DE2607513C2 - Automatische MeB- und Überwachungseinrichtung für die präzise Ermittlung relativer Höhenunterschiede verschiedener Meßpunkte - Google Patents
Automatische MeB- und Überwachungseinrichtung für die präzise Ermittlung relativer Höhenunterschiede verschiedener MeßpunkteInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine automatische Meßeinrichtung für die präzise Ermittlung der relativen
Höhenunterschiede verschiedener Meßpunkte gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Für die Bestimmung
bzw. Überwachung der relativen Höhen von mehreren Meßpunkten werden derartige Meßeinrichtungen in
vielen Bereichen der Geodäsie und Technik eingesetzt. Vorzugsweise kommt eine Anwendung zur Bestimmung
und Überwachung der Höhen an Fundamenten von Turbinen und Reaktoren großer Kraftwerkseinheiten
sowie für die Ausrichtung großer Maschinenteile z. B. von Turbinenwellen in Betracht.
Sie ist als sogenannte Schlauchwaage ausgebildet, wobei das Flüssigkeitsniveau in den durch Schlauchleitungen
verbundenen Gefäßen abgetastet wird und analoge oder binäre Meßgrößen, die der Höhendifferenz
entsprechen, ausgegeben werden. Die Meßgröße kann durch Fernübertragung auch an einem anderen
Ort abgelesen oder aufgezeichnet werden. Die Meßeinrichtung ist sowohl für den mobilen als auch für den
stationären Einsatz geeignet.
Für die genaue Bestimmung der Höhenunterschiede im Bereich großer Maschinenanlagen auf eine Genauigkeit
von einigen V10 mm wurden bisher überwiegend handelsübliche Feinnivelliere verwendet. Dieses Verfahren
ist jedoch während des Betriebes nur bedingt anwendbar, da sich die von den Maschinen ausgehenden
Schwingungen auf die Instrumente übertragen können und damit die Funktion der Geräte oder zumindest die
Möglichkeit einer genauen Ablesung beeinträchtigen. Ferner entstehen durch die in den Maschinenbereichen
meist vorhandenen Luftbewegungen Refraktionen, die ebenfalls die Genauigkeit der Meßergebnisse erheblich
beeinflussen. Zudem sind die Meßpunkte wegen der vorhandenen Anlagen oft schwer zugänglich, so daß
keine Sichtverbindung zum Instrumentenstandort besteht.
Eine Verbesserung brachte hier der Einsatz von Präzisionsschlauchwaagen, da die Meßflüssigkeit infolge
ihrer Trägheit die Schwingungen nicht aufnimmt und das Problem der Refraktion hier nicht gegeben ist. In
der Praxis wurden hier bisher im wesentlichen folgende Systeme verwendet:
1. Abtastung der Flüssigkeitsoberfläche mit einer Mikrometervorrichtung:
a) Bei einer Reihe von Geräten wie die Schlauchwaagen nach v. Terzaghi, Takahasi und
Martin, Metron-Schlauchwaage 55 nach
N i e m c ζ y k und die Schlauchwaage nach Dr. Meißner der VEB-Freiberger-Präzisionsmechanik,
die alle nach dem gleichen Prinzip aufgebaut sind, wird als Meßflüssigkeit Wasser verwendet,
wobei bei einem neueren Modell der Schlauchwaage nach Dr. Meißner die Berührung der
Wasseroberfläche durch die Meßspitze über ein
elektronisches System optisch angezeigt wird. (Freiburger Forschungshefte C 262 Geophysik
1971).
b) Bei einem gleichartigen Verfahren (Escher-Wyss-Mitteilungen
1956 September-Dezember S. 31, 32) wird als Meßflüssigkeit Quecksilber verwendet,
wobei auch hier die Berührung der Oberfläche durch die Meßspitze elektrisch angezeigt wird.
c) Bei dem in der UdSSR entwickelten System SGN-27 D (Vermessungstechnik 1973, Heft 6,
VEB-Verlag für Bauwesen, Berlin) drückt eine auf
der Welle eines Elektromotors befindliche Nocke die Abtastspitze allmählich nach unten, wobei über
ein Getriebe eine mit radialen Schlitzen versehene Codescheibe bewegt wird. Diese Codescheibe wird
von einer Seite beleuchtet; auf der Gegenseite treffen die durch die Schlitze gehenden Lichtstrahlen
auf eine Photodiode, die die so entstehenden Impulse zur Zählung weitergibt. Die Summe der
Impulse entsprechen einer bestimmten Höhendifferenz.
