DE2640155B2 - Nach dem Wirbelstromprinzip arbeitende Meßvorrichtung zur kontinuierlichen Messung der Dicke eines sich bewegenden, aus Metall bestehenden Meßobjekts. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine nach dem Wirbelstromprinzip arbeitende Meßvorrichtung zur kontinuierlichen Messung der Dicke eines sich bewegenden, aus Metall bestehenden MeBobjekts, z. B. einer Folie oder eines Blechs, mit einem die Temperatur des Meßobjekts messenden Element zur Erzeugung eines Kompensationssignals.

Eine solche Meßvorrichtung, die insbesondere zur Messung der Dicke einer Folie oder eines Bleches dient, ist an sich bekannt (GB-PS 11 73 828) und hat gegenüber anderen bekannten Vorrichtungen den grundsätzlichen Vorteil einer einfachen Handhabung und geringer Herstellungskosten. Ein grundsätzlicher Nachteil einer nach dem Wirbelstromprinzip arbeitenden Meßvorrichtung besteht jedoch darin, daß das Meßergebnis durch Temperaturänderungen des Meßobjekts (Folie oder Blech) beeinflußt ist, da diese Temperaturänderungen den Widerstand des Materials des Meßobjekts verändern. Aus diesem Grunde wird bei der bekannten Meßvorrichtung das Meßobjekt (Folie oder Blech) über eine frei mitlaufende Rolle geführt, die sich auf die Temperatur des Meßobjekts erwärmt, wobei dann durch Messung der Temperatur der Rolle ein Kompensationssignal erzeugt werden kann. Die Verwendung einer speziellen Rolle für die Erzeugung des Kompensationssignals ist jedoch in den meisten Fällen nicht erwünscht, da die Meßvorrichtung durch die Rolle relativ aufwendig und teuer wird und in vielen Fällen die Verwendung einer solchen Rolle schon daran scheitert, daß beispielsweise in einem Walzwerk für die Unterbringung dieser Rolle nicht genügend Platz zur Verfügung steht Außerdem besitzt die zur Messung der Temperatur bei 4£rj£kfnnj£n Meßvorrichtung vorgesehene Rolle eine relativ große Wärmespeicherkapazität, so daß es nicht möglich ist, schnelle Temperaturänderungen bei der Kompensation zu erfassen.

Weiterhin ist ein Temperatürmeßgerät bekannt (DE-OS 14 98 490), welches ausschließlich zur berührungslosen Bestimmung der Temperatur von bahnfermigen Meßobjekten geeignet ist die sich an dem Temperaturmeßgerät vorbeibewegen. Das vorzugsweise rohrförmige und in seinem Inneren mit einem

ίο Temperaturfühler versehene Temperaturmeßgerät ist an seinem dem Meßobjekt zugewandten Ende mit einer Fläche versehen, die mit der Oberfläche des Meßobjekts einen sich in Bewegungsrichtung dieses Meßobjektes verengenden, etwa keilförmigen Raum bildet In der

is diesen keilförmigen Raum bildenden Fläche sind Öffnungen vorgesehen, die den keilförmigen Raum mit dem Inneren des Temperaturmeßgerätes bzw. mit dem Raum des Temperaturmeßgerätes verbinden, in welchem der Temperaturfühler angeordnet ist

Durch den zwischen Meßobjekt und Temperaturmeßgerät gebildeten keilförmigen Raum soll bei diesem bekannten Temperaturmeßgerät eine möglichst genaue Bestimmung der Temperatur eines sich schnell bewegenden Meßobjektes erreicht werden. Das bekannte Meßgerät eignet sich jedoch nicht zur Messung der Dicke eines sich bewegenden, aus Metall bestehenden Meßobjektes, und auch die angestrebte Verbesserung hinsichtlich der Genauigkeit der Temperaturbestimmung wird nur dann erreicht, wenn sich das Meßobjekt sehr schnell an dem Temperaturmeßgerät vorbeibewegt Bei sich langsam bewegenden Meßobjekten hat der keilförmige Raum des bekannten Temperaturmeßgerätes nicht die angestrebte Wirkung. Ein grundsätzlicher Nachteil des bekannten Temperaturmeßgerätes besteht noch darin, daß der Abstand zwischen dem Temperaturmeßgerät und der Oberfläche des Meßobjekts sehr gering und äußerst konstant sein muß. Das bekannte Temperaturmeßgerät eignet sich daher in erster Linie zur Messung der Temperatur rotierender,

