DE903273C

DE903273C - Device for measuring small displacements, especially in length measuring devices on an electromagnetic basis

Info

Publication number: DE903273C
Application number: DEA6479D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Michael Kruse
Original assignee: Bauer and Schaurte GmbH and Co KG
Current assignee: Bauer and Schaurte GmbH and Co KG
Priority date: 1938-05-03
Filing date: 1938-05-03
Publication date: 1954-02-04

Description

Vorrichtung zur Messung kleiner Verschiebungen, insbesondere bei Längenmeßgeräten auf elektromagnetischer Grundlage Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung kleiner Verschiebungen, z. B. bei Längenmeßgeräten auf elektromagnetilscher Grundlage, deren Wirkung auf der Veränderung eines Luftspaltes im Eisenschluß einer Drosselispule beruht.Device for measuring small displacements, especially in length measuring devices on an electromagnetic basis The invention relates to a device for measuring small shifts, e.g. B. for length measuring devices on an electromagnetic basis, their effect on the change of an air gap in the iron connection of a choke coil is based.

Bei den bekannten Längenmeßgeräten dieser Art sind die Stirnflächen der Eisenkerne, welche den Luftspalt bilden, eben ausgebildet. Bei einer solchen Gestaltung ist die Empfindlichkeit der Anzeige stark abhängig von der Weite des Luftspaltes. Es ergibt sich hierbei eine Skalencharakteristik, die einmal gegeben ist und nicht geändert werden kann. Eine solche Skalencharakteristik ist aber nicht für alle Zwecke von Messungen geeignet. In the known length measuring devices of this type, the end faces the iron cores that form the air gap are flat. With such a The sensitivity of the display is heavily dependent on the width of the design Air gap. This results in a scale characteristic that is given once is and cannot be changed. However, there is no such scale characteristic suitable for all purposes of measurements.

Die Erfindung bezweckt nun, die Anzeigecharakteristik so zu beeinflussen, daß jede gewünschte Skalencharakteristik entsteht, z. B. eine lineare Kurve, eine schwach gekrümmte Kurve mit Knick, eine Kurve mit. Wendepunkt od. dgl. Dieses wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die den Luftspalt Ebegrenzenden Stirnflächen der Magnetkerne bzw. des beweglichen Ankers und des festen Teils des Eisenschlusses ein der gewünschten » \nzeigecharakteristik entsprechendes, den Verlauf der magnetischen Kraftlinien im Luftspalt veränderndes Profil erhalten. Durch eine geeignete Profilierung erhält man z. B. eine Geradlinigkeit der Anzeigecharakteristik über einen größeren Bereich und dadurch eine größere elektrische Verstellbarkeit des Nullpunktes. Auch erhält man dadurch an jedem Punkt der Ableseskala die gleiche Ablesegenauigkeit. Die Profilierung kann kegelförmig, kugelförmig, stufenförmig od. dgl. sein. Die Form des Profils ist voil den Betriebsbedingunlgen des Meßgerätes und von der Form der gewünschten Charakteristik abhängig und muß für den gewünschten Zweck im einzelnen bestimmt werden. The invention now aims to influence the display characteristics in such a way that that any desired scale characteristic arises, e.g. B. a linear curve, a slightly curved curve with kink, one curve with. Turning point or the like. This will achieved according to the invention in that the end faces delimiting the air gap E the magnetic cores or the movable armature and the fixed part of the iron connection one that corresponds to the desired display characteristic, the course of the magnetic Maintaining lines of force in the air gap changing profile. With suitable profiling you get z. B. a straightness of the display characteristic over a larger one Range and thus greater electrical adjustability of the zero point. Even this gives the same reading accuracy at every point on the reading scale. The profiling can be conical, spherical, step-shaped or the like. the The shape of the profile depends on the operating conditions of the measuring device and the shape depending on the desired characteristics and must for the desired Purpose to be determined in detail.

