DE1248956B - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND Int. α.: GOlb

DEUTSCHES 4P*ti^> PATENTAMT

Wmgp DeutscheKl.: 42 b-26/03

AUSLEGESCHRIFT «—= ™>*

Aktenzeichen: S 66604IX b/42 b

J 248 956 Anmeldetag: 12.Januar 1960

Auslegetag: 31. August 1967

„ - , , . , Anordnung zur Ermittlung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung „ , . , . „. .

zur Ermittlung%on Maßabweichungen metallisch von Maßabweichungen metallisch

umkleideter Hohlräume der Höchstfrequenztechnik, umkleideter rohrförmiger Hohlräume

insbesondere Hohlleiter, unter Verwendung eines im -

Innern des Hohlraumes gegen dessen Innenwandung 5 " ~~
abgestützten, eine Abtasteinrichtung tragenden Gleit- Anmelder:
körpers, bei der die einer bestimmten Länge proportionale, über die Abtasteinrichtung gewonnene elek- ^Siemens Aktiengesellschaft,
trische Meßgröße zur Auswertung einer Meßschal- Berlin und München,
tung mit Anzeigevorrichtung zugeführt ist. io München 2, Wittelsbacherplatz 2

Bei größeren Hohlleiterstrecken, wie sie in der

Höchstfrequenztechnik immer häufiger zur Anwen- _{M rfinder benannt}.

dung kommen, ist man mit Rücksicht auf die Lei- „.

tungsdämpfung wie auch mit Rücksicht auf geringe Dipl.-Phys. Dr. Wolfgang Haken,

Phasenverzerrungen der übertragenen Signalspan- 15 Champaign, JH. (V. St. A.);

nungen gezwungen, die Grenzwellenlänge der Hohl- Dipl.-Ing. Siegfried Sedlmair,

leiter so tief zu legen, daß außer der in der Grund- Dipl-Ing JosefBachel

welle übertragene^ elektromagnetischen Energie im _Dipi.._Phys. Dr. Oskar Huber,

Hohlleiterzug auch höhere Wellenformen ausbrei- ~\^F/ * ' „ _TT , _ _{τ Aif}.-„„_ha„

tungsfähig sind. Diese höheren Wellenformen, auch *o Dipl.-Phys. Dr. Herbert Larsen, München

Moden höherer Ordnung genannt, sind außerordent- ~ ^——

lieh störend und werden durch Deformationen des 2
Hohlleiterzuges angeregt. Aus diesem Grund ist es

wichtig, daß die an sich unvermeidbaren kleinen De- gelöst, daß die Abtasteinrichtung aus mehreren Sonformationen bei Hohlleitern so gering gehalten wer- 35 den besteht, die mit der Wandung des Hohlraumes den, daß der Energieanteil der durch sie angeregten einzelne von einem eingeprägten Meßstrom durchhöheren Wellenformen zur gesamten übertragenen flossene Kondensatoren sind, und daß die an den Energie vernachlässigbar klein bleibt. Bei der für die einzelnen Kondensatoren auftretenden, den jeweilipraktische Anwendung der Hohlraumwellen sehr gen Abständen der Sonden von der Wandung des wichtigen, im Rundhohlleiter geführten H₀₁-Welle 30 Hohlraumes proportionalen Spannungsabfälle des ist die Modenumwandlung durch Deformationen be- Meßstroms in der Meßschaltung einander derart sonders kritisch. Wie umfangreiche theoretische linear überlagert werden, daß die hieraus resultie-Untersuchungen gezeigt haben, können schon ellip- rende, der Anzeigevorrichtung zugeführte Spannung tische Verformungen oder Dreieckdeformationen in der Größe einer bestimmten Deformation des Hohlder Größenordnung von einigen Mikron störende 35 raumes entspricht.

Modenumwandlungen zur Folge haben. Um Hohl- Fertigungskontrolleinrichtungen für rohrförmige leiter hinsichtlich einwandfreier Übertragungseigen- Körper unter Verwendung von Sonden können auf schäften im obenerwähnten Sinne beurteilen zu kön- die verschiedenste Weise ausgebildet sein. Für die nen, müssen diese Deformationen in der interessie- Überwachung der Dicke von Rohren oder Schläurenden Größenordnung gemessen werden können. 40 chen ist es beispielsweise bekannt, als Sonde einen Ihre Meßbarkeit ist auch Voraussetzung, um fest- radioaktiven Strahler zu verwenden, der ins Innere stellen zu können, welchen fertigungstechnischen des zu kontrollierenden Rohres hineinragt und desAufwand solche Hohlleiter benötigen und in welchen sen Strahlungsintensität zur Bestimmung der Wand-Toleranzgrenzen sie bei vertretbarem Aufwand noch stärke außerhalb des Rohres gemessen wird. Deforherstellbar sind. 45 mationen des Rohrquerschnitts lassen sich mit einer

