Einrichtung zum Hessen von mechanischen Kräften oder Momenten. Um mechanische Kräfte oder Momente, hesonders solche, die in Konstruktionsteilen von Bauwerken oder Maschinen auftreten, zu messen, ist bereits vorgeschlagen worden, die bekannte Erscheinung zu benutzen, dass die magnetische Durchlässigkeit eines mit Hilfe einer Spule magnetisierten Eisenkörpers sich ändert, wenn dieser äussern Kräften unterworfen wird. Man hat dabei im all gemeinen auf die Verwendung eines ge schlossenen magnetischen Kreises keinen uTert gelegt.
Nur vereinzelt sind Einrich tungen dieser Art bekanntgeworden, bei denen die Kraftlinien des den zu messenden Kräften unterworfenen bewickelten Eisen körpers mehr oder weniger durch magne tisch gut leitenden Stoff geschlossen sind. So wurde vorgeschlagen, zur Messung von Torsionskräften den bekannten Magnetisie- rungsapparat nach Koepsel in der Weise zu verwenden, dass zwischen den Enden des das Messsystem enthaltenden Schlussjoches ein Eisenstab eingespannt, mit Erreger spulen versehen und so gelagert ist,
dass er durch einen in der Mitte des Stabes auf diesen fest aufgesetzten Hebel verdreht wer den kann. Auf dem Joch sollen zwei weitere Spulen angeordnet werden, durch die ein Strom von solcher Stärke geschickt wird, dass die magnetisierenden Wirkungen sich bei unbelastetem Stabe aufheben. Der Zei gerausschlag des Messsystems soll dann ein Mass für die auf den Stab ausgeübten Tor sionskräfte sein.
Anderseits ist eine Ein richtung zum Messen von Zugkräften be kanntgeworden, bei der auf zwei paral lelen bewickelten Schenkeln durch kurze Jochstücke ein geschlossener magnetischer Kreis gebildet wird, wobei die Jochstücke mit Einrichtungen zur Aufnahme von Zug kräften versehen sind.
Die Einrichtung gemäss der Erfindung zur Messung mechanischer Kräfte oder Momente besitzt einen geschlossenen mag- netischen Kreis mit einem den zu messenden Kräften oder Momenten unterworfenen mit. einer Wicklung versehenen Teil und einem den magnetischen Kreis schliessenden Joch, dessen magnetischer Leitwert mindestens dreimal so gross äst, wie der magnetische Leitwert des bewickelten Teils.
Hierdurch wird auch der störende Ein fluss äusserer Magnetfelder vermieden, der besonders stark in die Erscheinung treten und die Genauigkeit der Messung herabset zen würde, wenn der den zu messenden Kräften oder Momenten unterworfene Teil aus einer für diesen Zweck im übrigen be sonders günstigen Nickeleisenlegierung be steht, die eine verhältnismässig grosse mag netische Leitfähigkeit besitzt. Die nach teiligen Wirkungen dieser Erscheinungen werden dadurch beseitigt, dass die Kraft linien der Störfelder sich in dem magne tisch gut leitenden Joch schliessen, ohne die den bewickelten Teil umgebende Messwick- lung wesentlich zu beeinflussen.
Der für Maschinenteile verwendete Stahl ist für die vorliegenden Messungen nicht besonders gut geeignet, da einer Be- lastungsänderung innerhalb der Elastizitäts- grenze eine Änderung der Permeabilität um nur wenige Prozente ihres ursprünglichen Wertes entspricht. Man wird deshalb den den Kräften oder Momenten auszusetzenden Teil der Einrichtung vorzugsweise aus einer geeigneten Nickeleisenlegierung herstellen.
Die Einrichtung wird vorzugsweise so gestaltet, dass der magnetische Kreis nach Art des Eisenkörpers eines Manteltransfor mators gebaut ist, da der Kern in diesem Fall besonders gut gegen magnetische FremdfeIder geschützt ist.
