DE1116416B - Einrichtung zum Messen der Groesse mechanischer Schwingungsausschlaege und Dehnungen mittels Dehnungsmessstreifen - Google Patents

Einrichtung zum Messen der Groesse mechanischer Schwingungsausschlaege und Dehnungen mittels Dehnungsmessstreifen

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DE1116416B
DE1116416B DEV17588A DEV0017588A DE1116416B DE 1116416 B DE1116416 B DE 1116416B DE V17588 A DEV17588 A DE V17588A DE V0017588 A DEV0017588 A DE V0017588A DE 1116416 B DE1116416 B DE 1116416B
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Germany
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mechanical oscillation
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Manfred Quandel
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ENTWICKLUNGSBAU PIRNA VEB
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ENTWICKLUNGSBAU PIRNA VEB
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H11/00Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
    • G01H11/06Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/02Details
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Description

  • Einrichtung zum Messen der Größe mechanischer Schwingungsausschläge und Dehnungen mittels Dehnungsmeßstreifen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen der Größe mechanischer Schwingungsausschläge und Dehnungen statisch und dynamisch beanspruchter Bauteile mittels Dehnungsmeßstreifen.
  • Es ist bekannt, die Messung derartiger Schwingungsausschläge und Frequenzen sowie die Messung der Größe von Dehnungen mit elektrischen Meßgeräten auf verschiedene Art und Weise durchzuführen, wobei es sich jedoch als vorteilhaft erwiesen hat, die Bewegungen oder Dehnungen auf einen Widerstandsdraht zu übertragen, der fest mit dem Werkstück an der zu untersuchenden Stelle verbunden wird und daher in gleichem Maße gedehnt wird wie das Werkstück.
  • Es ergibt sich daraus eine Widerstandsänderung im Draht, die ein Maß für die Bewegung bzw. für die Größe der Dehnung ist (Dehnungsmeßstreifen). Der dünne Draht des Dehnungsmeßstreifens wird meist wegen der notwendigen Länge in mehrere nebeneinander angeordnete, parallel verlaufende Teile zerlegt.
  • Dieses Drahtsystem muß am Werkstück isoliert derart befestigt werden, daß die Drähte im gleichen Maße wie das Werkstück gedehnt werden. Die sich durch die Dehnung des Drahtes infolge der Dehnung des ihn tragenden Werkstückes ergebende geringe Widerstandsänderung wird bekanntlicherweise mit einer Brückenschaltung gemessen. Die Widerstandsänderung ist durch die Querschnittsänderung bei gleichzeitiger Längung sowie durch die Änderung des spezifischen Widerstandes bedingt. Beides zusammen ergibt die lineare Abhängigkeit von der Längung. Da aber nur die Längung durch das Kräftespiel für die Ermittlung der Dehnung von Interesse ist, muß die Längung durch die Wärme eliminiert werden, was durch einen Ausgleichsstreifen in der Brückenschaltung erreicht wird. Der Ausgleichsstreifen besteht ebenfalls aus einem Dehnungsmeßstreifen, der außerhalb der Meßstelle so befestigt werden muß, daß er dem gleichen Wärmeeinfluß unterliegt wie die Meßstelle, ohne mechanisch beansprucht zu werden.
  • Dieser Ausgleichsmeßstreifen wird als zweiter Widerstand in der Brückenschaltung verwendet. Damit wird der Temperatureinfluß im Meßgerät selbst ausgeglichen. Da die Widerstandsänderung der Dehnung proportional ist, kann die Dehnung aus der Widerstandsänderung auch unmittelbar bestimmt und mit Hilfe der Materialkonstanten (Elastizitätsmodul) die Beanspruchung einer Meßstelle ermittelt werden.
  • Die Messung wird mittels einer Brückenschaltung durchgeführt, die mit Gleichstrom oder Trägerfrequenz gespeist wird. Hierbei ist der mechanische Spannungszustand in dem zu messenden Bauteil durch Anordnung je eines Meßstreifens in der jeweiligen Richtung zu erfassen. Ein Nachteil dieses mit Gleichstrom oder Trägerfrequenz arbeitenden Verfahrens ist, daß der Dehnungsstreifen temperaturabhängig und verhältnismäßig wenig empfindlich ist.
  • Die Verstärkung der Meßergebnisse muß daher sehr groß sein, was wiederum zur Folge hat, daß die Übertragung der Ergebnisse über Schleifringe Fehler mit sich bringt, die in das Meßergebnis eingehen.
