DE2324735A1 - PROCEDURE AND ARRANGEMENT FOR THE SIMULTANEOUS MEASUREMENT OF AT LEAST TWO DIMENSIONS OF A TEST PIECE USING A HIGH FREQUENCY GENERATOR - Google Patents

Description

PATENTANWALT
DR. HANS ULRICH ivlAY 2324735 PATENT ADVOCATE
DR. HANS ULRICH ivlAY 2324735

D β MÖNCHEN 2, OTTOSTRASSE la'D β MÖNCHEN 2, OTTOSTRASSE la ' TELEGRAMME: MAYPATENT MÖNCHENTELEGRAMS: MAYPATENT MONKS TELEFON COSH} OO3682TELEPHONE COSH} OO3682

CP 453/1174 München, 16. Mai 1973CP 453/1174 Munich, May 16, 1973

Dr.M./seDr.M./se

B 4539.3B 4539.3

Commissariat ä I¹Energie Atomique in Paris, PrankreichCommissariat ä I ¹ Energie Atomique in Paris, France

Verfahren und Anordnung zum gleichzeitigen Messen mindestens zweier Dimensionen eines Prüfstücks mittels eines Höchstfrequenz-Method and arrangement for the simultaneous measurement of at least two dimensions of a test piece by means of a high frequency

generators.generator.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum gleichzeitigen Messen mindestens zweier Dimensionen eines Prüfstücks mittels einer einen Höchstfrequenzgenerator benutzenden Meßanordnung sowie eine solche Meßanordnung.The invention relates to a method for simultaneous measurement at least two dimensions of a test piece by means of a measuring arrangement using a high frequency generator and one such Measuring arrangement.

In der DT-PS 1 284 643 ist eine Anordnung zur Messung von Volumenveränderungen bzw. Verschiebungen eines im Core eines Kernreaktors oder in der Nähe einer radioaktiven Quelle angeordneten Prüfstücks mittels eines Höchstfrequenzgenerators beschrieben. Dabei wird die Messung der Veränderung der Resonanzfrequenz eines von einem außerhalb des Kernreaktors angeordneten Höchstfrequenzgenerator gespeisten Meßresonanzhohlraums infolge dessen VoIumenveränderung benutzt, um die die Volumenveränderung hervorrufende Verschiebung zu bestimmen. Gemäß einer in dieser Patentschrift beschriebenen Abwandlung der Vorrichtung ist eine automatische Frequenzsteuerung vorgesehen, um die Frequenz der vom Höchstfrequenzgenerator ge-In DT-PS 1 284 643 there is an arrangement for measuring volume changes or displacement of a test piece arranged in the core of a nuclear reactor or in the vicinity of a radioactive source described by means of a maximum frequency generator. The measurement of the change in the resonance frequency is done from outside of the nuclear reactor arranged high frequency generator fed measuring resonance cavity is used as a result of its change in volume, to determine the displacement causing the change in volume. According to a modification described in this patent specification the device is provided with an automatic frequency control to adjust the frequency of the high frequency generator

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lieferten Welle automatisch, auf die Resonanzfrequenz des Meßhohlraums abzustimmen. -delivered wave automatically to the resonance frequency of the measuring cavity to vote. -

Die vorliegende Erfindung benutzt ebenfalls die Volumenveränderung eines Meßresonanzhohlraums und die daraus folgende Veränderung seiner Resonanzfrequenzen. Diese Methode zeichnet sich durch eine sehr hohe Genauigkeit aus, da man die Resonanzfrequenzen eines Höchstfrequenzmeßhohlraums sehr genau messen kann. Außerdem eignet sich eine solche Meßanordnung besonders zur Verwendung in einem Kernreaktor oder in der Nähe einer radioaktiven Quelle, wo die Verwendung der bekannten Vorrichtungen zur Messung von Längen— bzw. Volumen— änderungen oder -verschiebungen nur schwer zu benutzen sind.The present invention also makes use of the change in volume of a measuring resonance cavity and the consequent change in its Resonance frequencies. This method is characterized by a very high level of accuracy, since one uses the resonance frequencies of a high-frequency measuring cavity can measure very precisely. In addition, such a measuring arrangement is particularly suitable for use in a nuclear reactor or in the vicinity of a radioactive source, where the use of the known devices for measuring length or volume changes or postponements are difficult to use.

