DE1045685B - Elektrische Widerstands-Dehnungsmesszellen bzw. Lastmesszellen - Google Patents

Elektrische Widerstands-Dehnungsmesszellen bzw. Lastmesszellen

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DE1045685B
DE1045685B DEC15011A DEC0015011A DE1045685B DE 1045685 B DE1045685 B DE 1045685B DE C15011 A DEC15011 A DE C15011A DE C0015011 A DEC0015011 A DE C0015011A DE 1045685 B DE1045685 B DE 1045685B
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cell according
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DEC15011A
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Octavius Hunt Critchley
Albert Edward Bennett
William Albert Sammons
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Coal Industry Patents Ltd
Original Assignee
Coal Industry Patents Ltd
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    • G01L1/20Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
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    • GPHYSICS
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    • G01L1/2206Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
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Description

  • Elektrische Widerstands-Dehnungsmeßzellen bzw. Lastmeßzellen Die Erfindung bezieht sich auf mit elektrischen Widerständen arbeitende Zellen oder Kapseln zum Messen von Formänderungen. Bei einer mit einem elektrischen Widerstand arbeitenden Lastmeßzelle bzw. einem Dehnungsmesser handelt es sich um eine Vorrichtung, die dazu dient, auf elektrischem Wege eine auf die Zelle aufgebrachte Last zu bestimmen.
  • Derartige Lastmeßzellen sind bekannt. Sie weisen ein oder mehrere auf Belastung ansprechende bzw. bei Last sich verformende Glieder auf, mit denen elektrische Widerstands-Dehnungsmesser verbunden sind.
  • Die elastische Verformung des für Belastungen empfindlichen Gliedes bewirkt eine proportionale Änderung der elektrischen Widerstände der daran befestigten Dehnungsmesser, und letztere sind in einen elektrischen Meßkreis eingeschaltet, um einen Zeiger, einen Lichtfleck oder ein anderes Anzeigemittel so abzulenken, daß eine Anzeige der Last erfolgt.
  • Die bereits bekannten Zellen der vorstehend bezeichneten Art haben den Nachteil, daß sich die Empfindlichkeit der Zelle nach der Art des Aufbringens der Last richtet. So können bei einfachen, nicht kompensierten elektrischen Widerstands-Dehnungsmes sern bzw. -Belastungsmeßzellen große Fehler auftreten, wenn sich die Belastungsverhältnisse von den während der Eichung der Zelle herrschenden Belastungsverhältnissen unterscheiden. Man hat bereits Versuche unternommen, um diesen Nachteil zu vermeiden, und zwar mit Hilfe mechanischer Mittel, die entweder eine bestimmte Verteilung der Last auf das empfindliche Glied bewirken oder die veranlassen, daß die Last über einen erheblichen Teil des empfindlichen Gliedes gemittelt wird. Alle diese Mittel bedingen eine komplizierte Konstruktion, so daß die Zelle im allgemeinen weniger robust ist oder ihr Anwendungsbereich beschränkt wird. Ein weiterer Nachteil derjenigen Verfahren, bei denen versucht wird, die Anomalien bezüglich der Empfindlichkeit durch Ausmitteln der Last über einen bestimmten Bereich des belastungsempfindlichen Gliedes zu berichtigen, besteht darin, daß in dem genannten Bereich eine hohe Spannungskonzentration auftritt, so daß sich bei einer Zelle gegebener Empfindlichkeit der Belastungsbereich im Vergleich zu einer Zelle einfacherer Konstruktion, bei der sich die lastabhängige Spannung bzw. Verformung gleichmäßig über das empfindliche Glied verteilt, verkleinert.
  • Man hat bereits versucht, den Einfluß exzentrischer Ladungsverteilung und anderer unerwünschter Lasteinwirkungen dadurch auszuschalten, daß man einen Teil der auf das empfindliche Glied wirkenden Belastung shunted, indem man beispielsweise das zwischen einer Deck- und einer Bodenplatte auge ordnete säulenförmige, deformierbare Glied mit einem einen Teil der Belastung aufnehmenden Zylinder umgibt.
  • Das lastabhängige Ausgangssignal des die elektrischen Widerstandsdehnungsmesser umfassenden elektrischen Kreises ist eine Funktion der auf Grund der Belastung der Zelle entstehenden mechanischen Verformung. Diese Verformung wird im allgemeinen mit Hilfe von Dehnungsmessern ermittelt, deren empfindliche Achse so orientiert ist, daß eine gewählte Komponente dieser Verformung ermittelt wird. Bei Belastungsverhältnissen, die von einer gleichmäßig verteilten Belastung abweichen, ändert sich auch die Verteilung der Verformung, und dies führt bei den bisher benutzten einfachen Zellen zu entsprechenden Änderungen des Ausgangssignals. In Zuordnung zu den durch die Last hervorgerufenen axialen Verformungen entsteht eine kleine proportional abhängige Spannungs- bzw. Dehnungsverteilung in Umfangsrichtung.
