DE3408318C2 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Abstandsmessung mittels Wirbelstroms - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Abstandsmessung mittels WirbelstromsInfo
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Abstract
Der Abstand zwischen einer Sondenspitze und einem heißen Meßobjekt wird kontinuierlich und genau gemessen, indem die eine Primärwicklung und zwei Sekundärwicklungen aufweisende Sonde im wesentlichen senkrecht zum Meßobjekt angeordnet wird, wobei in den beiden Sekundärwicklungen je eine Wechselspannung (e1, e2) mittels eines Wechselspannung-Magnetfelds der durch eine Ausgangsspannung (eout) eines Mitkopplungs-Verstärkers erregten Primärwicklung erzeugt wird, im Meßobjekt mittels dieses Magnetfelds ein Wirbelstrom und damit ein anderes Wechselspannung-Magnetfeld in einer Richtung entgegengesetzt zu der des ersten Magnetfelds erzeugt wird, den beiden Sekundärwicklungen jeweils eine gleich große Gleichspannung aufgeprägt wird, um von ihnen je eine Gleichspannung (E1 bzw. E2) zu erfassen bzw. abzugreifen, eine Fehlerspannung (e4) entsprechend der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Sekundärwicklungen auf der Grundlage der Ausgangsspannung (eout) und einer Größe der Differenz (E3) zwischen den Gleichspannungen (E1 und E2) berechnet wird und eine Größe der Differenz (e3'') zwischen der Fehlerspannung (e4) und einer Größe der Differenz (e3) zwischen den Wechselspannungen (e1, e2) zum Mitkopplungs-Verstärker rückgekoppelt wird, um damit die Ausgangsspannung (eout) des Mitkopplungs-Verstärkers, in welcher der Einfluß der Temperaturdifferenz zwischen den Sekundärwicklungen beseitigt worden ist, zu bestimmen.
Description
35
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen, genauen Messung des
Abstands bzw. der Entfernung zwischen einem heißen leitenden Meßobjekt und der Spitze einer eine Primärwicklung
se#ie zwei auf deren beiden Seiten angeordneten
Sekundärwicklungen aufweisenden Sonde auch dann, wenn durch die Wärme des heißen Meßobjekts
ein Temperaturunterschied zwischen den beiden Sekundärwicklungen der Sonde hervorgerufen wird, d. h. ohne
Beeinflussung durch einen solchen Temperaturunterschied.
Für die Herstellung eines von Oberflächenfehlern freien Gußstrangs mittels z. B. einer Vertikal-Stranggießmaschine
ist es wesentlich, Schwankungen des Füllstands von Stahlschmekfi in einer Stranggießkokille
möglichst klein zu halten. Aus diesem Grund muß die Höhe der 3tahlschmetzenoberfläche in der Stranggieß-Kokille
ständig genau gemessen werden. Diese Höhe, d. h. der Füllstand, kann dadurch bestimmt werden, daß
der Abstand zwischen der Spitze einer praktisch senkrecht zur Stahlschmelze in einem Abstand von dieser
angeordneten Sonde und der Stahlschmelzersoberfläche gemessen wird.
Ein Beispiel für ein derartiges Verfahren ist in der JP-OS 57-192 805 beschrieben; dieses Verfahren ist
nachstehend anhand von F i g. 1 erläutert.
Gemäß F i g. 1 legt eine Wechselstromquelle 1 an einen
Mitkopplungs-Verstärker 2 eine Wechselspannung vorgeschriebener oder vorbestimmter Frequenz und
Amplitude an. Der Mitkopplungs-Verstärker 2 weist eine Rückkopplungsstrecke aus einer Sonde 3 und einem
Wechselspannungs-Verivärker 9 auf. Die Sonde 3 umfaßt
eine Süule 4. eine koaxial zu letzterer in deren Mittelbereich angeordnete Primärwicklung 5 sowie
zwei Sekundärwicklungen 6 und 6', die in jeweils gleichen Abständen von der Primärwicklung 5 koaxial an
den Endabschnitten der Spule 4 angeordnet sind. Die Sonde 3 ist im wesentlichen senkrecht und mit einem
Abstand zur Oberfläche der in einer Kokille 7 befindlichen Stahlschmelze 8 angeordnet. Die Primärwicklung
5 wird mittels der Ausgangsspannung eJm des Mitkopplungs-Verstärkers
2 erregt, wobei in den beiden Sekundärwicklungen 6 und 6' eine Wechselspannung ei bzw.
eine Wechselspannung e2 induziert werden. Die beiden
Sekundärwicklungen 6, 6' sind mit gleicher Windungszahl differentiell miteinander verbunden. Der Wechselspannungs-Verstärker
9 verstärkt die Größe einer Differenz e3 zwischen den in den Sekundärwicklungen 6,6'
induzierten Wechselspannungen ei bzw. e2 und koppelt
die so verstärkte Differenzgröße ei zum Verstärker 2
zurück.
