DE1046344B

DE1046344B - Magnetic thickness meter and its method of use

Info

Publication number: DE1046344B
Application number: DEK30283A
Authority: DE
Inventors: Fritz Thoma
Original assignee: Kieninger and Obergfell GmbH and Co
Current assignee: Kieninger and Obergfell GmbH and Co
Priority date: 1956-11-09
Filing date: 1956-11-09
Publication date: 1958-12-11

Description

Magnetischer Dickenmesser und Verfahren zu seiner Verwendung Die Erfindung betrifft einen Dickenmesser, durch den die Dicke eines Gegenstandes mechanisch gemessen und elektrisch angezeigt wird. Magnetic thickness meter and method of using it The invention relates to a thickness meter, by which the thickness of an object is mechanically is measured and displayed electrically.

Es sind bereits elektrische Dickenmesser bekannt. bei denen die durch den Prüfling bewirkte Änderung eines magnetischen Flusses die Meßgröße bildet. Electric thickness gauges are already known. where the through the change in a magnetic flux caused by the test object forms the measured variable.

Dabei erfolgt die Messung eines Magnetflusses bisweilen mittels einer Sonde, die in den Luftspalt eingeführt wurde. Diese bekannten Einrichtungen waren jedoch nur zur Messung der Dicke an Materialien geeignet, welche selbst magnetisch oder magnetisierbar sind oder irgendwie den Magnetfluß beeinflussen können.The measurement of a magnetic flux is sometimes carried out by means of a Probe that was inserted into the air gap. These well-known bodies were but only suitable for measuring the thickness of materials which are themselves magnetic or are magnetizable or can somehow influence the magnetic flux.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde. eine Dickenmessung nicht ferromagnetischer Stoffe unter Anwendung eines Magnetfeldes und mit elektrischer Anzeige zu ermöglilohen. In contrast, the invention is based on the object. a thickness measurement of non-ferromagnetic materials using a magnetic field and with an electrical one To enable display.

Es ist auch bereits ein magnetisch wirkender Dichenmesser bekannt, der die Dickenmessung von nicht ferromagnetischem Material gestattet; zu diesem Zwecke wird der Meßling zwischen entgegengesetzte magnetische Pole gelegt. Die Einstellung der Pole erfolgt hierbei von Hand, wobei durch magnetostatt sehe Wirkung eine Anzeigevorrichtung eingestellt wird. Eine elektrische Anzeige jedoch ist bisher nur bei der Dickenmessung ferromagnetischer Körper angewandt worden. Sie ist deshalb anzustreben, weil sie weniger störanfällig ist als eine magnetostatische Anzeige. A magnetically acting caliper is also known, which allows the thickness measurement of non-ferromagnetic material; to this For this purpose, the test piece is placed between opposing magnetic poles. The setting the pole is done by hand, with a display device by magnetostatt see effect is set. An electrical display, however, has so far only been used for thickness measurement ferromagnetic body has been applied. It is to be striven for because it is less prone to failure than a magnetostatic display.

Die Erfindung betrifft demnach einen magnetischen Dickenmesser für nicht ferromagnetische Körper, die zwischen zwei entgegengesetzten, gegeneinander verschiebbaren magneti scheu, vorzugsweise permanentmagnetischen. durch einen magnetischen Rückschluß miteinander verbundenen Polen anzuordnen sind, wobei das den Körper durchsetzende Magnetfeld als Maß für dessen Dicke dient. The invention therefore relates to a magnetic thickness gauge for non-ferromagnetic bodies that are between two opposite, against each other sliding magneti shy, preferably permanent magnetic. by a magnetic Inference interconnected poles are to be arranged, with the penetrating the body Magnetic field serves as a measure of its thickness.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst und hierbei eine elektrische Anzeige ermöglicht dadurch, daß außer dem Meßling eine magnetfeldabhängige Halbleitervorrichtung, insbesondere ein magnetfeldabhängiger Ohmscher Widerstand. eine magnetische Sperrschicht, ein Hallgenerator od. dgl., als eine eine elektrisehe Anzeige der Meßwerte bewirkende Abstandssonde angeordnet ist. According to the invention, the object set is achieved thereby and here an electrical display enables the fact that, in addition to the test specimen, a magnetic field-dependent one Semiconductor device, in particular a magnetic field-dependent ohmic resistor. a magnetic barrier layer, a Hall generator or the like, as an electric Display of the measured values causing the distance probe is arranged.

