DE1548321C3 - Vorrichtung zur Messung von Querschnittsdeformationen der Innenwand zylindrischer Rohre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Querschnittsdeformationen der Innenwand zylindrischer Rohre, bei denen zumindest die Innenwand aus einem elektrisch leitenden, insbesondere einem metallischen Material besteht.

Zur Übertragung elektromagnetischer Energie im Bereich sehr kurzer elektromagnetischer Wellen werden häufig Hohlleiter kreisrunden Querschnitts verwendet. Für die einwandfreie Funktion ist es dabei unter anderem wesentlich, daß derartige Hohlleiter eine möglichst gleichmäßige Querschnittskontur haben, da an Stellen, an denen der Querschnitt inhomogen ist, störende Wellentypen insbesondere in solchen Hohlleitern angeregt werden können, in denen mehr als ein Wellentyp existenzfähig ist. Es ίο tritt daher die Aufgabe auf, die Abweichung der Querschnittskontur vom Sollwert entlang der Innenfläche eines Rohres einwandfrei zu messen. Mit mechanischen Meßeinrichtungen läßt sich eine derartige Messung praktisch nur sehr schwer durchführen, da die Meßobjekte mehrere Meter lang sein können. Für die Hohlleitertechnik ist es jedoch wichtig, die Deformation des Querschnitts als Funktion der Länge zu kennen, weil man die Längsausdehnung einer Störung zur Beurteilung der elektrisehen Übertragungsgüte in Beziehung zur Wellenlänge bzw. zur sogenannten Schwebungswellenlänge zu bringen hat. Ferner muß man zur Beurteilung der Wellentypenumwandlung in solchen Hohlleitern, in denen mehrere Wellentypen existenzfähig sind, oder zur Beurteilung der Polarisationskopplung in Hohlleitern, die mit zwei Polarisationen betrieben werden, die Form bzw. die Symmetrieklasse der Deformation des Innenquerschnitts kennen. Darüber hinaus ist ein einfach und sicher arbeitendes Meßverfahren zur Bestimmung von Querschnittsdeformationen innerhalb eines Rohres auch ganz allgemein dort von technischem Interesse, wo es darauf ankommt, Rohre mit möglichst hoher Präzision der Innenabmessungen herzustellen.

Durch die schweizerische Patentschrift 235 060 ist bereits ein Verfahren zur Ermittlung der Lage und der Größe von Maßabweichungen an langgestreckten Prüflingen bekanntgeworden, bei dem der Prüfling relativ zu einer Abtastvorrichtung verschoben wird. Den Zeitplatten eines Kathodenstrahloszillographen wird dabei eine von einem durch die Relativbewegung der Abtastvorrichtung und des Prüflings gesteuerten Potentiometer gelieferte Gleichspannung und den Meßplatten die von der Abtastvorrichtung beeinflußte Brückenspannung einer Wechselstrombrücke zugeführt. Die Abtastung selbst erfolgt auf mechanischem Wege, so daß Querschnittsdeformationen jeweils nur entlang einer Mantellinie des Prüflings erfaßt werden können. Um Querschnittsdeformationen entlang dem ganzen I Imfang des Prüflings auszumessen, muß die Messung häufig wiederholt werden, so daß dieses Verfahren verhältnismäßig langwierig ist. Darüber hinaus gestattet die Abtastung auf mechanischem Wege nicht, die für hohe Genauigkeitsanforderungen des Prüflings erforderlichen Meßgenauigkeiten zu erreichen. Die vorstehenden Überlegungen treffen im wesentlichen auch auf Meßverfahren zum Bestimmen der Innenmaße von Hohlleitern zu, wie sie beispielsweise durch die Zeitschrift »Frequenz«, 1960, Nr. 4, S. 131 bis 134, und das deutsche Gebrauchsmuster 1 808 093 bekanntgeworden sind. Zwar wird bei diesen Verfahren eine kapazitive Meßsonde im Innern des Hohlleiters verschoben, so daß eine mechanische Abtastung nicht mehr erforderlich ist, jedoch muß ebenfalls eine Vielzahl von Messungen ausgeführt werden, wenn die Querschnittsdeformationen entlang dem gesamten Umfang des Prüflings festgestellt

werden sollen. Kapazitiv wirkende Meßvorrichtungen der vorerwähnten Art sind ferner aus den schweizerischen Patentschriften 241 934 und 246709 bekanntgeworden.

