DE3505693C2

DE3505693C2 - Spannungsmesser zum Bestimmen der Spannung eines langgestreckten Meßobjekts

Info

Publication number: DE3505693C2
Application number: DE19853505693
Authority: DE
Inventors: Yoji Yamada; Michinori Masuura; Yoshiaki Kakeshita
Original assignee: SHINPO INDUSTRIAL CO Ltd
Current assignee: SHINPO INDUSTRIAL CO Ltd
Priority date: 1984-02-20
Filing date: 1985-02-19
Publication date: 1995-11-30
Anticipated expiration: 2005-02-20
Also published as: DE3505693A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Spannungsmesser zum Bestimmen der Spannung eines langgestreckten Meßobjekts, beispielsweise eines Drahtes, Bandes, Blattes oder dergleichen, mit

- zwei in vorbestimmtem gegenseitigem Abstand angeordneten Führungsrollen;
- einer zwischen den beiden Führungsrollen angeordneten Meßrolle, die aufgrund der Spannung des Meßobjekts verstellbar ist, das mit den Führungsrollen und der Meßrolle in Berührung steht; und
- einer ersten Detektoreinrichtung zum Ermitteln der Größe der durch die Spannung des Meßobjekts verursachten Verstellung der Meßrolle.

Ein Spannungsmesser der eingangs genannten Art ist aus DE 23 31 987 A1 bekannt. Bei diesem bekannten Spannungsmesser ist eine Korrektureinrichtung bestehend aus einem Subtrahierglied und einem Multiplizierglied vorgesehen. Durch das Subtrahierglied wird von der in der Detektoreinrichtung gemessenen Kraft diejenige abgezogen, die zur Verformung des Drahtes beim Überlaufen über die Meßrolle erforderlich ist. Durch das Multiplizierglied wird die Kraftverminderung bei überschießendem Draht korrigiert, die von der Steifigkeit des Drahtes abhängt. Der Durchmesser bzw. die Dicke des Meßobjekts werden hier nur insoweit berücksichtigt, als die Auslenkung dem jeweiligen Drahtdurchmesser nach empirischen Werten angepaßt wird.

Aus DE-PS 7 09 378 ist ein Spannungsmesser mit drei Rollen bekannt, die in der Richtung angeordnet sind, in der ein langgestrecktes Meß objekt läuft und nacheinander mit den Rollen in Berührung kommt. Die mittlere Rolle ist eine Meßrolle, und die Spannung des Meß objekts läßt sich anhand der Verstellung der Meßrolle ermitteln, die durch die Spannung des Meßobjekts verursacht wird. Weil bei diesem Instrument die Spannung jedoch nur aufgrund der Verlage rung der Meßrolle ermittelt wird, läßt sich die Messung nicht mit hoher Genauigkeit und Präzision durchführen. Während das Meßobjekt durch die drei Rollen läuft, wird es V-förmig gebo gen, wobei eine Biegebeanspruchung aufgrund der Eigensteifig keit des Werkstoffes des Meßobjekts auf die Meßrolle als Ver stellkraft einwirkt, die Fehler des Meßergebnisses verursacht.

Es stehen keine Spannungsmesser zur Verfügung, welche die durch die Steifigkeit des Werkstoffes des Meßobjekts verursachte Bie gebeanspruchung berücksichtigen.