  • Ein Ziel der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Meßzelle zu schaffen, die so kompensiert ist, daß die Genauigkeit ihrer Eichung ohne Rücksicht auf die Art des Aufbringens der Last im wesentlichen aufrechterhalten bleibt, d. h. ohne Rücksicht darauf, ob eine verteilte oder eine konzentrierte Last in der Mitte oder außerhalb der Achse bzw. unsymmetrisch aufgebracllt wird.
  • Die Erfindung sieht eine mit einem elektrischen Ä\iderstaud arbeitende Lastmeßzelle vor, bei der das lastempfindliche Glied mit zwei Sätzen von elektrischen ATeßelementen ausgerüstet ist, die im folgenden als aktive Dehnungsmesser bzw. als Kompensationsdehnunbsmesser bezeichnet werden. Die kompensierenden Dehnungsmesser sind so angeordnet und in den elektrischen Kreis der aktiven Dehnungsmesser eingeschaltet, daß sie Gewähr dafür geben, daß das Ausgangssignal von der Art des Aufbringens der Last auf die Zelle im wesentlichen unabhängig ist.
  • Die aktiven Dehnungsmesser werden vorzugsweise axial angeordnet, während die Kompensationsdehnungsmesesr rechtwinklig zu den aktiven Dehnungsmessern angeordnet werden, die man vorteilhafterweise über den Umfang eines zylindrischen lastempfindlichen Gliedes, das hohl oder massiv sein kann, verteilt.
  • Es ist zwar bereits eine Lastmeßzelle bekannt, bei der die Dehnungsstreifen so angeordnet sind, daß ihre Achsen aufeinander senkrecht stehen. Bei dieser be kannten Zelle dient diese Anordnung jedoch nicht zum Ausgleich bei ungleichmäßigen Lastverteilungen, sondern einer Temperaturkompensation.
  • Bei einer zweckmäßigen Anordnung sind die kompensierenden Dehnungsmesser so in einen Stromkreis eingeschaltet, daß sie einen Ausgleich für Temperaturänderungen der Zelle bewirken, und diese Kompensationsdehnungsmesser sind an dem gleichen Teil der Zelle befestigt, wie die aktiven Dehnungsmesser, so daß sich sämtliche Dehnungsmesser zusammen in einem Bereich der Zelle befinden, der eine im wesentlichen gleichmäßige Temperatur aufweist.
  • Die Zahl der lastempfindlichen oder aktiven Dehnungsmesser und der ihnen zugeordneten, sich in Umfangsrichtung erstreckenden Kompensationsdehnungsmesser wird innerhalb der für die vorgesehene elektrische Schaltung gegebenen Grenzen vorzugsweise so gewählt und die Symmetrie der Anordnung der Dehnungsmesser wird vorzugsweise so ausgebildet, daß das Ansprechen auf hohe örtliche Spannungskonzentrationen auf Grund Punkt- oder Linienbelastung über mehrere Dehnungsmesser ausgemittelt wird, mit dem Ergebnis, daß die Zelle von dem Grade der Lastkonzentration unabhängig ist. Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus den Patentansprüchen hervor.
  • Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen ~ an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
  • Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung eines aufgeschnittenen elektrischen Widerstandsdehnungsmessers bzw. einer Lastmeßzelle, die zur Verwendung in Verbindung mit Grubenstempeln bestimmt ist; Fig. 2 zeigt die Schaltung der Dehnungsmesser bei der Lastmeßzelle nach Fig. 1; Fig. 3 zeigt eine vermaßte Abwicklung der Innenwand eines lastempfindlichen hohlen Zylinders, aus der die Anordnung der Dehnungsmesser hervorgeht, die gewährleistet, daß das Ausgangssignal der Zelle von der Art der aufgebrachten Last unabhängig ist; Fig. 4 zeigt in Form eines Schaubildes die Verformung der Zylinderwand bei in verschiedenartiger Weise über die Enden des Zylinders verteilter Last.
  • Fig. 5 zeigt eine Empfindlichkeitskurve für eine verteilte Last im Vergleich zu Abweichungen für Versclliedene konzentrierte zentrale Lasten, die durch eine Scheibe mit einem Durchmesser von etwa 32 mm aufgebracht werden; Fig. 6 ist ein Polardiagramm für die Lastmeßzelle unter einer streifenförmig aufgebrachten Last von 16 t, wobei diese Last am oberen Ende durch einen Streifen von etwa 6,5 mm Breite aufgebracht wurde, der in der Durchmesserrichtung auf die Lastmeßzelle aufgelegt war, wobei die Belastungsverteilung über das untere Ende der Zelle gleichmäßig war; Fig. 7 ist ein Polardiagramm für die Lastmeßzelle unter einer unsymmetrischen Last von 16 t, die auf das obere Ende der Zelle durch eine Scheibe aufgebracht wurde, deren Abstand von der Achse etwa 32 mm betrug, wobei die Belastung über die Unterseite der Zelle gleichmäßig verteilt war; Fig. 8 veranschaulicht die Innenfläche eines lastempfindlichen Zylinders mit versuchsmäßigen Anordnungen von Dehnungsmessern; Fig. 9 zeigt in Form eines Schaubildes den Abstand zwischen den Dehnungsmesserkreisen und dem Mittelpunktskreis, der hier für eine konzentrierte zentrale Last über dem :E:mpfindlichkeitsfehler aufgetragen ist.