2. Anzeige der Höhenänderung des Flüssigkeitsspiegels:
a) Bei dem sogenannten »Niveaumesser« der Firma Dr. H. Boeckels sind in den Standgefäßen des mit
Quecksilber gefüllten Systems eine Reihe verschieden langer Kontaktstifte angebracht. Über eine
elektrische Einrichtung können die Anzahl der Kontaktstifte, die in das Quecksilber tauchen und
damit elektrischen Kontakt geben, angezeigt und damit die Höhendifferenzen ermittelt werden. (H.
Bock el s, Senkungsmesser, Verm.Techn. Rundschau
1966).
b) Nach einem System der Firma Siemens (deutsche Patentschrift 14 48 708) erfolgt die Ermittlung der
Höhenänderung über einen Meßgeber, der durch einen Schwimmer auf der Flüssigkeitsoberfläche
betätigt wird. Die elektrische Ausgangsgröße des Meßgebers kann in einen analogen Wert der
Höhendifferenz umgewandelt werden.
Die sonstigen bekannten Meßvorrichiungen nach
dem Prinzip der Schlauchwaage können hier in der Betrachtung ausscheiden, da sie c-ru weder die erforderliche
Genauigkeit nicht erreichen oder eine so komplizierte Konstruktion aufweisen, daß eine sinnvolle
praktische Arbeit nicht möglich ist.
Aber auch die oben beschriebenen bekannten Meßgeräte weisen eine Reihe von Nachteilen auf:
Die Mikrometereinrichtung der Geräte nach Ziffer l)a + b müssen von Hand bedient und manuell
abgelesen werden. Bei ungünstigen Beleuchtungs- und Platzverhältnissen ist dies meist nicht einfach und hängt
sehr von der Sorgfalt des Beobachters ab. Eine ausreichende Meßgenauigkeit läßt sich deshalb nicht in
allen Fällen erzielen. Für Vermessungen in kernkraftwerken
ist zudem wegen der radioaktiven Strahlung ein Einsatz von manuell zu bedienenden Meßgeräten zum
Teil nicht möglich. Hier kommen nur Geräte mit der Möglichkeit zur Fernsteuerung und Fernübertragung
der Meßwerte in Betracht.
Die mit Quecksilber gefüllten Systeme scheiden wegen ihres Gewichtes und der Problematik dieses
Materials für bewegliche Meßsysteme ohnehin aus. Zudem sind hier im Hinblick auf die benötigte Menge
und den hohen Preis für Quecksilber erhebliche <>.s zusätzliche finanzielle Aufwendungen nötig. Für das
dieser Erfindung zugrunde liegende Schlauchwaagensystem kann dagegen normales Wasser verwendet
werden.
Bei dem System SGN-27 D der UdSSR sind zur Erzeugung der Impulse mehrere mechanische Vorgänge
zwischengeschaltet, die zwangsläufig eine gewisse Ungenauigkeit mit sich bringen. Auch der hier
verwendete normale Elektromotor hat wegen eines nicht zu vermeidenden Nachlaufes den Nachteil, daß ein
präzises Festhalten der Stellung der Meßspitze bei Berührung der Flüssigkeitsoberfläche nicht möglich ist.
Bei dem Gerät der Firma Dr. Böckeis ist zudem die Anzeigegenauigkeit von der Anzahl der verwendeten
Kontaktstifte abhängig. Bei dem in der Praxis notwendigen Meßbereich und der erforderlichen
Genauigkeit würden eine Vielzahl (ca. 100) von Kontaktstiften benötigt. Wegen der damit verbundenen
Probleme scheidet dieses Gerät für die eingangs erwähnten Messungen aus.
Auch den Systemen mit schwimmergesteuerten Meßwertgebern ist diese Erfindung überlegen, da sich in
der Praxis gezeigt hat, daß die mit den Schwimmern verbundenen Anker der Meßwertgeber nicht reibungsfrei
in den Spulen geführt werden können und damit häufig unrichtige Ergebnisse entstehen. Auch Kondenswasser
auf den Schwimmkörpern kann die Meßwerte verfälschen. Ferner kann die Oberflächenspannung des
Wassers die Eintauchtiefe des Schwimmers beeinflussen.
Bei keiner der bisher verwendeten Vorrichtungen kann die Funktion des Gerätes während der Messung
überprüft werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin eine Einrichtung anzugeben bei der durch eine mehrfache
MeBweriermittlung bzw. -übertragung, aus weitgehend
getrennten Verfahren, die Richtigkeit der Ergebnisse laufend überprüft werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale
gelöst, die hinsichtlich der Anzeige bzw. Ablesung der Höhendifferenz zwei automatisch arbeitende Systeme
vorsieht, wobei eine zusätzliche Kontrollniöglichkeit zur Überprüfung der Funktion beider Anzeigesysteme
vorgesehen ist.
