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Vorrichtung zur Messung der Dehnung von Bauwerksteilen od. dgl.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Messung der Dehnung an Konstruktions-Bauwerks- teilen od. dgl., welche darauf beruht, dass ein drahtförmige elektrischer Leiter seinen Widerstand ändert, wenn auf ihn Zugkräfte ausgeübt werden.
In der Praxis haben sich zwei technische Ausführungsformen, die nach diesem Prinzip arbeiten, entwickelt, von denen die eine der sogenannte Dehnmessstreifen ist, bei dem der Widerstandsdraht in einem
Papier- oder Folienträger eingebettet liegt. Der Messstreifen wird auf das Messobjekt aufgeklebt. Die Vor- teile des Dehnmessstreifens sind seine geringen Masse, die leichte Anbringbarkeit am Messobjekt und seine relativ geringen Herstellungskosten. Dies macht ihn besonderes für Vielzahlmessungen und für Messungen bis zum Bruch des Messobjektes geeignet. Die Nachteile des Dehnmessstreifens sind seine Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeits- und Temperatureinflüssen, doch lassen sich letztere im allgemeinen kompen- sieren. Ausserdem ist der Dehnmessstreifen nur für Messobjekte mit ebener Oberfläche und homogener Zu- sammensetzung geeignet.
Die zweite technische Ausführungsform sind die verschiedenen Dehnungsgeber mit freigespanntem
Messdraht. Bei diesen Messgebern ist der Widerstandsdraht meist zwischen zwei voneinander isolierten
Metallstiften so eingespannt, dass er bereits eine elastische Vorspannung besitzt. Es können dadurch so- wohl Dehnungen wie auch Stauchungen gleich gut gemessen werden. Die als Drahtträger dienenden Stifte sind dabei an zwei zueinander beweglichen, durch Federkraft auseinandergehaltenen Bauelementen des
Gebers befestigt. Zur Übertragung der Dehnungen des Messobjektes auf die entsprechenden Geberbau- elemente und zur gleichzeitigen Anbringung des Gebers am Messobjekt dient eine der Geberbauart ange- passte Befestigungsvorrichtung, mit welcher der Geber auf das Messobjekt aufgespannt wird.
Zum Schutz des dünnen Gebermessdrahtes vor unbeabsichtigten Dehnungen dient eine Arretiervorrichtung, die jeweils nach dem Aufspannen des Gebers am Messobjekt gelöst werden kann.
Die Vorteile des Dehnungsgebers mit freigespanntem Messdraht sind seine direkte Justierbarkeit, so- wie seine Unempfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeitseinflüssen und Temperaturänderungen (Temperatur- kompensations-Schaltung), wodurch er sich auch für Dauerversuche gut eignet. Nachteilig sind seine hohen Herstellungskosten und die grosse Empfindlichkeit des entarretierten Gebers gegenüber zu grossen
Dehnungen. Gemessen wird bei dem Dehnungsgeber mit freigespanntem Draht die mittlere Dehnung über die ganze Messstrecke, weshalb er sich auch für Messungen an inhomogenen Körpers gut eignet.
Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Dehnungsmesseinrichtung mit freigespanntem Messdraht. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass der vorzugsweise in einem Schutzrohr angeordnete Messdraht wenigstens an einem Ende an einer von aussen kontinuierlich verstellbaren Spannvorrichtung befestigt ist. Letztere selbst ist zwischen dem Ende des Messdrahtes und dem am Messobjekt vorgesehenen Befestigungselement angeordnet. Die Vorspannung des Messdrahtes kann dadurch je nach der Art der Messaufgabe (Dehnungs- oder Stauchungsmessung) eingestellt werden, bzw. kann der Messdraht im Ruhezustand völlig entspannbar werden.
