DE2217917A1

DE2217917A1 - Device for instantaneous temperature measurement of a solid

Info

Publication number: DE2217917A1
Application number: DE19722217917
Authority: DE
Inventors: Cesare Florenz Anichini (Italien)
Original assignee: Apparecchi Elettronici Marposs
Current assignee: Apparecchi Elettronici Marposs
Priority date: 1971-04-14
Filing date: 1972-04-13
Publication date: 1972-10-19
Also published as: JPS4849480A; CH557026A; FR2133664A1; FR2133664B1; SE385503B; GB1399031A

Description

PATENTANWALTPATENT ADVOCATE

• MUNCMENT 2• MUNCMENT 2

TAi. 18 - T, 19479* TAi. 18 - T, 19479 *

APPARECCiil ELETTRÖNICI MARPOSS, BOLOGNA (Italien)APPARECCiil ELETTRÖNICI MARPOSS, BOLOGNA (Italy)

"Vorrichtung zur augenblicklichen Temperaturmessung eines Festkörpers.""Device for instantaneous temperature measurement of a solid."

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur augenblicklichen Temperaturmessung an einem festkörper mittels eines Fühlgliedes, insbesondere zur Aufnahme der Temperatur von Werkstücken während eines Meßvorganges.The invention relates to a device for instantaneous temperature measurement on a solid by means of a Sensing element, in particular for recording the temperature of workpieces during a measuring process.

Bei der Kontrolle der Abmessungen von Werkstücken während bzw. nach der Bearbeitung, kommt es vor, da3 das Meßgerät in der Hegel die Umgebungstemperatur hat, v/äbrend die Werkstücke infolge der Bearbeitung bzw. ihrer Herkunft auch verschiedene Temperaturen aufweisen können..Dadurch enüstehen Meßfehler, nachdem die unterschiedliche Temperatur zv/ischen Meßgerät und' Werkstück,selbst wenn sie aus-gleichartigem Werkstoff gebaut sind, verschieden große Dehnungen verursacht. Diese Fehler entstehen in noch stärkere« Ausmaß, wenn das Meßgerät und das zu messende Werkstück* aus verschiedenartigem Werkstoff bestehen. . * ; "·When checking the dimensions of workpieces during or after processing, it happens that the measuring device is usually at the ambient temperature Workpieces can also have different temperatures as a result of processing or their origin Measurement error after the different temperature is measured Measuring device and workpiece, even if they are of the same type Material are built, causing different sized expansions. These errors arise to an even greater extent, if the measuring device and the workpiece * to be measured are of different types Material. . *; "·

D?s Problem der augenblicklichen Temperaturmessung an Werkstücken während des Meßvorganges ist bisher noch nicht gelöst worden, weil die Messung in einer sehr kurzen Zeit durch Fühlglieder ?rfolgen muß. die ausreichend robust sind, um daß Anstoßen an die Werkstücke auszuhalten.D? S problem of instantaneous temperature measurement Workpieces during the measuring process is not yet solved because the measurement has to be done in a very short time by sensing elements. that are sufficiently robust to withstand that bumping into the workpieces.

Das Problem wird durch die erfindungsgemäße Meßvorrich-The problem is solved by the measuring device according to the invention

tuwf freiOi^t₁ die dadurch gekennzeichnet ist, daß ihr Fühlgliedtuwf freiOi ^ t ₁ which is characterized in that its feeler element

209^3/0840209 ^ 3/0840

* 2217817* 2217817

innerhalb eines Organs des Meßgerätes untergebracht ist, wobei dieses Organ selektiv in Berührung mit dem betreffenden Werkstück gebracht wird.is housed within an organ of the measuring device, this organ being selectively in contact with the relevant Workpiece is brought.

