DE2605473A1

DE2605473A1 - Indirect ferromagnetic material thickness measurement - uses test head with magnetic yoke with AC excitation to saturate material

Info

Publication number: DE2605473A1
Application number: DE19762605473
Authority: DE
Inventors: Manfred Ing Grad Gortat
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-02-12
Filing date: 1976-02-12
Publication date: 1977-08-18

Abstract

The test head consists of a magnetic yoke. The yoke is excited with a.c. by excitation coils to such an extent that the metal strip under the yoke is magnetically saturated, while the yoke cross-section is such that it itself is not saturated. The excitation current amplitude, shape and frequency are so varied by a control circuit, that effects of rolling speed, strip temperature, eddy currents and strip tension are eliminated.

Description

Meßanordnung zum berührungslosen Bestimmten der Banddicke ferromagnetischer Materialien Die Erfindung betrifft die Anordnung eines Meßgerätes, mit dessen Hilfe es möglich ist, an ferromagnetischen Materialien -besonders beim Kaltwalzen und Strecken - die genaue Dicke des Materials unabhängig von der Größe des Luftspaltes zwischen dem Meßkopf und dem Meßgut.Measuring arrangement for the contactless determination of the strip thickness of ferromagnetic Materials The invention relates to the arrangement of a measuring device, with the aid of which it is possible to work on ferromagnetic materials - especially when cold rolling and Stretch - the exact thickness of the material regardless of the size of the air gap between the measuring head and the material to be measured.

Es sind verschiedene Verfahren zum elektrischen oder maçnetischen Messen der Stärke von Eisenblecherzeugnissen von einer seite aus bekannt, ohne die Brzeugnisse dabei zu zerstören. So ist z.B. bei einem bekannten Verfahren ein magnetischer Kreis aus einem Joch, einem Metallblechs einer Erregerspule und einer Sekundärspule oder einer auf dem Joch aufgewickelten Meßspule gebildet. Bei diesem Verfahren wird das Zeitintegral einer in einer Meßspule induzierten Spannung gemessen, wenn das zu messende Band bis zur technischen Sättigung elekrtisch erregt wird.There are different methods for electrical or magnetic Measuring the thickness of sheet iron products from one side known without the Destroying certificates in the process. For example, one known method is a magnetic one Circle made up of a yoke, a sheet metal of an excitation coil and a secondary coil or a measuring coil wound on the yoke. In this procedure the time integral of a voltage induced in a measuring coil measured when the tape to be measured is electrically excited up to technical saturation.

Diese Messung wird jedoch sehr stark den Luftspalt mit seinem großen magneitshce Widerstand beeinflußt, und es müssen daher Vorkehrungen getroffen werden, deii Luftspalt konstant zu halten. Dieses wird dadurch gewährleistet, daß der Meßkopf mit Laufrollen versehen wird, die auf dem Band abrollen und somit den Abstand konstant halten.However, this measurement will very strongly affect the air gap with its large size affects magneitshce resistance, and therefore precautions must be taken to keep the air gap constant. This is ensured by the fact that the measuring head is provided with rollers, which roll on the belt and thus the distance is constant keep.

Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß eine absolute Konstanz des Luftspaltes nicht gewährleistet werden kdr!n, vor allem nicht bei dicken und welligen Stahlbändern und bei hohen Walzgeschwindigkeiten. Ferner ist von Nachteil, daP diese Rollen die Oberfläche des Meßgutes berbhren und somit bei empfindlichen Materialien Spuren hinterlassen, die die Qualität mindern. Ein weiterer Nachteil dei bekannten Geräte besteht darin, daß die Erregung der Meßspule nur mit Netzfrequenz und deren Kurvenform betrieben werden kann, was keinesfalls die optimalen «rregerbedingungen sind.The disadvantage of this arrangement is that it is absolutely constant of the air gap cannot be guaranteed, especially not with thick and wavy steel strips and at high rolling speeds. Another disadvantage is that these roles overdrive the surface of the material to be measured and thus with sensitive ones Materials leave traces that reduce the quality. Another disadvantage dei known devices consists in that the excitation of the measuring coil only with mains frequency and their curve shape can be operated, which is by no means the are optimal «exciter conditions.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßanordnung zu entwickeln, mit dessen Hilfe es möglich ist - unabhängig vom vorhandenen Luftspalt zwischen Meßkopf und dem zu messenden Walzgut - die genaue Banddicke zu bestimmen und die optimale Frequenz und Kurvenform des Erregerstromes einstellen zu können.The invention is based on the object of developing a measuring arrangement with the help of which it is possible - regardless of the existing air gap between Measuring head and the rolling stock to be measured - to determine the exact strip thickness and the to be able to set the optimal frequency and waveform of the excitation current.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Erregung der Meßspule eines Meßkopfes, der aus einem magnetisierbaren Joch besteht, ein Leistungsoperationsverstärker mit vorgeschalteten Frequenz- und Kurvenform-Generator benutzt wird.This object is achieved according to the invention in that for excitation the measuring coil of a measuring head, which consists of a magnetizable yoke, is a power operational amplifier with upstream frequency and waveform generator is used.

