DE2020749A1

DE2020749A1 - Measuring device for cross-sectional areas

Info

Publication number: DE2020749A1
Application number: DE19702020749
Authority: DE
Inventors: Mituaki Danno; Yoshiharu Hamazaki; Hiroshi Kishimoto; Kenzo Kobayashi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1969-04-28
Filing date: 1970-04-28
Publication date: 1970-11-12
Also published as: FR2040302A1

Description

BcJegexaQBcJegexaQ

, Darf nicht geändertia/INen , May not be changed i / INe n

Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha, Tokyo/JapanMitsubishi Denki Kabushiki Kaisha, Tokyo / Japan

Meßvorrichtung für QuerschnittsflächenMeasuring device for cross-sectional areas

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungsfreien Messung einer Querschnittsfläche eines beliebig geformten Körpers. .The invention relates to a device for the non-contact measurement of any cross-sectional area shaped body. .

Einrichtungen zur Messung von Querschnittsflächen von Körpern beliebiger Form mit hoher Genauigkeit und hoher Empfindlichkeit mit einem Meßelement, welches den Körper nicht körperlich berührt, werden vielfach gebraucht. Ziel der Erfindung ist es, eine neue Vorrichtung zürn Messen einer 'Querschnittsfläche eines Körpers aus beliebigem Material und beliebiger Form selbst bei hohen Temperaturen,, hoher Feuchtigkeit oder anderen ungünstigen Umgebungsverhältnissen mit hoher Genauigkeit und hoher Empfindlichkeit zu schaffen,' bei welchem das eigentliche Meßelement nicht in körperlicher Berührung mit dem Körper steht.Devices for measuring cross-sectional areas of Bodies of any shape with high accuracy and high Sensitivity with a measuring element, which is the body not physically touched, are often used. The aim of the invention is to provide a new device for measuring a 'cross-sectional area of a body made of any material and any shape even at high temperatures, high humidity or other adverse environmental conditions to create with high accuracy and high sensitivity, 'in which the actual measuring element is not is in physical contact with the body.

BAD ÖRK3ÜMAL ■009846/1261 "²~BAD ÖRK3ÜMAL ■ 009846/1261 " ² ~

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Meßvorrichtung eine Meßspule, einen mit der Meßspule verbundenen Oszillator und Einrichtungen zum Messen einer Induktivitätsänderung der Spule aufweist, welche so aufgebaut und geschaltet ist, daß durch den durch die Meßspule laufenden Körper eine Induktivitätsänderung der Spule erzeugbar ist, welche ihrerseits durch die Meßeinrichtungen zur Bestimmung der Querschnittsfläche des Körpers meßbar ist.This aim is achieved according to the invention in that the measuring device has a measuring coil, an oscillator connected to the measuring coil and devices for measuring a change in inductance of the coil, which is constructed and connected in such a way that it passes through the measuring coil Body a change in inductance of the coil can be generated, which in turn is determined by the measuring devices the cross-sectional area of the body is measurable.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Vorrichtung zum Messen einer' Querschnittsfläche eines Körpers aus einer Meßspule, einem mit dieser Meßspüle gekuppelten Oszillator, einem Bezugsfrequenzoszillator, einem mit beiden Oszillatoren verbundenen Meßempfänger und Einrichtungen zum Messen der Ausgangsfrequenz vom Meßempfänger, um ein Maß für die Querschnittsfläche des Körpers zu erhalten.In a preferred embodiment of the invention, the device consists of measuring a cross-sectional area a body from a measuring coil, an oscillator coupled to this measuring coil, a reference frequency oscillator, a test receiver connected to both oscillators and devices for measuring the output frequency from the test receiver to to get a measure of the cross-sectional area of the body.

Zweckmäßig kann paiaLlel zu der Meßspule ein Kondensator liegen, um einen Schwingkreis zu bilden, welcher über einem Zweig einer normalerweise abgeglichenen Impedanzbrücke liegt, die mit dem Oszillator verbunden ist. Der Körper läuft durch die Meßspule und verstimmt die Inpedanzbrücke. Auf der Basis dieser Verstimmung wird die Querschnittsfläche des Körpers bestimmt.A capacitor can expediently be used in parallel with the measuring coil to form a resonant circuit, which is over a branch of a normally balanced impedance bridge, which is connected to the oscillator. The body runs through the measuring coil and detuned the impedance bridge. On the base this detuning determines the cross-sectional area of the body.

Zur Erläuterung sind Ausführungsbeispiele der Svfindung in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:Exemplary embodiments of the invention are provided for explanation shown in the drawing and are described in more detail below. Show it:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Meßvorrichtung zur Erklärung der Grundlagen der Erfindung .Fig. 1 is a schematic perspective view of a measuring device to explain the principles of the invention.

009846/1263009846/1263

^: ■ _ 5 ._■..■■ ^: ■ _ 5 ._ ■ .. ■■

Fig. 2 eine Schnittansicht der Vorrichtung nach Fig. 1.FIG. 2 is a sectional view of the device according to FIG. 1.