In erster Linie ist an Hallsonden gedacht, die aus einem halbleitenden Material mit großer Hallkonstante, beispielsweise einer AIII-BV-V;erbindung bestehen und als Hallgeneratoren oder Hallmodulatoren bekanntgeworden sind. First and foremost, Hall probes are thought of that consist of a semiconducting Material with a large Hall constant, for example an AIII-BV-V; connection exist and have become known as Hall generators or Hall modulators.

Das mittels der Meßeinrichtung nach der Erfindung durchgeführte Dickenmeßverfahren setzt voraus, daß zunächst die durch die beiden Magnetpole gebildete Spaltbreite durch Einbringen der magnetfeldabhängigen elektrischen Meßvorrichtung allein nach elektischen Werten. insbesondere elektrischen Stromstärken- oder Spannungen, geeicht wird und daß weiterhin die genaue geometrische Dicke des magnetfeldabhängigen Mießjgeräts, insbesondere der Hallsonde, bekannt ist; alsdann werden Hallsonde und auszumessender Körper gleichzeitig zwischen die heizen Pol schuhe geklemmt, woraufhin die Summe aus der bekannten Hallsondendicke und der zu ermittelnden Dicke an dem elektrischen Meßgerät abgelesen werden kann. Da die Dicke der Hallsonde immer konstant bleibt, kann das elektrischre Meßinstrument von vornherein so geeicht werden, daß die Dicken der auszumessenden Körper, d. h. die Spaltbreiten abzüglich der Hallsondendiclie, unmittelbar ablesbar sind. The thickness measuring method carried out by means of the measuring device according to the invention presupposes that first the gap width formed by the two magnetic poles by introducing the magnetic field-dependent electrical measuring device alone electrical values. in particular electrical currents or voltages, calibrated and that the exact geometric thickness of the magnetic field-dependent Mießjgeräts, in particular the Hall probe is known; Then Hall probes and are to be measured Body clamped at the same time between the heating pole shoes, whereupon the sum from the known Hall probe thickness and the thickness to be determined on the electrical Meter can be read. Since the thickness of the Hall probe always remains constant, the electrical measuring instrument can be calibrated from the outset so that the thicknesses the bodies to be measured, d. H. the gap widths minus the Hall probe diclie, can be read immediately.

Die Erfindung setzt in der soeben beschriebenen Ausführungsform voraus. daß die auszumessenden Körper keine merklich von eins abweichende magnetische Permeabilität bzw. Suszeptibilität besitzen. Ist diese Bedingung nicht erfüllt, so muß die Eichung mit entsprechenden Probekörpern mit bekannter Dicke durchgeführt werden, die aus dem gleichen Material wie die auszumessenden Körper bestehen. The invention assumes the embodiment just described. that the bodies to be measured have no noticeably different magnetic permeability or have susceptibility. If this condition is not met, the calibration must be carried out be carried out with appropriate test specimens of known thickness, which from consist of the same material as the body to be measured.

Gemäß einer besonderen Ausbildung des Erfindungsgedankens läßt sich der neue Dickenmesser auch zur Durczhführung einer fortlaufenden Kontrolle der Dicke ausgedehnter Körper, beispielsweise von Bändern, Drähten, Uhrfedermetallstreifen, Filmen, photographischen oder magnetischen Schichten od. dgl., anwenden, die fortlaufend durch die Dickenmeßeinrichtung nach der Erfindung hindurchgezogen werden. Die Konstanz und Güte der Schichtdicke kann mittels einer Toleranzmarke am elektrischen Meßinstrument oder mittels eines Registriergeräts kontrolliert werden, welches an Stelle des Anzeige- instrllments tritt oder mit diesem kombiniert werden kann. According to a special embodiment of the inventive concept can The new thickness gauge also allows for continuous control of the thickness extensive body, for example from ribbons, wires, watch spring metal strips, Films, photographic or magnetic layers od. The like., Apply continuously be pulled through the thickness measuring device according to the invention. The constancy and the quality of the layer thickness can be determined by means of a tolerance mark on the electrical measuring instrument or controlled by means of a recording device, which instead of the display instrllments occurs or can be combined with it.

An Hand der Zeichnung, in der einige Ausführungsformen der Einrichtung nach der Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt sind, sei der Erfinduiigsgedanke näher erläutert. With reference to the drawing, in which some embodiments of the device according to the invention are shown as an example and schematically, is the inventive concept explained in more detail.