Die Beschaltung wird dabei so ausgelegt, daß die Amplitude des Erregerstromes proportional der Amplitude der im F-Generator erzeugten Spannung ist, und die Frequenz und Kurvenform des Erregerstromes ebenfalls proportional der Frequenz und Kurvenform der im F-Generator erzeugten Spannung ist0 Die Amplitude der Erregerspannung ist bei dieser Anordnung proportional dem Buftspalt zwischen Meßkopf und Meßgut sowie zu einem kleinen Teil proportional der zu messenden Dicke. Die amplitude der in einer Sekundärspule induzierten Spannung ist proportional der Seßgutdicke und der Größe des Luftspaltes zwischen Meßkopf und Meßgut.The wiring is designed so that the amplitude of the excitation current is proportional to the amplitude of the voltage generated in the F-generator, and the frequency and waveform of the excitation current also proportional to the frequency and waveform of the voltage generated in the F-generator ist0 The amplitude of the excitation voltage is in this arrangement proportional to the air gap between the measuring head and the material to be measured as well to a small extent proportional to the thickness to be measured. The amplitude of the in a secondary coil induced voltage is proportional to the Seßgutdicke and the Size of the air gap between the measuring head and the material to be measured.

In einer geeigneten Rechenschaltung wird c1er durch den Luftspalt vorhandene Fehler herausgerechnet. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird der Vorteil erzielt, daß die Meßgenauigkeit unabhängig vom vorhandenen Luftspalt wesentlich größer ist als bei dem bekannten Verfahren, und die Eionflüsse iuf die Genauigkeit in Abhängigkeit von Bandtemperatur, Bandzug @@ und U~ndgeschwindigkeit durch die geeignete Wahl von @@@@gerstrom-Frequenz und -kurvenform praktisch eliminiert @@rden. Ei eiterer Vorteil ist die berührungsfreie Messung und die @ @kommel ausgeschlossenen Beschädigungen der Meß @@@@@@ .In a suitable arithmetic circuit, c1er becomes through the air gap existing errors excluded. The inventive measures is the The advantage achieved is that the measurement accuracy is essential regardless of the air gap present is greater than in the known method, and the ion flows i on the accuracy depending on the belt temperature, belt tension and speed through the suitable choice of @@@@ gerstrom frequency and waveform practically eliminated @@ rden. Another advantage is the non-contact measurement and the @ @ commel excluded Damage to the measurement @@@@@@.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnungen erläutert.The invention is explained below with reference to the drawings.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform des bei der Erfindung verwendeten Meßgerätes Fig. 2 u 3 zeigen die Beziehungen zwischen der Sekundärspannung des Meßkopfes und der zu messenden Dicke des Meßgutes in Abhängigkeit eines vorhandenen Luftspaltes zwischen Meßkopf und Meßgut bzw.Fig. 1 shows an embodiment of that used in the invention Measuring device Fig. 2 and 3 show the relationships between the secondary voltage of the measuring head and the thickness of the material to be measured depending on an existing air gap between measuring head and material to be measured or

zwischen der Amplitude der Erregerspannung und dem vorhandenen Luftspalt; als Paramter ist hier die zu messende Banddicke aufgetragen. between the amplitude of the excitation voltage and the existing air gap; The strip thickness to be measured is plotted here as a parameter.

Fig0 4 zeigt den bei der Meßanordnung benutzten Meßkopf Die erfindungsgemäß verwendete Meßanordnung besteht - wie aus Fige 1 ersichtlich - aus dem Frequenz-Generator 1 dessen Frequenz, die Amplitude und die Kurvenform zu variierten sind. Die Frequenz und die Kurvenform werden auf experimentielle Weise optimiert.Fig0 4 shows the measuring head used in the measuring arrangement according to the invention The measuring arrangement used consists - as can be seen from FIG. 1 - from the frequency generator 1 whose frequency, amplitude and waveform are to be varied. The frequency and the waveform are optimized in an experimental manner.

