DE1548766B2 - Einrichtung zur erzeugung eines vergleichsmasses fuer elektronische laengenmessgeraete - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Vergleichsmaßes für elektronische Längenmeßgeräte, deren auf induktiver oder kapazitiver Basis arbeitende Meßfühler mit Wechselspannung gespeist werden, und bei denen ein bestimmter Meßbereich um den gesamten Linearitätsbereich des Meßfühlers verschoben werden soll.

In der Meßtechnik wird oft ein Problem dadurch gelöst, daß man die fragliche Meßgröße zu einem elektrischen Vergleichsmaß in Beziehung setzt, z. B. einer TF-Spannung bei Meßgeräten, die sich der Träger-Frequenz bedienen. Mit einem solchen elektrischen Vergleichsmaß läßt sich in Summen- oder Differenzbildung leicht und elegant operieren. Der Vorteil dieses Verfahrens zeigt sich unter anderem beim Messen von Zug- oder Druckkräften mit der bekannten Dehnungsstreifen-Meßbrücke. Eine beliebige, beim Messen störende Leerlaufbelastung läßt sich durch ein elektrisches Vergleichsmaß in Differenzschaltung zur Meßspannung, beispielsweise in einer Wheatstone-Brücke mühelos kompensieren, im Gegensatz zur aufwendigen mechanischen Kompensation der entsprechenden Kräfte am Meßobjekt.

Es sind schon mehrere elektrische Meßeinrichtungen bekannt, in welchen eine Vergleichsspannung

ίο in Differenz zur Meßspannung benutzt wird, als Vergleichsmaß für die jeweilige Meßgröße. So gibt es das Verfahren, eine Induktivität in Differenzschaltung zu messen, bei der eine veränderbare Induktivität in eine Wheatston-Brücke gelegt wird, deren Ausgangsspannung gleichgerichtet und mit einer konstanten, gleichfalls gleichgerichteten Spannung verglichen wird. Die an einem Instrument angezeigte Spannungsdifferenz ist ein Maß der jeweiligen Induktivität.

zo Unter dem Namen Poggendorf-Kompensator ist ferner eine Brückenschaltung bekannt, bei welcher der Meßspannung ebenfalls eine an einem Potentio- r~t. meter abgegriffene Vergleichsspannung entgegenge- ' Λ schaltet wird. Der Schleifkontakt des Potentiometers wird mittels Servomotor selbsttätig durch die Spannungsdifferenz zwischen Meß- und Vergleichsspannung gesteuert, bis beide Spannungen gleich sind. Die Stellung des Potentiometer-Abgriffs dient dann der Anzeige der Meßspannung bzw. der Meßgröße.

Von diesen bekannten Einrichtungen unterscheidet sich der Erfindungsgegenstand durch eine andere Aufgabenstellung und entsprechend andere Lösung. Bei den genannten Einrichtungen ersetzt das elektrische Vergleichsmaß die gesuchte Meßgröße bzw. setzt diese ins Verhältnis zu jenem und gibt damit direkt den Meßwert an, indem beim Rechenvorgang Gleichspannungen benutzt werden.

In der elektronischen Längenmeßtechnik ist nun für die üblichen TF-Meßgeräte mit induktivem oder kapazitivem Meßfühler das bekannte Differenzmeßverfahren mit mechanischem Vergleichsmaß, wie Endmaße oder Einstellmeister, weit verbreitet. Es bietet nämlich eine hohe Anzeigegenauigkeit in dem — um mehrere Größenordnungen empfindlicheren ((I Meßbereich bei einer entsprechend höheren Verstärkung als ohne Differenzmessung.

