DE2600154C2

DE2600154C2 - Verfahren und Einrichtung zum Messen der Dicke flächigen Guts mittels Schallwellen

Info

Publication number: DE2600154C2
Application number: DE2600154A
Authority: DE
Inventors: Nikolai Ivanovi&ccaron; Moskva Bra&zcaron;nikov
Original assignee: VSESOJUZNYJ NAUCNO-ISSLEDOVATEL'SKIJ I KONSTRUKTORSKIJ INSTITUT CVETMETAVTOMATIKA MOSKVA SU
Current assignee: VSESOJUZNYJ NAUCNO-ISSLEDOVATEL'SKIJ I KONSTRUKTORSKIJ INSTITUT CVETMETAVTOMATIKA MOSKVA SU
Priority date: 1976-01-05
Filing date: 1976-01-05
Publication date: 1982-08-26
Also published as: US4117732A; DE2600154A1; ATA981475A; GB1496060A; FR2339158A1; CH618008A5; AT389005B; FR2339158B1

Description

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Er enthält eine Quelle von Radioisotop-Strahlung und diesem und von der Temperatur des Strahls. Das führt

einen Empfänger für Radioisotop-Strahlung, die jeweils zu einem starken Anstieg von Meßfehlern der

an den beiden Seiten des Meßguts angeordnet sind, Materialdicke, die auf Änderungen der Schallgeschwin-

sowie einen elektronischen Messer, der an den digkeit mit der Temperatur zurückzuführen sind.
Empfänger angeschlossen ist 5 Die Ursache dafür liegt darin, daß für die gemäß der

Bei Verwendung dieses Dickenmessers z. B. zur Technologie erforderlichen Arbeitsluftspalte (Abstand

Messung von Walzblechen kann aus Sicherheitsgründen zwischen dem Sender und dem Empfänger der

die Radioisotop-Quelle nicht unmittelbar an den Walzen Schallschwingungen) die Zeit der Ausbreitung der

eines Walzwerkes angebracht werden. Schallschwingungen in Flüssigkeit um zwei Größenord-Das führt zu einer wesentlichen zeitlichen Verzöge- io nungen die zu registrierende Durchlaufzeit der Schwin-

rung der Information über die Dicke des Meßguts, die in gungen durch das flächige Meßgut übersteigt

den automatischen Regelkreis des Walzwerkes eingege- Deshalb verursacht sogar eine relativ unwesentliche

ben wird, was die Qualität des Walzgutes beeinträchtigt Änderung der Laufzeit von Schallschwingungen in

Außerdem erfordert die Anwendung dieses Dicken- einem Flüssigkeitsstrahl, hervorgerufen durch Tempemessers Schutzvorrichtungen und Lagerräume zur 15 raturändening, eine bedeutende absolute Änderung der

Unterbringung von Apparaturen oder der dazugehö- vollständigen Laufzeit, die mit der zu registrierenden

renden Radioisotop-Quelle bei Einstellung bzw. Repa- Durchlaufzeit der Schwingungen durch das Meßgut

ratur eines Produktionsaggregates, ζ. B. eines Walzwer- vergleichbar ist So z.B. beträgt die Laufzeit der

kes. Schwingungen in Flüssigkeit bei einer Gutstärke von Die in einem Dickenmesser zur Anwendung korn- 20 0,06 mm und einem Arbeitsluftspalt von 60 mm 40 με,

menden Radioisotop-Quellen sind teuer und haben und die zu registrierende Laufzeit im Meßgut 0,03 με.

zugleich eine kurze Lebensdauer, die auf eine Die temperaturbezogene Änderung der Ultraschall-Ge-

. beschränkte Halbwertzeit das zu.verwendenden Isotops _schwindigkeit in Wasser von ¹^ ^c/s erhöht die

zurückzuführen ist Das macht einen periodischen ⁰C
Austausch der Radioisotop-Quellen erforderlich, was 25 Laufzeit von Schwingungen in Flüssigkeit um

seinerseits den Betrieb des jeweiligen Dickenmessers 0,04 \is/°C, was etwa 130% Fehler/Grad beträgt

kompliziert und seine Verwendung verteuert. Durch Einführung der Temperaturkompensation

Bekannt ist ein Verfahren zum Messen der Dicke kann dieser Fehler lediglich verringert werden, es

flächigen Guts mittels Schallschwingungen (vgl. W. S. erscheint aber nicht möglich, eine akzeptable Genauig-Grebennik, Physikalische Grundlagen der Ultraschall- 30 keit infolge der zeitlich ungleichmäßigen und variablen

verfahren zur Dickenmessung, Seiten 11 — 12, Verlag Temperaturverteilung über die Länge des Flüssigkeits-

Maschinostrojenie, Moskau, 1968). Strahls zu erreichen. Demzufolge ist die Anwendung

Dieses Verfahren besteht darin, daß man durch ein dieses Verfahrens darauf beschränkt, daß keine

schalleitendes Medium, das ein Flüssigkeitsstrahl ist wesentlichen Änderungen der Temperatur der Raum-Schallschwingungen periodisch durch das Meßgut 35 luft zu beobachten sind.

annähernd senkrecht zu seiner Oberfläche schickt Es Bekannt ist eine Einrichtung zur Dickenmessung von

wird die Durchlaufzeit der Schallschwingungen durch flächigem Gut gemäß dem oben beschriebenen

das schalleitende Medium und durch das Meßgut z.B. Verfahren (vgl. ζ. B. SU- Erfinderschein 2 70 261).

mit Hilfe eines Phasenmessers gemessen und danach die Diese Einrichtung enthält einen Sender und einen Dicke des Meßguts ermittelt 40 Empfänger der Schallschwingungen, zwischen denen

Die Verwendung eines derartigen Verfahrens zur das Meßgut angeordnet wird. Die Arbeitsoberflächen

Messung flächigen Guts geringer Dicke führt jedoch des Senders und des Empfängers sind annähernd

auch zu bedeutenden Meßfehlern. Das ist darauf parallel zur Oberfläche des Meßguts gerichtet. An den

zurückzuführen, daß die absoluten Größen der zu Sender der Schallschwingungen wird ein Erregerspanregistrierenden Durchlaufzeiten von Schallschwingun- « nungsgeneratur angeschlossen. Die Einrichtung enthält

gen durch das Meßgut, das eine geringe Dicke aufweist, ebenfalls einen Messer. Dieser Messer besteht aus der

sehr gering sind (in einer Größenordnung von 10"⁸ s). Reihenschaltung eines Verstärkers, der an den Empfän-

Es sind außerdem bei dem oben beschriebenen ger angeschlossen wird, eines oszillographischen bzw.

Verfahren Fehler bei der Messung der Dicke zu phasometrischen Zeitmessers und eines Registriergeverzeichnen, die auf Bildung von stehenden Wellen so räts. Er enthält weiterhin ein Zeitverzögerungsglied, das

infolge der Reflexion von Schallschwingungen von der an den Zeitmesser und an den Generator angeschlossen

Oberfläche des Senders, des Empfängers und des ist

Meßguts und Überlagerung von reflektierten Schall- Die oben beschriebene Einrichtung kann jedoch nicht

schwingungen auf Schwingungen, die durch das Meßgut zum Messen flächigen Guts mit wesentlicher Änderung

durchgegangen sind, zurückzuführen sind. Zwecks 55 der Durchbiegung des Guts über seine Länge eingesetzt

Verminderung dieser Fehler ist es erforderlich, das werden. Das ist auf einen geringen Arbeitsluftspalt der

Meßgut in der Knotenstelle bzw. im Bauch der Einrichtung zurückzuführen, den der Abstand zwischen

stehenden Welle anzubringen, was durch den Einsatz dem Sender und dem Empfänger bildet Die Vergröße-

Von speziellen Vorrichtungen erreicht wird, die eine rung des Arbeitsluftspaltes dagegen führt zu einer

automatische Verschiebung des Senders und des 60 starken Vergrößerung der Fehler bei der Dickenmes-

Empfängers der Schallschwingungen in bezug auf das sung flächigen Guts. Das ist dadurch verursacht, daß der

Meßgut gewährleisten. Das kompliziert und verteuert oben beschriebene Messer jede Veränderung der

die Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zur vollständigen Laufzeit der Schallschwingungen zwi-

Dickenmessung. sehen dem Sender und dem Empfänger registriert.

