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Oberfläcbenmeßgerät Die Erfindung bezieht sich auf ein Oberflächenmeßgerät
zur Anzeige des mittleren Wertes der Rauheit einer Oberfläche, bei dem ein längs
der zu untersuchenden Oberfläche bewegbarer Taster vorgesehen ist, der mit einem
die abgetasteten Rauhigkeiten in proportionale elektrische Meßspannungsimpulse umwandelnden
Wandler in Verbindung steht, und bei dem die an einem Ladegleichrichter auftretenden
Meßspannungsimpulse mittels wenigstens eines Kondensators integriert werden, der
mit einem Ladewiderstand und einem Ventil in Reihe geschaltet ist und auf ein Anzeigeinstrument
mit sehr hohem Eingangswiderstand einwirkt.
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Bei den bisher bekannten Oberflächenmeßgeräten der vorstehend genannten
Art schließt sich der Ladekreis von der die elektrischen Meßspannungen abgebenden
Einrichtung (Ladegleichrichter) über den Ladewiderstand, das Ventil und den Ladekondensator.
Gibt bei einem derartigen Oberflächenmeßgerät der Ladegleichrichter mehrere Meßspannungsimpulse
ab, deren Ladung auf dem Kondensator gespeichert wird, so steigt die Spannung am
Ladekondensator. Infolgedessen arbeitet jeder folgende Meßspannungsimpuls auf eine
erhöhte Gegenspannung, nämlich auf die steigende Spannung am Ladekondensator. Gleiche
Meßspannungsimpulse ergeben somit bei diesen bekannten Oberflächenmeßgeräten um
so kleinere Ladeströme, je höher die am Ladekondensator bereits vorhandene Spannung
ist. Man erhält infolgedessen keine lineare Integration, so daß auch das Anzeigeinstrument
nicht mit linearer Skala ausgeführt werden kann.
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Zur Erz.ielung einer möglichst linearen Integration ist der sogenannte
»Miller-Integrator« bekannt. Diese Schaltung besteht aus einem phasen-
umkehrenden
Verstärker mit hoher Verstärkungsziffer, dessen Ausgang durch eine Kapazität auf
den Eingang negativ rückgekoppelt ist. Nur unter der Voraussetzung eines unendlich
hohen Verstärkungsfaktors liefert diese Schaltung eine dem Zeitintegral der Eingangsspannung
proportionale Ausgangsspannung. Die Erzielung einer strengen Linearität erfordert
beim Miller-Integrator somit einen verhältnismäßig großen schaltungstechnischen
Aufwand.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Oberflächenmeßgerät
der eingangs genannten Art so auszubilden, daß auf schaltungstechnisch besonders
einfache Weise eine lineare Integration gewährleistet ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Einrichtung
vorgesehen ist, die das Potential des Ladegleichrichters um einen der jeweiligen
Meßspannung am Ladekondensator proportionalen Betrag anhebt.
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Auf diese Weise werden für jeden vom Ladegleichrichter abgegebenen
Meßspannungsimpuls völlig gleiche Spannungsverhältnisse im Ladekreis des Ladekondensators
geschaffen, unabhängig vom jeweiligen Ladezustand des Ladekondensators.
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Gleiche Meßspannungsimpulse erhöhen somit auch bei unterschiedlichem
Ladezustand des Ladekondensators die Kondensatorspannung um gleiche Beträge.
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Durch den erfindungsgemäßen Kunstgriff der proportional zur Spannung
des Ladekondensators erfolgenden Anhebung des Potentials des die Meßspannungsimpulse
abgebenden Ladegleichrichters erreicht man daher mit einfachen schaltungstechnischen
Mitteln eine vollkommen lineare Integration.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht.
Es zeigt Abb. I ein Prinzipschaltbild des erfindungsgemäßen Oberflächenmeßgerätes,
Abb. 2 ein Detail eines zweiten Ausführungsbeispieles der Erfindung.
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Der Taster 2 des Oberfiächenmeßgerätes gleitet über eine Oberfläche
I und verstellt einen elektrischen Fühler 3, dessen Ausgangssignal in einem Verstärker
4 verstärkt wird. Am Ausgang 5 dieses Verstärkers erhält man unipolare Spannungen,
die entweder über eine Leitung g zur Meßanordnung gelangen oder über eine mit zwei
Röhren 10 versehene Phasenumkehr- und Gegentaktstufe in Wechselspannungen umgeformt
werden. Die Wechselspannungen werden über Kondensatoren II, die bei Mitübertragung
von Welligkeiten durch Schalter 12 kurzgeschlossen werden, sowie Widerstände I3
einem als Brücke ausgebildeten Ladegleichrichter I4 zugeführt, an dessen Ausgang
ein Potentiometer 15 angeschlossen ist.
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Der Ladegleichrichter 14 gibt die zu integrierenden Meßspannungsimpulse
ab, die von dem zwischen dem oberen Anschluß und dem Abgriff liegenden Teil des
Potentiometers I5 über den in der unteren Schaltstellung befindlichen Schalter I6,
einen einstellbaren Ladewiderstand I7 und ein Ventil I8 einem Ladekondensator 20
zugeführt werden. In diesem Ladekreis des Ladekondensators 20 liegt ferner ein Widerstand
5I, der in Reihe mit dem oberen Teil des Potentiometers 15 geschaltet ist. Dieser
Widerstand 51 hebt - wie noch näher erläutert wird - das Potential des Ladegleichrichters
14 und des Potentiometers 15 um einen der jeweiligen Meßspannung am Ladekondensator
20 proportionalen Betrag an.
