DE642011C - Einrichtung zur Dickenmessung von Blechen und Metallfolien - Google Patents

Description

Zur Messung der Wandstärke von eisernen Rohren ist bekannt, durch einen Leiter im Rohrinnern Strom zu leiten, dessen magnetisches Feld sich in der Rohrwandungj schließt. Die Streuung des Magnetfeldes} außerhalb des Rohres hängt vom magnetischen Widerstand des Rohres und damit von 'dessen Wandstärke ab und kann, ,auf eine der üblichen Methoden gemessen werden.

Diese Einrichtung läßt sich jedoch praktisch, nur bei Rohren aus ferromagnetischem Material anwenden. Bei Rohren aus nichtferromagnietischem Material kann die Feldstärkenänderung an der Stelle der Sekundärspule nur von Wirbelstrombildung herrühren. Solche Wirbelströme treten zwar auch bei der bekannten Anordnung auf. Infolge der ungünstigen Lage des zu untersuchenden Querschnittes gegenüber dem Stromleiter bilden sich die Wirbelströme aber nur in einem so schwachen Maße aus, 'daß sie praktisch für 'eine technische Messung nicht herangezogen werden können. Bei der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung ist 'die Anordnung aber so getroffen, 'daß das zu messende Blech von 'einer möglichst großen Anzahl von Kraftlinien geschnitten " wird, so- daß kräftige Wirbelströme induziert werden, welche die Feldstärke in .der Sekundärspule in ausreichendem Maße beeinflussen. -

Bed der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Dickenmessung von Blechen und Metallfolien, vorzugsweise aus nicht ferromagnetischem Werkstoff, bei welcher sich zwischen einer Primärspulengruppe und einer mit ihr gekoppelten' Sekundärspulengruppe das zu messende Blech befindet und in der Sekundärspulengruppe Spannungen induziert werden, die ein Maß für die Blech- oder Foliendicke - bilden, liegt das zu messende Blech so zwischen den Spulen, daß die von der Primärspule ausgehenden Kraftlinien im wesentlichen senkrecht auf seine Oberfläche auftreffen.

Auf der Zeichnung ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung des Meßinstrumentes, Fig. 2 ein Schema der Apparatur in Differentialschaltung, bei welcher die Messung mit 'einem Regulierwiderstand erfolgt, Fig. 3 eine Schaltung· mit Kopplungsvariometer, Fig. 4 das Schaltschema einer nach der Substiturionsmethode arbeitenden Meßeinrichtung, Fig. 5 einen Axialschnitt und Fig. 6 einen Querschnitt durch ein Kopplungsvariomeiter, Fig. 7 'einen Schnitt durch die Spulenanordnung mit Träger in der Richtung der SpuLenachsen und Fig. 8 einen Schnitt senkrecht dazu.

Das Metallblech oder die Folie 29 (Fig. 1),

deren Dicke gemessen werden soll, befindet sich zwischen den beiden Spulen 30, 31. Die Spule 30 wird von den Strömen eines Wechselstromgenerator.s 32 durchflossen und ifSQ§ ziert in der Spule 31 Spannungen, dßf Größe beispielsweise am Instrument 3 messen werden kann. Durch das magnetise-Wechselfeld der Spule 30 werden aber auch in der Folie 29 Wechselströme induziert, die in Gegenphase zu den Primärströmen fließen und daher das Gesamtfeld schwächen. Die Stärke dieser Ströme ist bei vorgegebener Feldstärke und vorgegebenem Leitwert des Materials von der Dicke des Bleches oder der Metallfolie abhängig, da sie allein durch den elektrischen Widerstand bestimmt ist. Daher ist die in der Empfangsspule 31 induzierte Spannung von der feldschwächenden Wirkung des Bleches abhängig und stellt ein Maß für dessen Dicke dar.

Der Vorteil des Verfahrens ist insbesondere in seiner großen Empfindlichkeit zu erblicken und weiter auch darin, daß die Folie oder das Blech durch kein Meßorgan berührt wird und daher nicht verletzt werden kann. Weiter sind Lageschwankungen, der Folie relativ zu den Spulen für die Messung nicht von Bedeutung, wenn nur die Entfernung der Spulen 30 und 31 konstant gehalten wird.

