DE2711767A1

DE2711767A1 - Vorrichtung fuer die temperaturmessung

Info

Publication number: DE2711767A1
Application number: DE19772711767
Authority: DE
Inventors: Seigo Ando; Akira Kameyama; Katsujiro Watanabe; Takeo Yamada
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1976-03-17
Filing date: 1977-03-17
Publication date: 1977-09-29
Also published as: DE2711767B2; FR2344822B1; JPS52111775A; JPS5542692B2; FR2344822A1; GB1533812A; DE2711767C3; US4095469A

Description

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NIPPON KÜKAN KABUSHIKI KAISHA

1-2 Marunouchi-1-chonie, Chiyoda-ku

Tokyo / JAPAN

Vorrichtung für die Teniperatuni'essuna

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung tür die Temperaturmessung an vor allem elektrisch lei tfähigen Gegenständen, wobei die Messung berührungslos unter Verwendung des Wirbelstromeffektes erfolgt.

Die Temperaturmessung von Gegenständen aus Metall unter Ausnutzung des WirbelStromeffektes ist bekannt. Sie wurde als zweckmäßig für Temperatürmessungen im Walzwerk und dergleichen angesehen, weil sie anderen Temperaturmessungen in verschiedener Hinsicht überlegen ist, wie z.B. im Hinblick auf die Möglichkeit einer präzisen Messung im Bereich der Raumtemperatur, eines schnellen Ansprechens und eines Einsatzes bei ungünstigen Umgebungsbedi ngungen.

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Jedoch haben die bislang entwickelten, auf der Wirkung des Wirbelstroms beruhenden Temperaturmesser den Nachteil, daß eine Veränderung des Abstandes zwischen dem bezüglich seiner Temperatur zu messenden metallischen Gegenstand und der Detektorspule Auswirkungen auf den Ausgang des Messgerätes hat und auch die Temperaturmessempfindlichkeit und das Ansprechen auf Temperaturänderungen nachteilig beeinflusst. Nach diesem Stand der Technik hat man gemäß Fig. 1 eine Detektorspule 2 an einen Schenkel eiriLr Wechselstrom-Messbrücke 3 angeschlossen, die ihrerseits mittels eines Oszillators 4 erregt wird, wobei ein Verstärker 6 an einen weiteren Schenkel der Wechselstrommessbrücke 3 angeschlossen ist und ein synchro nisierter Detektorstromkreis 7 mit einem Phasenschieber 5 zur Gewährleistung eines synchronen Empfangs für die Bildung eines Temperaturmessausganges ν vorgesehen sind. Das charakteristische Verhalten dieses bekannten Temperaturmessgerätes auf der Grundlage des Wirbelstroms ergibt sich aus den Diaqrammen gemäß den Fig. 2, 3 und 4. Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen der Temperatur t des metallischen Gegenstandes 1, die gemessen werden soll, wobei die Messentfernung d konstant ist; Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen dem gemessenen Ausgang ν bei konstanter Temperatur und bei einer Veränderung des Messabstandes d zwischen dem metallischen Gegenstand 1 und der Detektorspule 2; schließlich zeigt Fig. 4 die Beziehung zwischen dem Messabstand d und der Temperaturmessempfindlichkeit dv/dt. Wie man aus diesen Ergebnissen erkennen kann, besteht selbstverständlich kein Einfluss bei einem feststehenden Messabstand auf den Messausgang v, wohl aber eine Auswirkung einer Veränderung des

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Messabstandes d auf die Messeinpf indl ichkei t dv/dt. ciemäfS Fiq. 4, so daß der Messauscjang ν der Einwirkung einer Veränderung des Messabstandes ausgesetzt ist.

