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Vorrichtung zum Messen der Abstandsänderung zweier Elemente durch
Messung der Anderung der Kapazität
In der Praxis läßt sich die Messung einer Längen
oder Abstandsänderung zweier Elemente auf die Messung der Abstandsänderung zweier
Meßmarken zurückführen, von denen sich mindestens eine gegen die andere verstellt.
Es wurde schon vorgeschlagen, Längen- oder Abstandsänderungen zweier Elemente bzw.
Meßmarken durch Slessung der Kapazitäten oder der durch Abstandsänderungen zweier
paralleler Elektroden entstehenden Kapazitätsänderungen zu messen, wobei die Elektroden
mit den genannten Elementen oder Meßmarlçen verbunden sind.
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Bei einer solchen Vorrichtung werden zwei parallele Elektroden senkrecht
zu ihrer Fläche gegeneinander verstellt. Es ist bekannt, daß die Kapazität zweier
paralleler Elektroden sich umgekehrt proportional mit dem Elekrodenabstand ändert,
so daß der Differentialquotient von Kapazitätsänderung zu Abstandsänderung und damit
auch die Genauigkeit der Messung mit wachsendem Abstand sehr schnell abnimmt (Kurve
1, Abb. I). In Abb. 1 sind als Abszisse die Abstände und als Ordinate die Kapazitäten
aufgetragen. Infolgedessen eignet sich eine solche Vorrichtung nur zur Messung von
sehr kleinen Längenänderungen.
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Bei einer anderen bekannten Vorrichtung verschieben sich parallele
Elektroden gegeneinander
in Richtung ihrer Fläche. Die Anderungskurve
der Kapazität in Abhängigkeit des Abstandes ist symmetrisch zu einer Einstellung,
bei der die beiden Platten sich gegenüberstehen, was der maximalen Kapazität entspricht.
Aus Kurve IiI in Abb. I ist aber ersichtlich, daß die tGenauigkeit der Messung auch
sehr rasch auf der einen oder anderen Seite der Mittellage abnimmt, wenn die zu
bemessende Länge größer wird.
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Schließlich wurde vorgeschlagen, die aus zwei stetigen Flächen a
und b bestehenden Elektroden durch mehrere gleich große Flächenelemente al, a2,
a3, a4,... b1, b2, b3, b4, die in ihrer Bewegungsrichtung durch entsprechende Zwischenräume
getrennt sind, zu ersetzen (Abb. 12). Hierdurch ist es mög-Tuch, für jede Einstellung
der Elektroden die entsprechende Kapazitätsänderung zu vervielfachen und die Genauigkeit
zu verbessern.
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Die Änderungskurve der Kapazität in Abhängigkeit des Abstandes besitzt
dann den Verlauf der Kurve III (Abb. I), jedoch macht sich die Vergrößerung der
Genauigkeit nur in dem Gebiet A bemerkbar, in welchem die sich gegenüberliegenden
Flächen a und b um weniger als eine Zahnteilung gegeneinander verschoben sind. In
den Gebieten 2, A3 . . . A2', A3' ..., in welchen die Elektroden gegeneinander um
einen oder mehrere Zähne, Id. h. um einen oder mehrere Schritte, verschoben sind,
nimmt die Genauigkeit aber rasch ab.
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Diese bekannten Vorrichtungen arbeiten also nur bei .Messungen von
kleinen Längen mit einer genügenden Genauigkeit Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
bestehen die zwei einander zugekehrten Flächen der Elektroden aus mehreren gleich
großen Flächenelementen, die in ihrer Bewegungsrichtung durch gleich große Zwischenräume
voneinander getrennt sind, während die eine Elektrode mehr Flächenelemente besitzt
als die - andere und entsprechend länger ist (Abb. 3), wobei zwei verschiedene Mittel
vorgesehen sind, um die beiden Elektroden gegeneinander in Richtung ihrer einander
zugekehrten Flächen ap a2... b1, b2 zu verschieben und dadurch die Kapazität zwischen
den Elektroden zu'ändern, von denen das eine Mittel eine schnelle Verschiebung über
eine Länge von der mehrfachen Länge eines Flächenelementes aj, a2 . . . bt, b2 und
somit eine schnelle, jedesmal einen bestimmten Meßwert (Normwert) durchlaufende
Schwankung der Kapazität bewirken kann und von denen das andere Mittel eine langsame
Verschiebung und somit- eine langsame Änderung der Ka;pazitaut bewirken kann, wobei
ferner ein Mittel vorgesehen ist, welches anzeigt, wann der genannte Normwert während
des Verschiebens erreicht wird, und ein Mittel zum Messen der relativen Lage, welche
die beiden Elektroden dann einnehmen; Die Änderungskurve der Kapazität in Abhängigkeit
des Abstandes zeigt dann z. B. den bei IV, Abb. I dargestellten Verlauf.
