DE1300305B

DE1300305B -

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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. The invention relates to an electronic precision device for measuring, Registration and monitoring of mechanical quantities, in which as a displacement transducer an alternating current measuring bridge is used, of which only one edge of the bridge current is used Measurement is used and the zero balance in the middle range of this usable Flank lies.

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. In known devices for converting mechanical displacements are inductive displacement transducers in the form of linearly variable differential transformers used, whereby by moving a core mechanically connected to the button relative to the coils their inductance changed and the resulting changes of current or voltage can be obtained as a measure of the mechanical displacement.

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. In known devices of this type, the zero point stabilization prepares Difficulties, especially as a result of temperature changes, a zero point shift occurs, which results in measurement errors in the output variable.

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. The invention is based on the object of providing a device for measuring, Registration and monitoring of mechanical quantities, e.g. B. static or dynamic Measurement of distances, displacements and changes in length to create that at the highest Sensitivity has an improved zero point stabilization.

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. According to the invention, this object is achieved in a device of the opening paragraph mentioned design achieved in that the output of two identical amplifiers the measuring or recording instrument is connected that the first amplifier with the measured value supplied by the bridge output and the second amplifier with a Voltage value reduced to the mean measured voltage value via an attenuator from the voltage source feeding the bridge and that all four Branches of the alternating current measuring bridge contain inductive encoders, which are paired with each cooperate with a core of the probe of the displacement transducer.

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. This ensures that the zero point even with fluctuations the input voltage is retained because one of the two is identical Amplifier raises the basic level in the same way as the other raises the signal. This zero point stabilization is also particularly effective when switching over the measuring range advantageous. The paired arrangement of the encoder causes that when shifting the kernels the effect on the bridge output each summed up, so that a high Measurement sensitivity is achieved.

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. Since the detuning of the alternating current measuring bridge as a result of displacements is frequency-dependent, an input voltage is used to achieve high sensitivity with a very high frequency of more than 10 kHz, preferably more than 50 kHz, used.

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. The inventive design of the displacement transducer ensures a zero point stability with changing input voltage. About the readings as well To make it independent of fluctuations in the amplitude of the voltage, it is advisable to to connect a voltage stabilizer upstream. The influence of amplitude fluctuations the input voltage could indeed be in the measuring circuit by using a quotient meter switched off are, however, such quotient meters are relatively expensive and especially less suitable for registration purposes.

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. The structural design of the inductive transmitter is made in such a way that that in a z. B. made of glass tube serving as a tactile rod displaceable is, which carries two cores at mutually adjustable spacing, these cores cooperate with two coils provided with center tapping, which the branches of the Form a bridge circuit, with the center taps after the display device over the amplifier arrangement described above are performed.

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. An embodiment of the invention with reference to the Drawing explained. It shows F i g. 1 is a block diagram of the invention Device, FIG. 2 a schematic representation of the displacement transducer, F i G. 3 is a sectional view of the displacement transducer according to the invention.

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. In Fig. 1 with the reference numeral 10 is generally that from FIG. 2 designated in the individual visible displacement transducers in the form of a swap body; Its input terminals 12 are via a matching transformer T from an alternating current generator G fed. The generator supplies a voltage with a frequency of more than 10000Hz, preferably more than 50,000 Hz, and is stabilized with regard to its voltage, where the power supply unit is expediently used with a control factor of 1: 10 000 Can be found.

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. The output terminals 14 of the AC bridge 10 are connected to the input of an amplifier Vt, whose output is connected to one side of the comparison instrument 16 is connected. The input of an exactly corresponding to the amplifier V1 identically The second amplifier V is supplied by the generator feeding the AC bridge 10 via an adjustable attenuator D, e.g. B. fed in the form of a potentiometer. The output of the second amplifier V is with the other side of the comparison instrument 16 connected.

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. The inductive displacement transducer has two with a center tap Mt and M2 provided solenoids 18 and 20, each of which has two branches of the Bridge circuit as shown in FIG. 2 can be seen, forms. The ones that can be moved in the coils Cores 19 and 21 are connected to each other via a rod 22, which consists of copper beryllium, connected, with the purpose of adjusting the mutual spacing of the cores 19 and 21 is changeable. By moving the cores 19 and 21 relative to the coils 18 or 20, the value of the inductance of the coils changes and accordingly the becomes on the voltage occurring at the output terminals 14 depending on the position of the cores 19, 21 relative to the coils.

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. According to the invention, the working range of the measuring or recording instrument lies on one of the side flanks of the calibration branch that has good linearity the bridge, whereby the zero point is placed so that one is approximately the same on both sides large measurement deflection is possible. For example, for tolerance measurements the deviations of their size and direction according to the pointer deflection be recognized. To ensure this, it is in a position of symmetry in the bridge deviating "middle position" of the cores 19, 21 a zero adjustment of the instrument 16 made in that through the attenuator D, the input voltage to the amplifier V is brought to the same value as the input voltage of the amplifier Vt, d. That is, it is based on the comparison base level occurring at the output terminals 14 of the bridge Voted.

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. In order to avoid incorrect measurements, the two amplifiers Vt and V2 completely agree in terms of their characteristics. To do temperature error avoid using the two corresponding transistors of the two amplifiers kept at exactly the same temperatures by z. B. Cooling clamps for both transistors be used, or double transistors known per se are used.

