DE1300305B

DE1300305B -

Info

Publication number: DE1300305B
Application number: DES111833A
Authority: DE
Priority date: 1967-09-15
Filing date: 1967-09-15
Publication date: 1974-05-02
Also published as: DE1300305C2

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Präzisionsgerät zur Messung, Registrierung und Überwachung mechanischer Größen, bei dem als Verlagerungsaufnehmer eine Wechselstrommeßbrücke dient, von der nur eine Flanke des Brückenstromes zur Messung herangezogen wird und der Nullabgleich im mittleren Bereich dieser nutzbaren Flanke liegt.
Bei bekannten Geräten zur Umwandlung mechanischer Verschiebungen werden induktive Verlagerungsaufnehmer in Gestalt linear variabler Differentialtransformatoren benutzt, wobei durch Verschiebung eines mit dem Taster mechanisch verbundenen Kerns relativ zu den Spulen deren Induktivität geändert und sich daraus ergebende Änderungen von Strom oder Spannung als Maß für die mechanische Verlagerung erhalten werden.
Bei bekannten Geräten dieser Bauart bereitet die Nullpunktstabilisierung Schwierigkeiten, da insbesondere infolge von Temperaturänderungen eine Nullpunktverschiebung eintritt, was Meßfehler in der Ausgangsgröße zur Folge hat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zur Messung, Registrierung und Überwachung mechanischer Größen, z. B. zur statischen oder dynamischen Messung von Wegen, Verlagerungen und Längenänderungen zu schaffen, das bei höchster Empfindlichkeit eine verbesserte Nullpunktstabilisierung aufweist.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Gerät der eingangs genannten Bauart dadurch gelöst, daß der Ausgang zweier identischer Verstärker auf das Meß- bzw. Registrierinstrument geschaltet ist, daß der erste Verstärker mit dem-von dem Brückenausgang gelieferten Meßwert und der zweite Verstärker mit einem über ein Dämpfungsglied auf den mittleren Meßspannungswert reduzierten Spannungswert aus der die Brücke speisenden Spannungsquelle gespeist wird und daß sämtliche vier Zweige der Wechselstrommeßbrücke induktive Geber enthalten, die paarweise mit je einem Kern des Tasters des Verlagerungsaufnehmers zusammenwirken.
Hierdurch wird erreicht, daß der Nullpunkt auch bei Schwankungen der Eingangsspannung erhalten bleibt, weil der eine der beiden identisch ausgebildeten Verstärker den Grundpegel in der gleichen Weise anhebt wie der andere das Signal. Diese Nullpunktstabilisierung ist insbesondere auch bei einer Meßbereichsumschaltung von Vorteil. Die paarweise Anordnung der Geber bewirkt, daß sich bei Verlagerung der Kerne die Wirkung auf den Brückenausgang jeweils summiert, so daß eine hohe Meßempfindlichkeit erreicht wird.
Da die Verstimmung der Wechselstrommeßbrücke infolge von Verlagerungen frequenzabhängig ist, wird zur Erlangung einer hohen Empfindlichkeit eine Eingangsspannung mit sehr hoher Frequenz von mehr als 10 kHz, vorzugsweise von mehr als 50 kHz, benutzt.
Die erfindungsgemäße Ausbildung des Verlagerungsaufnehmers gewährleistet eine Nullpunktstabilität bei sich ändernder Eingangsspannung. Um die Meßwerte außerdem noch von Amplitudenschwankungen der Spannung unabhängig zu machen, ist es zweckmäßig, einen Spannungsstabilisator vorzuschalten. Der Einfluß von Amplitudenschwankungen der Eingangsspannung könnte zwar im Meßkreis durch Benutzung eines Quotientenmessers ausgeschaltet werden, jedoch sind derartige Quotientenmesser relativ aufwendig und insbesondere auch für Registrierzwecke weniger gut geeignet.
Die bauliche Ausgestaltung des induktiven Gebers ist derart getroffen, daß in einem z. B. aus Glas bestehenden Rohr ein als Tastorgan dienender Stab verschieblich ist, der zwei Kerne im gegenseitig einstellbaren Abstand trägt, wobei diese Kerne mit zwei mit Mittelanzapfung versehenen Spulen zusammenwirken, die die Zweige der Brückenschaltung bilden, wobei die Mittelanzapfungen nach dem Anzeigegerät über die vorbeschriebene Verstärkeranordnung geführt sind.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt F i g. 1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Gerätes, F i g. 2 eine schematische Darstellung des Verlagerungsaufnehmers, F i g. 3 eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Verlagerungsaufnehmers.
In F i g. 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 allgemein der aus Fig. 2 im einzelnen ersichtliche Verlagerungsaufnehmer in Gestalt einer Wechselbrücke bezeichnet; dessen Eingangsklemmenl2 werden über einen Anpassungstrafo T von einem Wechselstromgenerator G gespeist. Der Generator liefert eine Spannung mit einer Frequenz von mehr als 10000Hz, vorzugsweise mehr als 50 000 Hz, und ist bezüglich seiner Spannung stabilisiert, wobei das Netzgerät mit einem Regelfaktor von 1: i0 000 zweckmäßigerweise Anwendung finden kann.
Die Ausgangsklemmen 14 der Wechselstrombrücke 10 sind an den Eingang eines Verstärkers Vt angeschlossen, dessen Ausgang mit der einen Seite des Vergleichsinstrumentes 16 verbunden ist. Der Eingang eines dem Verstärker V1 identisch genau entsprechenden zweiten Verstärkers V wird von dem die Wechselstrombrücke 10 speisenden Generator über ein einstellbares Dämpfungsglied D, z. B. in Gestalt eines Potentiometers gespeist. Der Ausgang des zweiten Verstärkers V ist mit der anderen Seite des Vergleichsinstrumentes 16 verbunden.
