DE3431852C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Einrich­ tungen zur Messung geometrischer Parameter langge­ streckter Körper, insbesondere eine Einrichtung zur Messung des Durchmessers von Drähten. Solche Einrich­ tungen werden gebraucht bei der Drahtfertigung in der metallurgischen, elektronischen und radiotechnischen Industrie.

Bekannt ist eine Einrichtung zur Messung der Verschie­ bung eines Metallstabes aus einer Transformatorbrücke mit einem in diese geschalteten kapazitiven Differential­ umformer, der aus einer an einer Abschirmplatte be­ festigten Niederpotentialelektrode und zwei auf der Abschirmplatte mit Abstand voneinander befestigten Hoch­ potentialflächenelektroden besteht (V. A. Acjukovskii "Kapazitiver Wegumformer", Verlag "Energÿa", Moskau, Leningrad, 1966, S. 247).

In dieser Einrichtung liegen die Hochpotentialelektroden der Niederpotentialelektrode gegenüber. Der Metall­ stab ist zwischen der Niederpotentialelektrode und den zwei Hochpotentialelektroden verschiebbar angeordnet.

Diese Einrichtung kann auch zur Bestimmung eines Draht­ durchmessers verwendet werden. Infolge der Befestigung der Niederpotentialelektrode auf der Abschirmplatte ent­ steht zwischen der Niederpotentialelektrode und der Abschirmplatte eine große schädliche Kapazität, was einen großen Meßfehler bei der Messung des Drahtdurch­ messers und damit eine Verringerung der Meßgenauigkeit zur Folge hat.

Die Erfindung geht aus von einer anderen bekannten Ein­ richtung zur Messung von Drahtdurchmessern mit einem Transformator und einem kapazitiven Differentialum­ former, die in einer Brückenschaltung liegen, deren einer Brückenzweig durch die Sekundärwicklung des Trans­ formators und eine erste Hochpotentialelektrode und eine erste Niederpotentialelektrode des Umformers gebildet ist, zwischen denen der zu messende Draht untergebracht ist und die auf den Flächen eines ersten Rechteckge­ häuses einander gegenüber liegen, deren anderer Brücken­ zweig durch die Sekundärwicklung des Transformators und durch eine zweite Hochpotentialelektrode und eine zweite Niederpotentialelektrode des Umformers gebildet ist, zwischen denen ein Kompensationselement unterge­ bracht ist und die auf den Flächen eines zweiten Recht­ eckgehäuses einander gegenüber liegen, dessen Fläche, auf der die zweite Niederpotentialelektrode des Um­ formers angeordnet ist, an der Fläche des ersten Recht­ eckgehäuses anliegt, auf der die erste Niederpotential­ elektrode des Umformers angeordnet ist, und deren Dia­ gonalzweig durch ein Meßinstrument gebildet ist (M. M. Gorbov, A. M. Cyrlin, V. K. Fedotov, V. K. Jakob "System zur automatischen Bestimmung des Durchmessers einer stromleitenden Faser" in der Zeitschrift "Mekhanizacÿa i avtomatizacÿa proizvodstva" ("Mechanisierung und Automatisierung der Produktion"), Nr. 4, Verlag "Mashi­ nostroenie", Moskau, 1976).

In dieser Einrichtung sind die Niederpotentialelektroden auf den anliegenden Flächen der Rechteckgehäuse be­ festigt und praktisch miteinander verbunden. Dies ver­ ursacht eine große schädliche Kapazität zwischen den Niederpotentialelektroden und den Flächen der Recht­ eckgehäuse und hat eine niedrige Meßgenauigkeit bei der Bestimmung des Drahtdurchmessers zur Folge.

Eine ähnliche Einrichtung zur Messung von Drahtdurch­ messern mit einem aus einem Meßkondensator und einem Vergleichskondensator bestehenden Differentialkonden­ sator ist aus der DE-OS 16 23 279 bekannt. Dabei sind der den zu messenden Draht enthaltende Meßkondensator und der ein Kompensationselement enthaltende Vergleichs­ kondensator von gleichem konstruktivem Aufbau und be­ stehen aus mehreren Teilkapazitäten, die gebildet sind zwischen einer jeweiligen Meßelektrode, dem Meßdraht bzw. Kompensationselement und einer äußeren Abschirm­ elektrode, wobei noch innere Abschirmelektroden zur Verringerung von parasitären Kapazitäten vorgesehen sind.

Jede der äußeren Abschirmelektroden ist eine langge­ streckte Elektrode mit in Längsrichtung verlaufendem Kanal, in dem der Meßdraht bzw. das Kompensations­ element sich erstreckt, und sie sind gemeinsam an Masse gelegt. Auch bei dieser Ausbildung ist die Empfindlich­ keit und die Meßgenauigkeit wegen verbleibender para­ sitärer Kapazitäten nicht sehr hoch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ein­ richtung zur Messung von Drahtdurchmessern zu schaffen, die eine wesentlich erhöhte Meßgenauigkeit bei der Bestimmung des Drahtdurchmessers hat.