Zur Ausführung der Messung kann irgendeines der bekannten Verfahren zur Be- stimmung der magnetischen Durchlässigkeit benutzt werden. So kann man beispielsweise eine ballistische Methode anwenden, um die Änderung der Permeabilität infolge der Ein wirkung der zu messenden Kräfte oder Mo mente zu ermitteln.
Im allgemeinen wird es aber, besonders für eine direkte Anzeige oder laufende Registrierung, bequemer sein, durch Wechselstrommessungen, zum Bei spiel in einer Brücken- oder Kompen- sationsschaltung die Permeabilitätsänderung zu bestimmen. Wenn grössere Änderungen der magnetischen Durchlässigkeit auftreten, kann auch eine einfache Strom- oder Span nungsmessung angewendet werden.
Die mit Wechselstrom arbeitenden Messverfahren sind insbesondere auch dann anwendbar, wenn es sich um die Messung und Aufzeich nung sehr schnell veränderlicher Vorgänge handelt. Es ist dann natürlich erforderlich, zur Erregung einen Wechselstrom zu ver wenden, dessen Periodenzahl genügend hoch ist im Vergleich zu der Frequenz der zu messenden Änderungen.
Anhand der Zeichnung sollen nun Aus führungsbeispiele der Erfindung erläutert werden.
Es zeigen die Fig. 1 und ? Einrichtungen zum Messen von Druckkräften, und die Fig. 3 bis 5 solche zum Messen von Torsionskräften; die Fig. 6 bis 9 sind andere Ausbildungs formen von Einrichtungen zum Messen von Druckkräften; die Fig. 10 bis 12 stellen eine Einrichtung zum Messen von Zugkräften dar;
Fig. 13 ist eine Einrichtung zum Messen von Kräften wechselnder Richtung, und Fig. 14 eine Einrichtung zum Messen von Zugkräften unter Verwendung eines vor wiegend für Druckbeanspruchungen geeig neten Materials ;
Fig. 15 bis 17 dienen zur Erläuterung der Wirkungsweise von Einrichtungen zum Messen von Kräften gemäss der Erfindung bezüglich des Einflusses der Höhe der Stromstärke in der zur Magnetisierung des den zu messenden Kräften unterworfenen Körpers dienenden Messwicklung; die Fig. 18 bis 20 stellen verschiedene Aus führungen der Messschaltung dar für den Fall, dass die Messwicklung an eine Wecbsel- stromquelle angeschlossen wird.
Fig. 1 stellt schematisch eine Einrichtung zur Messung von Druckkräften dar. Die Messkapsel besteht aus einem die @essssaek- lung 2 tragenden Kern 1', der von einem mit diesem aus einem Stück bestehenden Mantel 1" allseitig oder rahmenförmig um geben ist. Das Ganze bildet so einen nach Art eines Manteltransformators gebauten Eisenkörper, der in der durch die Pfeile gekennzeichneten Weise so belastet werden kann, dass nahezu alle Teile des geschlos senen magnetischen Kreises den zu messen den Druckbeanspruchungen ausgesetzt sind. Der Körper ist so bemessen, dass der mag netische Leitwert des Mantels mindestens dreimal so gross ist wie der des bewickelten Kerns.
Eine ähnlich aufgebaute Form einer zux Messung von Druckkräften dienenden Vor richtung stellt Fig. 2 dar. Hier wird nur der mit der Wicklung 2 versehene, vorzugsweise aus Nickel-Eisen bestehende Kern 1.
den zu messenden Druckkräften unterworfen, wäh rend der Mantel 3, der beispielsweise aus einer Bewicklung aus Eisendraht oder Eisen band bestehen oder aus einzelnen Blechen aufgebaut sein kann, lediglich den magne. tischen Sehluss bildet und so bemessen ist, da.ss sein magnetischer Leitwert mindestens dreimal so gross ist wie der magnetische Leitwert des bewickelten Kernes. Damit die zu messenden Druckkräfte nur den Kern be lasten, steht dieser ein wenig gegenüber dem Mantel hervor.
