DE3512983A1

DE3512983A1 - Kapazitives neigungs- und ebenheitsmessgeraet

Info

Publication number: DE3512983A1
Application number: DE19853512983
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. DDR 6018 Suhl Brandt; Wolfgang Dipl.-Ing. Eberhard; Hans-Hermann Dipl.-Ing. DDR 9063 Karl-Marx-Stadt Seidel; Reinhard in der Dipl.-Ing. DDR 9047 Karl-Marx-Stadt Stroth; Jürgen Dipl.-Ing. DDR 6051 Dietzhausen Stötzer
Original assignee: SUHL FEINMESSZEUGFAB VEB
Current assignee: SUHL FEINMESSZEUGFAB VEB
Priority date: 1984-05-28
Filing date: 1985-04-11
Publication date: 1985-11-28
Also published as: DD226068A1; GB2159628A; GB8513163D0; GB2159628B

Description

Kapazitives Neigunge- und Ebenheitsmeßgerät

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Neigungs- und Ebenheitsmeßgerät« mit dem Neigungs-, Ebenheits- und Winkelmessungen relativ zum Gravitationsvektor der Erde über einen großen Meßbereich erfaßt werden können« Die Anwendung ist für genaue Messungen im Geräte- und Maschinenbau ebenso möglich, wie für relativ große Meßbereiche im Bauwesen« Kranbau« Anlagenbau und ähnlichen Einsatzfällen.

Bekannt sind zwei unterschiedliche Prinzipien zur Verkörperung des Gravitationsvektors bei der Neigungemessung mittels elektronischer Libellen« Gravitationsempfindliche Elemente sind entweder sensibel aufgehängte Pendel oder Flüssigkeiten«

Mechanische Pendelanordnungen sind im WP 123016, WP

129488« in der DE AS 2038935 und in der DE-OS 3208811 beschrieben«

Die Neigungsmeßgeräte der Firmen Taylor und Hobson (England)« Tesa- und WyIer (Schweiz) und Federal (USA) arbeiten ebenfalls mit mechanischen Pendeln« Nachteilig bei diesen Geräten sind der relativ kleine Meßbereich« mechanische Reibung« die zu Meßfehlern führt und hoher technologischer Aufwand bei der Herstellung«

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Diese Nachteile überwinden die Lösungen, die mit Flüssigkeiten arbeiten«

Die Firma Sperry (USA) (DE OS 2551798) nutztpdie neigungsabhängige Pegeländerung eines Elektrolyten/gegenüber dem Gehäuse· ^{ä :} *"**'

In einer ringförmigen Kammer aus nichtleitenden Material sind mindestens vier Elektroden symmetrisch angeordnet* Die Kammer ist teilweise mit einem Elektrolyten gefüllt« Zwischen den ersten beiden Elektroden und einer dritten gemeinsamen Elektrode bilden sich durch den Elektrolyten Widerstände aus, deren Größe sich neigungsabhängig ändert« Die Widerstandsänderungen werden verarbeitet und angezeigt·

Nachteil dieser Lösung ist die starke Temperaturabhängigkeit des Elektrolyten, die besondere Kompensationsmaßnahmen erfordert·

Weiterhin bedingen sowohl Elektrolyt, als auch Behälter besondere Dämpfungsmaßnahmen·

Mit einem stromdurchflossenen Elektrolyten sind Probleme der Elektrolyse bzw« chemische Veränderungen verbunden, die dem System als Nachteil anhaften· Mit der geometrischen Anordnung der Elektroden ist eine hohe zeitliche Neigungsempfindlichkeit verbunden« Analoge Nachteile besitzt die im WP 205744 offenbarte Lösung, bei der mit einer magnetischen Flüssigkeit gearbeitet wird, wobei nur ein sehr kleiner Meßbereich realisiert wird·

Die Erfindung hat das Ziel, ein kapazitives Neigungsund Ebenheitsmeßgerät zu schaffen, das mit geringem Aufwand herstellbar ist und eine schnelle, hinreichend genaue Messung von Neigungs- bzw· Ebenheitsabweichungen ermöglicht·