Die Prefilierung kann aber auch in der Form gewählt werden, daß der bewegliche und der feste Teil des Eisenschlusses ineinandergeschoben werden. Diese Ausbildung hat den besonderen Ntorteil, daß der Hub des Meßgerätes wesentlich vergrößert wird. Bei den bisherigen. Meßgeräten konnte der Fühlstift nur so weit angehoben werden, als es die Weite des Luftspaltes euließ. The prefiltration can also be chosen in the form that the The movable and the fixed part of the iron lock are pushed into one another. These Training has the special Ntorteil that the stroke of the measuring device increases significantly will. With the previous ones. The feeler pin could only be raised so far with measuring instruments as it let the width of the air gap flow.

Verschiedene beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen veranschaulicht. Various exemplary embodiments of the invention are available illustrated in the drawings.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines bekannten Meßgerätes, dessen Wirkung auf der Veränderung eines Luftspaltes. im Eisenschluß einer Drosselspule beruht. Die im Innern des Eisenmantels E befindliche Drossel spule D umschließt die ;beiden Eisenkerne K1 und K2, von denen K beispielsweise fest und K2 beweglich am Ende als Fühlstift ausgebildet ist. Je nach der Höhe des auf einer festen Unterlage ruhenden Prüflings P befindet sich der Fühlstift in einer anderen Lage und erzeugt so einen mehr oder weniger weiten Luftspalt S. Gemäß der Erfindung soll die Anzleigecharakteristik eines solchen. Gerätes so beeinflußt werden, daß die Empfindlichkeit über einen größeren Bereich konstant bleibt bzw. die Charakteristik irgendeine andere gewünschte Form erhält. Fig. 1 shows an embodiment of a known measuring device, the Effect on changing an air gap. in the iron connection of a choke coil is based. The inside of the iron shell E choke coil D encloses the; two iron cores K1 and K2, of which K, for example, fixed and K2 movable is designed as a feeler pin at the end. Depending on the height of the on a solid surface When the test specimen P is at rest, the feeler pin is in a different position and generates such a more or less wide air gap S. According to the invention, the display characteristic one of these. Device can be influenced so that the sensitivity over a larger area remains constant or the characteristic any other desired Shape.