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen solchen Anordnung jedoch nicht messen. Auch ist es

Weg zu weisen, auf dem es möglich ist, die bei bekannt, die Maßhaltigkeit von Rohren mittels einer

Wellenführungen der einleitend beschriebenen Art mechanischen Tastvorrichtung zu überprüfen, deren

störenden Deformationen in der hierfür interessieren- Abtastfühler relativ zum Rohr bewegt werden. Die

den Größenordnung mit ausreichender Genauigkeit 50 Umsetzung der durch die Abtastfühler erkannten

auf einfache Weise zu bestimmen. Längenänderungen in eine elektrische Größe erfolgt

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch dabei durch einen elektromechanischen Wandler, der

gegebenenfalls zur Erhöhung der Empfindlichkeit in einer Brückenschaltung angeordnet sein kann. Solche mechanischen Abtasteinrichtungeen sind für die Lösung der dem Erfindungsgegenstand zugrunde liegenden Aufgabe wegen ihrer zu geringen Empfindlichkeit völlig ungeeignet.

Es sind zwar auch Fertigungskontrolleinrichtungen bekannt, die rein elektrisch arbeiten und beispielsweise von kapazitiven Meßsonden zur Feststellung der Lageänderung eines Körpers dienen. Abgesehen davon, daß bei dieser bekannten Anordnung die Sonde außerhalb des zu prüfenden Körpers angeordnet ist, sind solche Meßanordnungen für die Bestimmung von Hohlraumdeformationen jedoch ebenfalls nicht geeignet.

Ferner ist ein Verfahren zur Prüfung der Abmessungen von metallischen Hohlkörpern bekannt, bei dem dem Innern des Hohlkörpers von einem Sender erzeugte elektrische Schwingungsenergie zugeführt und geprüft wird, ob der Hohlraum des Meßobjektes bei einer vorgegebenen bestimmten Senderfrequenz als elektrischer Resonator wirkt bzw. bei welcher anderen Frequenz die Resonanz auftritt.
^ Die Verwendung eines im Innern eines Hohlraumes geführten, mit kapazitiven Sonden ausgerüsteten Gleitkörpers zur hochempfindlichen Abtastung desselben auf Deformationen ermöglicht es in außerordentlich vorteilhafter Weise, Hohlleiter auf ihre Fähigkeit, höhere Wellenformen anzuregen, bereits während der Fertigung zu überprüfen. Die hohe Empfindlichkeit der elektrischen Abtastung erlaubt es dabei, auch kleinste Formänderungen einwandfrei zu erfassen.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung lassen sich an Hohlleiterzügen sowohl ortsabhängige Einzelmessungen wie . auch Messungen durchführen, bei denen der Mittelwert der Deformation über einen bestimmten Leitungsabschnitt feststellbar ist. Im letzteren Fall wird der Gleitkörper mit gleichförmiger Geschwindigkeit durch den Hohlleiter hindurchgezogen und die Anzeigevorrichtung der Meßschaltung so ausgebildet, daß sie entweder den linearen oder aber auch den quadratischen Mittelwert der Deformationen anzeigt. Hierbei ist es gemäß der Erfindung durch geeignete Anordnung der Sonden am Gleitkörper und eine entsprechende Linearkombination der von ihnen abgeleiteten elektrischen Meßgrößen in der Meßschaltung möglich, die Größen bestimmter Deformationsformen getrennt zu erfassen. So lassen sich beispielsweise bei Rundhohlleitern mit vier in einer Querschnittsebene des Hohlleiters am Gleitkörper angeordneten, jeweils um 90° gegeneinander versetzten Sonden elliptische Deformationen messen. Zur Ausmessung einer Deformation mit dreizähliger Symmetrie, also der Größe einer Dreieckdeformation, sind sechs Sonden erforderlich. Mit sechs Sonden, die auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten des Gleitkörpers in Achsrichtung des Hohlleiters hintereinander angeordnet sind, lassen sich auch in einfacher Weise Achsdeformationen bestimmen.