In Fig. 1 bedeuten 1 und 2 zwei Elektromagnete, deren entgegengesetzte Pole einander zugekehrt sind und zwei als ebene. zueinander parallele Flächen 3 und 4 ausgebildete Polschuhe aufweisen. Die beiden WIagnete 1 und 2 sind auf zwei zangenartigen Trägen 5 und 6 angeordnet, die um einen Drehpunkt M spreizbar sind. Auf Grund dieser Anordnung sind die Polschuhe 3 und 4 in Richtung des Pfeiles 8 verstellbar. Es können daher eine Hallsonde 9 von der Dicke n und ein bezüglich der Dic1se auszumessender Körper 10 von der Dicke x zwischen den Polschuhen 3 und 4 eingeklemmt werden. In Fig. 1, 1 and 2 denote two electromagnets, the opposite of which Poles are facing each other and two are flat. surfaces parallel to each other 3 and have 4 formed pole pieces. The two magnets 1 and 2 are on two Pliers-like carriers 5 and 6 are arranged, which can be spread around a pivot point M. Due to this arrangement, the pole shoes 3 and 4 are in the direction of arrow 8 adjustable. There can therefore be a Hall probe 9 of thickness n and a with respect to the thickness to be measured body 10 of the thickness x between the pole pieces 3 and 4 can be pinched.

Die Messung wird mittels einer Schaltung durchgeführt, wie sie in Fig. 2 beispielsweise dargestellt ist. Zwei Pole der Hallsonde 9 sind an eine Gleichstromquelle über einen variablen Vorschaitwiderstand 11 angeschlossen. Der Pfeil 7 zeigt die Richtung der magnetischen Kraftlinien senkrecht zur Fläche des Hallplättchens an. Am Instrument 12 wird die dem Abstand a + x entsprechende Hallspannung angezeigt, wobei die Skala bereits nach Millimeterwerten von x geeicht ist. Hierbei ist vorausgesetzt, daß die heiden Elektromagnete 1 und 2 in bestimmter konstanter Weise erregt sind. Der Vorsohaltwiderstand 11 dient dazu. die Stromstärke 1 in gewissen Grenzen zu variieren, um den Nullpunkt des Instrumentes 12 beim Nacheichen zu korrigieren oder auch verschiedenen Substanzen mit unterschiedlicher Permeabilität anzupassen, aus denen unter Umständen d!er auszumessende Körper 10 bestehen kann. Mit dem Vorsclhaltwiderstand soll das Abnehmen der Batteriespannung korrigiert und so dem Strompfad der Hallsonde ein immer gleich großer Strom zugeführt werden. Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt. The measurement is carried out by means of a circuit as shown in Fig. 2 is shown for example. Two poles of the Hall probe 9 are connected to a direct current source connected via a variable Voraitharz 11. The arrow 7 shows the Direction of the magnetic lines of force perpendicular to the surface of the Hall plate. The Hall voltage corresponding to the distance a + x is displayed on the instrument 12, whereby the scale is already calibrated according to millimeter values of x. It is assumed that that the two electromagnets 1 and 2 are excited in a certain constant manner. The provision resistor 11 is used for this. the current strength 1 increases within certain limits vary in order to correct the zero point of the instrument 12 during recalibration or also adapt to different substances with different permeability which under certain circumstances the body 10 to be measured can exist. With the holding resistor is intended to correct the decrease in battery voltage and thus the current path of the Hall probe always the same current can be supplied. The invention is not based on that Embodiment limited.

Insbesondere ist der mechanische Aufbau zweckmäßig so auszubilden, daß die beiden Magnetpole in einer Geradführung relativ zueinander verschiebbar sind.In particular, the mechanical structure should be designed in such a way that that the two magnetic poles can be displaced relative to one another in a straight line are.

Der Meßdruck ist in an sich bekannter Weise durch eine Rutschkupplung und gegebenenfalls durch eine Feder festzulegen. welche der Anziehungskraft der beiden Magnetpole entgegenwirkt. Bei senkrechter Anordnung können auch die Eigengewichte des einen Polteils und seiner Halterung zur Festlegung bzw.The measuring pressure is in a manner known per se by a slip clutch and, if necessary, set by a spring. which of the attraction the counteracts both magnetic poles. In the case of a vertical arrangement, the dead weights of the one pole piece and its holder for fixing or

Regulierung des Auflagedrucks herangezogen werden.Regulation of the contact pressure can be used.