Ausgehend von der oberbegrifflich vorausgesetzten Ausbildung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die erste und die zweite Niederpotentialelektrode des kapa­ zitiven Differentialumformers gemäß der Erfindung ein­ stückig in Form einer gemeinsamen Niederpotentialelektrode des Umformers ausgeführt sind und die anliegenden Flächen des ersten und des zweiten Rechteckgehäuses Fenster auf­ weisen, in denen diese gemeinsame Niederpotentialelek­ trode liegt.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung sind die anliegenden Flächen des ersten und des zweiten Rechteckgehäuses ein­ stückig in Form einer gemeinsamen Fläche beider Recht­ eckgehäuse ausgeführt und diese hat ein Fenster, in dem die gemeinsame Niederpotentialelektrode befestigt ist.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeich­ nungen weiter erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch die Schaltung der Einrichtung zur Messung von Drahtdurchmessern,

Fig. 2 die Rechteckgehäuse der Einrichtung nach Fig. 1 in perspektivischer Darstellung bei entfernter Vorder­ fläche,

Fig. 3 den Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 2,

Fig. 4 eine andere Ausführungsform der Rechteckgehäuse der Einrichtung nach Fig. 1 in perspektivischer Dar­ stellung bei entfernter Vorderfläche,

Fig. 5 den Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 4.

Die Einrichtung zur Messung des Durchmessers von Drähten hat einen Transformator 1 und einen kapazitiven Differen­ tialumformer 2, die in einer Brückenschaltung liegen.

Die Primärwicklung 3 des Transformators 1 ist an einen Wechselspannungsgenerator 4 angeschlossen. Ein Ab­ schnitt der Sekundärwicklung 5 des Transformators 1 bildet samt einer Hochpotentialelektrode 6 und einer Niederpotentialelektrode 7 einen Brückenzweig. Zwischen den Elektroden 6 und 7 ist ein zu messender Draht 8 ange­ ordnet. Der andere Abschnitt der Sekundärwicklung 5 des Transformators 1 bildet samt einer zweiten Hoch­ potentialelektrode 9 und der Niederpotentialelektrode 7 des Umformers 2 einen anderen Brückenzweig. Zwischen den Elektroden 7 und 9 liegt ein Kompensationselement 10 vorliegend in Gestalt eines Kompensationsdrahtes.

Der Umformer 2 enthält also eine einstückige ausgeführte gemeinsame Niederpotentialelektrode 7 für die zwei Brückenzweige und die zwei Hochpotentialelektroden 6 und 9.

Die Brückendiagonale ist durch ein Meßinstrument 11 ge­ bildet, deren einer Anschluß an den Mittelabgriff der Sekundärwicklung 5 des Transformators 1 und deren anderer Anschluß an die gemeinsame Niederpotentialelek­ trode 7 gelegt ist.

Die Hochpotentialelektroden 6 und 9 sind an den Seiten­ flächen 12 und 13 jeweiliger Rechteckgehäuse 14 und 15 auf Isolierungsunterlagen 16 und 17 angeordnet. Die den Flächen 12 bzw. 13 gegenüberliegenden Seitenflächen 18 und 19 der Gehäuse 14 und 15 liegen aneinander an und in ihnen sind Fenster 20 und 21 ausgeführt, in denen die gemeinsame Niederpotentialelektrode 7 an Isolatoren 22 angeordnet ist. In den Gehäusen 14 und 15 liegen also einander gegenüber die Hochpotentialelektrode 6 und die gemeinsame Niederpotentialelektrode 7 bzw. die gemeinsame Niederpotentialelektrode 7 und die Hochpotentialelektrode 9.

In der Weiterbildung der Einrichtung zur Messung von Drahtdurchmessern gemäß Fig. 4, 5 sind die aneinander­ liegenden Seitenflächen in Gestalt einer gemeinsamen einstückigen Seitenfläche 23 der Rechteckgehäuse 24 bzw. 25 mit einem Fenster 26 ausgeführt. Die gemein­ same Niederpotentialelektrode 7 ist in diesem Fenster 26 mittels Isolatoren 27 befestigt.

Als Kompensationselement 10 dient in dieser Ausführungs­ form der Einrichtung eine Schraube, die auf dem Gehäuse 25 oben angeordnet ist und in dieses Gehäuse zwischen den Elektroden 7 und 9 in der Weise eingeschraubt wird, daß dies zu einer Kapazitätsänderung zwischen den Elek­ troden 7 und 9 führt.

In beiden Ausführungsformen der Einrichtung ist in den Gehäusen 14 (Fig. 2) und 24 (Fig. 4) ein Schlitz 28 zur Einführung des zu messenden Drahtes 8 ausgeführt.

Die Hochpotentialelektroden 6 und 9 der Einrichtung sind länger als die Niederpotentialelektroden 7 um mehr als das Doppelte des Abstandes zwischen den Hochpotential­ elektroden 6 bzw. 9 und der Niederpotentialelektrode 7.