An Hand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, soll die Erfindung im folgenden näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeutet

F i g. 1 einen Rechteckhohlleiter im Schnitt mit einem eine kapazitive Meßsonde tragenden Gleitkörper,

Fig. 2 eine Anordnung nach Fig. 1 in Stirnseitenansicht,

F i g. 3 einen Lehrenkörper zur Eichung der Sonde des Gleitkörpers nach den F i g. 1 und 2,

Fig. 4 einen Rundhohlleiter im Querschnitt mit einem eine kapazitive Sonde tragenden Gleitkörper,

Fig. 5 eine Stirnseitenansicht des Gleitkörpers nach der F i g. 4,

F i g. 6 eine Brückenschaltung mit Anzeigevorrichtung für sechs Sonden nach der Erfindung,

Fig. 7 einen Rundhohlleiter im Querschnitt mit sechs Sonden in schematischer Darstellung zur Erfassung der Dreieckdeformation nach der Erfindung,

F i g. 8 einen Hohlleiter mit sechs Sonden in schematischer Darstellung zur Erfassung der Achskrümmung nach der Erfindung.

Der im Rechteckhohlleiter l geführte Gleitkör- T per 2 aus Isolierstoff nach F i g. 1 ist dem Hohlleiterquerschnitt entsprechend quaderförmig ausgebildet und gegen die Hohlleiterwandung durch Isolierstützen 3 in definierter Lage abgestützt. Im vorderen Teil des Gleitkörpers 2 ist parallel zu dessen Schmalseiten ein Metallbolzen 4 angeordnet, dessen obere Stirnseite über ein Isolierplättchen 5 mit einer Metallplatte 6 verbunden ist. Die Lage der Metallplatte 6 ist so gewählt, daß sie mit der Oberfläche des Gleitkörpers 2 eine Ebene bildet, und stellt eine kapazitive Sonde dar, die über eine abgeschirmte Leitung 7, die im Metallbolzen 4 geführt ist, mit einer Meßeinrichtung 8 in Verbindung steht. Die Meßeinrichtung 8 ist ferner über eine weitere abgeschirmte Leitung 9 mit der Wandung des Rechteckhohlleitersl verbunden und mißt über die Größe der Kapazität des zwischen Hohlleiterwandung und Metallplatte 6 gebildeten Kondensators die lichte Weite des Rechteckhohlleiters. Der Metallbolzen 4 hat einen etwa gleichen _/ Ausdehnungskoeffizienten wie der Werkstoff des Hohlleiters und dient vor allem der Unterdrückung des Einflusses der Temperaturabhängigkeit des aus Isolierstoff bestehenden Gleitkörpers 2 auf die Messungen. Aus dem gleichen Grund ist auch die vordere Isolierstütze 3 auf der Unterseite des Gleitkörpers 2 in den Metallbolzen 4 eingelassen. An der hinteren Stirnseite des Gleitkörpers 2 ist zur Befestigung einer Zugleine eine Wellfeder 10 angebracht.

Wie die Stirnseitenansicht der Anordnung nach F i g. 1 erkennen läßt, sind zur Abstützung des Gleitkörpers 2 im Rechteckhohlleiter 1 lediglich drei Isolierstützen 3 vorgesehen. Hierbei sind die beiden hinteren Isolierstützen 3 gegenüber der Achse des Gleitkörpers 2 nach der einen bzw. der anderen Seite versetzt. Die Isolierstützen 3 sind aus verschleißfestem Material, so daß Fehlmessungen infolge eines zunehmenden Abriebes nicht zu befürchten sind.

Die Anordnung nach den F i g. 1 und 2 erlaubt es, in einfacher Weise die ToleranzhaItigkeit einer Hohlleitung durch eine Reihenmessung zu überprüfen. Dazu wird der Gleitkörper 2, beispielsweise mit Hilfe einer an der Feder 10 angebrachten Zug-' leine, in Längsrichtung des Hohlleiters bewegt und die lichte Weite an beliebig vielen Pimkten oder auch kontinuierlich in Abhängigkeit von der Hohlleiterlänge gemessen. Eine derartige Toleranzmessung wird in übersichtlicher Weise zweckmäßig so vorgenommen, daß an der Anzeigevorrichtung der Meßeinrichtung 8 ein bestimmter Skalenbereich hervorgehoben wird, der vom Anzeigeorgan bei einer Bewegung des Gleitkörpers 2 längs des Hohlleiterzuges nicht verlas-

sen werden darf. Soll an Stelle der lichten Höhe eines Rechteckhohlleiters dessen lichte Breite ermittelt werden oder interessiert die lichte Höhe längs einer zur Hohlleiterachse parallelen Geraden, so ist die Anordnung der Sonde am Gleitkörper entsprechend vorzunehmen. Die lichte Höhe und die lichte Breite lassen sich auch gleichzeitig messen, wenn am Gleitkörper zwei oder mehr Sonden in geeigneter Anordnung vorgesehen werden.

