DE1032556B - Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung des Querschnitts von ferromagnetischen Prueflingen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetische Vorrichtung zur zerstörungsfreien kontinuierlichen Messung des Querschnitts von ferromagnetisehen Prüflingen.

Bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art ist mindestens eine Meßeinheit vorgesehen, die mindestens zwei zum Prüfling symmetrisch liegende offene magnetische Kreise aufweist, welche durch den Prüfling geschlossen und durch Wechselstrom mindestens bis zur annähernden Sättigung des Prüflings gleichsinnig erregt werden, wobei aus dem im Prüfling erregten Fluß ein für seinen Querschnitt kennzeichnendes Signal abgeleitet und angezeigt wird.

Die Erfindung besteht nun darin, daß die magnetischen Kreise zueinander parallel verlaufen und zur ununterbrochenen Durchführung des Prüflings einen Luftspalt bilden. Die Parallelität der magnetischen Kreise gewährleistet dabei die Homogenität des sich mit dem Prüfling verkettenden Flusses, wogegen der Luftspalt bedeutet, daß der Prüfling mit der Vorrichtung bei der Messung nicht in Berührung gelangt, so daß die Messung kontinuierlich vorgenommen werden kann.

Es ist zweckmäßig, im Erregerstromkreis der Meßeinheit einen Stromstabilisator vorzusehen, durch den einerseits die Wirkung von Schwankungen der Netzspannung, andererseits die Rückwirkung der im Prüfling entstehenden gegenelektromotorischen Kraft auf den Erregerstrom behoben wird. Für den letzteren Fall kann z. B. ein geeigneter ohmscher Widerstand vorgesehen sein, wobei dann auch die im Erregerkreis auftretenden Impedanzänderungen und somit auch die hierdurch bewirkten Stromänderungen praktisch vernachlässigbar werden, da die Vektoren der Teilspannungen zueinander senkrecht stehen. Die magnetischen Kreise werden zweckmäßig durch hufeisenförmige Joche bestimmt, welche ein System von Wicklungen enthalten, die zur Erregung bzw. zur Ableitung des elektrischen Signals dienen. Es ist dabei offengelassen, ob die zum Ableiten des elektrischen Signals vorgesehene Wicklung mit den Erregerwicklungen galvanisch verbunden ist oder nicht. Es ist auch nicht bestimmt, ob die Wicklungen an den Jochen ange*- ordnet oder in den offenen Teilen der magnetischen Kreise angebracht sind. Entscheidend ist nur, daß die magnetischen Kreise einerseits magnetisches Material enthalten und andererseits ein System von Wicklungen zur Erregung bzw. zur Signalableitung aufweisen. Das elektrische Signal kann auch mittels einer Meßspule abgeleitet werden, die mit den Erregerwicklungen nicht leitend, sondern nur induktiv verbunden ist. Die Meßspule bildet im übrigen ebenfalls einen Teil der magnetischen Kreise. Die Vorteile einer derartigen Anordnung werden im nachfolgenden näher erläutert.

Vorrichtung
zur kontinuierlichen Messung

des Querschnitts
von ferromagnetischen Prüflingen

Anmelder:

Villamosipari Központi Kutato

Laboratorium,

Budapest

Vertreter: Dr. G. W. Lotterhos

und Dr.-Ing. H. W. Lotterhos, Patentanwälte,

Frankfurt/M., Lichtensteinstr. 3

Beanspruchte Priorität:
Ungarn vom 27. Februar 1964

Dipl.-Ing. Istvan Zoltan, Budapest,
ist als Erfinder genannt worden

Die magnetischen Joche können mit die Länge des Luftweges der Flußlinien verkürzenden und dadurch die Homogenität des magnetischen Wechselfeldes erhöhenden Fortsätzen versehen sein.

Das den Querschnitt des zu prüfenden Werkstoffes kennzeichnende elektrische Signal kann unmittelbar aus dem im Werkstoff induzierten magnetischen Fluß auf Grund des Induktionsgesetzes mit Hilfe des durch Gleichrichtung erhaltbaren mittleren Wertes der durch die periodischen Schwankungen des magnetischen Flusses induzierten Wechselspannung abgeleitet werden. Wenn jedoch die Magnetisierung konstant ist, kann das elektrische Signal auch mittelbar abgeleitet werden, z. B. aus dem Spitzenwert der induzierten Spannung oder aus mindestens einer Oberwelle derselben. Bei Ableitung des elektrischen Signals aus einer Oberwelle muß das unerwünschte Frequenzband aus dem für die Anzeige verwendeten Signal offensichtlich entfernt werden.

Bei Werkstoffen mit konstanter Breite wird das abgeleitete elektrische Signal offensichtlich proportional der Werkstoffdicke sein, so daß die Vorrichtung gemäß der Erfindung zur zerstörungsfreien und kontinuierlichen Messung von ferromagnetischen Blechen und Bändern besonders geeignet ist.

Die Erfindung wird an Hand der zeichnerisch dargestellten Ausf ührungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

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der Änderungen des Erregerstromes, welche aus der Rückwirkung der Querschnittsänderungen des zu prüfenden Werkstoifes auf die Meßeinheit 40 stammen. Die Regelmittel 44 können z. B. aus einer in die Stromquelle 43 geschalteten hohen Impedanz oder aus einem stromstabilisierenden Organ beliebiger Art bestehen. Als stromstabilisierendes Organ kann z. B. ein an sich bekanter Eisenwasserstoffwiderstand.; od. dgl. verwendet werden.

