AT502314B1 - DEVICE FOR MEASURING THE LOAD OF A SUBJECT OF A MEASURING TRACK OF A PUBLISHED OBJECT - Google Patents
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- AT502314B1 AT502314B1 AT7112005A AT7112005A AT502314B1 AT 502314 B1 AT502314 B1 AT 502314B1 AT 7112005 A AT7112005 A AT 7112005A AT 7112005 A AT7112005 A AT 7112005A AT 502314 B1 AT502314 B1 AT 502314B1
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Description
2 AT 502 314 B12 AT 502 314 B1
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen der Belastung eines entlang einer Meßstrecke verlagerbaren Gegenstandes durch in Verlagerungsrichtung wirksame Kräfte mit einer magnetostriktiven Meßeinrichtung, die einen entlang der Meßstrecke verlaufenden, an eine Auswerteschaltung angeschlossenen Meßfühler und einen mit dem Meßfühler zusammenwirkenden, dem Gegenstand zugeordneten, magnetischen Lagegeber aufweist.The invention relates to a device for measuring the load of an object displaceable along a measuring path by forces acting in the direction of displacement with a magnetostrictive measuring device which has a measuring probe connected to an evaluation circuit and a sensor which interacts with the measuring device and is associated with the object. having magnetic position encoder.
Magnetostriktive Meßeinrichtungen beruhen darauf, daß bei der Überlagerung eines entlang eines Wellenleiters verlaufenden, zum Wellenleiter koaxialen Magnetfeldes und eines dazu senkrechten, in Längsrichtung des Wellenleiters ausgerichteten Magnetfeldes aufgrund der Magnetostriktion eine mechanische Torsionswelle entsteht, die sich in beiden Richtungen entlang des Wellenleiters ausbreitet. Wird durch einen an einen Stromimpulsgenerator angeschlossenen Stromleiter innerhalb des rohrförmigen Wellenleiters ein Stromimpuls geführt, dessen Magnetfeld mit dem Magnetfeld eines magnetischen Lagegebers zusammenwirkt, so kann aus der Laufzeit des Stromimpulses und der rücklaufenden Torsionswelle aufgrund der bekannten Geschwindigkeiten des Stromimpulses und der Torsionswelle die Lage des Lagegebers mit einer hohen Auflösung bestimmt werden. Mit der Zuordnung des Lagegebers zu einem Gegenstand, der entlang des als Meßfühler dienenden Wellenleiters verlagert wird, kann somit eine vorteilhafte Meßeinrichtung für die Lage dieses Gegenstandes entlang einer durch den Meßfühler bestimmten Meßstrecke erreicht werden. Vorteilhaft solcher magnetostriktiver Meßeinrichtungen ist vor allem, deren berührungslose und damit verschleißfreie Meßvorgänge bei einer hohen Auflösung, die allerdings durch die Temperaturabhängigkeit der elektronischen Auswerteschaltung für die Meßgrößen nachteilig beeinflußt werden kann. Zur Temperaturkompensation bei einer solchen Lagebestimmung ist es bekannt (US 4 654 590 A), mehrere Permanentmagneten in einem vorgegebenen Abstand als Lagegeber für den hinsichtlich seines Verschiebeweges zu messenden Gegenstand vorzusehen. Aufgrund des bekannten gegenseitigen Abstandes dieser Lagegeber kann im Vergleich zum gemessenen Abstand eine Temperaturkompensation vorgenommen werden.Magnetostrictive measuring devices are based on the fact that in the superposition of a waveguide extending along a waveguide coaxial magnetic field and a perpendicular, oriented in the longitudinal direction of the waveguide magnetic field due to the magnetostriction a mechanical torsion arises, which propagates in both directions along the waveguide. If a current pulse is conducted by a current conductor connected to a current pulse generator within the tubular waveguide whose magnetic field interacts with the magnetic field of a magnetic position sensor, the position of the position sensor can be determined from the transit time of the current pulse and the returning torsion wave due to the known velocities of the current pulse and the torsion wave be determined with a high resolution. With the assignment of the position sensor to an object, which is displaced along the waveguide serving as a probe, thus an advantageous measuring device for the position of this object can be achieved along a measuring path determined by the sensor. An advantage of such magnetostrictive measuring devices is above all their non-contact and thus wear-free measuring operations at a high resolution, which, however, can be adversely affected by the temperature dependence of the electronic evaluation circuit for the measured variables. For temperature compensation in such a position determination, it is known (US 4,654,590 A) to provide a plurality of permanent magnets in a predetermined distance as a position sensor for the object to be measured in terms of its displacement. Due to the known mutual distance of this position sensor, a temperature compensation can be made in comparison to the measured distance.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Einsatzgebiet von Vorrichtungen zur Messung der Lage eines entlang einer Meßstrecke verlagerbaren Gegenstandes so zu erweitern, daß neben der Lagemessung auch Belastungen des entlang der Meßstrecke verlagerbaren Gegenstandes durch in Verlagerungsrichtung wirksame Kräfte vorgenommen werden können.The invention has for its object to extend the field of application of devices for measuring the position of a movable along a measuring section object so that in addition to the position measurement and loads of the movable along the measuring section object can be made by acting in the direction of displacement forces.
Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs geschilderten Art löst die Erfindung die gestellte Aufgabe dadurch, daß der Gegenstand zwei in Längsrichtung des Meßfühlers mit Abstand angeordnete, magnetische Lagegeber aufweist und daß die Auswerteschaltung den auf einen Referenzabstand bezogenen Abstand der beiden Lagegeber voneinander anhand ihrer Lagemeßwerte als Maß für die Belastung des Gegenstandes bestimmt.Starting from a device of the type described above, the invention solves the problem set by the fact that the object has two spaced apart in the longitudinal direction of the probe, magnetic position sensor and that the evaluation circuit based on a reference distance distance of the two position sensors from each other based on their Lagemeßwerte as a measure intended for the load of the object.
Da der Abstand zwischen den beiden dem zu messenden Gegenstand zugeordneten Lagegebern bekannt ist und mit der magnetostriktiven Meßeinrichtung Veränderungen dieses Abstandes aufgrund äußerer Einflüsse mit einer hohen Genauigkeit festgestellt werden können, können über den Abstand zwischen den beiden Lagegebern des zu messenden Gegenstandes physikalische Parameter bestimmt werden, die sich auf die Länge des Gegenstandes in Längsrichtung des Meßfühlers auswirken, wie dies bei Krafteinwirkungen oder Temperaturbelastungen der Fall ist. Mit der Bestimmung des Abstandes zwischen den Lagegebern des Gegenstandes über deren Lageerfassung ergibt sich der Vorteil, daß sich Meßwertfehler aufgrund der Temperaturdrift der Auswerteschaltung der Meßeinrichtung weitgehend ausgleichen, weil sich der jeweilige Abstand der beiden Lagegeber des Gegenstandes aus der Differenz der Lagewerte dieser Lagegeber errechnet. Wird bei einer Messung gegenüber einem bei der Justierung einer solchen Vorrichtung gemessenen Referenzwert des Abstandes zwischen den Lagegebern ein Längenunterschied festgestellt, so kann aufgrund dieses Längenunterschiedes auf die Belastung des Gegenstandes rückgeschlossen werden. Zur Ermittlung einer auf den Gegenstand wirkenden Zug- oder Druckkraft ist hiefür das elastische Dehnungsverhalten des Gegenstandes zu berücksichtigen. 3 AT 502 314 B1Since the distance between the two position sensors associated with the object to be measured is known and the magnetostrictive measuring device can detect changes in this distance due to external influences with a high degree of accuracy, physical parameters can be determined by the distance between the two position sensors of the object to be measured. which affect the length of the object in the longitudinal direction of the probe, as is the case with force or temperature loads. With the determination of the distance between the position sensors of the object on their position detection results in the advantage that Meßwertfehler largely compensate due to the temperature drift of the evaluation of the measuring device, because the respective distance of the two position sensor of the object calculated from the difference of the position values of this position encoder. If, during a measurement, a difference in length is detected in relation to a reference value of the distance between the position encoders which is measured during the adjustment of such a device, the load on the object can be deduced on the basis of this difference in length. To determine a tensile or compressive force acting on the object, the elastic expansion behavior of the object is to be considered for this purpose. 3 AT 502 314 B1
Um bei einer Kraftmessung die Temperaturbelastung berücksichtigen zu können, braucht keine gesonderte Temperaturmessung vorgenommen zu werden. Zu diesem Zweck können dem Meßfühler zumindest zwei magnetische Lagegeber in einem gegenseitigen Abstand in Längsrichtung des Meßfühlers ortsfest zugeordnet werden.In order to take into account the temperature load in a force measurement, no separate temperature measurement needs to be made. For this purpose, the sensor at least two magnetic position sensor can be assigned to a stationary position in a mutual distance in the longitudinal direction of the probe.