Zur Eichung der Meßeinrichtung nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 kann ein Lehrenkörper verwendet werden, wie er in F i g. 3 im Schnitt dargestellt ist. Der Lehrenkörper besteht aus einer Grundplatte 11, die zusammen mit zwei in ihrer Höhe abgestuften Seitenwänden 12 einen offenen Kanal bildet, der mit Platten 13 abgedeckt ist, deren Länge der Breite der einzelnen Stufen entspricht. Die lichten Weiten W₁, W₂, W_a und W_i sind bekannte Maße, die gegenüber dem Sollwert der lichten Weite des zu messenden Hohlleiters um vorzugsweise gleiche Beträge vergrößert und/oder verkleinert sind. Der Gleitkörper 2 braucht also zur Eichung der mit -ihm verbundenen Meßeinrichtung lediglich in diesen Lehrenkörper eingeführt und die den einzelnen lichten Weiten W₁, W₂, W_a und W_i entsprechenden elektrischen Meßwerte (Kapazitäten, Spannungen) aufgenommen zu werden. Die Anzahl der gegeneinander abgestuften Abschnitte des Lehrenkörpers kann je nach Anzahl der erforderlichen Eichwerte beliebig vergrößert, d. h. die Abstufungen beliebig verfeinert werden.

Ein für die Ausmessung der lichten Weite eines Rundhohlleiters geeignet geformter und ausgebildeter Gleitkörper mit einer Sonde ist in den Fig. 4 und 5 dargestellt. Der im Rundhohlleiter 14 geführte zylindrische Gleitkörper 2' ist ebenfalls in definierter Lage gegen die Wandung des Rundhohlleiters 14 abgestützt. Die Isolierstützen 3 sind beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 und 5 jeweils an beiden Enden des Gleitkörpers T auf beiden Seiten und auf dessen Unterseite angebracht. Die die Sonde bildende Metallplatte 6' ist auf ihrer der Hohlleiterwandung zugewandten Seite der Krümmung derselben angepaßt und wie beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 zur Vermeidung einer Temperaturabhängigkeit der Meßanordnung auf einem Metallbolzen angeordnet, an dessen unterem Ende wiederum eine der Isolierstützen 3 angebracht ist. Wie aus den F i g. 4 und 5 femer ersichtlich, weist der Gleitkörper 2' drei in Achsrichtung hintereinander angeordnete Radialbohrungen 15 auf, in die Kugeln 16 eingelegt sind, die aus einem Material mit relativ großem spezifischem Gewicht hergestellt sind. Die Kugeln 16 sind gegen Herausfallen aus den Radialbohrungen 15 durch eine Platte 17 gesichert, die zusammen mit den Radialbohrungen eine Art Kugelkäfig bildet, in dem die Kugeln 16 frei beweglich gelagert sind. Die Kugeln 16 verleihen dem Gleitkörper 2' einen tiefliegenden Schwerpunkt, so daß er sich beim Durchziehen durch den auszumessenden Rundhohlleiter nicht um seine Achse dreht, d. h. die Sonde stets die zur Normalebene senkrechte lichte Weite des Rundhohlleiters mißt. Soll beispielsweise die ihrerseits zur erwähnten lichten Weite senkrechte lichte Weite des Rundhohlleiters 14 gemessen werden, so braucht derselbe lediglich um 90° gedreht zu werden.

Bei Hohlleitern, deren Innenwandung mit einer dielektrischen Schicht ausgekleidet ist, kann die An-

Ordnung zur Ausmessung der Dicke der dielektrischen Schicht in Anwendung kommen. Zu diesem Zweck bildet man die Sonden des Prüfkörpers federnd aus, und zwar derart, daß sie unter dem Druck einer Feder gegen die dielektrische Schicht gepreßt werden. Die Größe der gemessenen Kapazität ist dann der Dicke der dielektrischen Schicht umgekehrt proportional.

Mit den bisher beschriebenen Anordnungen läßt

ίο sich zwar die Toleranzabhängigkeit der lichten Weite eines Hohlleiterzuges in Abhängigkeit von seiner Länge sehr gut überprüfen, doch ist eine Sonde nicht ausreichend, um beispielsweise bei Rundhohlleitern Verformungen mit dreizähliger Symmetrie sowie Achskrümmungen zu erfassen. Derartige Messungen lassen sich gemäß der Erfindung jedoch durchführen, wenn der Gleitkörper mit mehreren Sonden der in den F i g. 1, 2, 4 und 5 gezeigten Art ausgerüstet wird. Die räumliche Anordnung der die Sonden bildenden Metallplatten am Umfang des Gleitkörpers wie auch ihre Anzahl und die lineare Überlagerung der durch sie gewonnenen elektrischen Meßgrößen in einer hierfür geeigneten Meßschaltung sind von der Art der zu erfassenden Deformation abhängig. Bevor

as an Hand weiterer Ausführungsbeispiele auf die für die Erfassung der einzelnen Deformationsarten erforderlichen speziellen Meßanordnungen eingegangen wird, soll zunächst das Prinzip der Meßschaltung mit mehreren Sonden kurz erläutert werden.

