DE2528575C3 - - Google Patents
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- G01—MEASURING; TESTING
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- G01R33/12—Measuring magnetic properties of articles or specimens of solids or fluids
- G01R33/18—Measuring magnetostrictive properties
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs I.
Mechanisch schwingende Stäbe werden insbesondere in Oszillatoren oder elektromechanischen Frequenzfiltern benutzt.
Bekanntermaßen besitzt ein freier ferromagnetischer
Stab genau definierte mechanische Schwingungsfrequenzen, die eine unendliche Folge von diskreten
Werten /i, f2 ... f„ bilden. Für n=\ ergibt sich die
Grundschwingung, in welcher der Stab in einer Halbwelle schwingt. Für n = 2 ergibt sich die Harmonische zweiter Ordnung, wobei der Stab in einer Vollwelle
schwingt usw. Die Schwingungsfrequenz des Stabes
hängt von seinen geometrischen Parametern ab, insbesondere von seiner Länge, wenn der Durchmesser
klein im Verhältnis zur Länge ist Genauer gesagt, ist die Schwingungsfrequenz umgekehrt proportional zur
Länge des Stabes,
Zur Messung der Frequenz benutzt man gewöhnlich das Phänomen der Magnetostriktion, genauer gesagt
die direkte Wirkung des longitudinalen Joule-Effekts, nach welchem jede Anlegung eines magnetischen
Feldes oder Veränderung eines angelegten Feldes bei einem ferromagnetischen Stab eine Veränderung der
Länge, d.h. eine longitudinal Druckwelle erzeugt.
Dieser Effekt wird insbesondere zur Schall- oder Ultraschallerzeugung benutzt
Der Stab, dessen Schwingungsfrequenz gemessen werden soll, wird einem magnetischen Feld unterworfen, das mit einer veränderlichen Frequenz f moduliert
ist Durch den Joule-Effekt beginnt der Stab longitudinal mit der Frequenz /zu schwingen. Wenn diese Frequenz
/in den Bereich einer der Eigenschwingungsfrequenzen des Stabes kommt, beobachtet man ein Resonanzphänomen, und die Schwingungsampliiude des Stabes
nimmt erheblich größere Werte (100- bis lOOÖmal so
groß) als diejenigen an, die durch den Joule· Effekt
außerhalb der Resonanzfrequenz bewirkt werden. Der Wert /des überlagerten Wechselfeldes ergibt hierbei
den Wert der gemessenen Frequenz.
Wenn man eine gewünschte Schwingungsfrequenz erzielen möchte, berechnet man die entsprechende
Länge des Stabes, stellt einen ersten Rohling mit angenäherten Abmessungen her und ändert danach die
Länge durch nachfolgende Überarbeitungen, während man die Schwingungsfrequenz des Stabes nach jedem
Überarbeitungsvorgang mißt
Aus der DE-AS 11 15 470 ist es beispielsweise
bekannt die Eigenfrequenz eines stabförmigen Testkörpers zu ermitteln, der durch äußere Einwirkung zum
Schwingen angeregt wird. Dabei wird der stabförmige Testkörper auf zwei Tastspitzen von zwei elektromechanischen Wandlern aufgesetzt, wovon der eine durch
die eine Tasts^itze den stabförmigen Testkörper zum Schwingen anregt, während die anderen Tastspitze mit
dein zweiten magnetostriktiven Wandler verbunden ist, an den ein Empfänger angeschlossen ist. Durch die
körperliche Verbindung zwischen dem Teststab und den Tastspitzen und damit auch den Verbindungsarmen von
den Tastspitzen zu den Stäben der magnetostriktiven Wandler besteht die Gefahr einer großen Dämpfung
der vom Teststab ausgeführten Eigenschwingungen und zugleich einer Verfälschung der genauen Eigenfrequenz,
die nur dann gering bleibt, wenn, wie im gezeigten Ausführungsbeispiel nach Fi g. 1 der genannten Druckschrift, nur Eigentorsionsschwingungen des Teststabes
abgenommen werden sollen. Aus der genannten Druckschrift ist es ferner bekannt, zur Einstellung der
Eigenfrequenz des Teststabes, diesen durch Druckluft gegen eine Schleifscheibe zu drücken und ihn in seiner
Länge durch Abschleifen zu verkürzen. Die Verkürzung durch Abschleifen an einer Stirnfläche des Teststabes
erfolgt dabei allerdings nur zwischen den Messungen der Eigenfrequenz des Teststabes. Es wechseln sich also
Meß- und Bearbeitungsvorgang ab.