Bei einer anderen bekannten Vorrichtung zur Temperaturmessung ist entsprechend Fig. 5 eine Detektorspule 2 an einen Oszillator als Resonanzelement angeschlossen, so daß die von der Temperatur abhängigen Änderungen der Induktanz der Detektorspule 2 verwendbar sind, um die Temperatur eines metallischen Gegenstandes zu empfangen und im Empfänger- 9 durch eine Änderung der Oszillationsfrequenz des Oszillators 8 in Abhängigkeit von der Temperatur qemäß Fig. 6 zu messen. Während hierbei gemäß Fig. 7 vernachlässiqbar kleine Abweichungen des Messabstandes d ohne unmittelbaren Einfluß sind und durch genaue Wahl der Größe der Detektorspule und des Wertes der Oszillationsfrequenz bestimmbar sind, ändert sichdie Temperaturansprechempfindlichkeit df/dt mit Veränderung des Messabstandes gemäß Fig. 8, und demgemäß besteht eine Einwirkung des Messabstandes auf die Ansprechempfindlichkeit.

Somit ergibt sich, daß bei den bekannten Tenperaturmesseinrichtungen auf der Grundlage des Wirbelstromeffektes die Temperaturansprechempfindlichkeit ausnahmslos exponentiell mit der Zunahme des Messabstandes d zurückgeht, was Messfehler zur Folge hat. Eine andere bekannte Ausführungsforni, bei welcher die Veränderung des Messabstandes mittels eines Abstandsmessgerätes erfasst wird, um den Einfluß auf die Teniperaturmessempfindlichkeit automatisch auszugleichen, konnte in der Praxis keinen Eingang finden, weil die Erfassung des Messabstandes an sich problematisch ist.

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Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aufgezeigten Schwierigkeiten bei einer Vorrichtung zur Temperaturmessung auf der Grundlage des Wirbelstromeffektes zu vermeiden.

Nach dem Vorschlag der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Vorrichtung einen Operationsverstärker nach Art eines Differential Verstärkers, dessen einer Eingang an eine Detektorspule angeschlossen ist, und eine Blindspule mit einem positiven Rückkoppelungsanschluß aufweist, und daß ein Oszillator den anderen Eingang des Operationsverstärkers mit einem Signal von konstanter Amplitude und vorgegebener Oszillatorfrequenz speist, welch anderer Eingang einen negativen Rückkoppelungskreis mit einem einstellbaren negativen Rückkoppelungsfaktor versorgt, und daß mittels eines Phasenschiebers am Ausgang des Oszillators der Phasenwinkel des Oszillators auf ein synchrones Bezugssignal des Detektors einstellbar ist, und daß ein Detektorkreis an den Oparationsverstärker und den Phasenschieber für den synchronen Empfang des Ausgangs des Operationsverstärkers mit dem Bezugssignal des Phasenschiebers zur Bildung eines eine gemessene Temperatur anzeigenden Signals angeschlossen ist.

Mittels dieser Vorrichtung kommt es zur Messung eines Wechsels in der Impedanz der dem metallischen Gegenstand zugekehrt angeordneten Detektorspule. Die elektronische Schaltung läßt sich vereinfacht auffassen als ein Operationsverstärker, ein negativer Rückkoppelungskreis mit einstellbarem Rückkoppelungsfaktor, ein positiver Rückkoppelungskreis,

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ein Oszillator, ein Phasenschieberkreis und ein synchroner Empfangskreis. Der Wechsel in der Impedanz der- Detektorspule wird durch die Wirkung des Wirbelstroms erzeugt, der sich auf Grund der Einwirkung eines Wechselfeldes auf den metallischen Gegenstand bildet, wobei diese Impedönzänderuna von der Temperatur des metallischen Gegenstandes abhängig ist. Durch Einstellung des negativen Ruckkoppelungsfaktors IS des negativen Ruckkoppelungskreises und des Phasenwinkels θ des Phasenschieberkreises in der elektronischen Schaltung lälU sich die Beziehung zwischen dem gemessenen Abstand von der Detektorspule zum metallischen Gegenstand und der gemessenen Ausgangshöhe, der Temperaturmessempfinrilichkeit bezüglich der Temperatur des metallischen Gegenstandes und der Temperaturmessempf indlichkeit bezüglich des Messabstandes bestimmen.