Eines der bei der Drei-Rollen-Anordnung auftretenden Probleme ist die Position oder Ausrichtung des die drei Rollen aufwei senden Detektors. Es kommt zu keinen Schwierigkeiten, wenn der Winkel zwischen der Richtung, in welcher die Meßrolle durch die Spannung des Meßobjekts verlagert wird, und die Richtung der Schwerkraft stets ein rechter Winkel ist. Ist dieser Win kel jedoch kein rechter Winkel, wirkt auf die Feder, welche die Meßrolle nachgiebig abstützt, nicht nur die durch die Span nung des Meßobjekts verursachte Kraft, sondern auch eine Komponente des Gewichts bewegbaren Teils des Spannungsmessers ein, so daß in das Meßergebnis Fehler eingeführt werden. Es stehen keine Span nungsmesser zur Verfügung, die es gestatten, durch die Po sition des Detektors verursachte Fehler zu eliminieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Spannungs messer zu schaffen, bei dem Fehler eliminiert sind, die durch die Biegebeanspruchung eines Meßobjekts und/oder durch das Gewicht des bewegbaren Teils des Spannungsmessers verursacht werden, wenn die Spannung des Meßobjekts anhand der Größe der Verstellung einer Meßrolle bestimmt wird.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Patentanspruch 1.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von bevorzugten Aus führungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in größerem Maßstab eine schematische Sei tenansicht der Meßrolle und der Führungs rollen eines Spannungsmessers,

Fig. 2 ein Vektordiagramm für die Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 ein analytisches Diagramm für die Anord nung nach Fig. 1,

Fig. 4 eine graphische Darstellung von charak teristischen Kurven,

Fig. 5(a) eine Darstellung ähnlich Fig. 1, wobei die Rollen in Schräglage veranschaulicht sind,

Fig. 5(b) ein analytisches Diagramm der Anordnung nach Fig. 5(a),

Fig. 6 eine schematische perspektivische Dar stellung eines Spannungsmessers entspre chend einer Ausführungsform der Erfin dung, und

Fig. 7 ein Blockschaltbild für die Datenverar beitungsanordnung des Spannungsmessers nach der Erfindung.

Zunächst sei anhand der Fig. 1 das dem vorliegenden Spannungs messer zugrundeliegende Meßprinzip erläutert. Fig. 1 zeigt schematisch zwei in Abstand voneinander angeordnete Führungsrollen 2, 3 und eine zwischen den beiden Führungsrollen befindliche Meßrolle 1. Ein Meßobjekt 4, beispielsweise ein Draht, dessen Spannung gemes sen werden soll, läuft zwischen den drei Rollen hindurch und steht mit diesen in Kontakt. Es sei angenommen, daß die Ra dien der Rollen 1, 2 und 3 den Wert R, R₁ bzw. R₂ haben, daß das Meßobjekt 4 den Durchmesser oder die Dicke D hat, daß der waagrechte Abstand zwischen den Achsen der Rollen 1 und 2 gleich A₁ und der waagrechte Abstand zwischen den Rollen 1 und 3 gleich A₂ ist, daß der lotrechte Abstand zwi schen den Achsen der Rollen 1 und 2 gleich B₁ und der lot rechte Abstand zwischen den Achsen der Rollen 1 und 3 gleich B₂ ist, wenn keine Belastung der (strichpunktiert dargestell ten) Meßrolle 1 aufgrund der Spannung des Objekts erfolgt, daß die Größe der lotrechten Verstellung der Meßrolle 1 auf grund der Spannung des Meßobjekts gleich x ist und daß die Spannung des Meßobjekts 4 gleich T ist. Unter dem Begriff "lotrecht" soll hier die Richtung verstanden werden, in wel cher die Meßrolle 1 in dem Instrument verstellt werden kann, während unter dem Begriff "waagrecht" vorliegend die dazu senkrechte Richtung verstanden wird.

Wenn die Winkel, den die zwischen den Kontaktpunkten der Rol len 1 und 2 sowie zwischen den Kontaktpunkten der Rollen 1 und 3 mit der durch die Achse der Rolle 1 verlaufenden lot rechten Linie bilden, gleich θ₁ bzw. θ₂ sind und die Kräfte, welche die Spannungen der vorstehend genannten Teile des Meß objekts 4 auf die Meßrolle 1 ausüben, gleich F₁ und F₂ sind, wird ein Vectordiagramm gemäß Fig. 2 erhalten.