Ausgehend von dieser bekannten Einrichtung ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung anzugeben, die einen hohen Grad an mechanischer
Entkopplung des Sisbes gewährleistet und hierdurch eine sehr genaue Eigenschwingungsfrequenzmessung
ermöglicht.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der int Anspruch I gekennzeichneten Einrichtung, Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
• Aus der DE-AS 11 73 266 ist zwar bereits eine
Einrichtung bekannt, die ebenfalls mit einem berührungsfrei schwebend in einem Magnetfeld angeordneten Stab arbeitet; diese Einrichtung gibt jedoch insofern
keinen Hinweis auf die erfindungsgemäße Einrichtung,
in als dort nicht die Eigenfrequenz dieses berührungsfrei
aufgehängten Stabes gemessen werden soll, sondern die Frequenz der Relativbewegung dieses Stabes zu einem
Gehäuse der Vorrichtung, wenn diese mit einem zu messenden Musterkörper in Verbindung gebracht wird.
ι > Ferner ist es aus der GB-PS 1302 941 bereits bekannt
im Zusammenhang mit einer Resonanzfrequenzmessung bei einem Aufschlagdetektor einen frequenzselektiven Verstärker zu verwenden.
Die Erfindung geht von dem Phänomen der
.·» Magnetostriktion aus, benutzt aber den umgekehrten
Effekt des longitudinalen Joule-Efr,V.ts, d.h. den
Villari-Effekt nach welchem die Erzei'jung einer
Druckwelle oder eine Änderung der natürlichen Länge eines ferromagnetischen Stabes die Magnetisierung
r> dieses Stabes hervorruft
Dieser Effekt wird insbesondere zum Empfang und Nachweis von Ultraschall benutzt Hierbei wird der
Stab in einer Spule angeordnet Die die Ultraschallwelle begleitende Druckwelle übt einen Wechselzug aus,
in dessen Amplitude gleich derjenigen der Druckwelle ist
Infolge der sich ergebenden Längenänderungen erhält der Stab eine Wechselmagnetisierung, die in der
den Stab umgebenden Spule eine Wechselspannung gleicher Frequenz induziert
i, Ausführungsbeispiele werden anhand der Figuren
erläutert. Es zeigt
F i g. 1 ein Prinzipschema, teilweise im Schnitt, einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung zum Messen
der Frequenz eines metallischen Stabes,
m Fig.2 eine abgewandelte Ausführungsform der
Vorrichtung gemäß Fi g. 1 und
F i £. 3 ein Prinzipschema, teilweise im Schnitt, einer
Vorrichtung zum Messen und Einstellen der Frequenz eines metallischen Stabes.
Ii In den Figuren sind identische Elemente mit den
gleichen Bezugszeichen versehen. Wie in aen Figuren, insbesondere in Fig. 1 dargestellt ist, ist ein Stab 1,
dessen Frequenz gemessen werden soll, in einem isolierenden vertikalen Zylinder 2 angeordnet, in dessen
,(ι Innenraum er ohne Reibung gleiten kann.
Die Kraft, welche den Stab 1 in der Schwebe hält, wird von einer pneumatischen Einrichtung erzeugt, die
im wesentlichen eine Druckluftquelle 6, deren Förderung und Druck konstant sind und auf einen
Vi gewünschten Wert geregelt werden können, und einen
Verteilerblock 5 aufweist, der einerseits mit der Druckluftquelle 6 und andererseits mit einem in die
Atmosphäre mündenden Ausströmungssystem in Verbindung steht. Dieser Verteilerblock 5 ist am unteren
so Teil des isolierenden Zylinders 2 über ein Verbindungselement 7 angebracht, das einen kreisförmigen Hohlraum 8 aufweist, in welchen das untere Ende des
isolierenden Zylinders 2 und das obere Ende eines zentralen Verbindungsrohres 9 sowie ein Ende mindest-
,, ens eines seitlichen Verbindungsrohres 50 münden,
dessen anderes Ende m die freie Luft mündet. Das zentrale Verbindungsrohr 9, welches im Verteilerblock
5 angeordnet ist, ist vertikal und mit dem Zentrum des
isolierenden Zylinders 2 ausgerichtet und befindet sich daher direkt unter dem Stab 1.