Zugleich entstehen spührbare Fehler bei der Dicken- 65 Diese Änderung der Zeit kann sowohl durch Änderung

messung infolge der Abhängigkeit der Ausbreitungsge- der Dicke des Meßguts als auch durch Änderung des

schwindigkeit von Schallschwingungen in einem Flüs- Arbeitsluftspaltes der Einrichtung hervorgerufen wer-

sigkeitsstrahl und demzufolge auch ihre Laufzeit in den. Dadurch kann sogar eine äußerst geringe relative

Änderung des Spaltes zu einem bedeutenden Fehler bei der Dickenmessung führen. 2!um Beispiel xieht für den Spalt mit einer Breite von 60 mm dessen relative Änderung lediglich um 1/10000, d. h. um 0,006 mm, einen Meßfehler von etwa 10% bei einer Dickenmessung eines 0,06 mm starken Meßguts nach sich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Dickenmessung von flächigem Gut mittels Schallschwingungen sowie eine einfach aufgebaute Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben, die eine erhöhte Meßempfindlichkeit auch bei geringerer Dicke sowie Temperaturschwankungen des schalleitenden Mediums und bei beträchtlichen Änderungen der Durchbiegung des Meßgutes gewährleisten.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren bzw. einer Einrichtung nach dem Oberbeigriff des Patentanspruchs 1 bzw. 4 jeweils durch die in dessen kennzeichnendem Teil angegebenen Merkmale gelöst.

zu verringern, die durch Veränderung des Arbeitsluftspaltes und auch durch die Abhängigkeit der Geschwindigkeit der Ausbreitung von Schallschwingungen in einem schalleitenden Medium und demzufolge auch durch die Abhängigkeit der Zeit ihrer Verbreitung in demselben von der Temperatur dieses Mediums entstehen. Die Verringerung dieser Fehler ist besonders bei der Messung von Feinblechen und Folien von Bedeutung.

Das wird dadurch erreicht, daß im Verfahren zum Messen der Dicke flächigen Guts als Parameter, der über die Dicke eine Aussage gibt, die Amplitude der Schallschwingungen, die durch das Meßgut durchgelassen werden, gewählt wird, die mit dem oben beschriebenen Messer der Einrichtung gemessen wird. Die Amplitude der Schallschwingungen ist nicht von der Änderung der Größe des ^\rbeitsluftspaltes der Einrichtung abhängig, sondern hängt lediglich von der Geschwindigkeit der Ausbreitung von Schallschwingun-

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind 20 gen im schalleitenden Medium ab. Dadurch wird der insbesondere in den Patentansprüchen 2 und 3 Fehler infolge der Änderung der Geschwindigkeit der angegeben.

Die Erfindung kann z. B. in automatischen Regelkreisen von Walzwerken in der Schwarz- und Buntmetallurgie, im Maschinenbau, in der Polymer-, Zellstoff- und Papierindustrie und in anderen Zweigen der Industrie zur automatischen berührungsfreien Messung von Feinblechen und Folien (Gutdicke unter 0,5-1 mm) vorteilhaft eingesetzt werden.

Ausbreitung der Schallschwingungen im schalleitenden Medium auf das 5 - lOfache verringert Zur Erläuterung werden nachfolgende Beziehungen angeführt:

., „ H AC od\ =K₀·—- ■ ——
4 C

mit Oc^i = Fehler bei Messung einer Dicke db des Meßguts bei Änderung der Geschwindigkeit der

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Messen der 30 Ausbreitung von Schwingungen in einem schalleitenden Dicke flächigen Guts mittels Schallschwingungen und Medium um eine Größe AC bei Anwendung des die Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens bekannten Meßverfahrens; weisen eine Reihe von Vorteilen gegenüber den
bekannten Verfahren und Einrichtungen auf. H = Arbeitsluftspaltgröße,

Das Verfahren und die Einrichtung ermöglichen, 35 K₀ = konstanter Koeffizient, wesentlich die Fehler bei der Dickenmessung des

Meßguts zu verringern und damit die Genauigkeit und Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens

die Zuverlässigkeit der Messungen zu erhöhen. zum Messen der Dicke flächigen Guts wird der Fehler

Erstens schließen Hg? Verfahren und die Einrichtung ÖÖ2 bei Messung der Dicke db, die durch die die Fehler bei der Dickenmessung vollständig aus, die 40 Veränderung Δ Cder Geschwindigkeit Ca hervorgerufen· durch stehende Wellen verursacht werden, die durch ist durch folgende Beziehung ermittelt: Reflexion der Schallschwingungen von den Oberflächen ä £

des Senders, des Empfängers und des MeBguts durch Od₁ = K₀ -^-,

ihre Überlagerung auf Schallschwingungen, die durch °

das Meßgut durchgegangen sind, hervorgerufen wer- 45 _woraus folgt· den. Das wird dadurch erreicht, daß im erfindungsgemäßen Verfahren die Schallschwingungen in Form von
fortschreitenden Wellen durch das Meßgut durchgeschickt werden. Die fortschreitende Welle wird in der
oben beschriebenen Einrichtung dadurch erzeugt daß 50
der Abstand zwischen den Arbeitsflächen des Senders
ijnrj de? Empfängers der Schaüschwingijngen SO
gewählt ist daß er die räumliche Länge der fortschreitenden Welle während einer Messung übertrifft
Dadurch werden die von den Oberflächen des Meßguts 55
und des Empfängers reflektierten Schallschwingungen ' Außerdem wird die Genauigkeit der Dickenmessung nicht den Schallschwingungen, die durch das Meßgut des Meßguts durch die Wahl einer derartigen Frequenz durchgegangen sind, überlagert so daß sich keine der Schallschwingungen erhöht daß die Länge der stehenden Wellen bilden. Demzufolge sind in der fortschreitenden Welle in dem Meßgut seine vierfache Einrichtung keine besonderen Mittel erforderlich, die 60 maximale Dicke übertrifft

die automatische Versetzung des Senders und des Das ist darauf zurückzuführen, daß die Abhängigkeit

Empfängers der Schallschwhigungen gegenüber dem der Amplitude der fortschreitenden Welle, die durch das Meßgut zu dessen Anbringung in der Knotenstelle bzw. flächige Gut durchgelassen wird, von der Dicke dieses im Bauch der stehenden Welle gewährleisten. Das Meßguts einen linearen Charakter lediglich in ihrem vereinfacht den Betrieb der oben beschriebenen 65 Anfangsteil aufweist Bei Vergrößerung der Dicke des Einrichtung zum Messen der Dicke flächigen Guts. flächigen Guts bis zu einer Größe, die der Viertellänge

Zweitens ermöglichen das Verfahren und die der fortschreitenden Welle in dem Meßgut nahekommt, Einrichtung wesentlich Fehler bei der Dickenmessung wird die genannte Abhängigkeit nichtlinear, und bei

Üblicherweise ist das Verhältnis — = 5-10 und folglich

5-10.