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Meßvorrichtung mit den an den verschiedenen Stellen der Vorrichtung erzeugten Wellenformen, 3 shows a block diagram of a measuring device according to the invention with the waveforms generated at the various points of the device,

Fig. 4 ein Kurvenbild zur Darstellung der Ausgangscharakteristik eines der in der Vorrichtung nach Fig. 3 enthaltenen Kreise, 4 is a graph showing the output characteristic one of the circles contained in the device according to FIG. 3,

Fig. 5 ein sehematisches Schaltbild einer Modifikation der Erfindung,FIG. 5 is a schematic circuit diagram of a modification of FIG Invention,

Fig. 6 eine graphische Darstellung einer grundlegenden Eigenschaft der Erfindung,Figure 6 is a graph of a basic property the invention,

Fig. 7 eine schematische Anächt einer Ausführungsform der Erfindung zur Anwendung bei der Messung eines stangenförmigen Körpers,7 shows a schematic representation of an embodiment of the invention for use when measuring a rod-shaped body,

Fig. 8- eine schematische Ansicht einer -anderen Ausführungsform der Erfindung zur Anwendung bei der Messung der Querschnittsfläche einer.fließenden Flüssigkeit, teilweise im Schnitt,Figure 8 is a schematic view of another embodiment of the invention for use in measuring the cross-sectional area of a flowing liquid, partly in section,

Fig. 9 eine Schnittansicht des Meßelements in Fig. 8,Fig. 9 is a sectional view of the measuring element in Fig. 8,

Fig. 10 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zur Anwendung bei der Messung der Querschnittsfläche von geschmolzenem Metall, undFig. 10 is a sectional view of a further embodiment of the invention for use in measuring the cross-sectional area of molten metal, and

Fig. 11 eine vergrößerte Schnittansicht des Meßelements in Fig. 10, wobei weitere Teile als Blöcke dargestellt sind.11 is an enlarged sectional view of the measuring element in FIG 10, further parts being shown as blocks.

BADBATH

009846/1263009846/1263

In Fig. 1 und 2 ist ein auszumessender Körper 10 gezeigt, der eine beliebige Form hat und wie in Fig. 2 gezeigt, in eine Meßspule 12 längs deren Längsachse eingeführt ist, ohne die Spule körperlich zu berühren.Die beiden Enden der Meßspule 12 sind durch -entsprechende Leitungen lh mit einem geeigneten Oszillator 16 verbunden. Der Oszillator 16 erzeugt einen Wechselstrom mit der Frequenz f, welcher durch die MeQ-spule 12 fließt. Unter diesen Umständen wird ein elektromagnetisches Wechselfeld innerhalb und außerhalb der Spule 12 aufgebaut. Der in die Meßspule 12 eingeführte Körper 10 befindet sich daher in dem elektromagnetischen Viechseifeld. Unter der Annahme, daß der Körper eine Permeabilität μ und eine elektrische Leitfähigkeit <fhat, dringt das elektromagnetische Feld in den Körper 10 eine Tiefe 6 gemessen von seiner Oberfläche ein. Die Tiefe £ ist bekannt als die Tiefe des Skineffekts und wird durch folgende Gleichung bestimmt:1 and 2, a body 10 to be measured is shown, which has any shape and, as shown in FIG. 2, is inserted into a measuring coil 12 along its longitudinal axis without physically touching the coil. The two ends of the measuring coil 12 are connected to a suitable oscillator 16 by corresponding lines lh. The oscillator 16 generates an alternating current with the frequency f, which flows through the MeQ coil 12. Under these circumstances, an alternating electromagnetic field is built up inside and outside the coil 12. The body 10 introduced into the measuring coil 12 is therefore located in the electromagnetic animal field. Assuming that the body has a permeability μ and an electrical conductivity <f, the electromagnetic field penetrates the body 10 to a depth 6 measured from its surface. The depth £ is known as the depth of the skin effect and is determined by the following equation:

2 X {■ 2 X {■

(1)(1)

wobei % die Kreiskonstante ist. Wenn der Körper 1 einen Umfang L und eine Ouerschnittsflache £,„ an einem bestimmten Querschnitt aufweist, ist die Fläche S j in welcher das elektromagnetische Feld in den Körper 10 eindringt, durch die Gleichungwhere % is the circle constant. If the body 1 has a circumference L and a cross-sectional area ε, "at a certain cross-section, the area S j in which the electromagnetic field penetrates the body 10 is given by the equation

S_m = L χ S (2)S _m = L χ S (2)

gegeben. Wenn die durchsetzte Fläche S genügend kleiner als die Querschnittsfläche S^ des Körpers 10 ist, d.h. wenngiven. If the intersected area S is sufficiently smaller than the cross-sectional area S ^ of the body 10, i.e. if

S_M* L χ S, S _M * L χ S, (3)(3)

-5--5-

rt9^:8a/126 3 «AD ORlGWALrt9 ^: 8a / 126 3 "AD ORlGWAL

- .5 ■-■- .5 ■ - ■

dann schließt der Körper 10 das Feld aus seinem Innern aus, d.h., das Feld ist nur außerhalb des Körpers 10 vorhanden.then the body 10 excludes the field from within, i.e. the field is only present outside of the body 10.

