DE102009017166A1

DE102009017166A1 - System for capacitive measurement of inner diameter of electrically conductive materials of center borehole in e.g. air bearings, has supply line establishing connection, where length of line is lesser than hundred times length of electrode

Info

Publication number: DE102009017166A1
Application number: DE102009017166A
Authority: DE
Inventors: Gunther Roeder
Original assignee: Individual
Current assignee: ROEDER, GUNTHER, DIPL.-ING., 65626 FACHINGEN, DE
Priority date: 2009-04-09
Filing date: 2009-04-09
Publication date: 2010-10-14

Abstract

The system has a capacitance measuring circuit measuring capacitance between a measuring electrode (2) of a measuring head (1) and inside diameter of a center borehole (19). A supply line (19) establishes a connection between the measuring electrode and the capacitance measuring circuit. A part of length of the supply line from a ground potential of the capacitance measuring circuit and/or constant electric potential and/or a shield potential is surrounded on a part of a circumference of the supply line. Length of the supply line is lesser than hundred times an axial length of the electrode. An independent claim is also included for a method for measuring inner diameter of an electrically conductive material.

Description

Diese Erfindung betrifft ein Messsystem zur berührungslosen, kapazitiven Vermessung von Innendurchmessern in elektrisch leitfähigen Werkstoffen.These The invention relates to a measuring system for non-contact, Capacitive measurement of inside diameters in electrically conductive Materials.

Es gibt diverse Messaufgaben, bei denen Innendurchmesser genau vermessen werden müssen, beispielsweise die Bohrungen von Luftlagern, Hydraulik- und Pneumatikzylindern, Pumpenteile, Drosselstellen und dergleichen. Nach dem Stand der Technik sind dazu diverse mechanische, optische, induktive und pneumatische Verfahren bekannt, die teilweise berührungslos arbeiten.It There are various measuring tasks in which the inside diameter is precisely measured must be, for example, the holes of air bearings, Hydraulic and pneumatic cylinders, pump parts, throttle bodies and like. According to the prior art are various mechanical, optical, inductive and pneumatic methods are known, some work without contact.

Es sind auch kapazitive Verfahren zur Vermessung von Innendurchmessern bekannt. Bei kapazitive Messverfahren für Innendurchmesser wird ein Messkopf mit wenigstens eine Messelektrode in den Innendurchmesser eingebracht. Zwischen der Messelektrode und dem Innendurchmesser bildet sich eine elektrische Kapazität. Die Größe der Kapazität hängt vom Innendurchmesser ab. Dadurch kann der Durchmesser aus dem Messergebnis einer Kapazitätenmessung errechnet werden.It are also capacitive methods for measuring inside diameters known. For capacitive measuring methods for inner diameter becomes a measuring head with at least one measuring electrode in the inner diameter brought in. Between the measuring electrode and the inner diameter an electrical capacity is formed. The size the capacity depends on the inside diameter. Thereby the diameter can be taken from the measurement result of a capacitance measurement be calculated.

Anfang des Jahres 2008 wurde von der Firma Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG ein kapazitiver Messmolch zur kontinuierlichen Vermessung von Bohrungen vorgestellt. Dieser Messmolch arbeitet mit mehreren, über den Umfang des Sensorkörpers verteilten Messelektroden.Beginning of the year 2008 was a capacitive by the company Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG Measuring pig presented for continuous measurement of drilling. This measuring pig works with several, over the circumference of the sensor body distributed measuring electrodes.

Des weiteren ist die deutsche Patentanmeldung DE 197 42 016 bekannt. Der Messkopf weist eine geschlossene, ringförmige Messelektrode auf. Die vorliegende Erfindung stellt eine Weiterentwicklung dieser Patentanmeldung dar. In der Praxis zeigt sich an der DE 197 42 016 der Nachteil, dass die Messgenauigkeit sehr schlecht ist. Der Grund dafür ist, dass die Art der Berechnung des Messergebnisses den physikalischen Gegebenheiten nicht ausreichend entspricht. Insbesondere werden parasitäre Kapazitäten, die im Messergebnis vorhanden sind, vernachlässigt. Im allgemeinen werden die relevanten parasitären Kapazitäten gleichzeitig mit der Messkapazität von der Messschaltung gemessen und stellen sich daher als additive Größe im Messergebnis dar, die nicht vom Messeffekt abhängt. Diese verfälscht die Messung, wenn sie nicht berücksichtigt ist. Zu dem „verbraucht” sie einen Teil des Messbereiches, sodass für den durch die Messung veränderlichen Teil des Messbereiches eine geringere Auflösung verbleibt, da dieser Teil nur noch in eine geringere Anzahl von Inkrementen unterteilt werden kann.Furthermore, the German patent application DE 197 42 016 known. The measuring head has a closed, annular measuring electrode. The present invention is a further development of this patent application. In practice, shows at the DE 197 42 016 the disadvantage that the measurement accuracy is very bad. The reason for this is that the way of calculating the measurement result does not sufficiently correspond to the physical conditions. In particular, parasitic capacitances that are present in the measurement result are neglected. In general, the relevant parasitic capacitances are measured simultaneously with the measuring capacity of the measuring circuit and therefore represent an additive variable in the measurement result, which does not depend on the measuring effect. This falsifies the measurement if it is not taken into account. In addition, it "consumes" part of the measuring range, so that a lower resolution remains for the part of the measuring range that can be changed by the measurement, since this part can only be subdivided into a smaller number of increments.

Die parasitären Kapazitäten bilden sich zwischen einer Zuleitung, die das Messsignal führt, und anderen elektrischen Potenzialen aus, zu denen elektrische Feldlinien von der Zuleitung aus führen. Diese sind die Potenziale auf elektrisch leitfähigen Bauteilen, Kabeln usw., die die Zuleitung in mehr oder weniger großem Abstand umgeben. Es werden auf diese Weise parasitäre Kapazitäten als Kondensatoren gebildet, deren eine Elektrode Bauteile sind, auf denen das Messsignal anliegt. Die zweiten Elektroden, die die parasitären Kapazitäten mit dem Messsignal bilden, können ein konstantes Potenzial haben, was zu dem oben beschriebenen additiven Effekt führt. Sie können jedoch auch ein veränderliches Potenzial haben, das über den Kondensator Störungen in das Messsignal einkoppelt. Auf diese Weise kann die Messung erheblich gestört werden.The parasitic capacitances form between one Supply line, which carries the measuring signal, and other electrical Potential, to which electric field lines from the supply line To run. These are the potentials on electrically conductive ones Components, cables, etc., which the supply line in more or less large distance surround. It will be parasitic capacities in this way formed as capacitors, one electrode of which are components, on which the measuring signal is applied. The second electrodes, which are the form parasitic capacitances with the measurement signal, can have a constant potential, leading to the above described additive effect leads. You can, however also have a variable potential that over the capacitor introduces interference into the measurement signal. In this way, the measurement can be significantly disturbed.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, über die parasitären Kapazitäten eingekoppelte Störungen zu unterdrücken. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es auch, die Wirkung der parasitären Kapazitäten auf das Messergebnis oder die parasitären Kapazitäten selbst zu unterdrücken, um eine genauere Messung zu ermöglichen.task The present invention is therefore, over the parasitic Capacity to suppress injected interference. Object of the present invention is also the effect of parasitic capacities on the measurement result or to suppress the parasitic capacitances themselves, to allow a more accurate measurement.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Messsystem gelöst, das einen Messkopf mit einer Messelektrode und eine Kapazitätsmessschaltung, wobei die Kapazitätsmessschaltung die Kapazität zwischen der Messelektrode und dem Innendurchmesser misst, und eine Zuleitung, die eine Verbindung zwischen der Messelektrode und der Kapazitätsmessschaltung herstellt, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Länge der Zuleitung von einem Massepotenzial der Kapazitätsmessschaltung und/oder von einem anderen zumindest weitgehend konstanten elektrischen Potenzial und/oder von einem Schutzschirmpotenzial, das im wesentlichen denselben Potenzialverlauf wie das Potenzial der Messelektrode aufweist, wenigstens auf einem Teil des Umfangs der Zuleitung umgeben ist, und/oder die Länge der Zuleitung weniger als das hundertfache der axialen Länge der Messelektrode beträgt.To According to the invention, the object is achieved by a measuring system, a measuring head with a measuring electrode and a capacitance measuring circuit, wherein the capacity measuring circuit is the capacity between the measuring electrode and the inner diameter measures, and a Supply line, which is a connection between the measuring electrode and the Capacitance measuring circuit, comprising, characterized that at least a part of the length of the supply of a Ground potential of the capacitance measuring circuit and / or of a other at least largely constant electrical potential and / or from a protective shield potential that has essentially the same potential course as the potential of the measuring electrode, at least on one Part of the circumference of the supply line is surrounded, and / or the length the supply line less than a hundred times the axial length the measuring electrode is.

Durch diese Merkmale lassen sich parasitäre Kapazitäten entlang der Zuleitung unterdrücken, beziehungsweise durch kurze Ausführung der Zuleitung verkleinern, sodass die Messgenauigkeit gesteigert wird. Durch dieselben Maßnahmen wird gleichzeitig der Einfluss von externen Störungen auf das Messsystem verringert.By these features can be parasitic capacities suppress along the supply line, or by reduce short version of the supply line so that the Measurement accuracy is increased. By the same measures At the same time the influence of external disturbances arises the measuring system is reduced.

Durch das Umgeben der Zuleitung mit einem konstanten Potenzial werden Störungen unterdrückt, die sonst auf das Messsignal einwirken könnten. Die parasitären Kapazitäten sind dadurch im wesentlichen konstant und können in dadurch Fall, wie unten in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gezeigt wird, auch rechnerisch unterdrückt werden. Im Vergleich zu einer ungeschützten Zuleitung, in der erratische Störungen auftreten, zeigt diese Lösung eine bessere Messgenauigkeit. In der Praxis ist eine geeignete Maßnahme die Führung Messsignals in der Seele eines Koaxialkabels, wobei auf den Schirm ein in Bezug auf das Potential der Wand des Innendurchmessers konstantes Potenzial gelegt wird. Dies kann beispielsweise ein Erdpotenzial, und/oder ein Potential einer Versorgung des Messsystems, insbesondere der Kapazitätsmessschaltung mit Gleichspannung und/oder ein Massepotenzial der Kapazitätsmessschaltung sein.By surrounding the supply line with a constant potential Suppresses interference that otherwise affects the measurement signal could act. The parasitic capacities are thus substantially constant and can be characterized in Case, as below in a further embodiment of the invention is also shown to be suppressed mathematically. Compared to an unprotected feeder, in the erratic disturbances occur, this solution shows a better measurement accuracy. In practice, a suitable measure is the guide Measuring signal in the soul of a coaxial cable, taking on the screen a constant with respect to the potential of the wall of the inner diameter Potential is laid. This can be, for example, a ground potential, and / or a potential of supplying the measuring system, in particular the capacitance measuring circuit with DC voltage and / or be a ground potential of the capacitance measuring circuit.

