Einrichtung zum elektrischen Messen der Prüfgeräte bei der Werkstoffprüfung
Es ist bei der elektrischen Messung von Prüfkräften bekannt, der von den Prüfkräften verformten Werkstoffprobe eine von einer elektrischen Stromquelle gespeiste Messbrücke als externe Brücke zuzuordnen, deren Widerstand abhängig von den Verformungen der Probe sich ändert. An die externe Messbrücke ist die interne Messbrücke angeschlossen, deren Widerstand mit Hilfe eines Regelwiderstandes stets gleich dem Widerstand der externen Brücke gehalten wird. Die Stellung des Regelwiderstandes wird als Mass für die Prüfkräfte angezeigt.
Die Anzeige erfolgt auf einer Skala mittels eines Zeigers, der direkt mit dem Schleifkontakt des Regelwiderstandes verbunden ist, so dass eine VÇerstel, lbewelgung dbs Schleifkontaktes stets eine in gleicher Weise entsprechende Verstellbewegung des Zeigers zur Folge hat.
Derartige bekannte Messeinrichtungen haben den Nachteil, dass die Teilung der Skala empirisch festgelegt werden muss und nicht linear ist. Die empirische Skalenteilung bereitet Schwierigkeiten, indem insbesondere kein Interpolieren von auf der Skala nicht ausdrücklich gekennzeichneten Zwischenwerten möglich ist. Insbesondere aus diesem Grund schreiben die heutigen Normvorschriften für die Werkstoffprüfung linear geteilte Skalen vor.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschriebene Messeinrichtung in der Weise auszugestalten, dass linear geteilte Skalen Anwendung finden können.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe schlägt die Erfindung vor, dass zwischen dem Zeiger und dem Schleifkontakt des Regelwiderstandes ein Korrektur- glied angeordnet ist, welches die Anzeige linearer Änderungen der Prüfkräfte auf der linear geteilten Anzeigeskala des Regelwiderstandes ermöglicht.
Bei einer Anordnung gemäss der Erfindung findet also eine linear geteilte Skala Anwendung und die eingangs genannte Anordnung ist so auszugestalten, dass sie den Normvorschriften für die Werkstoffprüfung bezüglich der linear geteilten Skala entspricht.
Das Korrekturglied kann ein längenveränderliches Bauteil zur Verbindung des Schleifkontaktes des Regelwiderstandes mit dem Zeiger aufweisen, dessen Länge entsprechend der erforderlichen Korrektur geändert wird. Die Längenänderung des längenver änderlichen Gliedes kann mit Hilfe einer der erforderlichen Korrektur entsprechend geformten Kurvenscheibe, auf der eine Rolle an der Verbindungsstelle zweier Teilhebel des längenveränderllichen Gliedes abrollt erfolgen. Die Anpresskräfte der Rolle an die Kurvenscheibe können durch eine Feder erzeugt werden.
Soll die Erfindung unter Verwendung eines handelsüblichen Regelwiderstandes mit Anzeige der Stellung desselben als Mass für die Prüfkräfte Anwendung finden, z. B. bei der Umrüstung einer schon bestehend den Einrichtung entsprechend der Erfindung, so kann das ohne grösseren Aufwand ermöglicht werden, wenn das Korrekturglied zwischen dem Zeiger des handelsüblichen Regelwiderstandes und dem Schleifkontakt eines zweiten geraden oder gebogenen Regelwiderstandes angeordnet ist.
Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen in schematischer Darstellung:
Fig. 1 eine an sich bekannte Messeinrichtung,
Fig. 2 den erfindungsgemäss ausgestalteten Teil der Einrichtung gemäss Fig. 1 in grösserer Darstellung,
Fig. 3, 4 je eine weitere Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung.
Die externe Messbrücke besteht aus den Widerständen 1 bis 4, die als auf der Werkstoffprobe 5 befestigte Dehnungsmessstreifen ausgebildet sind (Fig. 1). Die Dehnungsmessstreifen 2, 4 ändern ihren elektrischen Widerstand primär in Abhängigkeit von Längenänderungen der Probe, während die Kompensationsmessstreifen 1, 3 ihren elektrischen Widerstand primär abhängig von der Querkontraktion der Probe ändern und die durch die Querkontraktion der Probe verursachten Widerstandsänderungen der -Messstreifen 2, 4 kompensieren. Die externe Messbrücke liegt bei 6, 7 an einer gleichgerichteten elektrischen Spannung.