weiterer Vergrößerung dieses Wertes außerdem nicht ' "sein.

eindeutig. Die Wahl einer solchen Frequenz der * Die Anwendung der fortschreitenden Welle als Schallschwingungen, daß die maximale Dicke des Bezugssignal, die durch das Meßgut durchgelassen wird, flächigen Guts die Viertellänge der fortschreitenden und eines zusätzlichen Empfängers der genannten Welle in dem Meßgut nicht übertrifft, sichert die 5 Schwingungen als Bezugssignal-Geber sichert die Möglichkeit der Messung der Amplitude bei Verände- Beseitigung von Fehlern bei der Messung, die durch die rung der Dicke des flächigen Guts im linearen Teil der Instabilität der Ausgangsleistung des Generators und genannten eindeutigen Abhängigkeit. Das erhöht eben durch die Instabilität des Senders der Schallschwingundie Genauigkeit der Messungen der Dicke nach dem gen hervorgerufen werden. In diesem Fall wirken sich oben beschriebenen Verfahren. . io die genannten Instabilitäten gleichermaßen auf die

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht auch, jSchallschwingungen, die durch das Meßgut durchgelasden Bereich der Dickenmessungen flächigen Guts bei Γ?εη werden, und auf Schallschwingungen, die durch das geringen Dicken mittels Erhöhung seiner Empfindlich- genannte Meßgut durchgegangen sind, aus.
keit auszudehnen. Das wird dadurch gewährleistet, daß In dieser Ausführungsform des Verfahrens und der als Parameter, nach dem die Dicke des Meßguts 15 Einrichtung wird auch eine direkt proportionale bewertet wird, die Amplitude der Schallschwingungen Abhängigkeit des Ausgangssignals des Dividierers von gewählt ist. Die Amplitude der Schallschwingungen, die der Dicke des Meßguts gewährleistet,
durch das Meßgut durchgegangen sind, ist die Dicke des Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeich-

Meßguts umgekehrt proportional und hängt praktisch nung näher erläutert. Es zeigt

nicht von dem Arbeitsluftspalt der Einrichtung ab. 20 F i g. 1 das Blockschaltbild eines ersten Ausführungs-Deswegen ist die Größe der Änderung der Amplitude beispiels der erfindungsgemäßen Einrichtung zur der Schallschwingungen bei ihrem Durchgehen durch Durchführung des Verfahrens zum Messen der Dicke das Meßgut mit geringer Blechdicke üblicherweise flächigen Guts mittels Schallschwingungen;
ausreichend genug für ihre Messung mit Hilfe des oben F i g. 2 eine andere Ausführungsform des Blockschalt-

beschriebenen Messers der Einrichtung. 25 bildes der erfindungsgemäßen Einrichtung;

Das Verfahren zum Messen der Dicke von flächigem F i g. 3 eine weitere Ausführungsform des Block-

Gut und die Einrichtung für seine Durchführung, in Schaltbildes der erfindungsgemäßen Einrichtung;
denen als Bezugssignal eine fortschreitende Welle Fig.4 das Diagramm der Abhängigkeit der Bezie-

genutzt wird, die durch das Meßgut mit vorgegebenem hungen der Amplituden der Schallschwingungen, die Wert der Dicke durchgegangen ist, und als Bezugssi- 30 durch unterschiedliches Meßgut durchgegangen sind gnal-Geber eine regelbare Gleichstrom-Quelle genutzt und die durch dieses Meßgut durchgelassen werden, wird, ermöglichen es, besonders einfach und mit vom Produkt der Meßgutdicke und der Frequenz der ausreichendei Genauigkeit die Dicke von Meßgut in Schallschwingungen.

einem Bereich der Dicken zu messen, die 20—40% von Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens

dem vorgegebenen Wert betragen. Zur Erweiterung des 35 zum Messen der Dicke flächigen Guts enthält einen Messungsbereiches ist die Neuabstimmung der Gleich- Sender (Fig. 1) der Schallschwingungen mit einem an strom-Quelle notwendig. ihn angeschlossenen Generator 2 und einen Empfänger

Die Anwendung einer fortschreitenden Welle als 3 der Schallschwingungen. Der Sender 1 weist Bezugssignal, die durch das Mcßgui mit Vorgegebenem herkömmlichen Aufbau der Sender von p;czoclcktri Wert der Dicke durchgegangen ist, und als Bezugssi- 40 schem Typ auf. Der Generator 2 ist eine für sich gnal-Geber eines zusätzlichen Empfängers als Schall- bekannte Schaltung der Stoßerregung vom Stromkreis schwingungen, die durch das genannte Meßgut durchge- ausgeführt Der Empfänger 3 hat einen bekannten gangen sind, und als Vergleicher eines Dividierers Aufbau, der dem Aufbau des Senders analog ist.
sichert einen breiten Bereich der Dickenmessungen des Zwischen dem Sender 1 und dem Empfänger 3 wird

Meßgutes ohne jegliche Neuabstimmung des Bezugs- 45 das Meßgut 4 eingebracht, das in ein schalleitendes -

signal-Gebers. Medium 5 angeordnet wird; als solches wird in dieser

Außerdem werden in der oben beschriebenen Ausführungsform das bis 70—80° C erwärmte Wasser Ausführungsform des Verfahrens und der Einrichtung verwendet Wasser wird der Einrichtung als Strahl in die Fehler bei der Dickenmessung von Meßgut Richtungen zugeführt, die in der Zeichnung mit Pfeilen I

verringert, die durch Instabilität des Koeffizienten des 50 angedeutet sind. I

Durchgehens von Schallschwingungen durch das Arbeitsflächen des Senders 1 und des Empfängers 2 j

MeSgijt verursacht sind. Das wird dadurch gesichert, sind annähernd parallel zur Oberfläche des Meßguts 4 daß die Instabilität des genannten Koeffizienten, die gerichtet Das gibt die Möglichkeit des Durchlassens z. B. durch Änderung der Dichte der Raumluft, ihrer von Schallschwingungen im schalleitenden Medium 5 Temperatur bzw. des Atmosphärendrucks hervorgeru- 55 durch das Meßgut 4 annähernd senkrecht zu seiner fen wird, für das Meßgut und für das Meßgut mit Oberfläche.

vorgegebener Dicke gleich sein wird, die in unmittelba- ' Der Abstand zwischen den Arbeitsflächen des rer Nähe voneinander angebracht sind. Senders 1 und des Empfängers 3 ist so gewählt, daß er

Diese Ausführungsform des Verfahrens und der die räumliche Länge der fortschreitenden Welle Einrichtung ermöglicht außerdem, die Meßgenauigkeit 60 während einer Messung übersteigt Dadurch wird das durch die Absicherung der linearen direkt proportiona- Durchlassen von Schallschwingungen, die vom Sender 1 len Abhängigkeit des Ausgangssignals des Dividierers ausgestrahlt werden, durch das Meßgut 4 in Form einer von der Dicke des Meßguts zu erhöhen. Das ist darauf fortschreitenden Welle gewährleistet Dadurch erfolgt zurückzuführen, daß die Amplitude der Schallschwin- keine Entstehung von stehenden Wellen und folglich gungen, die durch das Meßgut durchgegangen sind, 65 werden Fehler bei Dickenmessung flächigen Guts 4 umgekehrt proportional zu seiner Dicke ist, und ausgeschlossen, die durch stehende Wellen verursacht demzufolge wird der Quotient bei ihrer Anwendung als sind. Gleichzeitig entfällt in der Einrichtung die Divisor direkt proportional von der Dicke abhängig Notwendigkeit, daß man spezielle Mittel einsetzt, die