Die Mittellinie des Meßobjekts 4 ist in Fig. 1 durch die strichpunktierte Linie M dargestellt. Wenn sich die gerad linigen Teile der Linie M zwischen den Rollen 1 und 2 in entgegengesetzten Richtungen erstrecken, schneidet die Mit tellinie M die durch die Achsen der Rollen 1 und 2 verlaufen den lotrechten Linien an den Punkten N₁ bzw. N₂. Wenn der Ab stand zwischen dem Punkt N₁ und der Achse O der Rolle gleich P1 ist, der Abstand zwischen dem Punkt N₂ und der Achse O₁ der Rolle 2 gleich P₂ ist und der lotrechte Abstand zwischen den Punkten N₁ und N₂ gleich Q ist, wird eine geo metrische Beziehung entsprechend Fig. 3 erhalten.

Aus dem Vectordiagramm der Fig. 2 läßt sich ablesen

T COS θ₁ + T COS θ₂ = kx (1)

wobei k die Federkonstante einer Feder ist, die auf die Meß rolle 1 in der Richtung einwirkt, welche der Richtung entge gengesetzt ist, in welcher die Spannung des Meßobjekts auf die Rolle einwirkt.

Aus Fig. 3 ergibt sich

P₂ - (B₁ + x) + P₁= Q
R₁ + D/2 = P₂ sin θ₁
R + D/2 = P₁ sin θ₁
A₁= Q tan θ

Durch Auflösen der vorstehenden Gleichungen nach cos θ₁ erhält man

In ähnlicher Weise erhält man

Indem man die beiden vorstehenden Ausdrücke in der Gleichung (1) substituiert, erhält man die Spannung T. Falls A₁ = A₂, B₁ = B₂ und R = R₁ = R₂, ergibt sich die Spannung T zu

Wenn das Meßobjekt 4 an den Rollen vorbeiläuft und mit die sen in Berührung steht sowie die Meßrolle 1 um die Strecke x verstellt wird, läßt sich die Spannung T errechnen, indem der Wert x in die Gleichung (2) eingesetzt wird. Die Bezie hung zwischen T und x läßt sich nicht nur durch die vorste hend genannte Gleichung, sondern auf andere Weise auch durch andere Gleichungen ausdrücken. Die vorstehende Gleichung kann daher in die allgemeine Form

T = F(x) (3)

gebracht werden.

Die vorstehende Gleichung hat nur Gültigkeit bei einem idea len Meßobjekt, das keine Steifigkeit hat, und unter Vernach lässigung des Einflusses der Schwerkraft. Wenn die Spannung anhand der vorstehend genannten Gleichung errechnet wird, ist das Rechenergebnis mit den oben erläuterten Fehlern be haftet.

Wenn die Steifigkeit des Meßobjekts berücksichtigt wird, wird die Beziehung zwischen der Spannung T und der Verstel lung X auf die folgende Weise erhalten. Es wird davon aus gegangen, daß die Steifigkeit des Meßobjekts eine Funktion des Durchmessers D des Meßobjekts ist. Wird die Spannung T eines Meßobjekts mit dem Durchmesser D aus der Verstellung X unter Anwendung der Formel (3) berechnet, wird eine charak teristische Kurve J entsprechend Fig. 4 erhalten. Bei Mes sung der Spannung von zwei Meßobjekten aus dem gleichen Werk stoff und mit den Durchmessern D₁ bzw. D₂ unter Verwendung des gleichen Spannungsmessers, werden charakteristische Kur ven J₁ und J₂ gewonnen. Die theoretische charakteristische Kurve oder Kennlinie J ist den tatsächlichen charakteristi schen Kurven J₁ und J₂ geometrisch ähnlich; die drei Kurven haben mathematisch eine "lineare" Relation zueinander ent lang der X-Achse. Weil eine gewisse Relation zwischen dem Durchmesser D und der Steifigkeit besteht, haben die Kurven auch bezüglich des Durchmessers D eine "lineare" Relation zueinander. Geht man daher davon aus, daß ein Meßobjekt mit einem vorgegebenen Durchmesser D₀ zu einer charakteristi schen Kurve J₀ führt, läßt sich die Beziehung zwischen den Verlagerungen X₀ und X₀₀ auf den Kurven J und J₀, verur sacht durch die gleiche Spannung T₀, durch die folgende lineare Gleichung ausdrücken:

X₀₀ = (K₁₁ · D₀ + K₁₀) · X₀ + K₀₁ · D₀ + K₀₀

wobei K₁₁, K₁₀, K₀₁ und K₀₀ Konstanten sind.