Wird die Stirnfläche der Magnetkerne nicht eben, sondern beispielsweise kegelförmig ausgebildet, und zwar so, daß der Kegel des einen Magnetkernes in einen entsprechenden Hohlkegel des anderen Kernes hineinpaßt, so wird die Änderung des Luftspaltes bei Bewegung des Magnetkernes um so langsamer vor sich gehen, je. spitzerEder Kegelwinkel ist. Man kann also auf diese Art die Empfindlichkeit der Anordnung beliebig beeinflussen. Setzt man nun auf die zunächst ebene Stirnfläche des einen Magnetkernes einen kleinen Kegel auf und versieht den anderen Magnetkern mit einem entsprechenden Hohlkegel gemäß Fig. 2 a, so werden sich bei kleineren Weiten des Luftspaltes die magnetischen Kraftlinien. hauptsächlich auf dem Kegelmantel zusammendrängen, da dort die Entfernung zwischen den beiden Stirnflächen am geringsten ist. Es wird also bei kleineren Luftspalten hauptsächlich die Entfernung der Kegelflächen voneinander wirksam sein. Je weiter der Luftspalt wird, um so weniger spielt der kleine Kegel eine Rolle. Durch den Ubergang von der verhältnismäßig unempfindlichen Charakteristik der Kegelfläche zu der Charakteristik der ebenen Stirnfläche resultiert dann eine Charakteristik. die bei kleinem Luftspalt unempfindlicher. bei großem Luftspalt aber empfindlicher ist als die der ebenen Stirnfläche. Durch entsprechende Bemessung des Kegels erreicht man also eine Charakteristik, die z. B. bedeutend weniger gekrümmt ist als die Charakteristik von Eisenkernen mit ebenen Strinflächen, Anstatt einen Kegel entsprechend Fig. 2 a auf die Sitrnflächen aufzusetzen, können. mit ähnlicher Wirkung andere Profile verwendet werden. Durch entsprechende Bemessung der schrägen Flächen und entsprechende Krümmungen der Rundungen läßt sich die Charakteristik dann immer in der gewünschten Weise beeinflussen. So zeigen die Fig. 2 b bis 2e andere Profile, wobei die Fig. 2b aus dem Kegelprofil nach Fig. 2 a durch Abrundung der zwischen Kegel und Ebene entstehenden Kanten hervorgeht. Dies macht sich in einem schnelleren Übergang der Kegelcharakteristik in die Ebenecharakteristik bemerkbar. Hierdurch läßt sich eine über einen gewissen Bereich für viele Fälle genügend lineare Charakteristik erzielen. Durch Verlegung der schrägen oder gekrümmten Flächen nach dem Rand gemäß Fig. 2 c läßt sich die Randstreuung der magnetischen Kraftlinien in verschiedener Weise beeinflussen, wodurch wieder je nach der Bemessung des Profils verschiedene Charakteristiken sich ergeben. Die Fig. 2 d und 2e zeigen entsprechende, nicht rotationssymmetrische Profile mit der gleichen Wirkung wie die vorhergehenden. Die Fig. 2f bis 2h zeigen die Anwendung der Erfindung bei schräg zur Achse des Magnetkernes angeordnetem Luftspalt. In diesem Fall erfolgt die Bewegung der Spulenkerne quer zu ihrer Längsachse in der durch Doppelpfeile angedeuteten Richtung. If the face of the magnetic cores is not flat, but for example conical, so that the cone of a magnetic core in a corresponding hollow cone of the other core fits into it, the change in the The slower the air gap occurs when the magnetic core moves. pointed edder Cone angle is. In this way one can adjust the sensitivity of the arrangement as desired influence. You now place on the initially flat face of one magnetic core open a small cone and provide the other magnetic core with a corresponding one Hollow cone according to FIG. 2 a, so with smaller widths of the air gap the magnetic lines of force. mainly crowd on the cone surface, there there the distance between the two end faces is smallest. It will So with smaller air gaps mainly the distance between the conical surfaces be effective. The wider the air gap, the less the small cone plays a role. Through transition from rather insensitive characteristic of the conical surface to the characteristic of the flat end face then results in a Characteristic. which are less sensitive with a small air gap. with a large air gap but is more sensitive than that of the flat face. By appropriate dimensioning of the cone so you get a characteristic that z. B. significantly less curved is as the characteristic of iron cores with flat face surfaces, instead of one Cones according to Fig. 2a to put on the Sitrnflächen, can. with similar Effect other profiles can be used. By appropriately dimensioning the slopes Surfaces and corresponding curvatures of the curves can be the characteristic then always influence in the desired way. Thus, FIGS. 2b to 2e show other profiles, FIG. 2b from the conical profile according to FIG. 2a by rounding the edges arising between the cone and the plane. This makes itself in a faster transition of the cone characteristic into the plane characteristic is noticeable. This allows a sufficiently linear over a certain range for many cases Achieve characteristic. By relocating the inclined or curved surfaces the edge according to FIG. 2 c can be the edge scattering of the magnetic lines of force affect in different ways, thereby again depending on the dimensioning of the profile different characteristics result. FIGS. 2 d and 2e show corresponding non-rotationally symmetrical profiles with the same effect as the previous ones. 2f to 2h show the application of the invention at an angle to the axis of the magnetic core arranged air gap. In this case the coil cores move transversely to its longitudinal axis in the direction indicated by double arrows.

