DE1013878B

DE1013878B - Length measuring device with inductive transmission of the measured values

Info

Publication number: DE1013878B
Application number: DEI11135A
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Friedrich Foerster; Dipl-Ing Fritz Valet
Original assignee: INST DR FOERSTER
Current assignee: INST DR FOERSTER
Priority date: 1955-12-31
Filing date: 1955-12-31
Publication date: 1957-08-14

Description

Längenmeßvorrichtung mit induktiver Ubertragung der Meßwerte Die Erfindung bezieht sich auf eine Längenmeßvorrichtung mit induktiver Ubertragung der Meßwerte unter Verwendung ineinanderliegender Induktionsspulen.Length measuring device with inductive transmission of the measured values. The invention relates to a length measuring device with inductive transmission of the measured values using nested induction coils.

Zweck der Erfindung ist es, diese Längenmeßvorrichtung so auszubilden, daß sowohl eine sehr genaue Messung als auch die Messung auf einem großen linearen Bereich möglich ist. The purpose of the invention is to design this length measuring device in such a way that that both a very accurate measurement and the measurement on a large linear Area is possible.

Weiterer Erfindungszweck ist es noch, daß man die Meßanordnung so anbringen kann, daß die Messung auch unabhängig von einem äußeren Bezugspunkt stattfinden kann. Another purpose of the invention is that the measuring arrangement is so can attach that the measurement also take place independently of an external reference point can.

Es sind Längenmeßvorrichtungen bekannt, mit denen man sehr genaue Messungen durchführen kann. There are length measuring devices are known with which you can get very accurate Can perform measurements.

Nachteil dieser bekannten Anordnungen ist es, daß zu dieser genauen Messung nicht gleichzeitig der große Meßbereich gehört und insbesondere nicht ein großer Meßbereich, in dem eine lineare Anzeige stattfindet.The disadvantage of these known arrangements is that to this precise Measurement does not belong to the large measuring range at the same time and in particular does not belong to one large measuring range in which a linear display takes place.

Eine bekannte Meßanordnung besteht darin, daß ineinanderliegende Induktionsspulen vorhanden sind, deren Länge groß genug gegenüber ihrem Durchmesser ist und bei denen der gleiche hochpermeable Werkstoff für die Abschirmung wie für die Spulenkerne verwandt wird. A known measuring arrangement is that one inside the other Induction coils are available whose length is large enough compared to their diameter is and where the same highly permeable material for the shielding as for the coil cores is used.

Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß der Anker sich nicht in einem homogenen Kraftlinienfeld befindet und deswegen bei dieser an sich genau arbeitenden Meßeinrichtung nicht der großzügige lineare Bereich vorhanden ist. Derartige Meßeinrichtungen zeigen eine Empfindlichkeitskurve, die als Hyperbel verläuft. The disadvantage of this arrangement is that the anchor is not is in a homogeneous force line field and therefore precise in this case working measuring device does not have the generous linear range. Such Measuring devices show a sensitivity curve that runs as a hyperbola.

Bei einer anderen bekannten Anordnung ist eine Meßlehre vorhanden, die eine lineare Messung ermöglicht. Der Kern bei dieser Anordnung wird aber nicht in einem homogenen Kraftlinienfeld geführt, und mithin ist es auch nach dieser Methode nicht möglich, etwa auf einem längeren Weg Linearität zu erreichen. In another known arrangement, a measuring gauge is available, which enables linear measurement. The core of this arrangement is not guided in a homogeneous force line field, and therefore it is also according to this method not possible to achieve linearity over a longer distance, for example.

Auch bei anderen bekannten Anordnungen, bei denen das Kraftlinienfeld nicht homogen ist, wird immer der Nachteil der sich ändernden Empfindlichkeit vorhanden sein; dabei ist es gleichgültig, ob es sich um Quer- oder Längsanker handelt. Also in other known arrangements in which the force line field is not homogeneous, there will always be the disadvantage of changing sensitivity be; It does not matter whether it is a transverse or longitudinal anchor.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile dieser Anordnungen zu vermeiden und sowohl eine große Meßgenauigkeit als auch einen großen Meßbereich zu ermöglichen, wobei die Empfindlichkeit sich linear ändert. The object of the invention is to address the disadvantages of these arrangements avoid and both a high measuring accuracy and a large measuring range to enable the sensitivity changes linearly.

