DD159362B1 - Anordnung zur ausschaltung von volumenaenderungseffekten bei einer anordnung zur gerad- u. ebenheitsmessung - Google Patents

Description

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Volumeneffekte durch Volumenänderungen, die das Meßergebnis verfälschen, werden durch unterschiedliche Eigenschaften der Membranen in den kommunizierenden Gefäßen hervorgerufen. Diese unterschiedlichen Eigenschaften bewirken unterschiedliche elektrische Signale an den Gebern als Reaktion auf die Volumenänderung. Erfindungsgemäß werden die elektrischen Gebersignale so beeinflußt, daß sie in Abhängigkeit der Membraneigenschaften jeweils einstellbar gesteuert werden können. Diese Steuerung erfolgt in Bewertungsstufen, die jeweils den Gebern elektrisch nachgeschaltet sind. Auf diese Art und Weise werden die Gebersignale vor der Differenzbildung mit Kompensationsgrößen bewertet, die den mechanischen Eigenschaften bzw. unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften der Membranen entsprechen. Diese Kompensationsgrößen werden vorzugsweise durch Anwendung an sich bekannter Mittel zur Herbeiführung einer künstlichen Volumenänderung (z.B. Flüssigkeitsverdrängung) ermittelt. Aus dieser Volumenänderung werden die von den unterschiedlichen Membraneigenschaften bewirkten unterschiedlichen elektrischen Signale ausgewertet und daraus die Kompensationsgrößen abgeleitet.

Für die Bewertungsstufen kann vorteilhaft ein Differentialspulensystem verwendet werden, mit dessen variierbarem Kern jeweils die Erregung der Spulen so steuerbar ist, daß die Größen der Gebersignale in Relation zueinander verändert werden. In einer Brückenschaltung der Geber und des Differentialspulensystems kann vorteilhafterweise durch diese Brückenschaltung gleichzeitig der Differenzbildner realisiert werden. Grundvoraussetzung sowohl für die Genauigkeit des Meßvorganges an sich als auch für die Präzision der Kompensation der Gebersignale in den Bewertungsstufen ist die Linearität des Meßsystems, d. h. ein linearer Zusammenhang zwischen der mechanischen Höhenänderung und deren Erfassung, Messung und Anzeige. Mit der Erfindung wird das bekannte Meßprinzip mit entsprechender Genauigkeit und Zuverlässigkeit auf das Messen von sehr großen Flächen erweitert, da Volumenausdehnungseffekte, insbesondere durch Schlauchdeformationen, das Meßergebnis nicht mehr verfälschen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigen:

Figur 1: Prinzipanordnung zur Gerad- und Ebenheitsmessung mit den erfindungsgemäßen Bewertungsstufen.

Figur 2: Differentialspulensystem als vorteilhafte Ausführungsform der Bewertungsstufen.

Figur 3: Kopplung eines induktiven Wandlers als Geber durch starre Verbindung mit der Membran in einem Gefäß mit

Traggestell.

In Figur 1 ist eine Anordnung zur Gerad- und Ebenheitsmessung dargestellt, die nach dem Prinzip der Meßanordnung der DD-PS 125440 arbeitet.

Zwei Gefäße 6 und 7, die mit Flüssigkeiten 8 und 9 gefüllt sind, werden über eine Röhre 16 miteinander kommunizierend verbunden. Die Gefäße 6,7 sind jeweils durch eine Membran 10 bzw. 11 oben abgeschlossen. Auf den Gefäßen 6,7 sitzen Traggestelle 14,15. In den Traggestellen 14,15 sind jeweils ein Geber 12 bzw. 13 angeordnet, deren Meßfühler 30 bzw. 31 jeweils mit der Membran 10 bzw. 11 in Verbindung stehen. Das Gefäß 6 sitzt mit einem Taster 29auf einer zu prüfenden Oberfläche 2 auf, während das Gefäß 7 auf einem Traggestell 19 ruht, das auf einem Fundament 20 ortsfest angeordnet ist. Die Röhre 16 besitzt eine Kammer 32 mit einer Einstellschraube 33. Ausgangsseitig stehen die Geber 12,13 über Leitungen 21,22 und über Bewertungsstufen 34,35 mit einem Differenzbildner 23 in Verbindung, dessen Ausgang über eine Leitung 27 mit einem Meßverstärker 24 verbunden ist. Die Ausgangssignale des Meßverstärkers 24 gelangen über ein Filter 25 auf eine Registriereinheit 26.