4i rotationssymmetrischer Körper. Zur Messung der Temperatur von Folien oder Blechen ist das bekannte Temperaturmeßgerät sicherlich nicht geeignet, da Folien bzw. Bleche nach dem Verlassen der Walzen eines Walzwerkes in der Regel vibrieren und außerdem sich die Bewegungsgeschwindigkeit einer Folie bzw. eines Bleches stark ändern kann, d.h. bei der Herstellung eines Bleches oder einer Folie gibt es Phasen, in denen das Blech bzw. die Folie stillsteht oder sich nur langsam bewegt. Bekannt ist weiterhin ein

so Temperaturmeßgerät zum berührungslosen Messen der Temperatur eines Meßobjektes (DE-AS 21 03 048). Dieses bekannte Temperaturmeßgerät besteht aus einem Gehäuse, in welchem ein Temperaturfühler untergebracht ist Der Temperaturfühler befindet sich dabei in einem Kanal, der zu der dem Meßobjekt benachbart liegenden Seite des Temperaturmeßgeräts bzw. des Gehäuses hin durch eine erste Öffnung offen ist. Um diese erste Öffnung sind mehrer zweite Öffnungen angeordnet, durch die ein Gas austritt, welches durch Entlangströmen am Meßobjekt erwärmt wird und in die erste Öffnung eintritt. Der Temperaturfühler mißt dann die Temperatur des an ihm vorbeiströmenden Gases, so daß hieraus die Temperatur des Meßobjektes ermittelt werden kann. Auch dieses bekannte Gerät ist nicht geeignet, um die Dicke eines sich bewegenden, aus Metall bestehenden Meßobjektes zu bestimmen. Grundsätzlich hat das bekannte Temperaturmeßgerät den Nachteil, daß auch die Temperatur

des aus den zweiten öffnungen austretenden Gases ermittelt werden muß, um zu genauen Meßergebnissen zu gelangen. Darüber hinaus ist dieses bekannte Temperaturmeßgerät im Aufbau relativ kompliziert und daher teuer. Durch seine konstruktionsbedingten relativ großen Abmessungen ist es weiterhin nicht möglich, dieses bekannte Temperaturmeßgerät in unmittelbarer Nähe eines Meßkopfes für die Dickenmessung anzuordnen. Gerade bei dünnen Folien bzw. Blechen tritt eine starke Abkühlung auf, so daß zur Erzeugung des Kompensationssignals die Temperatur bei einer nach dem Wirbelstromprinzip arbeitenden Dickenmeßvorrichtung in unmittelbarer Nähe des Dicken-Meßkopfes ermittelt werden muß. Dies wäre bei Verwendung des bekannten Temperaturmeßgerätes nicht möglich.

Es wurde bereits auch vorgeschlagen (CH-PS 2 08 570), bei einer Meßvorrichtung zur Messung der Dicke eines sich bewegenden, aus Metall bestehenden Meßobjektes die Temperatur dieses Meßobjektes durch berührungslos arbeitende elektrische Mittel zu messen, um dann das so erhaltene elektrische Signal der eigentlichen Meßeinrichtung in der Weise zuzuführen, daß der Einfluß der Temperaturänderungen auf das Meßergebnis kompensiert wird.