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Der Ladekondensator 20 liegt mit seinem einen Anschluß am Gitter
eines Röhrenvoltmeters 21, in dessen Anodenkreis ein Anzeigeinstrument 23 vorgesehen
ist. Der Stromkreis dieses Anzeigeinstrumentes 23 schließt sich über eine Triode
22, den erwähnten Widerstand 5I, einen Kathodenwiderstand 52 und das Röhrenvoltmeter
21. Der Widerstand 51 liegt somit einerseits im Ladekreis des Ladekondensators 20
und andererseits im Anodenkreis des Röhrenvoltmeters 21.
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Gibt der Ladegleichrichter 14 Meßspannungsimpulse ab, so werden sie
über den Ladewiderstand I7 und den Ladekondensator 20 integriert. Entsprechend dem
Anstieg der Spannung des Ladekondensators 20 vergrößert sich im Anodenkreis des
Röhrenvoltmeters 21 der Anodenstrom und damit auch der am Widerstand 51 auftretende
Spannungsabfall. Da dieser Widerstand 51 in Reihe mit der Abgriffsseite des Potentiometers
15 liegt, wird das Potential dieses Potentiometers 15 und des die Meßspannungsimpulse
abgebenden Ladegleichrichters -14 proportional zur Spannung des Ladekondensators
20 angehoben. Alle Meßspannungsimpulse finden somit - unabhängig vom jeweiligen
Ladezustand des Kondensators 20 - völlig gleiche Verhältnisse im Ladekreis vor,
so daß sich eine absolut lineare Integration der Meßspannungsimpulse ergibt.
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Der Ladekondensator 20 wird von einem Relais 19 kurzgeschlossen,
solange sich der Taster 2 im Ruhezustand befindet und den Kontakt 6 betätigt.
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Bestreicht der Taster 2 dann die Meßstrecke 7, so ist der parallel
zum Ladekondensator 20 liegende Kontakt geöffnet, so daß sich der Kondensator entsprechend
auflädt. Erreicht der Taster 2 dann nach Zurücklegung der Meßstrecke 7 den Kontakt
8, so wird eine hohe Gleichspannungsquelle 25 an die Elektrode 24 des Anzeigeinstrumentes
23 gelegt und dadurch der Zeiger des Instrumentes in der erreichten Lage festgehalten
Bei längeren Meßzeiten entlädt sich der Kondensator 20 durch den stets vorhandenen
Ableitwiderstand und über das Gitter des Röhrenvoltmeters 21, was durch den gestrichelt
veranschaulichten Gesamtwiderstand 28 angedeutet ist. Um diese Entladung zu kompensieren,
erfolgt eine ständige Nachladung über einen Verstärker 27 und eine Diode 26.
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Abb. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, um die Wirkung der
langsamen Entladung des Ladekondensators zu verringern; das Grundprinzip der Anhebung
des Potentials des Ladegleichrichters 14 proportional zur Spannung des Ladekondensators
wird selbstverständlich auch beim Ausführungsbeispiel gemäß Abb. 2 benutzt.
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Die aus dem Ladekreis über ein Ventil 29 kommenden Meßspannungsimpulse
werden über einen Umschalter 32 einem von zwei Ladekondensatoren 44 bzw. 45 zugeleitet.
Vor dem Umschalter 32 ist ein Röhrenvoltmeter 30 angeschlossen, in dessen Ausgangskreis
ein Anzeigeinstrument 3I liegt, an dem die zunehmende Aufladung der Kondensatoren
44 und 45 abgelesen werden kann. Erreicht die Aufladung eines der beiden Kondensatoren
eine bestimmte Größe, die zweckmäßig einem bestimmten Wert des Oberflächenmaßes
entspricht, beispielsweise I F oder 10 , S0 spricht das dem betreffenden Ladekondensator
zugeordnete elektronische Relais 42 bzw. 43 an. Dadurch erhält entweder die Spule
35 oder 37 Strom und zieht den Anker 3+ bzw. 36 an. Die beiden Anker sind durch
eine Steuerstange 33 miteinander verbunden, die außer dem Umschalter 32 noch weitere
Kontakte 38 bis 4I trägt. tSber den bei der erwähnten Betätigung der Steuerstange
33 angeschlossenen Kontakt 39 bzw. 40 wird der aufgeladene Kondensator 44 bzw. 45
wieder entladen. Durch den Kontakt 38 bzw. 4I wird der Stromkreis des elektronischen
Relais 42 bzw. 43, das angesprochen hat, wieder unterbrochen. Der Umschalter 32
schaltet gleichzeitig auch den Ladekondensator um. Im Stromkreis der Relais 42,
43 sind Zählwerke 46 bzw. 47 angeordnet, die die Zahl der Entladungen der beiden
Ladekondensatoren zählen. Sie können über ein Getriebe 48 auf ein Gesamtaddierwerk
arbeiten.
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Bei dieser Anordnung werden somit die beiden Ladekondensatoren 44,
45 abwechselnd aufgeladen und wieder entladen, so daß die einzelne Integrationszeit
nur einen Bruchteil der gesamten Meßzeit darstellt. Auf diese Weise läßt sich der
Einfluß der parallel zu den Ladekondensatoren liegenden Ableitwiderstände 49 bzw.
50 geringhalten.