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. The measuring instrument 16 can be equipped with several measuring ranges be, whereby a switchover to the different measuring ranges can take place without that a respective zero adjustment would be necessary, because the zero point when switching over preserved.

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. The matching transformer T can be built into the encoder. Through him becomes it is possible to keep the input of the encoder high impedance, so that relatively long cables between this sensor, which acts as a displacement sensor, and the rest of the circuit can be provided.

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. F i g. 3 shows a preferred embodiment of the invention Donor. This has the rod 22 carrying the cores 19 and 21, which axially in a housing is displaceable. The cores 19, 21 slide on the inside of a Quartz glass tube 24 along which carries the coils 18 and 20, respectively. The core 21 is firmly seated on the rod 22, while the core 19 by means of a threaded sleeve attached to it 26 is screwed onto a thread of the rod 22 so that its distance to the Core 21 can be adjusted. The outer sleeve 28, which surrounds the quartz sleeve 24, consists of Invar and is glued to this glass sleeve in the rear section at 30. Through this adaptation and choice of materials it can be achieved that temperature differences remain largely without influence on the measurement result if the sensor is in its front section is firmly clamped at 32.

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. A guide sleeve 34 is screwed into the front end of the outer sleeve 28, which leads the front key end 36 of the rod 22 and as a stop for a brass sleeve 38 is used, which is in the area between the core 21 and the guide sleeve 34 on the rod 22 is drawn. The diameter of the guide sleeve 34 is chosen so that after unscrewing the rod with its cores 21, 19 can be removed from the outer sleeve 28. in the rear part 38 A of the encoder is a compression coil spring in an axial bore 40 42 arranged, which bears on the rear end of the rod 22 via a ball 44 and the rear section is supported on a screw 46. The spring 42 presses the button 36 against the object to be measured.

Die Vorschubbewegung des Tasters 36 wird durch die Anschlaghülse 38 begrenzt. The feed movement of the probe 36 is controlled by the stop sleeve 38 limited.

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. The design of the front end of the encoder makes it possible to different measuring heads, e.g. B. Lever sensor od. Like. To use either as it seems most appropriate.

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: 1. Electronic precision device for measurement, registration and monitoring of mechanical variables, with an alternating current measuring bridge as the displacement sensor serves, of which only one edge of the bridge current is used for the measurement and the zero adjustment is in the middle range of this usable edge, d a d u It is noted that the output of two identical amplifiers (Vl and Vi,) on the measuring or. Registration instrument (16) is connected that the first amplifier (val) with the measured value supplied by the bridge output (14) and the second amplifier (112) with an attenuator (D) on the middle Measurement voltage value reduced voltage value from the voltage source feeding the bridge (G) is fed and that all four branches of the AC measuring bridge are inductive Encoder included, each paired with a core (19, 21) of the button (22) of the displacement sensor cooperate.

Claims

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the transistors Both amplifiers are kept at the same temperature, for example by using cooling clips will.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that known per se Find double transistors for the amplifier application.

4. Apparatus according to claims 1 to 3, characterized in that the Z. B. designed as a potentiometer attenuator (D) for zero point control is adjustable and can be set to the "zero" output value.

5. Apparatus according to claims 1 to 4, characterized in that A voltage-stabilized alternating current generator (G) is provided as the voltage input which is a voltage with a frequency of more than 10 kHz, preferably more supplies than 50 kHz, and that the coils (18, 20) of the encoder are of low resistance are.

6. Apparatus according to claims 1 to 5, characterized in that a matching transformer (T) between generator (G) and input (12) of the AC bridge (10) is switched on.

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the matching transformer (T) is built into the encoder.

8. Apparatus according to claims 1 to 7, characterized in that A device with measuring range switching is used as the display instrument (16).

9. Apparatus according to claims 1 to 8, characterized in that the two cores (19, 21) sitting on a rod (22) at their mutual distance are adjustable for adjustment.

10. Apparatus according to claim 9, characterized in that the one core (21) is firmly attached to the rod (22) and the other core (19) by means of a Threaded sleeve (26) is axially adjustable on a thread of the rod.

11. Apparatus according to claims 1 to 10, characterized in that the rod (22) carrying the cores (19, 21) is displaceable in a quartz glass tube (24) is stored at its rear End with an outer housing sleeve (28) is firmly connected.

12. Apparatus according to claim 11, characterized in that the material for outer sleeve (28) and rod (22) is chosen such that the temperature coefficient goes to zero.

13. Apparatus according to claims 11 and 12, characterized in that that the rod (22) is made of copper beryllium and the outer sleeve (28) is made of Invar.

14. Apparatus according to claims 1 to 13, characterized in that the rod (22) with the cores (19, 21) can be axially removed from the housing.

15. Apparatus according to claim 14, characterized in that in the front end A screw plug (34) serving as a guide sleeve is screwed into the housing is.

16. Apparatus according to claims 1 to 15, characterized in that a spring (42) bears on the rear end of the rod (22) via a ball (44), the one stop sleeve (28) which is pulled onto the front end of the rod (22) is, presses against the screw plug (34).

17. Apparatus according to claims 1 to 16, characterized in that different measuring heads can be placed interchangeably, the z. B. designed as a lever sensor could be.