  • Gemäß Fig. 1, die eine zur Verwendung bei Gruben- -stempeln bestimmte Lastmeßzelle in aufgeschnittener perspektivischer Darstellung zeigt, umfaßt die Lastmeßzelle ein lastempfindliches Glied in Form eines aus Stahl hoher Zugfestigkeit hergestellten Zylinders mit einer Wandstärke von etwa 3,2 mm und einer Höhe von etwa 50 mm, der bei C angedeutet ist.
  • Dieser Zylinder ist gegen rauhe Behandlung durch ein festes äußeres Gehäuse D geschützt und sorgfältig bearbeitet und geschliffen, so daß er zwischen die obere AbschlußplatteA (beispielsweise 16 mm dick) und die untere AbschlußplatteB (beispielsweise etwa 19 mm dick) paßt, wobei diese Abschlußplatten die aufgebrachte Last aufnehmen. Vier an der oberen Abschlußplatte X vorgesehene Fortsätze F und die an der unteren AbschlußplatteB an den Ecken vorgesehenen Ausschnitte ermöglichen es, die Zelle leicht an einem genormten Grubenstempel anzubringen. Die Abschlußplatten und B sind mittels einer Halterung E gehalten und mit demSchutzgehäuseD über Gummidichtungen L abdichtend verbunden. An der Innenfläche des Stahlzylinders C sind sechzehn elektrische Dehnungsmesser M und N befestigt, und da diese Dehnungsmesser innerhalb des Zylinders angeordnet sind, sind sie gegen Beschädigung durch rauhe Behandlung zusätzlich geschützt. Acht »aktive« Dehnungsmesser M sind so angebracht, daß die Richtung ihrerEmpfindlichkeit parallel zur Achse des Zylinders C verläuft, während weitere acht sich in Umfangsrichtung erstreckende Kompensationsdehnungsmesser N so angeordnet sind, daß die Richtung ihrer Empfindlichkeit in Umfangsrichtung, d. h. rechtwinklig zu den axial liegenden Dehnungsmessern M verläuft.
  • Die DnungsmesserM und N sind mit einem in der Mitte angeordneten Armstern K derart leitend verbunden, daß in der Zelle eine vollständige Brückenschaltung aus Widerstandsdehnungsmessern enthalten ist. Das Schaltbild ist in Fig. 2 wiedergegeben. Die Verbindungen zu den vier Klemmen des Netzwerks sind zu den Stiften eines Verbindungsstücks H geführt, das an dem Schutzgehäuse befestigt ist. Dieses nach außen führende Anschlußstück H ist durch eine Schraubkappe J gegen Staub und Stöße geschützt.
  • Wenn eine Messung vorgenommen werden soll, wird eine mit dem Meßgerät verbundene Leitung in das Anschlußstück H eingestöpselt.
  • Fig. 2 zeigt eine in Verbindung mit dem Lastmesser nach Fig. 1 verwendete Brückenschaltung, und zwar für Messungen bei Grubenstempeln. Wie ersichtlich, liegen die sich in axialer Richtung erstreckenden Dellnungsmésser M in gegenüberliegenden Brückenzweigen, während die sich in Umfangsrichtung erstreclienden Dehnungsmesser in den anderen beiden Brückenzweigen liegen. Die elektrische Verbindung zu der WIeßeinrichtung (nicht dargestellt) läßt sich mittels Stecker H herstellen. Die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel verwendeten Gruppen von je acht Dehnungsmessern werden vorteilhafterweise in der durch die Zahlen 1 bis 8 angedeuteten Verteilung in die Brücke eingeordnet. Die Widerstände R 1 A, R2A. R1B, R2B und R3 können so bemessen sein, daß sich am Eingang und Ausgang ein Wechselstromwiderstand von etwa 60 Ohm und eine Empfindlichkeit von 5 FA je Tonne bei einer Brückeneingangsspannung von 10 Volt ergeben.
  • In Fig. 3 ist eine Abwicklung des Zylinders C einer erfindungsgemäßen Lastzeile dargestellt, wobei die Anordnung der Dehnungsmesser erkennbar ist. Die untere Kante des abgewickelten Zylinders wirkt mit der Bodenpiatte B und die obere Kante mit der Deckelplatten zusammen. Von links nach rechts sind abwechselnd parallel zur Zylinderachse verlaufende Dehnungsmesser M und in Umfangs richtung verlaufende Dehnungsmesser N vorgesehen. Der in Umfangsrichtung gemessene Abstand bzw. die Phasendifferenz zwischen den zur Zylinderachse parallel verlaufenden Mittelsenkrechten von je zwei aufeinanderfolgenden Dehnungsmessern, d. h. zwischen jeweils einem achsenparallelen und einem in Umfangs richtung verlaufenden Dehnungsmesser, beträgt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils 22,50 bzw. derjenige zwischen je zwei aufeinanderfolgenden gleichartigen Dehnungsmessern 450 Während die in Umfangsrichtung verlaufenden Mittellinien der achsenparallelen Dehnungsmesser auf der halben Zylinderhöhe liegen, liegen die Längsmittellinien der in der oberen Hälfte des Zylinders in Umfangs richtung angeordneten Dehnungsmesser im Abstand von etwa 14 mm von der oberen Kante, die der unteren im Abstand von etwa 11 mm von der unteren Kante des Zylinders entfernt. Die Zylinderhöhe beträgt im vorliegenden Fall etwa 50 mm.
  • Die Anomalien der lastabhängigen Empfindlichkeit einer einfachen und nicht kompensierten Zelle bei verteilter und in verschiedener Weise konzentrierter Belastung der Stirnflächen läßt sich wie folgt erklären Da sich die AbschlußplattenA und BMer auf v schiedene Weise erfolgenden Belastung der Sti -, flächen tellerähnlich ausbiegen, werden dieRänder des lastempfindlichen Zylinders C in unterschiedlichem Ausmaß nach außen gedrückt. Auf diese Weise entsteht eine Verteilung der Verformung in der Achsrichtung sowie in Umfangsrichtung, durch die die Dehnungsmesser M und N beeinflußt werden, mit dem Ergebnis, daß ihre Empfindlichkeit bei einer nicht kompensierten Zelle in Abhängigkeit von der Art der Stirnflächenbelastung variiert.
  • Die Erfindung ermöglicht es, diese Anderungen der Empfindlichkeit dadurch auszuschalten, daß eine Anordnung der Dehnungsmesser gewählt wird, bei der die sich in Umfangs richtung erstreckenden Dehnungsmesser N so angeordnet sind, daß die Wirkungen der zusätzlichen in Umfangsrichtung auftretenden Verformungen, die sich aus der Verformung der Abschlußplatten A und B infolge einer unregelmäßigen Belastung ergeben, die Wirkungen der die axial angeordneten Dehnungsmesser M beeinflussenden unerwünschten Verformungen auslöschen.
  • Das Verfahren der Kompensation läßt sich leichter verdeutlichen, wenn man den Sonderfall einer konzentrierten zentralen axialen Stirniast im Vergleich zu einer verteilten axialen Stirnlast betrachtet. Durch Versuche, die durch mathematische Untersuchungen bestätigt wurden, wurde festgestellt, daß zwei Zonen vorhanden sind, in denen sich die Änderung der in Umfangs richtung auftretenden Verformung auf Grund dieser Arten der Stirnbelastung dem Wert Null nähert; dies ist in Fig. 4 veranschaulicht. In dieser Figur ist auf der Abszisse die radiale Verschiebung der Wand aufgetragen, wobei der Abstand zwischen je zwei Teilstrichen einer Dehnung von 2,54-105 cm entspricht. Auf der Ordinate ist der Abstand längs der Zylinderwand (vom Boden bzw. der oberen Kante aus) aufgetragen, wobei der Abstand zwischen zwei Teilstrichen etwa 1,27 cm beträgt. Die flachere Kurve entspricht einer verteilten Last, während die steiler verlaufende Kurve der Einwirkung einer zentralen Last entspricht. Man erkennt, daß es zwei Zonen - jeweils etwa im Abstand von 1,27 cm von der oberen bzw. unteren Kante des Zylinders - gibt, in welchen bei Übergang von der einen zu der anderen Lastverteilung praktisch keine Änderung der Spannung in Umfangs richtung auftritt. Die sich in Umfangsrichtung erstreckenden »Kompensations«-Dehnungsmesser N sind in der Nähe dieser Zonen an solchen Punkten angeordnet, daß sie durch kleine in Umfangsrichtung auftretende Verformungen beeinflußt werden, die diejenigen Fehler ausgleichen, die sich aus der unerwünschten Verbiegung und den in Umfangs richtung erfolgenden Verformungen der axial verlaufenden »aktiven« Dehnungsmesser ergeben.
  • Bei nicht axialen konzentrierten Lasten, die auf die Stirnflächen wirken, ergibt sich ein verwickelteres Bild, doch kann man annehmen, daß sich für jedes axial gerichtete Element des lastempfindlichen Zylinders ein Spannungsverlauf entwickelt, der dem in Fig. 4 dargestellten ähnelt, jedoch längs des Umfangs eine unterschiedliche Größe besitzt. In diesen Fällen werden die Ausgangsgrößen der axial angeordneten DehnungsmesserAI und die zugeordneten Berichtungs-Ausgangsgrößen der in Umfangsrichtung angeordneten Dehnungsmesser N über den gesamten Spannungsverlauf ausgemittelt, mit dem Ergebnis, daß das integrierte Ausgangssignal der Zelle von der jeweiligen ,Art der Stirnflächenbelastung abhängt. tEine auf Versuchen basierende Bestätigung der vgrsíehenden Ausführungen ergibt sich aus den in g. 5 bis 7 wiedergegebenen Belastungs-Empfindlichkeits-Diagrammen.
