Vorrichtung zur Messung kleiner Verschiebungen. Die Erfindung bezieht sich auf eine Vor richtung, die zur Messung kleiner Verschie bungen gegeneinander beweglicher Körper bestimmt ist und bei der Teile eines magne tischen Kraftlinienweges ihre gegenseitige Lage verändern und die hierdurch bewirkte Änderung des Kraftlinienflusses als Mass der Verschiebung an einer elektrischen Mess- anordnung zum Ausdruck kommt. Die Er findung kann beispielsweise als hochempfind- liche Fernanzeigevorrichtung für die Än derung der Stellung eines Flüssigkeitsspiegels oder von durch die Temperatur beeinflussten Körpern dienen.
Insbesondere soll die Vor richtung zur Bestimmung des Drehmomentes, der Schwankungen des Drehmomentes und damit auch des Ungleichförmigkeitsgrades umlaufender Wellen oder der durch sie über tragenen Arbeit verwendet werden. Die Er findung bezweckt, im Vergleich zu bekann ten Messeinrichtungen die Empfindlichkeit er heblich zu erhöhen, so dass die Vorrichtung insbesondere für die Feststellung äusserst ge ringfügiger Verschiebungen geeignet ist.
Gemäss der Erfindung sind mit dem einen zweier relativ zueinander sich verschiebender Körper zwei Spulen mit verschiedenen magne tischen Kreisen und mit dem andern Körper ein die Kraftlinienflüsse beider Spulen ge meinsam beeinflussender Eisenkörper ver bunden, derart, dass bei gegenseitiger Ver stellung der beiden Körper die Kraftlinien flüsse in den Spulen im entgegengesetzten Sinne geändert werden, wobei die elektrische Messanordnung das Verhältnis dieser Kraft flüsse misst.
Auf der Zeichnung sind mehrere Aus führungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Fig. 1 stellt eine Vorrichtung zur Mes sung des Verdrehungswinkels oder des über tragenen Drehmomentes einer -Welle 1 in Sei tenansicht dar, während Fig. 2 ein Quer schnitt ist. Als Mass für die Verdrehung sind zwei Querschnitte A und B festgesetzt. An der Stelle des Querschnittes A ist ein Rohr 2 einseitig befestigt, dessen freies Ende mit einer aus Eisen bestehenden Nase 3 in die Ebene des Querschnittes B reicht.
Beider seits dieser Nase, jedoch in gewissem Ab stand davon sind auf der grelle 1 zwei gegen einander gekehrte U-förmige Eisenkörper 4 und 5 mit Wicklungen 6 und 7 angeordnet, deren Befestigungspunkt dem Querschnitt B entspricht.
Ein Messgerät enthält in einem durch einen Elektromagneten 11 erzeugten Feld zwei Kreuzspulen 12 und 13, die einer seits gemeinsam an -den einen Pol 14 der auch den Erregerstrom des Magnetes 11 liefernden Wechselstromquelle 15 angeschlossen, ander- seit3 durch Bürsten 16, 17 mit zwei Schleif ringen 9 und 10 auf der 'delle 1 verbunden sind. Über einen dritten Schleifring 8 wird mittelst einer Bürste 18 der andere Pol der )%'echselstromquelle 19 gemeinsam an das eine Ende der Spulen 6 und 7 gelegt, deren andere Enden mit den Schleifringen 9 bezw. 10 verbunden sind.
Die Schaltung bezw. der Wicklungssinn der Spulen 6 und 7 is@e ein derartiger, dass sie in der mit dem Rohr 2 verbundenen Nase 3 entgegengesetzt wirkende Kraftflüsse zu erzeugen streben.
Wenn die Welle 1 keine Arbeit überträgt und mithin keine Verdrehungen erfährt, be findet sich die Nase 3 genau in der Mitte zwischen den beiden Elektromagneten 4 ui!d 5. Es sind dann sämtliche Luftstrecken in dem magnetischen Kreis einander gleich, und entsprechend drn entgegengesetzt gerichteten magnetomotorischen Kräften heben sich die Kraftlinien in der Nase 3 auf.
Demzufolge nehmen beide Spulen 6 und 7 dieselben Ströme auf, die Kreuzspulen 12, 13 des Mess- instrumentes halten einander das Gleich- ',eivicht. Vers3hiebt sich dagegen die Nase 3 infolge einer Verdrehung der Welle nach der einen oder andern Seite, so ändern sich die magnetische=n Widerstände in den beiden Kreisen, und dementsprechend wird der von der einen Spule aufgenommene Strom grösser, der von der andern kleiner.
Das Kreuzspulen- system erfährt eine Verdrehung in seinem Feld, die bei geeigneter Wahl der Verhält nisse proportional der Verschiebung der Nase 3 und damit der Verdrehung der Welle ist. Das Messgerät kann unmittelbar in Einheiten des Verdrehungswinkels oder des Dreh momentes geeicht werden.
Fig. 3 v erans@.Iaulicht ein Ausführungs beispiel der Vorrichtung, mit dem Schwan kungen des Drehmomentes an der umlaufen den Welle und damit deren Ungleichförrnig- keitsgrad gemessen werden können. Das Elektromagnetsystem entspricht dem nach Fig. 1. Es wirken zwei mit Wicklungen Ei und 7 versehene U-förmige Eisenkörper 4 und 5, die beispielsweise unmittelbar an der Welle 1 befestigt sind, mit einem an dem Rohr 2 angeordneten Nebenschlussstück 3 zusammen.
Dieses trägt aber eine Wicklung 28, an die ein amperemetrisches Weci.sel- strom-Messgerä.t über Schleifringe 43, 44 und Bürsten 45, 46 angeschlossen ist. Ins besondere empfiehlt es sich, mit der Wick lung 28 die sich zwischen den Polen eines Magnetes 30 bewegende Schleife 29 eines Oszillographen zu verbinden. Die Spulen 6, 7 sind an eine Gleichstromquelle 27 ange schlossen.
Sofern die umlaufende Welle rasch auf einanderfolgende Schwankungen des Dreh momentes erfährt, äussern diese sich in einer hin- und herschwankenden Bewegung des magnetischen Nebenschlussstii^lzes 3. Hierbei werden in der Wicklung 28 elektromotorische Kräfte induziert, die in ihrem Verlauf durch den Oszillographen genau angezeigt werden. Ein anstatt des Oszillographen verwendetes einfaches Wechselstrommessgerät kann unter günstigen Umständen durch seinen dauern den oder pendelnden Ausschlag das Mass der Anderungen des Drehmomentes anzeigen.
In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel einer Messeinrichtung gezeigt, mit der ohne weiteres die durch die Welle übertragene Leistung festgestellt werden kann. Es wird c'abei das voltmetrische Messgerät_30 von zwei Grössen beeinflusst, von denen die eine der Verdrehung der Welle, die andere der Um laufzahl der Welle entspricht.
Mit der Welle 1 sind, wie bei der Anordnung nach Fig. 3, Eisenkörper #z. und 5 fest verbunden, die Spulen 6 und 7 tragen. Zwischen den Eisenkörpern ist ein magnetisches Neben- schlussstück 3 bewegbar, das an dem von der Wellenverdrebung an dem Querschnitt A be- einflussten l?ohr \? befestigt ist.
Die Wick lungen 6 und 7 sind in Reihe an Schleif- rili";c 31. 32 angeschlossen, denen über Bür- @len 33. 34 ein synchron zur -\Vellendrehung cliwingender Wechselstrom zugeführt wird. Dieser Wechselstrom wird in einem auf die Wellenachse aufgesetzten Generator erzeugt. Dieser Generator besteht im vorliegenden Beispiel aus einer Scheibe 35 mit Eisen zähnen, die sich an den Polen eines Magnetes 36 vorbeibewegen und somit den magnetischen Widerstand ändern. Der Magnet 36 wird durch einen eine Wicklung 37 durchfliessen den Gleichstrom erregt.
An dieselbe Wick lung sind über einen Kondensator 39 die Bürsten 33, 34 angeschlossen. Das Messgerät 30 ist über Bürsten 40, 41 an die Schleif ringe 32 und@42 angeschlossen, die mit einer auf dem magnetischen Nebenschlussstück 3 vorgesehenen Wicklung 28 in Verbindung stehen.
Befindet sich das Nebenschlussstück 3 in der Mitte zwischen den beiden Elektro- magneten 4 und 5, so sind die Luftstrecken in den magnetischen Kreisen einander gleich und die im Schlussstück verlaufenden Kraft linien heben sich auf. Es wird mithin in der Wicklung 28 kein Strom induziert.
Ver schiebt sich dagegen infolge einer Verdrehung der Welle der Nebenschluss 3 nach der einen o#ler andern Seite, so verändern sich die magnetischen Widerstände in dem magne tischen Kreis, und es entsteht in dem Schluss- stück ein Kraftfluss, der entsprechend elektro motorische Kräfte in der Wicklung 28 er- zeugt,-deren Grösse an dem Messgerät 30 be stimmt wird.
Der Wert der induzierten elektromotorischen Kräfte ist, wie Versuche ergeben haben, in weitem Bereich proportio- nal der Verstellung des magnetischen Neben schlusses, vorausgesetzt, dass die Luftspalte so gross gemacht sind, dass sie im wesent lichen allein für den Widerstandswert der magnetischen Kreise in Betracht kommen. Die elektromotorischen Kräfte sind bei geeig neter Wahl der Verhältnisse ferner aber auch- proportional der Umdrehungszahl der Welle, da durch diese die Stärke und die Perioden zahl des die Wicklungen 6 und 7 durch fliessenden Erregerstromes bestimmt wird.
Mithin ergeben die Ausschläge an dem Mess gerät 30 ein Mass für die durch die Welle übertragene Arbeit, und die Eichung des Messgerätes kann unmittelbar in Arbeitsein heiten erfolgen.
Man kann auch die dem Drehmoment und die der Umlaufzahl der Welle ent sprechenden elektrischen Grössen getrennt in Spulensystemen eines Messinstrumentes wir ken lassen, wobei dann dafür Sorge zu tra gen ist, dass die in den verschiedenen Sy stemen fliessenden Ströme in stets gleicher Phase schwingen, was durch die Anordnung von Kunstphasen oder dergleichen er-reicht werden kann.
An Stelle des Wechselstromgenerators kann auch eine Gleichstromquelle mit Kon densatoren verwendet werden, der mit Hilfe einer von der Welle angetriebenen Umschalt vorrichtung einzelne Stromstösse entnbmmen werden.
Bei Verwendung der neuen Vorrichtung zur Messung der Verstellung ruhender Kör per kann meist der eine Teil des elektro magnetischen Systems fest angeordnet sein, während der andere von dem sich verstellen den Körper verschoben wird. Unter Umstän den kann der Antrieb des beweglichen Systemteils mit Hilfe eines Übersetzungs triebwerkes erfolgen.