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Neigungsund Ebenheitsmeßgerät zu entwickeln, das durch geringe Masse und Volumen universell einsetzbar, gegenüber elektrischen, mechanischen und thermischen Umwelteinflüssen unempfindlich, über einen großen Zeitbereich hinreichend genau ist, sowie ein weitverarbeitbares elektrisches Signal liefert, das zum Beispiel die Kopplung an einen Mikrorechner ermöglicht·
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine spezielle insbesondere nichtleitende Flüssigkeit, die einen bezüglich des umgebenden Mediums, z. B* Luft höheren, zeitlich und temperaturkonstanten Dielektrizitätswert, ein gutes Benetzungsvermögen, geringe Neigung zur Schaumbildung sowie eine optimale Viskosität besitzt, im Zwischenraum mindestens zweier symmetrischer vorzugsweise plattenförmiger ausgebildeter Elektrodenpaare mindestens einer oder mehrerer Kondensatoranordnungen derart angeordnet ist, daß die Flüssigkeit in neutraler Stellung den Zwischenraum vorzugsweise zur Hälfte ausfüllt und die Elektroden der Kondensatorenanordnung mit einer elektronischen Schaltung, an deren Ausgang ein der Kapazitätsdifferenz proportionales Signal anliegt, verbunden sind und daß die Kondensatoranordnung in Form eines Differentialkondensators ausgebildet ist, wobei zwei Einzelelektroden einer Ebene zu einer gemeinsamen Elektrode zusammengefaßt sind sowie daß bei mindestens zwei vorgesehenen Kondensatoranordnungen deren Elektroden insbesondere als Kreisringsektoren mit unterschiedlichem Zentrierwinkel ausgebildet sind und die Kondensatoren-Ordnung in mindestens zwei oder mehr örtlich trennbaren jedoch durch eine Leitung miteinander verbundenen Behältern angeordnet ist.

Befindet sich der kapazitive Neigungsmesser in horizontaler Lage, dann sind die Elektroden alle gleich tief in die dielektrische Flüssigkeit eingetaucht, so daß beide Hälften des Differentialkondensators gleiche Kapazität aufweisen·

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Neigungsabhängig ändert sich der Flüssigkeitspegel im Neigungsmesser, wodurch zwischen dem ersten Kondensatorplattenpaar weniger Flüssigkeit mit hoher Dielektrizitätskonstante ist, aber «ehr Medium (z. B. Luft) zwischen diese Platten gelangt, so daß sich seine Kapazität genausoviel verringert, wie die Kapazität des zweiten Kondensatoren zunimmt·

Bei der gewählten Form der Elektroden besteht zwischen der Neigungsänderung des Flüssigkeitspegels und der Kapazitätsänderung ein linearer Zusammenhang, wenn der Flüssigkeitspegel durch den gedachten Mittelpunkt der kreissektorenförmigen Elektroden verläuft« Weitere Vorteile der Erfindung bestehen neben ihrem einfachen Aufbau in der großen Unabhängigkeit von Umwelteinflössen, ihrer Unempfindlichkeit gegen seitliche Neigung und der Eigendämpfung der Pegeländerung aufgrund des geringen Elektrodenabstandes·

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden, wobei die zugehörigen Figuren zeigen:

Figur 1: Schnitt durch die Anordnung mit kleinem Meßbereich Figur 2: Schnitt A-A Figur 3: Schnitt durch die Anordnung mit großem Meßbereich

Figur 4: Schnitt durch die Anordnung mit umschaltbaren Meßbereich

Figur 5: Ansicht B

Figur 6: Anordnung mit örtlich trennbaren Kondensatoranordnungen

In Figur 1 ist ein hermetisch abgeschlossenes prismatisches Gehäuse 10 dargestellt, das zur Hälfte mit einer dielektrischen Flüssigkeit 1, in die die symmetrisch angeordneten Elektrodenpaare der Kondeneatoranordnung 3,

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die aus 4 kreissektorenförmigen Elektroden besteht, eintauchen« Das an die Flüssigkeit angrenzende Medium 2 ist Luft.