Die vorstehende Gleichung läßt sich umwandeln in

X₀₀ = K₁₁ · D₀ · X₀ + K₁₀ · X₀ + K₀₁ · D₀ + K₀₀ (4)

Die vorstehende Gleichung gilt für die charakteristischen Kurven J und J₁ ebenso wie für die charakteristischen Kur ven J und J₂. An Punkten (T₁ · X₁), (T₁ · X₁₁), (T₁ · X₁₂), (T₂ · X₂), (T₂ · X₂₁) und (T₂ · X₂₂) erhält man daher

X₁₁ = K₁₁ · D₁ · X₁ + K₁₀ · X₁ + K₀₁ · D₁ + K₀₀
X₁₂ = K₁₁ · D₂ · X₁ + K₁₀ · X₁ + K₀₁ · D₂ + K₀₀
X₂₁ = K₁₁ · D₁ · X₂ + K₁₀ · X₂ + K₀₁ · D₁ + K₀₀
X₂₂ = K₁₁ · D₂ · X₂ + K₁₀ · X₂ + K₀₁ · D₂ + K₀₀

Um die vorstehenden Gleichungen nach K₁₁, K₁₀, K₀₁ und K₀₀ aufzulösen, werden diese Gleichungen zunächst wie folgt um geschrieben

X₁₁ = K₁₁₁ · X₁ + K₀₁₁
X₁₂ = K₁₁₂ · X₁ + K₀₁₂
X₂₁ = K₁₁₁ · X₂ + K₀₁₁
X₂₂ = K₁₁₂ · X₂ + K₀₁₂ (5)

wobei

K₁₁₁ = K₁₁ · D₁ + K₁₀
K₀₁₁ = K₀₁ · D₁ + K₀₀
K₁₁₂ = K₁₁ · D₂ + K₁₀
K₀₁₂ = K₀₁ · D₂ + K₀₀ (6)

Aus den Gleichungen (5) erhält man

K₁₁₁ = (X₁₁ - X₂₁)/(X₁ - X₂)
K₀₁₁ = (X₁ · X₂₁ - X₂ · X₁₁)/(X₁ - X₂)
K₁₁₂ = (X₁₂ - X₂₂)/(X₁ - X₂)
K₀₁₂ = (X₁ · X₂₂ - X₂ · X₁₂)/(X₁ - X₂)

Die Werte der Terme auf den rechten Seiten dieser Gleichungen sind aus dem Ergebnis der durchgeführten Messungen bekannt.

Aus den Gleichungen (6) erhält man

K₁₁ = (K₁₁₁ - K₁₁₂)/(D₁ - D₂)
K₁₀ = (D₁ · K₁₁₂ - D₂ · K₁₁₁)/(D₁ - D₂)
K₀₁ = (K₀₁₁ - K₀₁₂)/(D₁ - D₂)
K₀₀ = (D₁ · K₀₁₂ - D₂ · K₀₁₁)/(D₁ - D₂) (7)

Andererseits erhält man aus der Gleichung (4)

X₀= (X₀₀ - K₀₁ · D₀ - K₀₀)/(K₁₁ · D₀ + K₁₀) (8)