Die Fig. 3 a bis 3 c zeigen eine abgeänderte Ausführungsform einer P r'ofilie rung der Magnetkerne in der Art, daß der bewegliche Teil und der feste Teil teleskop artig ineinandergeschoben werden können. Bei der meßvorrchtung nach Fig. 1 kann der bewgliche Fühlstift nur so weit angehoben werden, als es die Weite des Luftspaltes zuläßt, das sind im allgemeinen nur einige hundertstel Millimeter. Sollen nun schwer zugängliche Meßflächen gemessen werden, so muß die Möglichkeit bestehen, den Fühlstift mindestens einige Millimetier anheben zu können. Diese Forderung läßt sich, wie schon erwähnt, durch die entsprechende Formgebung der magnetkerne erfüllen. Eine beispielsweise Ausführungsform zeigt Fig. 3 a. Der eine Magnetkernes erhält an seinem Ende eine zylindrische Verjüngung, die in eine in dem anderen Magneltkern K2 angebrachte Bohrung mit möglichst geringem Spiel hineinpaßt. Solange das verjüngende Ende des Magnetkernes K' in. die Bohrung des Kernes K2 hineinragt, bewirkt eine Verschiebung der Kerne gegeneinander nur eine unmerkliche Veränderung des magnetischen Flusses, also eine sehr kleine Änderung der Induktivität der Meßdrossel. 3 a to 3 c show a modified embodiment of a Profiling of the magnetic cores in such a way that the movable part and the fixed Part telescopic can be pushed into one another. At the measuring device after Fig. 1, the movable feeler pin can only be raised as far as it is the width of the air gap is generally only a few hundredths of a millimeter. If measuring surfaces that are difficult to access are to be measured, the possibility must be insist on being able to lift the feeler pin at least a few millimeters. This requirement can, as already mentioned, through the appropriate shape of the magnet cores fulfill. An exemplary embodiment is shown in FIG. 3a. The one magnetic core receives a cylindrical taper at its end, which is tapered into one in the other magnetic core K2 drilled hole fits into it with as little play as possible. As long as the rejuvenating The end of the magnetic core K 'protrudes into the bore of the core K2, causes a Displacement of the nuclei against each other only an imperceptible change in the magnetic Flux, so a very small change in the inductance of the measuring throttle.

Diese Änderung ist um so kleiner, je geringer das Spiel zwischen den beiden Ma, gnetkernen. ist. In dem Moment, wo der innere Rand des kernes K2 den Rand des Kernes K1 gegenübersteht. wie es in der Zeichnung drgestellt ist, wird der Magnetfluß unterbrochen. Es ergibt sich alsdann eine starke Änderung der Induktivität der Meß drossel, welche wiederum, genau wie im Fall der Fig. I, von der Entfernung der NIagnefleerne voneinander abhängilg ist.This change is smaller, the smaller the play between the both ma, gnetkernen. is. At the moment when the inner edge of the core K2 denotes Opposite edge of the core K1. as it is shown in the drawing the magnetic flux interrupted. There is then a strong change in inductance the measuring throttle, which in turn, just as in the case of Fig. I, from the distance the non-magnetism is mutually dependent.

Um eine genaue Zentrierung der Magnetkerne zueinander zu erreichen, kann entsprechend der Fig. 3 b das Ende des verjüngten Schaftes an dem einen der Magnetkerne Kl mittels eines Schaftes M aus einem unmagnetischen Werkstoff beliebig verlagert werden. Dadurch wird vermieden, daß bei schlechter Führung die Kanten der Magnetkerne gegeneinanderstoßen und sich so abnutzen. können. In order to achieve an exact centering of the magnetic cores to each other, can according to FIG. 3 b, the end of the tapered shaft on the a the magnetic cores Kl by means of a shaft M made of a non-magnetic material as desired be relocated. This avoids that the edges are poorly guided the magnetic cores collide and wear out. can.