Bei dieser ersten Ausführungsform werden die Mittel zur Schwingungserregung des Stabes 1 von einem
Hammer 53 gebildet, der um eine feste Achse 54
schwenkbar ist und durch irgendwelche geeigneten Mittel 55, z. B. einen Elektromagneten, der einen mit
dem hinteren Ende des Hammers verbundenen Tauchmagnetkern enthält, betätigt.
Der Schlag des Hammers 53 auf die Spitze des Stabes 1 läßt diesen schwingen und in dem vertikalen
Verbindungsrohr 9 hinuntergehen. Aufgrund des Drukkes, welcher von der von der Quelle 6 kommenden
Druckluft ausgeübt wird, wird die Geschwindigkeit des Stabes im unteren Teil des Rohres auf Null reduziert
und der Stab steigt zu seiner Gleichgewichtsposition zurück.
Das zentrale Verbindungsrohr 9 ist rechtwinklig gekröpft und verlängert sich in einem horizontalen
Kanal 51, der an die Druckluftquelle 6 angeschlossen ist. Der Boden dieses zentralen Verbindungsrohres ist auf
dem Niveau des Knies mit einem elastischen Anschlag 52 versehen, von dem der Stab gegebenenfalls
zurückprallen kann, wenn er in Bewegung gesetzt wird.
Die Verbindungsrohre 9 und 50 dienen jeweils zur Zufuhr und Abfuhr von Druckluft aus der Quelle 6. Die
horizontalen Verbindungsrohre 50 sind im Verbin-Jungselement 7 angeordnet und ihre Position bestimmt
die Gleichgewichtsposition des Stabes 1 im isolierenden Zylinder 2. Ihre Anzahl und/oder ihre Abmessungen
sind sehr wichtig, um ein freies Ausströmen ohne Hindernisse zu ermöglichen.
Eine um den isolierenden Zylinder 2 angeordnete Spule 40, deren Versorgung nicht gezeigt ist, erzeugt ein
konstantes Magnetfeld um den Stab 1. Diesem konstanten Magnetfeld überlagert sich das magnetische
Wechselfeld, das durch die Schwingung des Stabes erzeugt wird, wenn er vom Hammer getroffen wird. Die
Ausgangsklemmen 41, 42 der Spule 40 sind mit den Eingängen eines Verstärkers 43 verbunden, dessen sehr
schmaler Durchlaßbereich um eine Frequenz zentriert ist. die von der Größenordnung derjenigen Frequenz
der Stäbe ist, deren Schwingungsfrequenz man messen möchte. Diesem Verstärker 43 folgt ein Bandfilter 44.
Das Ausgangssignal des Bandfilters 44 wird auf eine Vorrichtung 56 gegeben, die eine Frequenzmessung
erlaubt.
In der dargestellten Ausführungsform wird die Vorrichtung 56 von einem Frequenzmesser gebildet, der
die Frequenz der an den Klemmen 41 und 42 der Spule induzierten Spannung mißt, die ihm über den Verstärker
43 und den Filter 44 jedesmal dann übermittelt wird, wenn der Stab in Schwingung versetzt wird und sich auf
dem Niveau der Spule 40 befindet, d.h. in einem konstanten Magnetfeld angeordnet ist, sei es beim
Abstieg sei es beim Aufstieg, nachdem er auf den elastischen Anschlag aufgeschlagen ist oder nicht.