Aus der schweizerischen Patentschrift 410 443 und der USA.-Patentschrift 2 770 045 sind weiterhin Meßvorrichtungen bekannt, mit denen die Innenabmessungen von Bohrungen oder Rohren od. dgl. festgestellt werden können, und zwar in Abhängigkeit von der Eintauchtiefe, wobei die Meßvorrichtung im Innern des Rohres gedreht werden kann. Bei diesen bekannten Anordnungen erfolgt die Abtastung der Innenmaße jedoch rein mechanisch.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den vorstehend geschilderten Schwierigkeiten in verhältnismäßig einfacher Weise zu begegnen und Querschnittsdeformationen der elektrisch leitenden Innenwand zylindrischer Rohre auch dann einer Messung zugänglich zu machen, wenn diese Querschnittsdeformationen außerordentlich klein gegenüber dem Innendurchmesser des zu messenden Rohres sind.

Ausgehend von einer Vorrichtung zur Messung von Querschnittsdeformationen der Innenwand zylindrischer Rohre, bei denen zumindest die Innenwand aus einem elektrisch leitenden, insbesondere einem metallischen Material, besteht, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß an einer von einem Motor getriebenen Welle mit der Drehzahl /,„ eine kapazitive Meßelektrode befestigt ist, die auf einer senkrecht zur Rohrachse liegenden Kreisbahn umläuft, deren Durchmesser geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Rohres ist, und daß die Meßelektrode mit einer Kapazitätsmeßeinrichtung verbunden ist, die mit der Meßfrequenz /₀ gespeist wird und an die ein auf die Frequenzen

abstimmbarer frequenzselektiver Empfänger an- ! schließbar ist.

; Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Verbindung

! der Meßelektrode mit der Kapazitätsmeßeinrichtung

über eine kapazitive Drehkupplung erfolgt.
j Es ist weiterhin zweckmäßig, daß die kapazitive j Drehkupplung in Form von ineinandergesetzten parallel angeordneten Scheiben ausgebildet ist, die wechselweise an einer gemeinsamen Verbindung liegen, und daß mehrere Meßelektroden in gleichen Winkelabständen vorgesehen sind.

Weiterhin ist es günstig, wenn die kapazitive Meßelektrode aus einer Reihe feststehender, entlang der Umfangslinie eines Kreises angeordneter einzelner Elektroden besteht, die vorzugsweise um gleiche Winkelabstände in der Umfangsrichtung des Kreises gegeneinander versetzt sind und die durch einen von der Motorwelle getriebenen rotierenden Schalter abtastbar sind.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung lassen sich in einfacher Weise Querschnittsdeformationen der Innenwand in Abhängigkeit von der Länge des zu messenden Rohres feststellen, wenn die Vorrichtung mittels eines Zugseiles im Innenraum des zylindrischen Hohlraumes verschoben wird, wobei der Wechselspannungsgenerator und der frequenzselektive Empfänger außerhalb des zylindrischen Hohlraumes angeordnet und mittels Leitungen mit den entsprechenden Anschlüssen der Meßvorrichtung verbunden sind, sowie die Stellen der Querschnittsdeformationen mit Hilfe eines an den frequenzselektiven Empfänger angeschlossenen Drehwinkelanzeigers bestimmt werden.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung sind insbesondere in folgendem zu sehen. Die Meßgeschwindigkeit ist außerordentlich hoch und die Auswertungsarbeit auf ein geringes Maß reduziert. Es ist möglich, in einem Meßempfänger mit fest abgestimmten Kreisen die Deformationsparameter d_n

ίο simultan anzuzeigen, wodurch eine rechnerische Analyse entfällt.

Der Analysator liefert unmittelbar die z. B. in der Theorie der Modenumwandlung bei Hohlrohrwellen grundlegenden Parameter d_n. Die Amplituden der Störmoden H_mn sind nämlich diesen Größen proportional.

