DE1015614B

DE1015614B - Electric length measuring device

Info

Publication number: DE1015614B
Application number: DE1956P0016320
Authority: DE
Inventors: Hans-Karl Steudel
Original assignee: JOHANNES PERTHEN DR ING
Current assignee: JOHANNES PERTHEN DR ING
Priority date: 1956-05-24
Filing date: 1956-05-24
Publication date: 1957-09-12

Description

Elektrische Längenmeßeinrichtung Zur Durchführung genauer Längenmessungen ist es erforderlich, diese entweder in einem klimatisierten Raum bei 200 C abzuwickeln oder die bei abweichender Temperatur gewonnenen Ergebnisse nachträglich auf 200 C umzurechnen. Dies ist kostspielig und umständlich. Andererseits müssen in zunehmendem Umfang genaue Längenmessungen, insbesondere kleinster Längenunterschiede von wenigen 1/JOOO mm, in Werkstatträumen ausgeführt werden, wo keine Möglichkeit besteht, diese auf 200 C zu beziehen. Besondere Schwierigkeiten bereiten hier Längenmeßeinrichtungen, die z. B. mit Endmaßen auf ein bestimmtes Sollmaß eingestellt werden und nun nur noch die Abweichungen von diesem Sollmaß mit Hilfe eines Feintasters bestimmen. Die zu messenden Längenunterschiede sollen auf t/sooo oder t/roooo mm genau ermittelt werden. In dieser Größenordnung liegen aber auch bereits die Längenänderungen der gesamten Meßeinrichtung, insbesondere des Meßständers und des zu prüfenden Werkstückes, unter dem Einfluß der Umgebungstemperatur, die von 200 C abweicht.Electrical length measuring device For carrying out precise length measurements it is necessary to either unwind this in an air-conditioned room at 200 C. or the results obtained at a different temperature retrospectively to 200 C to be converted. This is costly and cumbersome. On the other hand need in increasing Exact length measurements in the circumference, especially the smallest differences in length of a few 1 / JOOO mm, can be carried out in the workshop where there is no possibility of this to relate to 200 C. Length measuring devices present particular difficulties here, the z. B. be set to a certain target size with gauge blocks and now only determine the deviations from this nominal dimension with the aid of a fine feeler. The differences in length to be measured should be determined with an accuracy of t / sooo or t / roooo mm will. The changes in length of the entire measuring device, in particular the measuring stand and the workpiece to be tested, under the influence of the ambient temperature, which deviates from 200 C.

Es ist nun eine elektrische Induktionsmeßlehre bekannt, die aus einer Meßspule mit darin verschiebbarem Tauchkern besteht. Diese Meßspule liegt mit einer einstellbaren zweiten Spule in einer Brücke schaltung, die von einem Wechselstrom mit 50 Hz gespeist wird. Im Brückenzweig ist ein Anzeigeinstrument mit einem vorgeschalteten Gleichrichter angeordnet. Verstellungen des Tauchkernes verursachen eine Induktionsänderung der Meßspule und dadurch wiederum einen verschiedenen Ausschlag des Anzeigeinstrumentes. Um bei dieser Anordnung Änderungen der Umgebungstemperatur zu berücksichtigen, sind in Reihe mit der zweiten Spule in der Brücke Ohmsche Widerstände angeordnet, die eine Kompensation des von der Temperaturänderung herrührenden Ausschlages am Anzeigeinstrument bewirken sollen. Diese Widerstände können entweder selbst temperaturabhängig sein, oder sie sind mit Anzapfungen versehen, die zu einem Stufenschalter geführt sind. Die den Anzapfungen entsprechenden Teilwiderstände sind Temperaturänderungen von beispielsweise 20 proportional. Wenn sich die Umgebungstemperatur der Induktionsmeßlehre beispielsweise von 20 auf 26° ändert, dann wird der Stufenschalter für die Temperaturkompensation um drei Stufen weiter auf 26° gestellt. It is now an electrical Induktionsmeßlehre known, which consists of a There is a measuring coil with a movable plunger core. This measuring coil lies with a adjustable second coil in a bridge circuit powered by an alternating current is fed with 50 Hz. In the bridge branch there is a display instrument with an upstream Arranged rectifier. Adjustments of the plunger core cause a change in induction the measuring coil and thereby in turn a different deflection of the display instrument. In order to take changes in the ambient temperature into account with this arrangement ohmic resistors placed in series with the second coil in the bridge, the Compensation for the deflection on the display instrument resulting from the change in temperature should cause. These resistances can either themselves be temperature-dependent, or they are provided with taps that are led to a tap changer. The partial resistances corresponding to the taps are temperature changes of for example 20 proportional. If the ambient temperature of the induction gauge for example changes from 20 to 26 °, then the step switch for temperature compensation set three steps further to 26 °.

