-
Gerät zum Vergleichen einer Meßgröße, beispielsweise der Länge eines
Werkstückes, mit einer Mehrzahl von Standardwerten Die Erfindung betrifft ein Gerät
zum Vergleich von Meßgrößen, beispielsweise der Länge von Werkstücken, mit einer
Anzahl von Standardwerten.
-
Bei derartigen Messungen wird bekanntlich der zwischen dem zu messenden
Werkstück und dem Standardwert bestehende Unterschied angezeigt. Zu diesem Zweck
verwendet man bereits Differentialtransformatoren, die einen beweglichen Anker aufweisen
und deren Ankerstellung bei Ubereinstimmung der Meßgröße mit einem Standardwert
relativ zu den Sekundärwicklungen des Differentialtransformators zentriert ist,
so daß die Spannung an den Sekundärwicklungen verschwindet. Die Größe und Polarität
der Sekundärspannung sind dabei ein Maß für die Ankerverschiebung und gleichzeitig
auch für die Differenz zwischen der Meßgröße und dem Standardwert. Es hat sich jedoch
gezeigt, daß zwischen der Größe der Ankerverschiebung in der Nähe der Mittellage
desselben und der Spannung an den Sekundärwicklungen kein linearer Zusammenhang
besteht und daß die Empfindlichkeit und Meßgenauigkeit dieser Anordnung um so mehr
abnimmt, je näher der Anker bei seiner Mittellage liegt.
-
Es ist auch bekannt, die zu messende Länge eines Werkstückes mit
zwei Standardwerten zu vergleichen, wofür man entweder rein mechanische Einrichtungen
verwendet oder aber auch einen Differentialtransformator. Die Verwendung rein mechanischer
Einrichtungen bedingt eine äußerst schwierige Herstellung und bringt Ungenauigkeiten
mit sich infolge von möglichen Deformationen und von Abnutzung. Aber auch die Verwendung
eines Differentialtransformators für diese Zwecke ist noch zu ungenau und mangelhaft,
und zwar insbesondere wegen der unvermeidlichen Restspannung des Differentialtransformators.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der eingangs
genannten Art zu schaffen, welches eine große Meßgenauigkeit ermöglicht und einen
linearen Zusammenhang zwischen der Differenz von Meßgröße und Standardwert sowie
der Ausgangsspannung od. dgl. gibt.
-
Die Erfindung geht aus von einem Gerät zum Vergleichen von Meßgrößen,
beispielsweise der Länge eines Werkstückes, mit einer Mehrzahl von Standardwerten,
mit einem einen beweglichen Anker aufweisenden Differentialtransformator, dessen
Anker in bezug auf die zu messende Größe einstellbar ist und dessen Sekundärwicklungen
eine Ausgangsspannung führen, sobald der Anker eine außermittige Stellung einnimmt.
-
Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, daß für jeden mit der zu
messenden Größe zu vergleichenden
Standardwert eine in Differenzschaltung mit den
Sekundärwicklungen des Differentialtransformators stehende, dem betreffenden Standardwert
angepaßte Bezugsspannungsquelle vorgesehen ist, deren Spannung jeweils der bei außermittiger
Stellung des Ankers bei dem betreffenden Standardwert an den Sekundärwicklungen
auftretenden Spannung gleicht, und daß die Sekundärwicklungen einerseits und die
zugeordneten Bezugsspannungsquellen andererseits jeweils an eine Polaritätsmeßanordnung
angeschlossen sind.
-
Als Bezugsspannungsquellen können die Sekundärwicklungen eines Ringtransformators
verwendet sein.
-
Gemäß einer Weiterbildung sind alle Bezugsspannungsquellen durch
Wicklungsteile eines einzigen Ringtransformators gebildet.
-
Die Erfindung ist im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
an einem Ausführungsbeispiel ergänzend beschrieben.
-
F i g. 1 ist ein Schaltbild des Gerätes nach der Erfindung; F i g.
2 zeigt einen als Bezugsspannungsquelle dienenden Ringtransformator; Fig. 3 ist
ein Schnitt längs der Linie 3-3 von Fig. 2;
F i g. 4 zeigt schematisch
die Abgriffe eines Ringtransformators; Fig.5 zeigt in teilweiser Schnittdarstellung
einen Differentialtransformator; F i g. 6 ist ein Stromlaufplan einer Polaritätsmeßanordnung
und eines polarisierten Relais; Fig. 7 zeigt die Arbeitskurve des Differentialtransformators.