Die Meßeinheit 40_, die durch die obenerwähnte Erregermittel ein homogenes magnetisches Wechselfeld erzeugt und zum Ableiten eines auf den Querschnitt des zu prüfenden Werkstoffes kennzeichnenden Signals dient, kann verschiedenartig ausgeführt werden.

Für die Messung von verhältnismäßig breiteren Bändern kann zweckmäßig eine Ausführungsform gemäß Fig. 1 bis 3 benutzt werden, bei welcher U-f örmige magnetische Joche 48¹ und 48ⁿ symmetrisch· <

Fig. 1 den Längsschnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung entlang der Linie I-I der Fig. 2,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 das Schaltbild der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2,

Fig. 4 den Querschnitt einer anderen Ausführungsform entlang der Linie IV-IV der Fig. 5,

Fig. 5 die Seitenansicht einer Einzelheit der Ausführungsform gemäß Fig. 4,

Fig. 6 das Schaltbild der Ausführungsform gemäß Fig. 4 und 5,

Fig. 7 die Obenansicht einer anderen Ausführungsform,

Fig. 8 einen Längsschnitt entlang der Linie VIII-VIII der Fig. 7,

Fig. 9 das Schaltbild der Ausführungsform gemäß Fig. 7 und 8,

Fig. 10 einen Längsschnitt einer anderen Ausfüh- 20 zum Werkstoff 45 an beiden Seiten desselben angerungsform entlang der Linie X-X der Fig. 11, ordnet sein. Die Breite der magnetischen Joche 48¹

und 48ⁿ ist größer als die des Prüflings 45 mit länglichem Querschnitt, so daß dieser durch ein homogenes Gebiet des magnetischen Wechselfeldes hindurch-: bewegt wird, dessen räumliche Ausdehnung durch die magnetischen Joche 48¹ und 48¹¹ beschränkt ist.

Die Erregerwicklung kann zwecks Erhöhung der Homogenität des magnetischen Wechselfeldes mitödestens zum Teil am magnetischen Joch angeordnet sein.

Fig. 15 das Schaltbild der Ausführungsfoirm gemäß 30 Bei einer derartigen Anordnung werden die Erreger-Fig. 13 und 14, wicklungen so bemessen, daß der magnetische Wider

stand des magnetischen Kreises außerhalb des zu prüfenden Werkstoffes — wie Luftspalte und. die magnetischen Joche selbst, welche zur Rückführung des im zu prüfenden Werkstoff induzierten magnetischen Flusses dienen — hinsichtlich des Meßabschnittes der Erregerwicklung praktisch vernachlässigt werden kann. In derartigen Fällen kann dieser Meßabschnitt als ein Solenoid von unendlicher Länge und mit einem homogenen Feld betrachtet werden.

Dementsprechend ist die Erregerwicklung beim dargestellten Ausführungsbeispiel mit Rücksicht auf das obige in drei Teilwicklungen 46¹. 46ⁿ, 47 unterteilt, wobei die Erregerteilwicklungen 46¹ bzw. 46ⁿ

Fig. 23 die Obenansicht der Ausführungsform ge- 45 _auf d_en magnetischen Jochen 48¹ bzw. 48¹¹ angeordnet maß Fig. 22, schließlich sind, während der Meßabschnitt 47 die Bewegungs-

Fig. 24 einen Querschnitt entlang der Linie XXIV- bahn des Werkstoffes 45 umgibt, wie dies bei den XXIV der Fig. 22 bzw. 23. vorher beschriebenen Ausführungsformen der Fall

Gleiche Bezugszeichen weisen auf ähnliche Einzel- war. Das in Fig. 3 dargestellte Schaltbild zeigt, daß heiten hin. Bei gleichartigen, jedoch spiegelbildlich 5o die Erregerteilwicklungen 46¹ bzw. 46ⁿ derart geangeordneten Einzelheiten sind die Bezugszeichen mit schaltet sind, daß die in den ihnen zugeordneten

magnetischen Jochen 48¹ bzw. 48ⁿ erzeugten Flüsse sich über den Prüfling 45 schließen. Ein derart symmetrischer Aufbau der erfindungsgemäßen Vor-

F ig. 11 einen Querschnitt entlang der Linie XI-XI der Fig. 10,

Fig. 12 das Schaltbild der Ausführungsform gemäß Fig. 10 und 11,

Fig. 13 einen Längsschnitt einer anderen Ausführungsform entlang der Linie XIII-XIII der Fig. 14,

Fig. 14 eine Ansicht gemäß der Linie XIV-XIV der Fig. 13,

Fig. 16 bzw. 17 die Schaltbilder von zwei weiteren Ausführungsformen,

Fig. 18 einen Längsschnitt einer anderen Ausführungsform entlang der Linie X\^III-XVIII der Fig. 19,

Fig. 19 einen Querschnitt entlang der Linie XIX-XIX der Fig. 18,

Fig. 20 das Schaltbild der Ausführungsform gemäß Fig. 18 und 19.

Fig. 21 das Schaltbild einer anderen Ausführungsform,

Fig. 22 einen Längsschnitt einer anderen Ausführungsform entlang der Linie XXII-XXII der Fig. 23,

einem Beistrich versehen. Gleichgeartete und auch ähnlich angeordnete Einzelheiten werden durch einen Index unterschieden. Bei elektromagnetisch gleich

wertigen, bezüglich ihrer Schaltung jedoch gegen- 55 richtung hat, wie bereits erwähnt, den wesentlichen

Vorteil, daß die Wirkung von Luftspaltänderungen, welche von der eventuellen Welligkeit des Prüflings 45 herrühren, selbsttätig ausgeglichen wird. Es ist dabei auch möglich, die Meßvorrichtung ohne die Spulen oder Erregerteilwicklungen 46¹ bzw. 46ⁿ auszuführen, wie dies für den Fachmann offensichtlich sein dürfte.

