Elektromagnetischer Dehnungsmesser
Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Dehnungsmesser zur Messung der geringfügigen Längenänderungen, welche z. B. durch Matenalspan nungen, Temperaturänderungen und dergleichen verursacht werden.
Es sind bereits eine ganze Reihe mechanischer und elektrischer Dehnungsmesser verschiedener Bauart bekannt, von denen der Widerstands-Dehnungs- messstreifen am häufigsten verwendet wird. Die Bauart des erfindungsgemässen elektromagnetischen Dehnungsmessers gleicht, was den Gebrauch in der Men technik betrifft, am meisten dem Dehnungsmesser dieser Art. Obzwar der Dehnungsmessstreifen auf den ersten Blick einfach zu sein scheint, ist die Herstellung desselben sehr schwierig, und die mit ihm erzielbaren Ergebnisse hängen von seiner sorgfältigen Fertigung ab. Ausserdem ist er äusserst empfindlich in bezug auf seine Behandlung, Temperatur- und Feuchtigkeits änderungen sowie die Alterung. Zudem kann er nur einmal benützt werden, da eine anschliessend notwendige Kontrolle und eventuelle Nacheichung des Dehnungsmessers nicht möglich ist.
Für die eigentliche Messung ist eine komplizierte und kostspielige Apparatur erforderlich. Werden hingegen einfachere Messapparaturen verwendet, so müssen die Dehnungsmesser entsprechend der verlangten Messgenauigkeit komplizierter Bauart sein, oder aber die Messgenauigkeit und das Anwendungsgebiet werden stark beschränkt.
Der erfindungsgemässe Dehnungsmesser soll ein exaktes Messen bei unkomplizierter Bauweise ermög lichen. Er nützt eine dem Wiedemanneffekt entsprechende Erscheinung aus, nämlich, dass die in einem durch einen elektrischen Wechselstrom zirkular magnetisierten ferromagnetischen Stab aufgebauten, kreisförmigen und koaxial verlaufenden, magnetischen Feldlinien bei einer Torsionsbeanspruchung des Stabes zu Schraubenlinien verzerrt werden, deren Steigung einer (in Achsrichtung verlaufenden) Längskom ponente des Magnetfeldes gleichkommt.
In einer entsprechend angeordneten Ausgangsspule wird dann durch eine Längskomponente eine elektromotorische Kraft induziert, die der Torsionsbeanspruchung des Stabes proportional ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Dehnungsmesser, der aus einem ferromagnetischen Torsionskörper besteht, welcher durch den in einem Erregerstromkreis fliessenden Strom oder einen Dauermagneten zirkular magnetisiert und mit einer Ausgangsspule versehen ist, in welcher bei der Torsion durch Verformung des magnetischen Feldes des Torsionskörpers eine elektromotorische Kraft erregt wird.
Der erfindungsgemässe Dehnungsmesser ist dadurch gekennzeichnet, dass der Torsionskörper r an beiden Enden mit senkrecht zu seiner Achse verlaufenden Platten versehen ist, die abgewinkelte, parallel zur Achse des Torsionskörpers in einer Ebene liegende Fortsätze von dreieckiger Form besitzen, welche auf je einem von zwei parallelen Bändern aus elastischem, widerstandsfähigem Material so angeordnet sind, dass die Platten senkrecht auf der durch die Bänder bestimmten Ebene stehen, wobei an den Enden der Bänder zur Verbindung mit dem zu messenden Material je ein Fuss oder eine Schneide angeordnet ist.
Die Überführung der Materialverformung in eine elektromotorische Kraft weist t zum Unterschied von andern Messmethoden die hervortretende Eigenschaft auf, dass die elektromotorische Kraft unter Mithilfe einer einfachen Erregnngs sowie Ausgangsvorrichtung erzielt wird, wobei die Anordnung frei von Zwischenstufen ist, welche Ungenauigkeiten mit sich bringen und den Wirkungsgrad der Überführung beeinträch- tigen.
Der elektromagnetische Dehnungsmesser nach der Erfindung kann in verschiedenen Varianten, die von der Gebrauchsart und der Grösse abhängig sind, ausgeführt werden. Eine typische beispielsweise Ausführungsform ist schematisch in der Zeichnung dargestellt, wobei die
Fig. 1 den Dehnungsmesser im Aufriss, geschnitten entlang der Linie 1-1 in Fig. 2 (Windungen der Ausgangsspule 6 nicht gezeichnet),
Fig. 2 im Grundriss und
Fig. 3 im Seitenriss, teilweise geschnitten entlang der Linie III-III in Fig. 2 (Drähte der Spule 6 wiederum nicht gezeichnet) darstellt.