Um die Veränderung des magnetischen Flusses bei der Verschiebung der Kerne gegeneinander auf ein Mindestmaß herabzusetzen, kann die Bohrung des Kernes K gemäß Fig. 3 c ausgebildet werden. About the change in the magnetic flux when moving to reduce the cores against each other to a minimum, the drilling of the core K according to FIG. 3 c are formed.

Hierbei ist die Bohrung in dem größten Teil ihrer Länge mit einer Büchse N aus unmagnetischem Werkstoff ausgekleidet, so daß nur die für die Messung wichtige obere Kante in Berührung mit dem Schaft des Kernes bleibt. Die Fig. 3d und 3e schließlich zeigen noch andere, nicht rotationssyrn. metrische Ausführungsbeispiele der in den Fig. 3a und 3 b aufgeführten Profile, während Fig. 3 f ein Beispiel zur Ausführung der Erfindung im Fall einer Bewegungfder Magnetkerne senkrecht zu ihrer Achse darstellt. Bei allen Ausführungen dieser Gruppe können selbstverständlich auch die zusammenwirkenden Flächen veränderliche Profilform aufwei sen.Here, the bore is in most of its length with a Lined sleeve N made of non-magnetic material, so that only the one for the measurement important upper edge remains in contact with the shaft of the core. The Fig. 3d and 3e finally show others, not rotationally syrn. metric embodiments the profiles listed in Figs. 3a and 3b, while Fig. 3f shows an example for Implementation of the invention in the case of a movement of the magnetic cores perpendicular to it Axis represents. With all versions of this group can of course also the interacting surfaces aufwei sen variable profile shape.

Das angeführte Beispiel nach Fig. 3 h läßt sich auch in der Form nach Fig. 4 ausführen, wobei die beiden Magnetkerne K1 und K2 fest bleiben und eine Bohrung erhalten, in der ein zylindrischer Eisenstab F geführt wird, welcher an einer Stelle durch ein Zwischenstück Z aus unmagnetischem Werkstoff unterbrochen wird und beispielsweise an einem Ende als Fühlstift aus, gebildet ist. Diese Ausführung hat den Vorteil eines unbegrenzten Hubes und der Möglichkeit, an das obere freie Ende des beweglichen Magnetkernes weitere gleiche Drosselspulen anzubringen. Wird eine zweite Drossel angebracht, und zwar so, daß bei Zunahme der Induktivität rder einen Drossel die Induktivität der zweiten Drossel verkleinert wird, was sich durch entsprechende Anordnung der unmagnetischen Unterbrechungen des beweglichen Ankers leicht erreichen läßt, und werden diese beiden Drosseln in verschiedene, nebeneinanderliegende Brückenzweige geschaltet, so ergibt sich eine Charakteristik mit doppelterEmpfindlichkeit und nahezu linearem Verlauf. The example given according to FIG. 3h can also be in the form run according to Fig. 4, the two magnetic cores K1 and K2 remain fixed and one Bore received in which a cylindrical iron rod F is guided, which at interrupted at one point by an intermediate piece Z made of non-magnetic material is and is formed, for example, at one end as a feeler pin. This execution has the advantage of an unlimited stroke and the possibility of free access to the upper one At the end of the movable magnetic core, further identical choke coils are to be attached. Will a second choke attached, in such a way that when the inductance rder increases a choke, the inductance of the second choke is reduced, which is due to Corresponding arrangement of the non-magnetic interruptions of the movable armature can be easily reached, and these two chokes are in different, adjacent If the bridge branches are switched, the result is a characteristic with double sensitivity and almost linear course.