Wenn ein um den Körper 10 hervorgerufenes elektromagnetisches Feld .von diesem in der gerade beschriebenen.Weise ausgeschlossen wird, ist die Änderung der Induktivität der Meßspule 12 infolge des Körpers proportional den Abmessungen des Körpers 10. Im einzelnen wird angenommen, daß die Meßapule 12 eine Induktivität L hat, ehe der Körper in die Spule eingeführt wird, und daß die Induktivität um die Größe AL abnimmt, wenn der Körper 10 in die Meßspule 12 eingeführt worden ist. Experimentell ist bestimmt worden, daß die Induktivitätsänderung Δ L der Meßspule 12 der Querschnittsfläche Sj. des Körpers 10 direkt proportional ist, wie es in Fig. 6 dargestellt ist. In Fig. 6 ist längs der Ordinatenachse die Induktivitätsänderung AL der Meßspule 12 und längs der Abszissenachse die Quersehnittsflache S^ des Körpers aufgetragen.If an electromagnetic field produced around the body 10 is excluded from this in the manner just described is the change in the inductance of the measuring coil 12 due to the body proportional to the dimensions of the body 10. In detail, it is assumed that the Messapule 12 has an inductance L before the body is inserted into the coil, and that the inductance around the Size AL decreases when the body 10 is inserted into the measuring coil 12 has been. It has been determined experimentally that the change in inductance .DELTA.L of the measuring coil 12 of the cross-sectional area Sj. of the body 10 is directly proportional, as in Fig. 6 is shown. In FIG. 6, the change in inductance AL of the measuring coil 12 is along the ordinate axis and along the axis the axis of the abscissa is the cross-sectional area S ^ of the body applied.

Wenn die Meßspule 12 eine Querschnittsfläche S_Q hat, gilt folgende BeziehungWhen the measuring coil 12 has a cross-sectional area S _Q , the following relationship applies

oo ·oo

Dabei ist «C eine Konstante, welche nur von der Form der Meßspule 12 abhängt. Z.B. haben Versuche mit kreisförmigen Spulen gezeigt, daß die Konstante ungefähr gleich einem Drittel ist, d.h. <C* 1/3». .Here, «C is a constant which only depends on the shape of the measuring coil 12. For example, experiments with circular coils have shown that the constant is approximately equal to one third, ie <C * 1/3 ». .

Es wurde weiter experimentell nachgewiesen, daß das Verhältnis zwischen Querschnittsfläche L., des Körpers 10 und einer Induktivitätsänderung 4L der Moßspule 12, wie sie in Flg. 6 gezeigt oder durch die Gleichung (4·) ausgedrückt 1st,It was further demonstrated experimentally that the ratio between the cross-sectional area L., of the body 10 and a change in inductance 4L of the measuring coil 12, as shown in Flg. 6 shown or expressed by the equation (4) 1st,

BAD ORIQiNAU ,BAD ORIQiNAU,

ziemlich unabhängig von Form und Material des Körpers 10 ist, wenn die Ungleichung O) gilt. Unter der Voraussetzung, daß die Ungleichung (3) gilt, läßt sich die Querschnittsfläche eines Körpers aus beliebigem Material und beliebiger Form durch Einführen dieses Körpers in eine Spule wie die Meßspule 12 in Fig. 1 und 2 und durch Messen der Induktivitätsänderung AL der Spule bestimmen. Da weiter die Größe von 4L mit hoher Genauigkeit gemessen werden kann, kann die Querschnittsfläche des Körpers ebenfalls mit hoher Genauigkeit bestimmt werden, und diese Bestimmung weist eine hohe Empfindlichkeit auf.is quite independent of the shape and material of the body 10 if the inequality O) holds. Provided that inequality (3) applies, the cross-sectional area of a body made of any material and any shape can be determined by inserting this body into a coil such as the measuring coil 12 in FIGS. 1 and 2 and by measuring the change in inductance AL of the coil . Further, since the size of 4L can be measured with high accuracy, the cross-sectional area of the body can also be determined with high accuracy, and this determination has high sensitivity.