Bei einer die Erfindung veranschaulichenden Ausfiihrungsform ist die Vorrichtuno zur Temperaturmessung so ausgebildet, dali der von der Temperatur des der Messung zu unterziehenden metallischen Gegenstandes abhängige Wechsel der Impedanz der Detektorspule mittels eines Operationsverstärkers nach Art einer Differentialverstärkung gestaltet it Der Operations verstärker schließt den positiven Rückkoppelungskreis mit einem Rückkoppelungselement in Form einer Blindspule sowie den negativen Rückkoppelungskreis mit einstellbarem negativen Rückkoppelungsfaktor ein. Die Detektorspule ist an den positiven Eingang des Operationsverstärkers angeschlossen, an dessen negativen Eingang ein Oszillator für die Erzeugung eines Wechselstrom-Bezugssignals von konstanter Amplitude und konstanter Frequenz angeschlossen ist. Der Ausgang

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des Operationsverstärkers speist den synchronen Empfangskreis. Das Wechselstrom-Bezugssignal des Oszillators wird mittels eines Phasenschiebers als Bezugssignal auf einen synchronen Empfangskreis eingestellt.

Bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsforni wird der Verstärkungsgrad durch den negativen Rückkoppelungsfaktor, die Impedanz der Blindspule und die Impedanz der Detektorspule festgelegt.

Weiterhin ist hierbei der Meßsignalausgang durch den Verstärkungsgrad des Verstärkers, den eingestellten Phasenwinkel des Phasenschiebers und die Phasendifferenz zwischen dem Wechselstrombezugssignal des Oszillators und dem Ausgangssignal des Operationsverstärkers bestimmt.

Der negative RUckkoppelungsfaktor des negativen Rückkoppelungskreises und der eingestellte Phasenwinkel des Phasenschiebers können bei dieser Ausführungsform der Erfindung so eingestellt werden, daß sich eine gewünschte Temperaturmesscharakteristik ergibt.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der Oszillator für die Erzeugung des Bezugssignals von konstanter Frequenz und konstanter Amplitude mit der Detektorspule parallel geschaltet.

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Mithin wird erfindungsgemäß die Temperaturmesseinrichtung unter Einbeziehung eines Rückkoppelungs-Verstarkungs-Kreises auf der Grundlage des Wirbelstromeffektes bei dec berührunqslosen Temperaturmessung metallischer Gegenstände verbessert.

Erf indungsgemäß komn;t es auch zur Verbesserung derartiger Vorrichtungen zur Temperaturmessung, bei denen ein Verstarkungsparameter vorgesehen ist, so daß der Verstärkungsgrad des Operationsverstärkers sich mit der Veränderung der Impedanz der Detektorspule verändert, was eine Messung der Temperatur des metallischen Gegenstandes zuläßt.

Auch wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung tür die Temperaturmessung verbessert, wobei die gemessene Ten.peraturausgangs charakteristik beliebig durch Einstellung der Bezugsphase für den synchronen Empfang des Ausgangssiqnals des Operations verstärkers einstellbar ist.

Schließlich führt die Erfindung zur Verbesserung einer Vorrichtung zur Temperaturmessung, bei welcher die Veränderung der Temperaturmessempfindlichkeit, welche sun durch Veränderungen des Abstandes zwischen dem zu messenden metallischen Gegenstand und der Detektorspule ergibt, durch eine Schaltung verhindert wird, so daß trotz Änderung des Messabstandes eine sehr präzise Temperaturmessung möglich ist.

Die vorstehenden sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung seien nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen veranschaulicht. Darin zeigen:

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Fig. 1 ein Blockschaltbild einer bekannten Vorrichtung

zur Temperaturmessung unter Ausnutzung des Wirbelstromeffektes nach dem Stande der Technik,

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Temperatur t und dem gemessenen Ausgang ν bei der dem Stande der Technik angehörenden Ausführungsform gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine graphische Darstellung des Zusammenhanges zwischen dem Temperaturmessabstand d und dem Messausgang ν der bekannten Vorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Beziehung des Messabstandes d und der Temperaturmessempfindlichkeit dv/dt bei der bekannten Ausführungsform gemäß Fig. 1,

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer anderen bekannten

Ausführungsform einer Temperaturmessvorrichtung auf der Grundlage des Wirbelstromeffektes unter Verwendung eines Oszillatorkreises,

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Temperatur t und dem gemessenen Ausgang ν der bekannten Ausführungsform gemäß Fig. 5,