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Da der Kurvenverlauf in allen Absc;hnitten A2, A3, A4. . . A2', A3',
A'4 gleich dem im Abschnitt A ist, gestattet diese Anordnung, beliebig große Längen
zu messen.
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Innerhalb jedes Abschnittes ändert sich jedoch die Meßgenauigkeit,
ihr Minimum liegt in den Punkten, wo der Differentialquotient der Kurve gleich Null
ist und ihr Maximum in den Punkten M mit maximalem Differentialquotienten.
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Die lMeBgenauigkeit wird dadurch konstant gemacht, daß die Relativverstellungen
der zwei Elektroden nicht mehr durch Ablesen der Kapazitä'tsänderung, sondern durch
Ablesen an einer Verstellvorrichtung gemessen werden, welche die Abweichung der
Kapazität von ihrem Normwert elektrisch ausgleicht, so daß die Kapazität zwischen
den Elektroden einen konstanten Wert behält.
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Dieser Wert entspricht vorzugsweise dem Wert M.
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Vorzugsweise kann, wenn lineare Abstandsänderungen zu messen sind,
die Ausgleichverstellung eine Drehung sein, wobei die einander zugekehrten Flächen
der' Elektroden von den Oberflächen zweier Schraubenwindungen gleicher Ganghöhe
gebildet werden, von denen die eine als Schraube in der anderen als Mutter derart
liegt, daß sie einander nicht berühren und die eine gegenüber der anderen sowohl
in axialer Richtung bewegt als auch gedreht werden kann.
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Umgekehrt läßt sich dieselbe Vorrichtung zur Bemessung von Winkelverstellungen
verwenden. In diesem Falle erfolgt die Ausgleichverstellung geradlinig. Die zwei
Meßvorrichtungen unterscheiden sich lediglich dadurch, daß die Ganghöhe der Schraubenlinie
im ersten Fall sehr klein und im zweiten Fall sehr groß ist, so daß die Ausgleichverstellung
stets größer wird als die zu messende Abstands- bzw. Winkeländerung.
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Beim messen von geradlinigen Abstandsände rungen kann man jedoch
auch ebene Elektroden benutzen, deren Ausgleichverstellung ebenfalls geradlinig,
aber in einer anderen Ebene, z. B. durch ein Gleiten in einer senkrecht zur Abstandsänderung
liegenden Ebene erfolgt. In diesem Falle kann die Größe der Ausgleichverstellung
von der;Größe der zu messenden Abstandsänderung sehr verschieden sein.
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Erfindungsgemäß werden durch die Fertigung bedingte mechanische Fehler
der Elektroden (z. B. ungleiche Schrittlängen an der langen Elektrode) dadurch ausgeglichen,
daß man die der Relativlage entsprechende Kapazität der zwei Elektroden örtlich
verlandert. Diese Abänderung kann durch eine mechanische Deformation, vorzugsweise
in einer Richtung, die von der zu messenden Abstandsänderung und der Ausgleichverstellung
abweicht, z. B. durch eine örtliche Vergrößerung des Elek trodenabstandes, vorgenommen
werden.
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Bei praktischen Verwiiklichungen der Erfindung muß zur Anzeige kleinster
mechanischer Verschiebungen auch eine elektrische Anordnung vorgesehen werden, durch
die die Meßgenauigkeit der Kapazitätsänderungen vergrößert wird.
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Die Abb. 4 bis III der Zeichnung zeigen als Beispiel einige Ausführungsformen
der erfindung gemäßen Vorrichtung; Abb. 4 ist eine schematische Ansicht der Vorrichtung;
Abb.