Da der Drehmelder kleineren Durchmesser als das Rohr hat, tritt eine Größe d_x auf, die keiner Deformation des Rohres entspricht, sondern nur von der exzentrischen Lage des Meßgerätes herrührt. Jeder Parameter d_n wird selektiv angezeigt, daher beeinflußt die exzentrische Lage das Ergebnis für die Symmetriezahlen n> 1 nicht.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Die F i g. 1 zeigt das zu messende Rohr 1, in dessen Innenraum ein Motor 2 eingebracht ist. An der Motorwelle 3 ist eine kapazitive Meßelektrode 4 angebracht, die gegenüber der Motorwelle isoliert ist.

Die Meßelektrode 4 läuft bei der Drehbewegung des Motors 2 auf einer senkrecht zur Längsachse des Rohres 1 liegenden Kreisbahn. Der Abstand der Meßelektrode 4 von der Innenwand des Rohres 1 ist so gewählt, daß der Durchmesser der von der Meßelektrode beschriebenen Kreisbahn geringfügig kleiner als der Durchmesser des zu messenden zylindrischen Rohres 1 ist. Die Kapazität der Meßelektrode gegenüber der Rohrwand ist mit C_x bezeichnet. Ferner ist an der Motorwelle ein als kapazitive Drehkupplung wirkender Kondensator C₁ vorgesehen, dessen eine Elektrode unmittelbar mit der Motorwelle 3 verbunden ist und dessen andere Elektrode an eine Zuführungsleitung 5 angeschlossen ist, die mit einem Wechselspannungsgenerator in Verbindung steht, der eine Wechselspannung U₀ der Frequenz /₀ abgibt. An der Motorwelle liegt ferner eine Abtastsonde 7, die über eine Leitung 8 mit einem frequenzselektiven Empfänger 14 in Verbindung steht.

Die elektrische Wirkungsweise sei im einzelnen noch an Hand der F i g. 2 erläutert. In der Zeichnung ist mit 10 die undeformierte Kreiskontur (ausgezogene Linie) und mit 11 die deformierte Kreiskontur (gestrichelte Linie) bezeichnet. (Die Deformierung der Kreiskontur 11 ist zur besseren Übersicht stark übertrieben gezeichnet.) Die an der Motorwelle 3 befestigte kapazitive Meßelektrode 4 wird vom Motor beispielsweise im Sinne des Pfeiles 12 gedreht. Zweckmäßig hat die Meßelektrode 4 die Form einer zylindrisch gewölbten Platte, wie dies in der F i g. 2 schematisch angedeutet ist. Der Abstand der Meßelektrode 4 von der deformierten Kreiskontur 11 ist mit d{(p) bezeichnet. Wenn die Motorwelle mit der Frequenz /_m rotiert, enthält die Spannung U{φ) die Spektrallinien

f_o±L, /o±2/,„, ...
usw., aus deren relativen Amplituden die deformierte

Kontur mit Hilfe einer Fourierentwicklung nach dem Winkel (/■ rekonstruiert werden kann.

Bei der mathematischen Behandlung dieses Problems geht man zweckmäßig davon aus, den Abstand </(</■) der Sonde 4 von der Innenwand des Rohres in eine Fourierreihe gemäß Gleichung (1) zu entwickeln.

η -= 1

(I_n — mittlerer Sondenabstand,
d„ = relative Deformation der Symmetriezahl n, Ί'η η ⁼ Anfangswinkel der Deformation mit der
Symmetriezahl n.

Die Meßspannung U(</) hängt mit der Sondenkapazität C_x über die Gleichung

C,

C₁ + C_x

zusammen, die für kleine Ankopplung C₁ < C_x in

C₁

U (ff) = U_n

C_x

(2 a)

übergeht. Da C_x proportional l/rf(</-) ist, wird die Meßspannung

direkt proportional zum Abstand (k = Proportionalitätsfaktor). Die Höhe der Spektrallinie /„ ± nf„, ist mithin ein Maß für die Deformation d„. Zur Anpassung der Meßvorrichtung an unterschiedliche Rohrdurchmesser ist es zweckmäßig, wenn die Länge der Meßeleklrode 4 in radialer Richtung veränderbar ist.