Gegenüber den bisher bekannt gewordenen Dehnungsmessgebern besitzt der erfindungsgemässe Mess- wertgeber den Vorteil, dass der Messdraht erst unmittelbar vor der Messung die entsprechende Vorspannung erhält. Dadurch wird ein sehr einfacher Aufbau des Messgebers und gleichzeitig eine starke Herabsetzung der Herstellungskosten erreicht. Die neue Dehnungsmesseinrichtung eignet sich daher für Vielzahl- messungen und für Messungen bis zum Bruch des Messobjektes, wo also mit einer Beschädigung oder Total-
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verlust des Messgebers gerechnet werden muss. In dieser Beziehung stellt der Geber ein Gegenstück zu dem preiswerten Dehnmessstreifen dar. Einen weiteren Vorteil gegenüber den bisherigen Messgebern mit freigespanntem Draht ergibt sich daraus, dass während einer Messung durch entsprechendes Nachspannen bzw.
Entspannen des Messdrahtes der für Messgeber mit freigespanntem Draht charakteristische geringe Messbereich von etwa E = 0, 4 0/0, beliebig erweitert werden kann.
An Hand der Zeichnungen sei nun ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes näher erläutert.
Es zeigt Fig. 1 eine Seitenansicht des erfindungsgemässen Messwertgebers, Fig. 2 die entsprechende Vorder- ansicht, wobei jeweils das Schutzrohr mit dem Messdraht, noch nicht eingesetzt, neben den Befestigungs- teilen dargestellt ist. Fig. 3 zeigt die bekannte Wheatstone'sche Brückenschaltung, welche zur Messung der Widerstandsänderungen des Messdrahtes Verwendung findet. In Fig. 4 ist schliesslich eine Ausführungs- art des Messgebers mit Temperaturkompensation dargestellt.
Wie den Fig. l und 2 zu entnehmen ist, besteht die Messeinrichtung aus dem eigentlichen Geber und den beiden Bügelnzur Befestigung des Gebers am Messobjekt.
Der obere Befestigungsbügel trägt gleichzeitig die erfindungsgemässe Spannvorrichtung für den Mess- draht. Der Messgeber besteht aus einem Metallröhrchen 1 von etwa 7 mm Durchmesser, das mit Plastik- material 2 zum Wärmeschutz ausgekleidet ist. Der Messdraht ist an seinen Enden in je einem Geberkopf
3 bzw. 4 befestigt. Der untere Geberkopf 3 sitzt fest im Schutzrohr, wogegen der obere Geberkopf 4 sich im Rohr leicht verschieben lässt und in seiner Ruhelage durch eine Arretierfeder mit der längsverschieb- baren (herausziehbaren) Nase 5 festgehalten wird. In jedem der aus elektrischem Isoliermaterial herge- stellten Geberköpfe ist ein Messingplättchen 6, das jeweils als Anschlusselektrode für den Messdraht dient, eingesetzt.
Der eigentliche Messdraht 7, der aus einem mechanisch geeigneten elektrischen Widerstands- material von etwa 0,02 mm Durchmesser besteht, ist je nach Material auf die Elektroden aufgeschweisst oder aufgelötet und befindet sich bei arretiertem oberen Geberkopf entspannt zwischen den beiden Geber- köpfen.
Als Messobjekt ist in der Zeichnung ein Betonkörper angenommen, in den zwei Gewindebuchsen 8 in
Entfernung der Messlänge s eingesetzt sind. In den Buchsen werden über je ein Zwischenstück 9 die beiden
Befestigungsbügel 10 und 11 des Gebers mittels der Schrauben 12 angeschraubt. Der obere Befestigungs- bügel 10 trägt die erfindungsgemässe Spannvorrichtung. Diese besteht aus einem kleinen Schlitten 13, der durch Drehen der Spindel 14 auf dem Rahmen des Bügels auf und ab bewegt werden kann. Durch ein Fe- derplättchen 15, das auf der Rückseite des Rahmens gleitet, wird erreicht, dass der Schlitten in jeder
Stellung satt auf der Gleitbahn aufsitzt. Die Spindel besitzt ein metrisches Gewinde von 1, 2 mm Durch- messer und bewegt den Schlitten bei einer Umdrehung um 0,4 mm auf-bzw. abwärts.