Die Polschuhe sind bezüglich Gestalt und Material und insbesondere Härte den auszumessendfen Materialien anzupassen; Sohneiden- oder Kalottenform mit Rubin- odier Achatverstärkung bzw. Hartverchromung sind für viele Zwecke vorteilhaft, insbesondere auch für die kontinuierliche Ausmessung von nicht ferromagnetischen Drähten, Blechen, Papierbahnen, Kunststoffolien oder Produkten von Feinwalzwerken u. dgl.The pole pieces are in terms of shape and material and in particular To adapt the hardness to the materials to be measured; Sohneiden- or dome shape with Ruby or agate reinforcement or hard chrome plating are advantageous for many purposes, especially for the continuous measurement of non-ferromagnetic Wire, sheet metal, paper webs, plastic films or products from fine rolling mills and the like

Auch in elektrischer Hinsicht sind verschiedene Abwandlungen und Ausgestaltungen des Ausführungsbeispiels denkbar. Die beiden Magnetpole können entweder als getrennte Nord- und Südpole ausgebildet sein, oder über einen magnetischen Rückschluß z. B. über die Halterung - miteinandier in Verbindung stehen. Sie können als Dauermagnete oder Elektromagnete ausgebildet sein. Oder es kann auch einem permanenten Magnetfeld ein in gewissen Grenzen variables Elektromagnetfeld überlagert slein.There are also various modifications and configurations from an electrical point of view of the embodiment is conceivable. The two magnetic poles can either be separate Be formed north and south poles, or via a magnetic yoke z. B. via the bracket - are connected to each other. They can be used as permanent magnets or electromagnets. Or it can also be a permanent magnetic field an electromagnetic field, variable within certain limits, is superimposed on it.

Unter Umständen kann eine Veränderung des elektromagnetischen Feldes und/oder der Stromstärke 1 zur Eichungsänderung benutzt werden. Oder aber es können gerade beide beispielsweise genannten elektischen Größen derart zwangläufig - durch eine geeignete Schaltung - miteinander gekoppelt werden, daß die Meßeinrichtung unabhängig von äußeren Einflüssen der Spannungsquelle, der Temperatur u. dgl. wird. Auch die Veränderung des Anpreßdruckes in Abhängigkeit von der Spaltbreite läßt sidh durch die genannten Mittel gegebenenfalls automatisch kompensieren.Under certain circumstances, a change in the electromagnetic field and / or the current strength 1 for Calibration change can be used. Or you can just both of the electrical quantities mentioned for example inevitably - through a suitable circuit - are coupled together that the measuring device is independent of external influences of the voltage source, the temperature and the like. The change in the contact pressure as a function of the gap width can also be changed If necessary, automatically compensate sidh by the means mentioned.

Auch die magnetfeldalshängige Vorrichtung 9 kann modifiziert werden und beispielsweise als magnetische Sperrschicht od. dgl. ausgebildet sein. Gegebenenfalls kann zur Verstärkung der Hall spannung oder sonstiger eleldrischer Meßgrößen ein Verstärker, z. B. The magnetic field-dependent device 9 can also be modified and, for example, as a magnetic barrier layer or the like. Possibly can be used to amplify the Hall voltage or other electrical measurands Amplifier, e.g. B.

Transistorverstärker, gegebenenfalls in einer Brückenschaltung, vorgesehen sein.Transistor amplifier, if necessary in a bridge circuit, is provided be.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel. welches in seinem mechanischen Aufbau weitgehend den bekannten mechanischen Dickenmessern, insbesondere dem Zeiss'schen Dickenmesser, angepaßt ist, ist in Fig. 3 dargestellt. 13 bedeutet ein aus hoehwtertigem Magneteisen bestehendes und als Permaneutmagnet ausgebildetes Joch. Der eine Polsehuh wird durch die als Hallsonde ausgebildete magnetfeldabhängige elel;-torische Widerstandsvorricihtung 14 gebildet, welche durch eine auf ihr fest angeordnete, an der Stirnfläete plangeschliffene Ferritseheibe 15 abgedeckt ist. Auf der anderen Seite des Joches befindet sich ein Permanentmagnet 16, welcher in einer Spindelführung 17 mittels einer Mikrometerschraube 18 verschiebbar gelagert ist. Im Fuß 19 der Anordnung ist die elektrische Meßschaltung 20 - etwa gemäß Fig. 2 - mit dem Meßinstrument 12 angeordnet. 21 bedeutet das Zuführungskabel zur Spannungsquelle. Gegebenenfalls kann auch die Spannungsquelle, eine Batterie 23. im Fuß 19 untergebracht sein, die zweckmäßig als Trockenhatterie hoher Lebensdauer ausgebildet ist. Another embodiment. which in its mechanical Structure largely the known mechanical thickness gauges, especially Zeiss' Thickness gauge, adapted, is shown in FIG. 13 means one from honorable Magnetic iron yoke designed as a permanent magnet. The one pole shoe is generated by the magnetic field-dependent electrical toric resistance device designed as a Hall probe 14 formed, which by a fixedly arranged on it, flat-ground at the end face Ferrite disk 15 is covered. On the other side of the yoke is a Permanent magnet 16, which in a spindle guide 17 by means of a micrometer screw 18 is slidably mounted. In the foot 19 of the arrangement is the electrical measuring circuit 20 - approximately according to FIG. 2 - arranged with the measuring instrument 12. 21 means the feeder cable to the voltage source. If necessary, the voltage source, a battery 23. be housed in the foot 19, which is useful as a long-life dry battery is trained.