Der induktive Verlagerungsaufnehmer weist zwei mit Mittelanzapfung Mt bzw. M2 versehene Zylinderspulen 18 bzw. 20 auf, von denen jede zwei Zweige der Brückenschaltung, wie aus F i g. 2 ersichtlich, bildet. Die in den Spulen verschiebbaren Kerne 19 bzw. 21 sind miteinander über einen Stab 22, der aus Kupfer-Beryllium besteht, verbunden, wobei zwecks Justierung der gegenseitige Abstand der Kerne 19 und 21 veränderbar ist. Durch Relativverschiebung der Kerne 19 bzw. 21 zu den Spulen 18 bzw. 20 ändert sich der Wert der Induktivität der Spulen und demgemäß wird die an den Ausgangsklemmen 14 auftretende Spannung abhängig von der Stellung der Kerne 19, 21 relativ zu den Spulen.
Nach der Erfindung liegt der Arbeitsbereich des Meß- bzw. Registrierinstrumentes auf einer der eine gute Linearität aufweisenden Seitenflanken des Abgleichszweiges der Brücke, wobei der Nullpunkt so gelegt ist, daß nach beiden Seiten ein etwa gleich großer Meßausschlag möglich ist. So können beispielsweise bei Toleranzmessungen die Abweichungen ihrer Größe und Richtung nach ohne weiteres an dem Zeigerausschlag erkannt werden. Um dies zu gewährleisten, wird in einer von der Symmetriestellung in der Brücke abweichenden »Mittelstellung« der Kerne 19, 21 ein Nullabgleich des Instrumentes 16 dadurch vorgenommen, daß über das Dämpfungsglied D die Eingangsspannung am Verstärker V auf den gleichen Wert gebracht wird wie die Eingangs-Spannung des Verstärkers Vt, d. h., es wird auf den an den Ausgangsklemmen 14 der Brücke auftretenden Vergleichsgrundpegel abgestimmt.
Um Fehlmessungen zu vermeiden, müssen die beiden Verstärker Vt und V2 hinsichtlich ihrer Charakteristik völlig übereinstimmen. Um dabei Temperaturfehler zu vermeiden, werden die beiden entsprechenden Transistoren der beiden Verstärker auf exakt gleichen Temperaturen gehalten, indem z. B. Kühlschellen für beide Transistoren benutzt werden, oder es werden an sich bekannte Doppeltransistoren verwendet.
Das Meßinstrument 16 kann mit mehreren Meßbereichen ausgestattet sein, wobei eine Umschaltung auf die verschiedenen Meßbereiche erfolgen kann, ohne daß ein jeweiliger Nullabgleich erforderlich wäre, weil der Nullpunkt bei der Umschaltung erhalten bleibt.
Der Anpassungstrafo T kann im Geber eingebaut sein. Durch ihn wird es möglich, den Eingang des Gebers hochohmig zu halten, so daß relativ lange Kabel zwischen diesem als Verlagerungsaufnehmer wirkenden Geber und der übrigen Schaltung vorgesehen werden können.
F i g. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gebers. Dieser weist den die Kerne 19 bzw. 21 tragenden Stab 22 auf, der axial in einem Gehäuse verschieblich ist. Die Kerne 19, 21 gleiten an der Innenseite eines Quarzglasrohres 24 entlang, das die Spulen 18 bzw. 20 trägt. Der Kern 21 sitzt fest auf dem Stab 22, während der Kern 19 mittels einer an ihm befestigten Gewindehülse 26 auf einem Gewinde des Stabes 22 aufgeschraubt ist, so daß sein Abstand zu dem Kern 21 eingestellt werden kann. Die Außenhülse 28, die die Quarzhülse 24 umgibt, besteht aus Invar und ist mit dieser Glashülse im hinteren Abschnitt bei 30 verklebt. Durch diese Anpassung und Materialauswahl kann erreicht werden, daß Temperaturdifferenzen weitgehend ohne Einfluß auf das Meßergebnis bleiben, wenn der Fühler in seinem Vorderabschnitt bei 32 fest eingespannt wird.
In das vordere Ende der Außenhülse 28 ist eine Führungshülse 34 eingeschraubt, die das vordere Tastende 36 der Stange 22 führt und als Anschlag für eine Messinghülse 38 dient, die im Bereich zwischen dem Kern 21 und der Führungshülse 34 auf die Stange 22 gezogen ist. Der Durchmesser der Führungshülse 34 ist so gewählt, daß nach Herausschrauben aus der Außenhülse 28 der Stab mit seinen Kernen 21, 19 entnommen werden kann. Im hinteren Teil 38 A des Gebers ist in einer Axialbohrung40 eine Druckschraubenfeder 42 angeordnet, die über eine Kugel 44 auf dem hinteren Ende der Stange 22 lastet und sich mit dem hinteren Abschnitt an einer Schraube 46 abstützt. Die Feder 42 drückt den Taster 36 gegen den zu messenden Gegenstand.
Die Vorschubbewegung des Tasters 36 wird durch die Anschlaghülse 38 begrenzt.
Durch die Ausbildung des Vorderendes des Gebers wird es möglich, verschiedene Meßköpfe, z. B. Hebelfühler od. dgl., wahlweise so zu benutzen, wie es am zweckmäßigsten erscheint.
Patentansprüche: 1. Elektronisches Präzisionsgerät zur Messung, Registrierung und Überwachung mechanischer Größen, bei dem als Verlagerungsaufnehmer eine Wechselstrommeßbrücke dient, von der nur eine Flanke des Brückenstromes zur Messung herangezogen wird und der Nullabgleich im mittleren Bereich dieser nutzbaren Flanke liegt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Ausgang zweier identischer Verstärker (Vl und Vi,) auf das Meß-bzw. Registrierinstrument (16) geschaltet ist, daß der erste Verstärker (val) mit dem von dem Brückenausgang (14) gelieferten Meßwert und der zweite Verstärker (112) mit einem über ein Dämpfungsglied (D) auf den mittleren Meßspannungswert reduzierten Spannungswert aus der die Brücke speisenden Spannungsquelle (G) gespeist wird und daß sämtliche vier Zweige der Wechselstrommeßbrücke induktive Geber enthalten, die paarweise mit je einem Kern (19, 21) des Tasters (22) des Verlagerungsaufnehmers zusammenwirken.

