DE2020122C - Verfahren und Vorrichtung zur Messung einer Schichtdicke - Google Patents

Description

eii.er Meßperiode auftretende Meßwert in einem Der Ausgang des Oszillators 2 sowie eines Ver-

Spitzenwertspeicher gespeichert sowie mindestens gleichsoszillators 7 ist mit den Eingangen einer

während einer bestimmten Zeit angezeigt wird. Misthstufe 8 verbunden. Die Frequenzdifferenz wird

Im allgemeinen wird es darum gehen. Minima der vom Ausgang der Mischstufe 8 einem Disknmina-

Schichtdicke anzuzeigen, da man überprüfen möchte, 5 tor 9 zugeführt. Das Ausgangssignal des Disnnrnina-

ob wirklich überall die minimal erforderliche Schicht- tors 9 wird einem SpitzenwertSpeicher IO zugetunn,

dicke vorhanden sei. Zugleich stellt aber die Anzeige dir mittels eines Schalters Il jeweils auf Null zurucK-

von an verschiedenen Stellen ermittelten Extremwer- gestellt werden kann. Der Spitzenwertspeicher IO ist

ten eine Aussage darüber dar, ob der Leiter oder das in der Lage, die höchste während einer Meßpenooe

Leitersystem gesamthaft symmetrisch oder asymme- io an seinem Eingang angelegte Spannung während lan-

trisch im lsolatiorismaniel liegt. Da die Extremwerte gerer Zeit zu speichern und am verhältnismäßig

gespeichert und somit dauernd oder mindestens wan- niederohmigen Ausgang ein diesem Spitzenwert glei-

rend einer bestimmten Zeit angezeigt werden, ist die ches oder entsprechendes Signal abzugeben, uer

Ablesung einfach. Vorzugsweise können an verschie- Ausgang des Spitzenwertspeichers ist mit einem

denen Stellen zugleich oder nacheinander ermittelte 15 Wählschalter mit den Kontakten 12a bis I2dvert>un-

Extremwerte mittels verschiedener Speicher gleich- den, der dazu dient, den Ausgang des Spitzenwert-

zeitig gespeichert und mittels zugeordneter Anzeige- Speichers 10 mit dem Eingang eines von vier Meb-

instrumente gleichzeitig angezeigt werden, womit wertspeichern 13 a bis 13 d zu verbinden. Die Meii-

ein ständiger Vergleich dieser Werte and damit eine wertspeicher 13a bis 13rf sind so ausgebildet daß sie

Aisssage über die Laf>e des Leiters oder Leitersystems 20 bei jeder Neueinschaltung des zugeordneten Schalters

möglich ist. " ' 12 a bis 12 d zurückgestellt und augenblicklich zur

Ist die Schichtdicke über einem verseilten Leiter- Speicherung des neuen eingegebenen Meßwertes be-

bündel, einer längs einer Schraubenlinie verlaufenden reit sind. Die Ausgänge der Meßwertspeicher IJ «

metallischen Armierung od. dgl. zu ermitteln, so ge- 13 rf sind mit Anzeigeinstrumenten 14 a bis,14 α ver-

nügt es, bei durchlaufendem Meßobjekt mittels eines 25 bunden. Durch einen nicht dargestellten Mecnani·.-

Meßfühlers längs einer Mantellinie des Meßobjekts mus kann der Meßkopf 1 aus der in Fi g. l darge-

übcr mindestens eine Ganghöhe bzw. Schlaglänge zu stellten Lage in die drei weiteren Hauptkoordinaien-

messen, um auf alle Fälle die extremsten Werte zu er- richtungen verstellt werden, um das durcmauienuc

fassen. Die genaue Messung von Extremwerten der Kabel längs je einer Mantellime unten oben oder au