5 zeigt in größerem .Maßstab die zwei Elektroden; Abb. 6 bis I0 sind Prinzipschaltbilder
der elektrischen Anordnung; Abb. II erläutert eine Einzelheit.
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Die Vorrichtung nach Abb. 4 besteht aus einem festen Gestell I, auf
welchem sich ein Schieber 2, in welchem die Meßvornchtung angebracht ist, verschieben
kann. Die gMeßvorrichtung (in Abb. 5 in größerem Maßstab dargestellt) besteht aus
der schraubenförmigen, die eine Elektrode bildenden Meßspindel 3, die ohne Berührung
im Innern der mit dem Gestell verbundenen, als Schraubenmutter ausgebildeten Gegenelektrode
4 gleitet. Das Gewinde der Schraubenmutter besitzt die gleiche Ganghöhe wie das
der Spindel 3 und bildet die zweite Elektrode. Es ist mindestens eine der beiden
Elektroden elektrisch gegen Erde isoliert.
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Die Meßspindel 3 trägt an ihrem einen Ende eine mit der Spindel umlaufende
und mit einer nicht dargestellten festen Ablesemarke versehene Skalentrommel 5.
Ein Taster 6 der Spindel und ein mit dem Gestell fest verbundener Taster 7 können
zu messende Stücke zwischen sich aufnehmen.
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Um bei gleicher Spindellänge eine Verdoppelung des Meßbereiches zu
erhalten, ist die Spindel 3 vorzugsweise mit zwei Tastern 6 und B versehen. Der
Taster 6' arbeitet mit einem zweiten festen Taster 7', welcher dem Taster 7 gegenüberliegt,
zu sammen. Der Abstand zwischen den Tastern 7 und 7' ist gegenüber der festen Elektrode
4 so gewählt, daß, wenn die Meßvorrichtung in ihrer Endstellung ist und die Trommel
5 (in Abb. 4 nach Verschieben um das Stück x) an der festen Elektrode 4 anliegt,
die Abstärrde zwischen den Tastern 6 und 7 einerseits, 6' und 7' andererseits den
gleichen Wert a haben. So können zwischen den Tastern 6 und 7 Längen zwischen o
und a und zwischen den Tastern 6' und 7' Längen zwischen a und 2a gemessen werden.
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Wenn sich wegen der durch das Gewicht des Schiebers 2 verursachten
Reibung kein konstanter IMeßdruck einstellen läßt, kann die Meßspindel mit meßbarem
Längsspiel federnd gelagert werden.
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Um die Verstellungen des Schiebers grob zu bemessen, besitzt das
Gestelf eine z. B. in Millimeter eingeteilte Skala 8, welche mit einem Zeiger g
der Meßspindel zusammenarbeitet und wobei die Skalenteilung dem Schrittwert bzw.
der Ganghöhe der Teile 3 und 4 oder einem Mehrfachen oder einem Bruchteil davon
entspricht.
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Das in der Zeichnung dargestellte Betätigungshandrad 10 bewirkt mit
bekannten mechanischen Mitteln (nicht dargestellt) die Bewegung von Schieber und
Meßtspindel. Die in Abb. 4 nicht dargestellten elektrischen Vorrichtungen werden
nachfolgend an Hand der Abb. 6 beschrieben. Zu diesen elektrischen Vorrichtungen
gehört ein Galvanometer I:I, welches mit der Meßspindel 3 und seiner Gegenelektrode
4 verbunden ist und dessen Zeiger sich in Abhängigkeit von der Relativlage dieser
beiden Elemente verstellt, sowie ein mit den Elektroden verbundener elektrischer
Stromkreis.
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Der Meßvorgang, unter Voraussetzung einwandfreier Eichung, die später
beschrieben wird, geschieht wie folgt: Das zu messende Stück P wird auf den Träger
12 zwischen die Taster 6 und 7 gelegt, und durch das Handrad 10 wird die Meßspindel
sowie deren Taster 6 in Berührung mit dem Stück und dann dieses in Berührung mit
dem Taster 7 gebracht.