Die Frequenz des elektrischen Stromes richtet sich nach der Dicke und dem Leitwert des zu messenden Bleches, und zwar muß sie um so kleiner werden, je dicker und besser leitend das zu messende Blech ist. So sind z. B. für Aluminiumfolien von ο,ο ι mm Stärke Frequenzen im Gebiet von etwa ι o⁸ bis io⁵ Hz geeignet, während man für dicke Bleche bis in das Gebiet der technischen Wechselströme gelangt.

Das zu messende Blech oder die zu messende Folie, kann ruhend zwischen den beiden Spulen gehalten oder kontinuierlich zwischen ihnen durchgezogen werden; in letzterem Fall auch unmittelbar nach dem Walzvorgang, um den Arbeitsvorgang dauernd kontrollieren zvi können.

Fig. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung für das beschriebene Verfahren, bei welcher durch Anwendung einer Differentialschaltung Unabhängigkeit des Meßresultates, von Schwankungen der Betriebsspannung erreicht wird. Die Spule 1 induziert in den Spulen 2 und 3 Spannungen, so· daß nach der Gleich-'richtung durch die Ventile 6, 7 in den Widerständen 10 und 11 Gleichströme fließen. Die Kondensatoren 4 und 5 dienen zur Abstimmung der Spulen, während 8 und 9 lediglich Überbrückungskondensatoren sind. Die Widerstände 10 und 11 sind gleich groß. Das Instrument 12 ist dann stromlos, wenn gleiche Ströme die Widerstände ι ο und 11 durchfließen. Dies kann für eine bestimmte Stärke des Bleches oder der Folie 14 durch eine beistimmte Einstellung des Regulierwiderstandes ' 3 erreicht werden. Dessen Einstellung läßt P^rsich somit nach Blech- oder Foliendicken eichen. Durch die Anwendung dieser Differentialschaltung ist die Messung unabhängig von Schwankungen der Betriebsspannung.

Wird das Blech oder die Folie durch ein dickeres ersetzt oder nimmt die Blechstärke zu (Kontrolle -eines Walzvorganges), so wird die in der Spule 2 induzierte Spannung kleiner, und es fließt Strom in einer bestimmten Richtung durch das Instrument 12. Wird dagegen das Blech dünner, so zeigt sich, wenn man als Anzeigeinstrument z. B. ein empfindliches Drehspulengalvanometer benützt, ein Ausschlag des Instrumentes in der entgegengesetzten Richtung.

Die Einstellung des Widerstandes 13 muß kontinuierlich regelbar und stets reproduzierbar sein. Vorteilhaft erweist sich die Regulierung der Stromstärke nach Fig. 3. An Stelle einer einzigen vom Generatorstrom durchflossenen Spule sind zwei gleiche Spulen 15 und 16 in Parallelschaltung getreten. Der Widerstand 13 ist fortgefallen. Die Regulierung der Stromstärke erfolgt durch Veränderung der Kopplung der Spulen 16 und 3. Zur Einstellung dieser variablen Kopplung dient in vorteilhafter Weise ein Kopplungsvariometer nach Fig. 5 und 6 der Zeichnung. Auf einem starren Rahmen sind die beiden Spulen 19 und 20, deren Kopplung verändert werden soll, in fester Entfernung· angebracht. Zwischen diesen Spulen befindet sich die Blende 22, die aus dickem, gut leitendem Blech besteht. Sie ist mit der Achse 21 fest verbunden. Die Begrenzungskurve der Blende ist spiralenförmig, so daß sie bei Drehung der Achse 21 in einer bestimmten Richtung den Kraftfluß zwischen den Spulen immer mehr abschirmt. Der Drehungswinkel kann an einer Skala abgelesen werden, welche nach Blech oder Foliendicken geeicht ist. Durch passende Wahl der Blendenbegrenzungslinie läßt sich die Abhängigkeit der Blech- oder Foliendicke vom Ver drehungs winkel in jeden gewünschten funktionellen Zusammenhang bringen.

Die Spulen 2 und 15 (Fig. 3) sind durch Abschirmhauben gegen Einwirkung fremder Felder und Metallmassen gepanzert, so daß der Kraftfluß nur über das zu messende Blech (Folie) möglich ist. Die Spulen sind durch einen Haltearm starr miteinander verbunden, so daß ihre Entfernung voneinander fest ist.