Trägt der Gleitkörper mehrere Sonden S₁.. S₁₁, so können die Kondensatoren C₁... C_n, die die Sonden mit der Wandung des Hohlleiters bilden, durch Transformatoren mit Übersetzungsverhältnissen U₁.. . U_n transformiert und in Serie geschaltet werden. Zweckmäßigerweise kann hierzu noch ein weiterer Kondensator C₀ in Reihe geschaltet werden. Wird durch diese Kondensatoren ein Wechselstrom geschickt, so sind die Spannungsfälle U₁... U_n an den einzelnen Kondensatoren C₁... C_n den Abständen Zi₁... h_n der entsprechenden die Sonden S¹ ₁... S_n bildenden Metallplatten von der Hohlraumwandung direkt proportional. Die Proportionalitätsfaktoren η_{ sind dabei durch die Flächeninhalte F₁... F_n der Sonden und die Übersetzungsverhältnisse Ii₁... ü„ festgelegt. Wird diese Reihenschaltung der Kondensatoren C₁.. .C_n in geeigneter Weise zu einer Brückenschaltung ergänzt, so kann man zu jeder beliebigen Linearkombination

h = fy> + Vi' ^hi + V₂ ^{- h}2 ■H Vn' K

eine Spannung U erhalten, die zu h bis aufs Vorzeichen proportional ist. Der Betrag der Koeffizienten r\i ist durch die Beziehung

Vi = jr

gegeben. Das Vorzeichen der Koeffizienten ηι ist hierbei davon abhängig, in welchem Brückenzweig der Meßschaltung der zugehörige KondensatorC₁ angeordnet ist. Die additive Konstante A₀ ist proportional der reziproken Kapazität des Kondensators C₀. (Soll A₀ = O sein, so ist der Kondensator C₀ zu überbrücken.) Wird der die Reihenschaltung der Kondensatoren C₁... C_n (+C₀) durchfließende Wechselstrom konstant gehalten (eingeprägter Strom), so kann man bei Bewegen des Prüfkörpers durch den Hohlraum die geometrische Meßgröße A direkt zur Anzeige bringen, indem man die Spannung U (ge-

gebenenfalls nach vorheriger Verstärkung und Gleichrichtung) an ein Voltmeter oder einen Spannungsschreiber legt.

Ein Ausführungsbeispiel mit sechs Sonden für eine nach dem obenerwähnten Schaltungsprinzip aufgebaute Meßschaltung ist in der F i g. 6 dargestellt. Die die Sonden S₁ .. . S₆ mit der Hohlleiterwandung bildenden Kondensatoren C₁... C₆ sind über abgestimmte Übertrager V₁. . . U₆ miteinander in Reihe geschaltet. Diese Reihenschaltung ist durch einen zusätzlichen Kondensator C₀ und zwei Widerstände R zu einer Brückenschaltung ergänzt. In der- einen Brückendiagonale der Brückenschaltung ist eine Anzeigevorrichtung A hochohmig angeschlossen, und in der anderen Brückendiagonale ist die MeßspannungsquelleG mit ihrem Innenwiderstand/?, angeordnet. Die Kondensatoren C₁ ... C₆ und C₀ werden, da sie von der Meßspannungsquelle G her gesehen in Reihe liegen, alle vom gleichen Strom durch-

*t *s

Soll mit einer Meßanordnung der in F i g. 6 dargestellten Art der Mittelwert der Meßgröße A über die Länge des auszumessenden Hohlleiters festgestellt werden, so braucht lediglich der die Sonden tragende Gleitkörper mit konstanter Geschwindigkeit durch den Hohlleiter hindurchgezogen zu werden und die am Eingang der Anzeigevorrichtung A liegende, der Größe A proportionale Spannung U einem Voltsekundenzähler zugeführt zu werden. Der nach Durchlauf des Gleitkörpers erreichte Zählerstand des Voltsekundenzählers ist dem Mittelwert von h proportional. An Stelle eines Voltsekundenzählers kann zur Ermittlung des quadratischen Mittelwertes von h auch ein Wattsekundenzähler vorgesehen werden.