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Während dieses Verstellvorganges bewegen sich die Zähne der Meßspindel
3 vor der Zahngruppe der Gegenelektrode 4. Dieser Vorgang verursacht Änderungen
der elektrischen Kapazität zwischen den Zähnen. Maximalwerte der Kapazität entstehen
jedesmal, wenn die Zahnköpfe sich gegenüberliegen und Minimalwerte jedesmal, wenn
die Zähne der beiden Elektroden um einen Halb schritt gegeneinander verschoben sind.
Während des Verstellvorganges schwankt der Zeiger des Galvanometers 1 1 stetig zwischen
Null und einem Maximalwert und durchläuft alle Zwischenwerte, wenn die Elektroden
aus einem Wechselstromgenerator (wie in Abb. 6 bis Io) gespeist werden.
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Wenn die Taster 6 und 7 das zu messende Stück beiderseitig berühren,
nimmt der Zeiger irgendeine von der Relativlage der Zähne der beiden Elektroden
3 und 4 abhängige Stellung ein, die jedoch, wie nachfolgend erläutert wird, willkürlich
gewählt und geregelt werden kann, je nach der für die Messung gewünschten Genauigkeit.
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Die Schritt- oder Ganghöhe der Elektroden entspricht einem oder mehreren
Skalenteilen der Skala 8. Wenn der Schieber Iz um eine ganze Zahl von Schritten
verschoben wird, verstellt sich der Zeiger g auf der Skala 8 ebenfalls um eine ganze
Zahl von Skalenteilen, und der Zeiger des Galvanometers geht in seine Ausgangslage
zurück.
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Wenn dagegen der Schieber um eine ganze Schrittzahl plus ein Bruchteil
eines Schrittes verstellt wird, kommt der Zeiger des -Galvanometers in eine von
der Ausgangslage abweichende Stellung.
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Zur Kompensation dieser Abweichung und zur Bemessung dieses Schrittbruchteils
müssen Gegenelektrode und Meßspindel eine Relativbewegung ausführen, die von der
zu messenden Abstandsänderung abweicht. Diese kompensierende Relativverschiebung
besteht in dem dargestellten Beispiel aus einer Relativdrehung der beiden Ableseelemente,
d. h. z. B. der Spindel 3 gegenüber der festen Elektrode 4.
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Diese Drehung verursacht keine Längsverstellung der Spindel 3, da
diese mit der Gegenelektrode mechanisch nicht verbunden ist; sie verursacht aber
eine Relativverstellung der Zähne der beiden Elektroden. So wird hierdurch die Relativverstellung
gemessen, welche die Elektroden sonst selbst ausführen müßten, um den zuslättzlichen
Schrittbruchteil auszugleichen.
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Die elektrische Anordnung zur Beobachtung der Kapazitätsänderungen
zwischen iMeßspindel,3 und Gegenelektrode 4 und zur genauen Anzeige der Ursprungslage
kann in verschiedenen Schaltungen ausgeführt werden.
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Abb. 6 6 stellt eine klassische Sauty-Brücke dar, bei der;Meßspindel
3 und Gegenelektrode 4 eine der Kapazitäten bilden. Außer dem Galvanometer II und
dem Wechselstromgenerator 14 sind drei feste Kapazitäten I5, Il6,|I7 vorgesehen
und gegebenenfalls noch eine kleine regelbare Parallell:apazität I8 zur Kapazität
I5, die es ermöglicht, den Wert der Normalkapazität, d. h. die Ausgangsstellung
des Galvanometerzeigers, willkürlich zu ändern. Durch verschiedene Einrichtungen
läßt sich die Ablesegenauigkeit noch vergrößern. In der soeben beschriebenen Brückenschaltung
wird die veränderliche Kapazität S zwischen Gegenelektrode und Meßspindel 3 mit
drei festen Kapaziläten a, b, c verglichen. Bei Nullstrom am sGalvanometer der Sauty-Brücke
gilt die Gleichung x b a = c Im Schaltbild bezeichnet S die Kapazität zwischen A
und B (3, 4), a die Kapazität zwischen B und C (I6), b die Kapazität zwischen A
und D (r5, 18), C die Kapazität zwischen C und D (I7).
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Es ist- ersichtlich, daß die Meßgenauigkeit besser wird, wenn die
Relativverstellung von Gegenelelçtrode und Meßspindel zwei Faktoren obiger Gleichung
verändert, d. h. wenn die Vor--richtung zwei um einen Haibschritt gegeneinander
verschobene Gegenelektroden 4 und 4 (Abb 7) besitzt, so daß von den beiden gebildeten
Kapazitäten die eine zunimmt, wenn die andere abnimmt und umgekehrt. Wenn y die
Kapazität zwischen ' und 3 bezeichnet, lautet-die Gleichung der Sauty-Brücke für
einen in IXI abgelesenen Nullstrom -nunmehr: x b y C In dem Schaltbild der Abb.
7 bezeichnet y die Kapazität zwischen B und -C, und x, b, und c behalten ihre bisherige
Bedeutung.
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Es lassen sich auch Kombinationen ausführen, bei welchen vier Kapazitäten
der Brücke bei einer Relativverstellung der Meßspindel gegenüber den Gegenelektroden
veränderlich sind. Dies Ergebnis kann erzielt werden durch eine als Doppelelektrode
ausgeführte Meßspindel mit zwei gegeneinander -isolièrten gewinden und eine in gleicher
Weise ausgeführte Gegenelektrode.
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Abb. 8 stellt eine solche Anordnung dar, bei welcher die ~Meßspindel
aus zwei schraubenförmigen, gegeneinander elektrisch isolierten IGewinden 3 und
3' besteht, und, die- Gegenelektrode besteht ebenfalls aus zwei schraubenförmigen
Gewinden und ', welche gegeneinander elektrisch isoliert sind.~ Wenil man die Kapazität
zwischen 3 und 4 mit x, die Kapazität zwischen 3 und 4' mit y, die Kapazität zwischen
3' und 4 mit z und die Kapazität zwischen 3' und 4 mit t bezeichnet, lautet die
Brückengleichung wie folgt: x z = t .
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Die Vorrichtung nach Abb. 8 bietet neben dem geringeren Raumbedarf
gegenüber der Vorrichtung nach Abb. 7 noch den Vorteil, daß die Doppelelektroden
sich gegeneinander elektrisch abschirmen durch eine Verminderung der Streukapazität,
d. h. durch Untefdrückung der Einwirkung von Gewindeflanken und Gewindegrund zweier
aufeinanderfolgender Gewindegänge.
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Wenn man, anstatt eine veränderliche Kapazität gegenüber konstanten
Kapazitäten zu messen die Relativänderungen zweier Kapazitätsverhältnisse mißt,
bei denen vier Glieder veränderlich sind, werden durch jede unbeabsichtigte Verschiebung
die vier Kapazitäten im gleichen Sinn geändert, so daß hierdurch die Meßgenauigkeit
im wesentlichen ungeändert bleibt. Dies trifft insbesondere zu, wentl sich während
der Messung einer Abstandsänderung eine Achsverschiebung der zwei ;Meßorgane, Schraube
und Mutter, einstellt.
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Die Empfindlichkeit der Meßvorrichtungen kann noch weitgehend verbessert
werden durch Parallelschalten von Drosseln 19 (Abb. g) in zwei oder vier Brückenzweige,
so daß sich der Scheinwiderstand jedes Brückenzweiges schneller als der Kehrwert
der Kapazität ändert. Ein solches Ergebnis wird dadurch erzielt, daß jeder der die
Brückenzweige bildenden Sperrkreise auf Resonanznähe, wo ihr Widerstand unendlich
ist, eingestellt wird.
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Zur Steigerung der Meßgenauigkeit kann man auch zusätzlich bekannte
Vorrichtungen zur mechanischen oder elektrischen Verstärkung anwenden, eine elektrostatische
Verbesserung durch Verwendung von Stoffen großer Dielektrizitätskonstante vornehmen
oder auch den Wechselstrom nach der Gleichrichtung durch ein Filter leiten.
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In dem letzteren Fall würde die Vorrichtung (Abb. 10) aus einem Wechselstromgenerator
I4, einem Wechselstromverstärker 20, einem Gleich richter 21 und einem das Milliamperemeter
I'1 steuernden Filter oder Tiefpaß 122 bestehen.