-
Die in F i g. l dargestellte Anordnung umfaßt einen Schwingungserzeuger
15, dessen Ausgangsklemmen 16 und 17 eine gleichbleibende Wechselspannung führen,
die an die Anschlüsse 19 und 20 der Primärseite eines Ringtransformators 18 angeschaltet
sind. Die Sekundärwicklung dieses Ringtransformators besitzt Abgriffe 21, 22, welche
die Sekundärwicklung in die Abschnitte 23 und 24 aufteilt, die als Bezugsspannungsquellen
dienen. An den Schwingungserzeugerl5 ist ferner ein Differentialtransformator 30
mit seiner Primärwicklung 31 angeschaltet, und die entgegengesetzt gewickelten Sekundärwicklungen
32 und 33 desselben sind in Reihe miteinander geschaltet. Die Sekundärwicklung 33
des Differentialtransformators 33 und die Sekundärwicklung des Ringtransformators
18 sind dabei leitend miteinander verbunden über die Leitungen 34 und 25. Der Differentialtransformator
30 umfaßt einen beweglichen Anker 35, der in seiner in F i g. 1 gestrichelt dargestellten
Mittelstellung 35 a die Sekundärwicklungen 32 und 33 gleichmäßig mit der Primärwicklung
31 kuppelt, so daß im wesentlichen gleiche Spannungen entgegengesetzter Polarität
in den Sekundärwicklungen erzeugt werden und die Gesamtspannung der Reihenschaltung
dieser Sekundärwicklungen 0 wird. Nimmt der Anker 35 eine außermittige Stellung
35b ein, so ergeben sich unterschiedliche Kupplungen der Sekundänvicklungen 32 und
33 in bezug auf die Primärwicklung 31, so daß die Spannung an der Sekundärwicklung
32 höher ist als die an der Wicklung 33. Die Differenzspannung der beiden Sekundärwicklungen
ist daher von 0 verschieden. Diese Spannung ist natürlich um so kleiner, je geringer
die Abweichung der Ankerstellung von der Mittelstellung ist, wie etwa durch die
Stellung 35c angegeben ist. Der Anker 35 liegt bewegungsschlüssig über einen Verschiebekolben
29 an einer Fläche 36 an, die ein zu messendes Werkstück oder die Oberfläche eines
beweglichen Teiles einer Werkzeugmaschine ist.
-
Die Schaltung umfaßt ferner einen Verstärker39, dessen Eingangsanschluß
37 mit dem Anschluß 40 der Sekundärwicklung 32 des Differentialtransformators verbunden
ist und dessen weiterer Eingangsanschluß 38 mit dem Abgriff 21 des Ringtransformators
18 in Verbindung steht. Es ist ferner ein zweiter Verstärker 139 vorgesehen, dessen
Eingangsanschluß 137 ebenfalls mit dem Anschluß 40 der Sekundärwicklung 32 in Verbindung
steht, dessen weiterer Eingangsanschluß 38 jedoch mit einem anderen Abgriff 22 des
Ringtransformators verbunden ist.
-
Die Ausgänge 41, 41' des Verstärkers 39 stehen mit den Eingängen
42,43 einer Polaritätsmeßanordnung 44 in Verbindung, die über die Anschlüsse 45,
46 mit dem Schwingungserzeuger 15 verbunden ist.
-
Die Ausgänge 47, 48 der Polaritätsmeßanordnung sind an die Klemmen
49, 50 eines polarisierten Relais 51 angeschaltet. Das Relais weist einen Schaltarm
55 auf, der abwechselnd mit den Kontakten 53
und 54 (F i g. 6) in Verbindung kommen
kann. Das polarisierte Relais spricht an, wenn die am Verstärkereingang liegende
Spannung durch 0 geht, in welchem Augenblick der Schaltarm 55 von dem einen auf
den anderen Kontakt umschaltet. Die gleiche Funktion hat der andere Zweig mit dem
Verstärker 139, der Polaritätsmeßanordnung 144 und dem polarisierten Relais 151.
Dieses spricht indessen dann an, wenn die am Eingang des Verstärkersl39 liegende
Spannung durch 0 geht.
-
Der in den Fig.2 und 3 dargestellte Ringtransformator 18 besitzt
eine Anzahl Anzapfungen 59, 60, 22, 61, 21, 63, 64, wobei die Abgriffe 21,22 unmittelbar
mit den Verstärkern 39 bzw. 139 verbunden sind.
-
Befindet sich der Anker 35 des Differentialtransformators beim Vergleich
der zu bestimmenden Meßgröße in der außermittigen Stellung 35 b (F i g. 1), so entspricht
die Spannung der Bezugsspannungsquelle 23 der Differenzspannung der Sekundärwicklungen
32, 33 des Differentialtransformators, ist jedoch von entgegengesetzter Polarität.