Die Membranen 10 und 11 sind jedoch dehnbare Gebilde, die in ihrer integral auf die Flüssigkeiten 8 und 9 wirkenden Federkonstanten nicht genau gleich sind. Die Membraneigenschaften sind von einer Vielzahl von Faktoren, wie Material, Form, technologische Parameter usw. abhängig. Unterschiedliche Membraneigenschaften bewirken jedoch voneinander abweichende Auslenkungen der Membranen 10 und 11 bei unterschiedlichen Membranausdehnungen. Die Folge davon sind Verfälschungen des Meßergebnisses, wenn sich das Volumen der Flüssigkeiten 8 und 9 ändert. Derartige Volumenänderungen können sowohl durch klimatische Bedingungen als auch durch Deformation der Röhre 16 hervorgerufen werden. Um diese Fehlereinflüsse zu kompensieren sind in den Leitungen 21 und 22 den Gebern 12 und 13 jeweils die Bewertungsstufen 34 und 35 nachgeschaltet, in denen jeweils dasGebersignalin Abhängigkeit von den Membraneigenschaften der dem Geber 12 bzw. 13 jeweils zugeordneten Membran 10 bzw. 11 gesteuert wird. Die elektrischen Korrekturgrößen für die mechanisch unterschiedlichen Membraneigenschaften werden vorteilhaft durch künstlich bewirkte Volumenänderungen mittels der Einstellschraube 33 in der Kammer 32 ermittelt.

Nach Korrektur der elektrischen Gebersignale ist das Differenzsignal an der Leitung 27 unabhängig von Volumenänderungseffekten. Die Meßanordnung wird damit universell anwendbar nicht nur für unterschiedliche klimatische Bedingungen, sondern auch für das Messen vqn sehr großen Oberflächen, wofür die Röhre 16 vorzugsweise durch einen Schlauch realisiert wird. Für diese Beweglichkeit und Länge des Schlauches ist die Gefahr von Deformationen leicht gegeben. Figur2zeigteinevorteilhafteAusgestaltung der Bewertungsstufen, indem jede Bewertungsstufe aus zwei Spulen besteht. Zwei Spulen 36 und 37 bilden die Bewertungsstufe 34, während die Bewertungsstufe 35 durch zwei Spulen 38 und 39 realisiert wird. Die Spulen 36,37,38І39 sind als Differentialspulensystem angeordnet, in dem ein Kern 40 bewegbar ist. Durch Veränderung des Kerns 40 werden die Spulen 36 und 37 sowie 38 und 39 jeweils paarweise in ihrer Induktivität und damit in ihrem induktiven Widerstand verändert, so daß mit der Einstellung des Kern 40 eine Beeinflussung der Gebersignale zueinander möglich ist. In Figur 2 ist eine Brückenschaltung der Geber 12,13 mit d'em Differentialspulensystem aus den Spulen, 36,37,38,39 gezeigt. Zwei Spulen 41 und 42 symbolisieren dabei die veränderbaren Induktivitäten eines induktiven Wandlers als Geber 12. In gleicher Weise ist der Geber 13 durch zwei weitere veränderbare Spulen 43,44 dargestellt. Über zwei Leitungen 45 und 46 wird an diese Brückenschaltung eine Versorgungsspannung U_v herangeführt. Die miteinander verbundenen Anschlüsse der Spulen 43 und 44 des Gebers 13 liegen an Masse, während die miteinander verbundenen Anschlüsse der Spulen 43 und 44 über die Leitung 27 (siehe Figur 1!) mit dem Meßverstärker 24 gekoppelt sind. Mit dieser Brückenschaltung wird vorteiihafterweise gleich der Differenzbildner 23 realisiert.