Die Abtastung der Flüssigkeitsoberfläche erfolgt durch eine Meßspitze, die mechanisch direkt mit dem
Anker eines Weggebers verbunden ist. Die Meßspitze wird mittels eines Schrittmotors über eine Mikrometerschraube
bis zum Kontakt mit der Flüssigkeitsoberfläche angetrieben. Dieser Kontakt wird durch eine
entsprechende elektronische Schaltung festgestellt, über die dann automatisch die Stromzufuhr zum Motor
unterbrochen wird. Durch die Verwendung eines Schrittmotors ist gewährleistet, daß die Stellung des
Antriebs bei Abschaltung des Motors erhalten bleibt.
Die beiden Systeme zur Anzeige bzw. Ablesung stellen sich wie folgt dar:
a) Die elektrischen Ausgangsgrößen des Weggebers bei zwei verschiedenen Stellungen der Meßspitzen
entsprechen einer analogen Höhendifferenz. Die vom Meßwertgeber gelieferten elektronischen
Größen können über ein Anzeigegerät oder über einen Schreiber ausgegeben werden.
b) Die Impulse des Schrittmotors von einer festgelegten Nullstellung bis zur Berührung der Flüssigkeitsoberfläche werden elektronisch gezählt, die Differenz
der Impulse von zwei verrchieJcnen Stellun
gen der Meßspitze ergibt über die bekannte Impulsgröße ein direktes Maß für die Höhendifferenz
dieser beiden Stellungen. Die Ausgabe kann
über eine Digitalanzeige, über einen Schreiber oder
über einen Drucker erfolgen.
Nach Anzeige bzw. Ablesung wird die Meßspitze durch eine elektronische Steuerung über den Schrittrnotor
automatisch in Nullstellung zurückgeführt. s
Der gesamte zeitliche Ablauf des Meßvorganges und dor Intervallabstand der einzelnen Messungen wird
ebenfalls vollautomatisch durch eine entsprechende elektronische Schaltung gesteuert.
Bei beiden Systemen kann durch eine Differenzscha!- P0
tung auch die direkte Höhendifferenz von 2 verschiede nen Meßstellen ausgegeben werden. Bei mehreren
Meßstellen können diese auch nacheinander über eine aufragende Umschalteinrichtung an eine gemeinsame
Anzeige- oder Schreibvorrichiung angeschlossen wer- ^ den.
Durch Kühlung der Meßstellen und des Schlauches über ein Doppelmantelsystem können auch Messungen
bei erheblichen Temperaturdifferenzen an den verschiedenen Meßstellen erfolgen.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind darin zu sehen, daß mit dieser Meßvorrichtung die relativen
Höhendifferenzen zweier oder mehrerer Punkte mit großer Genauigkeit und geringem Zeitaufwand auch an
während des Betriebes nicht zugänglichen Stellen einmalig oder als Dauerüberwachung automatisch zu
ermitteln sind, wobei die Ergebnisse wahlweise an Anzeigegeräten abgelesen oder durch Schreiber bzw.
Drucker aufgezeichnet werden können. Bei gleichzeitiger Anwendung beider Anzeige- bzw. Ablesungssysteme
ist neben einer unabhängigen Kontrollmöglichkeit auch gewährleistet, daß selbst beim Ausfall eines
Systems immer noch eine Messung möglich ist. Darüber hinaus ist durch den Einsatz der vor Ort ablesbaren
Mikrometerschrauben eine zusätzliche genaue Funktionskontrolle möglich.
Durch die zwangsläufige Abhängigkeit der beiden Meßwertgebersysteme von der Stellung der Meßspitze
ist eine Beeinflussung der Meßgenauigkeit durch Reibung, Spiel od. dgl. unmöglich.
Mit der Darstellung eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im folgenden näher erläutert:
F i g. 1 stellt im einzelnen die Ausbildung des wegabhängigen Gebersystems dar,
F i g. 2 zeigt die zugehörige elektrische Schaltung des analogen Meßgebersystems,
F i g. 3 zeigt den Funktionsplan für die elektronische
Steuerung des motorisch bewegten Meßsystems.
Bei dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Meßsystem in einem verschließbaren Montagegehäuse
1 untergebracht. Die Abtastung der Flüssigkeitsoberfläche 6 des Schlauchwaagensystems erfolgt
mit Hilfe der Meßspitze 2, die durch einen Schrittmotor 5 über eine, mit diesem direkt gekuppelte Mikrometerschraube
4 bis zum Kontakt mit der Flüssigkeitsoberflä- S5
ehe 6 bewegt wird.