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Messentfernung d und dem Messausgang ν der bekannten Ausführungsform gemäß Fig. 5,

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Messabstand d und der Temperaturmessempfindlichkeit dv/dt der bekannten Ausführungsform gemäß Fig. 5,

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Fig. 9 ein Blockschaltbild einer Teniperatunnesseinrichtung entsprechend der Erfindung,

Fig. 1Od,
10b

und 10c graphische Darstellungen der Ortsvektoren der Ausgangsspannung e _t des Operationsverstlukers gemäß Fig. 9, wobei der negative Riirkkoppelungsfaktor konstant ist und die lemper.itur t sowie der Messabstand d Parameter sind,

Fig. 11a,
11b

und lic graphische Darstellungen entsprechend denjenigen der Fig. 10a, 10b und 10c der Beziehung zwischen der Temperatur t und dem Messausgany ν der Ausführungsforni gemäß Fig. 9,

Fig. 12«,

und 12c graphische Darstellungen entsprechend denjenigen der Fig. 10a, 10b und 10c der Beziehung zwischen dem Messabstand d und dem Messausgang ν der Ausführung gemäii Fig. 9,

Fig. 13a,
13b

und 13c graphische Darstellungen entsprechend denjenigen der Fig. 10a, 10b und 10c der Beziehung zwischen dem Messabstand d und der Temperaturmessempfindlichkeit dv/dt der Ausführungsfonii gemäß Fig. 9,

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Fig. 14 ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Temperaturmessung,

Fig. 15 eine graphische Darstellung der Temperaturmesswerte bei der bekannten Ausführungsform nach Fig. 5 und

Fig. 16 eine graphische Darstellung der Tempera turmess-

werte der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Temperaturmessung.

Nach Fig. 9 befindet sich die Detektorspule 2 über dem bezüglich seiner Temperatur zu messenden metallischen Gegenstand 1, wobei der Messabstand d besteht. Dieser Messabstand d unterliegt einer Zufallsveränderung entsprechend der Dicke des metallischen Gegenstandes 1 oder entsprechend mechanischer Vibrationen oder dergleichen. Der Oszillator 4 erzeugt eine Schwingung mit konstanter Amplitude, Phase und Frequenz, wobei der Phasenwinkel des vom Oszillator 4 erzeugten Signals mittels des Phasenschiebers 5 einstellbar und als synchrones Empfangsbezugssignal eines synchronen Empfangskreises 7 verwendbar ist. Der Differentialverstärker 10 nach Art der Differentialverstärkung ist mit seinem nichtumkehrbaren Anschluß (+) an die Detektorspule 2 und an die Blindspule 11 des positiven Rückkoppelungskreises angeschlossen. An den umkehrenden Eingangsanschluß (-) des Operationsverstärkers 10 ist der Schieberanschluß eines Potentiometers 12

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angeschlossen, welches zwischen dem Oszillator 4 und dem Ausgangsanschi u(i des Operationsverstärkers IO lieqt und somit einen Eingangskreis für das Ausgangssiqnal des Oszillators 4 und einen negativen Rückkoppelunqskreis für den Operationsverstärker 10 bildet.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung arbeitet wie nachfolgend beschrieben. Wenn der Messabstand der Detektorspule 12 zunimmt, nimmt der Verstärkungsqrad zu und führt zu einer Temperatunnessempfindlichkeit, deren Charakteristik durch den negativen Rückkoppelungsfaktor ausgegleichen ist; gleichzeitig führt der synchrone Empfangskreis 7 zu einem Temperaturmelisignal v, welches die Temperatur des metallischen Körpers 1 repräsentiert, ohne unmittelbar einer Einwirkung des Messabstandes ausgesetzt zu sein.

Speziell ändert sich die Impedanz der Detektorspule 2 mit der Temperatur t des metallischen Körpers 1 und des Messabstandes d. Wenn Z (t,d) die Impedanz der Detektorspule 2 darstellt, Zj die Impedanz der Blindspule 11 (r_?.'r.) das Widerstandsverhältnis am Potentiometer-Ii? oder den negativen Rückkoppelungsfaktor ß_N des negativen Ruckkoppelungskreises, G die offene Umlaufverstärkunq des Operationsverstärkers 10, e_in die Eingangsspannung des Oszillators 4 und e χ die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 10, so folgt für die Beziehung zwischen der Eingangsspannung e^_n und der Ausgangsspannung e oder den Ver-

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Stärkungsgrad A die Beziehung

e. " Z(t. d) ,.

