DE2048558A1

DE2048558A1 - Meßeinrichtung

Info

Publication number: DE2048558A1
Application number: DE19702048558
Authority: DE
Inventors: Dominik Timelkam Sogner (Oster reich) P
Original assignee: Chemiefaser Lenzing AG
Current assignee: Lenzing AG
Priority date: 1969-10-07
Filing date: 1970-10-02
Publication date: 1971-05-19
Also published as: DE2048558C3; DE2048558B2; JPS511149B1; US3701281A; AT310469B

Description

Dr Richard Giawe ο η Λ ft K K fi

^D'P'-'ng. Klaus Deifs ZQ48558

Dr. Walter Κ'_οπ

Chemiefaser Lenzing Aktiengesellschaft Lenzing (Österreich)

Meßeinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zur Abnahme und Messung von elektrischen Strömen zwischen einem bewegten Teil, wie einem Schleifring oder einer Schleifschiene, und einem festen Teil, wie einer Schleifbürste oder Stromabnahmerolle .

Solche Meßeinrichtungen werden insbesondere für die Messung der Temperatur von rotierenden Heizwalzen verwendet, die eine elektrische Widerstandsheizung und ein Widerstandsthermometer enthalten» Andere Anwendungsgebiete sind die Messung des Drehmomentes in Kalt- und Warmwalzwerken. Solche Meßeinrichtungen werden aber auch zwischen geradlinig gegeneinander bewegten Teilen gebraucht, wobei der bewegte Teil als Gleitschiene und der feste Teil als Bürste oder Rolle ausgebildet ist. Schließlich sind Meßeinrichtungen gegenständlicher Art auch bei der Meßwertübertragung zwischen einer festen Schiene und einem rollenden Rad anwendbar.

Die Schwierigkeit bei den Meßeinrichtungen bekannter Art liegt darin, daß zwischen dem bewegten und dem festen Teil iJbergangswiderstände auftreten, die sehr stark variieren können, weil aie von den sich stets ändernden Außenverhältnissen, wie Staubbelastung, Verschmutzung, Korrosion und Verschleiß abhängig sind. Ra war bisher nicht möglich, die Übergangswiderstände

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konstant zu halten bzw. in dem in Präge kommenden großen Bereich zu kompensieren, was eine Voraussetzung für die Gewinnung von verläßlichen Meßwerten darstellt.

Pie Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und Schwierigkeiten und besteht bei einer Meßeinrichtung mit zwei Meßschleifringen bzw. Meßschienen und zwei damit zusammenarbeitenden StromabnahmebÜrsten oder -rollen, die über eine Meßbrücke mit einem Meßgerät bzw. einem eigenen Meßschaltungskreis elektrisch verbunden sind, darin, daß ein Stromversorgungsteil, Meßbrücke, Gegenkopplungawiderstand und Operationsverstärker enthaltender Meökopf am bewegten Teil starr befestigt ist, wobei die Ausgangsleitung des Operationsverstärkers über die Meßschleifringe bzw. Meßschienen und Stromabnahmebüraten zum Meßgerät bzw. zum Meßschaltungskreis führt.

Vorteilhaft ist der Operationeverstärker ein integrierter Differentialverstärker mit einer vorzugsweise mehr als 40000-fachen offenen Verstärkung.

Die Meßschaltung besteht vorzugsweise aus einem Eingangskreis, vom Bezugspunkt über die Meßbrücke zum nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers und zurück zum Bezugspunkt sowie aus einem Ausgangskreia vom Ausgang des Operationsverstärkers über einen ersten Meßschleifring zum Meßgerät bzw. zu dem eigenen Meßschaltungskreis und von dort zurück über einen zweiten Meßschleifring und den öegenkopplungswideratand zum Bezugspunkt, wobei eine zwischen dem zweiten Meßschleifring und dem Gegenk<j)pplungswiderstand abzweigende Gegenkopplungsleitung zum invertierenden Eingang des Operationsverstärkers führt. Duroh diese Schaltung werden die Übergangswiderstände zwischen den bewegten und den festen Teilen kompensiert.

Der Meßkopf besteht zweckmäßig aus zwei ineinander steckbaren Teilen, wobei auf dem äußeren hülsenförmigen Teil

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die Meßschleifringe angeordnet sind und der Innenteil den Stromversorgungsteil, Siebketten, Stabilisierungsketten, die Meßbrücke, den Gegenkopplungawideratand und den Operationaverstärker enthält. Auf diese Weise erhält der Meßkopf, der mit dem bewegten Teil mitbewegt wird, eine sehr kompakte Bauart.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind Gleichrichter des Stromversorgungsteiles, die Siebketten und die Stabilisierungsketten auf einer scheibenförmigen Platte in Form einer gedruckten Schaltung und die Meßbrücke, der Gegenkopplungswiderstand und der Operationsverstärker auf einer zweiten scheibenförmigen Platte ebenfalls in Form einer gedruckten Schaltung angeordnet, so daß der Stromversorgungsteil vom Meßtej 1 getrennt ist, was fertigungstechnische Vorteile bringt.