Auf der rechten Seite der obigen Gleichung kann man die Werte der Terme mit Ausnahme von X₀₀ und D₀ aus der Gleichung (7) erhalten. Infolgedessen wird die Messung an einem Meßobjekt mit einem Durchmesser D₀ durchgeführt, um die Verstellung X₀₀ zu ermitteln. Durch Einsetzen dieser Werte in die Gleichung (8) ist es möglich, aus der tatsächlich gemessenen Verstellung X₀₀ die Verstellung X₀ zu erhalten, die durch ein ideales Meßobjekt ohne Steifigkeit verursacht würde. Substituiert man den so erhaltenen Wert X₀ für die Variable x in der For mel (3), erhält man die Spannung T des Meßobjekts ohne Be einflussung durch die Steifigkeit des Werkstoffs des Meßob jekts. In der Praxis erfordert es erheblich Zeit, durch Durchführen der obigen Operationen X₀ zu ermitteln und dann den Wert X₀ zwecks Durchführung weiterer Operationen in die Gleichung (3) einzusetzen. Infolgedessen ist es zweckmäßig, die Werte der Funktion T für eine Mehrzahl von Werten der Variablen X₀ von vorneherein in einem Festspeicher (ROM- Speicher) einzuspeichern, so daß der gewünschte der einge speicherten Werte von X₀ aus dem Festspeicher ausgelesen werden kann.

Nachstehend sei der Einfluß erläutert, den das Gewicht des bewegbaren Teils des Spannungsmessers auf das Meßergebnis hat. Es sei angenommen, daß die Gruppe der Rollen 1, 2 und 3 die Schräglage gemäß Fig. 5(a) einnimmt. Wenn der Winkel, den die Richtung der Verstellung der Meßrolle 1 aufgrund der Spannung des Meßobjekts 4 mit der waagrechten Linie L bildet, mit α bezeichnet wird, die Masse des bewegbaren Teils des Spannungsmessers durch w(gr) ausgedrückt wird und die Erdbeschleunigung als g(CN/gr) bezeichnet wird, folgt entsprechend Fig. 5(b), daß die Kraft f, welche auf die der Verstellbewegung der Meßrol le 1 nachgiebig entgegenwirkende Feder einwirkt, folgenden Wert hat:

f = g · w sinα.

Diese Kraft f wird zu der Kraft F addiert, die durch die Span nung des Meßobjekts verursacht wird, um die Meßrolle 1 zu ver stellen. Auf die Feder wirkt also die Summe der Kräfte F und f ein. Die Gleichung (1) läßt sich also ausdrücken als

T COS θ₁ + T COS θ₂ + f = kx

Aus der vorstehenden Gleichung erhält man

wobei

die Spannung darstellt, wenn die Richtung der Verstellbewegung der Meßrolle 1 vernachlässigt wird. Wenn dies als f(x) ausgedrückt wird, erhält man

Wenn die Verstellung der Meßrolle 1 bei der Spannung 0 gleich x_t ist, folgt f = kx_t. Setzt man diesen Ausdruck in die vor stehende Gleichung ein, erhält man

Wenn daher die Spannung f(x) aus der Verstellung x der Meß rolle 1 errechnet wird und die Werte f(x), x und x_t in die Gleichung (9) eingesetzt werden, wird die Spannung T im we sentlichen frei von jedem Fehler erhalten, der andernfalls durch das Gewicht des bewegbaren Teils des Spannungsmessers verursacht würde.

In den Fig. 6 und 7 ist ein erfindungsgemäß aufgebauter Span nungsmesser dargestellt. Der Spannungsmesser weist einen Rah men 5, einen Arm 6, der die beiden Führungsrollen 2 und 3 in vorbestimmtem gegenseitigem Abstand trägt, eine am Rahmen 5 verstellbar gelagerte Stange 7, an deren oberem Ende der Arm 6 angeordnet ist, und eine Feder 8 auf, die zwischen dem un teren Ende der Stange 7 und dem Rahmen 5 sitzt und die die Stange 7 nach unten zieht. Die Stange 7 ist in einer zu der Verbindungslinie der Achsen der Führungsrollen 2 und 3 senk rechten Linie verstellbar. Zu der Vorrichtung gehört ferner eine verstellbare Stange 1A, an welcher die Meßrolle 1 abge stützt ist. Die Stange 1A ist mit einem Arm 10 verbunden, des sen gegenüberliegende Enden mit den äußeren Enden zweier Blatt federn 9 verbunden sind, deren innere Enden an dem Rahmen 5 ab gestützt sind. Wenn die Meßrolle 1 nach oben oder unten bewegt wird, führt die Stange 1A entgegen der Kraft der Blattfedern 9 eine Bewegung nach oben oder unten aus. Die Meßrolle 1 und die Stange 1A sind in der gleichen Richtung verstellbar wie die Stange 7. Die Federn haben die in der Gleichung (1) vorkommen de Federkonstante k.