Bei länglichen Körpern, wie Werkstoffe mit mehreckigem oder kreisförmigem Querschnitt, können die magnetischen Joche z. B. in der in Fig. 4 bis 6 gezeichneten Weise angeordnet sein. Bei dieser Ausführungsform sind entlang je einer Seitenfläche des Prüflings 45 mit Sechskantquerschnitt magnetische Joche 48¹, 48«, 48^ΠΙ, 48¹V, 48^V, 48^VI radial angeordnet,

einander wirkenden Elementen ist das unterscheidende Zeichen ein die Bezugsziffern ergänzendes »α«.

In der Zeichnung ist mit 40 eine Meßeinheit bezeichnet, die zum Erzeugen eines homogenen magnetischen Wechselfeldes und zum Ableiten eines für den Querschnitt des zu prüfenden Werkstoffes kennzeichnenden elektrischen Signals aus dem im Werkstoff induzierten und vom Querschnitt desselben abhängigen magnetischen Flusses besteht. 41 (z. B. Fig. 16) ist eine Bahn zum Führen des zu prüfenden Werkstoffes im magnetischen Wechselfeld, 42 Anzeigemittel zum Anzeigen des erwähnten elektrischen Signals und schließlich 43 eine Stromquelle der Vorrichtung.

Die Stromquelle 43 kann mit Regelmitteln 44 in
Reihe geschaltet sein. Diese dienen zum Verringern 1° wobei die Erregerwicklung der Zahl der magnetisdberi

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Joche entsprechend in sechs Erregerteilwicklungen 46¹, 46", 46^m, 46^IV, 46^V, 46^VI unterteilt ist. Zwecks Erhöhung der Feldstärke des homogenen magnetischen Wechselfeldes durch Verkürzung der Flußlinien werden die Schenkel 49¹, 49«, 49¹", 49^IV, 49^V, 49^VI der magnetischen Joche 48¹, 48ⁿ, 48^ΙΠ, 48^IV, 48^V, 48^VI mit ihren gegenseitigen Abstand verringernden Fortsätzen 51¹, 51¹¹, 51^ra, 51^IV, SV, 51^VI versehen, wie dies insbesondere aus Fig. 5 hervorgeht. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Meß abschnitt 47 durch die Gesamtheit der Erregerteilwicklungen 46¹, 46¹¹, 46^In, 46^IV, 46^V, 46^VI gebildet, wie dies im Schaltbild gemäß Fig. 6 dargestellt ist. Diese Ausführungsform ist ferner von der vorherigen dadurch unterschiedlich, daß die Erregerteilwicklungen zur Gänze auf den magnetischen Jochen angeordnet sind.

Die vorher beschriebenen Ausführungsformen dienen im allgemeinen zum Messen von verhältnismäßig schmalen Werkstoffen. Bei breiteren Bändern oder Blechen würden jedoch derartige Anordnungen zu eventuell übermäßigen Abmessungen führen. Diese Schwierigkeiten können durch Meßeinheiten behoben werden, welche schmaler sind als der Prüfling, wobei die Erregerwicklungen auf den magnetischen Jochen angeordnet werden. Die quer gerichtete magnetische Streuung soll jedoch zweckmäßig aus der Messung ausgeschieden werden. Zu diesem Zweck können an beiden Seiten des als Hauptjoch ausgebildeten magnetischen Joches quer zu den magnetischen Flußlinien zweckmäßig magnetische Nebenjoche angeordnet sein, welche die Homogenität des magnetischen Wechselfeldes im Meßabschnitt der Erregermittel erhöhen, wobei die elektrischen Mittel zum Ableiten eines auf den Querschnitt des Werkstoffes kennzeichnenden elektrischen Signals elektrisch an das magnetische Hauptjoch angeschlossen sind. Diese Anordnung entspricht den in der elektrischen Meßtechnik wohlbekannten Schutzringanordnungen.

Eine derartige Ausführungsform ist in den Fig. 7 bis 9 dargestellt. Hier sind an entgegengesetzten Seiten des Prüflings 45 Hauptjoche 48¹ bzw. 48ⁿ symmetrisch angeordnet, denen an ihren beiden Seiten jeweils Nebenjoche 48J, 48» bzw. 48", 48" zugeordnet sind. Die elektrischen Mittel zum Ableiten des elektrischen Signals dienen in Form von Meßabschnitten 47¹ bzw. 47ⁿ zugleich als Erregerwicklungen der zugeordneten Hauptjoche 48¹ bzw. 48¹¹. Die Erregerwicklungen der seitlichen Nebenjoche 48{ und 4S\ bzw. 48J¹ und 48" sind durch Bezugszeichen 46] und 462 bzw. 46" und 46" bezeichnet. Die seitlichen Nebenjoche und ihre Erregerwicklungen sind bestimmt, den durch die Erregerwicklungen oder Meßabschnitte der mittleren oder Hauptjoche induzierten und mit dem zu prüfenden Werkstoff verketteten Fluß gemäß dem Obigen auf die Breite der Hauptjoche zu begrenzen. Die Windungszahl der Erregerwicklungen der Nebenjoche wird entsprechend gewählt. Nötigenfalls kann die Windungszahl verschieden, z. B. höher sein als die Windungszahl der Erregerwicklungen oder Meßabschnitte der mittleren oder Hauptjoche.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 7 bis 9 ist zur Messung der Dicke des Prüflings 45 im durch die Meßeinheit 40 ausgezeichneten Gebiet geeignet. Bei verhältnismäßig breiteren Prüflingen kann eine Anzahl von derartigen Meßeinheiten 40 verwendet werden, wodurch eine streifenweise Messung der Dicke des Prüflings ermöglicht wird. Bei geeigneter Anordnung der Meßeinheiten40 wird der Durchschnittswert der einzelnen Messungen für die mittlere Dicke des Prüflings kennzeichnend sein.

Bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen ist das elektrische Signal aus der Erregerwicklung 46 bzw. aus deren Meßabschnitt 47 abgeleitet worden. Die elektrischen Mittel können jedoch auch mindestens eine Meßspule enthalten, die derart angeordnet ist, daß sie mit dem im Prüfling erregten magnetischen Fluß verkettet wird. Der Vorteil einer derartigen Anordnung besteht darin, daß einerseits die Forderungen bezüglich der Anpassung sowohl zwischen den Erregermitteln und der Stromquelle, als auch zwischen der Meßeinheit und den Anzeigemitteln voneinander unabhängig erfüllt, anderseits der die Erregerwicklung enthaltende Erregerstromkreis und der den Meßabschnitt enthaltende Meßstromkreis voneinander galvanisch getrennt werden können. Außerdem kann der durch den ohmschen Widerstand des Erregerstromkreises verursachte Spannungsabfall und dessen vom Erregerstrom abhängige Schwankungen keine Meßfehler herbeiführen. Da ferner der Erregerstrom die Meßspule nicht durchfließt, kann die letztere kleiner sein als der Meßabschnitt 47 der Erregermittel 46, der sonst für die Messung verwendet wird. Demgemäß kann der im Prüfling 45 induzierte Fluß bei Verkettung mit weniger zusätzlichem Fluß gemessen werden. Auf diese Weise ist die Zuverlässigkeit der Messung unter übrigens gleichen Bedingungen verhältnismäßig größer.

Da die Meßspulen vom Erregerstromkreis unabhängig sind, haben sie bei gleichzeitiger Anwendung einer Anzahl von Meßeinheiten zum Ermitteln der durchschnittlichen Dicke von verhältnismäßig breiteren Werkstoffen den Vorteil, daß sie zwecks Ableitung des auf die durchschnittliche Dicke kennzeichnenden elektrischen Signals in Reihe geschaltet werden können im Gegensatz zu Anordnungen, welche keine Meßspulen aufweisen und das auf die Dicke kennzeichnende elektrische Signal aus einem jeweils anderen Teil der Erregerwicklung ableiten. Diese für die Messung benutzten Wicklungsteile können offensichtlich nicht unmittelbar in Reihe geschaltet werden. Meßspulen könnten aber auch bei beliebigen der vorher beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden. Hierzu ist lediglich erforderlich, innerhalb der Meßwicklung 47 der Erregermittel 46 eine besondere Spule anzuordnen und die Anzeigmittel 42 an diese Spule anzuschließen.

Eine Ausführungsform mit Meßspule ist in den Fig. 10 bis 12 dargestellt. Diese Ausführungsform entspricht im Wesen einer Kombination der Ausführungsformen gemäß Fig. 1 bis 3 bzw. 4 bis 6. Sie ist unterschiedlich von beiden, indem die Anzeigemittel 42 anstatt an den Meßabschnitt 47 an eine besondere Meßspule 470 angeschlossen sind, die vom Erregerstromkreis galvanisch getrennt ist. Von der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 3 weicht sie insofern ab, daß die Schenkel 49¹ bzw. 49¹¹ der magnetischen Joche 48¹ bzw. 48ⁿ, ähnlich wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 bis 6, mit Fortsätzen 51¹ bzw. 51ⁿ versehen sind. Ein unterschiedliches Merkmal im Verhältnis zur Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 6 besteht auch darin, daß der Prüfling 45 durch die Meßspule 470 umgeben ist, wie dies bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 3 der Fall war, wobei auch die Fortsätze 51¹ bzw. 51ⁿ durch Erregerteilwicklungen 46j bzw. 46₂ erregt werden, welche Teile der Erregerwicklung bilden.

Eine ebenfalls mit einer Meßspule versehene andere Ausführungsform ist in den Fig. 13 bis 15 gezeigt. Diese Ausführungsform ist jener gemäß den Fig. 7 bis 9 ähnlich ausgebildet. Anstatt der vorher beschrie-

benen Meßabschnitte 47¹ bzw. 47ⁿ sind hier jedoch Meßspulen 47O₁ ¹, 470^ 470?, 470? verwendet und an den seitlichen Schenkeln 49¹ bzw. 49ⁿ von E-förmigen magnetischen Jochen 48¹ bzw. 48ⁿ angeordnet. Die mittleren Schenkel 49", 49¹¹, 49" aller drei magnetischer Joche 48?, 48", 48? sind durch die Erregerwicklung 46ⁿ gemeinsam erregt. Die mittleren Schenkel der in der Fig. 13 oberen magnetischen Joche werden in ähnlicher Weise erregt. Um die gleichmäßige Verteilung des im Prüfling 45 induzierten Flusses in seinem für die Messung ausgezeichneten Teil weiter zu erhöhen, ist die Erregung der seitlichen magnetischen Joche mittels zusätzlicher Erregerwicklungen regelbar ausgebildet, wie dies bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 7 bis 9 der Fall war.

Bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen ist das für die Dicke des zu prüfenden Werkstoffes kennzeichnende elektrische Signal aus der Summe der im geprüften Teil des Prüflings induzierten Flüsse und der mit der für die Messung benutzten Wicklung so zusätzlich verketteten anderen Flüsse abgeleitet worden. Da die außerhalb des Prüflings verlaufenden Flüsse praktisch proportional der Erregerstromstärke sind, weisen die bisher beschriebenen Ausführungsformen einen Stromstabilisator 44 auf, wodurch die obenerwähnten äußeren Flüsse konstant gehalten werden. Ihre Große ist bezüglich der Skala der Anzeigemittel 42 als ein Korrektionsfaktor berücksichtigt worden.

Es ist jedoch möglich, die der Feldstärke des magnetischen Wechselfeldes proportionalen und vom Prüfling unabhängigen Flüsse auszuschließen, indem der Meßeinheit 40 als einer ersten oder Hauptmeßeinheit eine zweite oder Gegenmeßeinheit zugeordnet wird, die elektrisch mit der ersten oder Hauptmeßeinheit verbunden ist, wobei beide Einheiten elektromagnetisch gleichwertig und einander entgegengesetzt geschaltet sind, so daß die vom Werkstoff unabhängigen magnetischen Flüsse ausgeglichen werden.

Der Grundsatz einer derartigen Ausführungsform ist in Fig. 16 dargestellt. In diesem Fall ist an die Meßeinheit 40 als an eine erste oder Hauptmeßeinheit eine elektromagnetisch gleichwertige Gegenmeßeinheit 40a angeschlossen, deren Wirkung jener der Hauptmeßeinheit bezüglich der Verkettung der Flüsse entgegengesetzt ist. Die elektromagnetischen Werte der beiden Meßeinheiten 40 und 40 a. sind derart gewählt, daß das durch die Anzeigemittel 42 angezeigte elektrische Signal Null wird, d.h. die elektrischen Signale, die aus magnetischen Flüssen abgeleitet werden, welche vom im Prüfling induzierten Fluß unabhängig sind, einander ausgleichen, wenn in der Meßeinheit40 sich kein Prüfling 45 befindet und die Erregerstromstärke innerhalb der für den Meßbereich bestimmten Grenzen liegt.

Der Erfindungsgedanke kommt innerhalb der praktisch möglichen Grenzen bei Ausführungsformen mit dieser Ausgleichswirkung am besten zum Ausdruck, da hier das für den Querschnitt des Prüflings charakteristische elektrische Signal ausschließlich aus der für diesen Querschnitt tatsächlich kennzeichnenden Magnetisierung T abgeleitet wird, wobei die Magnetisierung selbst J=B-μ_ν ■ H und dem zu messenden Querschnitt proportional ist. Anderseits kann die Magnetisierung / höchstens bis zum Sättigungswert B₃ erhöht werden, der seinerseits praktisch lediglich von der Zusammensetzung des Werkstoffes abhängig ist und beim Messen von Werkstoffen derselben Charge als konstant erachtet werden kann. Wenn demnach die Erregerstromstärke im Laufe der Messung genügend hoch ist, um zu erreichen, daß die im Prüfling erhaltene Induktion sich weitgehend an den Sättigungs wert B₃ nähert, können eventuelle Schwankungen des Erregerstromes keine Meßfehler: verursachen. In derartigen Fällen kann die Stabilisierung des Erregerstromes wegfallen.

Wenn dagegen der Prüfling 45 vom magnetischen Standpunkt als genügend homogen erachtet werden" kann und für die Annäherung des Sättigungszustandes ■>■ zu hohe Erregungen nötig wären, ist es zweckmäßiger, den Erregerstrom durch den Stabilisator 44 konstant zu halten. Deshalb ist der Stabilisator 44 in Fig. 16 mit gestrichelten Linien gezeichnet.

Wenn vor allem Abweichungen von einem vorbestimmten Maß der Querschnitte des Prüflings 45 gemessen werden sollen, kann die obenerwähnte Gegenmeßeinheit eine Gegenerregerwicklung und eine Gegenbahn aufweisen, wobei mittels der Gegenbahn ein Vergleichsstück aus dem Prüfling 45 mit einem dem Nennquerschnitt des Werkstoffes entsprechenden Querschnitt in der Gegenerregerwicklung angeordnet ist, so daß auch die im Werkstoff erregten und seinein Nennquerschnitt proportionalen magnetischen Flüsse in der ersten oder Hauptmeßeinheit zusätzlich aus-, geglichen werden. Eine entsprechende Ausführungsform des Kompensationsprinzips ist in Fig. 16 durch gestrichelte Linien angedeutet. Es bezeichnet dabei Bezugszeichen 41 α- eine Gegenbahn und 45 a· ein Vergleichsstück (Etalon), das aus dem Prüfling 45 hergestellt und in der Gegenbahn 41 α angeordnet ist.¹ Sein Querschnitt entspricht dem Nennquerschnitt des Prüflings 45.

Fig. 17 zeigt das Schaltbild einer Anordnung, .; welche für die praktische Ausführung des Ausgleichs-¹ prinzips geeignet ist. Es wird dabei kein Vergleichsstück verwendet, so daß die Vorrichtung in diesem. _;i Fall die absolute Größe der Querschnitte des zu mes·¹ senden Werkstoffes ermittelt. Diese Ausführungsform ist mit einer Meßspule 470 und mit einer Gegenmeß- : einheit 40 a versehen, die aus Erregermitteln 46 α und aus einer Gegenmeß spule 470 a besteht, wobei ihre¹ Gegeninduktivität der Gegeninduktivität der Erregtermittel 46 und der Meß spule 470 der Meßeinheit 40^: ; gleich ist und beide Meßeinheiten 40 und 40 a irr <^! elektromagnetisch entgegengesetztem Sinne an die ".. Anzeigemittel 42 angeschlossen sind.