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Die Meßgenauigkeit kann auch - dadurch erhöht werden, daß das Filter
solchermaßen angeordnet ist, daß ein gleichgerichteter .Wechselstrom das IMilliamperemeter
auf Null oder einen Minimalwert bringt. Hierdurch wird der Ablesevorgang umgekehrt,
und der Brückenabgleich entspricht nun einem Maximalwert, während er in der klassischen
Sauty-Brücke Null entspricht.
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Bei dieser Anordnung kann die Generaforleistung und infolgedessen
die Meßgenauigkeit erheblich vergrößert werden, ohne befürchten zu müssen, daß der
Zeiger des Milliamperemeters die Skala überschreitet.
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Nachdem anfa;nglich die Fehlerkorrekturen beschrieben wurden, soll
nun präzisiert werden, in welcher Weise die Korrekturen je. nach Fehlerart und Fehlerort
ausgeführt werden. Jeder Zahn der Gegenelektrode kann als gesonderter Ablesepunkt
betrachtet werden, so daß, wenn die Gegenelektrode n Zähne besitzt, die meßbare
Gesamtkapazität das n-fache der Einzelkapazität zwischen je einem dieser Zähne und
einem gegenüberliegenden Zahl der Meßspindel beträgt. Irffolgedessen geht, wenn
ein
Zahn der Gegenelektrode und/oder der Meß spindel fehlerbehaftet ist, nur Iln dieses
Fehlers ein. Bei Fehlern an allen Zähnen beträgt der Ablesefehler nur den arithmetischen
Mittelwert der Einzelfehler. Wenn diese Fehler verschiedene Vorzeichen haben, können
sie sich gegebenenfalls sogar gegenseitig aufheben.
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Ist dies nicht der Fall, kann der mittlere Fehler durch eine örtliche
Korrektur an einem Zahn oder an mehreren Zähnen einer der beiden Elektroden beseitigt
werden. In der Praxis wird diese Korrektur dadurch vorgenommen, daß man den Abstand
zwischen den Zähnen durch eine Abflachung oder durch ein kreisförmiges Abschleifen
oder Abfeilen usw. vergrößert. In der Praxis wird die Zähnezahl der Gegenelektrode
so groß gewählt, daß der kleinste beobachtete Fehler durch eine aus reichend große,
leicht mechanisch ausführbare Abflachung berichtigt werden kann. Somit können die
Meßspindel und die Gegenelektrode wirtschaftlich auf gewöhnlichen Werkzeugmaschinen
ausgeführt werden, ohne außergewöhnliche Anforderungen an die Genauigkeit oder Sauberkeit
der Flächen zu stellen.
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Genau auszuführen ist nur die Meßspfndel; die Gegenelektrode dagegen
nicht, weil jeder aus einer Fertigungsungenauigkeit herrührende Fehler an der Gegenelektrode
sich bei Verstellungen der Meßspinde! periodisch in gleicher Größe wiederholt.
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Außer den Fertigungsfehlern der Meßspindel und der Gegenelektrode,
d. h. den von den Abmessungen und der Lage der Zähne herrührenden Fehlern, können
auch andere Fehler dadurch auftreten, daß die Kompensationsverstellung, z. B. die
Drehung, nicht genau der zu kompensierenden Längsverstellung entspricht. Dies kann
dadurch verursacht werden, daß das Gewinde der Meßspindel nicht stetig an der Gegenelektrode
vorbeigeht oder umgekehrt.
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Diese Fehler heben sich von selbst auf wie die zufälligen Schrittfehler,
wenn sie sich in den auf einanderfolgenden Schritten an Punkten, die genau ein ;Mehrfaches
des Schrittes auseinanderliegen, nicht wiederholen, was häufig der Fall ist.