Zu dem Spannungsmesser gehört des weiteren eine erste Detektoreinrichtung 11 zum Ermitteln der Position oder Verstellung der Meßrolle 1. Bei der ersten Detektoreinrichtung 11 kann es sich um einen CCD-Bildsensor han deln, der die Verlagerung der Stange 1A erfaßt. Der Bildsen sor weist ein auf der Stange 1A sitzendes lichtemittierendes Element 12 und eine lotrecht angeordnete Gruppe von licht empfindlichen Elementen 13 auf. Wenn die Stange 1A verstellt wird, erfolgt eine entsprechende Verstellbewegung des licht emittierenden Elements 12, so daß sich das lichtempfindliche Element 13 ändert, auf das Licht von dem lichtemittierenden Element 12 auffällt. Der Betrag der Verstellbewegung der Stan ge 1A läßt sich aus der Position des lichtempfindlichen Ele ments ermitteln, auf das von dem lichtemittierenden Element 12 aus Licht auftrifft.

Zu dem Spannungsmesser gehört ferner eine Vorrichtung 15 zur Kompensation der Lage der Führungsrollen 2 und 3 entsprechend dem Durchmesser des Meßobjekts 4. Die Kompensationsvorrich tung 15 weist einen mit dem Rahmen 5 z. B. einstückig verbun denen Ansatz 5A und einen Block 16 auf, der an der Stange 7 befestigt und mit dem Ansatz 5A ausgerichtet ist. Eine Lehre oder Probe 17 mit dem gleichen Durchmesser wie das Meßobjekt 4 wird zwischen dem Ansatz 5A und dem Block 16 eingebracht, wodurch die Stange 7 um einen dem Durchmesser der Lehre 17 entsprechenden Betrag nach oben verschoben wird. Dadurch kommt es zu einer entsprechenden Verlagerung der Bezugspo sition der Führungsrollen 2 und 3 nach oben. Wenn die auf die Meßrolle 1 einwirkende Spannung des Meßobjekts 4 die gleiche bleibt, bleiben auch die Winkel θ₁ und θ₂ in Fig. 2, welche die geradlinigen Teile des an der Meßrolle 1 vorbei laufenden und mit dieser in Berührung stehenden Meßobjekts 4 mit der Geraden bilden, die sich durch die Achse der Rol le in der Richtung erstreckt, in welcher die Rolle 1 ver stellbar ist, unabhängig vom Durchmesser des Meßobjekts 4 im wesentlichen gleich. Würden die Positionen der Führungs rollen 2 und 3 nicht eingestellt, müßte ein Meßobjekt mit größerem Durchmesser auch bei gleicher Spannung zu kleineren Werten für die vorstehend genannten Winkel führen. Weil je doch erfindungsgemäß die Führungsrollen 2 und 3 um eine dem Durchmesser des Meßobjekts entsprechende Strecke angehoben werden, haben diese Winkel Werte, die näherungsweise denen bei einem Durchmesser Null entsprechen. Vorausgesetzt, daß kein Einfluß aufgrund der Steifigkeit des Objekts vorliegt, bleiben die Winkel bei gleicher Spannung unabhängig vom Durchmesser des Meßobjekts im wesentlichen gleich.