Die bedeutendste Anwendung dieser Meßvorrichtung ist die Messung der Dicke von Aluminiumfolien während der Herstellung bzw. während des Walzvorganges. Da jedoch Aluminium eine sehr geringe Emissionsfähigkeit aufweist und diese Emissionsfähigkeit außerdem in weiten Grenzen mit der Oberflächenbeschaffenheit sowie mit der Dicke und Qualität des Ölfilmes sich ändert, der stets während des Walzvorganges auf der Oberfläche vorhanden ist, ist die Anwendung derartiger Strahlungstemperatur-Meßeinrichtungen äußerst problematisch. J5

Für die kontaktlose Temperaturmessung bei einer Meßvorrichtung zur Messung der Dicke eines Meßobjektes muß daher auf einen Temperaturfühler zurückgegriffen werden, z. B. auf einen Thermistor oder ein Platin-Widerstand-Thermometer, welcher die Temperatur des Meßobjektes (Folie oder Blech) in der Nähe der Oberfläche mißt. Da die Strahlung nur einen geringen Beitrag für diese Temperaturmessung liefert, mißt der Temperaturfühler im wesentlichen die Temperatur der Luft, und zwar an einem Punkt, wo dieser Fühler montiert ist Um nun den Temperaturfühler vor Beschädigungen durch das sich sehr schnell bewegende Blech bzw. durch die sich sehr schnell bewegende Folie zu bewahren, welches biw. welche z. B. zufällig oder aber durch sorglose Behandlung des Bedienungspersonals reißen kann, ist es grundsätzlich nicht möglich, den Temperaturfühler bzw. das die Temperatur des Meßobjektes messende Element in unmittelbarer Nähe des Meßobjektes anzuordnen. Der Temperaturfühler muß vielmehr innerhalb einer Schutzkammer angeordnet werden, die normalerweise innerhalb des Dicken-Meßkopfes vorgesehen ist oder aber gesondert an diesem Meßkopf angebracht ist Die warme Luft steigt zwar langsam von der Oberfläche des Meßobjektes durch Konvektion auf, bis diese Luft jedoch den Temperaturfühler erreicht, hat sie sich längst mit kälterer Umgebungsluft vermischt und wird darüber hinaus außerdem noch durch die Wände des Schutzgehäuses abgekühlt. Der Meßkopf selbst wärmt sich langsam auf und sein Kühleffekt auf das die Temperatur messende Element ist aus diesem Grunde abnehmend. Das langsame Aufwärmen des Meßkopfes setzt sich auch dann noch fort, wenn das Meßobjekt bereits eine endgültige, nahezu konstante Walztemperatur erreicht hat, wodurch eine Verschiebung der Temperaturkompensation eintritt.

Aus diesem Grunde ist die Temperaturkompensation durch die beschriebenen Mittel ungenau und einer stetigen Änderung unterworfen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßvorrichtung zur kontinuierlichen Messung der Dicke eines sich bewegenden, aus Metall bestehenden Meßobjektes zu schaffen, bei der mit einfachen Mitteln eine genaue Temperaturkompensation möglich ist und bei der die Temperaturkompensation keiner Verschiebung bzw. Änderung unterworfen ist

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Meßvorrichtung der eingangs geschilderten Art erfindungsgemäß so ausgebildet, daß das Element in einer schützenden Kammer in der Nähe der Oberfläche des Meßobjekts angeordnet ist, daß die Kammer eine auf das Meßobjekt gerichtete öffnung aufweist daß Mittel vorgesehen sind, um Luft von der Oberfläche des Meßobjekts durch die Kammer anzusaugen, und daß das von dem Element ggf. unter Verwendung eines Meßwandlers erzeugte, von der Temperatur des Meßobjektes abhängige elektrische Signal dem elektrischen Schaltkreis der Meßvorrichtung als Kompensationssignal zugeführt wird.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird durch das in der Kammer angeordnete, die Temperatur des Meßobjektes messende Element die Temperatur der Luft bestimmt, die durch diese Kammer angesaugt wird. Die Lufttemperatur folgt in engen Grenzen der tatsächlichen Temperatur des Meßobjektes, so daß hierdurch ein Kompensationssignal erhalten wird, mit welchem Einflüsse durch Temperaturänderungen des Meßobjektes auf das Meßergebnis (Dickenmessung) sehr exakt kompensiert werden können.