Eine Ausführungsform mit Vergleichsstück ist in i den Fig. 18 bis 20 dargestellt. Diese Ausführungsform s, unterscheidet sich von jener gemäß den Fig. 1 bis 3- ■■:■ im Wesen dadurch, daß sie mit einer besonderen Meßspule 470 versehen ist, die Erregerwicklungen 46¹" { bzw. 46ⁿ an den magnetischen Jochen 48¹ bzw. 48¹¹ ; angeordnet sind und der Meßeinheit 40 eine elektromagnetisch gleichwertige, jedoch ihr entgegengesetzt ; geschaltete Gegenmeßeinheit 40a zugeordnet ist. In der Gegenmeßeinheit 40a· ist ein Vergleichsstück 4-5 <£ angebracht, dessen Querschnitt dem Nennquerschnitt¹ des Prüflings 45 gleich ist. Verschiedene Einzelheiten der Gegenmeßeinheit 40 a, welche ähnlichen Teilen der¹ Meßeinheit 40 entsprechen, sind durch dieselben Be- .; zugszeichen bezeichnet, die jedoch in der bereits erwähnten Weise mit einem Index »α« ergänzt sind. \ Die Anzeigemittel der dargestellten Ausführungs^ form sind so ausgebildet, daß die Abweichungen des Querschnittes vom Querschnitt des Vergleichsstückes 45 a vorzeichenrichtig angezeigt werden. Die aus den Meßspulen 470 bzw. 470a abgeleiteten Signale wer² den daher durch Gleichrichter 52 bzw. 52 α gledth^J gerichtet und Arbeitswiderständen 53 bzw. 53 a auf¹+ ψ gedrückt. Der Unterschied zwischen den Spannungs-: .φ

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abfällen an den Arbeitswiderständen 53 und 53 a, der verwendet werden sollen, wird eine Gegenmeßeinheit für die Abweichungen vom Nennquerschnitt des Prüf- 40 a mit einem Vergleichsstück 45 α in der oben belings 45 kennzeichnend ist, kann gemäß ihrem posi- schriebenen Weise angewendet. In derartigen Fällen tiven oder negativen Vorzeichen an einem Gleich- werden die von der Meßeinheit 40 bzw. der Gegenstrominstrument 54 abgelesen werden, das beim dar- 5 nießeinheit 40a kommenden elektrischen Signale, um gestellten Ausführungsbeispiel an die Arbeitswider- eine vorzeichenrichtige Anzeige zu erhalten, jeweils stände 53 und 53 a angeschlossen ist. Diese Ausfüh- gleichgerichtet und erst nachher den Anzeigemitteln rungsform ist übrigens auch zum Messen der absoluten 42 zugeführt.

Querschnittswerte geeignet, wenn das Vergleichs- Eine praktische Ausführungsform der erfmdungs-

stück45aaus der Gegenmeßeinheit 40 a entfernt wird, io gemäßen Vorrichtung ist in den Fig. 22 bis 24 darweshalb das Vergleichsstück 45 α in der Fig. 18 mit gestellt. Diese Ausführungsform weicht bezüglich der gestrichelten Linien dargestellt ist. elektromagnetischen Mittel von der Ausführungsform

Falls geringere Forderungen an die Meßgenauig- gemäß den Fig. 13 bis 15 insofern ab, daß sie ,mit keit gestellt werden, oder es sich um die Bestimmung keinen seitlichen magnetischen Jochen versehen ist. von geringeren Abweichungen vom Nennquerschnitt 15 Es ist auch keine besondere Meßspule vorgesehen, so handelt, kann das für sie kennzeichnende elektrische daß die Erregerwicklung 46¹ und 46ⁿ gemeinsam den Signal anstatt aus den durch Fluß Schwankungen ver- Meßabschnitt 27 zum Ableiten des elektrischen Siursachten Spannungsschwankungen auch aus der gnals bilden. Die magnetischen Joche 48¹ und 48ⁿ sind Rückwirkung derartiger Spannungsschwankungen auf jeweils zwischen zwei L-förmigen Querträgern 58¹ und den Erregerstrom, d. h. aus den Schwankungen des 20 58¹¹ angeordnet, wobei ihre gegenseitige Lage durch Erregerstromes abgeleitet werden. Die Erregerstrom- vier Säulen 59 gesichert ist, die mit den Querträgern kreise der Meßeinheiten 40 und 40 α müssen dann von- 58¹ bzw. 58¹¹ mittels Schraubenmuttern 60¹ bzw. 60¹¹ einander galvanisch offensichtlich getrennt werden. verbunden sind.

