DE1945638B2

DE1945638B2 - Messschaltungen fuer induktive Laengenbestimmungen

Info

Publication number: DE1945638B2
Application number: DE1945638A
Authority: DE
Inventors: Guenther Adliswil Zuerich Alich (Schweiz)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-09-09
Filing date: 1969-09-09
Publication date: 1978-08-24
Also published as: DE1945638A1

Description

mit

Rs - B -

K ■- s -

Die Erfindung betrifft eine Meßschaltung zur berührungslosen Walzspaltmessung.

Bei der Messung und Regelung des Walzspaltes von Walzwerken und Kalandern mittels berührungslosen induktiv wirkender Aufnehmer wird der Abstand zweier Körper mit Hilfe feldstärkeabhängiger Halbleiter bestimmt. Durch geeignete Maßnahmen wird dabei die relative Feldänderung eines magnetischen Meßkreises, die dem zum Meßkreis gehörenden, durch den zu messenden Abstand der Körper gebildeten Luftspalt proportional ist, mit einem ähnlich dargestellten Festwert (Sollwert) verglichen. Die derart gewonnene Signaldifferenz wird verstärkt und als Regelabweichung mit Hilfe entsprechender Stellmittel für die Korrektur des Fehlers, also für die mechanische Nachführung eines der beiden Körper, verwendet.

Für diesen Anwendungsfall ist die genaue Kenntnis der elektrischen Charakteristik, wie z. B. die Linearität der Meßanordnung, von zweitrangiger Bedeutung, da die mit dieser Anordnung festgestellte Distanz (Spaltweite) wegen der Abplattung und Durchbiegung der Walzen sowie wegen der elastischen Auffederung des Walzgutes ohnehin kein absolut genaues Maß für die interessierende, zu regelnde Banddicke des Walzgutes ist. Für diese Messung der Induktionsänderung können deshalb nicht nur die als Hallgeneratoren bekanntgewordenen induktionsabhängigen Halbleiter aus Indium-Antimonid (InSb) oder Indium-Arsenid (InAs) (vgl. »Siemens-Zeitschrift« 1954, Heft 8, S. 376 b. 384), mit R_s=f(B)=f(K/s),

Feldplattenwiderstand,
Induktion im Meßfeld von
Konstante,
Spaltweite,

jedoch nicht ohne weiteres für eine absolute und genaue Bestimmung des Abstandes zweier Körper bzw. der Spaltweite s von Walzwerken bzw. des Lufispaltes s¹ eines Walzspaltaufnehmers verwendet werden.

Aus der DE-PS 10 20107 ist zwar bereits eine Meßeinrichtung in Brückenschaltung bekannt, bei der mindestens zwei Brückenzweige aus magnetfeldabhängigen Widerständen bestehen, jedoch dient diese Meßeinrichtung zur Bestimmung magnetischer Feldstärken, insbesondere kleiner Feldstärken, nicht aber

J5 zur absoluten und genauen Bestimmung des Abstandes zweier Körper bzw. der Größe des zwischen diesen bestehenden Luftspaltes.

Außer zum Zweck einer genauen Anzeige ist die lineare Darstellung des Spalt-Istwertes s=f(h) — wo Λ die Banddicke bezeichnet — ferner für eine Schnellentspannung bei hydraulischer Anstellung der Walzen im Fall einer Betriebsstörung, insbesondere bei Bandriß, von großem Nutzen. Das z. B. infolge von Haspelzugschwankungen verursachte Falten oder Kippen des Bandes im Walzspalt führt häufig zum Reißen des Bandes, wodurch dem Betrieb zumeist erhebliche Unkosten entstehen. Die bekannten Verfahren zur Banddickenregelung, z. B. die der (indirekten) Spaltregelung, mit Hilfe der Walzkraft, sind u. a. wegen der

to normalerweise großen Zeitverzögerung nicht in der Lage, eine wirkungsvolle Notabschaltung der Anstellung und des Walzenantriebes einzuleiten. Die Erfassung des linearen Spalt-Istwertes kann somit für eine Kontrolle und Beherrschung einer sprunghaft auftretenden Betriebsstörung verwendet werden, und zwar derart, daß die Geschwindigkeit d.s/di oder die Beschleunigung d²s/di² einer Spaltänderung gemessen, mit einem Grenzwert verglichen und gegebenenfalls für die schnelle Entspannung hydraulischer Anstellzylinder

bo mittels leitungsfähiger Ventile benutzt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Meßschaltung zur berührungslosen Walzspaltmessung zu schaffen, die eine dem Spalt-Istwert proportionale, elektrische Größe liefert.