Sofern nicht von den erwähnten temperaturabhängigen Widerständen Gebrauch gemacht werden kann. hat diese Einrichtung den Nachteil, daß die Berücksichtigung der Temperaturänderung nicht selbsttätig erfolgt, sondern daß der Prüfer den Stufenschalter bedienen muß. der von 2 zu 20 geeicht ist. Ein weiterer grundlegender Nachteil besteht aber in der Ver- wendung Ohmscher Widerstände zur Temperaturkompensation einer induktiven Meß lehre, da Ohmsche Widerstände in einer Wech&elstrom-Meßbrücke infolge ihres fehlenden Einflusses auf die Phasenlage unwirksam werden, wenn das induktive Meßsystem einigermaßen verlustarm aufgebaut ist. Nur in dem Sonderfall eines induktiven Meßsystems, dessen Ohmscher Widerstand sehr viel größer als der induktive Widerstand ist und bei dem im Anzeigekreis nur auf einem Seitenast der Brücke mit reiner Amplitudengleichrichtung gearbeitet wird, besteht die Möglichkeit, in gewissen Grenzen den Temperatureinfluß mit Ohmschen Widerständen zu kompensieren. Ein solcher Fall liegt bei der obenerwähnten bekannten elektrischen Induktionsmeßlehre vor. Aber auch hier ist die Einstellung der Temperaturkompensation nicht sehr einfach, da man unter Umständen zwei Kompensationsglieder einzeln auf die richtigen Werte bringen muß. Unless of the mentioned temperature-dependent resistances Use can be made. this device has the disadvantage that the consideration the temperature change does not take place automatically, but that the tester turns the tap changer must serve. which is calibrated from 2 to 20. There is another fundamental disadvantage but in the Use of ohmic resistors for temperature compensation of an inductive Measurement teaching, because ohmic resistances in an alternating current measuring bridge as a result of their lack of influence on the phase position become ineffective if the inductive measuring system is built to some extent with little loss. Only in the special case of an inductive measuring system, whose ohmic resistance is much greater than the inductive resistance and with the one in the display circle only on one side branch of the bridge with pure amplitude rectification is being worked, there is the possibility, within certain limits, of the influence of temperature to compensate with ohmic resistances. One such case is the one mentioned above known electrical induction gauges. But here, too, is the setting the temperature compensation is not very easy, as there may be two compensation elements individually to the correct values.

Diese Nachteile vermeidet die selbsttätige Kompensation der Umgebungstemperatur des im folgenden beschriebenen elektrischenLängenmeßgerätes. Siebesteht aus temperaturabhängigen, die Instrumentenanzeige berichtigenden Kompensationsgliedern, die parallel oder in Reihe zu dem elektromechanischen Wandler für die Längenmeßeinrichtung geschaltet sind und die eine Phasenverschiebung von 00, 1800 oder e;in vielfaches von 1800 bewirken, vorzugsweise in der Ausführung eines temperaturabhängigen Differentialkondensators oder eines mit kapazitiven oder induktiven Einrichtungen versehenen Bimetallstreifens. Die Abbildung zeigt eine beispielsweise Ausführung des Gegenstandes der Erfindung. Das in seiner Dicke zu messende Werkstück 1 liegt auf dem Meßtisch des Meßständers 2 unter dem elektrischen Meßtaster 3. The automatic compensation of the ambient temperature avoids these disadvantages of the electrical length measuring device described below. It consists of temperature-dependent, compensating elements correcting the instrument display, parallel or connected in series with the electromechanical transducer for the length measuring device and they have a phase shift of 00, 1800 or e; in multiples of 1800 effect, preferably in the form of a temperature-dependent differential capacitor or a bimetal strip provided with capacitive or inductive devices. The figure shows an exemplary embodiment of the subject matter of the invention. The workpiece 1 to be measured in terms of its thickness lies on the measuring table of the measuring stand 2 under the electrical probe 3.