9 10

die automatische Verschiebung des Senders 1 und des es zur Erhöhung der Zuverlässigkeit der Messung

Empfängers 3 in Bezug auf das Meßgut 4 mit dem Ziel notwendig, die Beständigkeit der Eigenschaften des

seiner Anbringung in der Knotenstelle bzw. im Bauch schalleitenden Mediums 5 und die Stabilität der

der stehenden Welle sichern, was den Betrieb der Strahlung zu sichern. Das kann durch die Anwendung

Einrichtung vereinfacht. 5 einer in einem Thermostaten untergebrachten Flüssig-

An dem Empfänger 3 der Schallschwingungen ist ein keit als schalleitendes Medium 5, z. B. Wasser, und durch

Meßgerät 6 angeschlossen. Das Meßgerät 6 enthält den Einsatz eines hochstabilen Senders 1 erreicht

einen Verstärker 7, der aus einer bekannten Transistor- werden.

schaltung aufgebaut ist, dessen Eingang an den Ausgang Die Erweiterung des Meßbereiches der Dicke des

des Empfängers 3 angeschlossen ist. An den Ausgang 10 Meßgutes und die Verringerung des Einflusses der

des Verstärkers 7 ist die Spitzendetektor 8 angeschlos- Veränderung der Eigenschaften des schalleitenden

"sen, der üblicherweise auf einer Transistor-Diodenschal- Mediums 5 und der Instabilität des Senders 1 auf die zu

tung mit einer Gleichrichtungs-Konstanten ausgeführt messende Dicke können durch die Anwendung einer

ist, die um mehr als eine Größenordnung die Taktdauer weiteren Ausführungsform der Einrichtung erreicht

der auszustrahlenden Schallschwingungen übertrifft. 15 werden, die in F i g. 2 gezeigt wird.

Der Anwendung des Spitzendetektors 8 im Meßgerät Die Einrichtung gemäß dieser Ausführungsform

6 soll im Vergleich zu einem Amplituden- oder enthält außer dem oben beschriebenen Sender 1,

Amplituden-Phasen-Detektor der Vorzug gegeben Generator 2, Empfänger 3, Verstärker 7, Spitzendetek-

werden, die in bekannten Einrichtungen zum Messen tor 8 und Registriergerät 12 einen zusätzlichen Sender

der Dicke flächigen Guts eingesetzt werden, da er 20 13 der Schallschwingungen, die durch das Meßgut 10 mit

ermöglicht, die Registrierung der mehrfach von der vorgegebener Dicke durchgelassen werden. Der Sender

Oberfläche des Senders 1, des Empfängers 3 und des 13 weist einen bekannten Aufbau auf, der dem Aufbau

Meßguts 4 reflektierten Schallschwingungen auszu- des Haupt-Senders 1 analog ist. Er ist an den Generator

schließen, deren Amplitude geringer als die Amplitude 2 angeschlossen. Das Vorhandensein des zusätzlichen

der Schwingungen ist, die durch das Meßgut 4 25 Senders 13 ermöglicht es, die Fehler bei der

durchgegangen sind. An den Ausgang des Spitzendetek- Dickenmessung zu reduzieren, die durch die Instabilität

tors 8 ist einer der Ausgänge des Vergleichers des des Senders 1 verursacht werden. Als Bezugssignal-Ge-

Bezugssignals und des Signals, das die Information über ber, der eine durch das Meßgut 10 vorgegebener Dicke

die Dicke des Meßguts 4 trägt, angeschlossen, der in der durchgegangene fortschreitende Welle ist, dient ein

beschriebenen Form als Subtrahierer 9 ausgeführt ist. 30 zusätzlicher Empfänger 14. Dieser Empfänger 14 weist

Der Subtrahierer 9 ist auf einer bekannten Diskrimina- den bekannten Aufbau auf, der dem Aufbau des

torschaltung montiert. Als Signal, das die Information Empfängers 3 analog ist Das Meßgut 10 mit

über die Dicke des Meßguts 4 trägt, dient eine vorgegebener Dicke ist zwischen dem zusätzlichen

fortschreitende Welle, die durch dieses Meßgut 4 Sender 13 und dem zusätzlichen Empfänger 14 in der

durchgegangen ist Als Bezugssignal dient in dieser 35 unmittelbaren Nähe von dem Meßgut 4 angebracht _

Ausführungsform die fortschreitende Welle, die durch Dadurch werden die Temperatur, der Druck und die

das Meßgut 10 (F i g. 2) mit vorgegebener Dicke Dichte des schalleitenden Mediums 5, als solches wird in

durchgegangen ist. Dieses Meßgut 10 wird vor Beginn dieser Ausführungsform Luft verwendet, im Wirkungs-

der Messung der Dicke des flächigen Guts 4 (Fig. 1) bereich des Haupt-Senders 1 und-Empfängers 3 und des

zwischen dem Sender 1 und dem Empfänger 3 analog 40 zusätzlichen Senders 13 und Empfängers 14 ausreichend

dem Meßgut 4 angeordnet. Durch das Meßgut 10 naheliegen oder gleich sein. Das sichert die Senkung der

werden Schallschwingungen, die vom Sender 1 als eine Fehler, die durch Änderung der Eigenschaften des

fortschreitende Weile ausgestrahlt werden, durchgelas- schaiieilenden Mediums verursacht werden,

sen und ihre Amplitude gemessen. Die Arbeitsflächen des zusätzlichen Senders 13 und

An den anderen Ausgang des Subtrahierers 9 ist ein 45 Empfängers 14 sind annähernd parallel zur Oberfläche

Bezugssignal-Geber angeschlossen, der als Gleich- des Meßguts 10 vorgegebener Dicke gerichtet Der

strom-Queile 11 ausgeführt ist. Die Höhe der Ausgangs- Abstand zwischen den Arbeitsflächen des Senders 13

spannung der Quelle 11 ist direkt proportional der und des Empfängers 14 ist nahe dem Abstand zwischen

gemessenen Amplitude der fortschreitenden Welle dem Haupt-Sender 1 und -Empfänger 3 gewählt

eingestellt, die durch das Meßgut 10 mit vorgegebener 50 Dadurch wird das Durchlassen von Schallschwingun-

Dicke durchgegangen ist An den Ausgang des gen, die vom zusätzlichen Sender 13 ausgestrahlt

Subtrahierers 9 ist ein Registriergerät 12 angeschlossen, werden, durch das Meßgut 10 in Form einer

das als Selbstschreiber bekannten Aufbaus ausgeführt fortschreitenden Welle gesichert

wird. Die Selbsischreiberskala ist in Dickeneinheiten In dieser Ausführungsform ist der Vergleicher des

geeicht 55 Bezugssignals und des Signals, das die Information über

Die oben beschriebene konstruktive Ausführung der die Dicke des Meßguts 4 trägt, als Dividierer 15

Einrichtung ist die einfachste. Die oben beschriebene ausgeführt, der bekannten Aufbau aufweist Elektrische

Einrichtung weist aber einen relativ engen Bereich der Verbindung des zusätzlichen Empfängers 14 und des

Dickenmessungen auf. Dieser Meßbereich liegt zwi- einen Eingangs des Dividierers 15 wird über die

sehen 20 und 40% der vorgegebenen Dicke. Zur 60 Reihenschaltung eines zusätzlichen Verstärkers 16 und

Erweiterung des Meßbereiches ist die Änderung der eines Spitzendetektors 17 realisiert, die dem Hauptver-

Ausgangsspannung der Gleichstrom-Quelle 11 notwen- stärker 7 und dem Spitzendetektor 8 analog ausgeführt

dig. sind.