Die Lösung der gestellten Aufgabe, nämlich die gleichzeitige Messung mindestens zweier Dimensionen eines Prüfstücks, erfolgt erfindungsgemäß nach einem Verfahren, das eine Meßanordnung mit Höchstfrequenz« generator gemäß DT-PS 12 84 643 benutzt und dadurch gekennzeichnet ist, daß ein vom Prüfstück ausgehender Meßresonanzhohlraum geschaffen wird, so viele Frequenzen von Resonanz moden gemessen werden, wie Dimensionen zu bestimmen sind, daraus ein Gleichungssystem abgeleitet wird, dessen Unbekannte die Dimensionen sind,, und durch 'Auflösen dieses Gleichungssystems die Werte der gesuchten Dimensionen, gewonnen werden.The solution to the task at hand, namely the simultaneous measurement at least two dimensions of a test piece, is carried out according to the invention according to a method that uses a measuring arrangement with maximum frequency « generator according to DT-PS 12 84 643 used and characterized is that a measuring resonance cavity emanating from the test piece is created will, as many frequencies of resonance modes are measured, how dimensions are to be determined, from which a system of equations is derived, the unknowns of which are the dimensions, and through '' Solve this system of equations for the values of the dimensions sought, be won.

Dieses Verfahren gestattet auch die Messung der Dimensionsveränderungen eines Prüfstücks, das einer Anregung, besonders Erwärmung, unterworfen ist. In diesem Pail ermöglicht das Verfahren die Bestimmung der V/ärmeausdehnungskoeffizxenten eines Prüfstücks. This method also allows dimensional changes to be measured a test piece that is subject to excitation, particularly heating. In this Pail, the method enables the V / thermal expansion coefficient of a test piece to be determined.

Erfindungsgemäß wird ferner eine Meßan-Ordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geschaffen, die gekennzeichnet ist durch einen aus einem Eichmaterial hergestellten Höchstfrequenz-According to the invention, a measuring arrangement is also used for implementation of the method according to the invention created, which is characterized by a high frequency produced from a calibration material

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meßresonanzhohlraum mit beweglichem Boden (Abstimmkolben), eine Vorrichtung, welche das zu messende Prüfstück an einem seiner Enden fest mit dem beweglichen Boden und am anderen seiner Enden fest mit anderen Wänden des Resonanzhohlraums verbindet, und Vorrichtungen zum Messen der Resonanzfrequenzen des Meßhohlraums.meßresonanzhohlraum with movable bottom (tuning piston), a device that the test piece to be measured on one of its Ends fixed to the movable floor and at the other of its ends fixed to other walls of the resonance cavity, and devices for measuring the resonance frequencies of the measuring cavity.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform weist die Meßanordnung einen zylindrischen Resonanzhohlraum auf, wobei das Prüfstück parallel zur Achse dieses Hohlraumes angeordnet ist, wodurch der Ausdehnungskoeffizient des Prüfstücks in einer Richtung gemessen werden kann.According to a particular embodiment, the measuring arrangement has a cylindrical resonance cavity, wherein the test piece is arranged parallel to the axis of this cavity, whereby the expansion coefficient of the test piece can be measured in one direction.

Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung werden erläutert durch die folgende Beschreibung einer nur als Beispiel angegebenen Ausführungsform des Verfahrens und der zu seiner Durchführung dienenden Meßanordnung, von der in der beigefügten Zeichnung ein Teil mit einem rotations- zylindrischen Resonam;hohlraum gezeigt ist.Further advantages and properties of the invention are explained by the following description of a given by way of example only Embodiment of the method and of the measuring arrangement used to carry it out, part of which is shown in the accompanying drawing shown with a rotationally cylindrical resonance cavity is.