Es stellte sich nun die Aufgabe, nach diesem in der elektronischen Längenmeßtechnik an sich bekannten Differenzmeßverfahren eine Meßeinrichtung zu entwickeln, welche das mechanische Vergleichsmaß in seiner Funktion ersetzt durch das im Prinzip bekannte elektrische Vergleichsmaß unter Berücksichtigung der diffizilen Phasenverhältnisse bei der vektoriellen Subtraktion der TF-Spannungen.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß ein an sich bekannter, in einer symmetrisch zur Masse angeordneten Brückenschaltung (3) definiert einstellbarer Spannungsteiler (R 3, R 4, R 5, R 6) als Eichteiler eine genaue Vergleichswechselspannung auf einen an sich bekannten Summierverstärker (4) gibt und zu der Meßspannung des von demselben Wechselspannungsgenerator (2) gespeisten Meßfühler (1) phasenrichtig derart aufaddiert, daß die vom Meßfühler (1) an das Anzeigegerät abgegebene Meßspannung um an sich beliebige, genau definierte Beträge vergrößert oder verkleinert und im gesamten Linearitätsbereich des Meßfühlers verschoben wird.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung erläu-

tert werden. Das Prinzipschaltbild zeigt einen Längenmeßfühler 1, der hier als induktiver Differential-Taster gezeichnet ist. Selbstverständlich sind auch andere Ausführungsformen von Meßfühlern für den vorliegenden Zweck geeignet, sofern sie nach dem Trägerfrequenzverfahren arbeiten, wie z. B. Längenmeßfühler, die in Halbbrückenschaltung auf induktiver oder kapazitiver Basis arbeiten.

Dieser Meßfühler 1 wird von einem Wechselspannungsgenerator 2 gespeist und gibt die der Meßgröße ίο proportionale Meßspannung auf den Summierverstärker 4. Andererseits speist der Wechselspannungsgenerator 2 über einen Phasenschieber — hier Potentiometer Pl in Verbindung mit Trafo U — die Widerstandsbrücke 3, die über R 1, R 2 zur Masse symmetriert ist. Der andere Brückenzweig besteht aus einer beliebigen Zahl von Widerständen, z.B. R 3 bis R 6. Mit einem entsprechenden Schalter 5 wird die erforderliche Wechselspannungsamplitude abgegriffen und auf den Eingang E 2 des Summier-Verstärkers 4 geschaltet. Sind Meß- und Vergleichsspannung in Gegenphase, so kommt ihre Differenz über Verstärkers und Phasengleichrichter6 auf Instrument 7 zur Anzeige.

Die Brückenwiderstände R 3 bis R 6 können so abgestuft werden, daß bei Auslenkung des Meßfühlers 1 um definierte Beträge jeweils die Anzeige Null erscheint. Das Potentiometer P 2 dient dabei dem einmaligen Feinabgleich. Um diesen mit elektrischem Vergleichsmaß eingestellten Nullpunkt herum kann nun bei entsprechender Empfindlichkeit mit hoher Anzeigegenauigkeit gemessen werden.

Die Stellungen des Schalters S können in »μΐη« oder »mm« usw. genau geeicht werden und geben jeweils den Betrag des elektrischen Vergleichsmaßes an, um den die Nullage der Anzeige im Linearitätsbereich des Meßfühlers verschoben wurde.

Selbstverständlich kann die Widerstandskette R 3 bis R 6 der Brücke auch durch ein Potentiometer mit guter Linearität ersetzt werden. Daß dessen Einstellung sich aber weniger genau reproduzieren läßt als die eines Spannungsteiles, versteht sich von selbst. Es ist auch zweckmäßig, den Spannungsteiler R 3 bis R 6 dekadisch auszuführen, so daß die Nullpunktsverschiebung des empfindlichen Meßbereiches in sehr feiner Abstufung erfolgen kann.