Dieser berührt mit seinem Tastbolzen 4 das Werkstück 1 und überträgt dessen Dickenunterschied auf den elektromechanischen Wandler 5, 6, 7, der zwei Induktionsspulen 6 und 7 mit einem in den Spulen verschiebbaren ferromagnetischen Kern 5 umfaßt. Durch die Verschiebung des Tastbolzens 4 und Kernes 5 nimmt die Impedanz der Spule 6 beispielsweise zu und der Spule 7 ab, was iiber die elektrische Meßeinrichtung 11 zu einer Anzeige auf dem Insrument 12 führt.This touches the workpiece 1 with its feeler pin 4 and transfers it its difference in thickness on the electromechanical transducers 5, 6, 7, the two induction coils 6 and 7 with a slidable in the coils ferromagnetic Core 5 includes. By shifting the feeler pin 4 and core 5, the impedance increases the coil 6, for example, and the coil 7 off, what about the electrical measuring device 11 leads to a display on the instrument 12.

Diese Anzeige ist der Dickenänderung des Werkstückes 1 proportional.This display is proportional to the change in thickness of workpiece 1.

Diese induktive Meßlehre ist nun vor allem dadurch gekennzeichnet, daß der induktive elektromechanische Wandler 5, 6, 7 möglichst verlustfrei aufgebaut ist, d. h. eine hohe Induktivität bei einem nur geringen Ohmschen Widerstand besitzt. Die Speisung erfolgt durch einen Wechselstrom höherer Frequenz, und die Arbeitsweise erfolgt auf zwei Brückenästen, d. h., der Nullpunkt des Anzeigeinstrumentes 12 entspricht dem elektrischen Nullabgleichspunkt der Brücke. Um dies zu erreichen, sind in der elektrischen Meßeinrichtung 11 die ergänzenden Brückeninduktivitäten 16 und 17, ein Generator 18 für einen Wechselstrom höherer Frequenz, ein Meßbereichsregler 20, ein Verstärker 19, eine phasenempfindliche Gleichrichterbrücke 21 und ein Phasenschieberglied 25 angeordnet. Durch die Verwendung der an sich bekannten phasenempfindlichen Gleichrichterbrücke 21 wird erreicht, daß das Anzeigeinstrument 12 nach Minus ausschlägt, wenn der Meßtaster 4 ein Untermaß feststellt bzw. wenn die Brücke 6, 7, 16, 17 durch Null geht, wodurch sich die Phasenlage des Wechselstromes, der die Gleichrichterbrücke durchfließt, umkehrt. Mit einer solchen durch die Brücke Null arbeitenden elektrischen Meßeinrichtung hat man den Vorteil, einen längeren linearen Meßbereich bzw. eine größere Empfindlichkeit zu erzielen. Bei Umschaltung auf verschiedene Meßbereiche ändert sich der Nullpunkt der Meßeinrichtung nicht, während bei Meßlellren, die nur auf einem Seitenast arbeiten, Kompensationsspannungeu zusätzlich umgeschaltet werden müssen. This inductive measuring gauge is now mainly characterized by that the inductive electromechanical transducer 5, 6, 7 is constructed with as little loss as possible is, d. H. has a high inductance with only a low ohmic resistance. The power is supplied by an alternating current of higher frequency, and the mode of operation takes place on two bridge branches, d. That is, the zero point of the display instrument 12 corresponds the electrical zero balance point of the bridge. To achieve this, the electrical measuring device 11 the supplementary bridge inductances 16 and 17, a generator 18 for an alternating current of higher frequency, a measuring range controller 20, an amplifier 19, a phase sensitive rectifier bridge 21 and a phase shifter element 25 arranged. By using the phase-sensitive rectifier bridge known per se 21 it is achieved that the display instrument 12 deflects to minus when the probe 4 determines an undersize or if the bridge 6, 7, 16, 17 goes through zero, whereby the phase position of the alternating current flowing through the rectifier bridge, reverses. With such an electrical measuring device working through the bridge zero one has the advantage of a longer linear measuring range or greater sensitivity to achieve. When switching to different measuring ranges, the zero point changes the measuring device not, while in the case of measuring rods that only work on one side branch, Compensation voltages must also be switched over.