¹ " ⁽¹ + /*n

Hieraus ergibt sich, daß der Verstarkungsgrad A vom negativen Rückkoppelungsfi
d abhängig ist.

Rückkoppelungsfaktor iL·, der Temperatur t und vom Hessabstand

Demgemäß ist bei A = f (ß.,, t, d, k), und bei konstanter Eingangsspannung e-

e_out=f (B_n. t, d, k)-e._n , (2)

wobei k eine Konstante ist, die von der Impedanz Z, der Blindspule abhängig ist.

Somit gilt für den Messausgang v, der durch synchronen Empfang des Ausgangssignals e . durch das synchrone Empfangsbezugssignal des mit dem Phasenschieber 5 bestimmten Phasenwinkels Θ, der auf das Eingangssignal e^_n bezogen ist, im synchronen Empfangskreis 7

ν =| f (ß_N, t, d, k) I e_in cos (^ - Θ) (3)

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Auf diese Weise kann man zu einem Messausgang ν in Abhängigkeit von U_n, t, d, θ und ψ kommen, }f ist indes der Phasenwinkel der Ausgangsspannung e _t im Hinblick auf die Eingangsspannung e- .

Ein maßgebliches Merkmal der vorliegenden Erfindung lieqt in der negativen Rückkoppelung ß_N sowie in dem durch die obige Gleichung bezeichneten Phasenwinkel Θ, welche beiden Werte derart bestimmt sind, daß eine Veränderung des Messabstandes d ohne Einfluß auf den Ausgang ν ist. Dieser Vorgang wird nachstehend im einzelnen unter Bezugnahme auf die Fig. 10a, 10b und 10c veranschaulicht, die experimentelle Ergebnisse mit einer Vorrichtung darstellen, bei der eine Schaltung qemäß Fig. 9 besteht.

Die Fig. 10a, 10b und HJc sind graphische Darstellungen der Ortsvektoren OPi (i = 1, 2, 3 , n) der Ausgangsspannung

e ., die für U_n., ß_N? und II.-, des negativen Rückkoppelungsfaktors ß„, mit ß,,. · ß.,,, · ß,,₃ für die Temperatur t und den Messabstand d als Parameter erhalten werden. Bei den Darstellungen zeigt die x-Achse die Spannungskomponente, die mit der Eingangsspannung e- in Phase liegt, wohingegen die y-Achse die Spannungskomponente darstellt, die gegen die Eingangsspannung e. eine um 90° versetzte Phase aufweist, wobei die Temperaturen t durch t. ^ tg < t^ und die Messabstände d mit d. < dg · dp gekennzeichnet sind.

Wenn beispielsweise der Phasenwinkel θ des Phasenschiebers 5 gemäß Fig. 9 auf einen Winkel eingestellt ist, der durch

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die gerade Linie P«Pg mit der x-Achse gebildet wird, ändert sich der Vektor ÜP*5 in Fig. 10a wie folgt:

(1) Wenn sich die Temperatur von t_Q auf t^ oder t2 ändert, nimmt der Wechsel die Form des Vektors FTF* oder FTFc an.

(2) Wenn der Meßabstand sich von d nach d₁ oder d~ ändert, zeigt sich der Wechsel in Form der projizierten Komponente eines Vektors FTP₂ oder FTFg auf die gerade Linie ^P4^P6·

Diese Beziehungen gelten für die Fig. 10b und 10c, bei denen der negative Rückkoppelungsfaktor ß*. mit β..- und ß_f,₃ eingesetzt ist, entsprechend.

Wie sich aus den graphischen Darstellungen dieser Versuchsergebnisse ergibt, kann man durch Einstellung des negativen Rückkoppelungsfaktors ß^ eine gewünschte Charakteristik erhalten, bei welcher das Trapez P^PgP₇ die Gestalt eines sich nach unten spreizenden Trapezoides gemäß Fig. 10a, eine im wesentlichen rechteckige Form gemäß Fig. 10b und die Form eines sich nach oben spreizenden Trapezoides gemäß Fig. 10c annimmt.