Figur 2 zeigt die Anordnung im Schnitt A-A· Die vier Elektroden der Kondensatoranordnung 3 sind als Differentialkondensator geschaltet, mit einer geeigneten elektronischen Schaltung 4 verbunden, die an ihrem Ausgang 5 ein der Kapazitätsdifferenz proportionales elektrisches Signal liefert, das digital oder analog angezeigt werden kann·

Figur 3 zeigt eine Anordnung für einen größeren Meßbereich, z· B. bis + 45°·

In Figur 4 ist ein Neigungsmeßgerät und Ebenheitsmeßgerät mit zwei Differentialkondensatoranordnungen 6, 7 mit unterschiedlichem Zentrierwinkel dargestellt« Dadurch wird erreicht, daß man für zwei umschaltbare Meßbereiche unterschiedlicher Größe gleiche Meßsignale erhält und somit beim Arbeiten mit der Anordnung mit kleineren Zentrierwinkel höhere Auflösungen bekommt·

In Figur 6 ist eine Anordnung dargestellt, bei der sich die beiden Kondensatoranordnungen 3 in Behältern 9 befinden, die durch eine flexible Schlauchleitung 8 verbunden sind« Damit ist der Basisabstand der beiden Kondensatoranordnungen 3 variabel und es können Meßobjekte, deren Neigungs- bzw« Niveaudifferenz ermittelt werden soll, unterschiedlichen Abstand voneinander haben«

Figur 5 zeigt die Seitenansicht der Figur 4«

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Zusammenstellung der verwendeten Bezugszeichen

1 nichtleitende Flüssigkeit

2 umgebendes Medium

3 Kondensatoranordnung

4 elektronische Schaltung

5 Ausgang der elektronischen Schaltung

6 Kreisringsektor mit kleinen Zentrierwinkel

7 Kreisringsektor mit großem Zentrierwinkel

8 Verbindungsleitung

9 Behälter
Gehäuse

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Claims

Patentansprüche:

1· Kapazitives Neigungs- und Ebenheitsmeßgerät unter Verwendung einer Flüssigkeit als gravitationsempfindliches Element und einer kapazitiven Antastung, dadurch gekennzeichnet, daß eine spezielle insbesondere nichtleitende Flüssigkeit (1), die einen bezüglich des umgebenden Mediums (2), z· B, Luft höheren, zeitlich und temperaturkonstanten Dielektrizitätswert, ein gutes Benetzungsvermögen, geringe Neigung zur Schaumbildung sowie eine optimale Viskosität besitzt, im Zwischenraum mindestens zweier symmetrischer vorzugsweise plattenförmiger und insbesondere in Form von Kreissektoren ausgebildeter Elektrodenpaare mindestens einer oder mehrerer Kondensatoranordnungen (3) derart angeordnet ist, daß die Flüssigkeit (1) in neutraler Stellung den Zwischenraum vorzugsweise zur Hälfte ausfüllt und die Elektroden der Kondensatoranordnung (3) mit einer elektronischen Schaltung (4), an deren Ausgang (5) ein der Kapazitätsdifferenz proportionales Signal anliegt, verbunden sind·

2« Kapazitives Neigungs- und Ebenheitsmeßgerät nach Punkt 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoranordnung (3) in Form eines Oifferentialkondensators ausgebildet ist, wobei zwei Einzelelektroden einer Ebene zu einer geroeinsamen Elektrode (6) zusammengefaßt sind«

3· Kapazitives Neigungs- und Ebenheitsmeßgerät nach Punkt 1 dadurch gekennzeichnet, daß bei mindestens zwei vorgesehenen Kondensatoranordnungen (3) deren Elektroden insbesondere als Kreisringsektoren mit unterschiedlichem Zentrierwinkel (6, 7) ausgebildet sind.

4· Kapazitives Neigungs- und Ebenheitsmeßgerät nach Punkt 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoranordnung (3) in mindestens zwei oder mehr örtlich trennbaren jedoch durch eine Leitung (8) miteinander verbundenen Behältern (9) angeordnet ist·

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