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Verfahren zur elektronischen Längenmessung
Elektronische Meßverfahren
sind wegen ihrer bequemen Handhabung, ihrer Anpassungsfähigkeit und der möglichen
räumlichen Übertragung der Meßwerte optischen und mechanischen Verfahren überlegen.
Die Möglichkeit der räumlichen Übertragung gestattet es, Meßstellen zu überwachen,
Meßergebnisse zu vergleichen, gemeinsam aufzuzeichnen oder zueinander in Beziehung
zu bringen.
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Elektronische Verfahren bieten die Möglichkeit der maßstäblichen Verstärkung.
Sie zeichnen sich durch bequemes Ablesen und Auswerten aus.
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Diese Vorzüge elektronischer Meßverfahren haben auch Geräten zur
elektronischen Längenmessung das weite Feld der Praxis geöffnet, und selbst ihre
grundsätzlichen Nachteile haben ihr Vordringen nicht verhindern können.
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Solche Geräte sind nicht universell. Für jede Meßgruppe und jeden
Aufzeichnungszweck mußten Sondergeräte entwickelt werden. Das ist im höchsten Grade
unwirtschaftlich. Die praktische Genauigkeit übersteigt die Meßgröße 0,01 mm nur
bedingt. Die Meßdrücke liegen hier bei 250 g.
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Diese hohen Meßdrücke forderten bei feineren Objekten wiederum Umwegmethoden.
Durch die elektrische Verstärkung der Meßwerte werden grundsätzlich nur hochempfindliche
Anzeigeinstrumente ersetzt. Die Methode der Messung wird hierdurch nicht berührt,
die Genauigkeit ver-. mindert. Die Meßergebnisse sind temperaturabhängig. Hinzu
treten noch elektrisch bedingte mechanische Unvollkommenheiten, die die Verwendung
auf einer großen Anzahl von Gebieten unmöglich machten oder zu einer Verwendung
von Kompromißlösungen führten. So sind z. B. Absolutmessungen bisher kaum möglich.
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Das Verfahren nach der Erfindung wird zusammengefaßt: Die Werte zweier
vom Meßobjekt gesteuerten Induktivitäten werden durch eine
Steuerspannung
getrennt über den gleichen Verstärker verstärkt, und dann wird die Differenz zwischen
beiden gebildet. Diese steuert eine Kompensationseinrichtung, die die Differenz
ausregelt.
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Das Maß der Ausregelung ist das Maß des Meßobjektes. Es ist eine symmetrische
und eine unsymmetrische Anordnung möglich und eine solche mit Temperaturkompensation.
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Das Verfahren nach der Erfindung ist universell.
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Die Aufgaben der industriellen Meßtechnik und die Aufgaben der Labormeßtechnik
können mit dieser Methode fast ausnahmslos gelöst werden. Die Aufzeichnung der Meßwerte
auf Streifenschreibern und die Anzeige auf raumsichtbaren Groß anzeigegeräten ist
genau so einfach möglich wie die direkte Anzeige des Meßwertes, ohne daß die Genauigkeit
vermindert wird. Die Genauigkeit ist über den Bereich der ganzen Skala vollkommen
gleich; damit sind Absolutmessungen möglich. Die Meßleistungen und damit die Meßdrücke
bzw. der räumliche Umfang des Gebers können fast beliebig weit nach unten gebracht
werden. Die erreichte untere Grenze der elektrischen Leistung liegt bei I0tß VA.
Das gestattet die Verwendung von Gebern allerkleinsten Ausmaßes und die Verminderung
der Meßdrücke bis auf die Luftpolstergrenze. Die Meßempfindlichkeit kann weit nach
oben gebracht werden, da die Meßgenauigkeit bei linearem Anstieg der Meßempfindlichkeit
mit dieser steigt. Damit ist die Genauigkeit nur von der Eichgenauigkeit und der
Ablesegenauigkeit abhängig. Temperatureinflüsse können kompensiert werden.
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Der Beschreibung des Verfahrens nach der Erfindung wird eine symmetrische
Anordnung zur Messung von Längentoleranzen ohne Temperaturkompensation zugrunde
gelegt: Der Geber (Abb. I) besteht aus zwei eisenschlußlosen Induktivitäten a und
b. Den Eisenschluß trägt der Meßstift c. Die Lage des Meßstiftes c wird durch die
Größe des Meßobjektes d und die Einstellung des Meßtisches e bestimmt. Der Meßtisch
kann nach oben und unten rerstellt werden. Zur Justierung der Anordnung wird ein
toleranzfreies Meßobjekt d auf den Meßtisch e gebracht und dieser so weit gehoben
oder gesenkt, bis die Größe der Induktivität a der Größe der Induktivität b entspricht.
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Zwei Zusatzinduktivitäten f und g sind unmittelbar mit der Längentoleranzskala
o gekuppelt. Diese beiden Induktivitäten sind in der Mittelstellung (Toleranz o)
der Anzeigeskala gleich. Bei einer Abweichung der Skala wird je nach der Abweichungsrichtung
die eine Induktivität größer oder kleiner. Die korrespondierende Induktivität wird
jeweils in der umgekehrten Richtung verändert.
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Das absolute Änderungsmaß ist bei beiden Induktivitäten gleich.