Durch das Umgeben der Zuleitung mit einem Schutzschirmpotenzial, das denselben Potenzialverlauf wie das Potenzial der Messelektrode aufweist, werden parasitäre Kapazitäten unterdrückt. Die Potenziale sind auf beiden Elektroden gleich. wodurch die parasitären Kapazitäten nicht aufgeladen oder entladen werden. Dadurch sind sie unwirksam. Selbst wenn aus technischen Gründen keine exakt gleichen, sondern nur näherungsweise gleiche Potentiale erreicht werden können, werden die parasitären Kapazitäten doch erheblich unterdrückt. Technisch lässt sich dies vorteilhaft durch ein Koaxialkabel realisieren, wobei auf die Seele das Messsignal und auf den Schirm das Schutzschirmsignal gelegt wird. Noch vorteilhafter ist die Verwendung eines Triaxialkabels, wobei auf die Seele das Messsignal, auf den inneren Mantel das Schutzschirmsignal und zusätzlich auf den äußeren Mantel Massepotenzial gelegt wird. Das Massepotenzial schützt den Schutzschirm vor äußeren elektrischen Störungen, wodurch die Gleichheit von Messsignal und Schutzschirmsignal verbessert wird.By surrounding the supply line with a shield potential, the same Potential course as the potential of the measuring electrode has, be parasitic capacitances suppressed. The Potentials are the same on both electrodes. causing the parasitic Capacities can not be charged or discharged. Thereby they are ineffective. Even if for technical reasons none exactly the same, but only approximately the same Potentials can be achieved, the parasitic Capacities are significantly suppressed. Technically this can be realized advantageously by a coaxial cable, where on the soul the measuring signal and on the screen the shield signal is placed. Even more advantageous is the use of a triaxial cable, whereby on the soul the measuring signal, on the inner mantle the protective screen signal and in addition to the outer jacket Ground potential is laid. The ground potential protects the protective screen against external electrical disturbances, whereby the equality of measuring signal and protective screen signal improves becomes.

Bevorzugt wird wenigstens die Hälfte und noch bevorzugter die vollständige Länge der Zuleitung mit einem der genannten Potenziale umgeben. Vorzugsweise wird die Zuleitung an den umgebenen Abschnitten ihrer Länge am Umfang vollständig umgeben. Dies maximiert die Unterdrückung von Störeinflüssen und von parasitären Kapazitäten.Prefers is at least half, and more preferably the full Length of the supply line with one of the mentioned potentials surround. Preferably, the supply line to the surrounding sections of their Length completely surrounded by the circumference. This maximizes the suppression of disturbing influences and of parasitic capacities.

Ein weiterer Vorteil kann erreicht werden, wenn die Zuleitung insgesamt sehr kurz gehalten wird. Ein Vergleichsmaß für den Einfluss der parasitären Einflüsse der Zuleitung ist die axiale Länge der Messelektrode. Je kürzer diese ist, desto kleiner ist die Kapazität zwischen der Messelektrode und dem Innendurchmesser, sodass dementsprechend auch die Zuleitung kürzer sein muss, um die störenden parasitären Kapazitäten auf ein erträgliches Maß zu begrenzen. Im allgemeinen hat die Messelektrode einen größeren Durchmesser und als die Zuleitung, z. B. um den Faktor 25, 50 oder 100, was in etwa einen Faktor darstellt, um den die Kapazität größer ist, wenn die Länge der Zuleitung und die axiale Länge der Messelektrode gleich sind. Damit die parasitären Kapazitäten nicht mehr als die Hälfte der Gesamtkapazität ausmachen, kann die längere Zuleitung entsprechend auf ein Fünfundzwanzigstel, ein Fünfzigstel. oder ein Hundertstel der axialen Länge der Messelektrode begrenzt werden. Wenn ein geeignetes Schutzschirmpotenzial zur Verfügung steht und die Zuleitung ausreichend damit umgeben ist, kann die Länge der Zuleitung das Hundertfache der axialen Länge der Messelektrode auch deutlich überschreiten.One Another advantage can be achieved if the supply line as a whole is kept very short. A comparative measure for the influence of the parasitic influences of the supply line is the axial length of the measuring electrode. The shorter this is, the smaller the capacity between the Measuring electrode and the inner diameter, so accordingly the supply line must be shorter to the disturbing parasitic capacities to a bearable Limit the size. In general, the measuring electrode has a larger diameter than the supply line, z. By a factor of 25, 50 or 100, which is approximately a factor, around which the capacity is greater, though the length of the supply line and the axial length of the Measuring electrode are the same. Thus the parasitic capacities not more than half of the total capacity can make up the longer supply line accordingly a twenty-fifth, a fiftieth. or one hundredth of the axial length of the measuring electrode limited become. If a suitable shielding potential is available stands and the supply line is sufficiently surrounded, the Length of the feed line is one hundred times the axial length also significantly exceed the measuring electrode.

Der Begriff Zuleitung bedeutet hier ein Mittel für die Übertragung von elektrischen Signalen von einer für Kapazitätsänderungen empfindlichen Stelle an der Kapazitätsmessschaltung bis zur Messelektrode. Die empfindliche Stelle an der Kapazitätsmessschaltung kann auf einer Platine an einem empfindlichen Bauteil, oder an einem elektrischen Knoten angeordnet sein, wenn die Kapazitätsmessschaltung auf einer Platine aufgebaut ist, oder kann an einem Bauteil oder einem elektrischen Knoten eines als Hardware beliebig aufgebauten elektrischen Netzwerks angeordnet sein.Of the Term supply here means a means of transmission of electrical signals from one for capacity changes sensitive point on the capacitance measurement circuit until to the measuring electrode. The sensitive spot on the capacitance measuring circuit Can on a board on a sensitive component, or on a be arranged electrical node when the capacitance measuring circuit is built on a board, or can be attached to a component or an electrical node of an arbitrarily constructed as hardware be arranged electrical network.

In einer weiteren Ausführungsform weist der Messkopf eine elektrisch leitfähige, elektrisch zusammenhängende Messelektrode auf, die im wesentlichen ringförmig ist.In In another embodiment, the measuring head has a electrically conductive, electrically connected Measuring electrode, which is substantially annular.

Die Verwendung einer einzigen leitfähigen, elektrisch zusammenhängenden Messelektrode ermöglicht eine einfache Bauweise des Messkopfes. Außerdem ermöglicht die im wesentlichen ringförmigen Messelektrode, dass das innere dieser Elektrode durch den Faraday'schen Effekt potenzialfrei bleibt. Geometrie und elektrische Potenziale im Inneren des Rings haben daher keinen Einfluss auf die Messung. Der Ring muss nicht geschlossen sein, sondern kann auch aus mehreren Ringabschnitten bestehen, die elektrisch leitfähig miteinander verbunden sind. Die Messfläche kann auch aus einem offenen Ring bestehen, zum Beispiel aus einem Ring mit einem durchgehenden Schlitz. Der axiale Abschluss des Rings ist vorteilhaft kreisförmig. Er kann jedoch auch andere Formen haben.The Use of a single conductive, electrically connected Measuring electrode allows a simple construction of the measuring head. In addition, the substantially annular allows Measuring electrode that the inside of this electrode through the Faraday's Effect remains potential-free. Geometry and electrical potentials inside the ring therefore have no influence on the measurement. The ring does not have to be closed, but can also consist of several Ring sections exist that are electrically conductive with each other are connected. The measuring surface can also be made from an open Ring consist, for example, of a ring with a continuous one Slot. The axial termination of the ring is advantageously circular. But he can also have other forms.

In einer Ausführungsform des Messsystems mit wenigstens einer ersten Schutzschirmelektrode, die axial neben der Messelektrode in der Richtung angeordnet ist, die der Befestigungsseite des Messkopfes gegenüberliegt, weist die erste Schutzschirmelektrode im Betrieb im Wesentlichen dasselbe elektrische Potential wie die Messelektrode auf.In one embodiment of the measuring system with at least one first shielding electrode, the is arranged axially adjacent to the measuring electrode in the direction opposite to the mounting side of the measuring head, the first shield electrode in operation has substantially the same electrical potential as the measuring electrode.

Diese erste Schutzschirmelektrode ist erforderlich, um den kapazitiven Einfluss zum Beispiel des Endes einer Sacklochbohrung auf die Messelektrode zu unterdrücken. Mit Vorteil ist sie über eine Zuleitung an die Messeelektronik angeschlossen, die Zuleitung zu der Messelektrode umgibt. Der Vorteil liegt darin, dass diese vor äußeren Einflüssen geschützt wird und gleichzeitig die parasitären Kapazitäten unterdrückt werden. Die Schutzschirmelektrode wird vorteilhaft an einen Schutzschirmtreiber angeschlossen, der das Messsignal mit dem Verstärkungsfaktor 1 verstärkt dadurch eine Entkopplung des Schutzschirmsignals von dem Messsignal bewirkt. Vorteilhaft kann ein Elektrometerverstärker als Schaltungstyp für Schutzschirmtreiber eingesetzt werden. Dadurch dass die Schutzschirmelektrode auf das gleiche Potenzial wie die Messelektrode getrieben wird, werden die Randeffekte von der Messelektrode auf den Rand der Schutzschirmelektrode verschoben, sodass die Messelektrode ein weitgehend homogenes Feld umgibt.These first protective shield electrode is required to the capacitive Influence, for example, the end of a blind hole on the measuring electrode to suppress. With advantage it is over one Supply cable connected to the measuring electronics, the supply cable too surrounds the measuring electrode. The advantage is that these are external Protected influences and at the same time the parasitic capacitances are suppressed. The Protective screen electrode is advantageous to a protective screen driver connected, the measuring signal with the gain 1 thereby amplifies a decoupling of the protective screen signal caused by the measurement signal. Advantageously, an electrometer amplifier used as a circuit type for protective screen drivers. Allowing the shield electrode to the same potential As the measuring electrode is driven, the edge effects of the measuring electrode is moved to the edge of the protective shield electrode, so that the measuring electrode surrounds a largely homogeneous field.

In einer Ausführungsform des Messsystems mit wenigstens einer zweiten Schutzschirmelektrode, die axial neben der Messelektrode in der Richtung der Befestigungsseite des Messkopfes angeordnet ist, stellt die zweite Schutzschirmelektrode die wesentliche mechanische Verbindung zwischen einer Befestigungsstelle des Messkopfes und der Messelektrode dar.In an embodiment of the measuring system with at least one second protective shield electrode, which is axially adjacent to the measuring electrode arranged in the direction of the attachment side of the measuring head is, the second shield electrode provides the essential mechanical Connection between an attachment point of the measuring head and the measuring electrode.