Sollte ein Bruch des Kernes unter dem Einfluss der Druckkräfte zu be fürchten sein, so kann man den Mantel so stark ausführen, dass er nach dem Bruch des Kernes den Druckkräften standhält.
Auch in .den folgenden Ausführungsbei spielen entsprechend den Fig. 3 bis 14 sind die mit 3 bezeichneten Teile, die das unbe- wickelte Joch bilden, durch das der magne tische Kreis geschlossen ist, so bemessen, dass ihr magnetischer Leitwert mindestens drei mal so gross ist wie der Leitwert des mit 1 bezeichneten bewickelten Teils.
Zur Herstellung des Kernes sind solche Ferromagnetika besonders geeignet, bei deren Einkristallen die Magnetostriktion in Richtung der kristallographischen Achsen gleiches Vorzeichen hat und die weiterhin ge ringe innere Spannungen aufweisen. Die letzteren können vor allem durch besondere Glühbehandlungen klein gehalten werden. Hierher gehören besonders die Eisen-Nickel- Legierungen mit 40 bis 80% Nickel.
Auch für die Messung von Torsionskräf- ten oder Drehmomenten kann man einen nach Art der Fig. 1 gestalteten Messkörper ver wenden, der beispielsweise an .den beiden Stirnflächen mit Kupplungsteilen zum Ver binden mit einer Welle versehen ist, deren Torsionsbeanspruchung gemessen werden soll.
In diesem Falle müssen die Endender Wicklung, da diese mit der Welle rotiert, natürlich an Schleifringe geführt werden, die in an sich bekannter Weise auf der Welle, isoliert von dieser befestigt sind und auf denen Stromabnehmer schleifen, die an die Messeinrichtung angeschlossen werden.
Fig. 3 zeigt eine Einrichtung zur Mes sung der in einer Welle auftretenden Tor sionsspannungen bezw. Drehmomente, wobei die Welle, deren Beanspruochung gemessen werden soll, einen Teil des magnetischen Kreises bildet. Dies hat .den Vorteil, dass es sich erübrigt, eine besondere Messkapsel in den Wellenzug einzubauen.
Zu beiden Sei ten der Messwicklung 2 sind die beiden ring förmigen Scheiben 3" fest mit .der Welle 3' verbunden, und das als Messkörper dienende, vorzugsweise aus Nickel-Eisen hergestellte zylindrische Rohr 1 ist an beiden Enden ebenfalls fest mit den beiden Scheiben 3" ver bunden. Wird die Welle Torsionskräften ausgesetzt, so wird, wie man aus der Zeich nung erkennt, auch das Rohr 1 mitverdreht.
Bei der in Fig. 4 angedeuteten Ausfüh rungsform wird nur die mit der Wicklung 2 versehene Welle 1 auf Torsion beansprucht, während der lediglich den Eisensehluss be wirkende Mantel aus zwei Teilen 3' und 3" besteht, die in .der aus der Zeichnung er sichtlichen Weise mit geringem Spiel inein- andergreifen und an je einem Ende fest mit der Welle verbunden sind. Wird nun die Welle unter dem Einfluss der zu messenden Kräfte verdreht, so können die beiden Teile 3' und 3" des Mantels sich entsprechend ge geneinander verschieben.
Als Sicherung für den Fall eines Bruches der als Messkörper dienenden Welle 1 kann der Mantelteil 3" einen oder mehrere Fortsätze 6 tragen, die in entsprechende Ausnehmungen :des äussern Mantelteils 3' mit passend bemessenem gerin gen Spiel eingreifen.