Die F i g. 3 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild der gesamten Meßvorrichtung. Der Wechselspannungsgeneralor U₀ gibt eine Frequenz /_n ab. Diese Wechselspannung wird über die Leitung 5 dem Koppelkondensator C₁ zugeführt, der der kapazitiven DrehkupplungC₁ (vgl. Fig. 1) entspricht. Im Querzweig der Schaltung folgt der Kondensator C_x, dessen Kapazität durch die Kapazität der kapazitiven Meßsonde 4 gegenüber der Innenwand des Hohlrohres 1 bestimmt wird. Über die Leitung 8 wird die Meßspannung dem frequenzselektiven Empfänger 14 zugeführt, an dessen Ausgang die Meßspannung U(rf) abnehmbar ist.

Eine Fourieranalyse ist nicht nötig, wenn der Meßempfänger 14 auf die zu erwartende Reihe der Linien /„ ±nf„, abgestimmt wird. Man kann umgekehrt auch eine Reihe fest abgestimmter Kreise vorsehen und die Motorfrequenz /,„ durch Abschalten des Motors allmählich auf Null abnehmen lassen. Dabei wird jeder Resonanzkreis f_o + nf_m einmal überstrichen und ein zu d„ proportionaler Ausschlag erzeugt. Einer dieser fest abgestimmten Kreise ist im Blockschaltbild der F i g. 3 symbolisch durch den Serienresonanzkreis 15 angedeutet.

Zur Messung zylindrischer Hohlräume (vgl. Fig. 1) ist es günstig, den Motor 2 mit einer Zugstange oder einem Zugseil 17 zu versehen, mit dessen Hilfe der Motor durch längere Rohre hindurchgezogen werden kann. Die gesamten übrigen Meßanordnungen sind dabei außerhalb des Rohres und sind lediglich mit Hilfe von Leitungen mit der Meßanordnung verbunden. So ist beispielsweise ein Drehmelder bekannter Bauart als Motor und als Drehwinkelübertrager brauchbar. Verbindet man diesen mit einem Drehwinkelanzeiger außerhalb des Rohres, so kann man eine Deformation nach den Koordinaten ζ und t/ (z = laufende Koordinate in Richtung der Rohrachse) genau lokalisieren und auch den Anfangswinkel </„₀ festlegen.

Die in der Fig. 1 gezeigte Meßanordnung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Koppelkapazität C₁ wesentlich kleiner als die Kapazität C_x der Meßelektrode ist. Wenn die Koppelkapazität C₁ größer als die Sondenkapazität C_x ist, dann kann die Sondenkapazität C_x auch mit einer Meßbrücke ermittelt werden. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist schematisch in der Fig. 4 gezeigt.

Ein Drehmelder Dr II bekannter Bauart, der in dem zu messenden Rohr 1 mit Hilfe einer beweglichen Gliederschubstange 17 geführt wird, trägt auf seiner Achse eine kapazitiv wirkende Sonde 4, deren Kapazität gegenüber der Innenwand des Rohres mit C_x bezeichnet ist. Die Sonde 4 wird über einen rotierenden Koppelkondensator 20' durch den Drehmelder DrII und durch die Schubstange 17 hindurch mit einer Kapazitätsmeßbrücke MB verbunden. Der Gegenpol wird über das Rohr 1 zur Meßbrücke geführt. An die zur Meßbrücke MB führende Leitung ist ferner eine Stellungsanzeige ST elektrisch angekoppelt, die aus einem weiteren Drehmelder DrI besteht, der einerseits von einem Synchronmotor M gctrieben wird und an dessen Ausgangswelle ein Phasenschalter PS angekoppelt ist. Bei einem Ausführungsbeispiel waren die folgenden Verhältnisse gegeben. Die Rotationsfrequenz der Meßsonde 4 beträgt /,„ = 40 Hz. Die Signalspannung, mit der die Meßbrücke MB gespeist wird, hat eine Frequenz /„ = 800 Hz. Die zu messende Kapazität C_x zwischen Sonde 4 und Rohrinnenwand ist umgekehrt proportional zum Abstand d(q)

A₀+Σd„ cos (n 2 π /„, / + >,„)

Der axiale Vorschub der Sonde ist vernachlässigbar klein gegenüber der Rotationsgeschwindigkeit gewählt. Deshalb ist die Querschnittskontur durch eine Fourierentwicklung des Abstandes rf für eine bestimmte Achsenstellung bestimmt (t = Zeit). d₀ und A₀ ist der mittlere Abstand der Sonde von der Wand. d„ sind die Entwicklungskoeffizienten des Phasenwinkeis, der sich mit der 72-fachen Rotationsfrequenz periodisch wiederholt. </>„ charakterisiert die Lage der Deformationsstörung (z, B. bedeutet η = 2 eine elliptische Deformation). Es wird der mittlere Abstand /I_n groß gegen die verschiedenen d_n gewählt, so daß für C_x der Ausdruck

K'

geschrieben werden kann, wobei K' = ; eine Gc-

rätekonstantc ist.