Nachstehende Beschreibung bezieht sich auf eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die nur als nicht einschränkendes Beispiel in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung geschildert wird, wobeiThe following description refers to a preferred embodiment of the invention, only as a non-restrictive one Example is described in connection with the accompanying drawing, wherein

Fig. 1 eine Skizze der erfindungsgemäßen Vorrichtung,Fig. 1 is a sketch of the device according to the invention,

Pig. 2 ein Blockschema eines ersten Temperaturmeßkreises für die Vorrichtung gemäß Fig. 1, undPig. 2 shows a block diagram of a first temperature measuring circuit for the device according to FIG. 1, and

Fig. 3 ein Blockschema eines zweiten Temperaturmoßkreises für die Vorrichtung gemäß Fig. 1 . darstellt. -,3 shows a block diagram of a second temperature measuring circuit for the device according to FIG. 1. represents. -,

In Fig. 1 bezeichnet 11 das Meßstück und 12 den Taster des Meßgerätes. Im Inneren des Tasters ist ein Fühlglied 13,. ^: das temperaturempfindlich ist. Das Fühlglied 13 kann ein beliebiges Element sein, bei dem mit der Temperaturänderung sich auch z.B. irgendeine elektrische Charakteristik ändert.In Fig. 1, 11 denotes the measuring piece and 12 the button of the measuring device. Inside the button is a sensing element 13,. ^: that is temperature sensitive. The sensing element 13 can be any element in which, for example, any electrical characteristic also changes with the change in temperature.

Man kann sich den Taster 12 so vorstellen, als ob er durch waagerechte Ebenen in eine Reihe Elemente 12a, 12b, 12c,...,12n eingeteilt wäre, wobei η beliebig groß sein kann. Wenn das Stück 11 und der Taster 12 verschiedene Temperaturwerte haben, erfolgt eine Wärmeübertragung vom Werkstück 11 zum Taster 12 in folgender Weise: Vom Werkstück 11 wird dem Element 12a Wärme abgegeben, das eine Wärmekapazität C1 aufweist, über einen Kontakt-Wärmedurchlaßwiderstand R1. Vom Element 12a erfolgt dann eine Wärmeübertragung rum Element 12b, das eine thermische Kapazität C2 hat über einen Zeitwiderstand R2. Auf gleiche Weise findet eine Wärmeübertragung zwischen den nachfolgenden Elementen bis zum Element 12n und dann zum Fühlglied 13 statt.The button 12 can be imagined as if it were divided into a row of elements 12a, 12b, 12c, ..., 12n, where η can be arbitrarily large. If the piece 11 and the button 12 have different temperature values, heat is transferred from the workpiece 11 to the button 12 in the following way: The workpiece 11 gives off heat to the element 12a, which has a thermal capacity C1, via a contact thermal resistance R1. Heat is then transferred from element 12a to element 12b, which has a thermal capacitance C2 via a time resistor R2. In the same way there is a heat transfer between the following elements up to element 12n and then to sensing element 13 instead.

Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung kann dadurch sehematisch dargestellt werden, daß man annimmt,daß die Funktion X(t) der Temperaturänderung des Werkstückes in der Zeit eine Stufeufunktion ist, wie es auch tatsächlich der Fall ist,The mode of operation of this device can thereby be semematic be represented that it is assumed that the function X (t) of the temperature change of the workpiece in time a Step function is, as it is actually the case,

209843/0840209843/0840

wenn der Taster 12 auf Werkstücke mit unterschiedlicher Temperatur verlegt wird. Bezeichnet man die Temperatur des Fühlgliedes 13 mit T(t), welche Größe stets durch den Wert der mit der Temperatur desselben Gliedes veränderlichen Größe aufgenommen werden kann, so ergibt sich:when the button 12 on workpieces with different temperatures is relocated. The temperature of the sensing element 13 is designated by T (t), which quantity is always given by the value which can be recorded as variable with the temperature of the same term, then we get:

(^ T(t) = (i+K1 und U +....+Kn und ^).X (^ T (t) = (i + K1 and U + .... + Kn and ^). X

a ι ana ι an

wo X die Stufenamplitude und al, Kl,..;*.an, Kn Funktionen der thermischen Widerstände und Kapazitäten R1, C1,....JRn, Cn sind.where X is the step amplitude and al, Kl, ..; *. an, Kn are functions of the thermal resistances and capacitances R1, C1, .... JRn, Cn are.

