DE2705624A1

DE2705624A1 - MEASURING DEVICE

Info

Publication number: DE2705624A1
Application number: DE19772705624
Authority: DE
Inventors: Ian Mcfarland; Ian Carrington Sellars
Original assignee: Elcometer Instruments Ltd
Current assignee: Elcometer Instruments Ltd
Priority date: 1976-02-10
Filing date: 1977-02-10
Publication date: 1977-08-11
Also published as: GB1578441A

Description

DIPL.-ING. H. FINK PATENTANWALT · D 7300 ESSLINGEN NEAR STUTTGART · HINDENBURGSTRASSE Pol «ntonwolt Fl NK ■ D 7300 E» linfl «n [NxIiOf). Hind «nburgitro8« 4 4

10. Februar 1977 P 6393February 10, 1977 P 6393

ELCOMETER INSTRUMENTS UMITED, Droylsden, Manchester, Great Britain

MeßgerätMeasuring device

Die Erfindung betrifft ein Meßgerät gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. The invention relates to a measuring device according to the preamble of the main claim.

In a known measuring device, a probe or a measuring sensor is used

auf diejenige Schicht aufgesetzt, deren Dicke zu messen ist. Ein von dem Meßfühler zu einem exakten Meßinstrument zurückgeführtes Signal bewirkt die Anzeige der Schichtdicke und das Signal wird in diesemplaced on the layer whose thickness is to be measured. A signal fed back from the probe to an accurate measuring instrument causes the layer thickness to be displayed and the signal is in this

Instrument into a signal corresponding to the thickness measurement

umgewandelt, das auf dem Meßgerät dargestellt wird. Geräte dieserconverted, which is displayed on the measuring device. Devices of this

Art are often used repeatedly, for example when the Thickness of a colored area on the side of a ship or the like. Should be checked. To check this area carefully,

sind einige Tausend von Ablesungen bzw. Meßvorgängen erforderlich.several thousand readings or measuring processes are required.

If the probe is removed after each measurement, returns to

den bekannten Geräten die Nadel des Meßgeräts in eine Unendlich-Positionthe known devices, the needle of the measuring device in an infinite position

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zurUclc, während bei Wiederherstellung eines Kontaktes gegenüber de« Meßfühler an einer anderen Stelle sich die Nadel wieder bewegt, um eine neue Messung bzw. Aufzeichnung zu liefern. Die Nadel liefert nicht sofort eine Anzeige, d.h. beruhigt sich nicht sofort, sondern schwingt vielmehr über eine gewisse Zeitspanne um die neue Anzeigeposition· Diese konstante Bewegung der Meßnadel kann die die Messung ausführende Person unabhängig von dem Nachteil belasten, daß diese Person warten nuß, bis die Nadel bei jeder Ablesung bzw. Messung ausgeschwungen, d.h. eingependelt ist·zurUclc, while when contact is re-established with respect to the measuring sensor at another point, the needle moves again in order to deliver a new measurement or recording. The needle does not immediately provide a display, i.e. does not calm down immediately, but rather swings around the new display position over a certain period of time.This constant movement of the measuring needle can burden the person performing the measurement regardless of the disadvantage that this person has to wait until the needle swings out with every reading or measurement, i.e. has leveled off

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßgerät, insbesondere zur Dickenmessung, zu schaffen, bei dem die vorstehend angegebenen Nachteile und Schwierigkeiten vermieden werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich au» den Unteransprüchen·The invention is based on the object of providing a measuring device, in particular for measuring thickness, in which the above-mentioned disadvantages and difficulties are avoided. According to the invention, this object is achieved by the characterizing part of claim 1. Further embodiments of the invention will become co »the dependent claims ·

Die Erfindung schafft somit ein Meßgerät, welches eine Einrichtung zur Anzeige der Messung enthält, sowie eine Einrichtung zum Beibehalten der Anzeige des gemessenen Wertes Über eine Zeit,bis eine weitere Messung ausführbar wird.The invention thus creates a measuring device which has a device for displaying the measurement contains, as well as a device for maintaining the display of the measured value over a period of time until a further measurement becomes possible.