Auf diese Weise ist die zweite Schutzschirmelektrode als Rohr ausgebildet, das die Messelektrode mechanisch mit der Halterung des Messkopfes verbindet. Die Halterung des Messkopfes ist vorteilhaft ein von der zweiten Schutzschirmelektrode getrenntes Teil, das von dieser elektrisch isoliert ist. Vorteilhaft verläuft die Zuleitung zu der Messelektrode im inneren des Rohrs. Das Rohr wird vorteilhaft an einen Schutzschirmtreiber angeschlossen. Da das Rohr die Zuleitung zur Messelektrode vollständig umgibt, unterdrücken diese Maßnahmen die parasitären Kapazitäten der Zuleitung zur Messelektrode. Zudem kann das Rohr sehr lang ausgeführt werden, zum Beispiel mit einer Länge von mehr als des zehnfachen des Durchmessers der Messelektrode, was durch die berührungslose Art und Weise der Messung eine kostengünstige und unaufwendige Messung in Tiefbohrungen ermöglicht.On in this way, the second protective shield electrode is designed as a tube, the measuring electrode mechanically with the holder of the measuring head combines. The holder of the measuring head is advantageously one of second protective shield electrode separate part, which is electrically isolated from this is. Advantageously, the supply line extends to the measuring electrode inside the tube. The tube is advantageously connected to a protective screen driver. As the tube completely completes the supply to the measuring electrode surrounds, these measures suppress the parasitic Capacities of the supply line to the measuring electrode. In addition, can the pipe can be run very long, for example with a length of more than ten times the diameter the measuring electrode, what by the non-contact type and Way of measuring a cost-effective and inexpensive Measurement in deep wells possible.

In einer weiteren Ausführungsform sind die erste und die zweite Schutzschirmelektrode elektrisch miteinander verbunden, indem sich ein Teil von der ersten Schutzschirmelektrode und/oder der zweiten Schutzschirmelektrode innerhalb oder außerhalb der Messelektrode erstreckt und die erste Schutzschirmelektrode und die zweite Schutzschirmelektrode über den Teil elektrisch verbunden sind.In In another embodiment, the first and the second are Protective shield electrode electrically connected to each other by a part of the first shield electrode and / or the second Protective screen electrode inside or outside the measuring electrode extends and the first shield electrode and the second shield electrode over the part are electrically connected.

Auf diese Weise kann auf eine separate Zuleitung zu der ersten oder der zweiten Schutzschirmelektrode verzichtet werden. Es ist nur eine Zuleitung erforderlich, die an die erste oder an die zweite Schutzschirmelektrode angeschlossen werden kann. Der Anschluss an die zweite Schutzschirmelektrode kann vorteilhaft nahe der Befestigung von dieser an einem Halter des Messkopfes erfolgen. Durch die Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Schutzschirmelektrode ist damit das komplette Schutzschirmsystem des Messkopfes angeschlossen.On this way may be on a separate lead to the first or the second shield electrode can be dispensed with. It is only a supply line is required, the first or the second Protective shield electrode can be connected. The connection to the second shield electrode can advantageously close to the attachment made of this on a holder of the measuring head. Through the connection between the first and the second shield electrode is thus the complete protective shield system of the measuring head is connected.

Ein Teil, der sich innerhalb der Messelektrode von der ersten zur zweiten Schutzschirmelektrode erstreckt, kann sowohl zu ersten, als auch zur zweiten Schutzschirmelektrode gehören. Alternativ kann der Teil auch ein separates, elektrisch leitfähiges Element sein, das elektrisch mit der ersten und der zweiten Schutzschirmelektrode verbunden ist.One Part that moves within the measuring electrode from the first to the second Protective shield electrode extends, both to first, as well as belong to the second shielding electrode. Alternatively, you can the part also a separate, electrically conductive element be electrically connected to the first and the second shield electrode connected is.

Die erste und zweite Schutzschirmelektrode können auch ein zusammenhängendes, einzelnes Element sein. Die Stelle, die die Verbindung zwischen ersten und der zweiten Schutzschirmelektrode darstellt, kann als Steg ausgebildet sein, der sich außerhalb der Messelektrode von der ersten zur zweiten Schutzelektrode erstreckt.The first and second shielding electrode can also be be continuous, single element. The spot, the connection between the first and the second shielding electrode represents, may be formed as a bridge, which is outside the measuring electrode extends from the first to the second guard electrode.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst die erste und/oder die zweite Schutzschirmelektrode und/oder die Messelektrode eine elektrisch leitfähige Schicht.In According to a further embodiment, the first and / or the second shielding electrode and / or the measuring electrode a electrically conductive layer.

Die erste und/oder die zweite und/oder die Messelektrode können vollständig aus elektrisch leitfähigen Schichten bestehen. Auf diese Weise ist es möglich, den Messkopf zum Beispiel auf einem elektrisch nicht leitenden Grundkörper aus Schichten aufzubauen. Dabei können die erste und die zweite Schutzschirmelektrode aus einer zusammenhängenden Schicht bestehen. Zwischen Schichten, die sich räumlich überlappen, jedoch elektrisch voneinander isoliert sein müssen, können elektrisch nicht leitende Schichten eingebracht sein, um die Isolierung zu bewirken.The first and / or the second and / or the measuring electrode may consist entirely of electrically conductive layers. In this way it is possible to construct the measuring head, for example, on an electrically non-conductive base body of layers. In this case, the first and the second shielding electrode can consist of a continuous layer. Between layers that spatially overlap, but must be electrically isolated from each other, electrically non-conductive layers may be introduced to to effect the isolation.

Alternativ kann ein Grundkörper aus elektrisch leitfähigem Material hergestellt werden, der zu einem großen Teil von Schutzschirmelektroden, die als Schicht ausgeführt sind, umgeben ist. Wenn der Grundkörper einen kreisrunden Querschnitt hat, kann ein Aussparung zwischen ersten und der zweiten Schutzschirmelektrode als Messelektrode dienen. Der Grundkörper zweckmäßig durch eine Isolierschicht von der Schutzschirmelektrodenschicht elektrisch isoliert.alternative can be a basic body of electrically conductive Material produced to a large extent by Protective screen electrodes, which are designed as a layer, is surrounded. When the main body has a circular cross-section has, can a recess between the first and the second shielding electrode serve as a measuring electrode. The basic body appropriate through an insulating layer of the protective screen electrode layer electrically isolated.

In einer weiteren Ausführungsform weist der Teil oder die Teile innerhalb der Messelektrode eine Aussparung in axiale Richtung auf, durch die die Zuleitung zur Messelektrode verläuft.In In another embodiment, the part or the Parts within the measuring electrode has a recess in the axial direction through which the supply line runs to the measuring electrode.

So ist es möglich, die Zuleitung zu der Messelektrode an der Messelektrode anzuschließen und im Inneren der zweiten Messelektrode zu der Seite der Halterung des Messkopfes zu führen. Vorteilhaft ist die Aussparung als Nut in dem Teil der ersten Schutzschirmelektrode, das innerhalb der Messelektrode angeordnet ist, eingebracht. Diese Nut kann im montierten Zustand z. B. auch eine Lötstelle aufnehmen, mit der die Zuleitung zur Messelektrode an der Messelektrode befestigt ist. Das Messsignal ist auf diese Weise im Messkopf vollständig von dem Schutzschirmpotenzial umgeben. Vorteilhaft ist die erste Schutzschirmelektrode mit einer leichten Presspassung in das Ende des Rohrs eingepresst, das die zweite Schutzschirmelektrode darstellt. Dadurch wird die mechanische und die elektrische Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Schutzschirmelektrode hergestellt.So it is possible to connect the supply line to the measuring electrode at the To connect measuring electrode and inside the second Lead measuring electrode to the side of the holder of the measuring head. The recess is advantageous as a groove in the part of the first protective shield electrode, which is arranged within the measuring electrode introduced. These Groove can in the assembled state z. B. also a solder joint with which the supply line to the measuring electrode at the measuring electrode is attached. The measuring signal is thus complete in the measuring head surrounded by the shield potential. The first is advantageous Shielding electrode with a slight press fit into the end of the tube which constitutes the second shielding electrode. Thereby is the mechanical and the electrical connection between the first and second shielding electrode made.

In einer weiteren Ausführungsform weist die zweite Schutzschirmelektrode teilweise einen geringeren Durchmesser als die Messfläche auf.In Another embodiment, the second shield electrode partly a smaller diameter than the measuring surface on.

Dadurch wird in dem Bereich, der einen kleineren Durchmesser hat, der Abstand zwischen der Bohrungswand und der zweiten Schutzschirmelektrode verringert, wodurch die Kapazität zischen der Bohrung und der Schutzschirmelektrode sinkt. Dies verringert die Belastung des Schutzschirmtreibers. Der Teil mit dem geringeren Durchmesser erstreckt sich vorteilhaft von der Halterung bis zu einer Position mit einem Abstand vor der Messelektrode, der in der Größenordnung der Achse axialen Länge der Messelektrode liegt. Der Bereich zwischen dieser Position unter Messelektrode hat vorteilhaft den gleichen Durchmesser wie die Messelektrode, sodass sich unter der Voraussetzung, dass sie gleiche Potenziale führen, eine weitgehend homogene elektrische Feldverteilung über den genannten Bereich der zweiten Schutzschirmelektrode und die Messelektrode ergibt.Thereby In the area that has a smaller diameter, the distance becomes between the bore wall and the second shield electrode reduces, thereby increasing the capacity of the hole and the hiss Shielding electrode sinks. This reduces the burden on the screen driver. The part with the smaller diameter extends advantageously from the bracket to a position with a distance in front of the bracket Measuring electrode, of the order of magnitude of the axis axial length of the measuring electrode is located. The area between this position under measuring electrode has the same advantage Diameter as the measuring electrode, so on the assumption that they have the same potential, a largely homogeneous one electric field distribution over the said range of second shielding electrode and the measuring electrode results.

In einer weiteren Ausführungsform des Messsystems mit einem Messkopf, der mindestens eine Schutzschirmelektrode aufweist, und einer Signalzuführung, die dem Messkopf das Messsignal und das Schutzschirmsignal zuführt, ist eine Verbindungsstelle zwischen dem Messkopf und der Signalzuführung trennbar ausgeführt, wobei das Messsignal an der Verbindungsstelle im verbundenen Zustand wenigstens teilweise, vorzugsweise vollständig von dem Schutzschirmsignal umgeben ist.In a further embodiment of the measuring system with a Measuring head having at least one protective shield electrode, and a signal supply, the measuring head the measurement signal and supplying the shield signal is a junction separable between the measuring head and the signal feed executed, with the measurement signal at the junction in the connected state at least partially, preferably completely surrounded by the shield signal.