Dadurch kann diese Einrichtung in automatischen Ein anderer Eingang des Dividierers 15 ist an den

Steuersystemen für technologische Prozesse eingesetzt 65 Ausgang des Spitzendetektors 8 angeschlossen. Der

werden, bei deren Durchführung eine Information Ausgang des Dividierers 15 ist an das Registriergerät 12

lediglich über die Abweichung der Dicke des Meßgutes geschaltet

von dem -vorgegebenen Wert erforderlich ist Dabei ist Beim Einsatz der oben beschriebenen Einrichtung ist

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keine Stabilität der Eigenschaften des schalleitenden des Verstärkungskoeffizienten versehen, der die Verrin-Mediums erforderlich und es besteht keine Notwendig- gerung der Fehler sichert, die durch Veränderung der keit, darin einen aufbaumäßig komplizierten hochstabi- Temperatur der Luft entstehen, die in dieser Ausfühlen Sender 1 anzuwenden. Infolgedessen kann als rungsform als schalleitendes Medium 5 dient
schalleitendes Medium gasförmiges Medium verwendet 5 Die erfindungsgemäße Einrichtung sichert das Auswerden, das vor dem Flüssigkeitsmedium zu bevorzugen schließen von Fehlern bei Dickenmessung flächigen ist. Das gasförmige Medium erhöht die Schnellwirkung Guts 4, die durch die Instabiütät der Ausgangsleistung der Einrichtung infolge einer schnelleren Schwächung des Generators 2 und durch die Instabilität des Senders von Schallschwingungen, die von den Oberflächen der 1 der Schallschwingungen verursacht werden. In diesem Sender 1, 13, der Empfänger 3, 14 und Meßguts 4, 10 ίο Fall wirken sich die genannten Instabilitäten gleicherreflektiert werden, und schließt die Instabilität des maßen auf Schallschwingungen aus, die durch das Schallkontakts der Sender 1, 13 und der Empfänger 3 Meßgut 4 durchgelassen werden, und auf Schallschwin- bzw. 14 mit dem Meßgut 4 bzw. mit dem Meßgut 10 mit gungen, die durch dasselbe durchgegangen sind, und sie vorgesehener Dicke aus, die bei Unterbrechung des werden nicht die Ausgangsspannung des Dividierers 15 Flüssigkeitsstrahles entsteht. Die Anwendung des '⁵ beeinflussen. Dadurch wird die Genauigkeit der gasförmigen Mediums erlaubt außerdem, den Anwen- Dickenmessung des Meßguts 4 erhöht,
dungsbereich wesentlich dadurch zu erweitern, daß die Die erfindungsgemäße Einrichtung kann zur Dickcn-Dichte des Meßguts 4 um das Mehrfache die Dichte des messung flächigen Guts 4 in einem weiten Bereich gasförmigen Mediums übertrifft. Zugleich braucht man während des gesamten technologischen Prozesses ohne für die Erzeugung der fortschreitenden Welle im 20 jegliche Neuabstimmung des Bezugssignal-Gebers gasförmigen Medium einen geringeren Abstand zwi- erfolgreich eingesetzt werden.

sehen den Sendern 1,13 und den Empfängern 3 bzw. 14, Zur Erläuterung des Verfahrens der Dickenmessung

da die Laufzeit der Schallschwingungen im gasförmigen des Meßguts 4, das in den oben beschriebenen

Medium um eine Größenordnung kleiner als ihre Einrichtungen zum Einsatz kommt, ist in Fig.4, das

Laufzeit in Flüssigkeit ist Die Anwendung des 25 Diagramm der Abhängigkeit der Beziehung der

gasförmigen Mediums schließt ebenfalls die Korrosion Amplitude A der Schallschwingungen, die durch das

der Bauelemente eines Produktionsaggregats z. B. eines Meßgut durchgelassen werden, zur Amplitude Ao der

Walzwerkes aus. Schallschwingungen, die durch dasselbe durchgegangen

Die oben beschriebene Einrichtung kann erfolgreich sind, vom Produkt der Dicke ddes Meßguts 4 (Fig. 1)

zur Messung der absoluten Dicke des Meßguts in einem 30 und der Frequenz /"der Schallschwingungen angeführt

weiten Bereich während des gesamten technologischen Die Linien I (Fig.4), II und III stellen die genannte

Prozesses ohne jegliche Neuabstimmung des Bezugssi- Abhängigkeit für Aluminium, Kupfer bzw. Wolfram dar.

gnal-Gebers eingesetzt werden. Analytisch kann diese Abhängigkeit durch folgende

In der oben beschriebenen Ausführungsform der Beziehung veranschaulicht werden:

Einrichtung kann der Vergleicher des Bezugssignals und 35 ^ ^

$ des Signals, das die Information über die Dicke des ~7~ ⁼ —7=^=^=^^==^=^=- (1)

Meßguts trägt, auch als Dividierer (in der F i g. nicht ^⁰ 1 / p²c² . ₂ / 2 nfd \

gezeigt) ausgeführt werden, der an die Spitzendetekto- Y ^l Tpjcf' ^Sm \ ~c J

fen S, 17 und an das Registriergerät 12 analog dein

;( Dividierer 15 angeschlossen ist In diesem Fall kann die 40 mit go und Cq= Dichte des schalleitenden Mediums 5

Einrichtung in Systemen der automatischen Regelung (Fig. 1) bzw. Laufzeit der Schallschwingungen in

der technologischen Prozesse eingesetzt werden, wo demselben; ρ und C= Dichte des Meßguts 4 bzw. die

dem Stellglied ein Stellsignal zugeführt werden kann, Laufzeit der Schallschwingungen in demselben.

das der Abweichung der Dicke des Meßguts von ihrem Aus der oben angeführten Beziehung und aus den in

a Sollwert proportional ist 45 F i g. 4 angeführten Diagrammen ist zu ersehen, daß die

In der in Fig.3 gezeigten Ausführungsform der Amplitude A der Schallschwingungen, die durch das

Einrichtung ist der Bezugssignal-Geber — als solcher Meßgut 4 durchgegangen sind (Fig. 1) seiner Dicke d

wird eine fortschreitende Welle genutzt die durch das umgekehrt proportional ist.

Meßgut 4 durchgelassen wird — in Form eines Das Verfahren zum Messen der Dicke flächigen Guts

zusätzlichen Empfängers 18 ausgeführt Der zusätzliche 50 mittels Sichallschwingungen wird in den oben beschrie-

Empfänger 18 ist in Form eines bekannten Kleinmikro- benen Einrichtungen wie folgt durchgeführt:

fons von piezoelektrischem Typ ausgeführt Der Das Meßgut 4 (Fig. 1) wird zwischen dem Sender 1

Empfänger iS ist zwischen dem Sender ί der der Schiiiischwingungen und dem Empfänger 3 in dem

Schallschwingungen und dem Meßgut 4 im Wege der bis 70—8O⁰C angewärmten Wasser untergebracht das

fortschreitenden Welle derart angeordnet, daß dabei 55 als schalleitendes Medium in dieser Ausführungsform

das Durchgehen des Hauptteils der fortschreitenden des Verfahrens dient

Welle durch das Meßgut 4 zum Haupt-Empfänger 3 Der Generator 2 erzeugt elektrische Impulse, die mit

unter Vermeidung des zusätzlichen Empfängers 18 einer konstanten Impulsfolgeperiode an den Sender 1

gesichert wird. gelangen. Die Impulsfolgeperiode wird in Abhängigkeit

Der Vergleicher des Bezugssignals und des Signals, 60 von der erforderlichen Genauigkeit der Dickenmessung

das die Information über die Dicke des Meßguts 4 trägt, gewählt, die ihrerseits von der Häufigkeit der

ist als Dividierer 15 ausgeführt Der Dividierer 15 ist an durchzuführenden Messungen abhängig ist

den Spitzendetektor 8 und an das Registriergerät 12 Der Sender 1 sendet durch die Erregung mit

angeschlossen sowie mit dem zusätzlichen Empfänger 8 elektrischen Impulsen, die vom Generator 2 gelangen,

elektrisch gekoppelt Diese elektrische Verbindung wird 65 kurze schmalspektrale Impulse der Schallschwingungen