  • In Fig. 5 ist ausgezogen eine Empfindlichkeitskurve für verteilte Last dargestellt, während die Empfindlichkeitswerte für unterschiedlich konzentrierte Verteilungen von Lasten, die mittels einer Scheibe von 32 mm Durchmesser aufgebracht wurden, innerhalb des durch die gestrichelten Linien abgegrenzten Bereichs liegen. Die Last ist auf der Abszisse in Tonnen und die Empfindlichkeit auf der Ordinate als Ausgangsstromstärke in Mikroampere angegeben (Ausgangswiderstand etwa 15 Ohm).
  • Die Fig. 6 und 7 stellen die Zusammenhänge zwischen Belastung und Empfindlichkeit der Meßzelle in Polardiagrammen dar, und zwar in Fig. G bei streifenförmiger Verteilung einer Last von 16 t, welche auf die Oberseite mittels eines etwa 6,4 mm breiten, diametralen Streifens bei verteilter Last auf der Oberseite aufgebracht wurde, und in Fig. 7 bei unsymmetrisch auf die Oberseite aufgebrachte Last von 16 t.
  • Im letzteren Fall wurde die Last mittels einer Scheibe von etwa 32 mm Durchmesser und 32 mm axialer Versetzung aufgebracht. Die Lastverteilung auf die Unterseite war gleichmäßig.
  • Es sei bemerkt, daß man bei der vorstehend beschriebenen Erfindung Abänderungen vornehmen kann und daß man z. B. als eine mögliche Alternative einen kleineren lastempfindlichen Zylinder benutzen kann. hei dem die Dehnungsmesser sowohl an der rnntii- als auch an der Außenfläche angebracht sind.
  • Eine vollständige Kompensation läßt sich auch hier wiederum durch geeignete Wahl der Anordnung der I)!?ilungsmesser erreichen, wenn sich die Berichtigung ebenfalls nach den oben angegebenen Gesichtspunkten abspielt.
  • Eine weitere Abwandlung wird dadurch ermöglicht, daß es nicht unbedingt erforderlich ist, als lastempfindliches Element eine zylindrische Schale bzw, einen Mantel vorzusehen, denn man könnte statt dessen auch mit einem massiven Körper arbeiten. In diesem Falle könnte man für die Oberfläche des lastempfindlichen Elements eine geeignete Anordnung der Dehnungsmesser wählen, bei der sich erneut eine Kompensation für die verschiedenen Arten der Stirnflächenbelastung ergibt. Eine Zelle dieser Ausführung würde sich bei sehr großen Lasten als zweckmäßig erweisen, denn sie müßte einen großen Durchmesser haben, damit die elektrischen Dehnungsmesser in der erforderlichen Anzahl untergebracht werden können.
  • Zwar wird angenommen, daß sich die Erfindung insbesondere dazu eignet, die Belastung von Grubenstempeln zu messen, doch dürfte sie auch allgemein bei der Durchführung von elektrischen Wägungen und Kraftmessungen anwendbar sein. Sie läßt sich vielen dieser Anforderungen durch entsprechende Ausbildung der Abschlußplatten A und B anpassen.
  • Die vorstehend beschriebenen Mittel machen es möglich, Kraft- oder Belastungsmessungen mittels einer elektrischen Widerstandsdehnungsmeßzelle einfacher Konstruktion mit einer Genauigkeit vorzunehmen, die von der Art des Aufbringens der Last auf die Zelle im wesentlichen unabhängig ist.
  • Bei der praktischen Anwendung der Erfindung kann man die Anordnung der Kompensationsdehnungsmesser durch Berechnung und/oder mit Hilfe eines empirischen Verfahrens vermitteln.
  • Zu den bei der Anwendung der Erfindung auf die Konstruktion einer an ihren Stirnflächen zu belastenden elektrischen Widerstandsdehnungsmeßzelle gegebener Gestalt- in Frage kommenden kritischen Konstraktionsparametern, die beachtet werden müssen, wenn die Lastmeßzelle vom Grade der Konzentration der Last bzw. von der Belastungsweise unabhängig sein soll, gehört erstens die genaue Bestimmung der Lage der sich in Umfangsrichtung erstreckenden Kompensationsdehnungsmesser gegenüber den axial gerichteten Dehnungsmessern sowie zweitens die Gesamtzahl von Dehnungsmessern der beiden Arten, die bei dem Dehnungsmesseraggregat vorgesehen werden müssen.
  • Zunächst ist es erforderlich, die mechanischen Teile der Zelle so auszubilden, daß innerhalb des gewünschten Belastungsbereichs in dem lastempfindlichen Glied eine ausreichende Verformung auftritt. Wenn die Geometrie des lastempfindlichen Teils der Zelle bekannt ist, kann man die Lage der Dehnungsmesser durch Berechnung bestimmen, doch ist dies ziemlich mühsam, und ein empirisches Verfahren läßt sich im allgemeinen schneller und bequemer anwenden.
  • Nachstehend ist ein empirisches Verfahren beschrieben, das sich für die Herstellung der vorstehend an Hand von Fig. 1 beschriebenen praktisch brauchbaren Lastmeßzelle anwenden läßt.