Wie in der DT-PS 1 284 643 beschrieben, ist die Messung der Resonanzfrequenz eines von einem Höchstfrequenzgenerator gespeisten Meßresonanzhohlraums ein zur Messung von Volumenveränderungen bzw. Verschiebungen eines Prüfstücks besonders geeignetes Mittel. Bekanntlich hängen die Frequenzen der verschiedenen möglichen Resonanzmoden eines Resonanzhohlraums von dessen Dimensionen ab. Genauer gesagt, wenn man einen Resonanzhohlraum betrachtet, der die Form eines rechtwinkligen Prismas mit den Seiten a, b und c hat, hängen die Resonanzfrequenzen F_n von den Dimensionen a, b, c und den drei Indizes l,m,n gemäß der folgenden klassischen Formel ab:As described in DT-PS 1 284 643, the measurement of the resonance frequency of a measuring resonance cavity fed by a maximum frequency generator is a particularly suitable means for measuring volume changes or displacements of a test piece. It is known that the frequencies of the various possible resonance modes of a resonance cavity depend on its dimensions. More specifically, considering a resonance cavity having the shape of a right-angled prism with sides a, b and c, the resonance frequencies F _n depend on the dimensions a, b, c and the three indices l, m, n according to the following classic formula from:

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l,m,n ⁼ l, m, n ⁼

hsr)hsr)

m 2 )m 2)

η 2η 2

1/21/2

worin l,m und η ganze Zahlen und ν die Geschwindigkeit der elektromagnetischen Wellen sind.where l, m and η are integers and ν is the speed of the electromagnetic Waves are.

Wenn man dagegen einen dreWzylindrischen Hohlraum betrachtet, ergeben sich die Resonanzfrequenzen aus der folgenden Formel:On the other hand, if you look at a three-cylindrical cavity, you get the resonance frequencies are derived from the following formula:

l,m,nL M n

m,nm, n

TTdTTd

2h2h

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worin 1 eine von Null verschiedene ganze Zahl ist, welche die Zahl der Halbwellenlängen gemäß der Höhe h des Hohlraums bestimmt, d der Durchmesser des Zylinders und r die m-te Wurzel der Bessel-Funktion n-ter Ordnung oder von deren Ableitung, je nach dem Schwingungsrnod, sind,where 1 is a non-zero integer representing the number of the half-wavelengths is determined according to the height h of the cavity, d is the diameter of the cylinder and r is the mth root of the Bessel function n-th order or its derivative, depending on the oscillation mode,

Die angegebenen Formeln ermöglichen die Berechnung der Frequenzen der verschiedenen Resonanzarten eines Resonanzhohlraums, wenn man dessen Abmessungen kennt. Umgekehrt mißt man nun nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmte Resonanzfrequenzen F₁ , einesThe given formulas allow the calculation of the frequencies of the different types of resonance of a resonance cavity if one knows its dimensions. Conversely, one now measures certain resonance frequencies F ₁ , one according to the method according to the invention

JL f JiIy TIJL f JiIy TI

vom Prüfstück gebildeten Hohlraums und leitet daraus die, Abmessungen des Prüfstücks ab. Beispielsweise sei angenommen, daß die Höhe h und der Durchmesser d eines Prüfstücks gemessen werden sollen^ das aus einem drehzylindrischen Hohlraum besteht. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zwei Resonanzfrequenzen, nämlich F₁ und F₁ s entsprechend den beiden Werten X₁ und I₉ des Index 1 gemessen und daraus gemäß der Formel (2) zwei Gleichungen mitThe cavity formed by the test piece and derives the dimensions of the test piece from it. For example, it is assumed that the height h and the diameter d of a test piece are to be measured which consists of a rotary cylindrical cavity. According to the method according to the invention, two resonance frequencies, namely F ₁ and F ₁ s, corresponding to the two values X ₁ and I ₉ of index 1 are measured and two equations are measured therefrom according to formula (2)

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zwei unbekannten d und h abgeleitet, deren Auflösung zu den folgenden Ausdrücken für die Höhe h und den Durchmesser d führt:two unknown d and h are derived, their resolution to the following Expressing for the height h and the diameter d leads to:

h =h =

2 2
F-F2 2
FF

1 1
X X1 1
XX

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(3)(3)

d =d =

r ν m,nr ν m, n

I₂-I₁ I ₂ -I ₁

1/21/2

Nachdem man die Resonanzjnoden, deren Frequenzen gemessen wurden, identifiziert hat und somit die Werte von I₁,Ia und r _ kennt,After identifying the resonance nodes whose frequencies were measured and thus _{knowing the values of I 1} , Ia and r _,