Berechnet man nun die Punktion:"If you now calculate the puncture: "

•(2) T1(tO=T(t)+a1.
erhält man:
(3) T1(t)- fl+K2(1-g und ~| +....+Kn(1-§£) und ^• (2) T1 (tO = T (t) + a1.
you get:
(3) T1 (t) - fl + K2 (1-g and ~ | + .... + Kn (1-§ £) and ^

Dieser Ausdruck ist dem (1) durchaus ähnlich, nur daß das Glied für die erste Exponentialfunktion fehlt. Wenriman" dann die Funktionen T2(t), _T3(t),....Tn(t) nach demielben Prinzipien berechnet, stellt man dss Fehlen der Exponentialwerte von der ersten bis zu der η-ten Ordnung fest, so daß:This expression is quite similar to (1), only that the term for the first exponential function is missing. Wenriman " then the functions T2 (t), _T3 (t), .... Tn (t) according to demielben Calculating principles, one finds the absence of exponential values from the first to the η-th order, so that:

Tn(t) = X ' - .Tn (t) = X '-.

In Fig. 2 ist eine Schaltung dargestellt, die in der "Lage ist, die soeben beschriebene Funktion zu verwirklichen«.FIG. 2 shows a circuit which is "able to implement the function just described".

Dem Eingang 21. wird die Funktion T(t) zugesandt, d.h; öle Temperatur des Fühlgliedes 13. Der Block 22 ist ein Abzweignet a für die Funktion T(t)u.nd ist dazu in der lage, die Große al zu vervielfachen.' Der Block 23 stellt ein summierendes Netz dar, an dessen Ausgang die Funktion T1(t) steht. Ordnet man nun eine Anzahl η solcher Gruppen in Kaskadenschaltung an, bo erhält man am Ausgang 24 des η-ten Summierers die Function Tu(t)=X, d.h. eine zur Werkstücktemperatur verhältnisgleiche Größe.The function T (t) is sent to input 21. i.e. oil temperature of the sensing member 13. The block 22 is a branch set a for the function T (t) u.nd is able to do this, the Great to multiply al. ' The block 23 represents a summing Network, at the output of which the function T1 (t) is available. If one now arranges a number η of such groups in a cascade connection an, bo is obtained at output 24 of the η-th adder the function Tu (t) = X, i.e. one that is proportional to the workpiece temperature Size.

Dieser Gedankengang kann auf den allgemeinen Fall ausgedehnt Verden, in dem die verteilte Wärmekapazität sovrie die Tetsache berücksichtigt wird, daß die Wärmeleitung in den verschiedenen Abschnitten des Tasters 12 veränderlich ist.This train of thought can be extended to the general case in which the distributed heat capacity is sovrie the fact that the heat conduction in the various sections of the button 12 is variable is taken into account.

209843/0840209843/0840

In diesem Fall läßt sich das Variationsgesetz der Temperatur X(t) des Werkstückes 11 durch die Lösung einer linearen, unhomogenen Differentialgleichung errechnen, deren konstante Koeffizienten der Ordnung η von der Art: x(t)-Ho.T(t)+Hi. In this case, the law of variation of temperature Calculate X (t) of the workpiece 11 by solving a linear, inhomogeneous differential equation whose constant Coefficients of order η of the type: x (t) -Ho.T (t) + Hi.

sind. Diese Beziehung gilt für jedes beliebige thermische Variationsgesetz des Werkstückes 11. Es folgt daraus, daß es möglich ist, auf die Temperatur X(t) des Werkstückes 11 zurückzugehen, wenn man das Änderungsgesetz T(t) der Temperatur des Fühlgliedes 13 sowie·dessen verschiedene Derivierte? bis zur η-ten Ordnung kennt.are. This relationship applies to any thermal law of variation of the workpiece 11. It follows that it is possible to go back to the temperature X (t) of the workpiece 11 using the law of change T (t) of the temperature of the feeler member 13 and · its various derivatives? knows up to the η-th order.