  • Die aktiven Bauteile der Lastmeßzelle umfassen den dünnwandigen geraden Kreiszylinder C, der das lastempfindliche Glied darstellt, sowie die beiden kräftigen Stirnplatten und B, auf die die Last aufgebracht wird. Diese drei Teile werden aus einem guten Stahl hoher Zugfestigkeit hergestellt. Um die erforderlichen Versuchswerte zu gewinnen, benutzt man geometrisch genaue Nachbildungen der aktiven Teile, doch brauchen diese nicht notwendigerweise aus dem gleichen Material zu bestehen wie die Teile der endgültigen Zelle.
  • Es läßt sich zeigen, daß die Anordnung der Dehnungsmesser, die für eine vollständige Kompensation der Zelle erforderlich ist, lediglich eine Funktion ihrer Geometrie ist, wenn man elastisch homogene Materialien verwendet.
  • Bezüglich der folgenden Betrachtungen ist angenommen, daß die Standardlast, d. h. diejenige Last, unter der die Zelle geeicht wird, als verteilte Last auf beide Stirnplatten aufgebracht wird; diese Betrachtungen beziehen sich auf Fig. 8, wo mehrere versuchsmäßig benutzte Anordnungen von Dehnungsmessern dargestellt sind, wobei die Anbringung der Dehnungsmesser an der Innenwand des Zylinders erfolgte. Man erkennt, daß die axial gerichteten Dehnungsmesser A auf dem Zylinder in gleichmäßigen Umfangsabständen verteilt sind und daß ihre elektrischen Mittelpunkte auf einem Kreise in halber Höhe des Zylinders liegen.
  • Es sind folgende Anordnungen von sich in Umfangs richtung erstreckenden Kompensationsdehnungsmessern C dargestellt. Bei einer dieser Anordnungen liegen die Achsen der Dehnungsmesser auf einem Kreise in halber Höhe des Zylinders. Bei jeder der beiden anderen gezeigten Anordnungen sind die sich in Umfangs richtung erstreckenden Dehnungsmesser in gleichmäßigen Abständen voneinander so angeordnet, daß sie abwechselnd oberhalb und unterhalb des die halbe Höhe des Zylinders bezeichnenden Kreises und in gleichen Abständen von letzterem liegen. Bei jeder dieser Anordnungen liegen diese Kompensationsdehnungsmesser somit auf dem einen oder anderen von zwei Kreisen, die hier als- -Meßkreise bezeichnet werden und von denen einer oberhalb und einer unterhalb des die halbe Höhe des Zylinders - bezeichnenden Kreises liegt, wobei der Abstand von dem zuletzt genannten Kreis stets der gleiche - ist, jedoch für jede Anordnung anders gewählt wurde. Die erste Anordnung kann man als die Anordnung für den Mittenabstand Null betrachten. Bei jedem Versuch sind die axial gerichteten Dehnungsmesser, von denen vier vorhanden sind, einem der Sätze aus sich in Umfangsrichtung erstreckenden Dehnungsmessern, von denen ebenfalls jeweils vier vorhanden sind, so zugeordnet, daß sie eine Wheatstonesche Brücke bilden. Es sei bemerkt, daß es in diesem-Stadium nicht erforderlich ist, einen vollständigen Satz von Dehnungsmessern zu verwenden, wie man -ihn bei der endgültigen Ausführung der Zelle benötigt.
  • Jede Versuchsanordnung umfaßt somit acht Dehnungsmesser, nämlich vier axial angeordnete Dehnungsmesser und vier Kompensationsdehnungsmesser.
  • Es gibt zwei extreme Anordnungen, bei denen man im Vergleich zu den Standardbelastungsbedingungen große Fehler entgegengesetzten Vorzeichens für eine zentrale konzentrierte Belastung der Ober- und Unterseite erhält, und ferner gibt es eine dritte Anordnung, bei welcher nur ein kleiner Fehler auftritt. Die Zelle wird unter Last geprüft, um ihren Empfindlichkeitsfehler für eine zentrale konzentrierte Last im Vergleich zu einer verteilten Standardlast in jedem dieser drei Fälle zu bestimmen, woraufhin man eine Kurve zeichnen kann, durch welche der Abstand zwischen dem die halbe Höhe des Zylinders bezeichnenden Kreis und den Meßkreisen für jede Anordnung in Beziehung zu der Empfindlichkeitsabweichung bei konzentrierter Last setzen kann.