Der Durchmesser des Meßobjekts wird mittels einer zweiten Detektor einrichtung 18 erfaßt, die so ausgebildet ist, daß sie den Durchmesser aufgrund einer Verlagerung der Stange 7 ermittelt. Bei dieser zweiten Detektoreinrichtung kann es sich um einen CCD-Bildsensor handeln. Die zweite Detektoreinrichtung 18 weist ein lichtemittierendes Element 19 auf einem an der Stange 7 befestigten Arm 20 und eine lotrechte Gruppe von lichtempfindlichen Elementen 21 auf. Bei einer Verlagerung der Stange 7 ändert sich das lichtempfindliche Element, auf das Licht von dem lichtemittierenden Element 19 auffällt. Auf diese Weise läßt sich der Betrag der Ver lagerung der Stange 7 erfassen. Aus der Größe der Verlage rung wird der Durchmesser des Meßobjekts bestimmt. Jede der beiden Gruppen von lichtempfindlichen Elementen 13 und 21 kann für den Zweck der jeweils anderen Gruppe eingesetzt werden.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 6 werden die Größe der Verstell bewegung der Meßrolle 1 und der Durchmesser des Meßobjekts 4 mittels der Detektoreinrichtungen 11 und 18 bestimmt.

Weil die Feder 8 auf die Stange 7 eine Kraft ausübt, die größer als die Gegenkraft der Meßrolle 1 (die von den Federn 9 aufgebrachte Kraft) ist, werden die Führungsrollen 2 und 3 im Verlauf der Messung nicht nach oben oder unten verlagert. Das Gewicht der Meßrolle 1 (und das Gewicht der Stange 1A, der Federn 9, usw.) üben eine Kraft aus, welche die Meßrolle 1 nach unten zu verstellen sucht. Die durch die Gewichte ver ursachte Kraft ändert sich mit der Position, welche die Meß rolle 1 während der Messung einnehmen muß. Wird es notwendig, durch die Gewichte verursachte Fehler zu eliminieren, wird die erste Detektoreinrichtung 11 durch einen von einem Befehlsgeber 21′ (Fig. 7) kommenden Befehl betätigt, um die Größe der Verstellung der Rolle 1 zu messen, wenn die auf die Meßrolle 1 einwirkende Spannung des Meßobjekts 4 gleich Null ist, und der Meßwert wird in einem wahlfreien Zugriff aufweisenden Speicher teil (RAM) eines Speichers 23 eines Mikrocomputers 22 über ei ne Zentraleinheit 24 eingespeichert, so daß der aufgrund der Messung und der durchgeführten Rechenoperationen erhaltene Spannungswert mittels des eingespeicherten Wertes korrigiert werden kann. Substituiert man beispielsweise den aus der Glei chung (8) erhaltenen Wert X₀, den Wert T der Formel (3) mit dem Wert X₀ als der Variablen und dem im Speicher 23 einge speicherten Wert XT in

wobei X₀ ≠ 0, kann man die Spannung des Meßobjekts ohne Ein fluß des Gewichts des bewegbaren Teils des Spannungsmessers ermitteln. Ist der Gewichtseinfluß vernachlässigbar, ist die vorstehend genannte Operation nicht notwendig.

Die von den Detektoreinrichtungen 11 und 18 erfaßten Werte werden eben falls der Zentraleinheit 24 zugeführt. Es ist ein Festspei cher (ROM) 25 vorgesehen, der die Funktionswerte der Formel (3) - errechnet für eine Mehrzahl von Werten von X₀, die durch die vorstehend erläuterten Operationen ermittelt wur den - in den den Werten von X₀ entsprechenden Adressen ein speichert. Durch die Verwendung des Festspeichers 25 wird die Durchführung der Operation gemäß Formel (3) vermieden.