Bei der Erfindung kann somit ein Kondensator und/oder ein Schalter zur Beibehaltung der Anzeige vorgesehen sein; der Schalter ist mit einem Zeitgeber verbunden und wird vorzugsweise durch einen Schmitt-Trigger dargestellt. Der Zeitgeber oder Taktgeber enthält vorzugsweise eine erste monostabile Schaltung und eine zweite monostabile Schaltung, wobei der Ausgang der zweiten monostabilen Schaltung so angeordnet ist, daß er den Abruf- oder Tastschalter steuert, der zwischen den Signalausgang des Gerätes und den Kondensator geschaltet ist. Die Einrichtung zur Anzeige enthält einen Zeiger und/oder eine digitaleIn the invention, a capacitor and / or a switch can thus be provided to maintain the display; the switch is with connected to a timer and is preferably represented by a Schmitt trigger. The timer or clock preferably includes a first one-shot circuit and a second one-shot circuit, the output of the second one-shot circuit so arranged is that it controls the call-up or push-button switch, which is connected between the signal output of the device and the capacitor. the Device for display contains a pointer and / or a digital one

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Ausgabe- bzw. Ableseeinheit. Der Kondensator ist über einen als Puffer wirkenden Verstärker mit der Einrichtung zur Anzeige verbunden. Dos erfindungsgenäße Gerät dient vorzugsweise zur Dickennessung und weist einen Meßfühler auf, der Spulen bzw. Wicklungen zur Erregung und Erfassung enthält.Output or reading unit. The capacitor is connected to the display device via an amplifier acting as a buffer. Dos device according to the invention is preferably used for calculating the thickness and has a probe containing coils for excitation and detection.

In folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsfore der Erfindung anhand von Zeichnungen zur Erläuterung weiterer Medcnale näher beschrieben. Es zeigen:The following is a preferred embodiment of the invention described in more detail with reference to drawings to explain further medcnale. Show it:

Fig. 1 is a block diagram of a thickness measuring device,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Halte- bzw. Speichereinrichtung zur Verwendung bei den Heßgerät nach Fig. 1, undFIG. 2 shows a block diagram of a holding or storage device for use in the heating device according to FIG. 1, and FIG

Fig. 3 signals at different parts of the circuit of Fig.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß das Meßgerät eine Sonde bzw. einen Meßfühler 1 aufweist, der eine Erregerwicklung 2 und eine Erfassungsoder Meßwicklung 3 enthält. Die Erregerwicklung 2 ist an einen Oszillator 4 angeschlossen, der einen Rückkopplungskreis 5 aufweist, un eine Regelung der Amplitude und Stabilität des Oszillators zu ermöglichen. Die Meßwicklung 3 ist an einen Wechselstronverstärker angeschlossen, dessen Ausgang nit einen Detektor 7 verbunden ist. Der Ausgang des Detektors 7 ist an den Eingang eines Meßverstärkers angeschlossen, dessen Ausgang nit der Meßeinrichtung 9, d.h. dem Anzeigeteil selbst verbunden ist. Eine Eicheinrichtung 10, vorzugsweise in For« eines regelbaren Widerstandes, ist parallel zum Meßverstärker angeordnet und eine Null-Einstelleinrichtung 11 ist mit den Eingang des Meßverstärkers 8 verbunden. Die Einrichtung 11 zur Nulleinstellung ist vorzugsweise ebenfalls als regelbarer Widerstand ausgebildet. Die beschriebene Anordnung wird von einer stabilisiertenFrom Fig. 1 it can be seen that the measuring device is a probe or a Has measuring sensor 1 which contains an excitation winding 2 and a detection or measuring winding 3. The excitation winding 2 is on one Connected oscillator 4, which has a feedback circuit 5, un a regulation of the amplitude and stability of the oscillator to enable. The measuring winding 3 is connected to an alternating current amplifier connected, the output of which is connected to a detector 7. The output of the detector 7 is connected to the input of a measuring amplifier connected, the output of which is connected to the measuring device 9, i.e. the display part itself. A calibration device 10, preferably in For «of an adjustable resistor, is parallel to the measuring amplifier and a zero setting device 11 is connected to the input of the measuring amplifier 8. The device 11 for setting zero is preferably also designed as an adjustable resistor. The arrangement described is of a stabilized

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Batterie als Speisequelle gespeist, die allgemein mit 12 bezeichnet ist.Battery fed as a supply source, generally designated by 12 is.