Durch Zwischenschaltung eines mit einem Schleifkontakt 66 versehenen Potentiometers
65 (Fig.4), das zusätzliche Anzapfungen 63 a und 21 a aufweist, läßt sich die gewünsc'nte
Spannung zwischen den Abgriffen 21 und 63 des Transformators 18 einstellen. Entspricht
die Oberfläche 36 des Meßobjektes der außermittigen Ankerstellung 35 b dann ist
also die Spannung am Eingang des Verstärkers 39 gleich 0. Der Bezugsspannungsquelle
24 entspricht die außermittige Ankerstellung 35 c, d. h., in dieser Ankerstellung
ist die Differenzspannung an den Sekundärwicklungen 32, 33 des Differentialtransformators
gleich der Spannung der Bezugsspannungsquelle 24, jedoch von entgegengesetzter Polarität,
so daß am Eingang des Verstärkers 139 keine Spannung auftritt.
-
Jedem Sollwert der Meßgröße ist also eine bestimmte Größe der Bezugsspannung
zugeordnet. Um im Bedarfsfall die Spannungsquelle 24 veränderbar zu machen, kann
man, wie bereits bei der Spannungsquelle23 angegeben, ein Potentiometer67 verwenden,
an dessen Schleifer 68 die eingestellte Spannung abgegriffen werden kann.
-
Ein für die Zwecke der Erfindung geeigneter Ringtransformator weist
zweckmäßig einen Kern 70 aus Bandeisen hoher Permeabilität auf, der von einer Isolation
71 umgeben ist (F i g. 2 und 3). Die Primärwicklung mit den Enden 19, 20 ist durch
einen Draht 72 gebildet, der über die Isolation 71 gewickelt ist, während die Sekundärwicklung
durch den Draht69 gebildet ist, der Anzapfungen 59,60, 22, 61, 21,63 und 64 aufweist.
Vorzugsweise umfaßt der Differentialtransformator 30 ein Gehäuse 73, mit dem ein
aus Kunststoff bestehendes Untergestell 74 verbunden ist.
-
Ein darin eingebetteter E-förmiger Kern 75 trägt auf seinen Außenschenkeln
jeweils die Sekundärwicklung 32 bzw. 33, während die Primärwicklung 31 auf dem Mittelschenkel
untergebracht ist. Im Abstand von dem Kern 75 ist ein aus Kunststoff bestehender
Schieber 76 mittels Fingern 77 aus Federstahl gehalten, die mit den Enden des Untergestelles
74 sowie mit dem Schieber 76 verbunden sind.
-
Der bewegliche Anker 35 ist derart in den Schieber 76 eingebettet,
daß er in der Mittelstellung desselben mittig zum Kern 75 liegt. Der Schieber 76
ist mit einem Kolben 29 verbunden, der eine Bewegung des Schiebers 76 mit dem Anker
35 in außermittige Stellungen ermöglicht. Eine zwischen dem Gehäuse
73
und dem Schieber 76 angeordnete Feder 78 sorgt dafür, daß der Schieber im Ruhezustand
in seine Mittelstellung zurückgezogen wird. Für die Zwecke der Erfindung befindet
sich der Anker 35 in einer außermittigen Stellung, so daß an den Sekundärwicklungen
32, 33 eine Differenzspannung auftritt.
-
Geht der Anker 35 über die außermittige Stellung 35 b hinaus, dann
ist die Differenzspannung an den Sekundärwicklungen 32,33 des Differentialtransformators
größer als die Bezugsspannung der Sekundärwicklung 23 des Ringtransformators 18,
so daß der nichtkompensierte Unterschied dieser Spannungen durch den Verstärker
39 verstärkt wird und die Polaritätsmeßanordnung 44 beeinflußt. Diese ist in F i
g. 6 näher dargestellt. Wie man aus dieser Figur entnehmen kann, fließt bei einem
positiven Potential an den Anschlüssen 43 und 45 ein Strom vom Knotenpunkt 80 über
die Wiederstände 81, 82 und den Gleichrichter 83 zu dem anderen Anschluß 46, so
daß die Elektrode 84a des Kondensators 84 positiv geladen wird. Ist hingegen das
Potential an dem Anschluß 45 negativ, so fließt Strom von dem Knotenpunkt 46 über
den Gleichrichter 85 und die Wiederstände 86, 87 und lädt die Elektrode 88 a des
Kondensators 88 positiv auf. Damit läßt sich die Polarität der am Eingang der Anordnung
anliegenden Spannung in bezug auf die Bezugsspannung feststellen. In dem betrachteten
Fall durchfließt ein Strom die Erregerspule 89 des polarisierten Relais 51 und schaltet
den Schaltarm 55 auf den Kontakt 53.
-
Bei einer weniger außermittigen Stellung des Ankers 35, beispielsweise
bei der Stellung 35 c (Fig.1), ist die Differenzspannung an den Sekundärwicklungen
32, 33 des Differentialtransformators kleiner als die Bezugsspannung, so daß als
Folge dessen die am Eingang der Polaritätsmeßanordnung 44 liegende Spannung gegenüber
der an den Anschlüssen 45 und 46 angelegten Spannung um 180 phasenverschoben ist.