Schichtdicke auf unregelmäßig geformten Leitern 30 beiden Seiten zu prüfen. Die Schalter Π und iz sino

oder Leitersystemen bzw. auf Leitern mit ungleich- mit dieser Umschaltvomchtung fur den MeuKop

mäßig gekrümmter Oberfläche ist ein Meßsystem er- derart gekuppelt, daß bei jeder Umschaltung eier

forderlich oder jedenfalls von Vorteil, dessen Wir- Schalter 11 vorübergehend geschlossen wird und den

kungsbereich lokal möglichst begrenzt ist, das also in Spitzenwertspeicher 10 zurückstellt und daiJ

der Lage ist, lokal begrenzte Extremwerte sicher zu 35 jede der vier Meßpositionen des Meßkoptes 1 je ein

erfassen. Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung ins- bestimmter Schalter 12a bis 12rf geschlossen ist. Je-

besondere zur Durchführung des obengenannten Ver- der Meßposition ist somit ein Meßwertspeicner ij

fahrens eine Meßvorrichtung mit einer Meßspule vor, und ein Anzeigeinstrument 14 zugeordnet, uer um-

auf die der Leiter der Schichtdicke entsprechend schaltmechanismus für den Meßkopf I kann entwe-

rückwirkt und welche dadurch gekennzeichnet ist, 40 der von Hand oder automatisch betätigt werden, b.i

daß die Meßspule zwecks Erhöhung des Auflösungs- automatischer Betätigung erfolgt die Umschaltung in

Vermögens zur Erfassung von Extremwerten einen Abhängigkeit von der DurchlaufgeschwindigKeit aes

Kern aufweist, dessen zur Annäherung an das Meß- zu prüfenden Kabels derart, daß längs jeder Mantuii-

objekt bestimmtes Ende aus der Spule vorragt. Da- nie, d. h. für jede Meßposition des Meßkopies 1 min-

mit kann das McGfeld gegenüber demjenigen einer « destens über eine Schlaglange der verseilten Leiter ο

I uftspule lokal beschränkt und konzentriert werden, gemessen wird, so daß für jede Meßposition jeaer

• womit das Auflösungsvermögen des Meßfühlers ge- Leiter mindestens einmal symmetrisch vor den

nügt, um lokale Extremwerte sicher zu erfassen. Kern 4 zu liegen kommt, wie es in I-1 g. 1 iur aen

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der einen Leiter dargestellt ist.

Zeichnung naher erläutert. 50 Wie soeben angedeutet, läuft das zu prüfende Ka-

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der Meß- bei beispielsweise aus einer Fabnkationseinricmung

vorrichtung und die . durch die Meßstelle, wo der Meßk.jpf an einer be-

Fi e 2 bis 6 zeigen verschiedene Beispiele von stimmten Mantellinie des Kabels anhegt. Uil Leiter ö

Meßobjekten gelangen dabei abwechslungsweise symmetrisch in

Die in Fig. 1 dargestellte Meßvorrichtung weist 55 das durch den Kern 4 stark konzentrierte elektroma-

einen Meßkopf 1 auf. in welchem ein Meßoszillator 2 gnetische Feld der Spule 3. Durch die Rückwirkung

untergebracht ist. Eine die Frequenz dieses Oszilla- der Leiter 6 auf dieses Feld w.rd die Induktivität de.

tors mitbestimmende Spule 3 dient als eigentliche Spule 3 und damit die Frequenz des Meßuszi lators -

Meßspule, in welche als Kern ein Röhrchen 4 aus beeinflußt. Es ist dabei klar, daß dieser Einfluß ver-

»Ferroxcube« od. dgl. eingesetzt ist. Das eine Ende 60 schieden ist, je nachdem sich ein Leiter gerade sym-

des Röhrchens, dessen Länge mindestens das Dop- metrisch im Feld befindet oder nicht. Uie rrequen/

pelte der axialen Länge der Spule 3 beträgt, liegt an des Oszillators 2 wird also auch bei symmetrischer

der Oberfläche der Isolation 5 eines zu prüfenden Anordnung des Leiterbündels 6 im Isolationsman-