Bei einer nicht dargestellten abgeänderten Form dieses Ausführungsbeispiels, vorausgesetzt, der Stab 1
fällt in dem zentralen Verbindungsrobr hinab und verläßt daher das konstante Magnetfeld, kann der
Frequenzmesser durch einen Zeitmesser ersetzt werden, der die Zeit mißt, die notwendig ist, um eine
vorbestimmte Anzahl von Null-Durchgängen des an den Klemmen der Spule anstehenden Signals, wenn der
Stab diese durchquert, zu zählen, wodurch sich eine Messung der Frequenz ergibt.
In F i g. 2 ist eine zweite Ausführungsform dargestellt,
in welcher die äußere Einwirkung zur Schwingungserre gung des Stabes durch einen Elektroschock verursacht
wird. Zu diesem Zweck ist um die erste Spule 40 eint zweite Spule oder Hilfsspulc 57 angeordnet. Diese
Hilfsspulc wird von einem Impulsgeber 58 gespeist. Die
anderen Elemente und Schaltungen sind mit denen dei ersten Ausfuhrungsform identisch und sind mit der
gleichen Bezugszeichen versehen, wobei ihre Funktionsweise ebenfalls identisch ist.
Bei dieser Ausführungsform wird die Schwingung de; Stabes 1 durch Anlegen eines Impulses stärket
Intensität und kurzer Dauer, der von einem Impulsgebei bekannter Bauart geliefert wird, an die Hilfsspulc 57
hervorgerufen. Der resultierende F.lektroschock läßl
den Stab schwingen, ohne daß er den isolierender Zylinder verläßt, so daß am Boden des Verbindungsrohres
9 kein Anschlag mehr erforderlich ist. Die Frequenz der an den Klemmen der Spule 40 auftretender
Spannung wird von dem Frequenzmesser 56 nachgewiesen, nachdem diese Spannung vom Verstärker 43
verstärkt und vom Filter 44 gefiltert worden ist.
Bei cin'jr abgeänderten Ausführungsform kann die
elektrische Erregung des Stabes dadurch erzielt werden daß anstelle eines kurzen Impulses großer Intensität an
di? Ililfsspule 57 ein stromveränderlicher Frequen? angelegt wird. Weiterhin kann man auch die Hilfsspulc
weglassen und den Stab dadurch zum Schwinger erregen, daß man der Versorgung der erste," Spule 4C
eine Spannung veränderlicher Frequenz überlagert.
In Fig.3 ist ein vollständigeres Ausführungsbeispiel
dargestellt, mit welchem nicht nur die Messung der Schwingungsfrequenz eines metallischen Stabes möglich
ist, sondern mit welcher ebenfalls die Länge eingestellt werden kann, um einen gewünschter
Frequenzwert zu erzielen.
Wie in den F i g. 1 und 2 ist der Stab 1. dessen Länge
gegebenenfalls eingestellt werden soll, in einerr isolierenden vertikalen Zylinder 2 angeordnet, in desser
Innerem er ohne Reibung gleiten kann. Oberhalb diese·
Zylinders 2 ist ein Werkzeug 3 angeordnet, das zut Veränderung der Länge des Stabes benutzt wird
Beispielsweise kann eine Drehschleifscheibe 3 benutzi werden, die auf der Abtriebswelle eines Motors 4 mil
üblicher Drehzahl gelagert ist. Bei einer abgewandelter Ausführungsform kann die Schleifscheibe durch eine
ebene Oberfläche ersetzt werden.
Das Meßsystem der Frequenz, das von der Spule 40 dem Verstärker 43 und dem selektiven Filter 44 gebildel
wird, ist mit dem in den Fig. 1 und 2 dargestellter System identisch.
Im Gegensatz dazu wird im vorliegenden F?'l das
Ausgangssignal des Filters 44 auf einen Eingang 45 eines Vergleichers 48 gegeben, dessen anderer Eingang 46 ein
Referenzsignal empfängt, das von einer Referenzquelle 47 geliefert wird. Das Ausgangssignal des Vergleichers
48, das auf der Leitung 49 erscheint, wird zur Steuerung der pneumatischen Einrichtung, welche den Stab
freischwebend hält, derart benutzt, daß es die Wechselwirkung zwischen dem Werkzeug 3 und dem
oberen Ende des Stabes 1 steuert.