Durch Beseitigung des störenden Einflusses der Membraneigenschaften bei unterschiedlichen Ausdehnungen der Membran auf das Meßergebnis ist die Meßanordnung auch für größere Membranauslenkungen mit entsprechender Genauigkeit anwendbar. Voraussetzung dafür ist jedoch ein entsprechender Linearitätsbereich in der Erfassung, Verarbeitung und Anzeige des Vertikalweges. Figur 3 zeigt eine vorteilhafte Kopplung des Gebers 12 mit der Membran 10 zur Gewährleistung dieser Linearität. Als Geber 12 dient ein induktiver Wandler, bei dem in einem Spulensystem 47 mit mindestens zwei Anschlüssen 48 und 49 ein Kern 50 bewegt wird. Dieser Kern 50 ist über einen Träger 51 mit zwei Befestigungselementen 52 und 53 mit der Membran 10 starr verbunden. Der Träger 51 wird mittels einer an dem Traggestell 14 mit einem Befestigungselement 54 befestigten Blattfeder 55 geführt. Die Bewegung des Kerns 50 wird auf diese Art und Weise, da die Membran 10 ein schwimmendes Gebilde darstellt, auf eine einzige Bewegungsrichtung stabilisiert. Das Spulensystem 47 ist so am Traggesteil 14 angeordnet, daß der Kern 50 im Spulensystem reibungsfreie Bewegungen ausführen kann. Diese Membran-Geber-Kopplung zeichnet sich durch sehr lineare Eigenschaften aus, insbesondere da keine Nichtlinearitäten durch einen kapazitiven oder induktiven Luftspalt auftreten. Als Geber kann auch ein kapazitiver Wandler eingesetzt werden, dessen Elektroden beispielsweise vertikal parallel ineinander tauchen. Der Linearitätsbereich bei der Messung und damit bei der Kompensation der Auswirkung von Volumenänderungseffekten ist allerdings nicht unbegrenzt. Insbesondere beim Messen von sehr großen Flächen, für die das Meßverfahren durch die erfindungsgemäßen Mittel anwendbar gemacht wird, treten, wenn die Geometrie der Oberfläche keine exakte Ebene ist, Höhenunterschiede auf, durch die der Linearitätsbereich bis an die Grenze und eventuell darüber beansprucht wird. Um dennoch die volle Linearität der Meßwerterfassung bis zur Anzeige für die Genauigkeit der Messung zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, durch in der Zeichnung nicht dargestellt Mittel die vertikale Lage des Gefäßes 7 veränderbar (nachführbar) zu gestalten. Durch hochgenaue Messung in der Positionierung dieser vertikalen Lage des Gefäßes 7 kann darüberhinaus ein Maß für die Höhenabweichung auf der zu prüfenden Oberfläche 2 gewonnen werden. Damit wird die Messung unebener Oberflächen auf eine punktweise oder bereichsweise Ebenvergleichsmessung zurückgeführt.

Claims (1)

1. Patentansprüche.

   1 Anordnung zur Ausschaltung von Volumenanderungseffekten bei einer Anordnung zur Gerad- und Ebenheitsmessung, insbesondere fur große Meßflachen, die mindestens aus zwei flussigkeitsgefullten sowie auf einer Meß- und einer Referenzflache angeordneten kommunizierenden Gefäßen besteht, in denen sich jeweils eine Membran und ein ihr zugeordneter Geber befinden, an dessen Ausgang von der Membranhohe bzw -ausdehnung abhangige elektrische Signale anliegen, die über einen Differenzbildner einem Meßverstarker zugeführt werden, der ausgangsseitig über eine Filterstufe mit einer Anzeige-bzw Auswertestufe in Verbindung steht, gekennzeichnet dadurch, daß der Ausgang jedes Gebers über eine in Abhängigkeit der Membraneigenschaften der dem Geber jeweils zugeordneten Membran einstellbare Bewertungsstufe mit dem Dtfferenzbildner in Verbindung steht

   2 Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß jede Bewertungsstufe aus zwei Spulen besteht und daß die Spulen der Bewertungsstufen als Differentialspulensystem mit einem einstellbaren Kern zur jeweils paarweisen Erregung der Spulen angeordnet sind

   3 Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß Mittel zur Volumenanderung in den kommunizierenden Gefäßen zur Gewinnung von Einstellgroßen der Bewertungsstufen vorgesehen sind.

   Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Gerad- und Ebenheitsmessung, insbesondere fur große Meßflachen, die mindestens aus zwei flussigkeitsgefullten sowie auf einer Meß- und einer Referenzflache angeordneten kommunizierenden Gefäßen besteht, in denen sich jeweils eine Membran und ein ihr zugeordneter Geber befinden an dessen Ausgang von der Membranhohe bzw -ausdehung abhangige elektrische Signale anliegen, die über einen Differenzbildner einem Meßverstarker zugeführt werden, der ausgangsseitig über eine Filterstufe mit einer Anzeige- bzw Auswertestufe in Verbindung steht

   Charakteristik der bekannten technischen Losungen

   Aus der DD-PS 125440 ist das Meßpnnzip bekannt, mit zwei oder mehreren kommunizierenden Gefäßen, in denen eine Flüssigkeit je nach relativer vertikaler Lage der Gefäße zueinander jeweils eine mit einem Geber in Verbindung stehende Membran auslenkt. Aus diesen Auslenkungen werden elektrische Signale gewonnen, die nach Differenzbildung verstärkt, gefiltert und angezeigt bzw ausgewertet werden Ein Nachteil dieses Meßpnnzipes ist es, daß die erreichbare Präzision durch Einflüsse von Volumeneffekten in den Gefäßen auf die Meßsignale in erheblicher Weise beeinträchtigt wird Diese Voiumeneffekte sind Volumenanderungen, die vor allem durch Schiauchdeformationen bei Bewegungen der Geraße auftreten Dieser Umstand fallt um so starker ms Gewicht, je großer die Meßflachen sind und je großer der Abstand der Meßstellen, d. h der Gefäße, voneinander ist Damit werden Meßgenauigkeit bzw die Anwendbarkeit des Meßsystems stark reduziert Volumenanderungen in den Gefäßen können außerdem durch klimatische Bedingungen, wie ζ B. Temperatureinflusse der Gefäßwände und der Flüssigkeit, hervorgerufen werden Der Einfluß auf das Meßsignal ist dadurch begründet, daß nicht wie bei einer freien Flussigkeitsoberflache durch Differenzbildung der Gebersignale infolge gleicher Betrage des Ansteigens oder Absinkens der Flussigkeitsoberflache auf beiden Seiten des kommunizierenden Systems infolge Volumenanderungen das resultierende Signal invariant ist, sondern daß die Membran in ihrer integral auf die Flussigkeitsoberflache wirkenden Federkonstanten nicht genau gleich sind und dadurch bei Volumenanderungen unterschiedliche Membranwege auftreten Unterschiedliche Membranwege bewirken unterschiedliche Gebersignale, wodurch die Genauigkeit des Meßergebnisses beeinträchtigt wird

   Ziel der Erfindung

   Ziel der Erfindung ist die Erhöhung der Meßgenauigkeit und -sicherheit sowie die universellere Anwendbarkeit, insbesondere zum Messen von großen Flachen

   Darlegung des Wesens der Erfindung

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Gerad- und Ebenheitsmessung zu schaffen, bei der Volümenanderungseffekte in den flussigkeitsgefullten kommunizierenden Gefäßen das Meßergebnis nicht beeinträchtigen Erfindungsgemaß wird diese Aufgabe bei einer Anordnung zur Gerad- und Ebenheitsmessung, insbesondere fur große Meßflachen, die mindestens aus zwei flussigkeitsgefullten sowie auf einer Meß- und Referenzflache angeordneten kommunizierenden Gefäßen besteht, in denen sich jeweils eine Membran und ein ihr zugeordneter Geber befinden, an dessen Ausgang von der Membranhohe bzw ausdehnung abhangige elektrische Signale anliegen, die über einen Differenzbildner einem Meßverstarker zugeführt werden, der ausgangsseitig über eine Filterstufe mit einer Anzeige- bzw Auswertestufe in Verbindung steht, daaurcn gelost, daß der Ausgang jedes Gebers über eine in Abhängigkeit der Membraneigenschaften der dem Geber jeweils zugeordneten Membran einstellbare Bewertungsstufe mit dem Differenzbildner in Verbindung steht Es ist vorteilhaft, wenn jede Bewertungsstufe aus zwei Spulen besteht und wenn die Spulen der Bewertungsstufen als Differentialspulensysteme mit einem einstellbaren Kern zur jeweils paarweisen Erregung der Spulen angeordnet sind Eoenfalls st von Vorteil, wenn Mittel zur Volumenanderung in den kommunizierenden Gefäßen zur Gewinnung von Einstellgroßen der Bewertunasstufen voraesehen sind