In Fig. 5 ist eine Vorrichtung zum Messen einer Induktivitätsänderung ΛL der Meßspule 12 mit großer Genauigkeit und entsprechend der Erfindung, wie es oben in Zusammenhang mit Fig. 1 und 2 beschrieben worden ist, gezeigt. Die dargestellte Anordnung umfaßt den zu messenden Körper 10, der axial in die Meßspule 12 eingeführt ist, welche ihrerseits mit dem Oszillator 16 wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, verbunden ist. Der Oszillator 16 enthält einen Kondensator 17, der in Fig. 3 gestrichelt gezeigt und über die Meßspule 12 geschaltet ist, um einen Schwingkreis zu bilden. Um die Resonanzfre-•quenz des Schwingkreises steuern zu können, ist ein Kondensator 18 mit veränderlicher Kapazität .wie in Fig. 3 gezeigt" mit dem Oszillator 16 verbunden. Wie oben beschrieben wird angenommen, daß der Körper 10 in die Meßspule 12 eingeführt wird, um deren Induktivität von einer Größe L in eine Grüße L- ^L zu ändern. Es wird weiter angenommen, daß diese Induktivitätsänderung Δ L bewirkt, daß die vom Oszillator 16 -erzeugte Frequenz von f auf f +idf zunimmt. Der Zusammenhang zwischen der Induktivitätsänderung Al* und der Freqienzzunahme Δι ist gegeben durcn ·In Fig. 5 a device for measuring a change in inductance Λ L of the measuring coil 12 with great accuracy and according to the invention, as has been described above in connection with FIGS. 1 and 2, is shown. The arrangement shown comprises the body 10 to be measured, which is axially inserted into the measuring coil 12, which in turn is connected to the oscillator 16 as shown in FIGS. The oscillator 16 contains a capacitor 17, which is shown in phantom in FIG. 3 and connected across the measuring coil 12 in order to form an oscillating circuit. In order to be able to control the resonance frequency of the oscillating circuit, a capacitor 18 with variable capacitance is connected to the oscillator 16, as shown in FIG. 3. As described above, it is assumed that the body 10 is inserted into the measuring coil 12, to change their inductance from a size L to a size L- ^ L. It is further assumed that this change in inductance Δ L causes the frequency generated by the oscillator 16 - to increase from f to f + idf Al * and the frequency increase Δι is given by

AS _s I ASl. (5) AS _s I ASl. (5)

f_o 2 L₀ -7-f _o 2 L ₀ -7-

^009846/1263 *D original^ 009846/1263 * D original

Unter diesen Umständen tritt amOszillator l6 ein Signal mit der Frequenz f + 4f auf. Nachdem das Signal durch einen Verstärker 20 verstärkt worden- ist, wird es einem Meßempfänger 22 zugeführt, v/elcher nach dem Überlagerungsprinzip arbeitet und dem weiter eine Bezugsfrequenz f. zugeführt wird, welche von einem Oszillator 24 für Bezugsfrequenz erzeugt wird. Die Bezugsfrequenz ist etwa so groß wie die vom Oszillator Ιβ zugeführte Frequenz. Der Meßempfänger 22 erzeugt Schwebungsfrequenzen j_{ f +Δι) + ί\ J aus den beiden zugeführtenUnder these circumstances, a signal with the frequency f + 4f occurs at the oscillator 16. After the signal has been amplified by an amplifier 20, it is fed to a measuring receiver 22, which operates according to the superposition principle and to which a reference frequency f is fed which is generated by an oscillator 24 for the reference frequency. The reference frequency is about the same as the frequency supplied by the oscillator Ιβ. The measuring receiver 22 generates beat frequencies j_ { f + Δι) + ί \ J from the two supplied

ο — ιο - ι

Frequenzen f +Af und f/. Diese Schwebungsfrequenzen werden einem Filterkr'eis 26 zugeführt, in welchem die Summenfrequenz /T(^q +■ Δϊ) + f · )Jherausgefiltert wird und nur die Differenzfrequenz ZT(f_Q + Δ? ) ~ f · J an dessen Ausgang auftritt. Das Ausgangssignal vom Filterkreis 26 weist so die Differenzfrequenz und die Wellenform 27 auf, wie sie unter dem Block 26 in Fig. 3 gezeigt ist. Die Wellenform 27 wird einem Formkreis 28 für die Wellenform zugeführt, um die Wellenform 27 in eine rechteckige Wellenform 29 wie unter dem Block,28 in Fig. 3 gezeigt umzuwandeln. Die rechteckige Wellenform 29 wird hierauf einem Integrator 30 zugeführt., in welchem sie in eine dreieckige Wellenform umgewandelt wird, deren Amplitude umgekehrt proportional der absoluten Größe der Differenzfrequenz f(f + 4f) - fj~] ist, welche dem Integrator 30 zugeführt wird. Die dreieckige Wellenform ist unter dem Block 30 in Fig. 3 gezeigt und mit dem Bezugszeichen 31 bezeichnet. Die dreieckige "Wellenform 3I wird dann einem Gleichrichter- und Verstärkerkreis 32 zugeführt, um ein Gleichstromsignal zu erzeugen.Frequencies f + Af and f /. These beat frequencies are fed to a filter circuit 26 in which the sum frequency / T (^ q + ■ Δϊ) + f ·) J is filtered out and only the difference frequency ZT (f _Q + Δ? ) ~ F · J occurs at its output. The output signal from the filter circuit 26 thus has the difference frequency and the waveform 27 as shown under the block 26 in FIG. The waveform 27 is fed to a waveform shaping circuit 28 to convert the waveform 27 into a rectangular waveform 29 as shown under block 28 in FIG. The rectangular waveform 29 is then fed to an integrator 30, in which it is converted into a triangular waveform, the amplitude of which is inversely proportional to the absolute magnitude of the difference frequency f (f + 4f) - fj ~] which is fed to the integrator 30. The triangular waveform is shown below block 30 in FIG. 3 and designated by reference numeral 31. The triangular "waveform 3I is then fed to a rectifier and amplifier circuit 32 to generate a DC signal.