Ist nun das Potential an dem Knotenpunkt 45 positiv und an dem Knotenpunkt 80 negativ,
so fließt ein Strom über den Gleichrichter 90, die Wiederstände 91 und 81 zum Knotenpunkt
80 und lädt die Elektrode 84 b des Kondensators 84 positiv auf. Im umgekehrten Fall
ergibt sich ein Stromfluß von dem Knotenpunkt 80 über die Wiederstände 87,92 und
den Gleichrichter 93 zum Anschluß 45. Dabei wird die Elektrode 88 b des Kondensators
88 positiv aufgeladen. Hierdurch wird eine Stromumkehr in der Erregerspule 89 bewirkt.
Der Schaltarm 55 dreht sich als Folge dessen und kommt in Berührung mit dem Kontakt
54, sobald die am Verstärker 39 anliegende Spannung durch 0 geht. In ähnlicher Weise
funktionieren die Polaritätsmeßanordnung 144 und das Relais 151.
-
Soll das Meßgerät nach der Erfindung zur Messung bereits fertig bearbeiteter
Werkstücke verwendet werden, dann empfiehlt es sich, die durch den Ringtransformator
18 gebildeten Bezugsspannungsquellen durch Schablonen zu ersetzen, die in den Meßkopf
des Meßgerätes eingesetzt werden. Diese Schablonen entsprechen der höchstzulässigen
bzw. der kleinstzulässigen Größe. Die zugeordneten Bezugsspannungen werden nun so
eingestellt, daß an den Eingängen der Verstärker 39 bzw. 139 bei diesen höchstzulässigen
bzw. kleinstzulässigen Werten keine Spannung auftritt. Überschreitet das Werkstück
die festgelegte Maximalgröße, so ist die Differenzspannung an der Sekundärwicklung
des Dif-
ferentialtransformators 30 größer als die betreffende Bezugsspannung. Daher
wird das zugeordnete Relais 51 oder 151 umgeschaltet, so daß die übergroße des Werkstückes
sichtbar angezeigt wird. Ist das Werkstück hingegen kleiner als der zulässige Maximalwert,
aber immer noch größer als der zulässige Minimalwert, dann nimmt der Anker eine
Zwischenstellung ein, so daß die Polarität der am Eingang des Verstärkers 39 anliegenden
Spannung derjenigen bei einem übergroßen Werkstück entgegengesetzt gerichtet ist,
während die Spannung am Eingang des Verstärkers 139 von der gleichen Polarität,
jedoch kleiner ist. Im polarisierten Relais 51 findet somit eine Umschaltung auf
den Kontakt 54 statt, während die Verbindung der Kontakte 152 und 153 in dem Relais
151 bestehenbleibt und auf optischem Wege anzeigt, daß sich das Werkstück innerhalb
der Toleranzgrenzen befindet. Besitzt das zu messende Werkstück eine Untergröße,
so nimmt der Anker 35 eine Stellung ein, die unterhalb der Stellung 35 c liegt.
In diesem Fall ist die Bezugsspannung des Transformators 18 größer als die Differenzspannung
an den Sekundärwicklungen 32, 33 des Differentialtransformators 30, so daß an beiden
Verstärkern eine Spannung entgegengesetzter Polarität erzeugt wird, wodurch in den
Relais 51, 151 eine Verbindung der Kontakte 52 und 54 bzw. 152 und 154 stattfindet.
Auf diese Weise nehmen die beiden Relais 51, 151 also verschiedene Schaltzustände
an, je nachdem, ob das Werkstück im Toleranzbereich liegt oder eine Ubergröße oder
Untergröße aufweist.
-
Bei dem Meßgerät nach der Erfindung bewegt sich der Anker um zwei
außermittige Stellungen, wie in Fig. 7 dargestellt sind. Die sich dabei ergebenden
Differenzspannungen der Sekundärwicklungen 32,33 des Differentialtransformators
30 liegen alle im linearen Bereich 135 der F i g. 7 und sind damit weit entfernt
von dem durch die gestrichelte Linie 136 a angedeuteten Nullbereich mit gekrümmter
Kennlinie.
-
Es sei noch erwähnt, daß die zu messenden Größen nicht durch einen
Spannungsvergleieh mit der bei der Ankermittelstellung auftretenden Spannung bestimmt
werden. Es ist daher auch nicht notwendig, den Anker in eine Mittelstellung zu bringen.
-
Das Meßgerät nach der Erfindung weist also einen linearen Zusammenhang
zwischen dem angezeigten und dem gemessenen Wert auf und ist in seiner Genauigkeit
nicht durch die Restspannung des Differentialtransformators begrenzt.