Claims

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren beider Verstärker, beispielsweise durch Kühlschellen, auf gleicher Temperatur gehalten werden.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an sich bekannte Doppeltransistoren für die Verstärker Anwendung finden.

4. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das z. B. als Potentiometer ausgebildete Dämpfungsglied (D) zur Nullpunktsregelung verstellbar ist und auf den »Null«-Ausgangswert einstellbar ist.

5. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Spannungseingang ein spannungsstabilisierter Wechselstromgenerator (G) vorgesehen ist, der eine Spannung mit einer Frequenz von mehr als 10 kHz, vorzugsweise mehr als 50 kHz liefert, und daß die Spulen (18,20) des Gebers niederohmig ausgeführt sind.

6. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anpassungstransformator (T) zwischen Generator (G) und Eingang (12) der Wechselstrombrücke (10) eingeschaltet ist.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anpassungstransformator (T) im Geber eingebaut ist.

8. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Anzeigeinstrument (16) ein Gerät mit Meßbereichsumschaltung benutzt wird.

9. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden auf einem Stab (22) sitzenden Kerne (19, 21) in ihrem gegenseitigen Abstand zwecks Justierung verstellbar sind.

10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Kern (21) fest auf dem Stab (22) befestigt ist und der andere Kern (19) mittels einer Gewindehülse (26) auf einem Gewinde des Stabes axial verstellbar ist.

11. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der die Kerne (19,21) tragende Stab (22) in einem Quarzglasrohr (24) verschieblich gelagert ist, das an seinem hinteren Ende mit einer Außengehäusehülse (28) fest verbunden ist.

12. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff für Außenhülse (28) und Stab (22) derart gewählt ist, daß der Temperaturkoeffizient gegen Null geht.

13. Gerät nach den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (22) aus Kupfer-Beryllium und die Außenhülse (28) aus Invar besteht.

14. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (22) mit den Kernen (19, 21) axial aus dem Gehäuse entnehmbar ist.

15. Gerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß in das Vorderende des Gehäuses eine als Führungshülse dienende Verschlußschraube (34) eingeschraubt ist.

16. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Hinterende des Stabes (22) über eine Kugel (44) eine Feder (42) lastet, die eine Anschlaghülse (28), die auf das vordere Ende der Stange (22) aufgezogen ist, gegen die Verschlußschraube (34) drückt.

17. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene Meßköpfe austauschbar aufsetzbar sind, die z. B. als Hebelfühler ausgebildet sein können.