dem Einfluß der Umgebungstemperatur, die von 200 C abweicht.
  • Es ist nun eine elektrische Induktionsmeßlehre bekannt, die aus einer Meßspule mit darin verschiebbarem Tauchkern besteht. Diese Meßspule liegt mit einer einstellbaren zweiten Spule in einer Brücke schaltung, die von einem Wechselstrom mit 50 Hz gespeist wird. Im Brückenzweig ist ein Anzeigeinstrument mit einem vorgeschalteten Gleichrichter angeordnet. Verstellungen des Tauchkernes verursachen eine Induktionsänderung der Meßspule und dadurch wiederum einen verschiedenen Ausschlag des Anzeigeinstrumentes. Um bei dieser Anordnung Änderungen der Umgebungstemperatur zu berücksichtigen, sind in Reihe mit der zweiten Spule in der Brücke Ohmsche Widerstände angeordnet, die eine Kompensation des von der Temperaturänderung herrührenden Ausschlages am Anzeigeinstrument bewirken sollen. Diese Widerstände können entweder selbst temperaturabhängig sein, oder sie sind mit Anzapfungen versehen, die zu einem Stufenschalter geführt sind. Die den Anzapfungen entsprechenden Teilwiderstände sind Temperaturänderungen von beispielsweise 20 proportional. Wenn sich die Umgebungstemperatur der Induktionsmeßlehre beispielsweise von 20 auf 26° ändert, dann wird der Stufenschalter für die Temperaturkompensation um drei Stufen weiter auf 26° gestellt.
  • Sofern nicht von den erwähnten temperaturabhängigen Widerständen Gebrauch gemacht werden kann. hat diese Einrichtung den Nachteil, daß die Berücksichtigung der Temperaturänderung nicht selbsttätig erfolgt, sondern daß der Prüfer den Stufenschalter bedienen muß. der von 2 zu 20 geeicht ist. Ein weiterer grundlegender Nachteil besteht aber in der Ver- wendung Ohmscher Widerstände zur Temperaturkompensation einer induktiven Meß lehre, da Ohmsche Widerstände in einer Wech&elstrom-Meßbrücke infolge ihres fehlenden Einflusses auf die Phasenlage unwirksam werden, wenn das induktive Meßsystem einigermaßen verlustarm aufgebaut ist. Nur in dem Sonderfall eines induktiven Meßsystems, dessen Ohmscher Widerstand sehr viel größer als der induktive Widerstand ist und bei dem im Anzeigekreis nur auf einem Seitenast der Brücke mit reiner Amplitudengleichrichtung gearbeitet wird, besteht die Möglichkeit, in gewissen Grenzen den Temperatureinfluß mit Ohmschen Widerständen zu kompensieren. Ein solcher Fall liegt bei der obenerwähnten bekannten elektrischen Induktionsmeßlehre vor. Aber auch hier ist die Einstellung der Temperaturkompensation nicht sehr einfach, da man unter Umständen zwei Kompensationsglieder einzeln auf die richtigen Werte bringen muß.
  • Diese Nachteile vermeidet die selbsttätige Kompensation der Umgebungstemperatur des im folgenden beschriebenen elektrischenLängenmeßgerätes. Siebesteht aus temperaturabhängigen, die Instrumentenanzeige berichtigenden Kompensationsgliedern, die parallel oder in Reihe zu dem elektromechanischen Wandler für die Längenmeßeinrichtung geschaltet sind und die eine Phasenverschiebung von 00, 1800 oder e;in vielfaches von 1800 bewirken, vorzugsweise in der Ausführung eines temperaturabhängigen Differentialkondensators oder eines mit kapazitiven oder induktiven Einrichtungen versehenen Bimetallstreifens. Die Abbildung zeigt eine beispielsweise Ausführung des Gegenstandes der Erfindung. Das in seiner Dicke zu messende Werkstück 1 liegt auf dem Meßtisch des Meßständers 2 unter dem elektrischen Meßtaster 3.
  • Dieser berührt mit seinem Tastbolzen 4 das Werkstück 1 und überträgt dessen Dickenunterschied auf den elektromechanischen Wandler 5, 6, 7, der zwei Induktionsspulen 6 und 7 mit einem in den Spulen verschiebbaren ferromagnetischen Kern 5 umfaßt. Durch die Verschiebung des Tastbolzens 4 und Kernes 5 nimmt die Impedanz der Spule 6 beispielsweise zu und der Spule 7 ab, was iiber die elektrische Meßeinrichtung 11 zu einer Anzeige auf dem Insrument 12 führt.