Die Amplitude des Gleichstromsignals ist umgekehrt proportional dem Absolutwert der Frequenz /~(f + A?) - f;7-» vjelche vorn Filterkreis 26 zugeführt wird,'wie es in Fig.The amplitude of the DC signal is inversely proportional to the absolute value of the frequency / ~ (f + A?) - f; 7 "front vjelche filter circuit 26 is supplied, 'as shown in Fig.

■ -8-■ -8-

BADBATH

0 0 9846/ 1 2630 0 9846/1 263

gezeigt 1st. In Fig. 4 ist längs der Ordinatenachse die Größe des Gleichstromsignals 1^_n vom Gleichrichter- und Verstärkerkreis 32 und längs der Abszissenachse der Absolutwert der Frequenz L(F + ^f) = F* ^j aufgetragen. D.h., das Gleichstrom-, signal wird ausgedrückt durchshown 1st. 4, the magnitude of the direct current signal 1 ^ _n from the rectifier and amplifier circuit 32 is plotted along the ordinate axis and the absolute value of the frequency L (F + ^ f) = F * ^ j is plotted along the abscissa axis. That is, the direct current signal is expressed by

^{1dC K} ' ( f₀ +Δ f) - f i ' ^{1dC K} '(f ₀ + Δ f) - fi'

wobei K eine Konstante ist.where K is a constant.

Wie in Fig. 3 zu sehen, wird das Gleichstromsignal vom Gleichrichter- und Verstärkerkreis 32 einem Pegelregler 34 zugeführt. Der Pegelregler 34 dient dazu, einen mit ihm verbundenen Indikator 36 zu stellen, um eine Nullanzeige zu erhalten, wenn der Oszillator 16 die Frequenz f erzeugt. Das den Pegelregler 34 verlassende Gleichstrornsignal wird dem Indikator zugeführt, um ein Maß für die jeweilige Querschnittsfläche des Körpers 10 zu erhalten, wie es leicht aus de'n Gleichungen (4) und (5) zu ersehen ist.As seen in Fig. 3, the DC signal is from Rectifier and amplifier circuit 32 to a level regulator 34 fed. The level controller 34 is used to control a connected to it To set indicator 36 in order to obtain a zero display, when the oscillator 16 generates the frequency f. The DC signal leaving the level controller 34 becomes the Indicator supplied in order to obtain a measure for the respective cross-sectional area of the body 10, as can easily be seen from de'n Equations (4) and (5) can be seen.

Mit der Meßvorrichtung nach Fig. 3 kann selbst dann ^ die Querschnittsfläche eines Körpers leicht gemessen werden, wenn sich diese Querschnittsfläche schnell ändert.With the measuring device according to Fig. 3, even then ^ the cross-sectional area of a body can easily be measured, when this cross-sectional area changes rapidly.

Fig. 5 zeigt eine Modifikation der Erfindung, bei welcher eine Impedanzbrücke verendet wird. Die dargestellte Anordnung enthält eine Irnpedanzbrücke, die allgemein mit dem Bezugszeichen 40 bezeichnet ist und durch einen Oszillator in einer Brückendiagonale eingespeist wird. Mit dem einen oder oberen Diagonalpunkt der Brücke in Fig. 5 ist ein erster Zweig bestehend aus der Reihenschaltung eines Widerstands 44 und eines veränderlichen Kondensators 46 und ein zweiter Zweig mitFig. 5 shows a modification of the invention in which an impedance bridge is used. The illustrated arrangement includes an impedance bridge generally associated with the Reference numeral 40 is designated and is fed by an oscillator in a bridge diagonal. With the one or The upper diagonal point of the bridge in FIG. 5 is a first branch consisting of the series connection of a resistor 44 and a variable capacitor 46 and a second branch with