Die Klemmäuler
16, deren Backen abgerundete Schneiden haben, erlauben ein verklemmungsfreies Einspannen des Mess- gebers. Zum Anschluss des Gebers über ein abgeschirmtes Verbindungskabel an eine elektrische Mess- brücke dienen die Anschlussdrähte 17. Zwei Drähte führen zu den beiden Elektroden der Geberköpfe, wo- bei der Anschlussdraht zum oberen Geberkopf in einem Messingröhrchen 18 liegt. Der dritte Anschluss- draht dient zur Erdung des Gebers. Die elektrische Messbrücke, mit der die Widerstandsänderungen und so- mit die Längenänderungen des Messdrahtes bestimmt werden, besitzt im Eingang eine Wheatstone'sche
Brückenschaltung (siehe Fig. 3).
Der Messgeberdraht bildet dabei den Brückenzweig mit dem Widerstand
Rr Bei abgestimmter Messbrücke - die Abstimmung kann beispielsweise durch Veränderung von R erfolgen-tritt zwischen den BrückenpunktenCundD kein Querstrom auf und dasAnzeigeinstrument steht auf Null.
Zur Durchführung von Dehnungsmessungen wird der zunächst arretierte Geber in die Befestigungsvorrichtung eingespannt und mit der elektrischen Messbrücke verbunden. Ist die Messbrücke auf Null abgestimmt, wird dieArretiervorrichtung des Gebers gelöst und der Geberdraht mittels der Spindelschraube 14 (Fig. l, 2) gespannt. Die Grösse der Vorspannung richtet sich nach der Art der durchzuführenden Messung (Dehnungs- oder Stauchungsmessung) und lässt sich am Instrument der Messbrücke beobachten. Nach erfolgter Vorspannung wird mittels Rg das Anzeigeinstrument wieder auf Null gebracht, woraufhin die Messeinrichtung betriebsbereit ist.
Die am Messobjekt längs der Messstrecke s auftretenden Dehnungen verursachen jeweils eine Widerstandsänderung des Messdrahtes und somit eine entsprechende Anzeige an der Messbrücke.
Eine Kompensation der Temperaturabhängigkeit des Messdrahtwiderstandes und somit des Messgebers lässt sich erfindungsgemäss auf einfache Weise dadurch erreichen, dass der Vergleichswiderstand Ri der Messbrückenschaltung (Fig. 3) unmittelbar am Messgeber angebracht wird. Fig. 4 zeigt die praktische Ausführung eines solchen temperaturkompensierten Messgebers. In einem seitlich angebrachten Abschirmröhrchen 18 befindet sich der Vergleichswiderstand Rz. Dieser ist vorzugsweise aus zwei Teilwiderständen
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rund r, mit verschiedenen Temperaturkoeffizienten zusammengesetzt. Dadurch lässt sich auf einfache Weise der Temperaturfehler des Messgebers in einem für praktische Messungen ausreichenden Temperaturbereich ausschalten.
Die Verbindung zur Messbrücke erfolgt über das Kabel 17, das die entsprechenden Verbindungen zu den Brückenpunkten A, B und C (Fig. 3) herstellt. Die Erdverbindungen von Ri und R sind direkt am Messgeber durchgeführt, indem, wie aus Fig. 4 ersichtlich, die Elektrode des oberen Geberkopfes, sowie das obere Ende des Vergleichswiderstandes R, mittels kurzer Litzen an das geerdete Abschirmröhrchen des Vergleichswiderstandes angelötet sind.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Vorrichtung zur Messung der Dehnung von Bauwerksteilen und Versuchskörpern, bei der die Dehnung durch die Änderung des elektrischen Widerstandes eines frei gespannten, am Prüfobjekt angebrachten Leiters bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der vorzugsweise in einem Schutzrohr angeordnete Messdraht wenigstens an einem Ende an einer von aussen kontinuierlich verstellbarenspannvorrichtung befestigt ist, die zwischen dem Ende des Messdrahtes und dem am Messobjekt vorgesehenen Befestigungselement angeordnet ist, so dass die Vorspannung des Messdrahtes je nach der Art der Messaufgabe (Dehnungsoder Stauchungsmessung) eingestellt werden kann bzw. im Ruhezustand der Messdraht völlig entspannbar ist.