Die Lösung der Aufgabe nach der Erfindung besteht darin, daß die Spulen einlagig bzw. mit einigen wenigen Lagen mit linearer Steigung gewickelt sind und der Spulenkern in einem homogenen Kraftlinienfeld beweglich angeordnet ist. The solution to the problem according to the invention is that the Coils are wound in one layer or with a few layers with a linear pitch and the coil core is movably arranged in a homogeneous force line field.

In diesem Zusammenhang ist es weiterhin wichtig, daß der als Tauchanker ausgebildete Spulenkern im Verhältnis zur Spule eine solche Länge besitzt, daß die wirksame Kopplung in der Mitte des inneren homogenen Kraftlinienfeldes erfolgt. In this context it is also important that the as a diving anchor formed coil core in relation to the coil has such a length that the effective coupling takes place in the middle of the inner homogeneous force line field.

Diese Merkmale ermöglichen den Erfindungszweck, nämlich eine zuverlässige und genaue Angabe des tausendsten Teiles, des Millimeters, und ein relativ weiter Meßbereich dazu. These features enable the purpose of the invention, namely a reliable one and precise indication of the thousandth part, the millimeter, and a relatively further one Measuring range in addition.

Eine vorteilhafte Ausführung besteht darin, daß der Spulenkern aus dem Spulenpaar herausragt und das herausragende Ende die Tastspitze trägt. An advantageous embodiment is that the coil core from the coil pair protrudes and the protruding end carries the probe tip.

Es ist weiterhin möglich, daß sich der Spulenkern innerhalb der Spulen befindet, wobei die wie die Primärspule aufgebaute Sekundärspule aus zwei gleichen, aber gegenläufig gewickelten Spulen besteht. It is also possible that the coil core is inside the coils is located, whereby the secondary coil, which is constructed like the primary coil, consists of two identical, but there are coils wound in opposite directions.

Mit einer derartigen Anordnung hat man die Möglichkeit, unabhängig von einem Bezugspunkt zu arbeiten, wobei die Anordnung dann so vorgesehen sein muß, daß bei einer Summenmessung zwei Meßvorrichtungen mit je zwei Primär- und Sekundärwicklungen mit herausragenden Spulenkernen vorhanden sind. Die Primärspulen können dabei hintereinander und die Sekundärspulen gegeneinander oder umgekehrt gefaltet sein, und die Tastspitzen können zueinander oder voneinander weisend abgeordnet sein. With such an arrangement one has the possibility of being independent to work from a reference point, whereby the arrangement must then be provided in such a way that that with a total measurement two measuring devices with two primary and secondary windings each with protruding coil cores are present. The primary coils can be one behind the other and the secondary coils are folded against each other or vice versa, and the probe tips can be delegated to one another or facing one another.

Man hat also die Möglichkeit, daß Umkehrungen und Variationen der Meßvorrichtung ein weiteres Anwendungsgebiet ergeben und diese Umkehrungen nur möglich sind, da in einem homogenen Kraftlinienfeld die wirksame Kopplung stattfindet. So one has the possibility that inversions and variations of the Measuring device result in a further field of application and these reversals are only possible because the effective coupling takes place in a homogeneous force line field.

Eine weitere Ausführung besteht darin, daß bei einer Summenmessung zwei Meßvorrichtungen mit je einer Primärspule und einer außenliegenden Sekundärspule verwandt werden, wobei die Mittelabgriffe der Primär- und Sekundärwicklung einen Brückenzweig bilden. Another embodiment consists in the fact that in the case of a sum measurement two measuring devices, each with a primary coil and an external secondary coil are used, with the center taps of the primary and secondary winding one Form a bridge branch.