Auf diese Weise können mit dem Messsystem verschiedene Messköpfe verbunden werden, wobei der vollständige Schutz des Messsignal zu erhalten bleibt. Praktisch lässt sich dies vorteilhaft durch eine Triaxial-Steckverbindung realisieren, wobei das Messsignal auf die Seele, das Schutzschirmsignal auf den ersten Mantel und ein Masse- oder Erdpotenzial auf den äußeren Mantel gelegt werden. Vorteilhaft werden die Steckverbindungen für die Seele und den inneren Mantel am Ende des Rohrs angeordnet, das die zweite Schutzschirmelektrode bildet. Eine Anschlussstelle für das Masse- oder Erdpotenzial kann von einem Halter für den Messkopf gebildet werden.On In this way different measuring heads can be used with the measuring system be connected, with full protection of the measurement signal to be preserved. Practically this can be advantageous realized by a triaxial connector, wherein the measurement signal on the soul, the shield signal on the first coat and a ground or ground potential on the outer jacket be placed. Advantageously, the connectors for the soul and the inner mantle are placed at the end of the tube, the forms the second shield electrode. A connection point for the ground or ground potential may be from a holder for the measuring head are formed.

Die Signalzuführung umfasst vorteilhaft ein Triaxialkabel und einen Triaxial-Steckverbinder, die ein Messsignal und ein Schutzschirmsignal von einer Messeelektronik führen.The Signal supply advantageously comprises a triaxial cable and a triaxial connector that provides a measurement signal and a shield signal lead from a fair electronics.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Schutzschirmelektroden und/oder die Messelektrode als Berührschutz mit einer isolierenden Schutzschicht überzogen, die vorteilhaft eine dicke von weniger als 1/10 mm hat. Dadurch können elektrostatische Entladungen durch Berührung nicht direkt auf die Messeelektronik übertragen werden. Außerdem werden Kurzschlüsse zwischen der Bohrungswand und dem Mess- oder Schutzschirmsignal vermieden, was zu Störungen der Messung und zur Beschädigung von elektronischen Bauteilen führen kann.In In another preferred embodiment, the protective screen electrodes and / or the measuring electrode as contact protection with an insulating Protective layer coated, which advantageously has a thickness of has less than 1/10 mm. This allows electrostatic Do not transfer discharges directly to the measuring electronics become. In addition, shorts between avoiding the bore wall and the measuring or protective screen signal, resulting in disturbances of the measurement and damage of electronic components.

In einer weiteren Ausführungsform bestehen die Messelektrode und die Schutzschirmelektroden im wesentlichen aus hochlegiertem Edelstahl. Der Vorteil ist, dass des Material eine gute Dauerformstabilität aufweist und korrosionsfeste Varianten verfügbar sind. Alternativ können die Messelektrode und die Schutzschirmelektroden im wesentlichen aus Messing bestehen. Dieses Material lässt sich sehr gut bearbeiten und zeigt geringe Korrosion.In a further embodiment, the measuring electrode and the protective screen electrodes essentially consist of high-alloyed stainless steel. The advantage is that the material has a good durability and corrosion-resistant variants are available. Alternatively, the measuring electrode and the protective screen electrodes may consist essentially of brass. This material works very well and shows little corrosion.

In einer weiteren Ausführungsform kann der Messkopf mit einem Werkzeugkegel verbunden sein, mit dem der Messkopf auf eine Bearbeitungsspindel oder eine Bereitstellung zum Beispiel in einer Werkzeugmaschine oder in einer Messmaschine aufgenommen werden kann. Auf diese Weise kann der Messkopf wie ein Werkzeug gespannt werden und kann direkt nach der Herstellung unaufwendig zur Vermessung von Bohrungen eingesetzt werden. Vorteilhaft wird die Bohrung vor der Messung gereinigt.In According to another embodiment, the measuring head with a Tool cone connected to the measuring head on a machining spindle or provision for example in a machine tool or can be recorded in a measuring machine. In this way the measuring head can be clamped like a tool and can directly used inexpensively to measure bores after production become. Advantageously, the bore is cleaned prior to the measurement.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Bohrungswand mit dem zu vermessenen Innendurchmesser mit dem Massepotenzial einer Messschaltung verbunden.In Another embodiment of the invention is the bore wall with the inner diameter to be measured with the ground potential of a Connected measuring circuit.

In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Bohrungswand mit einem ersten Potenzial von einer Messschaltung, das nicht dem Massepotenzial entspricht, und die Messelektrode mit einem zweiten Potenzial aus derselben Messschaltung beaufschlagt, sodass die Messschaltung die Kapazität zwischen dem Bohrungswand und der Messelektrode messen kann. Das zweite Potenzial kann ein Massepotenzial sein. Alternativ kann es jedoch auch ein davon verschiedenes Potenzial sein. Die Bohrungswand und die Messelektrode sind in diesem Fall vorzugsweise elektrisch von dem Massepotenzial der Messschaltung isoliert. Dies ermöglicht beispielsweise den Einsatz von Bausteinen des Typs UTI und der zugehörigen Technologie von dem niederländischen Hersteller Smartec BV.In Yet another embodiment of the invention is the Bore wall with a first potential of a measuring circuit, which does not correspond to the ground potential, and the measuring electrode with a second potential from the same measuring circuit is applied, so that the measuring circuit the capacity between the bore wall and the measuring electrode can measure. The second potential can be Be ground potential. Alternatively, however, it may also be a different one Be potential. The bore wall and the measuring electrode are in this Case preferably electrically from the ground potential of the measuring circuit isolated. This allows, for example, the use of Blocks of the type UTI and the associated technology from the Dutch manufacturer Smartec BV.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe der Erfindung außerdem durch ein Verfahren zur Vermessung von Innendurchmessern mit einem Messkopf mit einer elektrisch leitfähigen, elektrisch zusammenhängenden und im wesentlichen ringförmigen Messelektrode und mit einer Kapazitätsmessschaltung gelöst, wobei die Kapazitätsmessschaltung eine Kapazität zwischen der Messelektrode und dem Innendurchmesser misst, und wobei die gemessene Kapazität vor oder bei der Weiterverarbeitung korrigiert wird, sodass Einflüsse von parasitären Kapazitäten verringert werden.According to the invention the object of the invention also by a method for measuring inside diameters with a measuring head with a electrically conductive, electrically connected and substantially annular measuring electrode and with a capacitance measuring circuit solved, the Capacitance measuring circuit a capacity between the measuring electrode and the inner diameter measures, and wherein the measured capacity before or during further processing is corrected, so that influences of parasitic capacitances be reduced.

Wie oben beschrieben haben die parasitären Kapazitäten Einfluss auf das Messergebnis der Kapazitätsmessung. Dieser kann rechnerisch berücksichtigt und damit verringert werden, wenn für die gemessenen Kapazität zur Berechnung des Innendurchmessers ein mathematischer Ansatz gewählt wird, der die parasitären Parameter explizit als Rechengröße enthält.As described above have the parasitic capacitances Influence on the measurement result of the capacitance measurement. This can be taken into account mathematically and thus reduced if for the measured capacity for calculation the inner diameter of a mathematical approach is used, the parasitic parameters explicitly as a calculation contains.

Zusätzlich oder alternativ kann der Einfluss der parasitären Kapazitäten auch vor der Umsetzung in weiterverarbeitbare Signale, wie etwa digitale Daten oder elektrische Spannungen, mit elektrischen Methoden korrigiert werden. Beispielsweise an eine elektrische Spannung mit einem Offset versehen werden, der die Auswirkungen von parasitären Kapazität kompensiert. Alternativ können weitere Methoden zur Beseitigung von parasitären Kapazitäten nach dem Stand der Technik verwendet werden.additionally or alternatively, the influence of the parasitic capacitances even before the conversion into further processible signals, such as digital data or electrical voltages corrected with electrical methods become. For example, to an electrical voltage with an offset be provided, the effects of parasitic capacity compensated. Alternatively, other methods of eliminating parasitic capacitances according to the prior art be used.

In einer weiteren Ausführungsform beruht die Korrektur der von der Kapazitätsmessschaltung gemessenen Kapazität auf einem Ansatz beruht, der die parasitären Kapazitäten in der gemessenen Kapazität als additiven Term berücksichtigt, was insbesondere mit der Formel Cgemessen = CMesskondensator + Cparasitär dargestellt werden kann, wobei C_gemessen die von der Kapazitätsmessschaltung gemessene, C_{Messkondensator} die Kapazität zwischen der Messelektrode und dem Innendurchmesser und C_parasitär die Summe der parasitären Kapazitäten bedeutet, oder mit diese Formel erweiternden Formeln.In another embodiment, the correction of the capacitance measured by the capacitance measuring circuit is based on an approach that takes into account the parasitic capacitances in the measured capacitance as an additive term, in particular with the formula C measured = C measuring capacitor + C parasitic can be represented, where C _{measured measured} by the capacitance _{measuring circuit} , C _{measuring capacitor means} the capacitance between the measuring electrode and the inner diameter and C _parasitic sum of the parasitic capacitances, or formulas expanding with this formula.

Als Modell für den Zusammenhang zwischen Innendurchmesser und gemessener Kapazität kann zur Korrektur folgender Ansatz gewählt werden: Cgemessen = CMesskondenstor + Cparasitär C_{Messkondensator} beschreibt dabei die Kapazität zwischen der Messfläche und dem Innendurchmesser. Der Patentschutz so nicht auf diese Formel beschränkt sein, sondern außerdem Varianten umfassen, die beispielsweise diese Formel durch weitere Korrekturparameter erweitern. Maßgeblich ist die additive Verwendung der Größe C_parasitär.As a model for the relationship between inner diameter and measured capacity, the following approach can be used for correction: C measured = C Messkondenstor + C parasitic C _{measuring capacitor} describes the capacitance between the measuring surface and the inner diameter. The patent protection so not limited to this formula, but also include variants that expand this formula, for example, by further correction parameters. Significantly, the additive use of size C is _parasitic .

