DE3232770C2 - Vorrichtung zur Messung des Durchhangs eines mit einer Isolierschicht ummantelten Leiters in einem Vulkanisierrohr - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zur Messung des Durchhangs eines mit einer Isolierschicht ummantelten Leiters in einem Vulkanisierrohr, mit einer den Leiter im Vulkanisierrohr umgebenden, an eine Wechselspannungsquelle angeschlossenen Erregerspule, die einen Stromfluß im Leiter erzeugt, und mindestens zwei Magnetfeldmeßfühlern, die im radialen Abstand zum Leiter und mit Abstand zueinander am Vulkanisierrohr angeordnet sind, und einer mit den Meßfühlern verbundenen Vergleichsvorrichtung, die ein dem Durchhang des Leiters entsprechendes Lagesignal erzeugt, wobei eine Hochfrequenzwechselspannungsquelle vorgesehen ist und die Vergleichsvorrichtung einen Phasendiskriminator enthält und aus der Phasendifferenz der Meßfühlersignale das Lagesignal erzeugt.

Description

Empfangsspulen ist ein Abstand von mehr als 1,5 m vorzusehen, um eine direkte Einkopplung der Erregerspule in die Empfangsspulen zu vermeiden.

Wegen der Verwendung hoher Frequenzen kann auf einen Transformatorkern verzichtet werden, und die Erregerspule kann aus einer einzigen Windung bestehen. Auch die Empfangsspulen brauchen nur eine einzige Windung aufzuweisen. Auch kann der Abstand der Empfangsspulen kleiner sein als der maximale Rohrdurchmesser. In diesem Fall ist jedoch eine höhere Frequenz zu wählen, um eine ausreichende Phasendifferenz bei Lageabweichungen zu erreichen. Eine Veränderung des Abstandes der Empfangsspulen kann jedoch in manchen Fällen notwendig werden, um in einem industriell nutzbaren Frequenzbereich arbeiten zu können. Mithin ist der gesamte Aufwand für die Meßvorrichtung außerordentlich gering.

Der Aufwand kann ferner dadurch herabgesetzt werden, daß erfindungsgemäß zwischen den Flanschen aneinanderstoßender Rohrabschnitte eine elektrische Verbindung vorgesehen ist, im Abstand zur elektrischen Verbindung ein elektrisch leitendes Element mit einem ersten Flausch verbunden ist, durch den zweiten Flansch jedoch isoliert hindurchgeführt ist und das leitende Element und der zweite Flansch mit der Seele bzw. dem Außenleiter eines Koaxialkabels verbunden sind. Normalerweise stellt das Vulkanisierrohr eine wirksame Abschirmung dar, so daß außerhalb des Vulkanisierrohrs ein vom Leiter verursachtes Magnetfeld nicht besteht. Zwischen zwei aneinanderstoßenden Rohren wird jedoch normalerweise eine Dichtung eingesetzt, welche aus nicht leitendem Material besteht. In diesem Dichtungsbereich kann daher das Magnetfeld auch außen austreten. Im Fall der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die Flanschen mit herangezogen, um eine Empfangsleiterschleife zu bilden. Der Kreis der Empfangsschleife wird geschlossen durch die elektrische Verbindung zwischen den Flanschen sowie durch das elektrisch leitende Element. Die elektrisch leitende Verbindung zwischen den Flanschen besteht aus einem Verbindungsbolzen. Mehrere Verbindungsbolzen werden normalerweise verwendet, um die Rohrflanschen gegeneinander zu spannen. Mithin ist eine Empfangsspule denkbar einfach aufgebaut und erfordert keine Änderungen am Vulkanisierrohr mit Ausnahme des elektrisch leitenden Elements und der Verbindung eines Leiters des Koaxialkabels mit einem Flansch.

Zur Bestimmung der Phasenverschiebung der Meßfühlersignale sind verschiedene Schaltungsanordnungen denkbar. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht hierzu vor, daß dem Phasendiskriminator ein mit Hochfrequenz gesteuerter elektronischer Schalter vorgeschaltet ist, der abwechselnd die Meßfühlersignale auf einen Eingang des Phasendiskriminators legt. Damit eine einfache Phasenverschiebungsmessiing vorgenommen werden kann, sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, daß an die Eingänge des Phasendiskriminators jeweils ein Schwungradkreis angeschlossen ist. Die Ansteuerung der elektronischen Schalter, beispielsweise Halbleiterschalter, erfolgt ebenfalls mit hoher Frequenz, zum Beispiel mit 100 kHz.