An Stelle des Mittelwertes der Größe A ist es mitunter zweckmäßig, den Mittelwert einer Größe A + A₀ (A₀ = konstant und durch geeignete Wahl von C₀ einzustellen) zu messen, die mit Sicherheit über die gesamte Länge des Hohlleiters positiv ist. In ähnlicher Weise kann bei der Bestimmung des quadratischen Mittelwertes an Stelle der Meßgröße A auch eine Differenz (A — h)² gemessen werden, wobei A wiederum konstant ist und beispielsweise der Sollwert von A sein kann.

Wie bereits erwähnt, ermöglicht die erfindungsgemäße Anordnung durch geeignete Anordnung der die Sonden bildenden Metallplatten am Umfang des Gleitkörpers und geeignete Wahl ihrer Anzahl die getrennte Erfassung bestimmter Deformationsarten. Für die Ausmessung einer Querschnittsdeformation bei Rundhohlleitern mit einer zwei- oder mehrzähligen, allgemein ausgedrückt m-zähligen Symmetrie, sind 2 m Sonden (S₁. . . S_{2 m}) erforderlich, die in der Reihenfolge ihrer Numerierung in einer Querschnittsebene in Winkelabständen von am Umfang des

Gleitkörpers anzubringen sind und gegen die Hohlleiterwandung die AbstandeA₁-^A_2m haben. Mittels einer trigonometrischen Rechnung läßt sich zeigen, daß die Meßgröße h — kleine Deformationen vorausgesetzt — mit sehr guter Näherung

A = 2ma · ö_m · cos m<p_m (I) ist, wenn für A gilt:

A = A₁-A₂H-A₃-A₄ + A_2m. (II)

flössen, so daß die an ihnen auftretenden Spannungsabfälle U₁. . . U₆, wie erwünscht, den Abständen A₁... A₆ der Sonden S₁. .. S₆ von der Hohlleiterwandung direkt proportional sind. Die Uber- träger U₁.. .V_a sind mittels der ihnen sekundärseitig parallelgeschalteten Abgleichkondensatoren C_fil...C_ae auf die Frequenz der Meßspannungsquelle G abgeglichen, so das sämtliche Spannungsabfälle U₁. . .U₀ miteinander in Phase sind. Der

ίο Innenwiderstand R_i der Meßspannungsquelle G ist gegenüber dem von ihr her gesehenen Brückeneingangswiderstand¹ sehr groß. Desgleichen ist auch der Widerstand der miteinander in Reihe geschalteten Widerstände/? vorzugsweise sehr groß gegenüber dem Widerstand der miteinander in Reihe geschalteten Kondensatoren C₁... C₆ und C₀. Die der am Eingang der Anzeigevorrichtung anliegenden Spannung U proportionale Meßgröße A stellt sich demnach wie folgt dar:

In Gleichung I bedeutet hierbei 2 a den Solldurchmesser der lichten Weite des Rundhohlleiters, d_m die Amplitude der dem Kreis vom Durchmesser 2 a überlagerten Störung von m-zähliger Symmetrie und cp_m den zugehörigen Polarisationswinkel, d. h. den Winkel zwischen der Richtung, in der dieses Maximum liegt, und der Richtung der nächst gelegenen Sonde. Durch eine zweite Α-Messung, bei der der Gleitkörper bzw. der Rundhohlleiter um

einen Winkel gedreht ist, wird S_m sin <p_m ge-

messen, und damit läßt sich d_m ermitteln. Zu diesem Zweck braucht lediglich die Wurzel aus der Summe der Quadrate beider Messungen A' und A" gebildet zu werden.

Ein Ausführungsbeispiel für die Ausmessung einer Dreieckdeformation des Querschnitts, (m — 3) bei einem Rundhohlleiter ist in F i g. 7 gezeigt. Die Sonden sind aus Gründen der Vereinfachung nur schematisch dargestellt. Die Sonden S₁... S₆, die von der Wandung des Rundhohlleiters die Abstände A₁... A₆ haben und mit der Wandung die Kondensatoren C₁... C₆ bilden, sind gegeneinander jeweils um einen Winkel von -^- = 60° versetzt angeordnet. Die Sonden S₁. .. S₆ sind alle gleich groß, und die sie mit der Hohlleiterwandung bildenden Kondensatoren C₁ ... C₆ sind über die Meßschaltung entsprechend F i g. 6 miteinander in Reihe geschaltet.