Der Betrieb der beschriebenen Einrichtungen zur Messung von Drahtdurchmessern verläuft wie folgt:

Die Sinusspannung des Generators 4 wird dem Transfor­ mator 1 und über diesen dem kapazitiven Differential­ umformer 2 zugeführt. Bei der Einführung des zu messenden Drahtes 8 in den Umformer 2 zwischen den Elektroden 6 und 7 durch den Schlitz 28 wird die Brücke nach der Anzeige des Meßinstruments 11 abgeglichen, indem die Kapazität zwischen den Elektroden 7 und 9 mit Hilfe des Kompensationselementes 10 - eines Kompensation­ drahtes - abgeglichen wird, dessen Durchmesser dem des zu messenden Drahtes gleich ist. Die Abweichung des Durchmessers des Drahtes 8 von dem des Vergleichsdrahtes wird nach dem Meßinstrument 11 festgestellt.

Die Niederpotentialelektrode 7 ist für die beiden Brücken­ zweige gemeinsam ausgeführt, in den Fenstern 20 und 21 der Gehäuse 14 und 15 untergebracht und an den Iso­ latoren 22 befestigt, was zu einer Verringerung der parasitären Kapazität zwischen ihr und den Rechteckge­ häusen 14 und 15 um mehr als eine Größenordnung führt und also die Meßgenauigkeit steigert.

Falls die Länge der Hochpotentialelektroden 6 und 9 um einen den doppelten Abstand zwischen den Elektroden 6 bzw. 9 und 7 übersteigenden Wert größer als die Länge der Niederpotentialelektrode 7 gewählt ist, wird das Feld entlang der Niederpotentialelektrode 7 praktisch planparallel verlaufen, denn das Potential der Nieder­ potentialelektrode 7 ist bei abgeglichener Brücke dem des Gehäuses 14 und 15 gleich, weshalb die Bestimmung des Durchmessers des Drahtes 8 auf einem Abschnitt des Drahtes 8 vorgenommen wird, der der Länge der Nieder­ potentialelektrode 7 gleich ist. Auch dies hat eine Erhöhung der Meßgenauigkeit des Durchmessers des Drahtes 8 zur Folge.

Der Betrieb der Einrichtung nach Fig. 4 und 5 verläuft analog. Der Unterschied besteht darin, daß die Brücke nach den Anzeigen des Meßinstrumentes 11 durch Ein- bzw. Herausschrauben der Kompensationsschraube 10 abge­ glichen wird.

Die hohe Geschwindigkeit und Genauigkeit der Messungen des Drahtdurchmessers gestatten es, die Qualität des hergestellten Drahtes wesentlich zu erhöhen, die Meß­ zeit zu reduzieren und die Leistung der Drahtfertigungs­ einrichtung zu steigern.

Claims (2)

1. Einrichtung zur Messung des Durchmessers eines Drahtes (8) mit einem Transformator (1) und einem kapazitiven Differentialumformer (2), die in einer Brückenschaltung liegen,
deren einer Brückenzweig durch die Sekundärwicklung (5) des Transformators (1) und eine erste Hochpotential­ elektrode (6) und eine erste Niederpotentialelektrode des Umformers (2) gebildet ist, zwischen denen der zu messende Draht (8) verläuft und die auf den Flächen (12, 18) eines ersten Rechteckgehäuses (14) einander gegenüberliegen,
deren anderer Brückenzweig durch die Sekundärwicklung (5) des Transformators (1) und durch eine zweite Hoch­ potentialelektrode (9) und eine zweite Niederpotential­ elektrode des Umformers (2) gebildet ist, zwischen denen ein Kompensationselement (10) angeordnet ist und die auf den Flächen (13, 19) eines zweiten Rechteckgehäuses (15) einander gegenüber liegen, dessen Fläche (19), auf der die zweite Niederpotentialelektrode des Umformers (2) angeordnet ist, an der Fläche (18) des ersten Recht­ eckgehäuses (14) anliegt, auf der die erste Niederpoten­ tialelektrode angeordnet ist,
und deren Diagonalzweig durch ein Meßinstrument (11) ge­ bildet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Niederpotentialelektrode des kapazitiven Differential­ umformers (2) einstückig in Form einer gemeinsamen Niederpotentialelektrode (7) des Umformers (2) ausge­ führt sind
und die anliegenden Flächen (18, 19) des ersten und des zweiten Rechteckgehäuses (14, 15) Fenster (20, 21) aufweisen, in denen diese gemeinsame Niederpotential­ elektrode (7) liegt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anliegenden Flächen des ersten Rechteckgehäuses (24) und des zweiten Rechteckgehäuses (25) einstückig in Form einer gemeinsamen Fläche (23) der Rechteckge­ häuse (24, 25) ausgeführt sind und diese ein Fenster (26) aufweist, in dem die gemeinsame Niederpotential­ elektrode (7) befestigt ist.