Ebenso wie die Empfangsspulen kann auch die Erregerspule zwischen den Flanschen der Vulkanisierrohrabschnitte angeordnet werden, um über den mit Dichtungsmaterial gefüllten Spalt einen hochfrequenten Stromleiter zu induzieren.

Mit der erfindungsgemiiUen Vorrichtung wird nicht nur der Aufwand erheblich herabgesetzt, ϊϊίη weiterer Vorteil liegt in der höheren Meßsenauigkeit. Bei der bekannten Vorrichtung wird ein Amplitudenvergleich vorgenommen. Die Amplitude eines Signals nimmt jedoch mit dem Quadrat der Entfernung ab. Dadurch entstehen bei der Amplitudenauswertung Nichtlinearitäten bei der Durchhangmessung. Die Laufzeit eines Signals ist hingegen streng proportional zur Entfernung. Der Meßfehler bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist daher um Größenordnungen kleiner als bei der bekann-

lö ien Vorrichtung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

F i g. 1 zeigt einen Schnitt durch zwei aneinandergeflanschte Rohrabschnitte mit einer Empfangsspule.

F i g. 2 zeigt ein Blockschaltbild der Vergleichsschaltung.

Ein blanker Leiterdraht oder Leiterstrang 10 wird in einer nicht gezeigten Extrudiervorrichtung mit einem vulkanisierbaren Material 11 beschichtet. Der beschichtete Leiter 10 wird in ein Vulkanisierrohr 12 eingeleitet, in dem unter Wärme und Druck eine Vulkanisierung der Isolierung 11 in bekannter Weise durchgeführt wird. In der eigentlichen Vulkanisierzone des Vulkanisierrohres 12, von dem nur ein kurzer Abschnitt gezeigt ist, ist die Isolierschicht 11 noch verhältnismäßig weich, so daß nach Möglichkeit jede mechanische Berührung mit dieser zu vermeiden ist. Um eine gleichmäßige Beschichtung zu erhalten, muß der Strang nach Möglichkeil zentriert im Vulkanisierrohr 12 geführt werden.

In F i g. 1 sind zwei miteinander verbundene Rohrenden 13, 14 gezeigt, die Flansche 15 bzw. 16 aufweisen. Die Flansche sind mittels Bolzen 17 gegeneinander gespannt, wobei in Umfangsabständen mehrere Bolzen 17 angeordnet sind. Zur Abdichtung des Rohrinneren dient eine Dichtung 18, die nur schematisch dargestellt sein soll. Im axialen Abstand zu den Flanschen 15,16 ist eine Erregerspule angeordnet (nicht gezeigt), die zum Beispiel aus einer einzigen Windung besteht, die zwischen Flanschen am anderen Rohrende angeordnet ist. Dies ist beispielsweise der Fall am anderen Ende des Rohres 13. Der axiale Abstand beträgt mindestens 1,5 m. Die Erregerspule ist an einer Hochfrequenzspannungsquelle angeschlossen, deren Frequenz etwa zwischen 100 und 500 MHz liegt.

Zwischen dem Bolzen 17 und dem Vulkanisierrohr 12 ist ein ein Metallstift 19 durch eine Bohrung des Flansches 16 hindurchgeführt und in ein Sackloch des Flansches 15 eingeschraubt. Eine Isolierung 20 umgibt den Stift 19 im Bohrungsbereich des Flansches 16 bis zum Flansch 15. Das freie. Ende des Stiftes 19 ist mit dem Innenleiter 21 eines Koaxialkabels 22 verbunden, dessen Außenleiter 23 am Flansch 16 angeschlossen ist. Es ergibt sich mithin eine aus einer Windung bestehende Leiterschleife, deren Verlauf durch die Linie 24 angedeutet

Durch die Erregerspule wird im Leiter 10 ein hochfrequenter Strom erzeugt, der ein hochfrequentes Magnetfeld verursacht, das über die dielektrisch wirkende Dichtung 18 nach außen treten und somit in der Leiterschlei-

fio fe 24 eine Spannung induzieren kann. Das Spannungssignal, das über das Koaxialkabel 22 abgeleitet wird, kann entsprechend ausgewertet werden. Zwei diametral oder zumindest im Abstand voneinander angeordnete Leiterschleifen erzeugen mithin zwei Spannungssignale, wo-

t.5 be! die Phasenlage der Spannungssignale davon abhängt, welche Ausbreitungsstrecke das Magnetfeld vom Leiter 10 zur Leiterschleife zurücklegen muß. Bei gleichem Absland, d. h. neutraler Lage des Leiters 10 ist die

Phasendifferenz Null. Je größer die Abweichung des Leiters 10 aus der neutralen Lage ist, um so größer ist die Phasendifferenz. Die maximale Phasendifferenz beträgt ±90°. Die Meßfrequenz ist daher zweckmäßigerweise hiernach auszurichten, wobei naturgemäß der Durchmesser des Vulkanisierrohres ebenfalls als Parametereingeht.