Der Dehnungsmesser besitzt zwei Platten 1, die aufrechtstehend, mittels im rechten Winkel abgewinkelter Fortsätze 1' von dreieckiger Form, auf je einem mit einem Fuss 2 oder einer Schneide versehenen Band 3 aus elastischem, widerstandsfähigem Material befestigt sind. Die beiden Bänder 3 liegen in derselben Ebene. Der rohrförmige Torsionskörper 4 verbindet beide Platten 1, indem er mit je einem seiner Enden in eine der Platten 1 unverdrehbar und fest eingesetzt ist. Den Erregungsteil bildet die Spule 5, die durch und beidseits um den hohlen Torsionskörper 4 gewickelt ist, und den Aufnahmeteil die Spule 6, die um den Torsionskörper herum gewickelt ist. Der Ausgangs- und der Erregungsstromkreis können untereinander vertauscht werden.
Der Erregungsstrom wird durch einen Strommesser überwacht, und die Ausgangsspannung wird mit einem Spannungsmesser gemessen (nicht dargestellt). Die Erregung kann anstatt durch einen Erregungsstrom auch permanentmagnetisch erfolgen, indem beispielsweise der Torsionskörper selbst als Dauermagnet ausgebildet wird, wobei natürlich der Erregungsstromkreis entfällt.
Die Messung mit diesem Dehnungsmesser r wird so durchgeführt, dass die Füsse 2 desselben mit dem zu messenden Material fest verbunden werden. Eine Verlängerung oder Verkürzung des Materials überträgt sich durch Vermittlung der Bänder 3 auf die Platten 1 und dadurch auch auf den Torsionskörper 4. In diesem Torsionskörper 4 wird eine überlagerte Beanspruchung, welche eine Torsionskomponente enthält, verursacht. Wenn durch den Erregungsstrom in der toroidalen Spule 5 im Torsionskörper 4 ein zirkulares elektromagnetisches Feld erzeugt wird, dann wird dieses elektromagnetische Feld durch die Torsionsbeanspruchung so deformiert, dass eine der Grösse der Verdrehung proportionale Längskomponente auftritt.
Diese erregt in der Ausgangsspule 6 eine mit dem Spannungsmesser zu messende elektromotorische Kraft, welche ebenfalls der Verdrehung des Torsionskörpers und damit der Längenänderung des Materials proportional ist.
Der elektromagnetische Dehnungsmesser in dieser Anordnung dientzum Messen von Verformungen durch Zug- und Druckspannungen. Man kann ihn auch zum Messen von Verformungen durch Schubspannungen und daher auch zum Messen der Beanspruchung auf Biegung und Verdrehung benützen. Bei verschiedenem Wärmeausdehnungsvermögen des zu messenden Materials und des Dehnungsmessers kann man auch die jeweilige Temperatur messen; anderseits ist es im Falle der Messung von Verformungen notwendig, den Temperatureinfluss durch einen Ausgleichsdehnungsmesser, ganz ähnlich wie bei den Dehnungsmessstreifen, zu kompensieren.
Der Dehnungsmesser dient in allen technischen Zweigen zum Messen geringfügiger Längenänderungen, gleichgültig, ob diese durch Materialspannung, Wärmedehnung oder durch Bodenbewegung usw. verursacht werden.
So kann man diesen Dehnungsmesser vorteilhaft zur Messung der Verformungen von Talsperrendammkronen, der Bewegung von Gesteinen, insbesondere in Bergwerken, zum Messen der Grösse von Bergdrücken, von Walzdrücken, Drücken von Bergbaumaschinen und andern Grossmaschinen auf das Fundament, zum Messen der Zugkraft von Ketten, der Beanspruchung von Maschinenteilen an gefährdeten Stellen (als Sicherheitseinrichtung) usw. verwenden.
In allen diesen Fällen werden die Änderungen auf einfache und genaue Weise in eine elektromotorische Kraft übergeführt, welche mit einem Spannungsmesser ferngemessen und registriert werden kann, oder welche ein Sicherheitsrelais einschaltet usw.
Ein weiterer Vorteil des beschriebenen Dehnungsmessers liegt in der einfachen Messapparatur, welche ohne elektronische Hilfsmittel arbeiten kann.