Diese pneumatische Einrichtung besteht im wesentlichen aus einer Druckluftquelle 6 mit konstantem und
regelbarem Durchfluß und Druck und aus einem Verteilerblock 5, welcher mit dem unteren Ende des
isolierenden Zylinders 2 über ein Verbindungselement 7 verbunden ist, das einen inneren kreisförmigen Hohlraum
8 aufweist, in welchen direkt das untere Ende des isolierenden Zylinders 2 und das obere Ende eines
zentralen Verbindungsrohres 9 und eines seitlichen Verbindungsrohres 10 einmünden. Das zentrale Verbindungsrohr 9 mündet in der Verlängerung des isolierenden Zylinders ein und kann durch Mittel an die
Druckluftquelle angeschlossen werden, die im nachfolgenden beschrieben werden.
Das seitliche Verbindungsrohr 10 ist seitlich geneigt und r.iündet auf der oberen Stirnfläche des Blockes auf
einer Seite des zentralen Verbindungsrohres 9. Das zentrale bzw. seitliche Verbindungsrohr 9 bzw. 10 dient
jeweils der Zufuhr bzw. Ht Abfuhr der vovi der Quelle 6
kommenden Druckluft. Das untere Ende des zentralen Verbindungsrohres 9 endet in einem zentralen Hohlraum M, an dessen Boden eine Auflagestütze 12
angeordnet ist, die verhindert, daß der Stab zur Seite fällt, indem sein oberes Ende mit dem zentralen
Verbindungsrohr in Eingriff gehalten wird, wenn der Stab sich in der unteren Position befindet. Dieser
zentrale !'ohlraurri '■! steht einerseits mit einem ersten
seitlichen Hohlraum 13 über einen Kanal 14 und andererseits mit einem Kanal 15 in Verbindung, der
seinerseits mit einer ersten Abfuhrleitung 16 in Verbindung steht, die einen Durchflußregler 37 enthält.
Der seitliche Hohlraum 13 enthält eine Vorrichtung 18
zur Durchflußregelung, hier von einer Madenschraube dargestellt, und steht über einen Kanal 19 mit einer
Druckluftzufuhrleitung 20 in Verbindung.
Das seitliche Verbindungsrohr 10 steht mit seinem unterem Ende mit einem zweiten seitlichen Hohlraum
21 in Verbindung, der eine Vorrichtung 22 zur Di .chflußregelung enthält, hier dargestellt von einer
Madenschraube, und der mit einem Kanal 23 in Verbindung steht, der seinerseits an eine zweite
Abfuhrleitung 17 angeschlossen ist.
Die Druckluftzufuhr erfolgt von der Hochdruckquelle 6 über ein Magnetventil 30, das normalerweise geöffnet
ist und an dessen Ausgang ein Filter 31 angeschlossen ist.
Das Ingangsetzen und das Anhalten der gesamten Vorrichtung erfolgt mit Hilfe der gestrichelt dargestellten Schaltverbindung 30', die in Reihe mit einem Ein-
und Ausschaltknopf angeordnet ist.
Der Filter 31 ist mit einem Druckregler 32 verbunden, dem seinerseits ein Durchflußregler 33 folgt. Der in der
Zufuhrleitung 20 existierende Druck wird von einem Manometer 34 überprüft. Das Ausströmen erfolgt über
ein zweites, normalerweise geschlossenes, selektiv gesteuertes Magnetventil 35, was hiernach gezeigt wird,
an welchem eine Abfuhrleitung 36, die durch die Vereinigung der Abfuhrleitungen 16 und 17 gebildet
wird, endet.
Die Vorrichtung weist darüber hinaus Einbaumittel des Stabes in seiner anfänglichen natürlichen Länge und
Ausbaumittel des Stabes in seiner endgültigen Länge auf, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung sind und
daher nicht beschrieben werden.
Nach der Beschreibung des Aufbaus der Vorrichtung wird nunmehr ihre Funktionsweise beschrieben.
Der Stab 1 in dem isolierenden Zylinder 2 wird an seinem unteren Ende einer konstanten Druckkraft
ausgesetzt, die notwendig und hinreichend ist, um ihn in
einer gegen die Schleifoberfläche abgestützten Lage zu halten.