über die Reihenschaltung eines Verstärkers 19 und in Form fortschreitender Welle ins Wasser. Die

Spitzendetektors 17 verwirklicht Der Verstärker 19 ist Anwendung von Schallschwingungen m Form fort-

mit einem Temperaturregler (in der F i g. nicht gezeigt) schreitender Welle erlaubt, die Fehler der Dickenmes-

sung des flächigen Guts 4 auszuschließen, die durch Entstehung von stehenden Wellen verursacht werden, die durch Reflexion der Schcllschwingungen von der Oberfläche des Senders i, Empfängers 3 und Meßguts 4 und durch die Überlagerung derselben auf die Schallschwingungen, die durch das Meßgut 4 durchgegangen sind, hervorgerufen sind.

Der Arbeitszustand der fortschreitenden Welle wird aurch die Wahl des Abstandes zwischen dem Sender 1 und dem Empfänger 3 gewährleistet, der die räumliche Länge der fortschreitenden Welle während einer Messung übersteigt

Die Frequenz der Schallschwingungen wird so gewählt, daß die Länge der fortschreitenden Welle in dem Meßgut 4 seine vierfache maximale Dicke Obertrifft Das sichert eine eindeutige lineare Abhängigkeit der Amplitude der fortschreitenden Welle der Schallschwingungen, die durch das Meßgut 4 durchgegangen sind, von seiner Dicke, was er erlaubt, den Bereich der Messungen bei geringeren Dicken zu erweitern. Die Erfüllung des genannten Verhältnisses der Länge der fortschreitenden Welle zur maximalen Länge des Meßguts 4 wird durch die Anwendung der Schallschwingungen mit Ultraschallfrequenz zur Messung von Folien (Gutdicke unter Zehnteln des Millimeters) und der Schallschwingungen gesichert, die im unteren Teil die Frequenz des Ultraschallbereiches und im oberen Teil die Frequenz des Tonfrequenzbereiches für Meßgut größerer Dicke haben.

Die fortschreitende Welle der Impulse der Schallschwingungen geht durch das Meßgut 4 annähernd senkrecht zu seiner Oberfläche durch und tritt auf der entgegengesetzten Seite des Meßguts 4 in Form von amplitudengedämpften Impulsen, gemäß der oben angegebenen Beziehung (1), ins Wasser ein.

Das Durchgehen der fortschreitenden Welle durch das Meßgut 4 annähernd senkrecht zu seiner Oberfläche wird durch die Orientierung der Arbeitsoberflächen des Senders 1 und des Empfängers 3 parallel zur Oberfläche des Meßguts 4 gewährleistet.

Die Impulse der fortschreitenden Welle, die durch das Meßgut 4 durchgegangen ist, kommen im Empfänger 3 an, der diese in elektrische Impulse mit einer Trägerfrequenz, die der Frequenz der Schallschwingungen gleich ist, umwandelt. Diese elektrischen Impulse, die eine Information über die Dicke des Meßguts 4 tragen, werden amplitudenmäßig durch den Verstärker 7 verstärkt und gelangen in den Spitzendetektor 8. Der Spitzendetektor 8 erzeugt Spannung, die der Amplitude der Hüllkurve der elektrischen Impulse, die an seinem Eingang ankommen, gleich ist.

An den einen Eingang des Subtrahierers 9 gelangt vom Ausgang des Detektors 8 eine Spannung, die der Dicke des Meßguts 4 umgekehrt proportional ist. An den anderen Eingang des Subtrahierers 9 gelangt eine Gleichspannung vom Ausgang der Gleichstrom-Quelle 11, die der vorgegebenen Dicke des Meßguts 10 umgekehrt proportional ist. Am Ausgang des Subtrahierers 9 entsteht eine Spannung, die der Differenz der Spannungen gleich ist, die an seinen Eingängen ankommen und der Differenz der vorgegebenen Dicke des Meßguts 10 und der Dicke des Meßguts 4 direkt proportional ist.

,Die Ausgangsspannung des Subtrahierers 9 wird auf das Registriergerät 12 gegeben, das die Größe der Abweichung der Dicke des Meßguts 4 von der vorgegebenen Dicke des Guts 4 anzeigt.

Vor Beginn des oben beschriebenen Betriebs der Einrichtung, der in F i g. 1 gezeigt ist, wird die Abstimmung der Gleichstrom-Quelle 11 vorgenommen, die als Bezugssignai-Geber dient Zu diesem Zweck wird zwischen dem Sender 1 und dem Empfänger 3 anstelle des Meßguts 4 das Gut 10 mit vorgegebener Dicke untergebracht Durch dieses Gut 10 wird die fortschreitende Welle der Schallschwingungen durchgelassen und die Ausgangsspannung der Gleichstrom-Quelle 11 (Fig. 1) bis zu einer Größe geregelt, bei der die Anzeigen des Registriergerätes 12 gleich Null sein werden.

Als vorgegebene Dicke wird üblicherweise der Beginn des Teilbereichs der Messungen gewählt

Beim Betrieb der Einrichtung bleibt die Ausgangsspannung der Gleichstrom-Quelle 11 unveränderlich.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Messen der Dicke flächigen Guts ist einfach in der konstruktiven Ausführung und ermöglicht, Messungen in einem relativ engen Bereich durchzuführen, der etwa 20-40% der vorgegebenen Dicke beträgt Eine weitere Vergrößerung der zu messenden Dicke führt zum Entstehen der nichtlinearen Abhängigkeit der Anzeigen des Registriergerätes 12 von der Dicke des Meßguts 4 und deswegen macht die Neuabstimmung der Gleichstrom-Quelle 11 auf den nächstfolgenden Teilbereich der Messungen erforderlich.

Der Meßbereich der Dicke kann durch die Anwendung des Verfahrens zum Messen der Dicke flächigen Guts erweitert werden, das in der in F i g. 2 gezeigten Einrichtung durchgeführt wird.

Gemäß diesem Verfahren wird das Meßgut 4 zwischen dem Sender 1 und dem Empfänger 3 im schalleitenden Medium 5 untergebracht; als solches wird in diesem Fall Luft verwendet. Zwischen dem zusätzlichen Sender 13 der Schallschwingungen und dem zusätzlichen Empfänger 14 wird das Meßgut 10 (F i g. 2) mit vorgegebener Dicke angeordnet. Dieses Gut 10 wird in der unmittelbaren Nähe von dem Meßgut 4 angeordnet. Dadurch wird die Verringerung der Fehler bei der Dickenmessung gesichert, die durch Veränderung der Eigenschaften des schalleitenden Mediums — in diesem Fall ist es die Luft — auftreten.

Der Generator 2 erzeugt elektrische Impulse, die mit konstanter Taktdauer beim Haupt-Sender 1 und dem zusätzlichen Sender 13 ankommen.