  • Gemäß Fig. 8 liegen in dem einen Extremfall C-1 sämtliche sich in Umfangsrichtung erstreckenden Dehnungsmesser auf dem die halbe Höhe des Zylinders bezeichnenden Kreis. Bei dieser Anordnung wird die Empfindlichkeit bei konzentrierter zentraler Last gering sein, so daß man eine Zelle mit einem negativen Fehler erhält. In dem anderen Extremfall C-2 sind die sich in Umfangsrichtung erstreckenden Meßkreise in der Nähe des oberen bzw. unteren Randes des Zylinders angeordnet. Der für den oberen und den unteren Meßkreis gleiche Abstand von dem Mittelkreis ist in Fig. 8 mit »a« bezeichnet. Die Empfindlichkeit der Zelle wird jetzt bei zentraler konzentrierter Last größer sein als bei verteilter Last, so daß sich ein positiver Fehler ergibt. Für den dritten Versuch wählt man eine zwischen den beiden soeben behandelten Anordnungen liegende Anordnung C-3. In diesem Falle liegen die Kreise, auf denen die sich in Richtung des Umfangs erstreckenden Dehnungsmesser angeordnet sind, in der Mitte zwischen dem die halbe Höhe des Zylinders bezeichnenden Kreis und dem oberen bzw. unteren Meßkreis für den zweiten Extremfall. Der Abstand von dem Mittelkreis ist in Fig. 8 für diesen Fall mit »b« bezeichnet, und er ist gleich a/2. Bei dieser Anordnung wird die Empfindlichkeit für eine konzentrierte zentrale Last einen kleinen positiven oder negativen Fehler zeigen.
  • Die beobachteten Fehler (Abszisse) und der zugehörige Abstand der Meßkreise von dem Mittelkreis (Ordinate) werden jetzt in der aus Fig. 9 ersichtlichen Weise aufgetragen. Der mit 2 bezeichnete Meßpunkt entspricht dem beobachteten Fehler bei Verwendung einer Meßstreifenanordnung, wie sie in Fig. 8 durch die Meßstreifen A und C-2 gegeben ist. Entsprechendes gilt für die Meßpunkte 1 und 3. Der Ordinatenwert des Meßpunktes 1 entspricht demnach der halben Höhe des Zylinders, während die Abszisse in Höhe der unteren Kanten des Zylinders liegt. Dann zeichnet man mit der Hand diejenige Kurve ein, die am besten zu den drei Punkten paßt. Als Anhalt sei erwähnt, daß ein durch diese Punkte gelegter Kreisbogen eine brauchbare Annäherung an die richtige Kurve ergibt.
  • Jetzt kann man denjenigen Punkt 4 bestimmen, an dem die so gezogene Kurve die Achse für den Fehler Null (Ordinate) schneidet, und man muß hierauf einen Probezylinder herstellen, bei dem die Dehnungsmesser unter Benutzung dieses Maßes angebracht sind. Wenn sich bei der Prüfung immer noch ein kleiner Empfindl ichkeitsunterschied zwischen einer konzentrierten zentralen Last und der Standardlast zeigt, trage man die Kurve erneut so auf, daß sie durch diese neubestimmten Koordinaten geht. Nunmehr vermerke man denjenigen Punkt, an dem diese Kurve die Achse für den Fehler Null schneidet, und bringe einen weiteren Satz von vier sich in Umfangsrichtung erstreckenden Dehnungsmessern in der angezeigten Lage an. Die Abweichung zwischen einer konzentrierten zentralen Last und einer verteilten Last müßte jetzt vernachlässigbar klein sein, doch wenn man eine sehr genau arbeitende Lastmeßzelle benötigt, kann man das Verfahren erneut wiederholen.
  • Jetzt hat man Angaben gewonnen, die es ermöglichen, die Zelle von dem Grade der Konzentration einer auf die oberen und unteren Stirnplatten axial aufgebrachten Last unabhängig zu machen. Die Zelle muß jedoch noch für unsymmetrische, konzentrierte und außerhalb der Achse liegende oder streifenförmig aufgebrachte Lasten kompensiert werden. Die Empfindlichkeitsänderungen bei derartigen Lasten lassen sich dadurch vermindern oder ausschalten, daß man die Anzahl der Dehnungsmesser in der Brückenanordnung vergrößert. Es ist erforderlich, die für diesen Zweck ausreichende kleinste Zahl von Dehnungsmessern zu ermitteln.
  • Man bringt auf eine Stirnplatte eine längs eines diametralen Streifens wirkende Last auf, während die Last auf die andere Stirnplatte verteilt aufgebracht wird, und dann bestimmt man die Empfindlichkeit der Zelle für eine Anzahl von Winkelstellungen des Streifens bei einer Drehung desselben um die senkrechte Achse des Zylinders. Eine Prüfung des nach diesen Ergebnissen aufgetragenen Polardiagramms läßt dann erkennen, ob die Zahl der Dehnungsmesser vergrößert werden muß oder nicht. Die in Fig. 1 gezeigte Zelle hat acht axiale und acht in Umfangsrichtung verlaufende Dehnungsmesser, und man erhält hierbei eine sehr gute Kompensation, so daß die Zelle innerhalb enger Grenzen von den Belastungsverhältnissen unabhängig ist.
  • Das soeben beschriebene empirische Verfahren läßt sich unmittelbar bei jeder hohlen zylindrischen Lastmeßzelle mit flachen oberen und unteren Stirnplatten anwenden, um eine Anordnung der Dehnungsmesser zu ermitteln, bei der man eine vollständig kompensierte Zelle erhält. Es sei bemerkt, daß sich die Anordnung weder bei den Kompensationsdehnungsmessern noch bei den aktiven Dehnungsmessern auf die Innenfläche des lastempfindlichen Zylinders beschränkt. Bei einer Benutzung beider Flächen lassen sich an einer Zelle gegebener Abmessungen Dehnungsmesser in großer Zahl unterbringen, wodurch sich die Kompensation verbessern läßt, bzw. man kann die gleiche Zahl von Dehnungsmessern in einer kleineren Zelle anordnen.