Die Größe dieser Kraft, die von der dem zentralen
Hohlraum 11 zugeführten Druckluft herrührt und auf das untere Ende des Stabes aber das zentrale
Verbindungsrohr 9 einwirkt, wird mit Hilfe von verschiedenen Regelungsvorrichtungen 32, 33 in der
Zuführleitung 20 und mit Hilfe der Madenschraube 18
geregelt.
Auf das obere Ende des Stabes 1 übt jedes Schleifkorn
der Scheibe, solange der Stab in Berührung mit der
Scheibe ist, eine Druckkraft aus, die als konstant
angenommen werden kann. Die Vereinigung all dieser individuellen Kräfte ergibt jedoch eine resultierende
zufällige Kraft, die entsprechend dem Aufbau des Stabes variiert.
to Aufgrund dieser zufälligen Kraft schwingt der Stab in irgendeinem Vielfachen oder Untervielfachen der
Eigenfrequenz des Stabes, für die an dem Ende des Stabes ein Schwingungsknoten auftritt. Die Schwingungsfrequenz verändert sich gleichzeitig mit der
Länge, und zwar in einer umgekehrt proportionalen Weise.
Die mechanische Schwingung des Stabes erzeugt eine
Wechselmagnetisierung dieses Stabes, welche eine Wechselspannung gleirhpr Frequenz an den Klemmen
der auf dem isolierenden Zylinder 2 angeordneten Spule 40 induziert.
Wenn diese Frequenz, welche in dem Maße ansteigt, in welchem die Länge des Stabes sich verringert, den
unteren Schwellwert des Verstärkers 43 erreicht, liefert
dieser ein Ausgangssignal, das dem Bandfilter 44
übertragen und dann auf den Eingang 45 des Vergleichers 48 gegeben wird. Dieser Vergleicher 48
empfängt andererseits an seiner Klemme 46 ein Referenzsignal, das der gewünschten Schwingungsfre
quenz entspricht. Solange die Schwingungsfrequenz
unterhalb des gewünschten Wertes bleibt, bleibt das an der Klemme 45 anliegende Signal unterhalb des
Schwellwertes, der durch die Referenzquelle 47 vorbestimmt ist, und der Vergleicher 48 liefert kein
Ausgangssignal auf die Leitung 49. Das Magnetventil 35 wird daher nicht angeregt und bleibt geschlossen.
Folglich kann die auf der Leitung 20 ankommende Druckluft nicht entweichen und fährt fort, auf das untere
Ende des Stabes einzuwirken, um den Stab in Berührung
mit der Schleifoberfläche zu halten. Wenn die
Schwingungsfrequenz gleich dem gewünschten Wer. oder größer wird, ist das Ausgangssignal des Vergleichers 48 nicht mehr Null und steuert die öffnung des
Magnetventils 35. Durch Öffnung dieses Magnetventils
wird die Abfuhrleitung 36 mit der Atmosphäre in
Verbindung gebracht. Dies hat eine wesentliche Verringerung der Kraft zur Folge, die auf das untere
Ende des Stabes einwirkt, da die Druckluft nunmehr einerseits über das seitliche Verbindungsrohr 10, den
so seitlichen Hohlraum 21 und die Leitung 17 und andererseits über den zentralen Hohlraum 11, den
Kanal 15 und die Leitung 16 entweichen kann. Der Stab 1 geht daher in seine untere Stellung über, in welcher er
nicht mehr in Berührung mit der Schleifoberfläche ist.
Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform kann die pneumatische Kraft mit zwei Werten, die es
ermöglichen, den Stab in einer oberen und einer unteren Stellung zu halten, dadurch erzielt werden, daß das
Einlaßmagnetventil 30 mit Hilfe des Ausgangssignals
des Vergleichers 48 derart gesteuert wird, daß es einen
Druck schafft, welcher den Stab in seiner oberen Position in Abwesenheit des Ausgangssignals des
Vergleichers hält, und daß es den Druck bei Auftreten eines Ausgangssignals am Vergleicher derart unter
bricht, daß der Stab in seine untere Position übergeht,
wobei das Ausströmen bei Atmosphärendnick oder einem anderen Druck geschieht.