ι«- m, ηι «- m, η

lassen sich daraus leicht die Werte von h und d ableiten. Offensichtlich kann man statt einer Veränderung des Index 1 diesen auch konstant halten und die Indizes m und η mittels r verändern, vas zu entsprechenden Formeln führen würde. Ferner führt bei Verwendung eines prismatischen Hohlraums das erfindungsgemäße Verfahren offensichtlich zur Lösung eines Systems mit drei Gleichungen mit drei Unbekannten a,b,c.the values of h and d can easily be derived from this. Obviously, instead of changing index 1, you can do this too keep constant and change the indices m and η using r, vas would lead to corresponding formulas. The method according to the invention also leads to the use of a prismatic cavity obviously for solving a system with three equations with three unknowns a, b, c.

Die Genauigkeit, mit der man die Frequenz der Resonanzmoden messen kann, hängt teilweise von der Überspannung dieser t\oden und damit den Verlusten in dem den Hohlraum bildenden Material und somit von der elektrischen Leitfähigkeit desselben ab. Wenn diese Leitfähigkeit gering ist, sind die Überspannungen gering, und erfindungsgejnäß wird für diesen Fall die Abscheidung einer dünnen Schicht von The accuracy with which the frequency of the resonance modes can be measured depends in part on the overvoltage of these modes and thus the losses in the material forming the cavity and thus on the electrical conductivity of the same. If this conductivity is low, the overvoltages are low, and the invention for this case is the deposition of a thin layer of

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bekannter Dicke aus einem elektrisch gut leitenden Material, besonders einem Metall, vorgesehen. Die Frequenzmessung wird dadurch genauer, und die Bestimmung der Abmessungen des Prüfstücks erfolgt unter Berücksichtigung der aufgebrachten Schicht *known thickness made of a material with good electrical conductivity, especially a metal. This makes the frequency measurement more accurate, and the dimensions of the test piece are determined taking into account the applied layer *

Wenn das Prüfstück einer Anregung, beispielsweise durch eine Bestrahlung oder Temperaturerhöhung, unterworfen ist, kann man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Abmessungen des Prüfstücks für zwei verschiedene Anregungsniveaus bestimmen und daraus die Reaktion des Prüfstücks auf die Anregung ableiten.If the test piece is subjected to an excitation, for example by irradiation or an increase in temperature, one can use the method according to the invention Procedure to determine the dimensions of the test piece for two different excitation levels and from this the reaction of the Derive test piece to the excitation.

Gemäß einer bevorzugten Abwandlung- handelt es sich bei dieser Anregung um eine thermische Anregung, und das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Bestimmung der Wärmeausdehnungskoeffizienten des Prüfstücks in seinen verschiedenen Abmessungen. Umgekehrt kann "man offensichtlich bei Verwendung eines Eichmaterials, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient oder -koeffizienten bekannt sind, durch Messung der durch Temperaturveränderung bewirkten Dimensionsveränderungen des Prüfstücks diese Temperaturveränderung bestimmen.According to a preferred modification, this excitation is a thermal excitation, and the method according to the invention enables the determination of the thermal expansion coefficients of the test piece in its various dimensions. Conversely, "you can obviously when using a calibration material, its coefficient of thermal expansion or coefficients are known by measuring the dimensional changes caused by temperature change of the test piece determine this temperature change.

Vor allem dieser Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient die erfindungsgemäße Meßanordnung (Dilatometer) ₉ deren Prinzip im folgenden mit Bezug auf einen drehzylindrischen Eesonanzhohlraum beschrieben ist₃ das -jedoch nur als Beispiel, wobei man sich von dieser Beschreibung- ausgehend leicht ein Dilatometer- vorstellen kann, das z.B. einen zylindrischen Resonanzhohira'üii mit beliebiger Basis benutzt.Above all, this modification of the method according to the invention is used by the measuring arrangement (dilatometer) ₉ according to the invention, the principle of which is described below with reference to a rotating cylindrical resonance cavity ₃ which - however, only as an example, whereby one can easily imagine a dilatometer based on this description, that uses, for example, a cylindrical resonance horn with any base.