Tn der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Fig. 1 zeigt einen Vertikalschnitt durch den hülsenförmigen äußeren Teil des Meßkopfes, Fig. 2 den Innenteil des Meßkopfes in Ansicht. Fig. 3 erläutert die elektrische Meßschaltung.

In Fig. 1 let der hülsenförmige Außenteil 1 des Meßkopfes dargestellt. Die Stirnplatte 2 dea Meßkopfes ist mittels Schrauben 3 mit einem Flansch 4 der Walzenwelle 5 verbindbar. Auf dem zylindrischen Hülsenteil ist eine Anzahl von Schleifringen vorgesehen, von denen die Schleifringe 6, 6^f, 6^!l die Schleifringe zur Zuführung von Starkstrom für die Heizwiderstände der Walzen darstellen, während die Schleifringe 7, 7¹ die Meßschleifringe sind. Mit 8 ist eine die Schleifringe 6, 6·, 6'¹, 7, 7' tragende Isolationsschicht bezeichnet, die vorzugsweise aus mit Glasfasern verstärktem Polyester besteht.

Der Innenteil des Meßkopfes, der in den hülsenförmi-

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gen Außenteil 1 paßt, ist in Fig. 2 dargestellt und allgemein mit 10 bezeichnet. Er besteht zweckmäßig aus einer Anzahl von scheibenförmigen Teilen, nämlich der vorderen Führungsscheibe 11, den Leiterplatten 12 und 13 sowie der hinteren Führungsscheibe 14, die durch Bolzen 15, 16 zusammengehalten werden. An der vorderen Führungsscheibe 11 ist der Transformator 17 befestigt. Die Leiterplatte 12 enthält in Form einer gedruckten Schaltung Gleichrichter, Siebketten und Stabilisierungsketten; die Leiterplatte 13, ebenfalls in Form einer gedruckten Schaltung, die Meßbrücke, den Gegenkopplungawideratand und den Operationsverstärker, wie in Verbindung mit dem elektrischen Teil der Anlage noch näher beschrieben werden wird.

Die Einzelheiten der elektrischen Schaltung sind aus Fig. 3 ersichtlich. Hierin sind die Starkstromschleifringe mit 6, 6', 6¹' bezeichnet, wobei der Schleifring 6^M den Null-Leiter einerseits für den Transformator 17 und anderseits für die innerhalb der Walze eingebauten Heizstäbe 20 darstellt. 6, 6¹ sind die weiteren Schleifringe für die Versorgung der Heizstäbe 20 einerseits und des Transformators 17 anderseits. Hinter dem Transformator 17 sind zwei voneinander galvanisch getrennte Ketten angeordnet, bestehend aus den Sekundärwicklungen 21, 21', Gleichrichtern 22, 22', Siebketten 23, 23* mit Kondensatoren C und Stabilisierungsketten 24, 24' mit je einem Widerstand R und Zenerdioden D, wobei die Kette 24' durch zwei in Serie geschaltete Dioden D stabilisiert ist. Der Bezugspunkt der Meßschaltung ist mit 25 bezeichnet. Die Meßbrücke 26, die aus den Widerständen R1 dea Wideratandathermometers(Meßfühlers), R4, R5 und R6 gebildet wird-, wird von der Kette 24 angespeist. D' in der Meßbrücke 26 stellt eine Diode zum Schutz gegen Überlastung des Operationaverstärkerβ dar, falls eine Unterbrechung des Stromes am Temperaturfühler R1 auftritt. 27 ist der- positive Ausgang der Meßbrücke 26, 28 der negative Ausgang. Die Meßschaltung wird durch einen Eingangskreis und einen Ausgangskreis gebildet. Der Eingangskreis führt vom Bezugspunkt 25 über die Meßbrücke

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26 zum nicht invertierenden Eingang a des Operationsverstärkers 29 und vom Operationsverstärker zurück zum Bezugspunkt 25. Der Ausgangskreis führt vom Ausgang ρ des Operationsverstärkers 29 über den Meßschleifring 7 und die zugehörige Stromabnahmebürste zum Meßgerät 30 und von dort zurück über eine Stromabnahmebürste und den Meßschleifring 7¹ zum invertierenden Eingang a¹ des Operationsverstärkers 29. Wie ersichtlich, liegt zwischen dem Eingang a¹ und dem Bezugspunkt 25 der Gegenkopplungswiderstand R8. Der invertierende Eingang a¹ des Operationsverstärkers 29 tritt bei dieser Schaltung als Verknüpfungspunkt zwischen Eingangs-und Ausgangskreis auf. Durch diese Verknüpfung erreicht man eine Einprägung des Ausgangsstromes. Die Kondenaa- ™ toren C 3 und C4 sowie der Widerstand R7 im Operationsverstärker 29 dienen der Frequenzstabilisierung und haben auf die Messung keinen Einfluß.