Zwar war es früher schon nicht unbekannt, den Nullpunkt um einen Undefinierten kleinen Betrag zu verschieben durch Verstimmen der Brückenschaltung des TF-Verstärkers. Das Ziel dieser Erfindung, nämlich hohe Anzeigegenauigkeit im empfindlichsten Meßbereich bei hoher Verstärkung war jedoch auf jenem Wege nicht zu erreichen. Infolge der diffizilen Phasenverhältnisse bei Tasterbrückenverstimmung stehen prinzipielle Hindernisse einer nennenswerten Verstärkungserhöhung im Wege. Es sind das die nicht zu vernachlässigenden Verzerrungsfehler bei Übersteuerung des TF-Verstärkers.

Erst durch die erfindungsgemäße Einrichtung wird es ermöglicht, die Nullpunktsverschiebung so exakt und reproduzierbar zu machen, daß sie mindestens der Genauigkeit entspricht, mit der bisher das Differenzmeßverfahren mittels mechanischer Einrichtungen und mif Hilfe von Endmaßen, Einstellmeistern usw. ausgeübt wurde.

Eine weitere Ausgestaltungsform der Erfindung besteht darin, daß der Spannungsteiler R 3, R 4, R 5, R 6, z. B. in Form eines Drehwiderstandes, motorisch so lange verstellt wird, bis das Anzeige-Instrument Null anzeigt, wobei durch eine an sich bekannte Nachlaufsteuerung der Motorantrieb ausgeschaltet wird, wenn diese Nullanzeige erfolgt. Die Verstellung des Spannungsteilers ist dann der vom Meßfühler aufgenommenen Meßgröße proportional. Der dekadisch gestufte Spannungsteiler kann an und für sich genauso, er kann aber auch mit Hilfe von Relais oder Schrittschaltern, die durch elektrische Impulse angetrieben werden, bis zur Übereinstimmung mit der aufgenommenen Meßgröße verstellt werden, wobei mit Hilfe von Parallelkontakten die Verstellung des Dekadenschalters digital bzw. numerisch von außen abgegriffen, d. h. abgelesen werden kann. Es wird hier also nicht der Nullpnkt des Meßbereiches verschoben, sondern es wird die Meßgröße selbst kompensiert, wobei aber durch die Nullpunktsverschiebung der Meßwert stärker vergrößert und infolgedessen die Kompensation mit erheblich höherer Genauigkeit durchgeführt werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Vergleichsmaßes für elektronische Längenmeßgeräte, deren auf induktiver oder kapazitiver Basis arbeitende Meßfühler mit Wechselspannung gespeist werden, und bei denen ein bestimmter Meßbereich um den gesamten Linearitätsbereich des Meßfühlers verschoben werden soll, dadurch gekennzeichnet, daß ein an sich bekannter, in einer symmetrisch zur Masse angeordneten Brückenschaltung (3) definiert einstellbarer Spannungsteiler (R 3, R 4, R 5, R 6) als Eichteiler eine genaue Vergleichswechselspannung auf einen an sich bekannten Summierverstärker (4) gibt und zu der Meßspannung des von demselben Wechselspannungsgenerator gespeisten Meßfühlers (1) phasenrichtig derart aufaddiert, daß die vom Meßfühler (1) an das Anzeigegerät abgegebene Meßspannung um an sich beliebige, genau definierte Beträge vergrößert oder verkleinert und im gesamten Linearitätsbereich des Meßfühlers verschoben wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (R 3, R 4, RS, R 6) in Form eines Drehwiderstandes mittels eines durch eine Nachlaufsteuerung regulierten Motors in bekannter Weise so lange verstellt wird, bis die Ausgangsspannung des Summierverstärkers (4) zu Null kompensiert wird, so daß die Verstellung des Drehwiderstandes zur Anzeige des Längenmeßwertes dient.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein dekadisch gestufter Spannungsteiler druch Relais oder elektrisch angetriebene Schrittschalter selbsttätig bis zur Nullkompensation in an sich bekannter Weise verstellt wird und daß mittels der in einer 2. Ebene gleichzeitig verstellten Parallelkontakte die der Nullkompensation entsprechende Schaltstellung von außen zur numerischen . Längenmeßwertanzeige abgreifbar ist.