-9--9-

einem Widerstand 48 verbunden, während der andere oder untere Diagonalpunkt in Fig. 5 rnit einem dritten Zweig, bestehend aus einem Kondensator 50 und einem vierten Zweig bestehend aus der Parallelschaltung eines Widerstands 52 und eines veränderlichen Kondensators 54 verbunden ist. Ein Stromanzeiger 56 liegt in der zweiten Brückendiagonale, d.h. zwischen den Verbindungspunkten des ersten und dritten Brückenzweiges sowie des zweiten und vierten Zweiges. Über dem viertel Brückenzweig oder der Parallelkombiriation aus Widerstand 52 und Kondensator-54 liegt ein Schwingkreis gebildet aus der Meßspule 12 und dem Kondensator 17, wie in Fig. J gezeigt, wobei der zu messende Körper 10 in die Spule eingeführt ist. Ehe der Körper 10 in die Meßspule 12 eingeführt wird, kann die Impedanzbrücke 40 auf die Resonanzfrequenz des Schwingkreises aus Meßspule 12 und Kondensator 17 abgeglichen werden, d.h. der Ausschlag des Stromanzeigers 56 wird auf Null gebracht. Unter diesen Umständen wird angenommen, daß die Summe der Kapazität der Kondensatoren I7 und 54 C ist. Nachdem der Körper 10 in die Meßspule 12 eingeführt worden ist, nimmt deren Induktivität von L_Q auf L_Q = ΔΙ· ab. Um zu diesem Zeitpunkt die Brücke mit der Frequenz f abgeglichen zu halten, muß die Kapazität des veränderlichen Kondensators ■ 54 um eine Größe A C zunehmen, welche sich ergibt ausa resistor 48, while the other or lower diagonal point in FIG. 5 is connected to a third branch consisting of a capacitor 50 and a fourth branch consisting of the parallel connection of a resistor 52 and a variable capacitor 54. A current indicator 56 is located in the second bridge diagonal, ie between the connection points of the first and third bridge branches and the second and fourth branches. Over the quarter bridge branch or the parallel combination of resistor 52 and capacitor-54 is an oscillating circuit formed from the measuring coil 12 and the capacitor 17, as shown in Fig. J, the body 10 to be measured being inserted into the coil. Before the body 10 is inserted into the measuring coil 12, the impedance bridge 40 can be adjusted to the resonance frequency of the resonant circuit comprising the measuring coil 12 and capacitor 17, ie the deflection of the current indicator 56 is brought to zero. Under these circumstances, it is assumed that the sum of the capacitance of capacitors I7 and 54 is C. After the body 10 has been introduced into the measuring coil 12, its inductance decreases from L _Q to L _Q = ΔΙ · . In order to keep the bridge balanced at the frequency f at this point in time, the capacitance of the variable capacitor 54 must increase by an amount A C, which results from

C LC L

OOOO

Diese Kapazitätszunahme des Kondensators 54 kann auf einer mit dem Kondensator 54 verbundenen nicht gezeigten Skala abgelesen werden, um die entsprechende Induktivitätsabnahme ΔL der Meßspule 12 zu bestimmen. Entsprechend Gleichung (4) kann also die Querschnittsfläche S_M des in die Meßspule 12 eingeführten Körpers' 10 bestimmt werden.This increase in capacitance of the capacitor 54 can be read off on a scale, not shown, connected to the capacitor 54, in order to determine the corresponding decrease in inductance .DELTA.L of the measuring coil 12. According to equation (4), the cross-sectional area S _M of the body '10 introduced into the measuring coil 12 can be determined.

009846/1263 ■" -^χ°-009846/1263 ■ "- ^χ ° -

'/H'/H

- 10 - - 10 -

In Fig. 7 ist eine Ausführungsform der Erfindung ge- ■ zeigt, welche bei der Messung der Querschnittsfläche eines stangenförmigen Körpers verwendet wird. Wie in Fig. 7 gezeigt, wird ein stangenförmiger Körper 60 wie eine kontinuierlich gewalzte oder beförderte Metallstange mit Hilfe zweier Paare von oberen und unteren Vorschubrollen 62, 63 und 64, 65, welche auf beiden Seiten der Meßspule 12 angeordnet sind, durch diese Meßspule 12 geführt. Der Körper 60 kann aus beliebigem Material beliebiger Form sein. Die Meßspule 12 ist elektrisch fc mit einer Meßeinrichtung 66 zur Messung ihrer Induktivitätsänderung verbunden, wie sie in Fig. 5 öder 5 gezeigt ist. Die Vorrichtung 66 ist dann mit einem Indikator 68 wie in Fig. j5 oder 5 gezeigt, verbunden. Falls gewünscht, kann die Meßeinrichtung 66 mit einem Aufzeichnungsgerät oder einem Rechner verbunden sein, die beide nicht gezeigt sind. Aus der Beschreibung im Zusammenhang mit Fig. 3 und 5 ist leicht zu erkennen, daß mit der Anordnung nach Fig. 7 die Querschnittsfläche des Körpers 60 kontinuierlich leicht sowohl mit hoher Genauigkeit als auch mit hoher Empfindlichkeit gemessen vier- den kann, ohne daß der gemessene Körper 6ö in Berührung mit der Meßspule 12 kommt.7 shows an embodiment of the invention which is used when measuring the cross-sectional area of a rod-shaped body. As shown in Fig. 7, a rod-shaped body 60 such as a continuously rolled or conveyed metal rod is passed through this measuring coil 12 by means of two pairs of upper and lower feed rollers 62, 63 and 64, 65 arranged on both sides of the measuring coil 12 guided. The body 60 can be made of any material, any shape. The measuring coil 12 is electrically connected to a measuring device 66 for measuring its change in inductance, as shown in FIG. 5 or 5. The device 66 is then connected to an indicator 68 as shown in FIG. 5 or 5. If desired, the measuring device 66 can be connected to a recorder or a computer, both of which are not shown. From the description in connection with FIGS. 3 and 5 it is easy to see that with the arrangement according to FIG Body 6ö comes into contact with the measuring coil 12.