Zur Durchführung einer Messung wird ein Meßobjekt 4 mit den Rollen 1 bis 3 entsprechend Fig. 6 in Kontakt gebracht. Die Spannung des Meßobjekts 4 bewirkt, daß die Meßrolle 1 nach unten verschoben wird. Die Größe der Verstellbewegung wird mittels der ersten Detektoreinrichtung 11 erfaßt. Der ermittelte Wert X₀₀ wird der Zentraleinheit 24 zugeführt, welcher auch der ermittelte Wert D₀ von der zweiten Detektoreinrichtung 18 zu geht. Die Zentraleinheit 24 führt die notwendigen Operatio nen entsprechend der Gleichung (8) aus, um den Wert X₀ zu erhalten. Dann erfolgt ein Zugriff zu derjenigen der Adres sen im Festspeicher 25, die dem Wert X₀ entspricht, um den entsprechenden Wert der Spannung T gemäß der zuvor dort ein gespeicherten Formel (3) auszulesen.

Falls es notwendig ist, den zuvor erläuterten Einfluß des Ge wichts des bewegbaren Teils des Spannungsmessers zu eliminieren, führt die Zentraleinheit 24 die genannten Operationen bezüglich des Wertes T aus.

Die so erhaltene Spannung T wird von einer Display-Einheit 26 angezeigt.

Der erfindungsgemäße Spannungsmesser erlaubt eine genaue Messung der Spannung eines langgestreckten Meßobjekts unter Vermeidung von Fehlern, die andernfalls das Meßergebnis auf grund der Steifigkeit des Werkstoffes des Meßobjekts und/ oder des Gewichts des bewegbaren Teils des Spannungsmessers beeinflussen.

Claims

1. Spannungsmesser zum Bestimmen der Spannung eines langgestreckten Meßobjekts (4), mit
zwei in vorbestimmtem gegenseitigem Abstand angeordneten Führungsrollen (2, 3);
einer zwischen den beiden Führungsrollen (2, 3) angeordneten Meßrolle (1), die auf grund der Spannung des Meßobjekts (4) verstellbar ist, das mit den Führungsrollen (2, 3) und der Meßrolle (1) in Berührung steht; und
einer ersten Detektoreinrichtung (11) zum Ermitteln der Größe der durch die Spannung des Meßobjekts (4) verursachten Verstellung der Meßrolle (1);
gekennzeichnet durch
eine zweite Detektoreinrichtung (18) zum Ermitteln des Durchmessers oder der Dicke des Meßobjekts (4);
eine Einrichtung (24), die sowohl mit dem von der ersten Detektoreinrichtung (11) ermittelten Meßrollen-Verstellwert als auch mit dem von der zweiten Detektor einrichtung (18) ermittelten Durchmesser- oder Dickenwert beaufschlagt ist und anhand dieser beiden Werte die theoretische Größe der Verstellung der Meßrolle (1) unter der Annahme ermittelt, daß das Meßobjekt (4) keine Steifigkeit hat; und eine Einrichtung (24, 25) zum Ermitteln der Spannung f(x) als Funktion der theoretischen Größe der Verstellung der Meßrolle (1).

2. Spannungsmesser nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
eine dritte Detektoreinrichtung (21, 21′) zum Ermitteln der Größe der Verstellung x_t der Meßrolle (1) zwischen der Meßrollenstellung, in welcher die Verstellrichtung der Meßrolle senkrecht zu der Richtung der auf die Meßrolle einwirkenden Schwerkraft steht und auf die Meßrolle keine Spannung einwirkt, und der Meßrollenstellung zum Zeitpunkt der Messung ohne auf die Meßrolle einwirkende Spannung; und
eine Verarbeitungseinrichtung (22, 23) zum Durchführen von Operationen mit von der ersten und der dritten Detektoreinrichtung ermittelten Werten und dem von der Einrichtung (24, 25) bestimmten Spannungswert f(x) zur Bildung von (1 - x_t/x) · f(x) als der Spannung des Meßobjekts.

3. Spannungsmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (24, 25) zum Ermitteln der Spannung als Funktion der theoretischen Größe der Ver stellung der Meßrolle (1) einen Festspeicher (25) aufweist, in dem Spannungswerte f(x) für eine Mehrzahl von Werten der theoretischen Größe der Verstellung der Meßrolle (1) eingespeichert sind und aus dem der jeweilige Spannungswert f(x) in Abhängigkeit von der ermittelten theoretischen Größe auslesbar ist.