Die Amplitude der Ausgangsspannung U5011 des Frequenzgenerators soll proportional der Amplitude des Erregerstromes sein und wird auf den Eingang des Leistungs-Operationsverstärkers OP 4 geschalteto Gegengekoppelt wird dieser Spannung die am Widerstand 7 abfallende Spannung Uist welche proportional dem im Meßkopf 5 fli senden Erregerstrom ist. Diese Schaltanordnung stellt eine variable Stromquelle dar. Der Erregerstrom ist proportional der Ausgangsspannung des Frequenz-Generators. Die Sekundärspannung 6 der im Meßkopf 5 induzierten Spannung wird gleichgerichtet und einer Rechenschaltung 8 zugeführt, ebenso die dem Erregerstrom proportionale Spannung0 Bild 2 zeigt die Ausgangsspannung Usek aufgetragen über die Meßgutdicke do Man erkennt den starken Einfluß des Luftspaltes zwischen Meßkopf und -gut. Erfindungsgemäß wird einer Rechenschaltung 8 die gleichgerichtete Erregerspannung 10, die proportional dem Luftspalt und der Meßgutdicke ist, zur Korrektur der Sekundärspannung Usek. zugeführt. Die so gewonnene Spannung ist nur noch proportional der Dicke des zu messenden Bandes. In einer weiteren Rechenschaltung 9 wird dieser Spannung eine dem Sollwert proportionale Spannung abgezogen und eine materialspezifische Korrekturspannung verarbeitet0 Die Ausgangsspannung dieser Rechenschaltung ist eine der Dickenabweichung proportionale Spannung U Ad mit äußerst hohe Genauigkeit.The amplitude of the output voltage U5011 of the frequency generator should proportional to the amplitude of the excitation current and is applied to the input of the Power operational amplifier OP 4 switched o This voltage is fed back the voltage U which drops across the resistor 7 is proportional to that in the measuring head 5 fli send excitation current is. This switching arrangement provides a variable current source The excitation current is proportional to the output voltage of the frequency generator. The secondary voltage 6 of the voltage induced in the measuring head 5 is rectified and fed to a computing circuit 8, as well as that proportional to the excitation current Voltage0 Figure 2 shows the output voltage Usek plotted over the thickness of the material to be measured do You can see the strong influence of the air gap between the measuring head and the material. According to the invention is a computing circuit 8, the rectified excitation voltage 10, which is proportional the air gap and the material thickness to correct the secondary voltage Usek. fed. The voltage obtained in this way is only proportional the Thickness of the tape to be measured. In a further computing circuit 9, this voltage a voltage proportional to the setpoint and a material-specific one Correction voltage processed 0 The output voltage of this computing circuit is a the thickness deviation proportional voltage U Ad with extremely high accuracy.

Fig. 3 zeigt den Zusammenhang zwischen Luftspalt und der Amplitude der Erregerspannung Uerr.Fig. 3 shows the relationship between the air gap and the amplitude the excitation voltage Uerr.

Beige 4 zeigt den bei der Meßanordnung benutzten Meßkopf 5, der als Vierschenkelkopf ausgebildet ist. Der Kern des Kopfes besteht aus vier Schenkeln, die aus geschichteten weichmagnetischen Blechen aufgebaut sind. Diese stehen senkrecht auf den Ecken einer ebenfalls geschichteten weichmagnetischen Grundplatte. Jeder Schenkel trägt eine Primär-Wicklung und eine Sekundär-Wicklung. Die Primär-Spulen sind so geschaltet, daß der primär erzeugte magnetische Fluß aus dem Schenkellund 3 austritt und in die Schenkel 2 und 4 wieder eintritt. Die Sekundär-Spulen sind so geschaltet, daß sich die in ihnen induzierten Spannungen phasenrichtig addieren.Beige 4 shows the measuring head 5 used in the measuring arrangement, which is used as Four-leg head is formed. The core of the head consists of four legs, which are made up of layered soft magnetic sheets. These are vertical on the corners of a layered soft magnetic base plate. Everyone Leg carries a primary winding and a secondary winding. The primary coils are switched so that the primarily generated magnetic flux from the Schenkellund 3 exits and re-enters legs 2 and 4. The secondary coils are switched so that the voltages induced in them add up in the correct phase.

Claims

Claims 1) Arrangement for the indirect measurement of the strength $ a ferromagnetic material by means of a to be measured at a distance from the dome Tape arranged measuring head, which consists of a magnetic yoke that passes through Excitation coils is electrically excited by means of alternating current so that the under the The metal band located in the yoke is magnetically saturated, WHERE that such a thing Has cross-section, since it is not magnetically saturated itself, characterized in that that the excitation current by means of a circuit arrangement in its amplitude, curve shape and frequency must be varied in such a way that the influences of the rolling speed Belt temperature, the eddy currents and the belt tension are eliminated.

2) Arrangement according to claim 1, characterized in that the circuit arrangement from frequency generator with variable frequency and waveform, an attenuator and a variable current source switched from a power operational amplifier exists, so that the excitation current both in its amplitude, the frequency and the Curve shape can be varied.

3) Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that a first electrical signal, which is used as a measure of the strip thickness and the size of the Air gap between the measuring head and the ferromagnetic tape is used in one Calculation circuit is corrected by a second electrical signal in such a way that a measured value that is independent of the size of the air gap and that is proportional to the thickness of the material to be measured is available.

4) arrangement according to 1-3, characterized in that the first electrical Signal is generated in another coil on the yoke and then rectified, and that the second electrical signal is the excitation voltage, which is also rectified is used.

5) arrangement according to -I - 4, characterized in that daP has a device consists in which the corrected measurement signal, which is proportional to the strip thickness, linearizes and a thickness target value pDportional voltage is subtracted from this, see above that the measured value is a voltage that is proportional to the thickness deviation