Die in Fig. 5 schematisch dargestellte Einrichtung ist besonders dann zweckmässig, wenn das von einer Hohlwelle übertragene Drehmoment gemessen werden-soll. Zur Mes sung der auf die Welle wirkenden T'orsions- kräfte wird in diesem Falle ein vorzugsweise aus Nickel-Eisen bestehender, nach Art eines Spulenkörpers geformter,
mit Tier Messwick- lung 2 versehener Messkörper 1 in. das Innere der Hohlwelle 2 eingeschoben und an den beiden Flanschen 1' und 1" mit der Hohl welle fest verbunden, so dass er unter dem Einfluss der Torsionskräfte ebenfalls ver dreht wird. Eine weitere, bei Hohlwellen mögliche Anordnung, besteht darin,
einen gemäss Fig. 1 ausgeführten Messkörper in das Innere der Welle einzubauen- und den Man tel 1" zum Beispiel durch Schrumpfen fest mit der Welle zu verbinden, so da_ss ein Teil des Drehmomentes vom gern l' und dem Mantel 1" übertragen wird. Auch hier die nen in der Zeichnung nicht dargestellte Schleifringe und Stromabnehmer zur Verbin dung mit der Messschaltung.
Fig. 6 zeigt als weiteres Ausführungs- beispiel eine teilweise im .Schnitt gezeichnete Ansicht einer Messkapsel, und Fig. 7 die zu gehörige Draufsicht mit abgenommenem obern Druckstück. Der Messkörper 1 besteht aus drei dünnwandigen konzentrischen Roh ren, .die durch Luft oder ein anderes geeig netes Isoliermittel an den Zylinderflächen voneinander isoliert sind.
Diese Unterteilung ist besonders dann zweckmässig, wenn die Messwicklung an eine Wechselstromquelle an geschlossen wird. Bei der Magnetisierung durch Wechselströme treten in dem Mess- körper Wirbelströme auf, die besonders bei Wechselstrom von höherer Frequenz infolge ,der ,dadurch bedingten Feldverdrängung eine wesentliche Herabsetzung der Leistung be wirken.
Die übliche Art der Zusammenset zung von durch Wechselstrom magnetisierten Eisenkernen aus dünnen Blechen bringt aber für den vorliegenden Zweck eine störende Verringerung der mechanischen Festigkeit und andere wesentliche Nachteile mit sich. Der Messkörper wird deshalb zweckmässig aus einem oder mehreren in Richtung der me chanischen Belastung -durch die zu messenden Kräfte sich@erstreckenden dünnwandigen Tei len zusammengesetzt, die so weit als nötig voneinander isoliert sind. Die Wandstärke der Hohlzylinder kann in bekannter Weise der Frequenz des Wechselstromes angepasst werden.
Diese Ausführungsform hat den Vorzug, dass der Messkörper auch bei Verwen dung dünnwandiger Rohre eine verhältnis mässig hohe Knickfestigkeit besitzt. Wenn aber bei sehr grossen Kräften die Festigkeit des eigentlichen Messkörpers nicht ausreicht, kann ,diese dadurch erhöht werden, dass man im Innern der Hohlzylinder noch ein Voll stück, zum Beispiel einen Vollzylinder 29 anbringt, der einen Teil der zu messenden Kräfte aufnimmt.
Eine Isolierung .der Stirn- flächen ist zur Vermeidung von Wirbelströ men nicht erforderlich und mit Rücksicht auf eine möglichst unmittelbare Übertragung der zu messenden Druckkräfte von dem Druckstück 30 auf die Stirnseiten der Rohre 1 auch nicht erwünscht.
Zur gleichmässigen Übertragung der Druckkräfte ist es zweck mässig, die Endflächen sämtlicher Druck stücke, beispielsweise durch gemeinsames Planschleifen, möglichst genau eben herzu stellen. 2 ist die den Messkörper umgebende Messwicklung und 3 ein aus Blechen in der üblichen Weise zusammengesetztes Schluss- joch, das zwecks Herstellung eines guten magnetischen Schlusses mit einer passenden Ausbohrung zur Aufnahme des zylindrischen 1VIesskörpers versehen ist.
Die in Fig. 8 und 9 in einer Ansicht mit im Schnitt angegebener Messwicklung und der zugehörigen Draufsicht dargestellte Mess- kapsel zeigt einen nach Art eines Mantel kernes aus einer Anzahl von Blechen 1 von der aus Fig. 8 erkennbaren Form zusammen gesetzten Hesskörper. Die Bleche werden in dem durch Druckkräfte zu belastenden Mit telteil durch Klemmbacken 31. mittelst der Bolzen 32 so weit zusammengehalten, als es nötig ist, um ein Ausbiegen der Bleche zu verhindern.