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An den Widerständen r I und r 2 liegen zwei gleiche um I800 phasenversetzte,
z. B. netzfrequente Spannungen. Diese netzfrequenten Spannungen, die etwa eine Größenordnung
größer sind als die niederfrequenten Spannungen an den Induktivitäten, addieren
sich diesen. Die Frequenz ist etwa die hundertfache der Netzfrequenz. Die Spaniiungssumme
wird über zwei Gleichrichter (Richtleiter) auf den Ubertrager UI gegeben. An diesem
Übertrager liegen jetzt die Spannungen der gleichgerichteten Halbwellen von r 1
und r 2, deren einer die Spannung an den Induktivitäten b + g und deren anderer
die Spannung an den Induktivitäten a + f aufmoduliert ist. Durch entsprechende Bemessung
des Ubertragers UI wird der netzfrequente Träger ausgesiebt, so daß vom Rohr Ro
I des Verstärkers in der ersten Halbwellzeit der Netzfrequenz die Spannungssumme
der Induktivitäten a + f und in der zweiten Halbwellzeit der Netzfrequenz die Spannungssumme
an den Induktivitäten b + g verstärkt wird.
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Das Rohr rot kann durch einen Verstärker höherer Verstärkungsziffer
ersetzt werden. Hinter dem Rohr Ro 1 wird die Demodulation der verstärkten Spannung
vorgenommen. In dem angenommenen Fall gleicher Induktivitäten, also einem toleranzfreien
Meßobjekt, verbleibt nach der Demodulation keine Spannung. Ein toleranz freies Meßobjekt
löst demnach keine Funktion aus.
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Wird das toleranzfreie Meßobj ekt durch ein Meßobjekt mit Über- oder
Untertoleranz ersetzt, wird die Induktivität a um einen bestimmten Betrag größer
oder kleiner als die Induktivität b. Nach der Gleichrichtung verbleibt nunmehr eine
fast rechteckförmige Wechselspannung der Netzfrequenz, deren Amplitude von der Größe
der Spannungsdifferenz zwischen den Induktivitäten a und b abhängig ist und deren
Phasenlage in bezug auf die Netzfrequenz angibt, welche der beiden Induktivitäten
größer oder kleiner geworden ist. Diese Spannung wird durch das Rohr Ro 2 verstärkt.
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Dieses Rohr kann sinngemäß durch einen Verstärker höherer Verstärkungsziffer
ersetzt werden.
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Der Auswertung dient der Rontaktgeber h mit seinem Kontakti. Über
denAusgangsübertrager U2 wird die Steuerwechselspannung auf die Steuerwicklung k
des Kontaktgebers gegeben und nunmehr je nach der Phasenlage an der Steuerwicklungl
der rechte oder linke Kontakt mr oder finl geschlossen. Der Kontakt bringt z. B.
einen Zählertrieb über dessen Wicklungen V oder R für Rechts-oder Linkslauf zum
Anlaufen. Der Trieb verstellt die Zusatzinduktivitäten f und g so weit, daß die
Summe der Induktivitäten a + f gleich der Summe der Induktivitäten b + g wird. Der
Kontakt mm bzw. mr öffnet wieder, und der Trieb wird stillgesetzt. Der Trieb trägt
unmittelbar den Skalenzeiger. Die Skala ist in Toleranz abweichungen geeicht und
gibt damit das Maß und die Richtung der Toleranzabweichung des Meßobjektes an.
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In der gleichen Form ist eine Eichung auf Absolutwerte möglich. Werden
die Geberinduktivitäten a und b getrennt und in getrennte Geber gesetzt, kann das
toleranzfreie Meßobjekt unter dem zweiten Geber während der ganzen Zeit der Messung
einer gleichen Serie verbleiben. Der hierdurch bestimmte Nullpunkt der Messung wird
damit temperaturabhängig, so daß bei gleichen Temperaturen des Prüflings und des
Normalkörpers die Messung temperaturunabhängig wird.
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Nach dem gleichen Verfahren ist die Messung von Passungen möglich.
Beide Passungsteile werden unter die beiden Geber gebracht. Angezeigt wird nunmehr
der absolute Unterschied zwischen beiden Teilen.
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Das Verfahren ermöglicht auch eine automatische Regelung. Beispielsweise
steuert eine bei der Herstellung ablaufende Blechbahn (Abb. 3) die Induktivität
L. Die Induktivität Lv wird fest eingestellt. Der Kontaktgeber betätigt einen Regeltrieb,
der das Dickenmaß der Blechbahn dem an der InduktivitätLv eingestellten Maß gleich
hält.
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Es ist zu erwähnen, daß unter Verzicht auf die Universellität und
unter Verzicht auf größte Genauigkeit das Prinzip zwei voneinander abhängige Meßwerte
spannungsgesteuert über den gleichen Kanal zu verstärken auch ohne Rückführung zu
einer einfachen Meßlösung führt. Die Anzeige ist spannungsunabhängig. Zur Anzeige
dient z. B. ein Ferraris-Quotienten-Werk (Abb. 2). Sinngemäß kann eine solche Einrichtung
auch unmittelbar zur Rückführung auf die Zusatzinduktivitäten f und g (Abb. 1) dienen,
da die Anordnung praktisch leistungslos arbeitet.
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Es ist aus der Darstellung zu erkennen, daß alle Fragen der Feinmeßtechnik
mit dem Prinzip nach der Erfindung in bequemer, betriebssicherer und genauer Art
gelöst werden können.