Bei dieser bisherigen Vorrichtung wird somit eine Wechselspannung vorbestimmter Frequenz und Amplitude
von der Wechselstromquelle 1 ν>τη Mitkopplungs-Verstärker
2 eingespeist, dessen Ausgangsspannung eJm
der Primärwicklung 5 der Sonde 3 aufgeprägt wird.
Hierdurch erzeugt die Primärwicklung 5 ein Weehselspannungs-Magnetfeld,
dessen Kraftlinien die beiden Sekunoärwicklungen 6, 6' schneiden und in diesen jeweils
eine Wechselspannung ei bzw. ^ induzieren.
Gleichzeitig passieren die Magnetkraftlinien die Stahlschmelze 8 unter Erzeugung eines Wirbelstroms in dieser.
Hierdurch wird ein anderes Wechselspannungs-Magnetfeld in einer Richtung entgegengesetzt zum Magnetfeld
der Primärwicklung 5 erzeugt. Infolgedessen wird ein Teil der die beiden Sekundärwicklungen 6, 6'
schneidenden Magnetkraftlinien versetzt bzw. unterdrückt; damit wird die Zahl der Magnetkraftlinien verringert.
Das Ausmaß dieser Kraftlinienverringerung ist an der unteren Sekundärwicklung 6' größer als an der
oberen Sekundärwicklung 6, weil die Zahl der durch das andere Wechselspannung-Magnetfeld des Wirbelstroms
erzeugten Magnetkraftlinien, welche die beiden Sel· undärwicklungen 6,6' schneiden, an der unteren Sekundärwicklung
6' größer ist als an der oberen Sekundärwicklung 6. Dies ergibt eine Differenz ?i zwischen
den in den beiden Sekundärwicklungen 6,6' induzierten Wechseispannungen ei bzw. e;. Da die beiden Sekundärwicklungen
6,6' differentiel! geschaltet sind, wird die Differenzgröße ei zwischen den Sekundärwicklungen 6,
6' ständig dem Wechselspannungs-Verstärker 9 aufgeprägt und durch diesen verstärkt. Die so verstärkte Differenzgröße
ei, wird ständig zum Mitkopplungs-Verstärker
2 rückgekoppelt.
Die verstärkte Differenzgröße ei variiert in Abhängigkeit
vom Abstand /zwischen der Spitze der Sonde 3 und der Oberfläche der Stahlschmelze 8, und die Ausgangsspannung
e«.-*des Verstärkers 2 variiert in Abhängigkeit
von der verstärkten Differenzgrcße ei. Auf diese
Weise kann der genannte Abstand 1 durch kontinuierliche Erfassung der Ausgangsspannung edm des Verstärkers
2 kontinuierli.h gemessen werden.
Die bisherige Anordnung ist mit folgenden Mängeln behaftet:
Wenn zwischen den beiden Sekundärwicklungen 6,6' keine Temperaturdifferenz besteht, sind die durch thermische
Ausdehnung bedingten Inkremente der jeweiligen Querschnittsflächen der beiden Sekundärwicklungen
6, 6' einander gleich. Die zum Mitkopplungs-Verstärker 2 rückgekoppelte verstärkte Differenzgröße e3,
zwischen den beiden Sekundärwicklungen 6 und 6' zeigt
daher keine Änderung. Bei der Messung der Oberflächenhöhe der Stahlschmelze 8 erwärmt sich jedoch die
der Schmelzenoberfläche näher gelegene untere Sekundärwicklung 6' stärker als die obere Sekundärwicklung
6, so daß ihre Querschnittsfläche größer wird als die der oberen Sekundärwicklung 6. Die zum Mitkopplungs-Verstärker
2 rückgekoppelte verstärkte Differenzgröße e-j, variiert daher in Abhängigkeit von der Differenz der
Querschnittsflächen der beiden Sekundärwicklungen 6, 6', was zu einem Meßfehler im gemessenen Abstand /
führt.
Im Hinblick auf diese Gegebenheiten besteht ein Bedarf
nach einem Verfahren und einer Vorrichtung, welche die genaue und kontinuierliche Messung des Abstands
zwischen einem heißen, leitenden Meßobjekt und der Spitze einer Sonde mit einer Primärwicklung und
zwei auf deren beiden Seiten angeordneten Sekundär-
Wärme des Meßobjekts eine Temperaturunterschied zwischen den beiden Sekundärwicklungen besteht. Ein
solches Verfahren und eine solche Vorrichtung sind jedoch bisher noch nicht vorgeschlagen worden.
Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, welche die genaue
und kontinuierliche Messung des Abstands zwischen einem heißen, leitenden Meßobjekt und der Spitze einer
Sonde min einer Primärwicklung und zwei auf deren beiden Seiten angeordneten Sekundärwicklungen auch
dann erlauben, wenn aufgrund der Wärme des Meßobjekts ein Temperaturunterschied zwischen den beiden
Sekundärwicklungen besteht.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur kontinuierlichen Abstandsmessung mittels Wirbelstroms, bei
dem eine Sonde aus einer Spule, einer koaxial auf dieser in ihrem Mittelbereich angeordneten Primärwicklung
und zwei in gleichen Abständen von letzterer koaxial auf den beiden Endabschnitten der Spule angeordneten
Sekundärwicklungen praktisch senkrecht bzw. lotrecht zu einem hohe Temperatur besitzenden, leitenden Meßobjekt
in einem Abstand davon angeordnet wird, die Primärwicklung mit der Ausgangsspannung eines Mitkopplungs-Verstärkers
erregt wird, in den beiden Sekundärwicklungen je eine Wechselspannung mittels eines
Wechselspannung-Magnetfelds der erregten Primärwicklung induziert wird, im Meßobjekt mittels des
Wechselspannung-Magnetfelds der Primärwicklung ein Wirbelstrom erzeugt wird, durch den Wirbelstrom ein
anderes Wechselspannung-Magnetfeld in einer Richtung entgegengesetzt zu der des Wechselspannungs-Magnetfeid
der Primärwicklung erzeugt wird, kcntinuierlich eine Größe der Differenz, hervorgerufen durch
das durch den Wirbelstrom erzeugte Wechselspannung-Magnetfeld, zwischen den Wechselspannungen der beiden
Sekundärwicklungen erfaßt oder abgegriffen wird, die erfaßte Größe der Differenz, die in Abhängigkeit
von der Änderung des Abstands zwischen der Sonden-Spitze und dem Meßobjekt varriert, kontinuierlich zum
Mitkopplungs-Verstärker rückgekoppelt wird und die Ausgangsspannung des Mitkopplungs-Verstärkers kontinuierlich
erfaßt oder abgegriffen wird, um damit kontinuierlich den der Ausgangsspannung des Mitkopplungs-Verstärkers
entsprechenden Abstand zwischen der Sonden-Spitze und dem Meßobjekt zu messen, erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß über je einen Gleichstromoder Gleichspannungs-Widerstand jeder der beiden Se- tb
kundärwicklungen je eine gleich große Gleichspannung aufgeprägt wird,
je eine Gleichspannung der beiden Sekundärwicklungen kontinuierlich erfaßt oder abgegriffen wird,
kontinuierlich eine Größe der Differenz ,zwischen den so erfaßten Gleichspannungen berechnet wird,
kontinuierlich eine Fehlerspannung entsprechend der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Sekundärwicklungen auf der Grundlage der Größe der Differenz zwischen den Gleichspannungen sowie der Ausgangsspannung des Mitkopplungs-Verstärkers berechnet wird,
je eine Gleichspannung der beiden Sekundärwicklungen kontinuierlich erfaßt oder abgegriffen wird,
kontinuierlich eine Größe der Differenz ,zwischen den so erfaßten Gleichspannungen berechnet wird,
kontinuierlich eine Fehlerspannung entsprechend der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Sekundärwicklungen auf der Grundlage der Größe der Differenz zwischen den Gleichspannungen sowie der Ausgangsspannung des Mitkopplungs-Verstärkers berechnet wird,
kontinuierlich eine Größe der Differenz zwischen der berechneten Fehlerspannung entsprechend der Temperaturdifferenz
zwischen den beiden Sekundärwicklungen einerseits und der Größe der Differenz zwischen
den Wechselspannungen der beiden Sekundärwicklungen andererseits berechnet wird und
die berechnete Größe der Differenz zum Mitkopplungs-Verstärker rückgekoppelt wird, um dessen Ausgangs-E^snfiun", in weicher der Einfluß der Ternnersturdiff?- renz zwischen den beiden Sekundärwicklungen beseitigt worden ist. kontinuierlich zu bestimmen und damit kontinuierlich und genau den Abstand zwischen der Sonden-Spitze und dem Meßobjekt unter Heranziehung der so bestimmten Ausgangsspannung des Mitkopplungs-Verstärkers zu messen.
die berechnete Größe der Differenz zum Mitkopplungs-Verstärker rückgekoppelt wird, um dessen Ausgangs-E^snfiun", in weicher der Einfluß der Ternnersturdiff?- renz zwischen den beiden Sekundärwicklungen beseitigt worden ist. kontinuierlich zu bestimmen und damit kontinuierlich und genau den Abstand zwischen der Sonden-Spitze und dem Meßobjekt unter Heranziehung der so bestimmten Ausgangsspannung des Mitkopplungs-Verstärkers zu messen.
Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand
d -.r Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung eines
bisherigen Verfahrens,
Fig.2 ein Blockschaltbild ?iner Vorrichtung zur
Durchführung des erfindungsgernäßen Verfahrens und
F i g. 3 Wellenformdiagramme für die verschiedenen Teile oder Einheiten nach F i g. 2.
F i g. 1 ist eingangs bereits erläutert worden.
Als Ergebnis ausgedehnter Untersuchungen der Gegebenheiten beim Stand der Technik wurde folgendes
gefunden: Die Querschnittsflächendifferenz zwischen den beiden Sekundärwicklungen variiert in Abhängigkeit
von ihrem Temperaturunterschied, und die Differenz im Gleichspannungswiderstand zwischen den beiden
Sekundärwicklungen variiert in Abhängigkeit vom genannten Temperaturunterschied. Die erwähnte Querschnittsflächendifferenz
variiert somit in Abhängigkeit von der Differenz der Gleichspannung zwischen den
beiden Sekundärwicklungen. Die kontinuierliche, genaue Abstandsmessung zwischen Sonden-Spitze und
heißem, leitendem Meßobjekt ist daher auch bei einem Temperaturunterschied zwischen den Sekundärwicklungen
der Sonde aufgrund der Wärme des Meßobjekts und ohne Beeinflussung durch diesen Temperatu. unterschied
dann möglich, wenn die erwähnte Gleichspannungsdifferenz berechnet, kontinuierlich eine Fehlerspannung
entsprechend dieser Gleichspannungsdifferenz berechnet, kontinuierlich eine Differenzgröße zwischen
dieser Fehlerspannung und der Differenz in der induzierten Spannung zwischen den beiden Sekundärwicklungen
berechnet und die so berechnete Differenzgröße zum Mitkopplungs-Verstärker rückgekoppelt
wird.
Die Erfindung beruht nun auf dieser Feststellung. Das Verfahren und die Vorrichtung zur kontinuierlichen Abstandsmessung
mittels Wirbelstroms gemäß der Erfindung sind nachstehend näher erläutert.
Gemäß F i g. 2 prägt eine Wechselstromquelle 1 eine Wechselspannung e„ vorbestimmter Frequenz und Amplitude
(vgl. A in F i g. 3) einem Mitkopplungs-Verstärker
2 auf, der eine Rückkopplungsstrecke aus einer mit einer Gleichstromquelle 11 und einem Gleichspan-
nungs-Widerstand 10,10' in Reihe geschalteten Sonde 3,
einem Differentialverstärker 12. einem Tiefpaßfilter 13, einem Gleichspannungsverstärker 14, einem Wechselspannungs-Verstärker
9, einer Multiplizierstufe 15 und einer Subtrahierstufe 16 umfaßt.
Die Sonde 3 umfaßt eine Spule 4, eine koaxial zu diesfi in ihrem Mittelbereich angeordnete Primärwicklung
und zwei Sekundärwicklungen 6,6' jeweils gleicher Windungszahl, die mit gleichen Abständen von der Primärwicklung
5 auf deren beiden Seiten koixial zur Spu-Ie 4 angeordnet sind. Die Sonde 3 ist im wesentlichen
lotrecht in einem Abstand von der Oberfläche einer Stahlschmelze 8 in einer Kokille 7 angeordnet. Die Primärwicklung
5 wird mit der Ausgangsspannung eaU5(vgl.
B in F i g. 3) des Mitkopplungs-Verstärkers 2 erregt, wobei
in den Sekundärwicklungen 6 umJ 6' je eine Wechselspannung
ei bzw. ei induziert wird.
Der Widerstand 10 is< in Her Reihe an die obere Sekundärwicklung
6 der beiden differentiell miteinander verbundenen Sekundärwicklungen 6, 6' angeschlossen,
um eine Gleichspannung £1 zwischen den beiden Enden der oberen Sekundärwicklung 6 zu erfassen bzw.
abzugreifen; der Widerstand 10' des gleichen Werts wie der Widerstand 10 ist in Reihe an die untere Sekundärwicklung
6' angeschlossen, um zwischen deren beiden Enden eine Gleichspannung £2 zu erfassen bzw. abzugreifen.
Die Gleichstromquelle 11 prägt über die Widerstände 10 und 10' den beiden Sekundärwicklungen 6 und
6' gleich große Gleichspannungen auf.
D ?r Differentialverstärker 12 berechnet kontinuierlieh
eine Größe der Differenz d + £3 (vgl. £in F i g. 3) zwischen einer zusammengesetzten Spannung e + £ 1
(vgl. Cin Fig.3) aus der Wechselspannung ei und der
Gleichspannung £ 1 der oberen Sekundärwicklung 6 einerseits und einer zusammengesetzten Spannung
ei + £2 (vgl. D in F i g. 3) aus der Wechselspannung ej
und der Gleichspannung £2 der unteren Sekundärwicklung 6' andererseits. Das Tiefpaßfilter 13 läßt von der
durch den Differentialverstärker 12 berechneten Differenzgröße e3 + £3 zwischen den zusammengesetzten
Spannungen ei + £1 und ei + £2 nur eine Differenzgröße £3 zwischen den Gleichspannungen £1 und £2
durch.
Der Gleichspannungs-Verstärker 14 verstärkt die durch das Tiefpaßfilter 13 durchgelassene Differenzgröße
£3 zwischen den Gleichspannungen £1 und £2 auf eine vorgeschriebene oder vorbestimmte Größe £3
(vgl. F in Fig.3). Die Multiplizierstufe 15 berechnet
kontinuierlich eine Produktgröße aus der Differenzgröße £3', durch den Verstärker 14 verstärkt, und der Ausgangsspannung
elu, des Mitkopplungs-Verstärkers 2,
d. h. eine Fehlerspannung e4 (vgl. G in F i g. 3) entsprechend
der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Sekundärwicklungen 6 und 6'.
Der Wechselspannungs-Verstärker 9 verstärkt nur die Differenzgröße &i zwischen den Wechselspannungen
ei und ei der beiden Sekundärwicklungen 6, 6' aus
der durch den Differentialverstärker 12 berechneten Differenz e% + £3 auf die vorbestimmte Größe £3'
(vgl. //in F i g. 3). Die Subtrahierstufe 16 berechnet fortlaufend
eine Differentialgröße ej- (vgl. / in F i g. 3) zwischen
der durch die Multiplizierstufe 15 berechneten Fehlerspannung e* entsprechend der Temperaturdifferenz
zwischen den beiden Sekundärwicklungen 6,6' einerseits und der durch den Verstärker 9 verstärkten
Differenz ey zwischen den Wechselspannungen ei und
d andererseits.
Die Fehlerspannung 64 wird wie folgt mit der Temperaturdifferenz
zwischen den beiden Sekundärwicklungen 6, 6' korrelliert: Es wird nur die untere Sekundärwicklung
6' auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt, so daß zwischen beiden Sekundärwicklungen 6,
6' eine Temperaturdifferenz besteht; die Ausgangsspannung ea„, des Mitkopplungs-Verstärkers 2 wird dabei
erfaßt oder abgegriffen. Da die Temperaturdifferenz zwischen den Sekundärwicklungen 6, 6' nahezu linear
auf die Ausgangsspannung eauj bezogen ist, wird der
Verstärkungsgrad des Gleichspannungs-Verstärkers 14 so eingestellt, daß die Ausgangsspannung e3m der Ausgangsspannung
eJUS beim Fehlen der Temperaturdifferenz
zwischen den beiden Sekundärwicklungen 6 und 6' gleich wird.
Bei der beschriebenen Wirbelstrom-Meßvorrichtung speist die Wechselstromquelle 1 den Verstärker 2 mit
einer Wechselspannung eo vorbestimmter Frequenz und Amplitude. Die Ausgangsspannung eJUS des Verstärkers
2 wird der Primärwicklung 5 aufgeprägt, so daß diese ein Magnetfeld erzeugt, dessen Kraftlinien die beiden
Sekundärwicklungen 6,6' schneiden und damit in letzteren Wechselspannungen ei bzw. ei induzieren. Gleichzeitig
passieren diese Kraftlinien von der Primärwicklung 5 die Stahlschmelze 8 unter Erzeugung eines Wirbelstroms
in ihr, so daß ein weiteres Wechselspannung-Magnetfeld in einer Richtung entgegengesetzt zu der
des Wechselspannung-Magnetfelds der Primärwicklung 5 entsteht. Als Ergebnis wird ein Teil der die beiden
Sekundärwicklungen 6, 6' schneidenden magnetischen Kraftlinien versetzt, so daß die Zahl dieser Kraftlinien
abnimmt. Das Ausmaß der Verringerung der magnetischen Kraftlinien ist, wie eingangs beschrieben, für die
untere Sekundärwicklung 6' größer als für die obere Sekundärwicklung 6. Hierdurch entsteht eine Differenz
zwischen den in den Sekundärwicklungen 6 und 6' induzierten Wechselspannungen ei bzw. ei.
In der oberen Sekundärwicklung 6 wird eine zusammengesetzte
Spannung ei + £ 1 aus der Wechselspannung ei und der Gleichspannung £1 entsprechend der
Größe des Gleichspannungs-Widerstands 10 der oberen Sekundärwicklung 6 erzeugt. In der unteren Sekundärwicklung
6' wird eine zusammengesetzte Spannung ei + £2 aus der Wechsel- und der Gleichspannung e2
bzw. £2 entsprechend der Größe des Widerstands 10' der unteren Sekundärwicklung 6' erzeugt. Diese zusammengesetzten
Spannungen ei + £1 und ei + E2 werden
dem Differentialverstärker 12 eingespeist, der fortlaufend eine Differenzgröße e3 + £3 zwischen den zusammengesetzten
Spannungen ei + £1 und ej + £2
berechnet. Die Differenzgröße e3 + £3 wird dem Tiefpaßfilter 13 aufgeprägt, wobei nur die Differenz £3
zwischen den Gleichspannungen E\ und El durchgelassen
und dem Gleichspannungs-Verstärker 14 eingespeist und durch diesen verstärkt wird. Die so verstärkte
Differenz £3 und die Ausgangsspannung e,UJ des Mitkopplungs-Verstärker
2 werden der Multiplizierstufe 15 eingegeben, die kontinuierlich die Fehlerspannung e*
entsprechend der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Sekundärwicklungen 6 und 6' berechnet.
Die durch den Differential verstärker 12 berechnete Differenzgröße ei + £3 wird dem Wechselspannungs-Verstärker
9 aufgeprägt, wobei nur die Differenz e3
zwischen den Wechselspannungen ei und «2 der Sekundärwicklungen
6 bzw. 6' verstärkt wird. Die durch den Verstärker S verstärkte Differenz ei, und die durch die
Multiplizierstufe 15 berechnete Fehlerspannung e4 entsprechend
der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Sekundärwicklungen 6 und 6' werden der Subtra-
hierstufe 16 eingegeben, die kontinuierlich die Differenzgröße es» zwischen.der Differenz ey und der Fehlerspannung
e* berechnet. Die von der Subtrahierstufe 16
berechnete Differenzgröße es» wird zum Mitkopplungs-
ψ Verstärker 2 rückgekoppelt, dessen Ausgangsspannung
rl e,ut, in welcher der Einfluß der Temperaturdifferenz
P zwischen den Sekundärwicklungen 6, 6' beseitigt wor-
S# den ist, somit bestimmt wird, und der Abstand / zwi-
U sehen der Spitze der Sonde 3 und der Oberfläche der
m Stahlschmelze 8 wird somit unter Heranziehung der so
■ bestimmten Ausgangsspannung eaus des Verstärkers 2
kontinuierlich und genau gemessen.
·'.', Obgleich vorstehend die kontinuierliche Abstands-
;■■' messung zwischen der Sonden-Spitze und der Oberflä-
|··| ehe der in der Kokille befindlichen Stahlschmelze be-
Γ schrieben ist, ist die Erfindung offensichtlich auch auf
|) eine entsprechende Abstandsmessung bei einem von ei-
i ner Stahlschmelze verschiedenen, hohe Temperatur be-
H sitzenden, leitenden Meßobjekt anwendbar. jf Mit der Erfindung wird also die eingangs genannte
I Aufgabe voll und ganz gelöst, so daß die Erfindung dies-
I bezüglich einen großen industriellen Nutzeffekt bietet.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
25
30
40
50
55
60
Claims (2)
1. Verfahren zur kontinuierlichen Abstandsmessung mittels Wirbelstroms, bei dem eine Sonde aus
einer Spule, einer koaxial auf dieser in ihrem Mittelbereich angeordneten Primärwicklung und zwei in
gleichen Abständen von letzterer koaxial auf den beiden Endabschnitten der Spule angeordneten Sekundärwicklungen
praktisch senkrecht bzw. lotrecht zu einem hohe Temperatur besitzenden, leitenden
Meßobjekt in einem Abstand davon angeordnet wird, die Primärwicklung mit der Ausgangsspannung
(elm) eines Mitkopplungs-Verstärkers erregt
wird, in den beiden Sekundärwicklungen je eine is Wechselspannung (et bzw. ei) mittels eines Wechselspannungs-Magnetfelds
der erregten Primärwicklung induziert wird, im Meßobjekt mittels des Wechselspannung-Magnetfelds
der Primärwicklung ein Wirbelstrom erzeugt wird, durch den Wirbelstrom
ein anderes Wechselspannungs-Magnetfeid in einer Richtung entgegengesetzt zu der des Wechselspannungs-Magnetfelds
der Primärspannung erzeugt wird, kontinuierlich eine Größe der Differenz e3),
hervorgerufen durch das durch den Wirbelstrom erzeugte Wechselspannungs-Magnetfeid, zwischen
den Wechselspannungen (ex, ^) der beiden Sekundärwicklungen