Eine derartige Ausführungsform der erfindungs- Die bei den vorher beschriebenen Ausführungsgemäßen Vorrichtung ist in Fig. 21 dargestellt. Diese 25 formen mit Bezugszeichen 41 bezeichnete Bahn ist im Ausführungsform ist von jener gemäß den Fig. 18 Wesen in folgender Weise aufgebaut: bis 20 insofern unterschiedlich, daß zwecks galvani- Wie aus Fig. 24 hervorgeht, sind an den Querscher Trennung der Erregerstromkreise die Strom- trägern 58¹ bzw. 58ⁿ durch Stiftschrauben 61¹ bzw. quelle 43 die Primärwicklung 56 eines Transforma- 61¹¹ kufenförmige Lenkorgane befestigt. Die Stifttors 55 enthält, wobei die galvanisch getrennten 30 schrauben 61¹ und 61ⁿ sind in Fig. 22 zwecks besserer Sekundärwicklungen 57 bzw. 57a desselben zur Spei- Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Die Lenkorgane sung der Meßeinheiten 40 bzw. 40a dienen. Bei genau 62¹ und 62ⁿ sind bestimmt, einerseits den Prüfling symmetrischem Aufbau der Vorrichtung können die zwischen die magnetischen Joche 48¹ und 48¹¹ zu elektrischen Kennzeichen der Wicklungen 57 und 57a führen, anderseits eine Berührung des Prüflings mit ganz gleich sein. Beim dargestellten Ausführungs- 35 den Schenkeln 49¹ und 49ⁿ der magnetischen Joche beispiel sind die Gleichrichter in Graetzschaltungen zu verhüten. Zu diesem Zweck sind die Abmessungen 52 und 52 a vorgesehen. Diese Anordnung dient zur derart bestimmt, daß der Abstand der Lenkorgane 62¹ Aufrechterhaltung des Stromes in beiden Halb- und 62ⁿ geringer ist als der Abstand der Schenkel 49¹ Perioden. Das an den Arbeitswiderständen 53 und 53 a und 49ⁿ der magnetischen Joche 48¹ und 48¹¹, wie dies erscheinende gleichgerichtete elektrische Signal, das 4.0 insbesondere aus Fig. 22 hervorgeht. Um den Prüfden Stromschwankungen proportional ist, ist den ling zu befördern, sind vor und nach den Lenkorganen Querschnittsabweichungen umgekehrt proportional 62¹ und 62¹¹ jeweils Walzenpaare angeordnet, die aus und von entgegengesetztem Vorzeichen. Mit Rücksicht Walzen 64¹ und 64ⁿ bestehen. Die Walzen 64¹ bzw. auf die umgekehrte Proportionalität darf die Skala 64¹¹ sind mit Gummischichten 63¹ bzw. 63ⁿ überzogen, der Anzeigemittel 54 mit Ausnahme des Bereiches von 45 die bestimmt sind, die Querschnittsungleichmäßiggermgeren Querschnittsabweichungen nicht als linear keiten des Prüflings elastisch aufzunehmen. Sie könerachtet werden. nen aber auch ersetzt, beispielsweise je Walzenpaar

Beim Messen der durchschnittlichen Dicke kann durch eine federnde Anordnung mindestens einer eine Anzahl von Meßeinheiten 40 in Reihe geschaltet Walze ersetzt werden. Wenn der Prüfling ohnehin werden. Wenn diesen lediglich eine Gegenmeßeinheit 50 bewegt wird, können die Walzenpaare 64¹ und 64^TI 40 a zugeordnet werden soll, ist die Sekundärwicklung und deren Antrieb selbstverständlich wegfallen. 57 zum Speisen der Meßeinheit 40 so zu bemessen, daß Die Walzen 64¹ und 64¹¹ sind einerseits in Lagern

sie eine proportionell erhöhte Spannung liefert. 65¹ und 65ⁿ, anderseits in zweifachen Schnecken-

Bei Verwendung eines Erregerstromes von kon- getrieben 68^r und 68¹¹ gelagert, wobei die letzteren stanter Frequenz und konstanter maximaler Strom- 55 ihren Antrieb von einer gemeinsamen Spindel 67 erstarke wird das einen Bestandteil der Anzeigemittel halten, die durch Wellenkupplungen 66 unterteilt ist. 42 bildende Instrument vorgespannt, d. h. die Skala Die Spindel 67 ist mittels der in Fig. 23 linksseitigen des Instrumentes derart eingestellt, daß der angezeigte letzten Wellenkupplung 66 mit der Welle des An-Wert Null beträgt, wenn in der Meßvorrichtung kein triebsmotors 69 der Vorrichtung verbunden. Prüfling 45 vorhanden ist. Wenn die Anzeigemittel 42 60 Der Antriebsmotor 69, die Schneckengetriebe 68¹ mit einem Instrument der Gleichrichterart versehen und 68ⁿ, die Lager 65¹ und 65ⁿ und die Säulen sind ist, ist ihre Skala linear und ihr Ausschlag dem gleichwie an einer gemeinsamen Grundplatte 70 ange-Ouerschnitt bzw. der Dicke des Prüflings propor- ordnet. Die Vorrichtung ist übrigens in der Querrichtional, vorausgesetzt, daß die Bedingung bezüglich tung unterbrochen dargestellt, wodurch angedeutet der Nullage erfüllt worden ist. 65 werden soll, daß beim Messen der mittleren Dicke

Die Vorspannung des Instrumentes kann wegfallen. von breiteren Werkstoffen an die Meßeinheit wenn die obenerwähnte Gegenmeßeinheit Verwendung weitere gleichgeartete Einheiten angeschlossen werden findet. können.