In Fig. 2 ist ein elektronischer Schalter 30 schematisch dargestellt, dessen zwei Eingänge 31,32 mit jeweils einer Meßspule verbunden sind, beispielsweise eines in Fig. 1 gezeigten Aufbaus. Der elektronische Schalter wird über eine Steuerleitung 33 mit einem Steuersignal beaufschlagt, das zum Beispiel eine Frequenz von 100 kHz hat. Der Ausgang des elektronischen Schalters 30liegt an einem Mischer34. indem die von den Spulen ί und 2 kommenden Signale gleichgerichtet und mit dem Signal eines Überlagerungsoszillators 35 überlagert werden. Es entstehen am Ausgang des Mischers 34 daher Impulsketten, die in bezug auf die Phasenlage der Oszillatorspannung unterschiedliche Phasenlage haben können. Die Impulsketten werden im ZF-Verstärker 36 verstärkt und über einen weiteren elektronischen Schalter 37 auf Eingänge 38 bzw. 39 eines Phasendiskriminators 40 gegeben. Mit den Eingängen 38, 39 sind ferner Schwungradkreise 41 bzw. 42 verbunden, die als schmalbandige Filter auch in den Schaltpausen die Schwingungen fortsetzen ohne nennenswerte Abnahme der Amplitude. Im Phasendiskriminator wird dann die Abweichung, d. h. Phasenlage zwischen den Meßsignalen der Spulen 1 und 2 festgestellt und in einer Anzeigevorrichtung 43 angezeigt.

Mit Hilfe der beschriebenen Meßvorrichtung wird jede Abweichung des Leiters 10 von der gewünschten Sollage durch eine Phasenverschiebung zwischen den Meßspulensignalen ermittelt. Mit Hilfe des gewonnenen Meßsignals für den Durchhang des Stranges kann selbstverständlich auch eine Regelung betrieben werden, um den gewünschten Durchhang jeweils automatisch einzustellen. Das Durchhangmeßsignal wird in einer Regeleinrichtung als Ist-Signal mit einem Sollwert verglichen und die Regelabweichung dazu benutzt, ein Stellglied zur Veränderung des Durchhangs zu steuern.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (9)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Messung des Durchhangs eines mit einer Isolierschicht ummantelten Leiters in einem Vulkanisierrohr, mit einer den Leiter im Vuikanisierrohr umgebenden, an eine Wechselspannungsquelle angeschlossenen Erregerspule, die einen Stromfluß im Leiter erzeugt, und mindestens zwei Magnetfeldmeßfühlern, die im radialen Abstand zum Leiter und mit Abstand zueinander am Vulkanisierrohr angeordnet sind, und einer mit den Magnetfeldmeßfühlern verbundenen Vergleichsvorrichtung, die ein dem Durchhang des Leiters entsprechendes Lagesignal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannungsquelle, die Erregerspule und die Magnetfeldmeßiühler für einen Betrieb mit Hochfrequenz vorgesehen sind und die Vergieichsvorrichtung einen Phasendiskriminator (40) enthäll und aus der Phasendifferenz der Meßfühlersignale das Lagesignal erzeugt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspule und/oder die Magnetfeldmeßfühler jeweils im Bereich eines Flansches (15, 16) der Rohrenden (13, 14) des Vulkanisierrohrs (12) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeldmeßfühler Empfangsspulen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Flanschen (15,16) aneinanderstoßender Rohrenden (13, 14) eine elektrische Verbindung (17) vorgesehen ist, im Abstand zur elektrischen Verbindung (17) ein elektrisch leitendes Element (19) mit dem ersten Flansch (15) verbunden, durch den zweiten Flansch (16) jedoch isoliert (20) hindurchgeführt ist und das leitende Element (19) und der zweite Flansch (16) m't der Seele bzw. dem Außenleiter eines Koaxialkabels (22) verbunden sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Element ein in den ersten Flansch (15) geschraubter, durch eine Bohrung des zweiten Flansches (16) hindurchgeführter Metallstift (19) ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5. dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Verbindung zwischen den Flanschen (15, 16) von einem Verbindungsbolzen (17) gebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Phasendiskriminator (40) ein mit Hochfrequenz gesteuerter elektronischer Schalter (37) vorgeschaltet ist, der abwechselnd die Magnetfeldmeßfühlersignale auf einen Eingang (38,39) des Phasendiskriminators (40) legt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an die Eingänge (38,39) des Phasendiskriminators (40) ein Schwungradkreis (41, 42) angeschlossen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeldmeßfühlersignale auf getrennte Eingänge (31, 32) eines weiteren elektronischen Schalters (30) gegeben werden, der mit dem Eingang einer gleichrichtenden Mischstufe (34) verbunden ist, in der den Magnctfeldmeßfühlersignalcn ein hochfrequentes Signal überlagert wird.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung des Durchhangs eines mit einer Isolierschicht ummantelten Leiters in einem Vulkanisierrohr, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist bekannt (DE-PS 25 21 278).