Im einzelnen ist die Meßbrücke MB nochmals in der F i g. 5 dargestellt. Von der Meßbrücke wird eine Kapazität C_x gemessen, die sich gemäß der Fig. 6 aus der Parallelschaltung einer Zuleitungskapazität Cjif,,/, (im ausgeführten Beispiel ist C_Kllh 33 pF) und einer Koppelkapazität C_A-„ (C_A„

ί» 150 pF), der die zu messende Kapazität C_x in Serie geschaltet ist, zusammensetzt.

C_x' = C

Kab'

C_x

C Ko + C_x

■C_Kab+C_x (6)

Die Kapazitätsmeßbrücke gemäß der F i g. 5 besteht in bekannter Weise aus den Induktivitäten L₁ und L₂ und dem Kapazitätsnormal C_n, mit dem die zu messende Kapazität C_x' verglichen wird. Der

Wechselstromgenerator U₀ mit dem Innenwiderstand R₁ liegt an der einen Diagonale der Meßbrücke, an der anderen Diagonale der Meßbrücke läßt sich die Ausgangsspannung U_A abnehmen.

Der Einfluß der Meßbrücke auf die Signalspannung U_A am Ausgang, bei einer Primärspannung CZ₀ am Eingang der Schaltung wird durch den vereinfacht dargestellten teilweisen Brückenabgleich gezeigt.

Die Signalspannung U_A ergibt sich dabei zu:

= U_n

L1	L2	1 Ί	L1	b[L	Cr	+	L2
Cx'	Cn	Cn)		+ L2) j	Cro>	Cn
(L1 + L2)I	- +		' 1	1 \
		\ ^x	Cn)
' 1
C ' ν *sX

(7)

Für den Teilabgleich ergibt sich (L₁C_n = L₂C_Kab)'·

L₁

^cos

= U₀

Die Ausgangsspannung U_A ist den Fourierkomponenten—f-proportional. Für die Voraussetzung-/^ 1

ist der Modulationsgrad des Empfangssignals sehr klein. Es wird deshalb ein Teil der nichtmodulierten Spannung U₀Q in der Brücke kompensiert und somit der Modulationsgrad in ein günstigeres Verhältnis gebracht. Im einzelnen ist dies noch an Hand der F i g. 7 und 8 dargestellt. Die F i g. 7 zeigt dabei die Spannung vor der Meßbrücke, die F i g. 8 zeigt die Spannung nach der Meßbrücke.

Für die später noch gezeigten verschiedenen Ausführungsformen rotierender Meßsonden für Rohre mit 70 mm Durchmesser, die bevorzugt zur Übertragung elektromagnetischer Energie in Form der H₀₁-WeIIe verwendet werden, ist ein mittlerer Abstand der Sonde von A₀= 1 mm gewählt worden. Der Durchmesser der leicht konisch verlaufenden Hohlleiter schwankt zwischen 69,9 und 70,05 mm. Diese Durchmesserstörung wirkt sich nicht auf die Bestimmung periodischer Umfangsstörungen, sondern nur auf die Größe der Trägerfrequenz aus, solange die Forderung -f- <ξ 1 erfüllt ist. Andererseits

ist die Vergrößerung der Trägerspannung nicht ohne Auswirkung bei einer nichtlinearen Verstärkung des Signals U_A, was im einzelnen noch an Hand der F i g. 9 erläutert wird. Die vom Sender S kommende Trägerspannung der Frequenz /₀ darf demnach über den ganzen Meßbereich, d. h. über die zu messende Länge des Rohres, nicht so groß werden, daß der Verstärker Vl übersteuert wird. Dem Verstärker Vl wird das Signal

