DE3116378A1

DE3116378A1 - "messkopf zur ermittlung von abstaenden zu objekten mit hoher oberflaechentemperatur"

Info

Publication number: DE3116378A1
Application number: DE19813116378
Authority: DE
Inventors: Burkhard Dr. Christmann; Jörg Dr. 1000 Berlin Weber
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1981-04-23
Filing date: 1981-04-23
Publication date: 1982-11-25
Also published as: DE3116378C2

Description

Meßkopf zur Ermittlung von Abständen zu
ObJekten mit hoher Oberflächentemperatur Die Erfindung betrifft einen Meßkopf zur Durchführung der Messungen gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 bis 9.
Solche Meßköpfe werden unter anderem zur Automatisierung von Bochtemperaturprozessen benötigt. Ein solcher Prozeß ist z.B.: das StahlstranggieBen, wo Querschnittsverformungen des heißen Stranges bei etwa 1500 K gemessen werden müssen.
Es sind Anwendungen des Wirbelstrommeßverfahrens für MeB-wertaufnehmer bekannt geworden. Handelt es sich um nicht gekühlte Aufbauten (DE-OS 26 37 413, DE-OS 24 02 652), dann sind sie bei den angegebenen hohen Temperaturen nicht funktionsfähig. Liegen gekühlte Aufbauten vor (FR-PS 2 163 899), dann sind sie speziell für die Erkennung von änderungen physikalischer Größen wie Leitfähigkeit, Materialinhomogenitäten, Oberfläck nfehler im erhitzten Meßobjekt entwickelt worden, wobei ein fester Abstand zum Objekt notwendig ist.
Hinzu kommt, daß bei der erwähnten Ausführung (FR-PS 2 163 899) als Bodenmaterial, durch welches die Hochfrequenzstrahlung durchtreten muß, Graphit verwendet wird. Durch dessen gute elektrische Leitiähigkeit wird der Einsatzbereich auf elektrisch gut leitende Objekte beschränkt. Insbesondere'wird dadurch die Messung an heißen Objekten eingeschränkt, weil die elektrische Leitfähigkeit in Metallen mit steigender Temperatur abnimmt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Meßkopf der eingangs genannten Art zu schaffen, der diese Nachteile vermeidet. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 genannten Merkmale gelöst. Im Gegensatz zu den für solche Meßaufgabin bisher vorwiegend eingesetzten optischen oder mechanischen Abtastverfahren wird bei dem erfindungsgemäßen Meßkopf die Anzeige nicht durch Materie zwischen Meßkopf und Meßobjekt -wie Kühlwasser oder Zunder - verfälscht, sofern die Dicke der Materieschicht kle = gegen die Skintiefe ist. Das Meßsignal wird aus der Änderung des Scheinwiderstandes der Hochfrequenzspule abgeleitet und ist dadurch in einem speziellen Frequenzbereich unabhängig von der im allgemeinen temperaturabhångigen Leitfähigkeit bzw. Permeabilität des Meßobjektes, Als Meßgröße kann z.B. die charakteristische Frequenz eines Resonanzkreises verwendet werden, der die Hochfrequenzspule als frequenzbestimmendes Glied enthält.
Durch die Wahl eines Ferritkerns mit U-Form kann im Vergleich zu anderen kernformen bei vorgegebener Kopfgröße und den im allgemeinen erforderlichen Mindestmeßabständen von einigen Millimetern eine höhere Meßgenauigkeit und ein geringerer Einfluß von Oberflächenunebenheiten erreicht werden.
Eine an den Seitenflächen des Kopfes angebrachte Bochfrequenzabschirmung ermöglicht den Einbau der Fühler in unmittelbarer Nähe von Anlagenbauteilen aus elektrisch leitenden oder ferromagnetischen Materialien, ohne Verfälschung der Meßergebnisse. Die Abschirmung verhindert weiterhin die Einstrahlung von hochfrequenten Störfeldern.
Bei dem Einsatz der Meßfühler unter rauhen Umweltbedingungen wird häufig der Schutz der Zöpfe durch Metallzylinder vorteilhaft sein, welche gleichzeitig zur Hochfrequenzabschirmung dienen können.
Uber die Beobachtung der Güte der Hochfrequenzspule ist gegebenenfalls eine unzulässige Erwärmung im Kopfinnern, z.B. durch Störungen in der Kühlmittelversorgung, beobachtbar.
Eine besonders effektive Kühlmittelführung hat folgende Merkmale: Zuführg des Kühlmittels entlang der Seiten des Ferritkerns, danach Durchströmen eines Spaltes zwischen Ferritkern und Meßkopfboden, Abführen des Eühlmittels entlang den inneren Seitenfläc-hen des Meßkopfes. Zudem kann das abströmende Kühlmittel als Wärmeschutz für die Zuführung dienen. Mit einer solchen Konstruktion reicht eine Luftkühlung mit Anschluß an übliche Druckluftnetze für Messung an Objekten mit Temperaturen bis etwa 1500 K aus.
Ein Ausführungsbeispiel für den konstruktiven Aufbau des Meßkopfes zur Durchführung der Erfindung wird an Hand der in Fig. 1 dargestellten Querschnittszeichnung erläutert.
Zum Schutz des Meßkopfes gegen mechanische BeschEdigungen wird der gesamte Kopf mit einem metallischen Zylinder 3 umgeben. Der eigentliche Meßkopf wird von einem Topf umgeben, der aus einem temperaturbeständigen, elektrisch nicht leitenden Material 2 (z.B. Keramik) besteht. Der Ferritkern mit der Hochfrequenzspule 4 ist an den Edhlmittelzuleitungen 5 so befestigt, a3 sich die Pole 1 mm oberhalb der Meßkopfbodenfläche befinden. Das austretende Kühlmittel, in der vorliegenden Ausfffhrungsfora konnte Luft gewählt werden, wodurch sich eine sehr einfache Konstruktion ergab, wird durchZwangsfuhrung an den Seitenflächen des Meßkopfes entlang geführt,' wodurch eine optimale Kühlung erreicht wurde. Die Zwangsführung wird durch einen zylindrischen, oben geschlossenen Metalltopf 1 erreicht, der gleichzeitig als Hochfrequenzabschirmung ausgebildet ist.
Die aus dem Meßkopf austretende Kilhiluft wird als Wärmeschutz für die Hochfrequenzkabel und die EühlluStleitungen eingesetzt.
Das Blockschaltbild eines möglichen Aufbaus der Auswerteelektronik ist in Fig. 2 dargestellt.
Der Meßkopf 7 wird in geringem Abstand zum heißen Meßobjekt 6 installiert. Der Meßkopf 7 wird mit einem Schwingungserzeuger 8 zu einem Schwingkreis geschaltet, dessen Resonanzfrequenz über einen Mischer 9 mit der Frequenz eines Festfrequenzgenerators 10 verglichen wird. Die sich ergebende Differenzfrequenz wird über einen Verstärker 11 einem Frequenz-Spannungswandler 12 zugeführt. Der Ausgang des Wandlers wird dann der jeweils vorgesehenen Meßwerterfassung 13 zugeführt.
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Claims