Kabels oder wird durch eine besondere Auflagefläche tel 5 schwanken. Nach Überlagerung der Frequenz

des Meßkopfes 1 in einem ganz bestimmten Abstand 6₅ des Meßoszillators 2 mit der konstanten Frequenz des

von dieser Oberfläche gehalten. Das Kabel weist vier Vergleichsoszillators 7 treten auch am Ausgang der

verseilte Leiter 6 auf, von welchen jeder für sich iso- Mischstufe 8 Frequenzschwankungen aut die

:;„, ;_c, Schwankungen der Ausgangsspannung des Diskrimi-

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nators 9 verursachen. Die stärksten Ausschläge der in einem flachen Isolationskörper angeordnet sind. Ausgangsspannung des Diskriminators 9 werden im Hier ist nun allerdings die Erfassung von Extrem-Spitzenwertspeicher 10 gespeichert und von dessen werten, beispielsweise Minimalwerten, der Isolations-Ausgang über einen geschlossenen Schalter 12 a bis stärke nicht mehr möglich, indem der Meßkopf längs Md dem entsprechenden Meßwertspeicher 13 a bis 5 einer Mantellinie des Isolationskörpers gleitet, son-13 d zugeführt. Dieser Meßwertspeicher speichert die dem der Meßkopf muß quer über die eine Flachseite empfangene Größe und verursacht eine dauernde An- oder sogar rings um den Isolationskörper geführt zeige derselben am Instrument 14 b. Wie bereits er- werden. Dabei auftretende Extremwerte werden wiewähnt, verbleibt der Meßkopf 1 in einer seiner Meß- derum gespeichert und angezeigt wie beschrieben. Stellungen, bis mindestens eine Schlaglänge des ver- io Dabei kann selbstverständlich nur ein Meßwertspeiseilten Leiterbündels 6 von dem Meßkopf vorbeige- eher 13 mit zugeordnetem Anzeigeinstrument 14 anführt worden ist. Liegt das Leiterbündel asymme- geschaltet bleiben, der einfach den aufgetretenen Extrisch im Isoiationsmantel 5, so werden die stärksten tremwert anzeigt. Es ist jedoch auch möglich, bei Ausschläge des Meßwertes nach einer Richtung, Messung über jedem der Leiter 6 einen bestimmten welche dann auftreten werden, wenn sich ein Leiter 6 15 Meßwertspeicher 13 anzuschalten und die ermittelten symmetrisch in dem Mcßfeld befindet, verschiedene Werte individuell anzuzeigen.

Amplitude aufweisen. Der Spitzenwertspeicher iO F i g. 4 zeigt ein Kabel, dessen Leiterbündel 6 in speichert nun die höchste dieser Amplituden und lei- einem Isolationskörper 5 liegt, der von einer leitentet daher über den eingeschalteten Meßwertspeicher den Armierung aus Kupfer oder Eisen 18 umgeben einen Extremwert an das zugeordnete Anzeigeinstru- 20 ist. Der äußere Isolationsmantel 16 soll auch hier ment 14 weiter, das die geringste über eine Schlag- überall gleiche Dicke aufweisen. Die Prüfung erfolgt länge an einer bestimmten Mantellinie auftretende in der an Hand von F i g. 1 erläuterten Weise, indem Dicke der Isolationsschicht anzeigt. der Meßkopf 1 jeweils mindestens über eine Schlag-Ist die Messung längs einer Mantellinie beendet, so länge bzw. Ganghöhe der Armierung 18 längs einer wird der Meßkopf 1 in die nächste Meßstellung um- »5 bestimmten Mantellinie des Kabels gleitet. Die Exgeschaltet. Wie erwähnt, wird dabei der Schalter 11 tremwerte werden in der beschriebenen Weise gespeivorübergehend geschlossen und stellt den Spitzen- chert und angezeigt.