Di5 Figts? zeigt im Längsschnitt- einen gylinärisckss. Höclistxreqiisiia ineShokl.ra-ym 2_S dessen Wand 4 axis siaeü sichsiiateria.1 bssteht. SiaDi5 figts? shows in longitudinal section a gylinärisckss. Höclistxreqiisiia ineShokl.ra-ym 2 _S whose wall 4 axis siaeü sichsiiateria.1 bsstands. Sia

k 6»k 6 »

ist as.is as.

seinem unteren Teil mit einem beweglichen Boden (Abstimmkolben) 8 aus dem gleichen Material vie die Wand 4 und an seinem oberen Teil mit einer in den Hohlzylinder 4 eingeschraubten Verschlußkappe 10 des Hohlraums fest verbunden. Der Boden 12 des Resonanzhohlraums 2 weist eine Kopplungsblende (Iris) 14 auf, welche den Resonanzhohlraum 2 mit einem Hohlleiter 16 koppelt, der mit in der Figur nicht gezeigten Vorrichtungen zum Messen der Resonanzfrequenzen dieses Meßhohlraums verbunden ist. Ein Zentrierring 18 erleichtert den Zusammenbau der Anordnung.its lower part with a movable bottom (tuning piston) 8 made of the same material as the wall 4 and on its upper part with a screwed into the hollow cylinder 4 closure cap 10 of the cavity. The bottom 12 of the resonance cavity 2 has a coupling diaphragm (iris) 14 which forms the resonance cavity 2 couples to a waveguide 16, which is shown in the figure not shown devices for measuring the resonance frequencies of this measuring cavity is connected. A centering ring 18 makes it easier assembling the arrangement.

Das in der Figur gezeigte Dilatometer arbeitet wie folgt: in einem ersten Arbeitsschritt wird der Durchmesser d des Meßresonanzhohlraums 2 geeicht. Zu diesem Zweck stellt man einen Bauteil wie den gezeigten vollständig aus Eichmaterial her; besonders wird das Prüfstück 6 durch einen Körper gleicher Form, der aus dem Eichma— terial besteht, ersetzt. Unter Veränderung der Temperatur der Meßanordnung bestimmt man nun nach dem oben angegebenen Verfahren den Durchmesser d des Meßresonanzhohlraums.The dilatometer shown in the figure works as follows: in one In the first work step, the diameter d of the measuring resonance cavity 2 is calibrated. For this purpose, a component like the shown entirely from calibration material; Specifically, the test piece 6 is characterized by a body of the same shape, which is taken from the standard material exists, replaced. By changing the temperature of the measuring arrangement, the is now determined according to the method given above Diameter d of the measuring resonance cavity.

Wenn man den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Eichmaterials kennt, leitet man daraus den Temperaturanstieg ab und erhält eine Eich— "kurve, die für jeden Wert des Durchmessers des Hohlraums die entsprechende Temperatur angibt. Wenn man den Ausdehnungskoeffizienten des Eichmaterials nicht kennt, kann man die Temperatur mit Hilfe von Thermoelementen messen und daraus eine Eichkurve Durchmesser-Temperatur ableiten.If one knows the coefficient of thermal expansion of the calibration material, the temperature rise is derived from this and a calibration curve is obtained which has the corresponding one for each value of the diameter of the cavity Indicating temperature. If you do not know the expansion coefficient of the calibration material, you can determine the temperature with the help of Measure thermocouples and derive a calibration curve for diameter-temperature.

In einem zweiten Verfahrensschritt wird das Prüfstück 6 in das Dilatometer eingesetzt. Die Dimensionsveranderungen des Meßresonanzhohlraums 2 in Abhängigkeit von der Temperatur werden dann nach dem oben beschriebenen Verfahren bestimmt, welches einerseits den Durchmes-In a second process step, the test piece 6 is placed in the dilatometer used. The dimensional changes of the measuring resonance cavity 2 as a function of the temperature are then as above described method determines which on the one hand the diameter

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ser d des Hohlraums und andererseits seine Höhe h liefert. Aus dem Durchmesser-d leitet man die Temperatur der Meßanordnung mit Hilfe der im vorangehenden Verfahrensschritt erstellten Eichlcurve ab, aus der Höhe h und ihren Veränderungen leitet man unter Berücksichtigung der durch die Veränderung des Durchmessers gemessenen Temperatur veränderung den Ausdehnungskoeffizienten des Prüfstücks 6 ab.ser d of the cavity and, on the other hand, its height h. From the Diameter-d is used to guide the temperature of the measuring arrangement The calibration curve created in the previous process step is derived from the height h and its changes, taking into account the temperature change measured by the change in diameter changes the expansion coefficient of the test piece 6.