Zur Vervollständigung des mag netischen Schlusses dienen die an den Sei tenteilen zwischen -die Bleche 1 eingeschal teten Mantelbleche 3, die beispielsweise durch Schraubenbolzen mit den Kernblechen 1 verbunden werden können. Wenn diese nicht fest angezogen werden, so wird nur der Kern den zu messenden Kräften unter worfen. Vorher wird der Kern mit der Mess- wicklung 2 versehen. Die Kernbleche könn ten durch Anbringen von Zugösen oder der gleichen auch für die Messung von Zugkräf ten geeignet gemacht werden.
Wenn .die Festigkeit des Blechpaketes zur. Übertragung der zu messenden Kräfte nicht ausreicht. so können den Blechen Stücke von grösserer .Stärke beigefügt werden, die einen Teil der zu messenden Kräfte aufnehmen. Gegebenenfalls können die zum Zusammen halten der Bleche dienenden Klemmbacken so gestaltet werden, dass sie einen Teil der Kräfte aufnehmen.
Die Fig. 10 und 11 sind zwei Ansichten einer besonders für die Messung von Zug kräften geeignet-en Messkapsel. Fig. 12 ist ein Schnitt nach der Linie 4-A der Fig. 10. Der Messkörper besteht hier aus beispiels weise drei länglichen Blechen 1, die an den beiden Enden mit Löchern zur Aufnahme von Mitteln zur Übertragung von Zugkräften versehen sind. Der Messkörper trägt in der Mitte eine Messwicklung 2.
Zur Herstellung des magnetischen Schlusses nach Art eines Mantelkernes dienen die Jochbleche 3 und die dazwischen geschachtelten Mantel bleche 3'.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 13 im Schnitt, wobei der Einfachheit halber wie auch beim folgenden Beispiel die Messwicklung, sowie das Schlussjoch wegge- lassen ist. Der eigentliche Messkörper be steht aus einem zylindrischen Hohlkörper 1, der an einem Ende durch einen als Druck stück ausgebildeten Boden 1' geschlossen ist.
Dieser trägt in der Mitte einen kurzen zy lindrisches Ansatz, über den ein Rohr 10 geschoben ist. Das offene Ende des Hohl zylinders 1 ist mittelst der Schrauben 7 mit einem zweiten Druckstück 8 verbunden, das eine Gewindebohrung trägt zur Aufnahme einer Druckschraube 11.
Das kolbenartig gestaltete Ende der Schraube 11 wird in dem Rohr 10 geführt, das in seinem Innern eine Schraubenfeder 9 aufnimmt. Mittelst der Schraube 11 kann die Spannung der Druck feder 9 verändert und dadurch die auf den Messkörper 1 wirkende Zugvorspannung pas send eingestellt werden Zweckmässig wird die Zugvorspannung so gewählt, dass sie ein. wenig grösser ist als der Höchstwert der zu messenden Druckkräfte.
Diese Massnahme hat folgenden Zweck: Da die verschiedenen ferromagnetischen Werkstoffe im allgemeinen bei Zugkräften nicht das gleiche Verhalten zeigen wie bei Druckkräften, können Schwierigkeiten auf treten, wenn eine Messkapsel Kräften wech selnder Richtung unterworfen wird. Um diese zu vermeiden, kann der Messkörper zum Beispiel nach Fig. 13 einer dauernd wirken den konstanten Zugvorsparinung ausgesetzt werden.
Diese Massnahme hat noch den wei teren Vorteil einer gewissen .durch die Vor spannung bewirkten mechanischen Verstei fung. In ähnlicher Weise kann natürlich auch, beispielsweise mittelst einer Zugfeder, eine Druckvorspannung auf den Messkörper ausgeübt werden.