Die Fig. 5 bis 7 zeigen. Beispiele der Anwendung der Erfindung an Meßdrosseln anderer Bauart, und zwar bei sogenannten Topfmagneten, bei denen der Luftspalt außerhalb der Drossel, spule liegt. Die Wirkungsweise ergibt sich ohne weiteres aus der Darstellung. Es entsprechen die Fig. 5 der Fig. I, die Filg. 6a, 6b, 6c den Fig.2a, 2b, 2c und die Fig. 7 a, 7b, 7c den Fig. 3 a 3b, 3c. Im übrigen gilt auch hier das über die anderen Beispiele Gesagte. Figures 5 to 7 show. Examples of the application of the invention Measuring chokes of a different design, namely with so-called pot magnets, where the The air gap is outside the choke, coil. The mode of action arises without more from the illustration. It corresponds to FIG. 5 of FIG. I, the Filg. 6a, 6b, 6c to FIGS. 2a, 2b, 2c and FIGS. 7 a, 7b, 7c to FIGS. 3 a, 3b, 3c. Furthermore What has been said about the other examples also applies here.

Die Fülle der angeführten Beispiele zeigt, daß das Prinzip der Erfindung sehr weitgehende Abänderungsmöglichkeiten in sich birgt, so daß es an dieser Stelle zu weit führen würde, alle Möglichkeiten aufzuführen, zumal die Vorschrift der Profilierung an sich bei geeigneter Dimensionierung der Profileinzeilheiten bei nahezu jeder Profilform den gewünschten Effekt erreichen läßt. The abundance of examples given shows that the principle of the invention contains very extensive possibilities for modification, so that it is at this point It would lead too far to list all possibilities, especially since the regulation of profiling in itself with suitable dimensioning of the profile units for almost everyone Profile shape can achieve the desired effect.

Ebenso wie für die hier aufgeführten Beispiele läßt sich die Erfindung für beliebige andere Formen und Lagen des Luftspaltes anwenden. Das Prinzip der Erfindung läßt sich natürlich auch auf alle Meßverfahren ausdehnen, bei denen eine Veränderung der Meßspannung durch Veränderung eines elektrischen oder magnetischen Feldes bewirkt wird, z. B. bei Transformatoren mit variabler Kopplung, beispielsweise Differentialtransformatoren, Meßprinzipien, die auf Veränderung der Kapazität eines Kondensators beruhen, beispielsweise D ifferentialkondensatoren usw. The invention can be applied in the same way as for the examples given here apply to any other shape and position of the air gap. The principle of Invention can of course also be extended to all measurement methods in which one Change of the measuring voltage by changing an electrical or magnetic one Field is effected, e.g. B. in transformers with variable coupling, for example Differential transformers, measuring principles based on changing the capacitance of a Capacitor based, for example differential capacitors, etc.

Claims

PATENT CLAIMS.

I. Device for measuring small displacements, especially in Length measuring devices on an electromagnetic basis, their effect on the change an air gap in the iron connection of a throttle; coil is based, characterized that to influence the characteristics that limit the air gap the end faces the magnetic cores or the movable armature and the fixed part of the iron connection one that corresponds to the desired display characteristic, the course of the magnetic Change lines of force in the air gap, maintain a changing profile.

2. Apparatus according to claim I, characterized in that the profiling the forehead delimiting the air gap, surfaces deviates significantly from one plane.

3. Apparatus according to claim I, characterized in that the profiling the surfaces are rotationally symmetrical or irregular.

4. Apparatus according to claim I to 3, characterized in that the movable and the fixed part of the iron lock can be telescoped into one another are.

5. Apparatus according to claim I to 4, characterized in that one of the two parts of the iron connection is an extension made of non-magnetic material having.

6. Apparatus according to claim 1 to 4, characterized in that one of the two parts of the iron lock a guide, z. B. a sleeve made of non-magnetic Material possesses.

7. Apparatus according to claim I, 4 and 5, characterized in that since two fixed magnetic cores are provided with a hole, it is one through one Intermediate piece made of non-magnetic material with interrupted movable armature is.

8. Measuring device, ie a change in the measuring voltage by changing an electric or magnetic field is effected, e.g. B.

Differential transformer or differential capacitor by using the devices according to claims 1 to 7.