wertspeicher 10 zurück. Zugleich wird der bisher ge- Fig. 5 zeigt ein sogenanntes Sektorkabel mit drei schlossene Schalter 12 a geöffnet, und es wird ein an- Leitern 19, die verseilt sein können oder nicht. Sind derer Schalter 12 b bis 12 d geschlossen. Der damit 30 die Leiter nicht verseilt, so wird der Meßkopf 1 zur vom Spitzenwertspeicher getrennte Meßwertspeicher Prüfung des Kabels in drei um je 120° versetzte Meßspeichert jedoch die zuletzt eingegebene Größe wei- Stellungen gebracht. Es werden dann nur drei der terhin und bewirkt ihre Anzeige. Während der Mes- Meßwertspeicher 13 und Anzeigeinstrumente 14 besung in der neuen Stellung des Meßkopfes 1 wieder- nützt. Sind die Leiter 19 verseilt, so kann ebenfalls in holen sich die obenerwähnten Vorgänge, so daß in 35 der an Hand von F i g. 1 beschriebenen Weise in den einem zweiten Meßwertspeicher 13 b bis 13 d ein Ex- vier Hauptkoordinatenrichtungen gemessen werden, tremwert für diese Mcßstellung gespeichert und Die Messung des Kabels nach Fig. 5 kann jedoch dauernd zur Anzeige gebracht wird. Sind erstmals auch in der Weise erfolgen, daß dem Meßkopf eine alle vier Meßstcllungen durchlaufen, so zeigen alle oszillierende Hin- und Herbewegung längs des Um-Anzeigeinstrumente 14 dauernd einen Meßwert an, 40 fangs des Kabels erteilt wird, um hierbei extreme der dem für die zugeordnete Meßstellung des Meß- Meßwerte zu ermitteln.

kopfes 1 zuletzt ermittelten Extremwert entspricht. F i g. 6 zeigt eine weitere Anwendung der Meßvor-Die Ablesung der Instrumente 14 zeigt somit jeder- richtung gemäß Fig. 1 bzw. einer etwas modifizierzeit, ob Unterschiede in diesen Extremwerten aufge- ten Meßeinrichtung zur Prüfung der Isolationsdicke treten sind. Überschreiten diese Unterschiede einen 45 auf einem Sektorleiter 19 gemäß F i g. 5. Dieser Leizulässigen Wert -idcr überschreitet einer der ange- ter hat im Gegensatz zu den üblichen zylindrischen zeigten Werte einen zulässigen Extremwert, so kann Leitern eine ungleichmäßig gekrümmte Oberfläche, eine Korrektur durch Nachstellung der Fabrikations- Eine genaue Messung setzt daher ein lokal konzeneinrichtung vorgenommen werden. triertes Meßfeld voraus, da sonst das Meßergebnis Entsprechende Messungen können an anderen Ob- 50 nicht nur von der Dicke der Isolationsschicht bzw. jekten vorgenonamen werden. In Fig. 2 ist beispiels- dem Abstand der Meßspule vom Leiter, sondern weise ein Kabel dargestellt, bei welchem der Isola- auch von der lokalen Krümmung der Leiterobertionsmantel5 von einer Abschirmung 15 und die- fläche abhängig wäre. Der Meßkopf gemäß Fig. 1 selbe von einem weiteren Isolationsmantel 16 umge- eignet sich in besonderer Weise zur Prüfung der Isoben ist. Die Abschirmung 15 überlappt an einer Stelle 55 lation auf derartigen nicht zylindrischen Leitern mit 17. Diese Stelle 17 ist besonders kritisch, weil dort ungleichmäßig gekrümmter Oberfläche. Die Messung die Wahrscheinlichkeit am größten ist, daß die Dicke erfolgt dabei derart, daß der in Fi g. 6 nur angedeuder äußeren Isolationsschicht 16 zu gering wird. tete Meßkopf 1 längs des Umfangs der Isolation ge-Auch dieses Kabel wird jedoch üblicherweise längs führt wird, wobei der Meßwert dauernd angezeigt vier Mantellinien gemessen, wie an Hand des Ausfüh- 60 wird. Zu diesem Zweck kann gemäß Fi g. 1 ein Uberrungsbeispiels nach Fig. 1 erläutert, mit dem Unter- brückungsschalter 20 vorgesehen sein, der den Ausschied, daß bei der Messung über der Überlappungs- gang des Diskriminators 9 gegebenenfalls über einen stelle 17 dem Meßkopf 1 eine leichte Schwenkbewe- nicht dargestellten Verstärker direkt mit einem der gung in Umfangsrichtung erteilt wird, um mit Sicher- Anzeigeinstrumente zu verbinden gestattet. Auch in heit den Extremwert, in diesem Falle Minimalwert, «5 diesem Falle wird ermittelt, an welcher. Steven Exder Isolationsdicke zu erfassen. tremwerte der Isolationsdicke auftreten, um die Fa-Es können auch Kabel, gemäß F i g. 3, geprüft wer- brikationseinrichUmg nötigenfalls entsprechend nachden, in welchen eine Anzahl Leiter 6 in einer Ebene stellen zu können.