Um bei Messkapseln für die Messung von Zugkräften Messkörper aus solchen Stoffen verwenden zu können, die besonders für Druckbeanspruchung geeignet sind, kann man ferner die zur Übertragung der zu messen den Kräfte auf den Messkörper dienenden Druckstücke mit Mitteln zur Übertragung von in entgegengesetzter Richtung wirken den Zugkräften versehen.
In entsprechender Weise kann verfahren werden, wenn für die Messung von Druckkräften Messkörper aus solchen Stoffen verwendet werden sollen, die besonders für Zugbeanspruchung geeignet sind.
So ist in Fig. 14 der aus einem zylin drischen Rohr 1 bestehende M.esskörper durch Schrauben 34 mit den Ansatzstücken 35, 36 verbunden, die derart mit Zugstangen 32 bezw. 33 versehen sind, dass mittelst der 'Ösen 42 bezw. 43 ausgeübte Zugkräfte sich als Druckkräfte auf das Rohr 1 übertragen.
Durch Lösen der Befestigungsmuttern 3,7 und 38 sind die Zugstangen abnehmbar, so dass die Messkapsel nach Fig. 14 auch zur Messung von Druckkräften durch unmittelbare Ein wirkung auf die Ansatzstücke .35 und 36 benutzt werden kann.
Fig. 15 stellt die Änderung der Induk- tivität eines mit verschiedenen Wechselstrom- stärken J,_, J2, J3 magnetisierten Messkörpers unter dem Einfluss veränderlicher mechani scher Kräfte P dar. Man erkennt daraus, dass in allen Fällen mit zunehmender Be lastung- des Messkörpers von P = 0 bis P = Pm eine Abnahme der Induktivität er folgt.
Bei der Stromstärke J1, die etwa der bisher üblichen Höhe der Magnetisierun entspricht, erhält man bei zu- und abneh mender Belastung P wegen Hystereseerschei- nungen verschieden verlaufende Kurven. Diese Erscheinungen verschwinden jedoch praktisch vollkommen, wenn man die Er regerstromstärke über die durch die Koer- zitivkraft des Materials gegebene Grenze steigert.
Wie man aus den mit J2 bezw. J3 bezeichneten Kurven ersieht, die höheren, über der Grenze der Koerzitivkraft liegen den Stromstärken entsprechen, erhält man eindeutige Messergebnisse, unabhängig da von, ob bei ansteigenden oder abnehmenden Kräften P gemessen wird, durch eine der artige Schaltung und Bemessung der an eine Wechselspannung anzuschliessenden Messwicklung,
dass die Erregerstromstärke die durch die Koerzitivkraft des Materials des Messkörpers gegebene Grenze übersteigt.
In Fig. 116 ist dargestellt, wie die Induk- tivität L sich mit Zunahme der Erreger- stromstärke ändert, und zwar einmal in un belastetem (P = 0) und zum andern in mit P", belastetem Zustande des Messkörpers. Da bei sind gleichzeitig die der Fig. 15 ent sprechenden Stromstärken J1, J., J3 einge zeichnet,
sowie eine der Koerzitivkraft des betreffenden Materials entsprechende Er regerstromstärke Jk, wobei J1 < 7k < J2 < 7s ist. Trägt man ferner die jeweilige Diffe renz der Werte von L für P = 4 und P =P", auf, so erhält man die mit 0 L be zeichnete Kurve, die ein Maximum bei einem Werte der Erregerstromstärke zwischen Jk und J= aufweist.
In Fig. 17 ist die A L entsprechende Differenz des induktiven, Widerstandes 0 R = co . 0 L aufgetragen, die natürlich an der gleichen Stelle ein Maximum auf weist. Eine weitere Überlegung zeigt nun aber, dass die für die Messung, beispielsweise in einer Kompensationsschaltung, zur Ver fügung stehende Messspannung dem Produkt J . A R entspricht, das ebenfalls in Fig. 17 aufgetragen ist.
Man erkennt aus der kur venmässigen Darstellung, dass das Maximum der Messspannung etwa bei der Stromstärke J3 liegt. Die mit J' . A R bezeichnete Kurve stellt ein Mass für die entsprechende Lei stung dar, deren Maximum noch wesentlich weiter im Sinne einer stärkeren Magnetisie- rung verschoben erscheint.