Die mechanische Kupplung des analogen elektrischen Weggebers 3 erfolgt durch die Verbindungsplatte 7. Die
Konsole 8 dient der HöhenfixiiMung 0er unbewegten
TeMe des Abiastsystems 5 und 4 sowie dos Weggebers 3.
Die Libelle 9 wird zur Horizontierung des Gcbersvstems
vor Ort benötigt.
In Fig. 2 sind schematisch zwei Meßgeber gemäß
Fig. 1 zur Ermittlung der Höhendifferenz in einem
Scnlauchwaagensyslem dargestellt. Die Funktion der
beiden Anzeige- bzw. Ablesesysteme (a-l-b) stellt sich
wie folgt dar:
Beim System a) wird die Höhenlage der durch einen ScIh iiimotor 5 bewegten Meßspitze 2 beim Kontakt mit
.:ier Flüssigkeitsoberfiäche 6 über einen Weggeber 3 in Verbindung mit dem zugehörigen MeÖverstärker 10 in
einen der Höhenlage proportionalen Strom umgewandcii.
In der Meßschaltung ίί wird dann die Höhendiffereii7
?weier Meßgebersysteme gebildet und am Punktdrucker 12 aufgezeichnet. Die Impulse des
Taktgebers 14 zum Betrieb des Schrittmotors werden über einen Sleuerbaustcin 13, der in Fig. 3 näher
beschrieben wird, durchgeschaltet.
Fig. 3 zeigt den Funktionsplan der elektronischen Steuerung des motorisch bewegten Meßsystems gemäß
F i g. 1 Ausgangsbasis ist das Meßstellenumschaltsystem in einem handelsüblichen Mehrfarbenpunktdrucker 15
sowie die Nullage der Meßspitze, die durch den Endlagenkontakt 17 fixiert ist.
Mit dem »Ein-Befehl« des Punktdruckers 15 über die Logikschaltung 19 werden im Steuerbaustein 20 die
Impulse des Taktgebers 14 zur Ansteuerung des Schrittmotors in der gewünschten Drehrichtung freigegeben.
Bei der Berührung der Meßspitze 2 mit der Flüssigkeitsoberfläche 6 wird die monostabile Kippstufe
18 ausgesteuert und die Bewegung der Meßspitze 2 über den Logikbaustein 19 unterbrochen. Ist der Meßwert
durch den Punktdrucker 15 erfaßt, gibt dieser ein Rückmeldesignal ab, das den Speicher 16 setzt und den
Rücklauf des Gebersystems durch Drehrichtungsumkehr bis zur Nullage veranlaßt. Ist dieser Vorgang durch
die Betätigung des Kontaktes 17 beendet, kann ein erneuter Meßvorgang eingeleitet werden.
Beim System b) wird, wie in F i g. 3 dargestellt, die Höhenlage der Meßspitze 2 zum Flüssigkeitsspiegel 6
des Schlauchwaagensystems durch eine Zusatzeinrichtung auch binär erfaßt. Dies erfolgt über eine
Logikschaltung 21 so, daß mit dem »Ein-Befehl« aus Baustein 19 gleichzeitig eine Zähleinrichtung 22
angesteuert wird, die die Anzahl der bis zum Kontakt der Meßspitze 2 mit der Flüssigkeitsoberfläche 6
benötigten Impulse des Taktgebers 14 zählt und diese Summe nach Beendigung des Meßvorganges an eine
binäre Anzeige oder Druckeinrichtung weitergeleitet.
Da das Verhältnis Weg der Meßspitze pro Impuls genau bekannt ist, stellt diese Art der Meßwertermittlung
nach b)das genauere Verfahren dar.
An der Mikrometerschraube 4 können zusätzlich die einzelnen Meßergebnisse vor Ort überprüft werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Automatische Meß- und Überwachungseinrichtung für die präzise Ermittlung relativer Höhenunterschiede
verschiedener Meßpunkte, vorzugsweise an Fundamenten von Turbinen und Reaktoren großer Kraftwerksblöcke sowie für die Ausrichtung
großer Maschinenteile wie z. B. Turbinenwellen, welche als sogenannte Schlauchwaage ausgebildet ι ο
ist, die mindestens zwei an verschiedenen Meßstellen angeordnete, mit einer Schlauchleitung verbundene
Gefäße aufweist, bei der die Flüssigkeitsoberfläche
jeden Gefäßes mit einer, durch einen Motor bewegten Meßspitze abgetastet und die Bewegung
bei der Berührung mit der Flüssigkeitsoberfläche durch eine elektronische Steuereinrichtung unterbrochen
wird, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
a) Die Bewegung der Meßspitze (2) eines jeden Meßsystems von der Nullage bis zur Berührung
mit der Flüssigkeitsoberfläche (6) wird zur präzisen Erfassung der Null- und Endstellung
durch einen Schrittmotor (5) gesteuert.