erfaßt oder abgegriffen wird, die erfaßte Größe der Differenz ^e3), die in Abhängigkeit
von der Änderung des Abstands (J) zwischen der Sonden-Spi-ze und dem Meßobjekt variiert, kontinuierlich
zum Mitkopplungs- Verstärker rückgekoppelt wird und die Ausgangsspannung (elus) des Mitkopplungs-Verstärkers
kontir-;ierlich erfaßt oder abgegriffen wird, um damit kontinuierlich den der
Aüsgangsspannung des Mitkopplungs-Vcrstärker
entsprechenden Abstand (I) zwischen der Sonden-Spitze und dem Meßobjekt zu messen, dadurch
gekennzeichnet, daß über einen Gleichstromoder Gleichspannungs-Widerstand jeder der beiden
Sekundärwicklungen je eine gleich große Gleichspannung aufgeprägt wird,
je eine Gleichspannung (Eh E 2) der beiden Sekundärwicklungen
kontinuierlich erfaßt oder abgegriffen wird, kontinuierlich eine Größe der Differenz (E3) zwischen
den so erfaßten Gleichspannungen (Ei und £"2) berechnet wird,
kontinuierlich eine Fehlerspannung (e4) entsprechend
der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Sekundärwicklungen auf der Grundlage der Größe
der Differenz (E3) zwischen den Gleichspannungen (Ei, E2) sowie der Ausgangsspannung (eaus) des
Mitkopplungs-Verstärkers berechnet wird,
kontinuierlich eine Größe der Differenz (er) zwisehen der berechneten cehlerspannung (e*) entsprechend der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Sekundärwicklungen einerseits und der Größe der Differenz (ej) zwischen den Wechselspannungen (e\, S2) der beiden Sekundärwicklungen andererseits be- so rechnet wird und
kontinuierlich eine Größe der Differenz (er) zwisehen der berechneten cehlerspannung (e*) entsprechend der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Sekundärwicklungen einerseits und der Größe der Differenz (ej) zwischen den Wechselspannungen (e\, S2) der beiden Sekundärwicklungen andererseits be- so rechnet wird und
die berechnet Größe der Differenz (ey) zum Mitkopplungs-Verstärker
rückgekoppelt wird, um dessen Ausgangsspannung (ejm). in welcher der Einfluß
der Tcniperaiurdifferenz zwischen den beiden Se- ^
kundärwicklungen beseitigt worden isi, kontinuierlich zu bestimmen und damit kontinuierlich und genau
den Abstand (/^zwischen der Sonden-Spitze und
dem Meßobjekt unier Heranziehung der so bestimmten Ausgangsspannung (elm) des Mitkopplungs-Verstärkers
zu messen.
2. Vorrichtung zur kontinuierlichen Abstandsmessung mittels eines Wirbelstroms, umfassend eine
Sonde mit einer Spule, einer koaxial auf dieser ihrem Mittelbereich angeordneten Primärwicklung und
zwei in gleichen Abständen von letzterer koaxial auf den beiden Endabschnitten der Spule angeordneten
Sekundärwicklungen, wobei die Sonde im wesentlichen senkrecht oder lotrecht zu einem eine hohe
Temperatur besitzenden, leitenden Meßobjekt in einem Abstand davon angeordnet ist, einen Mitkopplungs-Verstärker
zum Erregen der Primärwicklung mittels seiner Ausgangsspannung (e3Us), wobei je eine
Wechselspannung (e, bzw. ej in den beiden Sekundärwicklungen
mittels eines Wechselspannung-Magnetfelds der erregten Primärwicklung induziert,
im Meßobjekt ein Wirbelstrom mittels des Wechselspannung-Magnetfelds der Primärwicklung erzeugt
und durch den Wirbeistrom ein weiteres Wechseispannung-Magnetfeld in der demjenigen der Primärwicklung
entgegengesetzten Richtung erzeugt werden, eine Wechselstromquelle zum Anlegen einer
Wechselspannung vorgeschriebener oder vorbestimmter Frequenz und Amplitude an den Mitkopplungs-Verstärker
und eine Einrichtung zum kontinuierlichen Erfassen oder Abgreifen einer Größe der Differenz Ce3), verursacht durch das durch den
Wirbeistrom erzeugte Wechselspannung-Magnetfeld, zwischen den Wechselspannungen (ei, e2) der
beiden Sekundärwicklungen, wobei die erfaßte Größe der Differenz (ej), die in Abhängigkeit von einer
Änderung des Abstands (J) zwischen der Sonden-Spitze und dem Meßobjekt variiert, kontinuierlich
zum Mitkopplungs-Verstärker rückgekoppelt wird,
um damit den Abstand ß/zwischen der Sonden-Spitze
und dem Meßobjekt, entsprechend der Ausgangsspannung (eam) des Mitkoyplungs-Verstärkers,