In Fig. 3 ist eine elektrische Schaltung dargestellt, die diese Funktion verwirklicht. An dem Eingang 31 wird die dem Fühlglied entnommene Funktion T(t) angelegt. Vom Eingang 31 geht die Funktion T(t) auf einen Block 32 über, der sie mit HO multipliziert, und auf einen Block 33» der daraus die Derivierte ableitet und sie mit H1 multipliziert. Der Ausgang der beiden Blöcke 32 und 33 wird dann su einem Ausgang 34 geleitet. Der Ausgang des Blockes 33 wird außerdem zu einem Block 35 geleitet, der in der Lage ist, die Derivierte abzuleiten und mit H2/H1 zu multiplizieren. Wenn man ein ähnliches Verfahren bis zu einem η-ten Block fortsetzt, erhält man am Ausgang 3^ die Funktion X(t), wie in der Gleichung 4· ausgedrückt.In Fig. 3, an electrical circuit is shown that realizes this function. At the input 31 is the The function T (t) taken from the feeler is applied. The function T (t) passes from input 31 to a block 32 which it multiplied by HO, and to a block 33 »which derives the Derivative and multiply it by H1. The exit of the two blocks 32 and 33 then becomes an output 34 headed. The output of block 33 also becomes directed to a block 35 capable of converting the derivative derive and multiply by H2 / H1. If one continues a similar procedure up to an η-th block, one obtains at output 3 ^ the function X (t), as in equation 4 expressed.

Je nach der gewünschten Annäherung ist zu entscheiden, welches die kleinste n-Zah.l sein soll. Es ist nämlich klar, daß die Annäherung umso besser wird, je kleiaer^die Stärke der Elemente 12a, 12b,....12n ist. ' "Depending on the desired approximation, a decision has to be made which should be the smallest n-number. Because it is clear that the smaller the strength, the better the approach of elements 12a, 12b, .... 12n. '"

Claims

PATENT CLAIMS

Device for the instantaneous temperature measurement of a corpora by a sensor, in particular for the temperature measurement of workpieces during a measurement process, because by fc'uKenn & ejnet that <ir; n ^ appoint : .c FiihlgJAed iia interior

7Q9843/0840 _ΛΙΜΑ.7Q9843 / 0840 _ΛΙΜΑ .

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

s · s

of an organ of the measuring device is arranged, this organ brought into contact selectively with the workpiece in question will.

2. Device according to claim 1, characterized in that that electrical means for reducing the thermal inertia of the Pühl member and the mentioned contact member formed system are provided.

3 device according to claim 2, characterized in that that the aforementioned means to reduce the Thermal inertia Means for receiving the time change set the temperature of the sensing member, means for deriving the derivatives up to a preselected η-th order and means for combining these functions, including this combination the law of temperature change on the measuring body is determined univok.

4. Device according to patent claim 3 _5, in which the law of variation of the temperature to be measured is given a step function, characterized by a plurality of series-connected circuits, at the input of which the function of the temperature resulting from the I? Ühl member is applied, each of the aforementioned current circuits is suitable to form a linear combination of the input function and the derivatives of the same puncture.

5. Device according to claim 1, characterized in that that the aforementioned contact member is subdivided into any n small elements, each of which is the thermal The capacity and the test resistance can be determined, the temperature of the workpiece being determined by the known law of variation the temperature of the sensing element and its derivatives can be determined up to the nth order and the coefficients of these functions are a combination of the thermal capacities and resistances of the elements.

6. _m device according to claim 1, characterized in that the contact member is able to carry out the control of a measure of the checked workpiece at the same time.

BAD ORIGfNAL

_; -c -209843/0840 _; -c -209843/0840

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