Patentansprüche: Nach dem Wirbestroneßprinzip arbeitender Meßkopf zur Erfassung von Abständen zu elektrisch leitfähigen Objekten mit hoher Oberflächentemperatur, dadurch gekennzeichnet. daß eine auf einen Ferritkern gewickelte, gekühlte Eochfrequenzspule vorgesehen ist, die so mit einer Frequenz aus dem Xilometerwellenlängenbereich angesteuert wird, daß der Imaginärteil der Spulenimpedanz oder einer daraus gewonnenen Meßgröße nur durch Abstandsänderung gegenüber dem Objekt, aber nicht durch elektrische Ieitfähigkeitsänderungen im Meßobjekt oder durch Zunder auf dem Meßobjekt beeinflußt wird.
2. Patentanspruch nach Anspruch 1, dadurch gekennseichnet, daß die Sochfrequenzspule Teil eines Resonanzkreises ist, dessen charakteristische Frequenz als Meßgröße verwendet wird.
3. Patentanspruch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der verwendete Ferritkern U-Fors besitzt.
4. Patentanspruch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelstromerzeugung in dem Meßobjekt und der Nachweis des Wirbelstromfeldes mit getrennten Spulen durchgeführt wird.
5. Patentanspruch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Neßkopf mit einer Hochfrequenzabschirmung (1, Fig. 1) versehen ist, die ein Austreten des Hochfrequenzfeldes aus den Seitenflächen des Kopfes verhindert.
6. Patentanspruch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das Kühlmittel direkt an den Perritkernpolen zugeführt wird, dann durch einen gühlspalt zwischen Polunterseite und Neßkopfbodenfläche strömt, und daß das abfließende Kühlmittel durch Zwangsführung an den inneren Seitenflächen des Meßkopfes entlang strömt.
7. Patentanspruch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel des MeB-kopfes (2, Fig. 1) aus einem temperaturbeständigen, elt frisch nicht leitenden Material besteht.
8. Patentanspruch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die. Güte des Schwingkreises als Überwachungsgröße für die Temperatur im Meßkopf verwendet wird.
9. Patentanspruch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Seitenflächen des Kopfes durch einen metallischen Zylinder (3, Fig. 1) vor Beschädigungen geschützt werden.