Der Vorteil dieser erfindungsgemäßen Anordnung liegt darin, daß man auf einem verhältnismåßig großen Meßweg eine lineare Anzeige erhält und das Meßgerät selbst außerofdentlich empfindlich ist. The advantage of this arrangement according to the invention is that one on a relatively large measuring path receives a linear display and the measuring device itself is extremely sensitive.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Embodiments of the invention are shown in the drawing.

Fig. 1 zeigt schematisch die Mefivorrichtung mit dem auf einer Seite herausragenden Anker; - Fig. 2 zeigt die ähnlich aufgebaute Meßvorrichtung mit einem Anzeigeinstrurnent; Fig 3 zeigt den AnkeTin der Mitte; Fig. 4 zeigt die Meßinerdnung in einer Brückenschaltung; Fig. 5 zeigt eine Äbwändlung der Fig. 3. Fig. 1 shows schematically the Mefi device with the on one side outstanding anchor; - Fig. 2 shows the similarly constructed measuring device with a Display instrument; Fig. 3 shows the anchor in the middle; Fig. 4 shows the Messin dimension in a bridge circuit; FIG. 5 shows a modification of FIG. 3.

Das erste Beispiel bringt ein einfaches Gerät für den mehrfach genannten Zweck und den damit zusammenhängenden Anforderungen und ist in Fig. 1 schematisch dargestellt. Hier ist die in einer Lage gewickelte Primärspule mit 1 bezeichnet. Einlagige Spulen lassen sich ohne besondere Schwierigkeit mit linearer Steigung wick- und bedeuten deshalb für das vorliegende Meßgerät, bei dem es besonders auf den linearen Zusammenhang zwischen der Kernverschiebung und der Induktivitätsänderung ankommt, eine wesentliche Voraussetzung für den erstrebten großen Meßbereich. Dasselbe gilt auch noch für Spulen mit nur einigen wenigen Lagen im Gegensatz zu Drosselspulen mit Eisenkern und hunderten oder tausenden von - Windungen -bei den bekannten Längenmeßgeräten. Innerhalb der Spule 1 - Primärspule -ist die Spule 2 - Sekundärspule - angeordnet, die sinngemäß in derselben Weise aufgebaut ist wie die Spule 1. Innerhalb der Spulen 1, 2 und koaxial zu ihnen ist der aus hochpermeablemMaterial bestehende Kern verschiebbar gelagert, dessen Länge etwa die Hälfte der Spulenlänge beträgt. Der Kern 3 ragt einseitig aus dem Spulenpaar zur Hälfte heraus und trägt an dem herausragenden Ende z. B. die Tastspitze4, die in der Ausgangsstellung z. B. auf dem zu messenden Körper bzw. der MeßtischplatteM anliegt. Die aus den Teilen 1 bis 4 bestehende Vorrichtung ist von dem aus demselben Material wie der Kern 3 bestehenden Hohlzylinder 5 eng umschlossen. Bringt man den zu messenden Gegenstand zwischen Meßtischplatte und Tastspitze 4, so wird der Kern 3 in das Spulenpaar hineingeschoben und bewirkt eine Induktivitätsänderung, die als Spannung an dem inLängeneinheiten geeichten InstrumentS angezeigt wird. Das Instrument S besitzt seinen Nullpunkt in der Mitte, so daß Kernverschiebungen nach der einen oder anderen Seite durch entsprechende Ausschläge des Instruments S angezeigt werden. Bei dem nächsten, in Fig. 2 schematisch dargestellten Beispiel ist grundsätzlich dieselbe Meßvorrichtung vorgesehen wie im ersten Beispiel mit dem Unterschied, daß einmal die Sekundärspule aus zwei gleichen, aber im Gegensinne gewickelten Spulenteilen 2'/2" besteht und weiterhin in der Ausgangsstellung der Kern 3 ganz innerhalb der Spulenkombination 1, 2'/2" und symmetrisch zu dieser angeordnet ist. Die Einzelteile der Vorrichtung sind mit denselben Zahlen und Buchstaben bezeichnet wie im ersten Beispiel. Zufolge dieser Maßnahmen, gegensinnig gewickelte Sekundärspule 2'/2" und symmetrisch zu dieser liegenden Stellung des Kerns heben sich die in den Spulenhälften induzierten Spannungen auf, und das Instrument S zeigt denWert Null an. Beim Einbringen des zu messenden Gegenstandes zwischen Meßtischplatte M und Tastspitze 4 zeigt das Instrument S einen Ausschlag in bestimmter Richtung. Soll z. B. eine Toleranzmessung vorgenommen werden, so wird die Größe des Normals in bekannter Weise mit der Nullstellung des Instruments S an- gegeben und eine Abweichung von dem Normal durch einen Ausschlag des Instruments S in der einen oder anderen Richtung angezeigt, herrührend von einer Induktivitätsänderung infolge der Lageverschiebung des Kerns 3. The first example brings a simple device for the one mentioned several times Purpose and the requirements associated therewith and is shown