Aufgrund der beiden dem Meßfühler ortsfest zugeordneten Lagegeber kann der Abstand zwischen diesen Lagegebern in Längsrichtung des Meßfühlers durch die Differenz der für diese beiden Lagegeber gemessenen Lagewerte ermittelt werden. Da wiederum die durch die Wärmebelastung der Auswerteschaltung der Meßeinrichtung auftretenden Meßwertfehler bei der Lageerfassung der beiden Lagegeber des Meßfühlers weitgehend übereinstimmen, haben diese schaltungsbedingten Meßwertfehler keinen Einfluß auf die Größe des durch die Differenzbildung der beiden Lagewerte gebildeten Abstandswertes. Wird daher dieser bei einer beliebigen Temperatur ermittelte Abstand mit einem bei einer vorgegebenen Bezugstemperatur bestimmten Referenzwert dieses Abstandes verglichen, so ist ein anfälliger Unterschied zwischen dem jeweils ermittelten Abstand und dem Referenzwert dieses Abstandes auf den jeweiligen Temperaturunterschied zurückzuführen, so daß aufgrund des bekannten Wärmedehnungsverhaltens des Meßfühlers auf dessen Wärmebelastung geschlossen werden kann. Unter der Annahme, daß die Wärmebelastungen des Meßfühlers und des zu messenden Gegenstandes im wesentlichen übereinstimmen, was im allgemeinen zutrifft, kann über die magnetostriktive Meßeinrichtung zusätzlich eine Temperaturinformation erhalten werden, über die eine Temperaturkompensation der Kraftmessung in einfacher Weise vorgenommen werden kann.Due to the two position sensors assigned to the sensor, the distance between these position sensors in the longitudinal direction of the sensor can be determined by the difference between the position values measured for these two position sensors. Since, in turn, the measured value errors occurring due to the heat load on the evaluation circuit of the measuring device largely coincide with the position detection of the two position sensors of the measuring sensor, these circuit-related measured value errors have no influence on the size of the distance value formed by the subtraction of the two position values. Therefore, if this distance determined at an arbitrary temperature is compared with a reference value of this distance determined at a given reference temperature, then a susceptible difference between the respective determined distance and the reference value of this distance is due to the respective temperature difference, so that due to the known thermal expansion behavior of the probe can be closed on the heat load. Assuming that the heat loads of the probe and the object to be measured substantially coincide, which is generally true, a temperature information can be obtained via the magnetostrictive measuring device, via which a temperature compensation of the force measurement can be made in a simple manner.
Die beiden ortsfest dem Meßfühler zugeordneten Meßwertgeber erlauben aber auch eine Temperaturkompensation für die Lagebestimmung des zu messenden Gegenstandes. Hiefür kann ein Verfahren angewandt werden, das sich dadurch auszeichnet, daß zunächst der gegenseitige Abstand zweier dem Meßfühler ortsfest zugeordneter, magnetischer Lagegeber durch eine bei einer Bezugstemperatur gemessenen Lage dieser beiden Lagegeber berechnet und zusammen mit wenigstens einem der Lagemeßwerte als Referenzwert abgespeichert wird und daß dann die Meßwerte für die Lage des Gegenstandes in Abhängigkeit von den zugleich ermittelten, auf die Referenzwerte bezogenen Meßwerten für den Abstand und die Lage der dem Meßfühler zugeordneten Lagegeber korrigiert werden.The two stationary sensors associated with the sensor but also allow a temperature compensation for the position determination of the object to be measured. For this purpose, a method can be used, which is characterized in that first the mutual distance of two fixed to the sensor associated magnetic position sensor is calculated by a measured at a reference temperature position of these two position sensor and stored together with at least one of the Lagemeßwerte as a reference value and then the measured values for the position of the object are corrected as a function of the measured values for the distance and the position of the position sensor assigned to the sensor which are determined at the same time and are related to the reference values.