™ . Fig. 8 und 9 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung zur Messung von Flüssigkeiten. Um eine Rinne 70, die beispielsweise aus einem Isoliermaterial aufgebaut ia.t, ist die Meßspule 12 fest angebracht. Eine Flüssigkeit- 72 fließt durch die Rinne. Wie in Fig. 7 ist die Meßspule 12 mit einem Indikator 68, einem Aufzeichnungsgerät odereinem Rechner über eine Meßvorrichtung 66 wie in Fig. j5 oder 5 gezeigt, verbunden.™. 8 and 9 show a further embodiment of the invention for measuring liquids. The measuring coil 12 is firmly attached around a channel 70, which is generally made up of an insulating material, for example. A liquid 72 flows through the channel. As in Fig. 7, the measuring coil 12 is connected to an indicator 68, a recorder or a computer via a measuring device 66 as shown in Fig. 5 or 5.

Wenn die Flüssigkeit 72 geschmolzenes Eisen oder Stahl hoher Temperatur 1st, muß die Messung in ungünstiger Umgebung und bei hohen Temperaturen und durch eine dicke Wand fouei·-If the liquid 72 is molten iron or steel If the temperature is high, the measurement must be carried out in an unfavorable environment and at high temperatures and through a thick wall fouei

0 0-9846/1263 ^AD original0 0-9846 / 1263 ^ AD original

festen Materials durchgeführt werden. Unter diesen Umständen kann mit der Anordnung nach Fig. 8 die Querschnittsfläche des geschmolzenen Metalls leicht gemessen werden, wie es aus der Beschreibung im Zusammenhang mit Pig. J5 und 5 verständlich wird.solid material. Under these circumstances can with the arrangement according to FIG. 8, the cross-sectional area of the molten metal can easily be measured as it is from the description related to Pig. J5 and 5 understandable will.

Fig. 10 und 11 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung, welche bei kontinuierlichen Geßverfahren verwendet wird. In Fig. 10 wird ein geschmolzenes Metall in einer Pfanne 80 kontinuierlich in einen Trichter 82 gegossen. Der Trichter 82 weist Pegelanzeiger 84 auf, um die Höhe des geschmolzenen Metalls 86 in den Trichter 82 abzutasten. Das geschmolzene Metall 86 wird kontinuierlich durch eine Düse 88 des Trichters 82 in eine Form 90 gegossen, während das Gießen des geschmolzenen Metalls aus der Pfanne 80 in den Trichter 82 so geregelt wird, daß die Höhe des Metalls 86 in dem Trichter konstant bleibt. Auf diese V/eise wird das geschmolzene Metall 86, welches in die Form 90 gegossen wird, auf einem vorbestimmten festen.Wert gehalten» Die Quersehnittsflache der allgemein bei kontinuierlichen Gießverfahren verwendeten Düsen 88 ändert sich jedoch ständig viährend des Betriebes, Z.B. nimmt der Durchmesser der Düsen beim Gebrauch allmählich ab, wenn diese Düsen aus Aluminium hergestellt sind. ■■..■' · .Figures 10 and 11 show another embodiment of the invention used in continuous casting processes will. In FIG. 10, a molten metal in a pan 80 is continuously poured into a funnel 82. Of the Hopper 82 has level indicators 84 to show the amount of molten Metal 86 in the funnel 82 to be scanned. The molten metal 86 is continuously passed through a nozzle 88 of the funnel 82 is poured into a mold 90 while the Pouring the molten metal from the ladle 80 into the hopper 82 is controlled so that the height of the metal 86 in the funnel remains constant. In this way, the molten metal 86, which is poured into the mold 90, kept at a predetermined fixed value »the cross-sectional area however, the nozzles 88 commonly used in continuous casting processes are constantly changing of operation, e.g. the diameter of the nozzles gradually decreases during use if these nozzles are made of aluminum are. ■■ .. ■ '·.

Nach der Erfindung ist die vorher beschriebene Meßspule 12 in das Material der Düse 88 eingebettet, um die Düse zu umgeben, wie es am besten in Fig. 11 ge-zeigt ist, und mit dem Indikator 68, dem Aufzeichnungsgerät oder Rechner über die Meßeinrichtung 66 wie oben im Zusammenhang mit Fig. 7 beschrieben, verbunden. Wie in den vorhergehenden Beispielen wird eine Induktivitätsänderung der Meßspule 12 gemessen, um den entsprechenden Durchmesser der Düse 88 au bestimmen.According to the invention is the previously described measuring coil 12 embedded in the material of the nozzle 88 to close the nozzle surrounded, as best shown in Fig. 11, and with the indicator 68, the recording device or computer via the measuring device 66 as above in connection with FIG. 7 described, connected. As in the previous examples, a change in inductance of the measuring coil 12 is measured, to determine the appropriate diameter of the nozzle 88 au.