Mit Hilfe eines im Vuikanisierrohr untergebrachten Transformatorkerns wird dem Leiter ein Wechselstrom induktiv eingeprägt. Mindestens zwei Magnetmeßfühler, die im axialen Abstand zum Transformatorkern und im radialen Abstand zum Leiter sowie im Abstand zueinander angeordnet sind, erzeugen ein Ausgangssignal, das auf ein Subtrahierglied gegeben wird. Eine Differenz ungleich Null zeigt an, daß ein Durchhang besteht, wobei die Größe der Differenz die Größe des Durchhangs angibt und das Vorzeichen der Differenz in Richtung der Abweichung anzeigt. Das Differenzsignal wird über einen phasengesteuerten Gleichrichter auf eine Anzeigevorrichtung gegeben. Der phasengesteuerte Gleichrichter sichert eine richtige Auswertung der von den Meßfühlern erhaltenen Signale. In Verbindung mit dem Amplitudenvergleich wird eine von möglichen Phasenänderungen unabhängige Messung erzielt. Transformator und Magnetmeßfühler sind zumeist in einem sogenannten Meßrohr untergebracht, das im Zuge eines üblichen Vulkanisierrohrs angeordnet ist.

Der Transformator der bekannten Vorrichtung erfordert einen Transformatorkern in Form eines Blechpaketes oder dergleichen. Er ist daher in entsprechender Weise im Meßrohr unterzubringen. Auch die Magnetfeldmeßfühler, vorzugsweise in Form von Luftspulen, müssen in geeigneter Weise in Ausnehmungen des Meßrohrs angeordnet sein. Die bekannte Vorrichtung erfordert daher einen relativ hohen Aufwand, obwohl sie von der Meßgenauigkeit her ausreichende Ergebnisse liefert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung des Durchhangs eines mit einer Isolierschicht ummantelten Leiters in einem Vulkanisierrohr dahingehend zu verbessern, daß der Material- und Herstellungsaufwand stark verringert wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale dieses Anspruchs gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht eine berührungslose Durchhangmessung nach dem Prinzip der Laufzeitmessung vor. Die im Magnetfeldmeßfühler induzierten hochfrequenten Spannungen iiaben bezüglich einer Referenzspannung eine unterschiedliche Phasenlage dann, wenn der Abstand des Leiters relativ zu den Meßfühlern nicht gleich ist. Die Ursache ist die unterschiedliche Laufzeit des Magnetfeldes vom Leiter zum Meßfühler. Die hochfrequenten Meßfühlersignale weisen mithin eine Phasenverschiebung auf, deren Größe ein Maß ist für die Abweichung des Leiters aus seiner neutralen Lage. Ferner läßt sich über das Vorzeichen der Phasenverschiebung die Abweichungsrichtung des Durchhangs ermitteln.

Da die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Hochfrequenzwechselspannungsquelle arbeitet, ist der Aufwand zum Einprägen eines Stroms im Leiter des Kabels und zur Messung des durch den Strom erzeugten Magnetfeldes außerordentlich gering. Die Meßfrequenz liegt zwischen 100 und 500MHz. Sie erlaubt kleinste Abmessungen sowohl für die Erregerspule auf der Generatorseite als auch für die Meßfühler, welche nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung Empfangsspulen sind. Zwischen der Einkopplungs- und den