Die Messungen der Frequenzen oder Frequenzveränderungen können wie in der DT-PS 1 284 643 beschrieben, entweder mittels einer handbetätigten Vorrichtung oder vorzugsweise unter Verwendung einer automatischen Frequenzsteuerung erfolgen, um die Frequenz des abstimmbaren Generators auf die Resonanzfrequenz des -Meßhohlraums abzustimmen. The measurements of the frequencies or frequency changes can be like in DT-PS 1 284 643 described, either by means of a hand-operated device or preferably using an automatic one Frequency control is performed to tune the frequency of the tunable generator to the resonant frequency of the measurement cavity.

Bei der in der Figur gezeigten besonderen Ausfuhrungsform handelt es sich um eine Rotationskörper-Anordnung. Dadurch kann man mindestens im Endbereich der Vorrichtung eine Anordnung von sehr geringem Raumbedarf schaffen, die gut geeignet ist zum Messen des Ausdehnungskoeffizienten im Bereich komplizierter Apparaturen, die nur wenig Platz bieten, beispielsweise in einem Kernreaktor oder in der Nähe einer radioaktiven Quelle. Der Raumbedarf des Meßkopfes des Dilatometers hängt selbstverständlich vom gewählten Frequenzband ab, und zwar sind die Abmessungen des Meßhohlraums umgekehrt proportional zu den Resonanzfrequenzen; vergleiche die Formeln (1) und (2). Es ist daher zweckmäßig, hohe Frequenzen zu benutzen, besonders das Band Ku von 16 000 bis 17 000 MHz.The particular embodiment shown in the figure is it is a rotational body arrangement. That way you can at least In the end of the device create an arrangement that takes up very little space and is well suited for measuring the Coefficients of expansion in the area of complicated apparatus that offer little space, for example in a nuclear reactor or near a radioactive source. The space requirement of the measuring head of the dilatometer depends of course on the chosen one Frequency band from, namely the dimensions of the measuring cavity are inversely proportional to the resonance frequencies; compare the Formulas (1) and (2). It is therefore advisable to use high frequencies, especially the Ku band from 16,000 to 17,000 MHz.

In einer Rotationsstruktur , wie in der Figur gezeigt, ist die Kopplungsblende 14 im Boden des Meßhohlraums angeordnet, jedoch umfaßt die Erfindung selbstverständlich auch ein Dilatometer anderer geometrischer Ausbildung, beispielsweise eine gebogene Anordnung, bei der der Hohlleiter 16 senkrecht zur Achse der, Reso-'In a rotational structure as shown in the figure, the coupling diaphragm 14 is arranged in the bottom of the measuring cavity, however The invention of course also includes a dilatometer of a different geometric design, for example a curved one Arrangement in which the waveguide 16 is perpendicular to the axis of the 'Reso-'

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nanzhohlraums verläuft. Jede Anordnung begünstigt jeweils bestimmte Resonanzschwingungsmoden, wie in der Höchstfrequenztechnik bekannt. Die in der Figur gezeigteAnordnung ist beispielsweise gut geeignet zur Anregung der Moden TE und besonders TE.₁. und TE₁ . ₂. Die Kenntnis der Frequenzen dieser Moden, das heißt F₁ und F₂ermöglicht die Bestimmung des Durchmessers d und der Höhe h des Meßhohlraums aus den Formeln (3) und (4), in denen man I₁ = 1 und I₂ = 2 setzt, was zu den folgenden vereinfachten Gleichungen führt:nanzhohlraums runs. Each arrangement favors certain resonance oscillation modes, as is known in high frequency technology. The arrangement shown in the figure is, for example, well suited for exciting the modes TE and especially TE. _1st and TE ₁ . ₂ . Knowing the frequencies of these modes, _{i.e. F 1} and F _2, enables the diameter d and the height h of the measuring cavity to be determined from formulas (3) and (4), in which I ₁ = 1 and I ₂ = 2 which leads to the following simplified equations:

2 : ^F2 - ^F12: ^F 2 - ^F 1

-1/2-1/2

d =d =

-1/2-1/2

worin r. . die erste Wurzel der Bessel-Funktion erster Ordnung ist·where r. . the first root of the first order Bessel function is

Aus dieser Beschreibung ergibt sich, daß die erfindungsgemäße Meßanordnung (Dilatometer) gegenüber den bisher bekannten Anordnungen mehrere Vorteile besitzt:From this description it follows that the measuring arrangement according to the invention (Dilatometer) has several advantages over the previously known arrangements:

Sie erfordert nicht die Übertragung der zu messenden Größe in den Bereich außerhalb der Vorrichtung, in der das Prüfstück angeordnet ist, wie es sonst bei den meisten bekannten Meßanordnungen der Fall ist, z.B. beim Dilatometer von Chevenard; Die beschriebene Meßanordnung benutzt eine Zwischengröße, die Frequenz, welche sehr genau meßbar ist;It does not require the transfer of the variable to be measured to the area outside the device in which the test piece is arranged is, as it is otherwise the case with most known measuring arrangements, e.g. the Chevenard dilatometer; The measuring arrangement described uses an intermediate variable, the frequency, which can be measured very precisely;

Die Messung der beiden Grundparameter, Dimensionen und Temperatur, erfolgt mittels nur einer Meßgröße, der Frequenz, was Eichfehler und Driftfehler verringert;
Der Raumbedarf ist sehr gering.The two basic parameters, dimensions and temperature, are measured using only one measured variable, the frequency, which reduces calibration errors and drift errors;
The space requirement is very small.

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Claims (13)