Das zu übertragende Band ist somit: /₀

/o + y (640 bis 960 Hz). Nach der Verstärkung wird das Signal im Gleichrichter Gl 1 gleichgerichtet. Die verbleibenden Modulationsspannungen

U_A = A

A₀

(9)

zugeführt. Dementsprechend muß seine Bandbreite b sein. Bis zu η = 4 interessieren die Störungen. Daraus folgt:

b = 8/_m = 320Hz.

werden mit einem Bandfilter BF (Terzsieb) getrennt, im Gleichrichter GlI gleichgerichtet und einem schreibenden Registriergerät Sch zugeführt. Der Gleichstrommittelwert entspricht dabei der Störungsgröße d„. Ein Teil des Signals wird nach der Gleichrichtung in GlI einem Verstärker V2 mit Amplitudenbegrenzung zugeführt. Es entstehen Rechteckimpulse mit der Folgefrequenz nf_m. Das Tastverhält- nis ist 1:1. In einem Phasenschalter, der mit der Abtastsonde 4 im Rohr 1 synchron läuft (Drehmelderprinzip), wird eine Pulsdauermodulation erreicht. Der Gleichstromanteil dieser modulierten Rechteckimpulse ist ein Maß für die Winkelstellung der Störung im Hohlleiter (z.B. im Hohlleiterquerschnitt schräg liegende Ellipse). Die Modulation beruht im vorliegenden Beispiel auf einer mechanischen Schaltung des Rechteckimpulses. Es wird hier das Signal über einen Zwei-, Drei- oder Viersegmentschalter geführt. Die sogenannte Nullage kann auf die Hauptrichtungspolarisation der Störung im zu messenden Rohr eingestellt werden.

In den Fig. 10, 11 und 12 sind verschiedene Ausführungsformen rotierender Meßsonden dargestellt.

Im einzelnen ist die Einsonden- sowie Zwei- und Drei-Sondenanordnung gezeigt. Die Einsondenausführung (F i g. 10) registriert sämtliche Störungen des Rohres, deren Umfangsperiodizität nicht zu groß ist (d. h. Periodenausdehnung größer als Sonden-

abmessung). Die Ausführung mit zwei oder drei Sonden (Fig. 11, 12) sind Spezialmeßsonden für besonders kleine Störungen durch zwei- oder dreizählige Unsymmetrien. Die Meßgenauigkeit hängt

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von der wirksamen Kapazitätsänderung ab, die um so größer ist, je größer die jeweilige Sondenfläche bzw. je kleiner der Wandabstand ist. Für einen relativ geringen Wandabstand ist der gegenseitige Kopplungseinfluß verschiedenperiodischer Wandstörungen groß. Man kann durch spezielle Formgebung der Sonden also nicht nur die Empfindlichkeit steigern, sondern auch die gegenseitige Beeinflußbarkeit steuern und unwirksam machen. Im Ausführungsbeispiel ist es gelungen, in einem Rohr mit 70 mm Innendurchmesser elliptische oder dreizählige Deformationen bis zu 1 μΐη zu messen. Bei solch geringen Störungen gelingt es dann jedoch nicht, die Phasenlage zu bestimmen. Hier muß dies mit einer sogenannten statischen Messung vorgenommen werden (d. h. ohne Rotation der Meßsonde), wobei die Winkelabhängigkeit der Störung am Vergleichsdrehmelder abgelesen werden kann.

Die Fig. 13 zeigt die Ausführungsform eines Drehkoppelkondensators, der aus einzelnen Scheiben besteht und der in der F i g. 4 mit der Bezugsziffer 20' bezeichnet ist. Hierzu sind einzelne parallel angeordnete Scheiben wechselweise an eine gemeinsame Verbindung angeschlossen. Die in Ruhe bleibenden Scheiben 20 sind über die elektrisch leitende Verbindung 21 mit dem die Signalspannung führenden Kabel 22 verbunden, das die Signalspannung der Meßbrücke MB zuführt. Der bewegliche Teil der kapazitiven Drehkupplung, deren Kapazität im vorhergehenden mit C_ko bezeichnet ist, wird von den Scheiben 23 gebildet, die auf einem rohrförmigen Ansatz 24 der kapazitiven Meßsonde C_x befestigt sind und die somit unmittelbar die von der Meßsonde C_x ermittelten Werte auf die Meßanordnung übertragen.