Die Funktion der Schaltung ist folgendes Wenn zwischen dem Ausgang b des Operationsverstärkers 29 und dem Meßgerät 30, also im Bürdenkreis, eine WiderstandsSchwankung auftritt, so erfolgt eine proportionale Spannungsänderung am Gegenkopplungswiderstand R8, wodurch die Verstärkung des Operationsverstärkers 29 dahingehend beeinflußt wird, daß die Widerstandsänderung im Ausgangskreis der Meßschaltung kompensiert wird. Da es sich bei dem Operationsverstärker 29 um einen integrierten Dif- Λ ferentialverstärker mit hoher offener Verstärkung, z.B. 4000C-fach oder mehr, handelt, steht immer genügend Reservespannung zur Verfügung, um Widerstandsschwankungen bis zu ΙΟ kOhm im Bürdenkreis zu überwinden. Auf diese Weise können Widerstandsschwankungen im Bürdenkreis die Meßgenauigkeit nicht beeinflussen.

Wird statt eines Meß- bzw. Anzeigegerätes ein eigener Meßschaltungskreis verwendet, beispielsweise eine Brückenschaltung, so kann der am Meßschaltungskreis eingehende Wert für Regelung- oder Kontrollzwecke ausgenutzt werden.

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Claims

Patenten s ρ r ü c h e :

Meßeinrichtung zur Abnahme und Messung von elektrischen Strömen zwischen einem bewegten Teil, wie einem Schleifring oder einer Schleifschiene, und einem festen Teil, wie einer Schleifbürste oder Stromabnahmerolle, insbesondere zur Anwendung bei der Messung der Temperatur von rotierenden Heiz walz en, die eine elektrische Widerstandsheizung und ein Widerstandsthermometer enthalten, mit zwei Meßschleifringen bzw. Meßschienen und zwei damit zusammenarbeitenden Stromabnahmebürsten oder -rollen, die über eine Meßbrücke mit einem Meßgerät bzw. einem eigenen Meßschaltungskreis elektrisch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromversorgungsteil, Meßbrücke (26), Gegenkopplungswiderstand (R8) und Operationsverstärker (29) enthaltender Meßkopf am bewegten Teil starr befestigt ist, wobei die Ausgangsleitung des Operationsverstärkers (29) über die Meßschleifringe bzw. Meßschienen und Stromabnahmebürsten zum Meßgerät (30) bzw. zum Meßsohaltungskreis führt.
2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Operationsverstärker (29) ein integrierter Differentialverstärker mit einer vorzugsweise mehr als 40000 —fachen offenen Verstärkung ist,
3. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung aus einem Eingangskreis vom Bezugspunkt, (25) über die Meßbrücke (26) zum nicht invertierenden Eingang (a) des Operationsverstärkers (29) und zurück zum Bezugspunkt (25) besteht sowie aus einem Ausgangskreis vom Ausgang (b) des Operationsverstärkers (29)

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über einen ersten Meßschleifring (7) zum Meßgerät (30) bzw. zu dem eigenen Meßschaltungskreis und von dort zurück über einen zweiten Meßschleifring (7¹) und den Gegenkopplungswiderstand (R8) zum Bezugspunkt (25)» wobei eine zwischen dem zweiten Meßschleifring (7¹) und dem Gegenkopplungswiderstand (R8.) abzweigende Gegenkopplungsleitung zum invertierenden Eingang (a¹) des Operationsverstärkers (29) führt.
4. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf aus zwei ineinander steckbaren Teilen besteht, wobei auf dem äußeren hülsenförmigen Teil (1) die Meßschleifringe (7» 7¹) angeordnet sind und der Innenteil (1Oj den Stromversorgungsteil, Siebketten (23, 23'), Stabilisierungsketten (24, 24'), die Meßbrücke (26), den Gegenkopplungswiderstand (R8) und den Operationsverstärker (29) enthält.

H. Meßeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet., daß Gleichrichter (22, 22') des Stromversorgungsteiles, die Siebketten (23, 23') und die Stabilisierungsketten (24, 24') auf einer scheibenförmigen Platte (12) in Form einer gedruckten Schaltung und die Meßbrücke (26), der· Gegenkopplungswiderstand (R8) und der Operationsverstärker (29) auf einer zweiten scheibenförmigen*Platte (13) ebenfalls in Form einer gedruckten Schaltung angeordnet sind.

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