Mit 22 ist ein Drehknopf bezeichnet, der vor jeder Messung eine Nullkorrektur des Meßwertanzeigers gestattet.With a rotary knob 22 is designated, which a zero correction before each measurement of the measured value indicator is permitted.

PATENTANSPROCHE: 1. Magnetischer Dickenmesser für nicht ferromagnetische Körper, die zwischen zwei entgegengesetzten, gegeneinander verschiebbaren magnetischen, vorzugsweise permanentmagneti scheu, durch einen magnetischen Rückschluß miteinander veibundenen Polen anzuordnen sind, wobei das den Körper durchsetzende Magnetfeld als Maß für dessen Dicke dient, dadurch gekennzeichnet. daß außer dem Meßling eine magnetfeldal:)lhärlgige Halbleitervorrichtung, insbesondere ein magnetfeldabhängiger Ohmscher Widerstand, eine magnetische Sperrschicht, ein Hallgenerator od. dgl., als enie eine elektrische Anzeige der Meßwerte bewirkende Abstandssonde angeordnet ist. PATENT CLAIMS: 1. Magnetic thickness gauge for non-ferromagnetic Bodies that are positioned between two opposing, mutually displaceable magnetic, preferably permanentmagneti shy, by a magnetic return path with each other connected poles are to be arranged, whereby the magnetic field penetrating the body serves as a measure of its thickness, characterized. that besides the Messling one Magnetfeldal:) Long semiconductor device, in particular a magnetic field dependent Ohmic resistance, a magnetic barrier layer, a Hall generator or the like., arranged as a single distance probe effecting an electrical display of the measured values is.

Claims

2. Device according to claim 1, characterized in that the magnetic field-dependent electrical measuring device firmly connected to a magnetic pole, for example in the a pole piece is installed or expanded as such.

3. Device according to one of claims 1 and 2, characterized in that that the two magnetic poles are each arranged in a straight line.

4. Device according to one of claims 1 and 2, characterized in that that the magnetic poles are arranged on carriers that cooperate in a tong-like manner.

5. Device according to one of claims 1 and 2, characterized in that that at least one magnetic pole is held by a spindle guide.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that that both magnetic poles are at least partially designed as electromagnets.

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that that the mechanical pressure by which the body to be measured with regard to its thickness is pressed between the pole pieces, by a slip clutch and / or by a Spring, which counteracts the attractive force of the two magnetic poles, is set is.

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized gekenuzeiehnet, that the measuring poles of the magnetic field-dependent electric measuring device at one after millimeter values calibrated electrical display device are placed.

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that that the measuring device, which is dependent on the magnetic field, is connected to a variable bias voltage.

10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that that the means for changing the magnetic Feldstäflc.e and / or the bias of the magnetic field-dependent electrical measuring device inevitably coupled to one another in this way are that the measuring device is independent of external influences of the voltage source, the temperature and the like.

11. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that that to amplify the electrical measured variable, for example the Hall voltage, an amplifier, e.g. B. transistor amplifier, possibly in a bridge circuit, is provided.

12. Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that. that a dry battery is provided as a voltage source.

13. A method for actuating the device according to one of the claims 1 to 12, characterized by the use for continuous measurement or Control of wires, sheets, paper flags, foils, clock spring metal strips or the like. Like. Which are passed between the magnetic poles of the thickness gauge while the measured values are recorded by a recorder connected to the thickness gauge will.

14. Device according to one of claims 1 to 12, which is marked, that the electrical sdhalterung wholly or partially housed in the base of the facility is.

Publications considered: "The Engineer" magazine dated July 31, 1953, pp. 130 to 133; German Patent Nos. 904 111, 873 749; German Auslegeschrift P 11325 IX / 42b (made public on March 1, 1956); U.S. Patent No. 2,469,476.