Wie bereits ausgeführt wurde, heben sich die durch die Wärmebelastung der Auswerteschaltung bedingten Meßwertfehler bei der Lageermittlung der beiden dem Meßfühler ortsfest zugeordneten Lagegeber bei der Ermittlung des gegenseitigen Abstandes dieser Lagergeber auf, so daß der ermittelte Lagegeberabstand mit dem bei einer Bezugstemperatur gemessenen, abgespeicherten Referenzwert dieses Abstandes verglichen werden kann, um aufgrund des temperaturbedingten Längenunterschiedes die temperaturabhängigen Meßwertfehler im Bereich der Auswerteschaltung berücksichtigen zu können. Zu diesem Zweck kann der durch die Temperaturbelastung der Auswerteschaltung bedingte Meßwertfehler aus dem Vergleich eines der gemessenen Lagewerte der dem Meßfühler zugehörigen Lagegeber mit dem abgespeicherten Referenzwert der zugehörigen Lage in einfacher Weise ermittelt werden, weil der über die temperaturbedingte Längenabweichung hinausgehende Längenunterschied zwischen dem jeweils gemessenen Lagewert und dem abgespeicherten Referenzwert dieser Lage dem schaltungsbedingten Meßwertfehler entsprechen muß, der dann bei der Auswertung der eigentlichen Meßgröße, nämlich der Lage des Gegenstandes entlang der Meßstrecke, in einfacher Weise berücksichtigt werden kann.As already stated, the measurement errors caused by the heat load of the evaluation circuit in determining the position of the two fixedly assigned to the sensor position sensor in determining the mutual distance of these bearings, so that the determined position sensor distance measured at a reference temperature, stored reference value of this Distance can be compared in order to take into account due to the temperature-related difference in length, the temperature-dependent Meßwertfehler in the evaluation circuit. For this purpose, the measurement error caused by the temperature load of the evaluation circuit can be determined in a simple manner from the comparison of one of the measured position values of the position sensor associated with the sensor with the stored reference value of the associated position, because the difference in length between the respectively measured position value beyond the temperature-related length deviation and the stored reference value of this position must correspond to the circuit-related measured value error, which can then be taken into account in the evaluation of the actual measured variable, namely the position of the object along the measuring path in a simple manner.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt, und zwar wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen der Belastung eines entlang einer Meßstrecke verlagerbaren Gegenstandes durch in Verlagerungsrichtung wirksame Kräfte in einem schematischen Längsschnitt gezeigt.In the drawing, the subject invention is, for example, shown, and indeed a device according to the invention for measuring the load of a movable along a measuring section object by acting in the direction of displacement forces in a schematic longitudinal section is shown.
Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der hinsichtlich seiner Lage zu messende Gegenstand 1 durch den Kolben 2 eines Zylinders 3 gebildet, in dessen Boden eine magne-According to the illustrated embodiment, the object 1 to be measured with regard to its position is formed by the piston 2 of a cylinder 3, in the bottom of which a magnet 3
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AT7112005A AT502314B1 (en) | 2005-04-28 | 2005-04-28 | DEVICE FOR MEASURING THE LOAD OF A SUBJECT OF A MEASURING TRACK OF A PUBLISHED OBJECT |
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0118711A1 (en) * | 1983-02-10 | 1984-09-19 | Gebhard Balluff Fabrik feinmechanischer Erzeugnisse GmbH & Co. | Ultrasonic displacement transducer |
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US5115195A (en) * | 1991-01-22 | 1992-05-19 | Mts Systems Corporation | System and method for measuring the absolute position of one body which is constrained to move with respect to another body |
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2005
- 2005-04-28 AT AT7112005A patent/AT502314B1/en not_active IP Right Cessation
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