Wenn die Anzeigemittel zum Ermitteln von Ab- Die erfindungsgemäße A^orrichtung arbeitet wie

weichungen vom Nennquerschnitt des Prüflings 45 70 folgt:

In der Meßeinheit 40 wird mittels der Stromquelle 43 eine konstante maximale Feldstärke von etwa 300 örsted erzeugt. Infolge dieser Feldstärke wird im magnetischen Kreis der Meßeinheit 40 ein der Feldstärke proportionaler Fluß erregt oder induziert. Um das aus diesem Fluß stammende elektrische Signal auszugleichen, wird entweder die Skala des Instrumentes der Anzeigemittel 42 auf Null eingestellt oder dieses Signal in der oben beschriebenen Weise ausgeglichen. Nachher wird der Prüfling 45, z. B. ein Transformatorblech von einer Nenndicke von 0,35 mm und gewöhnlicher Güte, in die Bahn 41 geführt. Durch die Anwesenheit des Werkstoffes 45 wird der durch die ursprüngliche Erregung induzierte Fluß um einen Betrag erhöht, der gerade jenem Fluß entspricht, der dem in der Meßeinheit40 befindlichen Querschnitt des Prüf lings 45 proportional ist. Das aus einer derartigen Erhöhung des Flusses stammende Spannungssignal kann nun am Instrument der Anzeigemittel 42 als ein für die Dicke kennzeichnender Wert abgelesen werden. a°

Bei Verwendung des vorher beschriebenen Ausgleichsverfahrens wird in die Gegenmeßeinheit 40 a als Vergleichsstück 45 α ein Blechstück gelegt, deren Dicke genau 0,35 mm beträgt und dessen Eigenschaften im übrigen jenen des Prüflings gleich sind. In diesem Fall wird das Instrument der Anzeigemittel 42 die Abweichung von der Nenndicke anzeigen, d. h., in mm ausgedrückt, jenen Wert gemäß seinem Vorzeichen angeben, um welchen- die Dicke des geprüften Transformatorbleches 45 größer oder kleiner ist als die Dicke des Vergleichsstückes 45 a.

Beim Messen der Durchschnittsdicke kann auch in diesem Fall eine Anzahl von entsprechend angeordneten Meßeinheiten 40 in Reihe geschaltet werden. Soll diesen lediglich eine Gegenmeßeinheit 40α zugeordnet sein, so wird die Windungszahl der Gegenmeßspule470a entsprechend höher gewählt.

Bei dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel war die Bewegungsrichtung des Prüflings 45 im allgemeinen parallel zur Richtung des durch die Meßeinheit 40 erzeugten Kraftfeldes. Bei breiteren Werkstoffen können die Richtungen des Kraftfeldes bzw. der Bewegung selbst bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen voneinander auch abweichend sein.

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Claims (7)

Patentansprüche:

1. Elektromagnetische Vorrichtung zur zerstörungsfreien kontinuierlichen Messung des Querschnittes von ferromagnetischen Prüflingen, bei welcher mindestens eine Meßeinheit vorgesehen ist, die mindestens zwei zum Prüfling symmetrisch -liegende offene magnetische Kreise aufweist, welche durch den Prüfling geschlossen und durch Wechselstrom mindestens bis zur annähernden Sättigung des Prüflings gleichsinnig erregt werden, wobei aus dem im Prüfling erregten Fluß ein für seinen Querschnitt kennzeichnendes Signal abgeleitet und angezeigt wird, dadurch gekenn- und zur ununterbrochenen Prüflings einen Luftspalt

parallel verlaufen
Durchführung des
bilden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerstromkreis der Meßeinheit (40) einen Stromstabilisator (44) enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die offenen magnetischen Kreise durch hufeisenförmige magnetische Joche (48¹, 48¹¹) bestimmt sind und ein System von Wicklungen (46¹, 46ⁿ, 47) enthalten, die zur Erregung der magnetischen Kreise bzw. zur Ableitung des elektrischen Signals dienen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Signal aus mindestens einer Meßspule (470) abgeleitet wird, die mit den zur Erregung der magnetischen Kreise vorgesehenen Wicklungen (46¹, 46¹¹) nur induktiv gekoppelt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Joche (48¹, 48ⁿ) zwecks Erhöhung der Homogenität des sich mit dem Prüfling verkettenden magnetischen Wechselfeldes Fortsätze (51¹, 51ⁿ) aufweisen, die den offenen Teil der magnetischen Kreise verkürzen.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 5 zum Messen flach ausgedehnter Werkstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Seiten der als magnetische Hauptkreise ausgebildeten und zum Prüfling (45) symmetrisch angeordneten magnetischen Kreise (47¹, 48¹, 47", 48ⁿ) parallel zu ihnen offene magnetische Nebenkreise (46J, 48}, 46?, 48?, 46L 48L 46?, 48?, vorgesehen sind, welche im Prüfling zum durch die magnetischen Hauptkreise erregten Hauptfluß parallel verlaufende Nebenflüsse erregen und dadurch den seitlichen Streuungen des Hauptflusses entgegenwirken, wobei das elektrische Signal aus dem Hauptfluß abgeleitet wird.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, bei welcher einer ersten Meßeinheit (Hauptmeßeinheit) elektrisch eine elektromagnetisch gleichwertige zweite Meßeinheit (Gegenmeßeinheit) gegengeschaltet ist, so daß die vom Prüfling unabhängigen magnetischen Flüsse ausgeglichen werden, wobei die durch die Meßeinheiten gelieferten Signale zwecks Bildung eines Differenzsignals gleichgerichtet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale der Meßeinheiten (40, 40 a) über je einen Gleichrichter (52, 52a·) einem Spannungsteiler (53, 53 a) zugeführt werden, an dem das Differenzsignal vorzeichenrichtig abgegriffen werden kann.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 199 095, 175 895, 904111, 863 132;

Zeitschrift »Instruments«, Bd. 26, Heft 12, S. 1880·

zeichnet, daß die magnetischen Kreise zueinander 60 und 1881.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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