Eine erste Lösung dieser Aufgabe, bei der diese Meßgröße der den magnetfeldempfindlichen Halbleiter durchfließende Strom ist, ist im Patentanspruch 1 angegeben.

Eine zweite Lösung dieser Aufgabe, bei der diese Meßgröße der Erregerstrom des Elektromagneten ist, der die Induktion im Meßspalt erzeugt, ist im Patentanspruch 2 angegeben.

Der Aufbau und die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltungen werden anhand von Beispielen für Feldplatten und Hallgeneratoren nachstehend erläutert. Es zeigt

F i g. 1 Meßkreis mit Feldplatten,

F i g. la Regelbrücke mit Feldplatten,

F i g. 2 Kennlinie von Feldplatten,

F i g. 3 Meßkreis mit Hallgenerator für Uh= const,

F i g. 4 Kennlinie von Meßkreis F i g. 3

F i g. 5 Meßkreis mit Hallgenerator für Uh= const und /Ή=const,

F i g. 6 Kennlinie von Hallgeneratoren.

Unter der Voraussetzung, daß — bei Vernachlässigung des magnetischen Widerstandes für den Eisenweg — die Induktion B im Erregerstromkreis (b) mit dem konstanten, den Meßhalbleiter aufnehmenden Hilfsspalt k und dem Arbeitsluftspalt (= Mess-Strecke) s wie folgt miteinander verknüpft sind,

1,25

k + s

1,25 ·/..„.- w

k + s

gelten für die als Prinzipschaltbilder dargestellten Meßkreise die nachfolgenden, näher beschriebenen Beziehungen.

In F i g. 1 ist das prinzipielle Wirkschaltbild einer Meßanordnung dargestellt, bei dem der Stromkreis la mit der Spannungsquelle U1, dem Meßwiderstand r, eier Feldplatte Rs und dem Festwiderstand Ro so mit dem Spannungsregler A und dem Differenzverstärker B zusammengeschaltet sind, daß unabhängig von der Größe von Rs die Spannung Ur konstant ist.

Wird im Erregerstromkreis \b durch nicht näher dargestellte Mittel, der Innenwiderstand der Stromquelle /1 annähernd unendlich groß gemacht, so gilt für den linearen Bereich der Feldplattenkennlinie (oberhalb etwa 5 kG, gem. der Charakteristik nach F i g. 2) mit mit Gleichung (1) für w= const, r< Rs und Ur=const

i, = U₁JR_x = K,(k + s)

B> 5kG.

Fig. la zeigt die Ergänzung der Schaltung gemäß Fig. 1 zu einer Vollbrücke, mit deren Hilfe die Regelabweichung aus Ur-Ur=U₅ gebildet wird. Hierbei ist R_s' eine mit R₅ wirkungsmäßig in Reihe angeordnete zweite Feldplatte. Ra und Ro sind zwei Feldplatten, angeordnet in einem zweiten, nicht gezeigten Meßkreis mit als Sollwert dienendem veränderbaren Erregerstrom.

Wie die Darstellung erkennen läßt, liefert eine (gleichsinnige) Widerstandsänderung von R₅ und /?/, unabhängig von der Größe der Brückenspannung i/o eine Regelabweichung A U_s.

Gemäß der allgemeinen Beziehung für einen Hallgenerator

Ufi — k„ ■ i„ ■ B

Uh = Hallspannung,

/// = Steuerstrom,

B = magnetisches Steuerfeld,

kn = Materialkonstante

wird mit Hilfe der Meßanoi-dnung nach F i g. 3 die reziproke Funktion des Abstandes s von der Induktion B in einfacher Weise gebildet. Die Schaltung ist dabei so ausgebildet, daß im Stromkreis Ha mit der Spannungsquelle i/2, dem Hallgenerator D und dem Stromregler Cder in diesem Kreis fließende Strom in automatisch so groß wird, daß das Produkt

in ■ B = U₁₁ ■ \/k_H — const

ist.

Mit / = const und B gemäß Gleichung (1) ergibt sich somit

/„. = /„ = K₂ ■ (k + s).

Die Regelabweichung, also die relative Distanzierung (As; Ai_s) wird in diesem Fall beispielsweise mit Hilfe eines nicht dargestellten Differenzverstärkers und der

2« z.B. am Instrument Zl mit dem Innenwiderstand r abgegriffenen, mit einer festen Sollwertspannung verglichenen Spannungsdifferenz gebildet. F i g. 4 zeigt die prinzipiell lineare Kennlinie der Meßanordnung nach F i g. 3.