  • Das Verfahren kann abgewandelt werden, um Anordnungen für Kompensations- bzw. Berichtigungsdehnungsmesser auch für den Fall zu bestimmen, daß das lastempfindliche Glied nicht als hohler gerader Kreiszylinder ausgebildet ist.
  • PATENTANPRÜCHE: 1. Mit elektrischen Widerstandsdehnungsmessern ausgerüstete Lastmeßzelle, dadurch gekennzeichnet, daß ein lastempfindliches Glied mit zwei Sätzen von elektrischen Dehnungsmessern ausgerüstet ist, die nachstehend als aktive Dehnungsmesser bzw. als kompensierende Dehnungsmesser bezeichnet sind, wobei die kompensierenden Dehnungsmesser so angeordnet und in den elektrischen Stromkreis der aktiven Dehnungsmesser so eingeschaltet sind, daß sie gewährleisten, daß das Ausgangssignal von der Art, wie die Last auf die Zelle aufgebracht wird, im wesentlichen unabhängig ist.

Claims (1)

  1. 2. Lastmeßzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aktiven Dehnungsmesser in axialer Richtung angeordnet sind und daß sich die kompensierenden Dehnungsmesser rechtwinklig zu den aktiven Dehnungsmessern erstrecken.
    3. Lastmeßzelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kompensierenden Dehnungsmesser auf einem zylindrischen lastempfindlichen Glied so angeordnet sind, daß sie sich in der Umfangsrichtung erstrecken.
    4. Lastmeßzelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das lastempfindliche Glied hohl ist.
    5. Lastmeßzelle nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die kompensierenden Dehnungsmesser so in einen Stromkreis eingeschaltet sind, daß sie Temperaturänderungen der Zelle kompensieren, wobei diese kompensierenden Dehnungsmesser an dem gleichen Teil der Zelle befestigt sind wie die aktiven Dehnungsmesser, so daß sich sämtliche Dehnungsmesser zusammen in einem eine im wesentlichen gleichmäßige Temperatur aufweisenden Bereich der Zelle befinden.
    6. Lastmeßzelle nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der lastempfindlichen bzw. aktiven Dehnungsmesser und der ihnen zugeordneten, sich in der Umfangs richtung erstreckenden kompensierenden Dehnungsmesser innerhalh der für die - vorgesehene elektrische Schaltung gegebenen Grenzen so gewählt ist und daß die Dehnungsmesser derart symmetrisch ange- ordnet sind, daß das Ansprechen auf hohe örtliche Spannungskonzentrationen auf Grund einer punktförmigen oder linienförmigen Belastung über mehrere Dehnungsmesser ausgemittelt wird, mit dem Ergebnis; daß die Zelle vom Grade der Lastkonzentration unabhängig ist.
    7. Lastmeßzelle nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch ein lastempfindliches Glied, das von einem äußeren Gehäuse umgeben ist und an dessen Enden dazu passende Abschlußkappen vorgesehen sind, die die auf die Zelle aufgebrachten Lasten aufnehmen.
    8. Lastmeßzelle nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das lastempfindliche Glied hohl ist und daß die Dehnungsmesser an seiner Innenseite befestigt sind.
    9. Lastmeßzelle nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das lastempfindliche Glied hohl ist und daß Dehnungsmesser sowohl an seiner Innenseite als auch an seiner Außenseite angebracht sind.
    In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 458 481.
DEC15011A 1956-06-18 1957-06-18 Elektrische Widerstands-Dehnungsmesszellen bzw. Lastmesszellen Pending DE1045685B (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3003862A1 (de) * 1980-02-02 1981-08-13 Sartorius GmbH, 3400 Göttingen Parallelfuehrung fuer eine elektronische waage
EP0317429A1 (de) * 1987-11-20 1989-05-24 Seb S.A. Kalibrierverfahren für Kraft- oder Moment-Messvorrichtungen

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2458481A (en) * 1944-09-01 1949-01-04 Baldwin Locomotive Works Load weighing device

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2458481A (en) * 1944-09-01 1949-01-04 Baldwin Locomotive Works Load weighing device

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3003862A1 (de) * 1980-02-02 1981-08-13 Sartorius GmbH, 3400 Göttingen Parallelfuehrung fuer eine elektronische waage
EP0317429A1 (de) * 1987-11-20 1989-05-24 Seb S.A. Kalibrierverfahren für Kraft- oder Moment-Messvorrichtungen
FR2623623A1 (fr) * 1987-11-20 1989-05-26 Seb Sa Procede pour etalonner des appareils de mesure de force ou de moment et appareils s'y rapportant
US4869113A (en) * 1987-11-20 1989-09-26 Seb S.A. Method for calibrating appliances for the measurement of force or moment and appliances relating to said method

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