Das in Fig. 1 gezeigte Meßgerät ist in Fig. 2 allgemein mit 20 bezeichnet. Der Meßfühler 1 ist in Fig. 2 separat dargestellt. Der Ausgang des Meßgeräts 20 ist an einen Schalter 21 angeschlossen, der vorteilhafterweise durch einen Schmitt-Trigger gebildet ist. Der Ausgang des Schmitt-Triggers 21 ist an einen Zeit- oder Taktgeber in Form einer monostabilen, verzögernden Schaltung 22 angeschlossen, während der Ausgang dieser monostabilen Schaltung 22 mit dem Eingang einer weiteren monostabilen Schaltung 23 verbunden ist. Der Ausgang des Meßgeräts 22 ist Über einen Schalter 24 zur Abtastung bzw. Messung, eine Halte-Verstärker-Schaltung 25 und einen Zweistellungsschalter 26 mit dem tatsächlichen Meßmechanismus bzw. Anzeigemechanismus 9 verbunden. Ein Speicherkondensator 27 liegt zwischen dem Eingang der Schaltung 25 und Masse. Der Schalter 24 wird durch die monostabile Schaltung 23 gesteuert, an deren Ausgang der Schalter 24 angeschlossen ist.The measuring device shown in FIG. 1 is designated generally by 20 in FIG. The sensor 1 is shown separately in FIG. The output of the measuring device 20 is connected to a switch 21, which is advantageously triggered by a Schmitt trigger is formed. The output of the Schmitt trigger 21 is to a timer or clock in the form of a monostable, delaying Circuit 22 connected, while the output of this monostable circuit 22 with the input of another monostable Circuit 23 is connected. The output of the measuring device 22 is a hold amplifier circuit via a switch 24 for sampling or measurement 25 and a two-position switch 26 connected to the actual measuring mechanism or display mechanism 9. A storage capacitor 27 is located between the input of circuit 25 and ground. The switch 24 is through the monostable circuit 23 controlled, at the output of which the switch 24 is connected.

Die Arbeitsweise der beschriebenen Anordnung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Messung der Dicke eines nichtmagnetischen Überzugs bzw. einer nichtmagnetischen Schicht 30 auf einen Eisensubstrat bzw. einer Eisengrundlage 31 näher erläutert.The mode of operation of the arrangement described is described below under Referring to the measurement of the thickness of a non-magnetic coating or layer 30 on an iron substrate or an iron base 31 explained in more detail.

Zuerst wird der Meßfühler 1 auf das unbeschichtete Eisensubstrat aufgesetzt, um die Null-Meßstellung des Meßgerätes einzustellen. Das Wechselstromsignal der Erregerwicklung 2 induziert aufgrund der elektromagnetischen Kopplung ein Signal in der Meßwicklung 3. Die Größe des induzierten Signals hängt von der Reluktanz im Weg zwischen den beiden Wicklungen ab. Das induzierte Signal wird inFirst, the probe 1 is placed on the uncoated iron substrate put on in order to set the zero measuring position of the measuring device. The alternating current signal of the excitation winding 2 induced due to the electromagnetic coupling a signal in the measuring winding 3. The size of the induced signal depends on the reluctance in the way between the two windings. The induced signal is in

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-γ-γ

Verstärker 6 verstärkt und in dem Detektor 7 in eine Gleichspannung umgewandelt. Diese Gleichspannung wird dann an den Eingang des Meßverstärkers 8 geführt und die Steuerung zur Null-Einstellung wird so eingestellt, daß die Meßeinrichtung 9 eine Null-Ablesung vermittelt.Amplifier 6 amplified and in the detector 7 in a DC voltage converted. This DC voltage is then fed to the input of the measuring amplifier 8 and the control for Zero setting is set so that the measuring device 9 gives a zero reading.