Die vorliegende Erfindung schafft also ein einfaches
LD ΛΟ Dl D
Mittel zum Messen der Schwingungsfrequenz eines metallischen Stabes. Darüber hinaus erlaubt die
Erfindung in dem Falle, in welchem die gemessene Frequenz nicht der gewünschten Frequenz entspricht,,
eine einfache automatische Einstellung der Größe des Stabes, um die gewünschte Schwingungsfrequenz zu
erzielen.
Die Schwingufgsfrequenz des Stabes entspricht um
so besser dem gewünschten Wert, je schmaler der Durchlaßbereich des selektiven Verstärkers ist. Darüber
hinaus kann mit einem schmalen Durchlaßbereich vermieden werden, daß im Frequenzgang des Verstärkers
Schwingungsfrequenzen der anderen möglichen Schwingungsarten mit Frequenzen, die vielfache der
zentralen Frequenz des verstärkten Bandes sind, vermischt werden. Hierdurch erhält man ein gutes
Signal-Rauschverhältnis, in der Größenordnung von 10, was in der Praxis ausreichend ist.
Der ferromagnetische Stab kann ζ. B. die Form eines Zylinders mit einem Durchmesser von 4,5 mm und einer
Länge von 19 mm aufweisen. Der Druck der Druckluftquelle ist ungefähr 2 Bar und das Ausströmen findet bei
Atmosphärendruck statt. Der Abstand zwischen dem unteren Ende des isolierenden Zylinders und der oberen
Fläche des Verteilerblockes liegt in der Größenordnung von 1 mm. Andererseits ist das Spiel zwischen dem Stab
und dem isolierenden Zylinder in der Größenordnung von Vioo mm. Dieses Spiel kann größer sein, wenn man
to es wünscht, ohne hierbei 0,2 mm zu übersteigen.
Die Rotationsgeschwindigkeit des Scheibenträgers und der Durchmesser dieses Trägers sollten derart
geregelt sein, daß die Geschwindigkeit der Scheibe auf der Höhe des Stabes zwischen 1 m/s und 25 m/s liegt.
Die Geschwindigkeit sollte möglichst 23 m/s betragen.
Der Durchlaßbereich mit 3 db des selektiven Verstärkers hängt von der für die Regelung der Frequenz
gewünschten Genauigkeit ab und entspricht z. B. 0,01% des gewünschten Frequenzwertes.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (11)
1. Einrichtung zum Messen und gegebenenfalls zum Verändern der Eigenschwingungsfrequenzen
eines metallischen Stabes, der innerhalb eines vertikalen Zylinders verschiebbar ist, insbesondere
eines ferromagnetischen Stabes, mit einer die Eigenschwingungen des Stabes erzeugenden Erregeranordnung, einem Wandler zum Umformen
der mechanischen Eigenschwingungen des Stabes in elektrische Signale, einer dem Ausgang des Wandlers nachgeordneten Frequenzmeßeinheit sowie mit
einer pneumatischen Vorrichtung zum Beaufschlagen des Stabes, dadurch gekennzeichnet,
daß der Stab (1) während der Messung mittels der pneumatischen Vorrichtung (5—9) frei schwebend
im Zylinder (2) und innerhalb eines konstanten Magnetfeldes gehalten ist, daß der Ausgang des
Wandlers durch die Klemmen (41, 42) einer Induktionsspille (40) gebildet ist, dem eine Schaltung
(43, 44) zur Aussonderung von Meßsignalen mit Frequenzen im Bereich der zu messenden Eigenschwingungsfrequenzen des Stabes (I) nachgeschaltet isL
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pneumatische Vorrichtung eine
Druckluftquelle (6) mit konstantem und regelbarem Durchfluß und Druck und einen Verteilerblock (5)
aufweist, der mit dem unteren Teil des isolierenden, den Stab (1) enthaltenden Zylinders (2) über ein
Verbindungselement (7) mit einem inneren kreisförmigen Hohlrau.n (8) verbunden ist, in welchen direkt
das untere Ende des iso'ierend^ j Zylinders (2) und
das obere Ende eines zentralen Luftzufuhrverbindungsrohres (9), das in Verlanget- wig des isolierenden Zylinders (2) angeordnet ist und mit der
Druckluftquelle (6) verbunden werden kann, und mindestens ein seitliches Abfuhrverbindungsrohr
(50), das die Gleichgewichtslage des Stabes (1) bestimmt, einmünden.