Das Feld der Spule 2 ist unabhängig von der Lage des Bleches oder der FoHe zwischen

den Spulen, solange die' Frequenz konstant ist. Da aber die Selbstinduktion von Spulen durch Annäherung von Leitern verändert wird, ist sowohl die Frequenz der Spule 15 als auch die Abstimmung der Spule 2 von der Lage des Bleches oder der Folie abhängig. Zur Vermeidung dieser Lagenabhängigkeit dient 'eine Spulenanordnung· nach Fig. 7 und 8. Die Spule 2 zerfällt in die beiden parallel oder in Serie geschalteten Spulen 23 und 26, die Spule 15 ebenfalls in die beiden parallel oder in Reihe geschalteten Spulen 24 und 25. Die metallischen Zwischenwände 28 verhindern in den Abschirmhauben unerwünschte Kopplungen nebeneinanderliegender Spulen.

Eine Verschiebung des Bleches 27 aus der Mittellage bedeutet z. B. eine Annäherung ian die Spulen 23 und 24, gleichzeitig aber eine Entfernung von den Spulen 25 imd 26. Durch diese Spulenanordnung wird erreicht, daß die Selbstinduktion der Spulen 23 und 26, die ja parallel oder in Serie geschaltet sind, bei Lagenänderung des Bleches nahezu konstant bleibt. Dasselbe gilt für die Gesamtinduktivität der ebenso geschalteten Spulen 24 und 25. Dadurch ist der Einfluß der Lage des Bleches auf die Messung beseitigt. Zur Kompensation des Temperaturfehlens können Einrichtungen benebiger Art verwendet werden.

Der Apparat nach der Schaltung von Fig. 2 und 3 enthält zur Gleichrichtung· Ventile, z. B. Elektronenröhren, deren charakteristische Eigenschaften auf die Dauer nicht genügend konstant sind, um 'eine genaue Eichung zu erlauben. In der Schaltung der Fig. 4 ist dieser Nachteil vermieden, so· daß die Eigenschaften der Ventile die Eichung nicht beeinflüssen. Zu diesem Zweck wird die Schirmwirkung des Bleches. 14 (zwischen den Spulen 2 und 15) mit der der Blende eines geeichten Kopplungsvariometers mit den Spulen 17 und 18 verglichen. In der Stellung α des Umschalters entspricht die Anordnung vollkommen der Schaltung in Fig. 3. Nach Umlegen des Umschalters in die Stellung b wird das Kopplungsvariometer mit den Spulen 17 und 18 so eingestellt, daß das Instrument 12 denselben Ausschlag zeigt, wie früher in der Stellung a. An der geeichten Skala des Kopplungsvariometers ist dann die Blechoder Foliendicke abzulesen. Das Kopplungsvariometer mit den Spulen 3 und 16 ist nicht geeicht wie froher, sondern dient lediglich zur Beibehaltung- der spannungsunabhängigen Differentialschaltung.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Dickenmessung von Blechen und Metallfolien, vorzugsweise aus nicht ferromagnetischem Werkstoff, bei welcher sich zwischen einer Primärspulengruppe und 'einer mit ihr gekoppelten Sekundärspulengruppe das zu messende Blech befindet und in der Sekundärspulengruppe Spannungen induziert werden, die ein Maß für die Blech- oder Foliendicke bilden, dadurch gekennzeichnet, daß das zu messende Blech zwischen den Spulen so liegt, daß die von der Primärspule ausgehenden Kraftlinien im wesentlichem senkrecht auf seine Oberfläche auftreffen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten des zu meSiSeniden Bleches oder der zu messenden Folie sowohl induzierende als auch induzierte Spulen derart angeordnet sind, daß die gesamte Induktivität der Spulen trotz Lagenänderungen des Bleches oder der Folie konstant bleibt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2 in Differentialschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß vorrichtung abwechselnd an die Spulengruppen (2, 15), zwischen welchen sich das zu messende Blech befindet, und an ein Kopplungsvariometer (17, 18) schaltbar ist, das so 'einstellbar ist, daß bei beiden Schalter-Stellungen gleiche Galvanometerausschläge 'entstehen.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3 in Differentials chaltung, dadurch gekennzeichnet, daß als Regulieix>rgan der Differentialschaltung -ein, Kopplungsvariometer 'dient, bei welchem die von 'einer Spule in der Gegenspule induzierte Spannung durch leine metallische Blende eingestellt wird, die z. B. relativ zur Spulenachae verschiebbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen