CH426308A - Verfahren zum Messen mechanischer Kräfte oder Verschiebungen und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren zum Messen mechanischer Kräfte oder Verschiebungen und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen mechanischer Kräfte oder Verschiebungen, die durch Kräfte verursacht werden.



   Solche bekannte Elemente, die sogenannten Dehnungsmessstreifen, bestehen im wesentlichen aus einem Widerstandsdraht und werden an einem unter Spannung stehenden Körper derart befestigt, dass sie unter der Einwirkung der Formänderung dieses Körpers eine Dehnung oder Stauchung erfahren, durch die sich der Widerstand ändert. Diese Widerstandsänderung lässt sich auf bekannte Weise messen, zum Beispiel dadurch, dass das Element in eine Wheatstone-Brücke geschaltet wird. Im allgemeinen enthalten die vier Zweige der Brücke je ein Element, wobei zwei in einander gegenüberliegenden Zweigen angeordnete Elemente auf Dehnung und die zwei in den anderen einander gegenüberliegenden Zweigen angeordneten Elemente auf Stauchung beansprucht werden.

   Die Widerstandsänderungen sind meist klein, so dass eine verhältnismässig kostspielige elektrische Apparatur erforderlich ist, um die   Änderungen    mit der verlangten Genauigkeit zu messen.



   Es ist bereits bekannt, dass dünne Filme, die aus einem auf eine isolierende Unterlage aufgedampften magnetischen Material, zum Beispiel einer Legierung von 80 % Nickel und 20 % Eisen bestehen, eine magnetische Vorzugsrichtung aufweisen, insbesondere wenn das Aufdampfen in einem Magnetfeld erfolgt.



  Solche Filme finden als magnetische Speicherelemente bei Rechenmaschinen Verwendung. Bei solchen Elementen unterscheidet sich der elektrische Widerstand in der magnetischen Vorzugsrichtung von demjenigen senkrecht zu dieser Richtung. Bekannt ist auch die Erscheinung der Magnetostriktion, die darin besteht, dass eine Magnetisierung eines Stabes aus einem bestimmten magnetischen Material eine Längenänderung und umgekehrt eine Dehnung oder Stauchung eine Magnetisierung herbeiführen.



   Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass, wenn ein dünner Film der vorstehend erwähnten Art auf Zug oder Druck in einer bestimmten Richtung in bezug auf die Vorzugsrichtung in der Ebene des Filmes beansprucht wird, sich die Vorzugsrichtung ändert, wobei diese Änderung eine verhältnismässig grosse Widerstandsänderung zur Folge hat. Diese Widerstandsänderung ist am grössten, wenn die Richtung des Zuges oder Druckes einen Winkel von etwa 450 mit der Vorzugsrichtung bildet. Es wurde gefunden, dass bei einer bestimmten relativen Änderung der Abmessung des Filmes in Richtung des Zuges oder Druckes eine relative Widerstandsänderung auftreten kann, die gross in bezug auf die relative Widerstandsänderung der bekannten Dehnungsmessstreifen bei gleicher relativer Längenänderung des Widerstandsdrahtes ist.



   Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Element verwendet wird, welches aus einem Film eines auf einer isolierenden Unterlage niedergeschlagenen magnetischen Materials mit einer magnetischen Vorzugsrichtung besteht und dass das Element derart beansprucht wird, dass die genannte Vorzugsrichtung einen Winkel von weniger als 900 mit der Richtung der im Element erzeugten   Zuges oder    Druckspannungen oder mit der Richtung der auftretenden Verschiebungen bildet.



   Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, bestehend aus mindestens einem Element, das unter der Einwirkung der zur messenden, in bestimmten   Rich-    tungen auf das Element wirkenden Kräfte oder der durch Kräfte verursachten, in bestimmten Richtungen auftretenden Verschiebungen eine elektrische Wider  standsänderung erfährt, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Element aus einem Film eines auf einer isolierenden Unterlage niedergeschlagenen magnetischen Materials mit einer magnetischen Vorzugsrichtung besteht und dass das Element an eine Stromquelle derart angeschlossen ist, dass der Strom in der Richtung der   Zuges oder    Druckspannung oder in der Richtung der auftretenden Verschiebungen oder senkrecht zu diesen Richtungen fliesst.



   Die Widerstandsänderung lässt sich auf einfache Weise durch Strom- und Spannungsmessung bestimmen, wobei die Stromflussrichtung vorzugsweise etwa der Richtung der stärksten   Zuges oder    Druckspannung entspricht oder mehr oder weniger senkrecht zu ihr verläuft.



   Bei einer Messung unter Verwendung einer Brükkenschaltung bestehen vorzugsweise sämtliche Zweige der Brücke aus solchen Elementen, die zusammen auf einer isolierenden Unterlage, zum Beispiel einer Glasplatte, niedergeschlagen und als Streifen ausgebildet sind, die paarweise räumlich so angeordnet sind, dass die Achsen des einen Paares nahezu senkrecht zu den Achsen des anderen Paares verlaufen.



   Ein besonders vorteilhaftes Material ist eine an sich bekannte Nickel-Kobalt-Legierung.



   Es hat sich herausgestellt, dass bei nicht übermässigen   Änderungen    der magnetischen Vorzugsrichtung eine nahezu lineare Beziehung zwischen der mechanischen Spannung und der Anzeige erzielbar ist.



   In der beiliegenden Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt.



   Fig. 1 zeigt das erste Ausführungsbeispiel.



   Fig. 2 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel,   und   
Fig. 3 zeigt eine Druckmessvorrichtung.



   Das Element 1 langgestreckter Gestalt kann eine Dicke von etwa 0,1   u    haben und ist auf eine Glasplatte 2 aufgedampft, deren Dicke je nach der erwünschten Empfindlichkeit zum Beispiel 0,1-1 mm beträgt. Das Ganze kann durch ein zu bestimmendes Gewicht auf Biegung beansprucht sein. In der Zeichnung ist der Einfachheit halber angenommen, dass eine Zugkraft P2 vorhanden ist. Die magnetische Vorzugsrichtung, die durch die Pfeile P1 angegeben ist, bildet mit dieser Zugkraft einen Winkel von etwa   450.   



   Das Element ist mit zwei vorzugsweise streifenförmigen Stromzuführungsklemmen 3 und 4 versehen, die über einen Widerstand 6 an einer Spannungsquelle 5 liegen, die einen nahezu konstanten Strom dem Element zuführt. Die Spannung an den Klemmen 3 und 4 wird mit einem Voltmeter 7 gemessen.



   Bei Belastung mit einer Kraft P2 führt die magnetische Vorzugsrichtung je nach dem Sinn der Kraft eine Drehung in positivem oder negativem Sinn aus. Hierbei ändert sich die Spannung zwischen den Klemmen 3 und 4, und diese Änderung ist ein Mass für die Grösse der Kraft P2.



   Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung mit einer Brückenschaltung. Die Brücke besteht aus vier Elementen 8, 9, 10 und 11, von denen die ersten zwei senkrecht und die anderen zwei parallel zur Richtung der zu messenden Kraft verlaufen. Unter der Einwirkung der Kraft P2 ändern sich die Widerstandswerte der Elemente 8 und 9 in einem Sinn, der dem Sinn der   Anderung    der Widerstandswerte der Elemente 10 und 11 entgegengesetzt ist. Auf diese Weise wird die Empfindlichkeit gesteigert und der Einfluss von Temperaturänderungen beseitigt. Die Breite der Elemente kann von der Grössenordnung von 0,5 mm und die Länge von der Grössenordnung von 24 mm sein.



  Sie werden gemeinsam aufgedampft, wobei die magnetische Vorzugsrichtung durch das angewandte Magnetfeld bestimmt wird.



   Fig. 3 zeigt eine Druckmessvorrichtung. Auf eine Membran 12 ist eine Brückenschaltung nach Fig. 2 aufgedampft. Der Raum 15, in dem sich das Ganze befindet, kann evakuiert werden, so dass die Elemente der Einwirkung der Atmosphäre nicht ausgesetzt sind. Der Raum 15 ist durch einen Balg 13 vom Raum 14, in dem der Gasdruck gemessen werden soll, getrennt. Die Verbindung zwischen der Membran 12 und dem Balg 13 wird durch einen Stab 16 hergestellt. Die Stromzuführungsdrähte können auf bekannte Weise isoliert und luftdicht durchgeführt werden.



   Die Vorrichtung kann auch zum Messen von Verschiebungen bei Maschinenteilen, als Rauheitsmesser, zum Messen von Schwingungen umlaufender Teile, zum Messen von Beschleunigungen usw.



  Verwendung finden.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zum Messen mechanischer Kräfte oder Verschiebungen, die durch Kräfte verursacht werden, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Element verwendet wird, welches aus einem Film eines auf einer isolierenden Unterlage niedergeschlagenen magnetischen Materials mit einer magnetischen Vorzugsrichtung besteht und dass das Element derart beansprucht wird, dass die genannte Vorzugsrichtung einen Winkel von weniger als 900 mit der Richtung der im Element erzeugten Zug- oder Druckspannungen oder mit der Richtung der auftretenden Verschiebungen bildet.

   II. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, bestehend aus mindestens einem Element, das unter der Einwirkung der zu messenden, in bestimmten Richtungen auf das Element wirkenden Kräfte oder der durch Kräfte verursachten, in bestimmten Richtungen auftretenden Verschiebungen eine elektrische Widerstandsänderung erfährt, dadurch gekennzeichnet, dass das Element aus einem Film eines auf einer isolierenden Unterlage niedergeschlagenen magnetischen Materials mit einer magnetischen Vorzugsrichtung besteht und dass das Element an eine Stromquelle derart angeschlossen ist, dass der Strom in der Richtung der Zuges oder Druckspannung oder in der Richtung der auftretenden Verschiebungen oder senkrecht zu diesen Richtungen fliesst.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Winkel praktisch 450 gleich ist.

   2. Vorrichtung nach Patentanspruch II, gekennzeichnet durch vier Elemente, die eine Wheatstone Brücke bilden.

   3. Vorrichtung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vier Elemente aus langgestreckten, auf die isolierende Unterlage aufgedampften Streifen bestehen und dass die Streifen derart angeordnet sind, dass die Achsen des einen Streifenpaares praktisch senkrecht zu den Achsen des anderen Streifenpaares verlaufen.