Werden zur Ausmessung von Hohlleitern beliebigen Querschnitts sechs Sonden S₁ .. . S₆ paarweise an einander gegenüberliegenden Seiten am Umfang des Gleitkörpers so angebracht, daß die einzelnen Sondenpaare in Achsrichtung des Gleitkörpers hintereinander angeordnet sind, so ist es möglich, Achskrümmungen des Hohlleiters zu messen. Die Meßgröße A muß in diesem Fall der Gleichung

A = A₁-2A₂ + 1A₃-A₄ + 2A₅-A₆ (IV) genügen.

In F i g. 8 ist eine für derartige Messungen erforderliche Sondenanordnung in einem Rundhohlleiter 14 im Längsschnitt dargestellt. Die mit der Hohlleiterwandung die Kondensatoren C₂ und C₅ bilden-

Claims (11)

den mittleren Sonden 5., und S5 haben nur halb so große Flächeninhalte wie die übrigen vier Sonden, so daß die Abstände und A5 zweifach in die Meßgröße A eingehen. Xn Stelle unterschiedlicher Flächeninhalte können auch die Übersetzungsverhältnisse der Übertrager Vi und Ü5 (F i g. 6) gegenüber denjenigen der übrigen Übertrager entsprechend unterschiedlich gewählt werden. Bei dieser Anordnung und Ausbildung der Sonden S1... S0 ist, wie im folgenden kurz erläutert werden soll, die über die Meßschaltung Fig. 6 ermittelte Meßgröße A der Achskrümmung des Hohlleiters proportional. Die Größe O1 = H1- A4 stellt den Abstand zwischen der Achse des Hohlleiters und der Achse des Gleitkörpers in der Ebene Z = Z0 dar. Die Größea2 = A3 — A6 ist der entsprechende Abstand in der Ebene Z = Z0 + 1 und die Größe aA = A2 — A5 derbetreffende Abstand in der Ebenez = Z0+ '2 . Die Achse des Gleitkörpers wird als gerade vorausgesetzt. Ist die Achse des Hohlleiters ebenfalls gerade, so ist a3 der Mittelwert von O1 und a2, also β1 + ^~2β, = 0. (V) Die Abweichung der Größe O1·+ Oj - 2as = A1 - 2 A2 + A3 -A4 + 2 A5 - It6 von Null ist also ein Maß für die Krümmung der Hohlleiterachse, wenn die Länge / des Gleitkörpers hinreichend klein ist. Dabei ist A von Deformationen des Hohlleiterquerschnitts weitgehend unabhängig. Außerdem ist A im Fall des Ausführungsbeispiels nach F i g. 8 für Rundhohlleiter von Schwankungen des Durchmessers und der zweizähligen Deformationen (elliptische Deformation) völlig unabhängig. Hinsichtlich Deformationsmessungen mit mehreren Sonden, wie sie den Ausführungsbeispielen nach den F i g. 6 bis 8 zugrunde liegen, ist zu bemerken, daß die Meßgenauigkeit gegen kleine Änderungen der Isolierstützen des Gleitkörpers unempfindlich ist. Ferner sei darauf hingewiesen, daß die Isolierstützen gerade bei Gleitkörpem mit mehreren Sonden, insbesondere nach Fig. 7, in vorteilhafter Weise am Umfang des Gleitkörpers in radialer Richtung federnd angeordnet werden können. Die Verwendbarkeit von Rundhohlleitern zur Übertragung der H01-Welle über große Entfernungen hängt im wesentlichen nur von den Durchmesserschwankungen, den zwei- und dreizähligen Querschnittsdeformationen und den Achsdeformatio- nen ab. Für die quadratischen Mittelwerte dieser Deformationen lassen sich, wie der Erfindung zugrunde liegende Überlegungen gezeigt haben, Grenzen angeben, die notwendig eingehalten werden müssen, damit die Hohlleiter verwendbar sind, und deren Einhaltung umgekehrt auch für die Verwendbarkeit ausreichend ist. Dieses Toleranzkriterium gilt jedoch nur unter der Voraussetzung, daß die Deformationen i5,„ in Achsrichtung statistisch verteilt sind. Schwanken die Deformationen periodisch, so führt dies zu erheblichen Störungen, wenn die Periode gleich der Schwebungslänge der H01-Welle mit einer der durch die Deformation angeregten Wellen ist. In manchen Anwendungsfällen ist es daher wichtig, festzustellen, ob eine Quers chnittsdeformation in Achsrichtung mit einer Periode auftritt. Ob bei einer bestimmten Deformationsform eine Periode vorhanden ist, läßt sich in einfacher Weise dadurch ermitteln, daß die interessierende Deformation in Abhängigkeit der Länge des Hohlleiters durch einen Spannungssch reiber aufgezeichnet wird. Eine Fourieranalyse der erhaltenen Kurve läßt dann etwa vorhandene Perioden erkennen. Fragt man lediglich nach einer Periode bestimmter Länge L, so ist es zweckmäßig, drei Gleitkörper in Abständen von y starr hintereinander anzuordnen. Sind die von den Sonden der einzelnen Gleitkörper gemessenen Deformationen A', A" und A'", wobei A'" die von dem in der Mitte angeordneten Gleitkörper gemessene Deformation ist, so kann man durch geeignete Schaltung der Sonden die Größe A = A' + A" — 2 A" direkt messen. Hierzu werden bevorzugt diejenigen Deformationen erfaßt, deren Periode angenähert gleich L ist. Macht man beispielsweise die Länge / der hintereinander angeordneten Sondenpaare nach F i g. 8 nicht, wie ursprünglich erwähnt, klein gegen alle möglichen Perioden, so mißt man bevorzugt die Achskrümmung mit einer Periodenlänge I. Patentansprüche:

1. Anordnung zur Ermittlung von Maßabweichungen metallisch umkleideter rohrförmiger Hohlräume der Höchstfrequenztechnik, insbesondere Hohlleiter, unter Verwendung eines im Innern des Hohlraumes gegen dessen Innenwandung abgestützten, eine Abtasteinrichtung tragenden Gleitkörpers, bei der die einer bestimmten Länge proportionale, über die Abtasteinrichtung gewonnene elektrische Meßgröße zur Auswertung einer Meßschaltung mit Anzeigevorrichtung zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung aus mehreren Sonden (S) besteht, die mit der Wandung des Hohlraumes einzelne von einem eingeprägten Meßstrom durchflossen Kondensatoren (C) sind, und daß die an den einzelnen Kondensatoren (C) auftretenden, den jeweiligen Abständen der Sonden (S) von der Wandung des Hohlraumes proportionalen Spannungsabfälle des Meßstroms in der Meßschaltung einander derart linear überlagert werden, daß die hieraus resultierende, der Anzeigevorrichtung (A) zugeführte Spannung der Größe einer bestimmten Deformation des Hohlraumes entspricht.

2. Anordnung nach Anspruch 1 für einen Hohlleiter, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitkörper mit konstanter Geschwindigkeit durch den Hohlleiter hindurchbewegt wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung der Meßschaltung für den linearen Mittelwert der Meßgröße bemessen ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung der Meßschaltung für den quadratischen Mittelwert der Meßgröße bemessen ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Erfassung der Dicke des Dielektrikums eines mit dielektrischem Material ausgekleideten Hohlraumes, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonden (S) des Gleitkörpers (2, 2'), die aus einer der Wandung des Hohlraumes angepaßten Me-

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tallplatte (6, 6') bestehen, unter Federdruck gegen die dielektrische Schicht gepreßt sind.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonden (S) in einer Querschnittsebene am Umfang-des Gleitkörpers (2, 2') in gleichen Winkelabständen angeordnet sind.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonden (S) in axialer Erstreckung des Gleitkörpers (2, 2') in gleichen Abständen und in einer Ebene angeordnet sind.

8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Sonden (S) des Gleitkörpers z = 2m für m= 1, 2, 3 ... ist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer Sondenanordnung am Umfang des Gleitkörpers nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren (C), die die Sonden (S) mit der Wandung des Hohlraumes bilden, jeweils über einen Übertrager (Ü) miteinander in Reihe geschaltet sind und daß diese Reihenschaltung der Kondensatoren (C) zu einer die Meßschaltung darstellenden

Brückenschaltung ergänzt ist, in deren einem Diagonalzweig die Anzeigevorrichtung (A) und in deren anderem Diagonalzweig eine Meßspannungsquelle (G) angeordnet ist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltung der Kondensatoren (C) vorzugsweise in Reihe mit einem weiteren Kondensator (Co) der Meßspannungsquelle (G) parallel angeschaltet ist.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitkörper (2, 2') gegen den Hohlraum durch verschleißfeste Isolierstützen (3) abgestützt ist, die mit dem Gleitkörper jeweils über ein federndes Glied in Verbindung stehen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 971 619, 834 905,
936;

deutsche Auslegeschriften Nr. 1 051 521,
040 263;

Auszüge deutscher Patentanmeldungen, Bd. 10, Ausgabetag 17. 12. 1948, S. 125, Auszug aus Patentanmeldung S 148810 IXb/42b.

schweizerische Patentschrift Nr. 235 060;

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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