Klemme 8 der externen Messbrücke ist an Masse gelegt, an Klemme 9 ist die interne Messbrücke an die externe Messbrücke angeschlossen. Die interne Messbrücke weist die unveränderlichen elektrischen Widerstände 10 bis 13 und den Regeiwiderstand 14 auf. Sie liegt bei 6a, 7a gleichfalls an einer gleichgerichteten, von 6, 7 getrennten elektrischen Spannung. Zwischen dem einstellbaren Schleifkontakt 15 des Regelwiderstandes 14 und der Masse ist ein Nullgerät 16 eingeschaltet. Die Stellung des Schleifkontaktes 15 wird durch einen Zeiger 17 als Mass für die auf die Probe aufgebrachten Prüfkräfte auf der Skala 18 angezeigt.
Ist die Werkstoffprobe unbelastet, so befindet sich die externe Brücke im Gleichgewicht und an den Klemmen 8, 9 liegt keine Spannung. Demgemäss weist die Verbindung 10 ! 11 keine Spannung gegen Masse auf. Wird die Probe 5 verformt, so ändert sich der Brückenwiderstand. Die Brücke wird verstimmt und an den Klemmen 8, 9 liegt eine der Grösse der die Probe verformenden Prüfkräfte entsprechenden elektrische Spannung. Durch Verstellen des Schleifkontaktes 15 des Regelwiderstandes 14 wird die interne Brücke im gleichen Masse verstimmt wie die externe Brücke. Wann die interne Brücke im erforderlichen Masse verstimmt ist, kann mit Hilfe des Nullgerätes 16 festgestellt werden, welches in diesem Fall nicht ausschlägt.
Die zur erforderlichen Verstimmung der internen Brücke erforderliche Verstellung des Regelwiderstandes 14 bzw. des Schleifkontaktes 15 des Regelwiderstandes wird mit dem Zeiger 17 als Mass für die Prüfkräfte auf der Skala 18 angezeigt, wie bereits oben dargestellt.
Die Abhängigkeit der Stellung des Schleifkontaktes von den Prüfkräften ist zwar jeweils genau definierbar, unterliegt aber keiner Gesetzmässigkeit, sie kann also nur empirisch ermittelt werden und demgemäss ist auch die Skala 18 nur empirisch und nicht linear zu teilen, wenn eine unmittelbare Verbindung zwischen Zeiger 17 und Schleifkontakt 15 besteht.
Wenn die aus den Widerständen 10 bis 14 gebildete Brücke einmal abgeglichen ist, dann bleibt das Messinstrument 16 stromlos, gleichgültig, welche Spannung an den Punkten 6 und 7 angelegt ist. Die Einrichtung nach Fig. 1 soll nun dazu dienen, die Dehnung des Prüfstückes 5 zu messen. Wenn das Prüfstück 5 sich dehnt, dann vergrössert sich der Widerstand der Dehnungsmessstreifen 2 und 4, während der Widerstand der Messstreifen 1 und 3 konstant bleibt. In diesem Augenblick bekommt das Messinstrument 16 Spannung. Es kann auf Null gestellt werden durch Verstellen des Potentiometers 14. Damit verstellt sich zugleich der Zeiger 17, der auf der Skala 18 eine Grösse anzeigt, die der Dehnung des Prüfstückes s 5 proportional ist.
Bei der Erfindung findet nun eine linear geteilte Skala Anwendung, was durch die Anwendung eines Korrekturgliedes zwischen dem Zeiger 17 und dem Schleifkontakt 15 ermöglicht wird. Bei der Anordnung gemäss Fig. 2 sitzen sowohl der Schleifkontakt 15 als auch der Zeiger 17 getrennt voneinander drehbar auf der Achse des Regelwiderstandes. Die linear gewickelte Widerstandswicklung 19 des Regelwiderstandes ist kreisförmig gebogen und liegt an den Widerständen 12, 13. Der Schleifkontakt 15 ist an das Nullgerät 16 angeschlossen. Zwischen der den Schleifkontakt 15 tragenden Stange 20 und dem Zeiger 17 ist das längenveränderliche Glied in Form zweier Teilhebel 21, 22 angeordnet.
Diese sind gelenkig an der Stange 20 und dem m Zeiger 17 angeschlossen und tragen an ihren einander zugekehrten Enden gelenkig eine Rolle 23. Diese Rolle wird von einer Feder 24 zwischen dem Teilhebel 22 und der Stange 20 an eine Kurvenscheibe 25 angedrückt. Die Kurvenscheibe sitzt drehfest auf der Achse des Regelwiderstandes. Sie ist empirisch so geformt, dass lineare Änderungen der Prüfkräfte auf der linear geteilten Skala 18 richtig angezeigt werden.