In der Schaltung nach F i g. 5 werden die Funktionen von Meß- und Erregerstromkreis HIa und IHb gegenüber den Anordnungen I und II vertauscht und der Erregerstrom in Abhängigkeit von der Meßstrecke dargestellt: i_err=f(s). Die Verwirklichung dieser Bezie-

Ki hung wird erreicht, wenn im Stromkreis IHa der Innenwiderstand Rider Stromquelle /3 unendlich groß ist und die Hallspannung u« des Hallgenerators mit Hilfe des Stromreglers Fden Strom der Spannungsquelle i/3 mit einer Referenzspannung an Rr_ci derart

steuert, daß, für B=K₁

A-'ks

= const, bei Berücksichtigung der proportionalen Regelabweichung, üh= const wird. Demgemäß wird der spaltproportionale Strom

's = 'rrr =

■ (k + S) .

Die Regelabweichung kann auch in diesem Fall in

4-, einfacher Weise mit Hilfe eines Differenzverstärkers sowie mittels des zweiten, nicht dargestellten ähnlichen Sollwert-Meßkreises gebildet werden.

In F i g. 6 ist die lineare Kennlinie eines Hallgenerators wiedergegeben.

so Die in allen Fällen infolge des Meßluftspaltes k vorzunehmende Korrektur des Istwertes s (i_s')_t kann beispielsweise in einfacher Weise durch die Zuschaltung einer entsprechend bemessenen festen Gegenspannung erfolgen. Die Auskopplung der Istwertspannung kann

<-,-, dabei zweckmäßigerweise jeweils mit Hilfe des Meßoder Instrumentenwiderstandes r vorgenommen werden.

Die für eine Notabschaltung benötigte, der Änderungsgeschwindigkeit oder -beschleunigung proportio-

bo nalen Signalspannung kann mittels geeigneter, nicht dargestellter Schaltelemente durch einfache oder mehrfache Differentiation der Istwertspannung nach der Zeit gewonnen werden.

Nebst der direkten, analogen Anzeige der Spaltweite

b5 oder der Banddicke mittels der Meßspannung u_s kann ferner eine Darstellung in Ziffern, mit Hilfe eines in absoluten Wegeinheiten geeichten Digitalvoltmeters nützlich sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Meßschaltung zur berührungslosen Walzspaltmessung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektromagnet (M) vorgesehen ist, in dessen Magnetkreis der Meßspalt (s) und ein magnetfeldempfindlicher Halbleiter (R„; D) liegen und daß der magnetfeldempfindliche Halbleiter mit einer Schaltung verbunden ist, die einen die magnetfeldabhängige Spannung (Ur, Vh) an den Anschlüssen des Halbleiters (R₅, D) unabhängig von der magnetischen Induktion © konstant haltenden Spannungskonstantregler (A, B; (^umfaßt, derart, daß der den Halbleiter (R₅, D) durchfließende Strom (if, i_H) proportional zur Größe des Meßspaltes (s) ist

2. Meßschaltung zur berührungslosen Walzspaltmessung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektromagnet (M) vorgesehen ist, in dessen Magnetkreis der Meßspalt (S) und ein magnetfeldempfindlicher Halbleiter (E) liegen und daß der magnetfeldempfindliche Halbleiter mit einer Schaltung verbunden ist, die einen die magnetfeldabhängige Spannung (Uh) an den Anschlüssen des Halbleiters (E) unabhängig von der magnetischen Induktion 3} konstant haltenden Spannungskonstantregler (F) umfaßt, derart, daß der den Elektromagneten (M) durchfließende Erregerstrom (i_err) proportional zur Größe des Meßspaltes (s) ist.

3. Meßschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter eine Feldplatte (Rs) ist.

4. Meßschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter ein Hallgenerator (D; E) ist.

annähernd linearer Kennlinie, sondern ebenfalls die sogenannten Feldplatten aus InSb (vgl. »Elektronik« 1965, Heft 8, S.225 b. 229) verwendet werden.

' Gegenüber den generatorisch wirkenden Hallsonden handelt es sich bei den Feldplatten jedoch um passive Zweipole, die im Bereich unterhalb etwa 5 kG eine stark nichtlineare Charakteristik (bis ca. 3 kG quadratisch) aufweisen.

Sind die Feldplatten deshalb für Relativmessungen in

ίο Meß- und Regelschaltungen durchaus brauchbar, wie beispielsweise aus der CH-PS 4 47 629 bekannt, so kann der dabei in üblicher Weise gemessene induktionsabhängige Widerstandswert der Feldplatte R_s aus den vorgenannten Gründen sowie der reziproken Beziehung