schematically in FIG. 1 shown. The primary coil wound in one layer is denoted by 1 here. Single-ply coils can be made with a linear pitch without any particular difficulty wick- and therefore mean for the present measuring device, in which it is particularly on the linear relationship between the core displacement and the change in inductance arrives, an essential prerequisite for the desired large measuring range. The same thing also applies to coils with only a few layers in contrast to choke coils with iron core and hundreds or thousands of - turns - in the known length measuring devices. Inside coil 1 - primary coil - is coil 2 - secondary coil - arranged, which is constructed in the same way as coil 1. Inside the coils 1, 2 and coaxial to them, the core made of highly permeable material can be displaced stored, the length of which is about half the coil length. The core 3 protrudes half out of the coil pair on one side and carries at the protruding end z. B. the probe tip4, which in the starting position z. B. on the body to be measured or the measuring table plate M is applied. The device consisting of parts 1 to 4 is narrow from the hollow cylinder 5 made of the same material as the core 3 enclosed. If you bring the object to be measured between the measuring table plate and Probe tip 4, the core 3 is pushed into the coil pair and causes a Change in inductance, expressed as a voltage on the instrument calibrated in units of length S. is shown. The instrument S has its zero point in the middle, so that core displacements to one side or the other by corresponding deflections of the instrument S. In the next example shown schematically in FIG basically the same measuring device is provided as in the first example the difference is that once the secondary coil of two are the same, but in opposite directions wound coil parts 2 '/ 2 "and still in the starting position of the Core 3 arranged entirely within the coil combination 1, 2 '/ 2 "and symmetrically to this is. The individual parts of the device are labeled with the same numbers and letters as in the first example. As a result of these measures, the secondary coil wound in opposite directions 2 '/ 2 "and symmetrically to this lying position of the core, those in the Coil halves induced voltages, and the instrument S shows the value zero at. When introducing the object to be measured between the measuring table plate M and Probe tip 4 shows the instrument S a deflection in a certain direction. Intended to z. B. a tolerance measurement are made, the size of the standard in known way with the zero position of the instrument S given and a deviation from the normal by a deflection of the instrument S in one way or another Direction indicated, resulting from a change in inductance due to the position shift of the core 3.

Da die im zweiten Beispiel beschriebene Meßvorrichtung ihrem Aufbau nach symmetrisch ist, liegt es nahe, sie in Verbindung mit einer der bekannten Meßbrücken zu benutzen und dabei in einem großen Meßbereich den linearen Zusammenhang zwischen Meßgröße und Anzeige gemäß der Erfindung zu gewährleisten, was, wie eingangs erläutert, bei Verwendung von elektromagnetisch arbeitenden Vorrichtungen in Kombinationen mit Brückenschaltungen nur in sehr engen Grenzen möglich ist. Eine Vereinfachung der Meßvorrichtung, in Fig. 3 gezeichnet, bietet sich hier insofern an, als diese nur eine einzige Spule mit Mittelabgriff 6 enthält, die gleichzeitig den einen Brückenzweig bildet, während der andere z. B. die mit Mittelabgriff 7 versehene Sekundärspule 8 eines Übertragers Ü mit der Primärspule 9 sein kann. Since the measuring device described in the second example its structure after is symmetrical, it makes sense to use it in conjunction with one of the known measuring bridges and the linear relationship between To ensure measured variable and display according to the invention, which, as explained at the beginning, when using electromagnetic devices in combination with bridge circuits is only possible within very narrow limits. A simplification the measuring device, drawn in Fig. 3, is useful here insofar as this contains only a single coil with center tap 6, which at the same time has one branch of the bridge forms, while the other z. B. the secondary coil provided with center tap 7 8 of a transformer U with the primary coil 9 can be.