b) Die Anzahl der benötigten Steuerimpulse für den Schrittmotor (5) von der Nullage der
Meßspitze (2) bis zur Berührung mit der Flüssigkeitsoberfläche (6) eines jeden Meßsystems
wird einer elektronischen Zähleinrichtung (22) zugeführt und in solcher Weise ausgedruckt oder angezeigt, daß die Anzahl der
Steuerimpulse dem Weg der Meßspitze (2) entspricht.
c) Die Meßspitze (2) ist mit dem Anker eines weg-elektrischen Wandlers (3) mechanisch
verbunden, dessen analoge elektrische Ausgangsgröße dem Weg der Meßspitze (2) von
der Nullage bis zur Berührung mit der Flüssigkeitsoberfläche (6) proportional und
einer elektrischen Anzeige- oder Schreibvorrichtung zuführbar ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Meßwertgebern (3) der
einzelnen Meßstellen abgegebenen Ausgangsgrößen bzw. die Impulse für die Steuerung der
Schrittmotore (5) der einzelnen Meßstellen nach dem Kompensations- oder Differenzprinzip so einer
gemeinsamen Anzeige- oder Aufschreibevorrichtung zugeführt werden, daß der angezeigte oder
ausgedruckte Wert unmittelbar der Höhendifferenz der einzelnen Meßstellen entspricht, wobei bei
mehreren Meßstellen diese der Reihe nach über eine automatische Umschalteinrichtung abgefragt werden
können.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch .s.s gekennzeichnet, daß mittels elektronischer Schaltvorrichtungen
(14 mit 22) der Ablauf der Messung vom Schaltbefehl »ein« bis zur Anzeige bzw. Aufzeichnung vollautomatisch erfolgt, einschließlich
Rückführung der Meßspitze (2) in Nullstellung (>o
4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Messungen mittels geeigneter
Schaltvorrichtungen in einem einstellbaren Zeitabstand automatisch wiederholt werden.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- <>s
zeichnet, daß der Antrieb der Meßspitze (2) durch den Schrittmotor (5) über eine ablesbare Mikrometerschraube
(4) als Kontroll- und lustiereinrich-
tung des Meßsystems erfolgt
6. Einrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkopf eines Punktschreibers
mittels einer, von einem Schrittmotor angetriebenen Mikrometerspindel so im Skalenbereich
bewegt wird, daß die Stellung des Druckkopfes direkt der Höhendifferenz zwischen Meßpunkt und
Bezugspunkt entspricht und quasikontinuierlich als Kurvenzug registriert wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19762607513 DE2607513C2 (de) | 1976-02-25 | 1976-02-25 | Automatische MeB- und Überwachungseinrichtung für die präzise Ermittlung relativer Höhenunterschiede verschiedener Meßpunkte |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19762607513 DE2607513C2 (de) | 1976-02-25 | 1976-02-25 | Automatische MeB- und Überwachungseinrichtung für die präzise Ermittlung relativer Höhenunterschiede verschiedener Meßpunkte |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2607513B1 DE2607513B1 (de) | 1977-05-18 |
DE2607513C2 true DE2607513C2 (de) | 1979-02-15 |
Family
ID=5970749
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19762607513 Expired DE2607513C2 (de) | 1976-02-25 | 1976-02-25 | Automatische MeB- und Überwachungseinrichtung für die präzise Ermittlung relativer Höhenunterschiede verschiedener Meßpunkte |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2607513C2 (de) |
Families Citing this family (4)
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---|---|---|---|---|
DD154038B2 (de) * | 1976-04-13 | 1986-07-16 | Gerd Schuchardt | Anordnung zur gerad- und ebenheitsmessung |
FR2465198A1 (fr) * | 1979-09-14 | 1981-03-20 | Legris Marcel | Niveau a controle electrique |
FR2542866B1 (fr) * | 1983-03-18 | 1985-08-16 | Legris Marcel | Appareil pour la recherche d'horizontalites et la mise a niveau automatique de certaines pieces |
DE4324569C1 (de) * | 1993-07-23 | 1994-06-23 | Schering Ag | Automatische Schlauchwaage |
-
1976
- 1976-02-25 DE DE19762607513 patent/DE2607513C2/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2607513B1 (de) | 1977-05-18 |
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