Die Fig. 12a bis 12c, 11a bis 11c und 13a bis 13c sind graphische Darstellungen entsprechend den Fig. 1< bis 10c und zeigen entsprechende Beziehungen zwischen dem Messabstand d und dem Messausgang ν in den jeweils mit a bezeichneten Figuren; die Beziehung zwischen der Temperatur

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t und dem Messausgang ν ist in den Fig. jeweils mit b bezeichnet, und die Beziehung zwischen dem Messabstand d und der Temperaturmessempfindlichkeit dv/dt wurde in den Fig. mit c dargestellt. Die optimale Arbeitsweise für die Vorrichtung zur Temperaturmessung ergibt sich bei Verwendung der Beziehungen aus den Fig. 11b, 12b und 13b, und zwar bei Einstellung des negativen Rückkoppelungsfaktors iL· auf ß_N2 und Einstellung des Phasenwinkels θ auf den gleichen Winkel, wie er durch die gerade Linie ΡλΡ,- und der x-Achse gemäß Fig. 10b gegeben ist.

Wenn davon ausgegangen wird, daß in Fig. 10b der Vektor der Ausgangsspannung e . das Vektorzeichen OP5 hat, falls der Messabstand konstant auf d gehalten wird und die Temperatur von t_Q auf t. ansteigt, so fällt der Messausgang v, der als cos Θ- Komponente der Ausgangsspannung e aufzufassen ist, in einer umgekehrten, linearen Beziehung. Wenn gleichfalls in Fig. 10b die Temperatur t konstant auf t gehalten ist, und wenn sich der Messabstand d von d_Q nach d« oder d? ändert, führt die zu Pp₉ oder P^P₁ ~ P^P₅ <~ P^P₇, und demgemäß bleibt die Messempfindlichkeit dv/dt praktisch konstant, ohne eine Veränderung zu erfahren, wie sie in Fig. 13b dargestellt ist; dies gilt auch dann, wenn der Messabstand d verändert wird.

Wenn man den negativen Rückkoppelungsfaktor ß., auf ß... gemäß Fig. 10a einstellt, sind die sich daraus ergebenden Charakteristiken gemäß den Fig. 11a, 12a und 13a im

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'At*

wesentlichen gleich denjenigen, die mit üblichen Mitteln erhalten werden; eine Einstellung des negativen Rückkoppelungsfaktors ß., zu ß_N3 gemäß Fig. 10c führt zu den Charakteristiken in den Fig. 11c, 12c und 13c, die entgegengesetzt zu denjenigen sind, wie sie mit üblichen Mitteln erhalten werden und deshalb von besonderem Interesse sind, weil die Charakteristik der Temperaturmessempfindlichkeit dv/dt mit einer Zunahme des Messabstandes d innerhalb eines bestimmten, in Fig. 13c gezeigten Bereiches ansteigt.

Während gemäß der Schaltung in Fig. 9 der Ausgang des Oszillators 4 auf den negativen Rückkoppelungskreis wirkt, lassen sich die vorstehend erwähnten Charakteristiken auch dann erreichen, wenn der Oszillator 4 über einen Widerstand r parallel mit dem positiven Rückkoppelungskreis des Operationsverstärkers c oder der Detektorspule 2 geschaltet ist, wie es bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. geschieht.