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In anderen Fällen können sie durch eine besonders ausgestaltete,
am beweglichen Element befindliche Elektrode berichtigt werden, die sich vor einer
festen besonderen Elektrode bewegt und eine veränderliche Kapazität bildet, die
sich zur ursprünglichen Kapazität der beiden Elemente addiert. Ein Beispiel einer
solchen Anordnung ist in Abb. I I dargestellt. Das Korrekturglied besteht aus parallelen
Scheiben 23 und 24, welche mit dem beweglichen Organ 3 bzw. dem festen Organ 4 verbunden
und mit Vorsprüngen versehen sind, die bei jeder Drehung eine Zusatzkapazitlät aufbringen
und deren Form durch die Fehlerart bestimmt ist. Wie aus der Zeichnung ersichtlich,
sind die beiden Scheiben mit den Meßkapazitäten parallel geschaltet.
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Wenn ein kleines mechanisches Spiel vorhanden ist, so daß die Ausgleichbewegung
den zu kompen- -sierenden Längsverstellungen nicht genau entspricht, ist es möglich,
zur Kompensation als Hilfselektroden nunmehr kreisförmige Scheiben 7; und 24 der
Abb. I.I anzuordnen. So wird die durch das Spiel verursachte Kapazitätsänderung
durch die von der Abstandsänderung der Scheiben 3 bzw. 24 herrührende Kapazitätsänderung
kompensiert.
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Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Berührungsanzeiger
versehen ist, kann der Ablesefehler dieses Anzeigers dadurch beseitigt werden, daß
seine beweglichen Organe mit einer Berichtigungskapazität versehen werden, die der
Meßkapazität parallel geschaltet wird.
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Obwohl eine mit - der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgeführte Messung
letztlich darin besteht, die Lage einer Skalentrommel gegenüber einem Zeiger wie
bei anderen mechanischen Vorrichtungen zu beobachten, bietet die Erfindung zahlreiche
Vorteile gegenüber den klassischen Mikrometern.
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Erstens ist zu bemerken, daß die als Mikrometer wirkende Gegenelektrode
und Meßspindel keine materielle Berührung miteinander haben und keiner Abnutzung
ausgesetzt sind, so daß die einmal vorgenommene Eichung konstant bleibt. Die Eichung
durch Berichtigung der verschiedenen mechanischen Fehler ist äußerst einfach und
erfordert keine reibenden Organe.
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Ferner ist bei mechanischen Vorrichtungen die Ableselage durch leinen
Anschlag bestimmt, welcher nicht immer für den Beobachter zu ersehen ist. Bei der
erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Ableselage durch den Zeiger des Galvanometers
angezeigt, dessen Ausschläge durch elektrische Mittel, d. h. trägheits- und reibungslos,
erheblich verstärkt werden. Infolge der Trägheitslosigkeit kann die Vorrichtung
auch zum ,Messen von sich bewegenden Stücken benutzt werden, wobei der Tiefpaß dann
als Filter wirkt und die Hochfrequenz sperrt, die von den Schwingungen der sich
berührenden Teile herrührt.
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Schließlich weist die erfindungsgemäße Vorrichtung gegenüber Vorrichtungen
mit optischer Ablesung folgende Vorteile auf: I. Da das Ablesen einer an zahlreichen
Punkten des gleichen Stückes vorgenommenen Messung an einem mehrfachen Ableseorgan
erfolgt, wird der wahrscheinliche Fehler wesentlich kleiner als der von einem einzigen
Ableseorgan herrührende Fehler, wie dies bei optischen Vorrichtungen der Fall ist.
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2. Bei einer optischen Vergrößerung der Anzeige hängt die Meßgenauigkeit
von der Augenbeschaffenheit des Beobachters und von der eGenauigkeit der optischen
Einstellung ab, während diese Nachteile bei elektrischer Verstärkung fortfallen.
Bei Vorrichtungen mit optischer Ablesung wird die Genauigkeit durch die maximale
Feinheit der Teilung begrenzt. Wenn die optische Vergrößerung der Teilung übertrieben
wird und die Teilstücke nicht fein genug sind, entstehen nur verzerrte -Teilstücke,
und dieAblesungsgenauigkeit wird nicht verbessert.
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Bei den elektrostatischen Einrichtungen gemäß der
Erfindung
wird die Genauigkeit nur durch die' räumlichen Abmessungen begrenzt die der Spindel
und der Gegenelektrode gegeben werden können.
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Tatsächlich beeinflußt die mehr oder weniger exakte Ausführung der
genannten Elemente die Kapazität praktisch nicht.