Wenn der Meßfühler nunmehr auf ein beschichtetes Substrat aufgesetzt wird, wird die Reluktanz im Magnetkreis zwischen der Erreger- und Detektorwicklung aufgrund der zwischenliegenden Schicht 30 aus nichtmagnetischem Material erhöht. Das in der Detektorwicklung 3 induzierte Signal wird demzufolge verringert und die Gleichspannung am Ausgang des Detektors 7 wird reduziert; auf diese Weise wird am Eingang des Meßverstärkers 8 ein Fehlersignal erzeugt. Infolgedessen erhöht sich der Ausgang des Meßverstürkers 8, um einen Ausschlag der Meßeinrichtung 9 hervorzurufen, welcher der Dicke der Schicht entspricht. Die Eicheinrichtung 10 kann dazu verwendet werden, kleine Änderungen in der Verstärkung des Systems zu kompensieren. Sie kann auch dazu verwendet werden, eine Eichung des Meßgerätes gegenüber einer Normal- oder Standard-Dicke zu bewirken.When the probe is now placed on a coated substrate is, the reluctance in the magnetic circuit between the excitation and detector windings due to the intermediate Layer 30 of non-magnetic material increased. The signal induced in the detector winding 3 is consequently reduced and the DC voltage at the output of the detector 7 is reduced; in this way, at the input of the measuring amplifier 8 generates an error signal. As a result, the output of the amplifier 8 increases to a deflection of the Cause measuring device 9, which corresponds to the thickness of the layer. The calibration device 10 can be used to to compensate for small changes in the gain of the system. It can also be used to calibrate the measuring device to effect compared to a normal or standard thickness.

Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf die normale Arbeitsweise des erfindungsgeinäßen Meßgerätes, d.h. auf einen Betrieb ohne Möglichkeit einer Speicherung bzw. Beibehaltung des Meßwertes. Um die Speicher- oder Halte-Betriebsart zu bewirken, wird der Schalter 26 aus seiner normalen Schaltstellung in die "Halte"-Stellung umgeschaltet. Der Ausgang des Meßverstärkers 8 wird dann einem Schmitt-Trigger 21 zugeführt, der hinsichtlich seines Ausgangspegels eine Änderung erzeugt, wenn der Signalausgang des Meßverstärkers 8 einen variablen, vorwählbaren Bezugswert überschreitet, der schematisch durch das Bezugszeichen 29 dargestellt ist.The above description relates to normal operation of the measuring device according to the invention, i.e. to an operation without the possibility of storing or maintaining the measured value. To effect the storage or hold mode, the switch 26 is from its normal switch position to the "Hold" position switched. The output of the measuring amplifier 8 is then fed to a Schmitt trigger 21, which with regard to its output level produces a change when the signal output of the measuring amplifier 8 has a variable, preselectable reference value which is shown schematically by the reference numeral 29.

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Diese Anordnung ist derart getroffen, daß die genannte Änderung bezüglich des Ausgangspegels dann auftritt, wenn ein Signalpegel vorliegt, fUr welchen die Anzeigeeinrichtung 120 % des vollen Ausschlages anzeigen wUrde. Die plötzliche Änderung des Signalpegels am Ausgang des Schmitt-Triggers 21 leitet einen Taktzyklus der verzögernden monostabilen Schaltung 22 ein, wodurch eine Verzögerung von 300 msec hervorgerufen wird. Der Zweck dieser Zeitverzögerung besteht darin, daß der die Schichtdicke repräsentierende Signalpegel seinen endgültigen Wert erreichen kann, nachdem der Meßfühler auf die Oberfläche der Schicht 30 aufgesetzt ist. Am Ende des Taktzyklus kehrt die monostabile Schaltung 22 wieder in ihren stabilen Zustand zurück und liefert an ihrem Ausgang ein Signal, welches einen weiteren Taktzyklus einleitet, wobei diese Taktzyklen bzw. Zeitintervalle von der monostabilen "Abfrage"- bzw. Tast-Schaltung 23 gesteuert ist. Die monostabile Schaltung liefert an ihrem Ausgang einen Impuls konstanter Breite, dessen Breite etwa 50 msec ist und der dazu benützt wird, den normalerweise offenen Schalter 24 zum Abfragen über diese Zeitperiode zu schließen.This arrangement is made in such a way that the mentioned change in relation to the output level occurs when a signal level is present for which the display device would display 120 % of the full deflection. The sudden change in the signal level at the output of the Schmitt trigger 21 initiates a clock cycle of the delaying monostable circuit 22, which causes a delay of 300 msec. The purpose of this time delay is so that the signal level representing the layer thickness can reach its final value after the sensor has been placed on the surface of the layer 30. At the end of the clock cycle, the monostable circuit 22 returns to its stable state and delivers a signal at its output which initiates a further clock cycle, these clock cycles or time intervals being controlled by the monostable "interrogation" circuit 23 . The monostable circuit supplies at its output a pulse of constant width, the width of which is approximately 50 msec and which is used to close the normally open switch 24 for interrogation over this period of time.