PatentansprücheClaims Mj Verfahren zum gleichzeitigen Messen mindestens zweier Dimensionen eines Prüfstücks mittels einer einen Höchstfrequenzgenerator benutzenden Meßanordnung .—BS-~€·4θ, dadurch gekennzeichnet, daß ein vom Prüf stück ausgehender-MeßresonanzhohlraumMj Method for measuring at least two dimensions at the same time of a test piece by means of a measuring arrangement using a maximum frequency generator. —BS- ~ € · 4θ, characterized in that, that a test piece emanating-measuring resonance cavity wird,will, geschaffen/ so viele Frequenzen von Resonanzschwingungsmoden gemessen werden, wie Dimensionen zu bestimmen sind, daraus ein Gleichungssystem abgeleitet v/ird, dessen Unbekannte die Dimensionen sind, und durch Auflösen dieses Gleichungssystems die Werte der gesuchten Dimensionen gewonnen werden.created / measured as many frequencies of resonance vibration modes how dimensions are to be determined, a system of equations is derived from this, the unknowns of which are the dimensions are, and by solving this system of equations, the values of sought dimensions can be obtained. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfstück eine Rotationskörperform, hat, daß ein zylindrischer Meßresonanzhohlraum geschaffen wird, daß zwei verschiedene Frequenzen von Resonanzschwingungsmoden gemessen werden und das System zweier Gleichungen mit zwei Unbekannten aufgelöst wird, was die Werte des2. The method according to claim 1, characterized in that the test piece a rotational body shape, that has a cylindrical measuring resonance cavity it is created that two different frequencies of resonance modes are measured and the system of two Equations with two unknowns are solved, giving the values of the ' Durchmessers und der Hohe des Prüfstücks liefert.'The diameter and the height of the test piece supplies. 3. Verfahren nach Anspruch 1,'dadurch gekennzeichnet, daß bei einer geringen elektrischen Leitfähigkeit des Materials des Prüfstücks3. The method according to claim 1, 'characterized in that at one low electrical conductivity of the material of the test piece _ bei Höchstfrequenzen auf den Wänden des Prüfstücks eine dünne Schicht bekannter Schichtdicke aus einem leitenden Material abgeschieden wird, die Abmessungen des so gebildeten Meßresonanzhohl— raums bestimmt werden und daraus- die Abmessungen des Prüfstücks abgeleitet werden._ at maximum frequencies on the walls of the test piece a thin Layer of known layer thickness deposited from a conductive material the dimensions of the measurement resonance cavity thus formed are determined and the dimensions of the test piece derived therefrom will. 4. Verfahren nach Anspruch 1 zum Messen der Dimensionsveränderungen eines einer Anregung unterworfenen Prüfstücks, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen des Prüfstücks bei verschiedenen Anregungsniveaus gemessen werden. 4. The method according to claim 1 for measuring the dimensional changes a test piece subjected to excitation, characterized in that the dimensions of the test piece are measured at different levels of excitation. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anre-5. The method according to claim 4, characterized in that the Anre- 309848/0972309848/0972 — if —- if - gung eine thermische Anregung ist.excitation is a thermal excitation. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem die Temperaturveränderung des Prüfstücks gemessen wird und daraus die Wärmeausdehnungskoeffizienten des Prüfstücks in seinen verschiedenen Abmessungen abgeleitet werden.6. The method according to claim 5, characterized in that also the temperature change of the test piece is measured and from this the thermal expansion coefficient of the test piece in its various Dimensions can be derived. 7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Kenntnis der Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials aus der Messung der Dimensionsveränderungen des Prüfstücks die Temperaturveränderung abgeleitet wird.7. The method according to claim 5, characterized in that in knowledge the coefficient of thermal expansion of the material from the measurement of the dimensional changes of the test piece the temperature change is derived. 8. Meßanordnung (Dilatometer) zur Durchführung des Verfahrens nach8. Measuring arrangement (dilatometer) for carrying out the method according to den Ansprüchen 4 bis 7, gekennzeichnet durch einen Höchstfrequenz-claims 4 to 7, characterized by a maximum frequency (Metall)(Metal) resonanzmeßhohlraum (2) mit Wänden (4) aus einem Eichmaterial/und einem beweglichen Boden (Abstimmkolben) (8); eine Vorrichtung, welche das Prüfstück (6), dessen Ausdehnung gemessen werden soll, an einem seiner Enden mit dem beweglichen Boden (8) und am anderen seiner Enden mit den anderen Wänden (4) des Resonanzhohlraums verbindet, und Vorrichtungen zum Messen der Resonanzfrequenzen des Resonanzhohlraums (2).resonance measuring cavity (2) with walls (4) made of a calibration material / and a movable bottom (tuning piston) (8); a device, which the test piece (6) whose expansion is to be measured, at one of its ends with the movable floor (8) and at the other its ends connects to the other walls (4) of the resonance cavity, and devices for measuring the resonance frequencies of the Resonance cavity (2). 9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßresonanzhohlraum (2) zylindrisch ist und das Prüfstück (6) parallel zur Achse des Hohlraums angeordnet ist.9. Arrangement according to claim 8, characterized in that the measuring resonance cavity (2) is cylindrical and the test piece (6) is arranged parallel to the axis of the cavity. 10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des aus einem Eichmaterial (Metall) hergestellten Resonanzhohlraums (2) in Abhängigkeit von der Temperatur geeicht ist.10. The arrangement according to claim 9, characterized in that the Diameter of the resonance cavity made from a calibration material (metal) (2) is calibrated as a function of the temperature. 11. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Messen der Resonanzfrequenzen des Hohlraums (2)11. Arrangement according to claim 9 or 10, characterized in that the device for measuring the resonance frequencies of the cavity (2) 309848/097?309848/097? einen Hohlleiter (16) mit gleicher Achse wie der zylindrische Hohlraum (2) aufweist} der mit dem Hohlraum durch eine in dessen Boden vorgesehene Irisblende gekoppelt ist»a waveguide (16) with the same axis as the cylindrical cavity (2)} which is coupled to the cavity through an iris diaphragm provided in its bottom » 12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Messung der Frequenzen der Resonanzschivingungsmoden TE₁₁₁ und TE₁₁ ^ dient,12. The arrangement according to claim 11, characterized in that it _{serves to measure the frequencies of the resonance shifting modes TE 111} and TE ₁₁ ^, 13. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen des Meßresonanzhohlraunis (2) so gewählt "sind* daß sie im Ku-Band liegenden Resonanzfrequenzen entsprechen.13. Arrangement according to claim 8, characterized in that the dimensions des Meßresonanzhohlraunis (2) are selected so that they correspond to resonance frequencies in the Ku band. 309848/0972309848/0972