Der Sender 1 sendet in Luft Impulse der Schallschwingungen in Form fortschreitender Welle. Diese Impulse gehen durch das Meßgut 4 durch, das die Verringerung ihrer Amplitude gemäß der oben angegebenen Beziehung (1) hervorruft. In diesem Fall gilt bei Anwendung von Luft als schalleitendes Medium, deren Dichte ρ₀ um vier Größenordnungen geringer als die Dichte g des Meßguts 4 ist, die Beziehung

sin'

Außerdem wird in Vermeidung der überflüssigen Schwächung der Amplitude A der Schallschwingungen ihre Frequenz/ao gewählt, daß die Größe -^- wcsent-

lieh kleineir ist al» — ist. Dann hat die Beriehung (1) folgenden Ausdruck:

A₀ ttfpd ^W

26 OO 154

15 16

ι -2- = X₀, worin X₀ die Länge der fortschrei- stück und durch das Meßgut 10 werden Schallschwin-

. , f„ . . _T ... .'..„., ,,, gungen in Form fortschreitender Welle durchgelassen,

tenden WeUe in der Luft ist, nimmt die Beziehung (2) Jj_n/_der Verstärkungskoeffizient des zusätzlichen

loigenae üestalt an. Verstärkers 16 bis zu einer Größe reguliert, bei der am

jt λ ⁵ Ausgang des Dividierers 15 eine Spannung auftritt, die

_j4_ = Q) der bekannten Dicke des genannten Probestücks direkt

proportional ist, und die Anzeigen des Registriergerätes 12 werden dieser Dicke gleich sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Messen der

ίο Dicke flächigen Guts sichert die Messung der Dicke mit

Λ = _^L (4) hoher Genauigkeit und in einem weiten Bereich infolge

d der linearen direkt proportionalen Abhängigkeit des

Ausgangssignals des Dividierers 15 von der Dicke.

mit Zugleich ermöglicht das genannte Verfahren, die

15 Meßfehler zu verringern, die durch die Instabilität des

% _ -4)' Po ' h Durchlaufkoeffizienten der Schallschwingungen durch

np das Meßgut 4 sowie durch die Instabilität der

Ausgangsleistung des Generators 2 und durch die

Aus der oben angegebenen Beziehung (4) ergibt sich, Instabilität der Sender 1, 13 verursacht werden. Das

daß die Amplitude der Schallschwingungen, die durch 20 oben beschriebene Verfahren weist jedoch eine

_:das Meßgut 4 durchgegangen sind, eine lineare komplizierte aufbaumäßige Ausführung auf. Dieses zu

umgekehrt proportionale Abhängigkeit von der Dicke vereinfachen ermöglicht das Verfahren zum Messen der

des Meßguts 4 praktisch in jedem Dickenbereich hat Dicke flächigen Guts, das in der in F ig. 3 gezeigten

Die durch das Meßgut 4 durchgegangenen Schall- Einrichtung durchgeführt wird.

schwingungen kommen im Empfänger 3 an und werden 25 Nach diesem Verfahren werden die Schallschwingun-

durch diesen in elektrische Impulse umgewandelt. Diese gen durch das Meßgut 4 durchgelassen, von dem

elektrischen Impulse werden vom Verstärker 7 Empfänger 3 empfangen, von den Verstärkern 7

verstärkt und gelangen in den Spitzendetektor 8. Der verstärkt, von dem Detektor 8 umgewandelt und dem

Spitzendetektor 8 erzeugt eine Gleichspannung, die der Eingang des Dividierers 15 analog den oben beschriebe-

Amplitude der Hüllkurve der elektrischen Impulse, die 30 nen Verfahren, die in den in Fig. 1 und 2 gezeigten

an seinem Ausgang angekommen sind, gleich ist Die Einrichtungen durchgeführt werden, zugeführt.

Spannung gelangt vom Ausgang des Detektors 8 an den Zugleich kommt die fortschreitende Welle der

einen Eingang des Dividierers 15. Impulse der Schallschwingungen, die vom Sender 1

Gleichzeitig mit den oben beschriebenen Prozessen gestrahlt werden, die als Bezugssignal in dieser

erfolgt die Strahlung von Impulsen der Schallschwin- 35 Ausführungsform des Verfahrens dienen, im zusätzli-

gungen in die Luft in Form fortschreitender Welle durch chen Empfänger 18 an.

den zusätzlichen Sender 13. Diese Impulse gehen durch Der Empfänger 18 wandelt diese Impulse in

das Meßgut 10 mit vorgegebener Dicke durch und elektrische Impulse mit einer Trägerfrequenz um, die

. werden von demselben amplitudenmäßig gemäß Glei- der Frequenz der Schallschwingungen gleich ist Die

chung A₁ =— gedämpft, worin Ai die Amplitude der ⁴⁰ elektrischen Impulse werden amplituderimäßig durch

*i einen Verstärker 19 verstärkt. Durch das Vorhanden-

Schallschwingungen ist, die durch das Meßgut 10 mit sein eines Temperaturreglers im Verstärker 19 seines

vorgegebener Dicke durchgegangen sind. Verstärkungskoeffizienten werden in diesem Verfahren

Der Empfänger 14 empfängt geschwächte Impulse die Fehler verringert, die durch Veränderung der

und wandelt diese in elektrische Impulse mit der 45 Lufttemperatur hervorgerufen werden. Die verstärkten

Trägerfrequenz um, die der Frequenz der Schallschwin- elektrischen Impulse gelangen in den Spitzendetektor

gungen gleich ist. Die elektrischen Impulse werden 17, der eine Spannung erzeugt, die der Amplitude der |

amplitudenmäßig durch den Verstärker 16 verstärkt und Hüllkurve der elektrischen Impulse gleich ist und an den |

gelangen an den Spitzendetektor 17. Der Spitzendetek- Eingang des Dividierers 15 gelangt. |

tor 17 erzeugt eine Gleichspannung, die der Amplitude 50 Infolge der oben beschriebenen Prozesse gelangt an

der Hüllkurve der elektrischen Impulse gleich ist. Die den einen Eingang des Dividierers 15 eine Spannung, die

Ausgangsspannung vom Detektor 17 kommt am der Amplitude A₀ der fortschreitenden Welle der

zweiten Eingang des Dividierers 15 an. Dabei tritt am Schallschwingungen, die durch das Meßgut 4 durchge-

Ausgang des Dividierers 15 eine Spannung auf, die der lassen werden, direkt proportional ist, und an den

Beziehung der Spannung, die an seinem Eingang vom 55 anderen Eingang eine Spannung, die der Amplitude der £

Ausgang des Detektors 17 angekommen ist, zur fortschreitenden Welle der Schallschwingungen direkt ι

Spannung, die an seinem anderen Eingang vom proportional ist, die durch das Meßgut 4 durchgegangen |

Ausgang des Detektors 8 angekommen ist, gleich und sind. Am Ausgang des Dividierers 15 tritt eine Spannung f

der Dicke des Meßgutes 4 proportional ist Die auf, die der Beziehung der Spannung, die direkt

Ausgangsspannung des Dividierers 15 wird dem 60 proportional der Amplitude /0 der fortschreitenden

Registriergerät 12 zugeführt, das die Dicke des Meßguts Welle ist, die durch das Gut 4 durchgelassen wird, zur

4 anzeigt. Spannung, die direkt proportional der Amplitude A der

Vor Beginn der Arbeit der erfindungsgemäßen fortschreitenden Welle ist, die durch das Gut 4

Vorrichtung, die in Fig.2 dargestellt ist, wird die durchgegangen ist, gleich ist. Am Ausgang des

Abstimmung der Einrichtung vorgenommen. Dafür wird 65 Dividierers 15 tritt gemäß der oben angegebenen

zwischen dem Sender 1 und dem Empfänger 3 anstelle Beziehung (2) eine Spannung auf, die der Dicke des

des Meßgutes 4 sein Probestück (in F i g. 2 nicht gezeigt) Meßguts 4 direkt proportional ist. Diese Spannung wird

mit bekannter Dicke angeordnet. Durch dieses Probe- an das Registriergerät 12 angelegt, das die Dicke des

Meßguts 4 anzeigt.