Aus diesen Darstellungen ergibt sich, dass eine Steigerung der Erregerstromstärke über den Wert Jk hinaus den weiteren Vorteil bie tet, dass die für die Messung zur Verfügung stehende Spannung J . A R weiter anwächst. Unter Umständen kann es sogar vorteilhaft sein, die Erregerstromstärke noch über die dem Maximum von J .
A R entsprechende Stromstärke J;, hinaus bis J4 zu steigern, um in den Bereich der maximalen Lei stung J2 - A R zu gelangen. Dies wird besonders dann zweckmässig sein, wenn kleine Kräfte zu messen sind und demge mäss der Querschnitt des Messkörpers bezw. sein Volumen verhältnismässig klein gewählt werden muss, da in diesem Falle auch die zur Verfügung stehende Leistung klein ist.
Einen weiteren wichtigen Vorteil bietet die Erhöhung der Magnetisierung insofern, als man bei geeigneter Wahl der Erreger stromstärke bis zu einem gewissen Grade eine Kompensation von Schwankungen der Erregerspannung erhält. Zu diesem Zwecke ist es vorteilhaft, eine Stromstärke in der Nähe von J3 zu benutzen, da hier die Kurve der Messspannung J . A R ein Maximum aufweist und Änderungen der Stromstärke infolge von Spannungsschwankungen daher den geringsten Einfluss auf die Höhe der der zu messenden Kraft der entsprechenden Spannung J .
A R ausüben.
In Fig. 18 ist ein Messgerät dargestellt, mit einer Gleichrichteranordnung und einem Gleichstrominstrument zur Bestimmung der in der Messwirkung auftretenden Strom- bezw. Spannungsänderungen gegenüber dem unbelasteten Zustande des Messkörpers, die ein Mass für die zu messenden Kräfte bilden, so dass der Ausschlag des Mess- gerätes bei Belastung des Messkörpers durch die zu messenden Kräfte oder Momente ein Mass für diese bildet.
Die Wechselstrom quelle 15 ist über einen Vorwiderstand 1.6 an die Verzweigungspunkte einer Brücken schaltung angeschlossen, in deren einen Zweig zwei Gleichrichter 17 und 18 und in deren andern Zweig die Messwicklung 2 des Messkörpers 1 und ein zweckmässig regel barer Vergleichswiderstand 19 eingeschaltet sind. In dem Diagonalzweig der Brücke liegt ein Gleichstrommessgerät 20.
Die Messung erfolgt in der Weise, dass man zunächst den Vergleichswiderstand 19 so einstellt, dass in unbelastetem Zustande des Messkörpers das Instrument 20 keinen Ausschlag zeigt. In diesem Falle ist der Betrag des Widerstandes 19 gleich dem Be trag des Scheinwiderstandes ('R) der Mess- wicklung z. Belastet man nun den Mess- körper 1 durch die zu messende Kraft P, so ändert sich der Betrag des Scheinwider standes (91) der Erregerwicklung 2,
und das Instrument 20 zeigt einen dieser Än- derung (A'9) entsprechenden Ausschlag, der als Mass für die zu messende Kraft P dienen kann. Da für die Messung die ein fachen Beträge der Widerstände ohne Rück sicht auf die Phasenlage der Spannungen in Betracht kommen, kann als Vergleichs widerstand ein einfacher ohmscher Wider stand benutzt werden, und ein besonderer Phasenabgleich ist nicht erforderlich. Aller dings wird in diesem Falle das im Diagonal zweig liegende Instrument auch noch von einer Wechselstromkomponente durchflos sen.
Wenn dies als störend empfunden wird, können mit bekannten Mitteln auch die Phasen der zu vergleichenden Schein- widerstände der Messwicklung und des Ver gleichswiderstandes gleichgemacht werden, so dass sowohl der Gleichstrom, als auch der Wechselstrom in dem im Diagonalzweig lie genden Messgerät verschwindet.