  • Diese Anzeige ist der Dickenänderung des Werkstückes 1 proportional.
  • Diese induktive Meßlehre ist nun vor allem dadurch gekennzeichnet, daß der induktive elektromechanische Wandler 5, 6, 7 möglichst verlustfrei aufgebaut ist, d. h. eine hohe Induktivität bei einem nur geringen Ohmschen Widerstand besitzt. Die Speisung erfolgt durch einen Wechselstrom höherer Frequenz, und die Arbeitsweise erfolgt auf zwei Brückenästen, d. h., der Nullpunkt des Anzeigeinstrumentes 12 entspricht dem elektrischen Nullabgleichspunkt der Brücke. Um dies zu erreichen, sind in der elektrischen Meßeinrichtung 11 die ergänzenden Brückeninduktivitäten 16 und 17, ein Generator 18 für einen Wechselstrom höherer Frequenz, ein Meßbereichsregler 20, ein Verstärker 19, eine phasenempfindliche Gleichrichterbrücke 21 und ein Phasenschieberglied 25 angeordnet. Durch die Verwendung der an sich bekannten phasenempfindlichen Gleichrichterbrücke 21 wird erreicht, daß das Anzeigeinstrument 12 nach Minus ausschlägt, wenn der Meßtaster 4 ein Untermaß feststellt bzw. wenn die Brücke 6, 7, 16, 17 durch Null geht, wodurch sich die Phasenlage des Wechselstromes, der die Gleichrichterbrücke durchfließt, umkehrt. Mit einer solchen durch die Brücke Null arbeitenden elektrischen Meßeinrichtung hat man den Vorteil, einen längeren linearen Meßbereich bzw. eine größere Empfindlichkeit zu erzielen. Bei Umschaltung auf verschiedene Meßbereiche ändert sich der Nullpunkt der Meßeinrichtung nicht, während bei Meßlellren, die nur auf einem Seitenast arbeiten, Kompensationsspannungeu zusätzlich umgeschaltet werden müssen.
  • Das wesentlich Neue bei dieser Meßeinrichtung besteht nun darin, daß in dem Gehäuse des Meßtasters 3 zu den Spulen 6 und 7 parallel geschaltet ein Differentialkondensator angeordnet ist, der aus den festen Belegen 8 und 9 und dem verstellbaren Beleg 10 besteht. Zwischen beiden Belegen befindet sich ein dielektrisches Material 26, welches seine Dielektrizitätskonstante unter dem Einfluß der Temperatur sehr stark ändert. Es wird sich also die Kapazität des Kondensators 8, 9, 10, 26 in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur wesentlich verändern, was einen ebensolchen Einfluß auf die Meßbrücke bewirkt.
  • Dies bedeutet, daß die durch die Dickenänderung des Werkstückes 1 bewirkte elektrische Meßgröße in Abhängigkeit von der Außentemperatur gebracht wird.
  • Dehnt sich also der Meßständer 2, das Werkstück 1 und der Tastbolzen 4 durch die Temperatur so aus, daß eine unrichtige Dicke des Werkstückes 1 angezeigt würde, dann wird dieses unrichtige Maß durch den temperaturempfindlichen Kondensator 8, 9, 10, 26 so verändert, daß trotzdem das Instrument 12 unverändert das richtige Maß anzeigt. Dieser ganze Vorgang wickelt sich selbsttätig ab, und es ist kein Stufenschalter durch den Prüfer auf die Umgebungstemperatur einzustellen. Gegenüber den Indtil<tionsspulen bewirkt der temperaturabhängige Kondensator ein Voreilen der Phase, die aber um 1800 versclloben ist, so daß der kompensierende Einfluß keine Phasendrehung besitzt, die auf die phasenempfindliche Gleichrichtung ohne Einfluß wäre. Die Ausbildung des temperaturabhängigen Kondensators als Difterential-Drehkondensator bringt - schließlich den erheblichen Fortschritt, daß nur durch die Verstellung des ein- zigen Beleges 10 ein positiver oder ein negativer Temperaturgang mit jedem beliebigen Zwischenwert zwischen Null und Maximum eingestellt werden kann.