Die Fig. 14 zeigt einen Phasenschalter, der im Blockschaltbild der F i g. 4 mit PS bezeichnet ist. Der Phasenschalter ist dabei fest mit dem Drehmelder Dr I verbunden, und die Abtastschalter 25 werden von teilweise aus leitendem und teilweise aus nichtleitendem Material bestehenden Scheiben gebildet. Die Schaltung der Phasenschalter erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel auf mechanische Weise, jedoch ist der Ersatz der mechanischen Schalter durch elektrische Schalter ohne weiteres möglich.

ίο Die Eichung der Störungsamplituden d„ kann auf statischem bzw. dynamischem Wege ausgeführt werden. Die statische Eichung errreicht man durch schrittweise Kapazitätsbestimmung mit Hilfe der Meßbrücke und errechnet sich damit den Sondenabstand in Abhängigkeit des Drehwinkels aus. Diese Eichung ist relativ zeitraubend und dient nur der Überprüfung der dynamischen Eichung. Hierzu wird die rotierende Meßsonde in einen Probekörper eingeführt, der am Ende des zu messenden Hohlleiters

ao angebracht ist und der eine vorgegebene Deformationsstörung aufweist. Auf dem Registriergerät werden dann die Eichmarken eingetragen. In ähnlicher Weise wird die Phasenlage der Störung geeicht. Hier kann man durch Verdrehen des Probekörpers die 0°- bis 180°-Lagen bestimmen. Die Fig. 15a bis 15 e zeigen einige mit einer rotierenden Meßsonde für Rohre mit 70 mm Innendurchmesser aufgenommene Kurven (Rohrlänge = L). Die Kurve der Durchmesseränderungen zeigen einen konusförmigen Verlauf in einem Spezialfall. Die elliptischen und dreizähligen Störungen sind jeweils mit einer Phasenkurve versehen.

An Stelle einer umlaufenden Meßelektrode ist noch eine Reihe feststehender Elektroden denkbar, die mit einem umlaufenden Schalter abgegriffen werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Messung von Querschnittsdeformationen der Innenwand zylindrischer Rohre, bei denen zumindest die Innenwand aus einem elektrisch leitenden, insbesondere einem metallischen Material besteht, dadurch gekennzeichnet, daß an einer von einem Motor (2) getriebenen Welle (3) mit der Drehzahl /,„ eine kapazitive Meßelektrode (4) befestigt ist, die auf einer senkrecht zur Rohrachse liegenden Kreisbahn umläuft, deren Durchmesser geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Rohres (1) ist, und daß die Meßelektrode (4) mit einer Kapazitätsmeßeinrichtung verbunden ist, die mit der Meßfrequenz /₀ gespeist wird und an die ein auf die Frequenzen

f_o± nf_m(n = 1,2, 3...)

abstimmbarer frequenzselektiver Empfänger (14) anschließbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der Meßelektrode (4) mit der Kapazitätsmeßeinrichtung über eine kapazitive Drehkupplung (C₁, 20') erfolgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kapazitive Drehkupplung (C₁, 20') in Form von ineinandergesetzten, parallel angeordneten Scheiben (20, 23) ausgebildet ist, die wechselwehe an einer gemeinsamen Verbindung (21, 24) liegen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Meßelektroden in gleichen Winkelabständen vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kapazitive Meßelektrode (4) aus einer Reihe feststehender, entlang der Umfangslinie eines Kreises angeordneter einzelner Elektroden (25) besteht, die vorzugsweise um gleiche Winkelabstände in der Umfangsrichtung des Kreises gegeneinander versetzt sind und die durch einen von der Motorwelle getriebenen rotierenden Schalter (PS) abtastbar sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mittels eines Zugseiles od. dgl. (17) im Innenraum des zylindrischen Hohlraumes verschiebbar ist, daß der Wechselspannungsgenerator (S) und der frequenzselektive Empfänger (14) außerhalb des zylindrischen Hohlraumes angeordnet und mittels Leitungen mit den entsprechenden Anschlüssen der Meßvorrichtung verbunden sind, und daß die Stellen der Querschnittsdeformationen mit Hilfe eines an den frequenzselektiven Empfänger angeschlossenen Drehwinkelanzeigers (DrI) bestimmbar sind.