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Dann wird die Höhe des geschmolzenen Metalls 86 in dem Trichter 82 entsprechend dem gemessenen Durchmesser der Düse 88 angepaßt. Auf diese Weise wird das geschmolzene Metall aus dem Trichter 82 ständig in einer vorbestimmten festen Menge in die Form 90 gegossen, während der resultierende Guß 92 kontinuierlich aus der Form 90 mit Hilfe einer Mehrzahl Vorschubrollen 9^ und einem Paar Führungsrollen 96 abgegeben wird. Then the level of molten metal 86 in the Funnel 82 adapted according to the measured diameter of the nozzle 88. This way the melted Metal from the funnel 82 is continuously poured into the mold 90 in a predetermined fixed amount during the resulting Cast 92 continuously from the mold 90 using a plurality of feed rollers 9 ^ and a pair of guide rollers 96 is delivered.

Während die Erfindung im Zusammenhang mit versehiedenen bevorzugten Ausführungsformen dargestellt und beschrie- ben worden ist _} verstellt es sich, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen durchgefülirt werden können, ohne vom Gedanken und Bereich der Erfindung abzuweichen. Z.B. kann statt der Differenzfrequenz L(f +Af) - f.J die Summenfrequenz Γ(ΐ -ι- 4f) + f. 7 verwendet werden.Has been illustrated, while the invention in connection with preferred embodiments and versehiedenen _described} ben adjusted, it is apparent that various changes and modifications may be durchgefülirt without departing from the spirit and scope of the invention. For example, instead of the difference frequency L (f + Af) - fJ, the sum frequency Γ (ΐ -ι- 4f) + f.7 can be used.

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Zusammengefaßt wird nach der Erfindung eine Abnahme der Induktivität einer Meßspule infolge der Einführung eines zu messenden Körpers in die Meßspule in eine Frequenz umgewandelt, wel'che hierauf mit einer Bezugsfrequenz überlagert wird. Die sich ergebende Differenzfrequenz, wird in eine drei-.eckige Wellenform verwandelt, deren Amplitude umgekehrt proportional der Frequenz, ist. Die gleichgerichtete Wellenform ergibt ein Maß über.die Querschnittsfläche des Körpers. Alternativ ist die Spule mit einer abgeglichenen.Impedanzbrücke verbunden. Eine Änderung der Induktivität der Spule infolge des eingeführton Körpers wird durch eine Vergrößerung dor Kapazität eines veränderlichen Kondensators in der Brücke kompensiert, welche ein Maß. für die Q.uerschnittsflächo ist.In summary, according to the invention, a decrease in the inductance of a measuring coil as a result of the introduction of a body to be measured converted into a frequency in the measuring coil, which is then superimposed with a reference frequency. The resulting difference frequency is converted into a triangular Waveform whose amplitude is inversely proportional to the frequency. The rectified waveform gives a measure of the cross-sectional area of the body. Alternatively, the coil is equipped with a balanced impedance bridge tied together. A change in the inductance of the coil due to the inserted body is caused by an increase dor capacitance of a variable capacitor in the bridge compensates, which is a measure. for the cross-sectional area is.

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Claims

Boiegexemplai ι nonn / o j ^ rf not be changed I - 15 - claims

1. Device for non-contact measurement of a cross-sectional area of a body of any shape, characterized in that it has a measuring coil (12), an oscillator (l6, 42) connected to the measuring coil and devices (20 to 356, 40, 66, 68) for measuring a change in inductance of the coil, which are constructed and connected in such a way that the body (10, 60, 72, 86) running through the measuring coil (12) can generate a change in inductance of the coil, which in turn is caused by the Measuring devices (20 to J56, 40, 66, 68) for determining the cross-sectional area of the body can be measured.

2. Measuring device according to claim 1, characterized in that the measuring devices have an oscillator (24) for a reference frequency, a measuring receiver (2'2) and devices connected to the two oscillators (16, 24) (26 to ^ 6) for measuring the output frequency of the measuring receiver (22) as a measure of the cross-sectional area of the body (10, 60, 72, 86).

3. Measuring device according to claim 1, characterized in that the measuring device consists of a normally balanced and connected to the oscillator (42) impedance bridge (40) and a capacitor (I7) for Formation of a resonant circuit is connected via the measuring coil (12), a branch (52-, 54) of the impedance bridge (40) is connected via the resonant circuit, and that the impedance bridge (40) can be detuned by the body (10, 60, 72, 86) running through the measuring coil (12) and on this basis the cross-sectional area of the body (10, .60, 72, 8.6) can be determined is. ·

BAD ORIGINAL ,₂.BATH ORIGINAL, ₂ .

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4. Measuring device according to claim 1, characterized in that one of the measuring coil (12) is surrounded by g e k e η n "r A channel (70) is provided, in which a liquid (72) flows as the body to be measured.

5. Measuring device according to claim 1, characterized in that g e k en η that the measuring coil (12) is arranged embedded around a nozzle (88) through which the body is shaped a liquid (86) is performed.

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