Der Kühleffekt an den Wänden des Gehäuses bzw. der Kammer wird vernachlässigbar klein, da die Luft in der Nähe des temperaturmessenden Elementes kontinuierlich und schnell durch schnell fließende heiße Luft ersetzt wird. Die Aerodynamik des Luftstromes ist so gewählt, daß der Luftstrom parallel zu der Oberfläche des Meßobjektes bzw. der Folie oder des Bleches auf die öffnung der Kammer hin gerichtet ist, so daß die Luftströmung die Temperatur des Meßobjektes annimmt und nur ein geringer Teil an kühlerer Umgebungsluft in die Kammer gelangt.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, den Anteil kühlerer Umgebungsluft, die in die Kammer eintritt zu reduzieren. Entsprechend der Erfindung kann ein Element, welches eine im wesentlichen ebene Oberfläche aufweist, in der Nähe des Meßobjektes bzw. der Folie oder des Bleches montiert werden, wobei die ebene Oberfläche parallel zur Oberfläche des Meßobjektes verläuft. Dieses Element bildet vorzugsweise einen Teil des Meßkopfes, wobei die Kammer mit dem Temperatur messenden Element in dem genannten Element vorgesehen ist und wobei der Abstand der öffnung der Kammer von der Kante der erwähnten Ebene größer ist als die öffnung der Kammer. Das erwähnte Element mit der ebenen Oberfläche bildet vorzugsweise eine Abdeckung des zur Messung der Dicke dienenden Meßkopfes. Wenn nun Luft mit genügender Geschwindigkeit in die Kammer eingesaugt wird, bildet sich im Spalt zwischen dem Meßobjekt und der Ebene ein Luftstrom mit solcher Aerodynamik aus, daß lediglich eine dünne Luftschicht in der Nähe des Meßobjektes, die sehr schnell die Temperatur dieses

Meßobjektes annimmt, in die Kammer eintritt, wobei der Zutritt von kühler Umgebungsluft vermieden wird.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das die Temperatur messende Element (Temperaturfühler) oberhalb oder aber auch unterhalb des Meßobjektes bzw. der Folie oder des Bleches montiert werden kann, während bei bekannten Dicken-Meßvorrichtungen mit berührungslos arbeitenden temperaturmessenden Elementen nur eine Anordnung dieser Elemente oberhalb des Meßobjekles möglich war. Es kann beispielsweise auch der Fall sein, daß das von dem temperaturmessenden Element erhaltene Signal nicht genau der Gesetzmäßigkeit folgt, die für eine exakte Temperaturkompensation notwendig ist. Um hier eine gewisse Korrektur zu schaffen, kann ein Funktionsgenerator zusätzlich vorgesehen werden.

Die Erfindung wird im folgenden im Zusammenhang mit den Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Ausführungsform des Meßkopfes;

Fig. 2 ein Wirbelstrom-Dicken-Meßgerät mit automatischer Temperaturkompensation.

In F i g. 1 sind I eine zu messende Folie, 2 und 3 zwei Teile eines Meßkopfes, 4 und 5 Abdeckungen aus isolierendem Material, 6 und 7 Primär- bzw. Sekundärspule, 8 ein Element zum Messen einer Temperatur, z. B. ein Widerstandsthermometer, ein Thermistor oder ein Thermoelement, 9 eine Ausnehmung in der Abdeckung 4, 10 Luftleitungen, 11 eine Luftpumpe und 112 elektrische Verbindungsleitungen an das Element zum Messen der Temperatur.