Bei der Anordnung gemäss Fig. 3 findet ein handelsüblicher Regelwiderstand mit Anzeige der Stellung des Schleifkontaktes Anwendung. Der kreisförmig gebogenen Widerstandwicklung 19a des handelsüblichen Regelwiderstandes ist eine ebenfalls kreisförmig gebogene Widerstandswicklung l9b in Reihenschaltung zugeordnet, die sich ausserhalb des handelsüblichen Regelwiderstandes befindet. Zwischen dem Schleifkontakt 1 5b und dem den Schleifkontakt 15s tragenden Zeiger 17 des Regelwiderstandes ist das längenveränderliche Glied wieder in Form der Teilhebel 21, 22 angeordnet. Diese Teilhebel sind gelenkig mit dem Zeiger 17 und dem Schleifkontakt 15b verbunden und tragen zwischen sich die Rolle 23, die gegen die Kurvenscheibe 25 gedrückt wird.
Die Andrückkraft wird durch die Feder 24 bewirkt, die hier zwischen dem Teilhebel 21 und dem Zeiger 17 angeordnet ist. Der Schleifkontakt 1 5b sitzt an einem Arm 26, der ausserhalb des handelsüblichen Regelwiderstandes drehbar gelagert ist. Die Kurvenscheibe 25 ist fest und unbeweglich angeordnet.
Die Anordnung gemäss Fig. 3 kann derart abgeändert werden, dass die zweite Widerstandswicklung 19b gerade ist (Fig. 4). Hierbei trägt der Schleifkontakt 1 5b der zweiten Widerstandswicklung an seiner Stange 26 die Rolle 23. Die Rolle wird von der Feder 24a an die Kurvenscheibe 25a angedrückt. Die Kurvenscheibe 25a ist gleichsinnig und um gleiche Beträge drehbar mit dem Zeiger 17 des handels üblichen Regelwiderstandes gekuppelt, der auf der linear geteilten Skala 18 anzeigt. Im übrigen entspricht die Anordnung gemäss Fig. 4 der Anordnung gemäss Fig. 3.
Device for the electrical measurement of the test devices during material testing
In the electrical measurement of test forces it is known to assign a measuring bridge fed by an electrical current source as an external bridge to the material sample deformed by the test forces, the resistance of which changes depending on the deformation of the sample. The internal measuring bridge is connected to the external measuring bridge, the resistance of which is always kept equal to the resistance of the external bridge with the help of a control resistor. The position of the rheostat is displayed as a measure for the test forces.
The display takes place on a scale by means of a pointer which is directly connected to the sliding contact of the rheostat, so that an adjustment of the movement of the sliding contact always results in a corresponding adjustment movement of the pointer.
Known measuring devices of this type have the disadvantage that the division of the scale has to be determined empirically and is not linear. The empirical scale division causes difficulties, in particular because it is not possible to interpolate intermediate values that are not expressly marked on the scale. For this reason in particular, today's standard regulations for materials testing prescribe linearly divided scales.
The invention is based on the object of designing the measuring device described above in such a way that linearly divided scales can be used.
To solve the problem, the invention proposes that a correction element is arranged between the pointer and the sliding contact of the variable resistor, which enables the display of linear changes in the test forces on the linearly divided display scale of the variable resistor.
In an arrangement according to the invention, a linearly divided scale is used and the arrangement mentioned at the beginning is to be designed in such a way that it corresponds to the standard provisions for materials testing with regard to the linearly divided scale.
The correction element can have a variable-length component for connecting the sliding contact of the variable resistor to the pointer, the length of which is changed according to the required correction. The change in length of the variable-length link can take place with the aid of a cam disk which is shaped accordingly to the required correction and on which a roller rolls at the junction of two sub-levers of the variable-length link. The pressing forces of the roller on the cam disk can be generated by a spring.
If the invention is to be found using a commercially available variable resistor with display of the position of the same as a measure for the test forces, z. B. when retrofitting an already existing device according to the invention, this can be made possible without major effort if the correction element is arranged between the pointer of the commercially available variable resistor and the sliding contact of a second straight or curved variable resistor.
The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments. The drawing shows in a schematic representation:
1 shows a measuring device known per se,
FIG. 2 shows the part of the device according to FIG. 1 designed according to the invention in a larger representation,
3, 4 each a further embodiment of the invention in a schematic representation.