Infolge der Widerstandsänderung (A N) der Erregerwicklung würde sich bei gleich bleibender Spannung der Wechselstrom quelle auch die Erregerstromstärke J in der Wicklung ändern, und zwar in. umgekehr tem Sinne. Dadurch würde das für die Grösse des Instrumentenausschlages massgebende Produkt J . (A K) verkleinert werden.
Um dies zu verhindern, ist es zweckmässig, die Brücke über einen Vorwiderstand an die Wechselstromquelle anzuschliessen und die sen so gross zu wählen, dass der veränder liche Widerstand der Messwicklung dagegen nahezu verschwindet und die Erregerstrom stärke somit unabhängig von der Belastung des Messkörpers annähernd konstant bleibt.
Die in Fig. 18 dargestellte Schaltung weist noch den Nachteil auf, dass der den Messkörper magnetisierende Strom in den beiden Halbperioden verschieden gross ist, da ja in der Sperrichtung der Gleichrichter der volle Strom durch die Wicklung 2 fliesst, in der Durchlassrichtung dagegen ein um den Durchlassstrom der Gleichrichter ver minderter Strom. Dieser Übelstand wird bei der in Fig. 19 dargestellten Schaltung durch Hinzufügen eines weiteren zwei entgegen- gesetzt polarisierte Gleichrichter 21 und 22 enthaltenden Brückenzweiges vermieden.
Die Wechselstromquelle 15 ist in Fig. 19 über einen Übertrager 23 angeschlossen. Fer ner ist der Vergleichswiderstand 19 nicht regelbar angeordnet. Dafür ist in den die Gleichrichter enthaltenden Brückenzweig zwischen die Gleichrichter 17 und 18 ein Widerstand eingeschaltet, der mit einem ver änderbaren Abgriff zum Anschluss des Gleichstrom.m.essgerätes 20 versehen ist. Der Abgriff dient zum Abgleich der Brücke bei der Belastung ,P = 0. Ein gleich gro sser Widerstand 25 liegt in dem die Gleich richter 21 und 22 enthaltenden Brücken zweig.
Der Vorwiderstand 16 hat wieder den Zweck, die Stromstärke unabhängig von der Belastung des IVlesskörpers annähernd konstant zu halten.
Um auch bei kleineren Kräften einen genügend grossen Ausschlag am Instrument zu erhalten, ist es- zweckmässig, eine Ver- stärkereinrichtung zu verwenden, um die an den Klemmen der Messwicklung liegende Spannung zu verstärken. Eine derartige Schaltung ist beispielsweise in Fig. 20 dar gestellt, die im übrigen im Aufbau grund sätzlich der Schaltung nach Fig. 18 ent spricht.
Die Wechselstromquelle 15 ist wieder über einen Vorwiderstand 16 an die Brücke angeschlossen, deren einer Zweig die Wick lung 2 des Messkörpers und den regelbaren Vergleiebswiderstand 19 enthält. Parallel zu 2 liegt die Primärwicklung eines Über tragers 26, an dessen Sekundärwicklung die Glühkathode und das Gitter einer Verstär- kerröhre 27 angeschlossen ist.
Der Anoden kreis der Röhre 27 ist über den Übertrager 28 so an den Gleichrichter 17 und das Gleichstrominstrument 20 angeschlossen, dass die Sekundärwicklung des Übertragers 28 gewissermassen an Stelle der Wicklung 2 mit dem Vergleichswiderstand 19 den einen und die Gleichrichter 17 und 18 den andern Brückenzweig der Schaltung bilden, wobei das Instrument 20 im Diagonalzweig liegt. Dadurch wird die an den Klemmen der
EMI0008.0032
Wicklung <SEP> 2 <SEP> liegende <SEP> Spaiiiiizii(r <SEP> mil <SEP> u";..
<tb> sprechender <SEP> Verstärkung <SEP> in <SEP> der <SEP> Gleielitroin kompensationsschaltung <SEP> zur <SEP> NVirkung <SEP> ge bracht.