durch kontinuierliche Bestimmung der Ausgangsspannung (eaUs) des Mitkopplungs-Verstärkers kontinuierlich
zu messen, gekennzeichnet durch eine Gleichstromquelle (11), um über je einen Gleichstrom-
oder Gleichspannungs-Widerstand (10, 10') jeweils gleicher Größe je eine gleich große Gleichspannung
den beiden Sekundärwicklungen (6, 6') aufzuprägen, wobei in letzteren durch die Gleichspannung
von der Gleichstromquelle (11) je eine Gleichspannung (Ei bzw. E 2) erzeugt wird,
durch einen Differentialverstärker (12) zum kontinuierlichen Berechnen einer Größe der Differenz (ei + Ej) zwischen einer zusammengesetzten Spannung (ei + £1) aus der Wechselspannung (e{) und der Gleichspannung (Ei) der einen Sekundärwicklung (6) einerseits und einer zusammengesetzten Spannung (e2 + E 2) aus der Wechselspannung (ei) und der Gleichspannung (E 2) der anderen Sekundärwicklung (6') andererseits,
durch einen Differentialverstärker (12) zum kontinuierlichen Berechnen einer Größe der Differenz (ei + Ej) zwischen einer zusammengesetzten Spannung (ei + £1) aus der Wechselspannung (e{) und der Gleichspannung (Ei) der einen Sekundärwicklung (6) einerseits und einer zusammengesetzten Spannung (e2 + E 2) aus der Wechselspannung (ei) und der Gleichspannung (E 2) der anderen Sekundärwicklung (6') andererseits,
durch ein Tiefpaßfilter (13) zum Durchlassen nur einer Größe der Differenz (£3) zwischen den Gleichspannungen
(Ei und E2) aus der Größe der Differenz
(ej + £3) zwischen den zusammengesetzten Spannungen (e\ + Ei und e2 + £2), durch einen
Gleichspannungs-Verstärker (14) zu*m Verstärken der durch das Tiefpaßfilter (13) durchgelassenen
Größe der Differenz (£3) zwischen den Gleichspannungen (E i und £2), durch e;ne weitere Einrichtung
(15) zum kontinuierlichen Berechnen einer Fehler-
spannung fa) entsprechend der Temperaturdifferenz
zwischen den beiden Sekundärwicklungen (6, 6') auf der Grundlage der so verstärkten Größe der
Differenz (E3') der Größe der Differenz (E 3) zwischen
den Gleichspannungen (E 1 und E 2) sowie der ■>
Ausgangsspannung (eam)des Mitkopplung«-Verstärkers
(2), durch noch eine weitere Einrichtung (9) zum Durchlassen nur der Größe der Differenz (ei) zwischen
den 'Vechselspannungen (e\ und ei) der beiden Sekundärwicklungen (6, 6') aus der durch den
Differentialverstärker (12) berechneten Größe der Differenz (ei + £3) und
durch eine Subtrahiereinheit (16) zum kontinuierlichen
Berechnen einer Größe der Differenz (ei-) zwischen
der berechneten Fehlerspannung ^e4) entsprechend
der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Sekundärwicklungen (6,6') einerseits und der durch
die weitere Einrichtung (9) durchgelassenen Größe der Differenz (ei) zwischen den Wechselspannungen
(e\ und ei) der beiden Sekundärwicklungen (6, 6') andererseits, wobei die durch die Subtrahiereinheit
(16) berechnete Größe der Differenz (ey) zum Mitkopplungs-Verstärker
(2) rückkoppelbar ist, um dessen Ausgangsspannung (eaus). in welcher der Einfluß
der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Sekundärwicklungen (6,6') beseitigt worden ist, kontinuierlich
zu bestimmen und damit den Abstand (I) zwischen der Spitze der Sonde (3) und dem Meßobjekt
(8) unter Heranziehung der bestimmten Ausgangsspannungen (e,us) des Mitkopplungs-Verstärkers
(2) kontinuierlich und genau zu messen.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58037259A JPS59166801A (ja) | 1983-03-09 | 1983-03-09 | 渦電流を利用した差動帰還型距離測定装置 |
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| DE3408318A1 DE3408318A1 (de) | 1984-09-20 |
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ID=12492655
Family Applications (1)
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| DE3408318A Expired DE3408318C2 (de) | 1983-03-09 | 1984-03-07 | Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Abstandsmessung mittels Wirbelstroms |
Country Status (5)
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|---|---|
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| DE (1) | DE3408318C2 (de) |
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| DE3408318A1 (de) | 1984-09-20 |
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