Während bisher nur die Prüfung von Kabeln besprochen wurde, könnten selbstverständlich ■ andere Objekte in entsprechender Weise geprüft werden. So werden beispielsweise Wellenrohre häufig mit Isolationsschichten versehen, und es ist ohne weiteres möglich, Minima oder Maxima dieser Isolationsdicke

längs bestimmter Mantellinien des Rohres festzustellen. Dabei ist es nicht nur wesentlich, daß Extremwerte gespeichert und angezeigt werden können, sondern auch daß mit Hilfe des Kernes 4 ein Meßsystem verhältnismäßig großen Auflösungsvermögens geschaffen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

209650/290

Claims (10)

l 2 den Spitzenwertspeicher (10) durch den Stellungswähler steuerbar ist, um den Spitzenwertspeicher Patentansprüche: ^ ^ jedem Stellungswechsel rückzustellen.

1. Verfahren zur Messung der Schichtdicke 5
eines Dielektrikums über einem elektrischen Leiter mit nicht zylindrischer Außenfläche oder über
mehreren verseilten, schraubenförmig verlaufenden Leitern eines relativ zu einem Meßfühler

längsbewegten Kabels od. dgl., dadurch ge- ίο Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren

kennzeichnet, daß der Meßfühler (1) min- und eine Vorrichtung zur Messung der Schichtdicke

destens über einem Teil des Um fangs des Meßob- eines Dielektrikums über einem elektrischen Leiter

jekts oder mindestens über eine Ganghöhe bzw. mit nicht zylindrischer Außenfläche oder über mehre-

Schlaglänge längs einer bestimmten Mantellbie ren verseilfen, schraubenförmig verlaufenden Leitern

eines Kzbels gleitet und hierbei den örtlichen Ex- 15 eines relativ zu einem Meßfühler längsbewegten Ka-

tremwert der Schichtdicke mißt und daß der bels od. dgl.

höchste während einer Meßperiode auftretende Es sind verschiedene Verfahren und Apparaturen Meßwert in einem Spitzenwertspeicher (10) ge- zur Schichtdickenmessung, insbesondere der Dicke speichert sowie mindestens während einer be- einer Isolationsschicht an Drähten oder Kabeln bestimmten Zeit angezeigt wird. ao kannt. Die bekannten Verfahren und Apparaturen

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge· beschränken sich jedoch allgemein auf eine vergleikennzeichnet, daß nacheinander längs mehrerer chende Überprüfung der Schichtdicke längs des Um-Mantellinien gemessen und die längs jeder Man- fangs des Objekts, und aus Unterschieden in der tellinie ermittelten Extremwerte gesondert gespei- Schichtdicke an verschiedenen Stellen wird auf eine chert und angezeigt werden. as Exzentrizität eines einzigen zylindrischen Leiters im

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch Kabel oder Draht geschlossen (z. B. schweizerische gekennzeichnet, daß man einen Meßfühler einen Patentschrift 347 646, deutsche Offenlegungsschrift Bereich, in welchem ein Extremwert vermutet 1 940 556). Diese Meßverfahren und Meßapparatuwird, bestreichen läßt. ren versagen jedoch, wenn Unterschiede der Schicht-