Das wesentlich Neue bei dieser Meßeinrichtung besteht nun darin, daß in dem Gehäuse des Meßtasters 3 zu den Spulen 6 und 7 parallel geschaltet ein Differentialkondensator angeordnet ist, der aus den festen Belegen 8 und 9 und dem verstellbaren Beleg 10 besteht. Zwischen beiden Belegen befindet sich ein dielektrisches Material 26, welches seine Dielektrizitätskonstante unter dem Einfluß der Temperatur sehr stark ändert. Es wird sich also die Kapazität des Kondensators 8, 9, 10, 26 in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur wesentlich verändern, was einen ebensolchen Einfluß auf die Meßbrücke bewirkt. What is essentially new about this measuring device is that that in the housing of the probe 3 to the coils 6 and 7 connected in parallel Differential capacitor is arranged, which consists of the solid documents 8 and 9 and the adjustable document 10 is made. There is a dielectric between the two documents Material 26, which its dielectric constant under the influence of temperature changes very much. So it will be the capacitance of the capacitor 8, 9, 10, 26 change significantly depending on the ambient temperature, which is such a thing Influence on the measuring bridge causes.

Dies bedeutet, daß die durch die Dickenänderung des Werkstückes 1 bewirkte elektrische Meßgröße in Abhängigkeit von der Außentemperatur gebracht wird.This means that the change in the thickness of the workpiece 1 caused electrical measured variable is brought as a function of the outside temperature.

Dehnt sich also der Meßständer 2, das Werkstück 1 und der Tastbolzen 4 durch die Temperatur so aus, daß eine unrichtige Dicke des Werkstückes 1 angezeigt würde, dann wird dieses unrichtige Maß durch den temperaturempfindlichen Kondensator 8, 9, 10, 26 so verändert, daß trotzdem das Instrument 12 unverändert das richtige Maß anzeigt. Dieser ganze Vorgang wickelt sich selbsttätig ab, und es ist kein Stufenschalter durch den Prüfer auf die Umgebungstemperatur einzustellen. Gegenüber den Indtil<tionsspulen bewirkt der temperaturabhängige Kondensator ein Voreilen der Phase, die aber um 1800 versclloben ist, so daß der kompensierende Einfluß keine Phasendrehung besitzt, die auf die phasenempfindliche Gleichrichtung ohne Einfluß wäre. Die Ausbildung des temperaturabhängigen Kondensators als Difterential-Drehkondensator bringt - schließlich den erheblichen Fortschritt, daß nur durch die Verstellung des ein- zigen Beleges 10 ein positiver oder ein negativer Temperaturgang mit jedem beliebigen Zwischenwert zwischen Null und Maximum eingestellt werden kann.So if the measuring stand 2, the workpiece 1 and the feeler pin expand 4 by the temperature so that an incorrect thickness of the workpiece 1 is indicated then this incorrect measure is caused by the temperature-sensitive capacitor 8, 9, 10, 26 changed so that the instrument 12 is still the correct one Measure indicates. This whole process takes place automatically and there is no tap changer to be adjusted by the tester to the ambient temperature. Compared to the ventilation coils causes the temperature-dependent capacitor to lead the phase, but that by 1800 is closed so that the compensating influence has no phase shift, which would have no effect on the phase-sensitive rectification. Training of the temperature-dependent capacitor as a differential rotary capacitor - finally the considerable progress that only through the adjustment of the umpteen Document 10 has a positive or negative temperature response with any one Intermediate value between zero and maximum can be set.

Der Abgleichvorgang ist außerordentlich einfach, da der Beleg 10 in dem Meßtaster 3 leicht verstellt werden kann. Man bringt die in der Abbildung dargestellte Anordnung, bestehend aus einem Werkstück 1, Meßständer 2 und elektrischem Meßtaster 3, in ein Gehäuse oder einen Raum, in dem sich verschiedene Temperaturen, unter denen die Meßeinrichtung arbeiten soll, einstellen lassen. Man nimmt nun den Temperaturgang dieser Meßeinrichtung auf und verstellt dann den Kondensator 8, 9, 10, 26 so, daß in dem interessierenden Temperaturbereich auch bei veränderlicher Temperatur im Gehäuse sich die Anzeige auf dem Instrument 12 nicht ändert. Nimmt man nun die Meßeinrichtung aus dem Gehäuse heraus, so kann man sie ohne weiteres unter wechselnden Außentemperaturen benutzen. Die angezeigten Längenmaße sind dann unabhängig von der Außentemperatur und bezogen auf eine Normaltemperatur von 200 C. The reconciliation process is extremely simple because the document 10 can be easily adjusted in the probe 3. One brings those in the picture Arrangement shown, consisting of a workpiece 1, measuring stand 2 and electrical Probe 3, in a housing or a room in which different temperatures, under which the measuring device is to work, have it set. You now take the Temperature response of this measuring device and then adjusts the capacitor 8, 9, 10, 26 so that in the temperature range of interest even with variable Temperature in the housing, the display on the instrument 12 does not change. Takes you can now remove the measuring device from the housing, so you can easily Use under changing outside temperatures. The displayed length measurements are then regardless of the outside temperature and based on a normal temperature of 200 C.