Wenn der Abfrage-Schalter 24 geschlossen ist, wird der Speisekondensator 27 auf den Viert geladen, der am Ausgang des Meßverstärkers erhalten wird und welcher der Dicke der zu messenden Schicht entspricht. Am Ende des konstante Impulsbreite aufweisenden Impulses, der von der Schaltung 23 erzeugt wird, wird der Schalter wieder geöffnet. Der Speicherkondensator 24 behält seine Ladung bei und die Kondensatorspannung wird über den als Pufferstufe wirkenden Halte-Verstärker in der Meßeinrichtung angezeigt. Wenn der Meßfühler 1 von dem Schichtmaterial entfernt wird, verbleibt die Anzeige des Meßgerätes auf diesem Wert, bis eine unterschiedliche Dicke gemessen wird, wenn der gesamte Meßvorgang wiederholt wird, so daßWhen the query switch 24 is closed, the feed capacitor 27 loaded on the fourth obtained at the output of the measuring amplifier and that of the thickness of the one to be measured Layer corresponds. At the end of the constant pulse width pulse generated by circuit 23, the switch opened again. The storage capacitor 24 retains its charge and the capacitor voltage is used as a buffer stage acting hold amplifier displayed in the measuring device. When the sensor 1 is removed from the sheet material, the remains The meter will display this value until a different thickness is measured when the entire measuring process is repeated so that

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das Meßgerät eine neue Dickenanzeige liefert.the measuring device delivers a new thickness display.

Die Signale an verschiedenen Teilen der Schaltung sind in Fig. 3 für zwei Dickenmessungen bzw. Dicken-Meßwerte dargestellt.The signals at different parts of the circuit are shown in FIG. 3 for two thickness measurements or thickness measurements.

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Claims

DIPL.-ING. H. FINK PATENTANWALT · O 7300 ESSLINGEN NEAR STUTTGART · HINDENBURGSTRASSE

Pofrntonwolt FIN K - D 7300 Enlinflti (Nwfcor). Hlndenburpitroß «44

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ELCOMETER INSTRUMENTS LIMITED, Droylsden, Manchester, United Kingdom

Claims

1. ) Measuring device, especially for thickness measurement, consisting of a sensor and a display unit,
characterized in that a device (21 to 27) for storing the measured value is provided which is effective until a further measurement can be carried out.

2. Measuring device according to claim 1, characterized in that the device for storing the measured value has a capacitor (27) having.

3. Measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that the device for storing the measured value has a switch (21) having.

4. Measuring device according to claim 3, characterized in that

the switch (21) is connected to a timer device (22, 23).

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ORIGINAL INSPECTED

5. Measuring device according to claim 3 or 4, characterized in that the switch (21) is a Schmitt trigger.

6. Measuring device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the timing device includes a first monostable circuit (22).

7. Measuring device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the timer device has a second has monostable circuit (23).

8. Measuring device according to at least one of the preceding claims, characterized in that a query switch (24) is provided between the signal output of the measuring device (20) and the Capacitor (27) is and that the second monostable circuit (23) controls the query switch (24).

9. Measuring device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the display device (9) has a pointer,

10. Measuring device according to one of claims 1 to 8, characterized in that that the display device has a digital reading unit.

11. Measuring device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the capacitor (27) is connected to the display device (9) via a buffer amplifier (25).

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12. Measuring device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the sensor (i) exciter and Contains detector windings (2,3).

13. Measuring device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the excitation winding (2) is connected to an oscillator circuit (4) and that the detector winding (3) is connected to a signal detector device which forms part of the measuring device.

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