Für ideale Verhältnisse, das heißt für eine zentrierte Position der Messelektrode in Bezug Innendurchmesser und für homogene Feldverteilung gilt:

wobei C die gemessene Kapazität, ε die Dielektrizitätskonstante von Luft, l die axiale Länge der Messelektrode, D_Bohrung den Innendurchmesser, D_{Messelektrode} den Durchmesser der Messelektrode und C_Parasitär die parasitären Kapazitäten darstellt. Die Gleichung lässt sich nach D_Bohrung auflösen, womit sich bei bekannter parasitärer Kapazität D_Bohrung mit guter Genauigkeit berechnen lässt.For ideal conditions, that is for a centered position of the measuring electrode in terms of inner diameter and for homogeneous field distribution applies:

where C is the measured capacitance, ε the dielectric constant of air, l the axial length of the measuring electrode, D _bore the inner diameter, D _{measuring electrode} the diameter of the measuring electrode and C _Parasitic the parasitic capacitances. The equation can be solved after D _hole , which can be calculated at a known parasitic capacitance D _bore with good accuracy.

In einer weiteren Ausführungsform wird zur Berechnung des gemessenen Durchmessers zusätzlich ein kalibrierbarer Faktor zwischen einer für die Kapazitätsmessschaltung wirksamen Kapazität und einen daraus abgeleiteten Messwert folgendermaßen angesetzt: Messwert = Faktor·Cgemessen In a further embodiment, in order to calculate the measured diameter, a calibratable factor is additionally set between a capacity effective for the capacitance measuring circuit and a measured value derived therefrom as follows: Measured value = factor · C measured

Durch einen solchen Faktor kann die Genauigkeit der Messung weiter optimiert werden, indem die Empfindlichkeit der Messschaltung, die der Faktor darstellt, anpassbar gestaltet wird. Auf diese Weise kann die Empfindlichkeiten verschiedene Bedingungen, z. B. Temperaturunterschiede, die die Empfindlichkeit verändern, oder verschiedene Messbereiches, durch eine Kalibrierung angepasst werden. Der Messwert selbst ist dabei eine Größe, die Kapazität darstellt, z. B. eine Zahl in einer nachgeschalteten Datenverarbeitungseinrichtung oder eine elektrische Spannung.By such a factor can further optimize the accuracy of the measurement be the sensitivity of the measuring circuit, which is the factor represents, is customizable. In this way, the sensitivities different conditions, eg. B. temperature differences, the Changing sensitivity, or different measuring range, be adjusted by a calibration. The reading itself is doing a size that represents capacity, z. B. a number in a downstream data processing device or an electrical voltage.

In einer weiteren Ausführungsform wird der additive Term zur Korrektur der parasitären Kapazitäten aus wenigstens einer Messung bei bekanntem Innendurchmesser ermittelt.In In another embodiment, the additive term becomes Correction of parasitic capacitances from at least a measurement with a known inner diameter determined.

Um die Korrektur der parasitären Kapazitäten an die tatsächlichen Gegebenheiten anzupassen, kann eine Kalibrierungsmessung mit bekanntem Innendurchmesser durchgeführt werden. Als Referenz kann eine Messung ohne einen Innendurchmesser durchgeführt werden, was einem unendlich großen Innendurchmesser entspricht, der eine Kapazität von näherungsweise Null hat. Die Differenz zwischen den Messungen kann als Größe für die parasitären Kapazitäten herangezogen werden. Alternativ können auch eine einzelne Messung mit einem bekannten Innendurchmesser durchgeführt werden, aus der ebenfalls die Größe der parasitären Kapazitäten berechnet werden kann. Dazu muss die Kapazität des Messkondensators z. B: mit der Formel

berechnet und von der gemessen Kapazität abgezogen werden. Die Differenz entspricht den parasitären Kapazitäten. Dieses Vorgehen kann mit mehreren bekannten Innendurchmessern durchgeführt werden und einen Wert für die parasitären Kapazitäten aus den so erhaltenen einzelnen Differenzen berechnet werden.In order to adapt the correction of the parasitic capacitances to the actual conditions, a calibration measurement with known internal diameter can be performed. For reference, a measurement can be performed without an inner diameter, which corresponds to an infinitely large inner diameter having a capacity of approximately zero. The difference between the measurements can be used as a parameter for the parasitic capacitances. Alternatively, it is also possible to carry out a single measurement with a known inner diameter, from which the size of the parasitic capacitances can likewise be calculated. For this purpose, the capacity of the measuring capacitor z. B: with the formula

calculated and deducted from the measured capacity. The difference corresponds to the parasitic capacitances. This procedure can be carried out with several known inner diameters and a value for the parasitic capacitances can be calculated from the individual differences thus obtained.

In einer weiteren Ausführungsform wird der kalibrierbare Faktor aus wenigstens einer Messung bei bekanntem Innendurchmesser ermittelt.In Another embodiment is the calibratable factor determined from at least one measurement with a known inner diameter.

Dies ist möglich, wenn die parasitären Kapazitäten bekannt sind oder vernachlässigt werden. Zur Bestimmung des Faktors kann der ermittelte Messwert durch die von der Messschaltung an dem bekannten Innendurchmesser gemessene Kapazität geteilt werden. Vorteilhaft wird vor dem Teilen durch die gemessene Kapazität von dieser die parasitäre Kapazität subtrahiert. Dies ist möglich, wenn die parasitäre Kapazität bekannt ist.This is possible if the parasitic capacitances are known or neglected. For determination of the factor, the determined measured value can be determined by that of the measuring circuit divided at the known inner diameter measured capacity become. It is advantageous before dividing by the measured capacity subtracted from this the parasitic capacitance. This is possible if the parasitic capacity is known.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird mit Hilfe einer Messung bei bekanntem Innendurchmesser der Durchmesser der Messelektrode bestimmt.In Another embodiment of the invention is with the help a measurement with a known inner diameter of the diameter of Measuring electrode determined.

Dies ist möglich, wenn die gemessene Kapazität und die parasitären Kapazitäten explizit bekannt oder vernachlässigt werden sind oder der kalibrierbare Faktor und die parasitären Kapazitäten bekannt sind oder der kalibrierbare Faktor bekannt ist und die parasitären Kapazitäten vernachlässigt werden. Dies gilt:

This is possible if the measured capacitance and the parasitic capacitances are explicitly known or neglected or the calibratable factor and the parasitic capacitances are known or the calibratable factor is known and the parasitic capacitances are neglected. This applies:

Im Falle der Vernachlässigung der parasitären Kapazitäten wird C_parasitär = 0 angenommen. Im Falle der explizit bekannten gemessenen Kapazität explizit bekannten parasitären Kapazitäten wird Faktor = 2·π·ε·l angenommen. Alternativ können die parasitären Kapazitäten C_parasitär wie auch die gemessene Kapazität C_gemessen in anderen Einheiten als eine explizite Kapazität in der Einheit Farad vorliegen. Vorzugsweise besteht dabei eine proportionale Beziehung zwischen der Kapazität in anderen Einheiten und einer expliziten Kapazität. Der Faktor steht in diesem Fall mit der entsprechend umgekehrt proportionalen Beziehung zu der Größe 2·π·ε·l, sodass das Argument der Exponenzialfunktion wie beim Vorliegen einer expliziten Kapazität dimensionslos ist.In the case of neglecting the parasitic capacitances, C _parasitic = 0 is assumed. In the case of the explicitly known measured capacitance of explicitly known parasitic capacitances factor = 2 · π · ε · l is assumed. Alternatively, the parasitic capacitances C may be _parasitic as well as the measured capacitance C _measured in units other than an explicit capacitance in the unit Farad. Preferably, there is a proportional relationship between the capacity in other units and an explicit capacity. The factor in this case has the correspondingly inversely proportional relation to the quantity 2 · π · ε · 1, so that the argument of the exponential function is dimensionless, as in the case of an explicit capacity.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der gemessene Durchmesser mit folgender Formel oder darauf aufbauenden Formeln berechnet:

In a further preferred embodiment of the invention, the measured diameter is calculated with the following formula or formulas based thereon:

Mit Hilfe dieser Berechnung kann, wenn die parasitären Kapazitäten, der Faktor und der Durchmesser der Messelektrode bekannt sind, sehr genau bestimmt werden. Der Durchmesser der Messelektrode kann durch Kalibrierung oder durch direkte Messung des Durchmessers mit anderen Messmitteln bestimmt werden. Der Faktor kann als 2·π·ε·l angesetzt werden, wenn die parasitären und die gemessenen Kapazitäten als explizite Kapazität vorliegen. Alternativ können die parasitären Kapazitäten C_parasitär wie auch die gemessene Kapazität C_gemessen in anderen Einheiten als eine explizite Kapazität in der Einheit Farad vorliegen. Vorzugsweise besteht dabei eine proportionale Beziehung zwischen der Kapazität in anderen Einheiten und einer expliziten Kapazität. Der Faktor steht in diesem Fall mit der entsprechend umgekehrt proportionalen Beziehung zu der Größe 2·π·ε·l, sodass das Argument der Exponenzialfunktion wie beim Vorliegen einer expliziten Kapazität dimensionslos ist.With the aid of this calculation, if the parasitic capacitances, the factor and the diameter of the measuring electrode are known, can be determined very accurately. The diameter of the measuring electrode can be determined by calibration or by direct measurement of the diameter with other measuring instruments. The factor can be set as 2 · π · ε · l if the parasitic and measured capacitances are present as explicit capacitance. Alternatively, the parasitic capacitances C may be _parasitic as well as the measured capacitance C _measured in units other than an explicit capacitance in the unit Farad. Preferably, there is a proportional relationship between the capacity in other units and an explicit capacity. The factor in this case has the correspondingly inversely proportional relation to the quantity 2 · π · ε · 1, so that the argument of the exponential function is dimensionless, as in the case of an explicit capacity.

Darauf aufbauende Formen können beispielsweise um weitere Korrekturparameter erweitert sein. Ebenso sollen gleichwertige Formeln von dem Patentschutz umfasst sein, die sich beispielsweise nur durch Zerlegung einzelner der Parameter von der angegebenen Formel unterscheiden.Thereon For example, constructive forms can be further correction parameters be extended. Likewise, equivalent formulas of the patent protection includes, for example, only by decomposing individual differentiate the parameter from the specified formula.

In einer weiteren Ausführungsform wird in dem Verfahren zur Vermessung von Innendurchmessern eine Kalibrierung mit zwei oder mit drei Messungen mit bekannten Innendurchmessern verwendet.In Another embodiment is used in the method for Measurement of inside diameters a calibration with two or used with three measurements with known inside diameters.