Vor dem Beginn des Betriebs der Einrichtung, die in Fig.3 gezeigt ist, wird ihre Abstimmung analog der oben beschriebenen Abstimmung der in Fig.2 abgebildeten Einrichtung durchgeführt

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Messen flächigen Guts, das in den in Fig. 1,2 und 3 gezeigten

Einrichtungen durchgeführt wird, sichert eine hochwirksame berührungsfreie automatische Messung der Dicke und der Oberflächendichte von Meßgut an den technologischen Fließstraßen verschiedener Produktionsbetriebe in der metallurgischen, chemischen, Zellstoff- und Papierindustrie sowie in anderen Industriezweigen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 werden. Beim Messen von festen Stoffen erreicht das Patentansprüche: Stehwellenverhältnis aber den Wert 1, so daß selbst bei einer sehr geringen Änderung der Temperatur oder der

1. Verfahren zum Messen der Dicke flächigen luftdichte Meßfehler beträchtlich groß werden.

Guts mittels fortschreitender periodischer Schall- 5 Bei einem weiteren bekannten Verfahren (vgl. DE-AS wellen, 15 48 170) wird die von einer schwingenden Material-

bei dem das Meßgut in einem schalleitenden bann erzeugte sekundäre Schallenergie von einem Medium angeordnet und die Schallwellen annähernd Empfänger aufgenommen. Dieser Effekt einer sekundäsenkrecht die Oberfläche des Meßguts von einem ren Ausstrahlung tritt dann ein, wenn die Materialbahn Sender ausgehend beaufschlagen und Parameter der io zusammen mit dem Schallsender und dem diese von einem Empfänger aufgenommenen Schallwellen verbindenden Resonanzluftraum in einem Gehäuse ein gemessen werden, und einheitliches Schallschwingungssystem bildet Auch bei

die Dicke des Meßguts durch Vergleich dieser diesem Gerät wird im Hohlraum des Gehäuses Parametermeßwerte, der durch das Meßgut fort- zwischen der Materialbahn, das akustisch eine Schwinschreitenden Welle und einer Größe eines Bezugs- 15 gungsmembran bildet, und dem Schallsender eine signals ermittelt wird, stehende Welle erzeugt

dadurch gekennzeichnet, Bei stabiler Amplitude und Schwingungsfrequenz des

daß die Frequenz der Schallschwingungen so Schallsenders hängt die Schwingungsamplitude der gewählt wird, daß die Länge der fortschreitenden Membran bzw. der Materialbahn von zwei Parametern Welle im Meßgut (4) dessen vierfache maximale 20 ab, nämlich von der zu messenden Masse einer Dicke übertrifft, und Flächeneinheit der Materialbahn und von den Luftspal-

daß der Abstand zwischen der Abstrahlfläche des ten zwischen der Materialbahn und der an dieser Senders (1) und der Aufnahmefläche des Empfän- anliegenden Stirnfläche des Gehäuses,
gers (3) größer als die räumliche Länge der Bei Änderungen der räumlichen Anordnung der fortschreitenden Welle während einer Messung 25 Materialbahn, z. B. beim Aufwickeln auf Rollen, rufen gewählt wird. Veränderungen der genannten Spalten beträchtliche

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Änderungen der durch die Materialbahn erzeugten zeichnet, daß zur Erstellung eines Bezugssignals eine sekundären Schallenergie hervor. Diese Änderungen mit dem Meßgut hinsichtlich seines Schallwiderstan- der Energie können ihrer Größe nach die Änderungen des identische Probe (10) vorgegebener Dicke in das 30 übersteigen, die durch den zu messenden Parameter schalleitende Medium eingebracht wird und der erzeugt werden, was zu großen Meßfehlern führt
Vergleich durch die Bildung der Differenz aus dem Ein anderes bekanntes Verfahren (»Elektronik«, 1963, Parametermeßwert des Meßgutes und dem Bezugs- Heft 3, Seiten 69 bis 74) verwendet zur Dickenmessung wert erfolgt Radioisotope. Auf solche Verfahren, die Radioisotope

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 35 ausnutzen, wird weiter unten noch näher eingegangen, zeichnet, daß zur Erstellung eines Bezugssignals eine Es gibt auch sogenannte Intensitäts-Laufzeit-Verfahmit dem Meßgut hinsichtlich seines Schallwider- ren (vgl. J. und H. Krautkrämer: »Werkstoffprüfung mit stands identische Probe (10) vorgegebener Dicke in Ultraschall«, Springer Verlag, 1961, Seiten 145 bis 147), das schalleitende Medium eingebracht wird und der bei denen Impulse über einen festen Keil oder eine Vergleich durch die Bildung des Verhältnisses aus 40 Flüssigkeit durch ein Werkstück geschickt werden, dem Parametermeßwert des Meßgutes und dem wobei durch die Zerlegung nach Laufzeiten Interferenz-Bezugswert erfolgt störungen weitgehend vermieden werden. Dadurch

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird aber untersuchtes flächiges Gut akustisch praktisch zur Messung der Dicke flächigen Guts mittels undurchlässig.

Schallwellen nach Anspruch 1 mit Schallwellensen- 45 Bekannt ist ein Verfahren zur Messung der Dicke von der und Schallwellenempfänger, zwischen denen das Feinblech (vgl. z. B. W. I. Feigin, Elektronische und Meßgut (4) angeordnet ist und deren Arbeitsflächen Halbleitergeräte im Hüttenwesen, Verlag Metallurgie, annähernd parallel zur Oberfläche des Meßguts Moskau, 1965).

gerichtet sind und einem Meßgerät, das an den Dieses Verfahren besteht darin, daß das Meßgut der

Empfänger angeschlossen ist, dadurch gekennzeich- 50 Einwirkung von durchdringenden Strahlungen ausgenet, daß das Meßgerät (6) einen Bezugssignal-Geber setzt wird sowie der Grad der Schwächung der aufweist, der abhängig von Nullpunkt- und Proben- Strahlung, die das Meßgut durchdringt, und nach ihrer punkt-Daten das zum Vergleich erforderliche Größe die Dicke des Meßguts bestimmt werden.
Bezugssignal abgibt. Ein solches Verfahren hat jedoch einen engen Bereich

55 der Dickenmessung, weil eine exponentielle Abhängig-

keit der Schwächung der Strahlung von der Meßgutdik-

ke zu verzeichnen ist.

Außerdem führt die Anwendung dieses Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine bei der Messung von flächigem Gut mit geringer Dicke Einrichtung zum Messen der Dicke flächigen Guts 60 zu größeren Fehlern bei der Dickenmessung. Das ist mittels Schallwellen nach dem Oberbegriff des Patent- darauf zurückzuführen, daß die Schwächung der anspruchs 1 bzw. 4. Strahlung von dünnem Material gering ist und mit der

Bei einem bekannten Verfahren (vgl. US-PS Schwächung der Strahlung im Schutzschirm der 27 208) dieser Art wird eine stehende Welle mit jeweiligen Strahlungsquelle vergleichbar wird,
einem Stehwellenverhältnis verwendet, das etwas 65 Bekannt ist ein Dickenmesser zur Durchführung des kleiner als 1 ist. Aus der Verminderung des Stehwellen- genannten Verfahrens (vgl. z. B. Informationsschrift Verhältnisses kann auf das Gewicht von beispielsweise Dickenmesser ITU-495 und ITSch-496, herausgegeben das flächige Gut bildenden Faserstoffen geschlossen von der Allunionsvereinigung »Isotop«, Moskau, 1963).