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah- 30 dicke nicht auf eine Exzentrizität eines Leiters oder rens nach den Ansprüchen 1 bis 3 mit einer Meß- Leitersystems in der Isolation, sondern auf nicht zyspule, auf die der Leiter der Schichtdicke entspre- lindrische Gestalt des Leites zurückzuführen sind, chend rückwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß Der klassische Fall einer nicht zylindrischen Außendie Meßspule (3) zwecks Erhöhung des Auflö- fläche des Leitersystems stellt ein mehradriges versungsvermögens zur Erfassung von Extremwerten 35 seiltes Starkstromkabel dar, dessen einzelne Kabeleinen Kern (4) aufweist, dessen zur Annäherung ädern in einem Isolationsmantel mit zylindrischer an das Meßobjekt bestimmtes Ende aus der Spule Außenfläche untergebracht sind. Bei einem solchen vorragt. Kabel bestehen erhebliche Dickenunterschiede zwi-

5. Vorrichtung nach Anspruch·4, dadurch ge- sehen der Außenfläche des Isolationsmantels und den kennzeichnet, daß ein stabförmiger Kern (4) vor- 40 äußersten Teilen der einzelnen Leiter. Selbst wenn gesehen ist. also das Leitersystem durchaus symmetrisch im Man-

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge- tel liegt, treten bei kontinuierlicher Messung längs kennzeichnet, daß die Länge des vorragenden des Umfangs des Kabels, aber auch bei Messung Kernteils mindestens das Doppelte seiner größten längs einer Mantellinie des durchlaufenden Kabels Querabmessung beträgt. 45 Unterschiede in der Schichtdicke und damit Unter-

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis schiede im ermittelten Meßwert auf, die über die Ex-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang zentrizität des Leitersystems an sich nichts aussagen, einer Meßschaltung (2, 7, 8, 9) mit einem rück- Da bei einem kontinuierlich fortschreitenden Messen, stellbaren Spitzenwertspeicher (10) verbunden ist sei es längs des Umfangs, sei es längs einer Mantelli- und daß der Ausgang des Spitzenwertspeichers 50 nie des Kabels, mit verseilten Leitern ständig verhält-(10) an mindestens ein. Anzeigeinstrument (14) nismäßig rasche Schwankungen des Meßwertes und anschaltbar bzw. angeschaltet ist. damit ein Hin- und Herpendeln eines Anzeigeinstru-

8. Vorrichtung nach Anspruch 7 mit mehreren mentes auftritt, ist eine Messung in dieser Weise Anzeigeinstrumenten, dadurch gekennzeichnet, praktisch unzumutbar und ungenau (schweizerische daß jedem Anzeigeinstrument (14 a bis 14 a¹) ein 55 Patentschrift 379 779).

Meßwertspeicher (13 a bis 13 rf) zugeordnet ist, Es ist das Ziel vorliegender Erfindung, ein Verfah-

von welchen wahlweise einer an den Spitzenwert- ren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, mittels wel-

speicher (10) anschaltbar ist. chen auch bei beliebig geformten und verteilten Lei-

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge- tern oder Leitersystemen die Gleichmäßigkeit der kennzeichnet, daß jedes Anzeigeinstrument (14 a 60 Isolationsschicht zuverlässig und einfach überprüft bis 14(/) mit seinem Meßwertspeicher (13 a bis werden kann.

I3d) einer Meßstellung der Meßspule (.3) am Das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung ist Meßobjekt zugeordnet ist und daß ein Umschalter dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler minde-(12) für die Meßwertspeicher (13 a bis 13 d) mit stens über einem Teil des Umfangs des Meßobjekts einem Stellungswähler für die Spule (3) gekuppelt 65 oder mindestens über eine Ganghöhe bzw. Schlagist, länge längs einer bestimmten Mantellinie eines Ka-

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch ge- bels gleitet und hierbei den örtlichen Extremwert der kennzeichnet, daß ein Rückstellschalter (11) für Schichtdicke mißt und daß der höchste während