Die Parameter, die Mithilfe der Messungen in bekannten Durchmessern bestimmt werden können, sind parasitäre Kapazitäten, der Faktor (s. o.) und der Durchmesser der Messelektrode. Zur Bestimmung kann ein Gleichungssystem gelöst werden, dass die an den bekannten Innendurchmesser gewonnenen Messwerte mit dem bekannten Innendurchmessern in Beziehung setzt. Das Gleichungssystem stellt sich wie folgt dar:

wobei N_k ein Messergebnis einer Messung an einer der zwei oder drei bekannten Innendurchmessern darstellt. Für die Größe gilt: Term = Faktor·C_parasitär. Wenn eine der Größen Faktor, D_{Messelektrode} oder Term oder C_parasitär bekannt ist, sind zwei Messungen mit bekannten Innendurchmessern ausreichend. Im Falle von drei Messungen mit bekannten Innendurchmessern können die größten Term, Faktor und D_{Messelektrode} wie folgt bestimmt werden:

The parameters that can be determined using the measurements in known diameters are parasitic capacitances, the factor (see above) and the diameter of the measuring electrode. For the determination, a system of equations can be solved that relates the measured values obtained to the known inner diameter with the known inner diameter. The equation system is as follows:

where N _{k represents} a measurement result of a measurement at one of the two or three known inner diameters. For the quantity: Term = factor · C _parasitic . If one of the factors factor, D _{measuring electrode} or term or C is known _{parasitically} , two measurements with known internal diameters are sufficient. In the case of three measurements with known inside diameters, the largest term, factor and D _{measuring electrode} can be determined as follows:

Diese Formen stellen eine Lösung des Gleichungssystems dar. Der Durchmesser der Messelektrode kann statt nur aus der dritten auch aus den anderen Messungen mit bekannten Innendurchmessern bestimmt werden. Alternativ kann der Durchmesser der Messelektrode durch eine andere Messung statt durch diese Kalibrierung bestimmt werden.These forms represent a solution of the system of equations. The diameter of the measuring electrode can be determined from the other measurements with known inner diameters instead of only from the third become. Alternatively, the diameter of the measuring electrode may be determined by another measurement rather than by this calibration.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Messvorrichtung mit einer Messkopf mit einer Messelektrode in Form eines elektrisch leitfähigen geschlossenen Rings und mit einer Kapazitätsmessschaltung vorgeschlagen, mit dem der vorgenannten Messverfahren realisiert wird.In Another aspect of the invention is a measuring device with a measuring head with a measuring electrode in the form of an electric conductive closed ring and proposed with a capacitance measuring circuit, realized with the aforementioned measuring method.

Zum Erreichen einer Mittenposition innerhalb des Innendurchmesser, an der der Messwerte aufgenommen wird, kann ein Zentrieralgorithmus verwendet werden. Vorteilhaft sucht der Zentrieralgorithmus mit Hilfe von Bewegungen des Messkopfes innerhalb des Innendurchmessers und Messungen ein Minimum der Kapazität unter den möglichen Positionen innerhalb des Innendurchmesser. Das Minimum stellt eine geeignete Position zur Aufnahme des Messwertes für die Durchmesserbestimmung nach einem der zuvor beschriebenen Verfahren zur Bestimmung von Innendurchmessern dar.To the Reaching a center position within the inside diameter, on which the measured values are recorded can be a centering algorithm be used. Advantageously, the centering algorithm searches with the help of movements of the measuring head within the inside diameter and Measurements a minimum of capacity among the possible Positions inside the inside diameter. The minimum is one suitable position for recording the measured value for the Diameter determination according to one of the methods described above for the determination of inner diameters.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung und der dazugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:Further Advantages, features and applications become clear with reference to the following description of embodiments the invention and the accompanying drawings. Show it:

1 einen Querschnitt eines Messkopfes für ein Messsystem nach der Erfindung, 1 a cross section of a measuring head for a measuring system according to the invention,

2 einen Querschnitt eines anderen Messkopfes für ein Messsystem nach der Erfindung, und 2 a cross section of another measuring head for a measuring system according to the invention, and

3 eine perspektivische Ansicht des Messkopfes für eine System nach der Erfindung aus 2. 3 a perspective view of the measuring head for a system according to the invention 2 ,

In 1 ist ein Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform eines Messkopfes 1 zur kapazitiven Vermessung von Innendurchmessern nach der Erfindung gezeigt. Der Messkopf ist im wesentlichen rotationssymmetrisch und umfasst eine ringförmige Messfläche 2, eine erste Schutzschirmelektrode 3, eine zweite Schutzschirmelektrode 4 und eine Halterung 6.In 1 is a cross section of a preferred embodiment of a measuring head 1 for capacitive measurement of inside diameters according to the invention. The measuring head is essentially rotationally symmetrical and comprises an annular measuring surface 2 , a first shield electrode 3 , a second shielding electrode 4 and a holder 6 ,

Die erste Schutzschirmelektrode 3 ist im wesentlichen rotationssymmetrisch und umfasst einen Elektrodenabschnitt 15 und einen Schaft 14, der einen geringeren Durchmesser als der Elektrodenabschnitt 15 aufweist und in den eine Nut 13 eingebracht ist, die sich im wesentlichen in axialer Richtung erstreckt. Der Elektrodenabschnit 15 hat vorteilhaft den gleichen Durchmesser wie die Messelektrode 2. Dadurch wird das elektrische Feld der Messfläche homogen fortgesetzt, wenn an die erste Schutzschirmelektrode mit einem Schutzschirmpotenzial angelegt ist, das dem Messpotenzial geeignet folgt und ihm daher im Wesentlichen entspricht.The first protective shield electrode 3 is substantially rotationally symmetric and comprises an electrode section 15 and a shaft 14 that has a smaller diameter than the electrode section 15 has and in a groove 13 is introduced, which extends substantially in the axial direction. The electrode section 15 has advantageously the same diameter as the measuring electrode 2 , As a result, the electric field of the measuring surface is continued homogeneously when the first protective shield electrode with a protective shield potential is applied, which suitably follows the measuring potential and therefore essentially corresponds to it.

Der Schaft 14 ist durch die Messelektrode 2 gesteckt. Vorteilhaft ist die Messelektrode 2 mit der ersten Schutzschirmelektrode 3 elektrisch isolierend verklebt. An der Innenfläche der Messelektrode 2 ist eine Zuleitung 5 befestigt und elektrisch verbunden, z. B. durch eine Verbindungsstelle 16, an der die Verbindung durch Kleben mit elektrisch leitfähigem Klebstoff, Schweißen oder Löten hergestellt ist. Die Verbindungsstelle 16 ist in der Nut 13 angeordnet. Die Zuleitung 5 verläuft von der Verbindungsstelle 16 durch die Nut 13 in Richtung eines Halters 6. Die erste Schutzschirmelektrode 3 und die Messfläche sind zweckmäßigerweise so zueinander ausgerichtet, das Verbindungsstelle 16 die Seitenwände der Nut 13 nicht berührt. Die Nut 13 ist so breit und so tief ausgeführt, dass sie die Verbindungsstelle 16 ohne Berührung aufnehmen kann. Die Zuleitung 5 ist vorteilhaft elektrisch isoliert, sodass sie in ihrem weiteren Verlauf von der Verbindungsstelle 16 weg die Seitenwände oder den Grund der Nut 13 berühren kann, ohne dass es zu einem Kurzschluss kommt.The shaft 14 is through the measuring electrode 2 plugged. The measuring electrode is advantageous 2 with the first protective shield electrode 3 glued electrically insulating. On the inner surface of the measuring electrode 2 is a supply line 5 attached and electrically connected, z. B. by a connection point 16 where the connection is made by gluing with electrically conductive adhesive, welding or soldering. The connection point 16 is in the groove 13 arranged. The supply line 5 runs from the junction 16 through the groove 13 in the direction of a keeper 6 , The first protective shield electrode 3 and the measuring surface are suitably aligned with each other, the connection point 16 the side walls of the groove 13 not touched. The groove 13 is so broad and so deep that it is the junction 16 can absorb without touching. The supply line 5 is advantageously electrically isolated, so that in their further course of the connection point 16 away the side walls or the bottom of the groove 13 can touch without causing a short circuit.

In Richtung der Halterung 6 schließt sich an die Messelektrode 2 die zweite Schutzschirmelektrode 4 an. Diese weist einen Elektrodenabschnitt 17 und einen Schaft 18 auf. Der Schaft 18 weist zu dem Elektrodenabschnitt 17 eine Stufe 12 auf, sodass der Durchmesser des Schaftes 18 kleiner als der Durchmesser des Elektrodenabschnitts 17 ist. Der Durchmesser des Elektrodenabschnitts 17 hat den gleichen Durchmesser wie die Messelektrode 2. Dadurch wird das elektrische Feld der Messfläche homogen fortgesetzt, wenn an die erste Schutzschirmelektrode mit einem Schutzschirmpotenzial angelegt ist, das dem Messpotenzial geeignet folgt und ihm daher im Wesentlichen entspricht.Towards the holder 6 closes to the measuring electrode 2 the second shield electrode 4 at. This has an electrode section 17 and a shaft 18 on. The shaft 18 points to the electrode section 17 a step 12 on, so the diameter of the shaft 18 smaller than the diameter of the electrode portion 17 is. The diameter of the electrode section 17 has the same diameter as the measuring electrode 2 , As a result, the electric field of the measuring surface is continued homogeneously when the first protective shield electrode with a protective shield potential is applied, which suitably follows the measuring potential and therefore essentially corresponds to it.

Der Elektrodenabschnitt 17, die Messelektrode 2 und der Elektrodenabschnitt 15 der ersten Schutzschirmelektrode 3 haben die gleichen Durchmesser und sind vorteilhaft in zusammengebautem Zustand gemeinsam auf einer Rundschleifmaschine geschliffen oder auf einer Drehmaschine gedreht. Der Messkopf kann dabei an einer Zentrierbohrung 19 gespannt werden. Die Passung 20 zwischen der ersten Schutzschirmelektrode 3 und der zweiten Schutzschirmelektrode 4 kann Spiel oder Übermaß aufweisen. Die erste Schutzschirmelektrode 3 ist mit der zweiten Schutzschirmelektrode 4 über eine Presspassung 20 verbunden oder alternativ in einer Spielpassung 20 elektrisch leitend verklebt, was jeweils sowohl eine mechanische als auch ein elektrische Verbindung zwischen den beiden Teilen herstellt.The electrode section 17 , the measuring electrode 2 and the electrode portion 15 the first protective shield electrode 3 have the same diameter and are advantageously in the assembled state ground together on a cylindrical grinding machine or rotated on a lathe. The measuring head can be attached to a center hole 19 be tense. The fit 20 between the first shield electrode 3 and the second shielding electrode 4 can have play or excess. The first protective shield electrode 3 is with the second shield electrode 4 via a press fit 20 connected or al ternative in a clearance fit 20 glued electrically conductive, which produces both a mechanical and an electrical connection between the two parts.