Fig. 15 zeigt eine graphische Darstellung der Ergebnisse, wie sie mit üblichen Mitteln erhalten wurden, wohingegen Fig. 16 die graphische Darstellung der Ergebnisse mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Temperaturmessung darstellt. In beiden Fällen wurden die Messergebnisse an kaltgewalztem Stahlblech gewonnen, wobei die Temperaturen für unterschiedliche Werte des Messabstandes d gemessen wurden. Die Werte gemäß Fig. 15, die mit einer bekannten Vorrichtung nach Fig. 5 erhalten wurden, zeigen, daß der Wert des Messtemperaturausganges f für die gleiche Temperatur t sich bei unterschiedlichen Messabständen d verändert, wohingegen die Werte nach Fig. 16,

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die mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Temperaturmessung gewonnen wurden, veranschaulichen, daß die gemessenen Temperaturausgangswerte ν praktisch konstant für verschiedene Werte des Messabstandes d sind. Wie sich aus diesen Versuchswerten ergibt, eignet sich die erfindunqsoemäße Vorrichtung zur Temperaturmessung ohne Beeinflussung durch den Messabstand.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die Vorrichtung zur Temperaturmessung gemäß dieser Erfindung und ihre Arbeitsweise auf der Verwendung nur einer einzigen Detektorspule beruht, ohne daß bei Ausnutzung des Wirbelstrorreffektes eine Änderung des Messabstandes zur Auswirkung gelangt, wobei es sich um eine insofern neue, bislang nicht bekannt gewesene Vorrichtung handelt, so daß die Anwendung der Erfindung einen beträchtlichen Vorteil auf dem Gebiete der unter Ausnutzung des Wirbel Stromeffektes arbeitenden Temperaturmessvorrichtungen mit sich bringt.

Einige Beispiele der Anwendungsmöglichkeiten sind die berührungslose Messung der Hitzeverteilung von Walzwerkswalzen mit oben liegendem Querjoch und weiterhin die Temperaturmessung bei der Erzeugung oder Verarbeitung von Walzgut, welches entsprechenden Veränderungen ausgesetzt ist; darüberhinaus ist die Erfindung in vielen weiteren Fällen anwendbar.

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Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

orrichtung für die Temperaturmessung an metallischen Gegenständen unter Ausnutzung des Wirbelstromeffektes, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Operationsverstärker (10) nach Art eines Di ιferentialVerstärkers, dessen einer Eingang an eine Detektorspule (2) angeschlossen ist, und eine mit einem positiven Rückkoppelungsanschluß versehene Blindspule (11) aufweist, und daß ein Oszillator (4) den anderen Eingang des Operationsverstärkers (10) mit einem Signal von konstanter Amplitude und vorgegebener Oszillatorfrequenz speist, welcher andere Eingang einen negativen Rückkoppelungskreis mit einstellbarem negativen Rückkoppelungsfaktor versorgt, und daß mittels eines Phasenschiebers (5) am Ausgang des Oszillators (4) der Phasenwinkel des Oszillators (4) auf ein synchrones Bezugszeichen des Detektors einstellbar ist, und daß ein Detektorkreis an den Operationsverstärker (10) und den Phasenschieber (5) für den synchronen Empfang des Ausgangs des Operationsverstärkers mit dem Bezugssignal des Phasenschiebers zur Bildung eines eine gemessene Temperatur anzeigenden Signals angeschlossen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Operationsverstärker 10 den Verstärkungsgrad

"^ßN A = aufweist,

+ Z (t, d)

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wobei b_N der negative Rückkoppelungsfaktor, Z. die Impedanz der Blindspule und Z (t,d) die Impedanz der Detektorspule ist, welche durch die Temperatur des metallischen Gegenstandes und dessen Abstand von der Detektorspule bestimmt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des gemessenen Temperatursignals mittels der Beziehung

^eout ^{= A>e} _in ^cos (^- ^θ)

erfasst wird, wobei A der Verstärkungsgrad des Operationsverstärkers, e· die Eingangsspannung des Oszillators, θ der mittels des Phasenschiebers eingestellte Phasenwinkel und γ die Phasendifferenz zwischen der Eingangsspannung e-_n und der Ausgangsspannung e_Qut ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der negative Ruckkoppelungsfaktor des Operationsverstärkers und der Phasenwinkel des Phasenschiebers mit der Maßgabe einstellbar sind, daß die Auswirkungen von Abstandsänderungen zwischen der Detektorspule und dem metallischen Gegenstand auf die Hohe des gemessenen Temperatursignals und auf die Temperaturniessempfindlichkeit der Vorrichtung verhindert werden.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator für die Versorgung des Signals von konstanter Amplitude und vorgegebener Frequenz parallel mit der Detektorspule geschaltet ist.

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