The external measuring bridge consists of the resistors 1 to 4, which are designed as strain gauges attached to the material sample 5 (Fig. 1). The strain gauges 2, 4 change their electrical resistance primarily as a function of changes in the length of the sample, while the compensation gauges 1, 3 change their electrical resistance primarily as a function of the transverse contraction of the sample and compensate for the changes in resistance of the measuring strips 2, 4 caused by the transverse contraction of the sample . The external measuring bridge is at 6, 7 on a rectified electrical voltage.
Terminal 8 of the external measuring bridge is connected to ground, at terminal 9 the internal measuring bridge is connected to the external measuring bridge. The internal measuring bridge has the unchangeable electrical resistances 10 to 13 and the regi-resistance 14. At 6a, 7a it is also due to a rectified electrical voltage separated from 6, 7. A null device 16 is switched on between the adjustable sliding contact 15 of the variable resistor 14 and the ground. The position of the sliding contact 15 is indicated by a pointer 17 as a measure of the test forces applied to the sample on the scale 18.
If the material sample is unloaded, the external bridge is in equilibrium and there is no voltage at terminals 8, 9. Accordingly, the connection 10! 11 no voltage to ground. If the sample 5 is deformed, the bridge resistance changes. The bridge is detuned and an electrical voltage corresponding to the magnitude of the test forces deforming the specimen is applied to the terminals 8, 9. By adjusting the sliding contact 15 of the variable resistor 14, the internal bridge is detuned to the same extent as the external bridge. When the internal bridge is detuned to the required extent can be determined with the aid of the null device 16, which does not deflect in this case.
The adjustment of the regulating resistor 14 or the sliding contact 15 of the regulating resistor required for the necessary detuning of the internal bridge is indicated by the pointer 17 as a measure for the test forces on the scale 18, as already shown above.
The dependence of the position of the sliding contact on the test forces can be precisely defined in each case, but is not subject to any regularity, so it can only be determined empirically and accordingly the scale 18 can only be divided empirically and not linearly if there is a direct connection between pointer 17 and Sliding contact 15 exists.
Once the bridge formed from the resistors 10 to 14 has been balanced, the measuring instrument 16 remains de-energized, regardless of the voltage applied to the points 6 and 7. The device according to FIG. 1 is now intended to be used to measure the elongation of the test piece 5. When the test piece 5 expands, the resistance of the strain gauges 2 and 4 increases, while the resistance of the measuring strips 1 and 3 remains constant. At this moment the measuring instrument 16 gets voltage. It can be set to zero by adjusting the potentiometer 14. At the same time, the pointer 17, which shows a value on the scale 18 which is proportional to the elongation of the test piece s 5, is adjusted.
In the invention, a linearly divided scale is used, which is made possible by the use of a correction element between the pointer 17 and the sliding contact 15. In the arrangement according to FIG. 2, both the sliding contact 15 and the pointer 17 sit separately from one another so that they can rotate on the axis of the variable resistor. The linearly wound resistance winding 19 of the variable resistor is curved in a circle and lies on the resistors 12, 13. The sliding contact 15 is connected to the null device 16. Between the rod 20 carrying the sliding contact 15 and the pointer 17, the variable-length member in the form of two partial levers 21, 22 is arranged.
These are connected in an articulated manner to the rod 20 and the m pointer 17 and at their mutually facing ends articulately carry a roller 23. The cam is non-rotatably seated on the axis of the rheostat. It is empirically shaped so that linear changes in the test forces are correctly displayed on the linearly divided scale 18.
In the arrangement according to FIG. 3, a commercially available rheostat with display of the position of the sliding contact is used. The circularly curved resistance winding 19a of the commercially available variable resistor is assigned a likewise circularly curved resistance winding 19b in series connection, which is located outside the commercially available variable resistor. Between the sliding contact 1 5b and the pointer 17 of the variable resistor carrying the sliding contact 15s, the variable-length member is again arranged in the form of the partial levers 21, 22. These partial levers are articulated to the pointer 17 and the sliding contact 15b and between them carry the roller 23 which is pressed against the cam disk 25.
The pressing force is brought about by the spring 24, which is arranged here between the partial lever 21 and the pointer 17. The sliding contact 1 5b sits on an arm 26 which is rotatably mounted outside of the commercially available variable resistor. The cam 25 is fixed and immovable.
The arrangement according to FIG. 3 can be modified such that the second resistance winding 19b is straight (FIG. 4). The sliding contact 15b of the second resistance winding carries the roller 23 on its rod 26. The roller is pressed against the cam 25a by the spring 24a. The cam disk 25a is coupled in the same direction and rotatable by the same amount to the pointer 17 of the commercially available variable resistor, which indicates on the linearly divided scale 18. Otherwise, the arrangement according to FIG. 4 corresponds to the arrangement according to FIG. 3.