Eine weitere Meßvorrichtung gemäß der Erfindung bringt das vierte Beispiel, in Fig. 4 schematisch dargestellt, bei Verwendung von grundsätzlich gleichen Teilen wie in den drei ersten Beispielen. Für die in diesem und folgendem Beispiel zu beschreibenden speziellen Anordnungen der sogenannten Summenmessung ist ein großer linearer Meßbereich Voraussetzung. Diese Vorrichtung ist zusammengesetzt aus den beiden Teilvorrichtungen=4 und B, die ebenso aufgebaut sind wie die im ersten Beispiel gebrachte Vorrichtung. In Fig. 4 bedeutenlalla' die beiden Primär-, 2a/2a' die beiden Sekundärspulen, 3/3' die verschiebbaren Kerne mit den Tastspitzen 4/4', die einander gegenüberliegen. Dabei können die Primärspulenia/la' hintereinander und die Sekundärspulen 2a/2a' gegensinnig oder umgekehrt die Primärspulen 1 a/1 a' gegensinnig und die Sekundärspulen 2a/2a' hintereinandergeschaltet sein. Beide Schaltungskombinationen erweisen sich als gleichwertig. Another measuring device according to the invention brings the fourth Example, shown schematically in Fig. 4, using basically the same Share as in the first three examples. For those in this and the following example to be described special arrangements of the so-called sum measurement is a large one linear measuring range prerequisite. This device is composed of the both sub-devices = 4 and B, which are constructed in the same way as those in the first example brought device. In Fig. 4 lalla 'mean the two primary, 2a / 2a' the two Secondary coils, 3/3 'the sliding cores with the stylus tips 4/4' facing each other opposite. The primary coils aa / la 'can be one behind the other and the secondary coils 2a / 2a 'in opposite directions or vice versa, the primary coils 1 a / 1 a' in opposite directions and the Secondary coils 2a / 2a 'be connected in series. Both circuit combinations prove to be equivalent.

Die Tastspitzen 4/4' können statt an den zugekehrten auch an den abgewendeten Enden derKerne 3/3' sitzen und diese Vorrichtung ohne Änderung der übrigen Anordnung für bestimmte Zwecke, z. B. Innenmessungen, benutzt werden. Eine einfache Überlegung ergibt, daß bei dieser Anordnung der Vorrichtungen AIB die Messung nicht beeinflußt wird von einer seitlichen Verschiebung des Gegenstandes G von der Dicked zwischen den Tastspitzen 4/4' in paralleler Richtung zur Mittelachse der Kerne3/3' in beiden Richtungen. Die Indnktivitätsverhältnisse und damit die Anzeige bleiben von einer solchen Lageänderung des Gegenstandes G völlig unberührt, sie sind keine Funktion der Verschiebung des Gegenstandes G. In dieser Lageunabhängigkeit des Meßgegenstandes liegt ein meßtechnisch bedeutender Vorteil, der darin besteht, daß für die Meßvorrichtung gemäß der Erfindung nach Beispiel 4 eine besondere, sonst für derartige Messungen notwendige Hilfsvorrichtung in Form eines Meßtisches od. ä. als Bezugsort, an den die Messung angeschlossen werden muß, entbehrlich wird. Im Zusammenhang damit liegt der weitere Vorteil darin, daß mit dieser Meßvorrichtung auch solche Gegenstände der Messung zugänglich werden, die nicht auf einem Meßtisch od. ä. angebracht oder an einen Ausgangsort nicht ohne weiteres angeschlossen werden können.The probe tips 4/4 'can instead of the facing ones also on the turned away Ends of the cores 3/3 'sit and this device without changing the rest of the arrangement for certain purposes, e.g. B. internal measurements can be used. A simple consideration shows that with this arrangement of the devices AIB does not affect the measurement is caused by a lateral displacement of the object G from the dicked between the probe tips 4/4 'in a direction parallel to the central axis of the cores 3/3' in both Directions. The inductivity relationships and thus the display remain from one such a change in position of the object G is completely unaffected, they are not a function the displacement of the object G. In this position independence of the measurement object there is a significant advantage in terms of measurement technology, which is that for the measuring device according to the invention according to example 4 a special one, otherwise for such measurements necessary auxiliary device in the form of a measuring table od. Ä. As a reference point to the the measurement must be connected, becomes unnecessary. In connection with it lies the further advantage that with this measuring device also such objects the measurement are accessible that are not on a measuring table od. Ä. Or cannot be easily connected to a starting point.