An dem Ende der zweiten Schutzschirmelektrode 4, das der Messelektrode gegenüberliegt, ist der Halter 6 über eine elektrisch isolierende Schicht 7 befestigt. Die elektrische Isolierung der Schicht kann durch einen elektrisch isolierenden ein Klebstoff erreicht werden, mit dem der Halter 6 und die zweite Schutzschirmelektrode 4 verklebt sind, ohne dass sie sich gegenseitig unmittelbar berühren. An dem Halter 6 kann die Messelektrode zum Beispiel in einer Werkzeugmaschine, in einer Messvorrichtung oder in einem Messestativ aufgenommen werden.At the end of the second shield electrode 4 opposite the measuring electrode is the holder 6 over an electrically insulating layer 7 attached. The electrical insulation of the layer can be achieved by an electrically insulating adhesive, with which the holder 6 and the second shield electrode 4 are glued without touching each other directly. On the holder 6 For example, the measuring electrode can be accommodated in a machine tool, in a measuring device or in a measuring stand.

Die Zuleitung 5 verläuft durch das Innere der zweiten Schutzschirmelektrode 4 und ist dadurch vollständig von Schutzschirmpotenzial umgeben. Sie endet vor einem Triaxial-Steckverbinder 10, die an dem Ende der zweiten Schutzschirmelektrode 4 angeordnet ist, an dem auch der Halter 6 befestigt ist. Die Zuleitung ist mit einer Seele einer nicht dargestellten Triaxialleitung elektrisch verbunden, wobei das den Kontakt herstellende Element, wie in der 1 dargestellt, auf der Seite des Messkopfes die Zuleitung 5 selbst sein kann. Alternativ kann das den Kontakt herstellende Element auf der Seite des Messkopfes ein separates Teil sein, an das die Zuleitung 5 z. B. angelötet ist. Die Steckstelle ist mit dem Bezugszeichen 21 gekennzeichnet. Die Zuleitung ist an ihrem Ende an der Steckverbindung vorzugsweise nicht elektrisch isoliert. Auf der Seite des Triaxial-Steckverbinders 10 ist das den Kontakt herstellende Steckelement für die Seele mit 26 bezeichnet. Es ist mit der Seele der Triaxialleitung verbunden, z. B. geklemmt oder angelötet.The supply line 5 passes through the interior of the second shielding electrode 4 and is thus completely surrounded by protection shield potential. It ends in front of a triaxial connector 10 at the end of the second shielding electrode 4 is arranged, on which also the holder 6 is attached. The supply line is electrically connected to a core of a triaxial line, not shown, wherein the contact-making element, as in the 1 represented, on the side of the measuring head, the supply line 5 can be yourself. Alternatively, the contact-making element on the side of the measuring head may be a separate part to which the supply line 5 z. B. is soldered. The socket is denoted by the reference numeral 21 characterized. The lead is preferably not electrically isolated at its end on the connector. On the side of the triaxial connector 10 is the contact-making plug-in element for the soul with 26 designated. It is connected to the soul of Triaxialleitung, z. B. clamped or soldered.

Das Ende des Schaftes 18 ist mit einer Kontakthülse 24 des Triaxial-Steckverbinders 10 für den inneren Mantel der Triaxialleitung elektrisch verbunden. Die entsprechende Steckstelle ist mit 22 bezeichnet. Die Kontakthülse 24 umgibt das Steckelement für die Seele 26. Zwischen der Kontakthülse 24 und dem Steckelement für die Seele 26 ist ein erstes Isolierelement 28 angeordnet, das diese elektrisch voneinander isoliert.The end of the shaft 18 is with a contact sleeve 24 the triaxial connector 10 electrically connected to the inner jacket of the triaxial. The corresponding socket is with 22 designated. The contact sleeve 24 surrounds the plug-in element for the soul 26 , Between the contact sleeve 24 and the plug-in element for the soul 26 is a first insulating element 28 arranged, these electrically isolated from each other.

Die äußere Steckhülse 25 des Triaxial-Steckverbinders 10 für den äußeren Mantel der Triaxialleitung, die die Kontakthülse 24 umgibt, ist mit dem Halter 6 verbunden. Die entsprechende Steckstelle ist mit 23 bezeichnet. Die äußere Steckhülse 25 ist von der Kontakthülse 24 durch ein zweites Isolierelement 27 elektrisch isoliert. Alternativ kann die äußere Steckhülse 25 für den äußeren Mantel auch mit keinem Teil des Messkopfes 1 elektrisch leitend verbunden sein. Dies kann Vorteile haben, wenn der Halter 6, der häufig elektrischen Kontakt zu Teilen um den Messkopf herum hat, nicht mit einer Masse einer angeschlossenen Messeelektronik verbunden werden soll.The outer receptacle 25 the triaxial connector 10 for the outer sheath of the triaxial, which is the contact sleeve 24 surrounds, is with the holder 6 connected. The corresponding socket is with 23 designated. The outer receptacle 25 is from the contact sleeve 24 through a second insulating element 27 electrically isolated. Alternatively, the outer receptacle 25 for the outer jacket also with no part of the measuring head 1 be electrically connected. This can have advantages if the holder 6 , which often has electrical contact with parts around the measuring head, should not be connected to a ground of connected measuring electronics.

Zweckmäßig ist an den Triaxial-Steckverbinder 10 ein Triaxialkabel angeschlossen, das den Messkopf mit der Messeelektronik verbindet. Der Schutzschirmtreiber wird dabei vorteilhaft mit dem inneren Mantel verbunden, sodass darüber der Messkopf mit Schutzschirmpotenzial versorgt wird und gleichzeitig die Seele mit dem Messsignal mit Schutzschirmpotenzial umgeben wird. Der Anschluss am Ende des Schaftes 18 der zweiten Schutzschirmelektrode 4 ist ausreichend, um beide Schutzschirmelektroden 3 und 4 zu versorgen. Durch diese Konstruktion ist es möglich, die Zuleitung zu Messelektrode 2 vollständig mit Schutzschirmpotenzial zu umgeben.It is useful to the triaxial connector 10 a Triaxialkabel attached, which connects the measuring head with the fair electronics. The protective screen driver is thereby advantageously connected to the inner jacket, so that above the measuring head is supplied with protective shield potential and at the same time the soul is surrounded by the measuring signal with protective shield potential. The connection at the end of the shaft 18 the second shielding electrode 4 is sufficient to both shielding electrodes 3 and 4 to supply. Due to this construction, it is possible to supply the lead to the measuring electrode 2 completely surrounded with screen potential.

2 zeigt einen weiteren Messkopf 1 als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Elemente, die mit gleicher Funktion in 1 vorhanden sind, werden nicht noch einmal gesondert beschrieben. Es ist ein Schnitt durch die Mittelachse des im wesentlichen rotationssymmetrischen Messkopfes 1 dargestellt. 2 shows another measuring head 1 as an embodiment of the present invention. Elements with the same function in 1 are not described separately again. It is a section through the central axis of the substantially rotationally symmetrical measuring head 1 shown.

Es ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der die erste Schutzschirmelektrode 34, 35 und die zweite Schutzschirmelektrode 36 als zusammenhängende, elektrisch leitfähige Schicht 29 ausgeführt sind. Die Messelektrode 30 ist als massives Element ausgeführt. Alternativ kann die Messelektrode 30 auch aus einem Rohr bestehen. Auf die Messelektrode 30 ist eine Isolierschicht 31 aufgebracht, die die Messelektrode 30 von der elektrisch leitfähigen Schicht 29 elektrisch isoliert. Die Schicht 29, aus denen die Schutzschirmelektroden 34 und 35 bestehen, ist mit einer oder mehreren Aussparungen 32 versehen, durch die aus der Messelektrode 30 ein elektrisches Feld aus dem Messkopf 1 austreten kann. Die erste Schutzschirmelektrode 34, 35 und die zweite Schutzschirmelektrode 36 umgeben die Messelektrode 30 an den Stellen, die eine andere axiale Position als die Aussparung 32 haben, an ihrem gesamten Umfang. Um eine Verbindung zwischen der ersten Schutzschirmelektrode 34, 35 und der zweiten Schutzschirmelektrode 36 herzustellen, ist die Aussparung 32 von einem Steg 33 unterbrochen, der Teil der Schicht 29 ist. In der Aussparung 32 kann wie in 2 dargestellt die Isolierschicht 31 vorhanden sein. Alternativ kann auch Isolierschicht 31 in der Aussparung 32 ausgespart sein.An embodiment is shown in which the first shield electrode 34 . 35 and the second shield electrode 36 as a continuous, electrically conductive layer 29 are executed. The measuring electrode 30 is designed as a solid element. Alternatively, the measuring electrode 30 also consist of a tube. On the measuring electrode 30 is an insulating layer 31 applied to the measuring electrode 30 from the electrically conductive layer 29 electrically isolated. The layer 29 which make up the protective screen electrodes 34 and 35 exist is with one or more recesses 32 provided by the out of the measuring electrode 30 an electric field from the measuring head 1 can escape. The first protective shield electrode 34 . 35 and the second shield electrode 36 surround the measuring electrode 30 in places that have a different axial position than the recess 32 have, on their entire circumference. To connect between the first shielding electrode 34 . 35 and the second shielding electrode 36 is the recess 32 from a jetty 33 interrupted, the part of the shift 29 is. In the recess 32 can be like in 2 represented the insulating layer 31 to be available. Alternatively, also insulating layer 31 in the recess 32 be omitted.

Alternativ dazu, dass die Schutzschirmelektrode ein elektrisch leitfähige Schicht ist, kann sie auch als ein elektrisch leitfähiges dünnwandiges Rohr ausgeführt sein. In noch einer alternativen Ausführungsform kann sie aus einem elektrisch leitfähigen Blech oder einer elektrisch leitfähigen Folie bestehen, das oder die um die Messelektrode herum angeordnet ist. In diesen Fällen kann die Schutzschirmelektrode beispielsweise aufgeklebt sein.alternative in that the protective shield electrode is an electrically conductive Layer, it can also be considered an electrically conductive be executed thin-walled tube. In one more alternative embodiment, it can be made of an electric conductive sheet or an electrically conductive Foil consist, or arranged around the measuring electrode is. In these cases, for example, the protective shield electrode be glued on.

Die erste Schutzschirmelektrode 34, 35 umfasst einen axialen Teil 34 und einen radialen Teil 35. Der axiale Teil 34 dient dazu, den Einfluss des Endes einer Sacklochbohrung zu beseitigen, indem die elektrischen Feldlinien mit Wirkung für die Kapazität, die zu dieser führen, auf erste Schutzschirmelektrode 34, 35 statt auf die Messelektrode 30 wirken. Der axiale Teil 34 der ersten Schutzschirmelektrode 34, 35 ist auch zur Beseitigung des Einflusses, der vom Ende einer Durchgangsbohrung ausgeht, geeignet.The first protective shield electrode 34 . 35 includes an axial part 34 and a radial part 35 , The axial part 34 serves to eliminate the influence of the end of a blind hole by the electric field lines with effect for the capacity that lead to this, on first shielding electrode 34 . 35 instead of the measuring electrode 30 Act. The axial part 34 the first protective shield electrode 34 . 35 is also suitable for eliminating the influence emanating from the end of a through-hole.