Die Abbildung zeigt noch die Möglichkeit, mit einem Temperaturmeßfühler 14 die Umgebungstemperatur und insbesondere die Temperatur des Werkstückes 1 zu messen und dadurch die elektrische Meßeinrichtung 11 zu korrigieren und zu beeinflussen. The figure shows the possibility of using a temperature sensor 14 the ambient temperature and in particular the temperature of the workpiece 1 measure and thereby correct and influence the electrical measuring device 11.

Ein weiterer Meßfühler 13 könnte auf eine geeignete Dehnungsänderungseinrichtung 15 im Meßständer 2 einwirken und diesen in Abhängigkeit von ratur verlängern oder verkürzen. Another sensor 13 could point to a suitable strain changing device 15 act in the measuring stand 2 and extend this depending on ratur or shorten.

Auch die Ausbildung des elektromechanischen Wandlers 5, 6, 7 und des Differentialkondensators 8, 9, 10, 26 stellt nur ein Anwendungsbeispiel dar. Der elektromechanische Wandler könnte auch nach einem anderen geeigneten Prinzip, insbesondere dem kapazitiven mit Kondensatoren statt Induktivitäten aufgebaut sein, während der temperaturabhängige Kondensator dazu auch in Reihe statt parallel liegen könnte. Weiterhin kann das temperaturempfindliche Glied 8, 9, 10, 26 ebenfalls anders ausgebildet sein. Es könnte beispielsweise aus einem temperaturempfindlichen Bimetallstreifen bestehen, dessen temperaturabhängige Bewegungen über kapazitive, induktive oder sonst geeignete Mittel die im Meßtaster 3 erzeugte elektrische Meßgröße in Abhängigkeit von der Temperatur beeinflussen. The design of the electromechanical transducer 5, 6, 7 and of the differential capacitor 8, 9, 10, 26 represents only one application example. The electromechanical converter could also be based on another suitable principle, especially the capacitive one with capacitors instead of inductors, while the temperature-dependent capacitor is also in series instead of in parallel could. Furthermore, the temperature-sensitive member 8, 9, 10, 26 can also be different be trained. It could, for example, consist of a temperature-sensitive bimetal strip exist whose temperature-dependent movements via capacitive, inductive or otherwise suitable means, the electrical measured variable generated in the probe 3 as a function of affect the temperature.

Die Anordnung ist hier für die Messung kleiner Längen- oder Dickenunterschiede dargestellt. Sie kann sinngemäß auch bei allen anderen Meßeinrichtungen benutzt werden, die eine mechanische Größe auf Grund einer Längenänderung messen, beispielsweise bei Kräften, Dehnungen usw. The arrangement here is for measuring small differences in length or thickness shown. It can also be used in the same way for all other measuring devices that measure a mechanical quantity based on a change in length, for example with forces, elongations, etc.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Electrical length measuring device, consisting of a probe with an electromechanical, preferably inductive or capacitive Converter of an electrical measuring and display device with phase-sensitive rectification and a stand, characterized in that parallel or in series with the Electromechanical converter arranged temperature-dependent, a phase shift of 00, 1800 or a multiple of 1800 causing members (8, 9, 10, 26) the Keep the display of the instrument (12) constant despite changes in the ambient temperature, 2. Electrical length measuring device according to claim 1, characterized by a under the Influence of the ambient temperature changing its capacity Capacitor (8, 9, 10, 26).

3. Electrical Längemneßeinriehtung according to claim 1 and 2, characterized by a positive or negative temperature curve with any intermediate value Differential variable capacitor adjustable between zero and maximum (8, 9, 10, 26).

4. Electrical length measuring device according to claim 1 to 3, characterized characterized in that the temperature-dependent member consists of a bimetal roam with it consists of capacitive or inductive devices.

5. Electrical length measuring device according to claim 1 to 4, characterized characterized in that temperature-dependent members (13, 16) on the measuring stand (2) or Test piece (1) the electrical measuring and display device (11, 12) or the measuring stand (2) inffussea.

Documents considered: German Patent No. 904 950