  • Der Abgleichvorgang ist außerordentlich einfach, da der Beleg 10 in dem Meßtaster 3 leicht verstellt werden kann. Man bringt die in der Abbildung dargestellte Anordnung, bestehend aus einem Werkstück 1, Meßständer 2 und elektrischem Meßtaster 3, in ein Gehäuse oder einen Raum, in dem sich verschiedene Temperaturen, unter denen die Meßeinrichtung arbeiten soll, einstellen lassen. Man nimmt nun den Temperaturgang dieser Meßeinrichtung auf und verstellt dann den Kondensator 8, 9, 10, 26 so, daß in dem interessierenden Temperaturbereich auch bei veränderlicher Temperatur im Gehäuse sich die Anzeige auf dem Instrument 12 nicht ändert. Nimmt man nun die Meßeinrichtung aus dem Gehäuse heraus, so kann man sie ohne weiteres unter wechselnden Außentemperaturen benutzen. Die angezeigten Längenmaße sind dann unabhängig von der Außentemperatur und bezogen auf eine Normaltemperatur von 200 C.
  • Die Abbildung zeigt noch die Möglichkeit, mit einem Temperaturmeßfühler 14 die Umgebungstemperatur und insbesondere die Temperatur des Werkstückes 1 zu messen und dadurch die elektrische Meßeinrichtung 11 zu korrigieren und zu beeinflussen.
  • Ein weiterer Meßfühler 13 könnte auf eine geeignete Dehnungsänderungseinrichtung 15 im Meßständer 2 einwirken und diesen in Abhängigkeit von ratur verlängern oder verkürzen.
  • Auch die Ausbildung des elektromechanischen Wandlers 5, 6, 7 und des Differentialkondensators 8, 9, 10, 26 stellt nur ein Anwendungsbeispiel dar. Der elektromechanische Wandler könnte auch nach einem anderen geeigneten Prinzip, insbesondere dem kapazitiven mit Kondensatoren statt Induktivitäten aufgebaut sein, während der temperaturabhängige Kondensator dazu auch in Reihe statt parallel liegen könnte. Weiterhin kann das temperaturempfindliche Glied 8, 9, 10, 26 ebenfalls anders ausgebildet sein. Es könnte beispielsweise aus einem temperaturempfindlichen Bimetallstreifen bestehen, dessen temperaturabhängige Bewegungen über kapazitive, induktive oder sonst geeignete Mittel die im Meßtaster 3 erzeugte elektrische Meßgröße in Abhängigkeit von der Temperatur beeinflussen.
  • Die Anordnung ist hier für die Messung kleiner Längen- oder Dickenunterschiede dargestellt. Sie kann sinngemäß auch bei allen anderen Meßeinrichtungen benutzt werden, die eine mechanische Größe auf Grund einer Längenänderung messen, beispielsweise bei Kräften, Dehnungen usw.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Elektrische Längenmeßeinrichtung, bestehend aus einem Meßtaster mit einem elektromechanischen, vorzugsweise induktiven oder kapazitiven Wandler einer elektrischen Meß- und Anzeigeeinrichtung mit phasenempfindlicher Gleichrichtung und einem Nleßständer, dadurch gekennzeichnet, daß parallel oder in Reihe zu dem elektromechanischen Wandler angeordnete temperaturabhängige, eine Phasenverschiebung von 00, 1800 oder ein Vielfaches von 1800 bewirkende Glieder (8, 9, 10, 26) die Anzeige des Instrumentes (12) trotz Änderung der Umgebungstemperatur konstant halten, 2. Elektrische Längenmeßeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen unter dem Einfluß der Umgebungstemperatur seine Kapazität ändernden Kondensator (8, 9, 10, 26).
    3. Elektrische Längemneßeinriehtung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch einen auf positiven oder negativen Temperaturgang mit jedem beliebigen Zwischenwert zwischen Null und Maximum einstellbaren Differentialverstellkondensator (8, 9, 10, 26).
    4. Elektrische Längenmeßeinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturabhängige Glied aus einem Bimetall- streifen mit darauf angebrachten kapazitiven oder induktiven Einrichtungen besteht.
    5. Elektrische Längenmeßeinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß temperaturabhängige Glieder (13, 16) am Meßständer (2) oder Prüfstück (1) die elektrische Meß- und Anzeigeeinrichtung (11, 12) oder den Meßständer (2) beeinffussea.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 904 950.
DE1956P0016320 1956-05-24 1956-05-24 Elektrische Laengenmesseinrichtung Pending DE1015614B (de)

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