3. Einrichtung nach den Ansprüchen I und 2 zum Messen der Eigenschwingungsfrequenz, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Aussonderung von Meßsignalen einen selektiven Verstärker
(43) sowie ein nachgeschaltetes selektives Filter (44) aufweist
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Schwingungserregung des
Stabes (1) vorgesehene Erregeranordnung aus einem Hammer (53) besteht, der auf das obere Ende
des Stabes (I) schlägt, und daß das zentrale Verbindungsrohr (9) Mittel aufweist, um die
Abwärtsbewegung des Stabes (I) unter der Einwirkung des Hammers (53) zu begrenzen.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die MiUeI zur Begrenzung der
Abwärtsbewegung aus einem Knie des zentralen Verbindungsrohres (9) bestehen, und daß der Boden
des Verbindungsrohres (9) auf dem Niveau des Knies mit einem elastischen Anschlag (52) versehen ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Schwingungserregung des
Stabes (I) vorgesehene Erregeranordnung aus einer zweiten Spule (57) besieht, welche die erste Spule
(40) umgibt und mit einem Impulsgeber (58) verbunden ist. der in die zweite Spule (57) einen
Impuls großer Intensität und sehr kurzer Dauer schickt.
7. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzmeßeinheit (56) aus einem
Zeitmesser besteht, der die Zeit mißt, welche notwendig ist, um eine vorbestimmte Anzahl von
ι Null-Durchgängen des an den Klemmen (41,42) der
Induktionsspule (40) auftretenden Signals zu zählen.
8. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2 zum Messen und Verändern der Schwingungsfrequenz
zur Erzielung eines gewünschten Wertes, dadurch
i» gekennzeichnet, daß die zur Schwingungserregung
des Stabes (1) vorgesehene Erregeranordnung aus einem Schleifwerkzeug in Form einer Schleifscheibe
(3) besteht, die sich in einer horizontalen Ebene dreht, daß die Schleifscheibe in der Nähe des oberen
ι '■ Endes des Zylinders (2) angeordnet ist, und daß
außerdem ein Vergleicher (48) vorgesehen ist, der den gemessenen Frequenzwert mit dem gewünschten Wert vergleicht und dessen Ausgangssignal die
Wechselwirkung zwischen dem Werkzeug (3) und
-1H dem Ende des Stabes (1) steuert, indem es die
Öffnung und Schließung des zentralen Luftzufuhrverbindungsrohrs (9) und des seitlichen Abfuhrverbindungsrohres (10 der hydraulischen Einrichtung
steuert, je nachdem, ob der gewünschte Wert
-·· erreicht ist oder nicht.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende des zentralen
Verbindungsrohres (9) in einen zentralen im Verteilerblock (5) angeordneten Hohlraum (11)
«ι mündet, der einerseits mit einem ersten seitlichen
Hohlraum (13), der an die Druckluftquelle (6) konstanten Druckes angeschlossen ist und eine
Durchflußregelvorrichtung (18) enthält, angeschlossen ist, und andererseits mit dem Abfuhrsystem in
i> Verbindung steht, während das untere Ende des
seitlichen Verbindungsrohres in einen zweiten seitlichen im Verteilerblock angeordneten Hohlraum mündet, der mit dem Abfuhrsystem in
Verbindung steht und eine Durchflußregelvorrich-
Ii tung (22) enthält.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußregelvorrichtungen aus Madenschrauben (18,22) bestehen.
11. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch
r> gekennzeichnet, daß die Induktionsspule (40) auf
dem oberen Teil des isolierenden Zylinders (2) in einer Stellung, die der oberen Stellung des Stabes (1)
entspricht, angeordnet ist, und daß das seitliche Verbindungsrohr nn einer Stelle, welche die untere
>» Stellung des Stabes definiert, einmündet.
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Family
ID=26218418
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