In Fig.2 sind 13 ein Oszillator, 1 die zu messende Folie, 6 bzw. 7 Primär- bzw. Sekundärspulen, 14 ein Verstärker mit einstellbarem Verstärkungsgrad; 15 ein Gleichrichter, 16 ein Vervielfacher, 17 ein Wandler, der

einen Funktionsgenerator enthalten kann, 8 ein Element zum Messen der Temperatur, 18 eine Vergleichsschaltung, 19 eine Bezugsspannung und 20 ein Anzeigegerät. Während des Betriebes pumpt die Pumpe 11 Luft von der Oberfläche der Folie 1 in die Kammer bzw. Ausnehmung 9. Die Luft fließt dann über die Leitungen 10 und die Pumpe 11 in die Atmosphäre. Das Element 8 zum Messen der Temperatur erfaßt sofort die Temperatur der schnell fließenden Luftströmung, wobei diese Temperatur in sehr engen Grenzen der Folientemperatur folgt bzw. entspricht. Verbindungsleitungen 12 verbinden das Element 8 mit einem Umformer 17. Das Signal am Ausgang des Umformers 17 ist eine Funktion der Folientemperatur. Die Spannung, die in der Spule 7 induziert wird, ist eine Funktion der Foiiendicke, hängt jedoch gleichzeitig auch von der Folientemperatur ab. Diese Spannung wird im Verstärker 14 verstärkt, anschließend durch den Gleichrichter

15 gleichgerichtet und ebenso wie das Signal des Umformers 17 dem Vervielfacher bzw. Multiplikator 16 zugeführt, wodurch der Einfluß von Variationen bzw. Änderungen der Folientemperatur auf das Meßergebnis kompensiert wird. Das Ausgangssignal des Multiplikators 16 wird einer Vergleichsschaltung 18 zugeführt, die gleichzeitig auch mit einer Bezugsspannung 19 beaufschlagt ist. Wenn das Ausgangssignal des Multiplikators

16 der Vergleichsspannung entspricht, zeigt das Null-Instrument 20 den Wert Null an. Die Verstärkung des in seinem Verstärkungsgrad variablen Verstärkers 14 ist so eingestellt, daß das Nullinstrument 20 immer dann den Wert Null anzeigt, wenn die Folie die erforderliche Nenn-Dicke aufweist.

Die Erfindung kann bei jeder Einrichtung zur Dickenmessung angewandt werden, die nach dem Wirbelstrom-Prinzip arbeitet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Nach dem Wirbelstromprinzip arbeitende Meßvorrichtung zur kontinuierlichen Messung der Dicke eines sich bewegenden, aus Metall bestehenden Meßobjekts, ζ. B. einer Folie oder eines Bleches, mit einem die Temperatur des Meßobjekts messenden Element zur Erzeugung eines Kompensationssignals, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (8) in einer schützenden Kammer (9) in der Nähe der Oberfläche des Meßobjekts (I) angeordnet ist, daß die Kammer (9) eine auf das Meßobjekt gerichtete Öffnung aufweist, daß Mittel (10, U) vorgesehen sind, um Luft von der Oberfläche des Meßobjekts (1) durch die Kammer (9) anzusaugen, und daß das von dem Element (8) gegebenenfalls unter Verwendung eines Meßwandlers erzeugte, von der Temperatur des Me3objekts abhängige elektrische Signal dem elektrischen Schaltkreis der Meßvorrichtung als Kompensationssignal zugeführt wird.

2. MeDvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Abdeckung (4) mit einer im wesentlichen ebenen Oberfläche, die in die Nähe des Meßobjekts (1) gebracht werden kann, wobei die Abdeckung (4) die Öffnung zur Kammer (9) aufweist

3. Meßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der geringste Abstand zwischen der Kante der Öffnung der Kammer (9) und der Kante der Abdeckung (4) größer ist als der Durchmesser der Öffnung.