Die Messelektrode 30 kann mit dem Steckelement für die Seele 26 Einstieg ausgeführt sein. Alternativ kann das Steckelement für die Seele 26 in eine Bohrung in der Messelektrode 30 eingepresst oder eingeklebt sein. In einer weiteren Alternative kann die Messelektrode einem kleineren Durchmesser als das Steckelement für die Seele 26 haben. In diesem Fall kann die Messelektrode 30 in das Steckelement für die Seele 26 eingeklebt oder eingepresst sein. In noch einer weiteren Alternative kann die Messelektrode 30 selbst ohne eine Änderung ihres Durchmessers das Steckelement für die Seele 26 darstellen.The measuring electrode 30 can with the plug-in element for the soul 26 Getting started. Alternatively, the plug-in element for the soul 26 into a hole in the measuring electrode 30 be pressed or glued. In a further alternative, the measuring electrode may have a smaller diameter than the plug-in element for the soul 26 to have. In this case, the measuring electrode 30 in the plug-in element for the soul 26 glued or pressed. In yet another alternative, the measuring electrode 30 even without a change in its diameter, the plug-in element for the soul 26 represent.

Mit der Verbindungsstelle 22 ist die Kontaktierung der Schutzschirmelektrode 34, 35 gezeigt, die hier in Form eines dünnwandigen Rohrs dargestellt ist. Teile des Rohrs treten dabei mit der Kontakthülse 24 der Steckverbindung in elektrischen Kontakt. Vorteilhaft ist dabei eine Presspassung zwischen den Teilen vorgesehen. Eines oder beide der Teile können in axialer Richtung geschlitzt ausgeführt sein, sodass der Nachgiebigkeit beim Stecken verringert ist, was wiederum den Verschleiß mindert. Wenn die Schutzschirmelektrode 29 als Schicht ausgeführt ist, kann ein vorstehender Teil der Kontakthülse 24 auf die Schicht 29 aufgeschoben sein und dadurch den Kontakt herstellen. Alternativ können die Schicht und die Kontakthülse 24 elektrisch leitfähig verklebt sein.With the connection point 22 is the contacting of the protective shield electrode 34 . 35 shown, which is shown here in the form of a thin-walled tube. Parts of the tube occur with the contact sleeve 24 the connector in electrical contact. Advantageously, a press fit between the parts is provided. One or both of the parts may be slotted in the axial direction, so that the compliance on insertion is reduced, which in turn reduces the wear. When the protective shield electrode 29 is designed as a layer, a protruding part of the contact sleeve 24 on the layer 29 be deferred and thereby establish contact. Alternatively, the layer and the contact sleeve 24 be electrically conductive glued.

Der Halter 6 des Messkopfes 1 kann mit der elektrische Isolierschicht 7 auf die zweite Schutzschirmelektrode 36 aufgeklebt sein.The holder 6 of the measuring head 1 can with the electrical insulation layer 7 on the second shielding electrode 36 be glued on.

Zur Vermessung der kleiner Bohrungen, z. B. von Bohrungen mit einem Durchmesser von weniger als 3 mm, kann die Messelektrode 30 als Draht mit einem Durchmesser von weniger als 3 mm ausgeführt sein. Ausführungen von Messkarten dieser Art können zur Vermessung von Bohrungen mit Durchmessern von 1 mm oder weniger hergestellt werden. Die Schicht 29 kann in Vakuumverfahren, z. B. durch Sputtern oder Bedampfen, oder in Tauchverfahren, z. B. mit elektrisch leitfähigen Tauchlacken, oder mit Schleuderbeschichtungsverfahren aufgebracht werden.For measuring the small holes, z. B. of holes with a diameter of less than 3 mm, the measuring electrode 30 be designed as a wire with a diameter of less than 3 mm. Models of these types of measurement cards can be made to measure holes with diameters of 1 mm or less. The layer 29 can in vacuum process, z. B. by sputtering or steaming, or in dipping process, for. B. with electrically conductive dip coatings, or be applied by spin coating method.

3 zeigt eine perspektivische Ansicht des Messkopfes aus 2. Es ist der Steckverbinder 10 dargestellt, der in den Halter 6 des Messkopfes eingesteckt ist. In den Halter 6 ist die Messelektrode 30 mit einer darauf befindlichen zweite Schutzschirmelektrode 36 eingeklebt. Die zweite Schutzschirmelektrode 36 endet an mehreren Aussparungen 32, die voneinander durch Stege 33 getrennt sind. Die Stiege 33 bilden gleichzeitig die Verbindung zwischen der zweiten Schutzschirmelektrode 36 und ersten Schutzschirmelektrode 35. Durch die Aussparungen 32 in der Schutzschirmelektrode 35, 36 kann elektrisches Feld von der Messelektrode 32 aus dem Messkopf austreten. 3 shows a perspective view of the measuring head 2 , It is the connector 10 shown in the holder 6 of the measuring head is inserted. In the holder 6 is the measuring electrode 30 with a second shielding electrode located thereon 36 glued. The second protective shield electrode 36 ends at several recesses 32 which are separated by webs 33 are separated. The stairs 33 simultaneously form the connection between the second shielding electrode 36 and first shielding electrode 35 , Through the recesses 32 in the protective shield electrode 35 . 36 can electric field from the measuring electrode 32 emerge from the measuring head.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 19742016 [0005, 0005]

Claims

Measuring system for an inner diameter, which has a measuring head ( 1 ) with a measuring electrode ( 2 ) and a capacitance measuring circuit, wherein the capacitance measuring circuit, the capacitance between the measuring electrode ( 2 ) and the inner diameter, and a supply line ( 5 ), which establishes a connection between the measuring electrode ( 2 ) and the capacitance measuring circuit, characterized in that at least a part of the length of the supply line ( 5 ) from a ground potential of the capacitance measuring circuit and / or from another at least substantially constant electrical potential and / or from a protective shield potential which has essentially the same potential profile as the potential of the measuring electrode ( 2 ), is surrounded at least on a part of the circumference of the supply line, and / or the length of the supply line ( 5 ) less than one hundred times the axial length of the measuring electrode ( 2 ) is.

Measuring system according to claim 1, characterized in that the measuring head ( 1 ) an electrically conductive, electrically connected measuring electrode ( 2 ), which is substantially annular.

Measuring system according to one of the preceding claims, having a first protective shield electrode ( 3 ), which are axially adjacent to the measuring electrode ( 2 ) is arranged in the direction of the mounting side of the measuring head ( 1 ), characterized in that the first protective shield electrode ( 3 ) in operation substantially the same electrical potential as the measuring electrode ( 2 ) having.

Measuring system according to one of the preceding claims, having a second protective shield electrode ( 4 ), which are axially adjacent to the measuring electrode ( 2 ) is arranged in the direction of the attachment side of the measuring head, characterized in that the second protective shield electrode ( 4 ) the essential mechanical connection between an attachment point of the measuring head ( 6 ) and the measuring electrode ( 2 ).

Measuring system according to one of the preceding claims, characterized in that the first protective shield electrode ( 3 ) and the second protective shield electrode ( 4 ) are electrically connected by a part ( 14 ) from the first protective shield electrode ( 3 ) and / or the second protective shield electrode ( 4 ) inside or outside the measuring electrode ( 2 ) and the first protective shield electrode ( 3 ) and the second protective shield electrode ( 4 ) over the part ( 14 . 33 ) are electrically connected.

Measuring system according to one of the preceding claims, characterized in that the first protective shield electrode ( 3 ) and / or the second protective shield electrode ( 4 ) and / or the measuring electrode ( 2 ) comprises an electrically conductive layer.

Measuring system according to claim 5, characterized in that the part ( 14 ) within the measuring electrode ( 2 ) has a recess in the axial direction through which the supply line to the measuring electrode ( 2 ) runs.

Measuring system according to one of the preceding claims, characterized in that the second protective shield electrode ( 4 ) partially a smaller diameter than the measuring surface ( 2 ) having.

Measuring system according to one of the preceding claims with a measuring head ( 1 ), the at least one protective shield electrode ( 3 . 4 ), and a signal supply to the measuring head ( 1 ) supplies a measuring signal and a protective screen signal, characterized in that a connection point ( 21 . 22 . 23 ) between the measuring head ( 1 ) and the signal supply is designed separable, wherein the measuring signal at the connection point ( 21 . 22 . 23 ) in the connected state at least partially, preferably completely surrounded by the protective screen signal.

Method for measuring inside diameters with a measuring head ( 1 ) with an electrically conductive, electrically contiguous and substantially annular measuring electrode ( 2 ) and with a capacitance measuring circuit, wherein the capacitance measuring circuit, the capacitance between the measuring electrode ( 2 ) and the inner diameter, characterized in that a measured capacitance is corrected before or during the further processing, so that influences of parasitic capacitances are reduced.

Method for measuring inside diameters according to claim 10, characterized in that the correction of the capacitance measured by the capacitance measuring circuit is based on an approach which takes into account the parasitic capacitances in the measured capacitance as an additive term, in particular with the formula C measured = C measuring capacitor + C parasitic C, _measured C _measured by the capacitance _{measuring circuit} , C _{measuring capacitor,} the capacitance between the measuring electrode ( 2 ) and the internal diameter and C _{parasitic means} the sum of the parasitic capacitances, or with formulas expanding this formula.

Method for measuring inside diameters according to one of Claims 10 or 11, characterized in that, in order to calculate the measured diameter, additionally a calibratable factor between the capacity effective for the capacitance measuring circuit and a measured value derived therefrom is set as follows: Measured value = factor · C measured Method for measuring inside diameters according to one of Claims 10 to 12, characterized in that the additive term for correcting the parasitic capacitances is determined from at least one measurement with a known internal diameter.

Method for measuring inside diameters Claim 11, characterized in that the calibratable factor determined from at least one measurement with a known inner diameter becomes.

Method for measuring inside diameters one of claims 10 to 14, characterized that with the help of a measurement with a known inner diameter of the Diameter of the measuring electrode is determined.

Method for measuring inside diameters of one of claims 10 to 15, characterized in that the measured diameter is calculated with the following formula or formulas based thereon:

Method for measuring inside diameters of claims 10 to 16, characterized in that the Determining the measurement result from a raw result a spline interpolation is carried out.

Measuring device, with a measuring head with a measuring electrode in the form of an electrically conductive closed ring and with a capacitance measuring circuit, characterized that is a measuring method according to one of claims 10 until 17 is realized.