Schließlich ist als fünftes Beispiel in Fig. 5 eine Meßvorrichtung gemäß der Erfindung schematisch dargestellt, bei der die im vierten Beispiel erzielten Vorteile dadurch ergänzt werden, daß in ähnlicher Weise wie im dritten Beispiel jede der Teilvorrichtungen AIB nur je eine Spule in und 1 1a' enthält, die hintereinandergeschaltet den einen Teil einer Meßbrücke bilden, deren anderen Zweig die Sekundärspule 8 mit Mittelabgriff 7 z. B. eines Übertragers mit der Primärspule 9 bildet. Finally, as a fifth example in FIG. 5, there is a measuring device according to the invention shown schematically, in which those achieved in the fourth example advantages be supplemented by the fact that, in a manner similar to that in the third example, each of the Sub-devices AIB only contains one coil each and 1 1a ', which are connected in series form one part of a measuring bridge, the other branch of which the secondary coil 8 with Center tap 7 z. B. a transformer with the primary coil 9 forms.

Mit diesen fünf Beispielen sind vielseitig verwendbare Längenmeßvorrichtungen von hoher Genauigkeit und weitem Meßbereich beschrieben und erläutert worden, die das Ziel vorliegender Erfindung bilden. These five examples are versatile length measuring devices of high accuracy and wide measuring range have been described and explained, the form the object of the present invention.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Length measuring device with inductive transmission of the measured values using nested induction coils, their length is large compared to their diameter and in which the same highly permeable material used for the shielding as for the coil cores, characterized in that that the coils are wound in one layer or with a few layers with a linear gradient and the coil core are movably arranged in a homogeneous field of force lines is.

2. Length measuring device according to claim 1, characterized in that that the coil core designed as a plunger in relation to the coil is such Length that the effective coupling in the middle of the inner homogeneous force line field he follows.

3. Length measuring device according to claim 1, characterized in that that the coil core (3) protrudes from the coil pair (1 and 2) and the protruding The end of the probe tip (4).

4. Length measuring device according to claim 1, characterized in that that the coil core (3) is within the coils (1, 2), the like the primary coil (1) made up of two identical secondary coils, but rotating in opposite directions wound coils (2 ', 2 ").

5. Length measuring device according to claim 1 and 4, characterized in that that the coil core (3) is in the primary coil (10) with center tap (6), this center tap a bridge circuit with the center tap (7) of the outer one Secondary coil (8) forms.

6. Length measuring device according to claim 1 and 3, characterized in that that with a total measurement two measuring devices with two primary and secondary windings each (1 a, 1 a ', 2 a, 2 a') with protruding coil cores (3, 3 ') are present, whereby the primary coils one behind the other and the secondary coils against one another or vice versa are switched and the probe tips are arranged facing one another or facing one another are.

7. Length measuring device according to claim 1 and 5, characterized in that that for a total measurement two measuring devices each with a primary coil (1 a, 1 a ') and an external secondary coil (8) are used, the center taps the primary and secondary windings form a bridge arm.

Considered publications: German Patent Specifications No. 889,986, 852,155; U.S. Patent No. 494,579.