  • Da sich die Anwendung der Dehnungsmeßstreifen bei statischen und dynamischen Messungen nicht nur auf die Zug- und Druckbeanspruchungen sowie auf Biegung, Drehung und zweiachsige Dehnung beschränkt, sondern diese auch an umlaufenden Bauteilen, z. B. Schaufeln von Verdichtern an Strahltriebwerken od. dgl., angebracht werden können, müssen die Einflüsse von etwa auftretenden Übergangswiderständen an den zur Übertragung dienenden Schleifkontakten klein gehalten werden. Es ist bekannt, aus diesem Grunde Kontaktringe aus Silber oder rostfreiem Stahl mit Silbergraphit-Schleifbürsten bzw. Schleifringe auf Quecksilberbasis zu verwenden. Um die Wahrscheinlichkeit einer selbst kurzzeitigen Unterbrechung im Stromübergang oder eines möglichen Übergangswiderstandes zu verringern, läßt man auf einem Kontaktring mehrere parallel geschaltete Schleifkontakte laufen.
  • In fast allen bekannten Meßgeräten zur Messung der Größe der Dehnung bzw. des Schwingungsausschlages liegen ein oder mehrere Dehnungsstreifen in einer Brückenschaltung.
  • Die Geräte arbeiten z. B. mit einer Trägerfrequenz, wenn ein als Resonanzverstärker ausgeführter Verstärker verwendet wird, der eine hohe Stufenver- stärkung und gute Nullpunktkonstanz besitzt. Der Nachteil des Brückeneingangs ist, daß wegen der Temperatureffekte Kompensationsstreifen verwendet werden müssen, was bei reinen Wechselspannungsmessungen Schwierigkeiten bereitet. Geräte dieser Art ermöglichen es, reine statische Spannung, reine Wechselspannungen und auch statische Spannungen mit- überiagerter Wechselspannung zu messen. Die Höhe der meßbaren Frequenz der wechselnden Belastung ist allerdings durch die Trägnfrequenz begrenzt. Arbeitet man bei dem syenanatçn Gerät nur mit einem der Meßstreifen, so sind--von der Meßbrücke aus zwei Leitungen zu dem zu untersuchenden Bauteil zu verlegen. Da jedoch Temperaturschwankungen den Widerstand des Dehnungsmeßstreifens verändern und auch eine Ausdehnung des Materials bewirken, wird die abgeglichene Brücke verstemmt. so daß diese Anordnung in den meisten Fällen ungeeignet ist. Es ist deshalb erforderlich, zwei Dehnungsmeßstreifen zu verwenden, wobei der eine zur Kompensation des Temperatureffektes dient.
  • Deshalb muß dieser Kompensationsstreifen auch auf dem zu untersuchenden Bauteil aufgeklebt werden, jedoch so, daß er keinen Dehnungen unterliegt. Bei dieser Anordnung sind vom Meßgerät zu den Dehnungsmeßstreifen mindestens drei Leitungen zu verlegen. Das bedeutet, daß bei rotierenden Bauteilen für jede Leitung ein Schleifring angeordnet werden muß. Selbst gut durchkonstruierte Schleifringe bringen jedoch Fehler infolge der Übergangswiderstände mit sich, die mit der Anzahl der Schleifringe größer werden.
  • Diesen Mangel beseitigt ein anderes Verfahren dadurch, daß in Reihe mit einem Dehnungsmeßstreifen und einem kapazitäts- und induktionsarmen Widerstand eine Gleichstromquelle (z. B. Akkumulator) angeschlossen ist (Potentiometerschaltung. Die dynamische Beanspruchung des Dehnungsmeßstreifens ändert dessen Widerstand, so daß an ihm Spannungsschwankungen entstehen, die über einen Blockkondensator einem Breitbandverstärker zugeführt werden.
  • Obwohl bei diesem Verfahren nur noch jeweils eine Leitung von den an rotierenden Bauteilen befestigten Dehnungsmeßstreifen über Schleifringe geführt wird, bildet die vorhandene Spannungsquelle wie beim Trägerfrequenzverfahren ein zusätzliches Gerät, von dem außerdem Störfaktoren, wie z. B.
  • Spannungsschwankungen, Frequenzänderungen usw., ausgehen können. Außerdem ist bei der dazu verwendeten Schaltung bei langen Leitungen vom Dehnungsmeßstreifen bis zum Verstärkereingang die Gefahr von Störeinstreuungen elektrischer oder magnetischer Felder vorhanden.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die bekannten elektrischen Schaltungen zur Messung der Widerstandsänderungen von Dehnungsmeßstreifen so zu verbessern bzw. zu verändern, daß die Verwendung einer besonderen Spannungsquelle oder Trägerfrequenz überflüssig ist.
  • Gemäß der Erfindung ist der Dehnungsmeßstreifen als Katodenwiderstand der Verstärkerröhre gegen Erde geschaltet.
  • In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand zweier Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt Abb. 1 die grundsätzliche Schaltung nach der Erfindung, Abb. 2 die Schaltung zweier Aktiv- und Kompensationsgeber zusammenarbeitender Dehnungsmeßstreifen.
  • Ein am nicht dargestellten Prüfstück befestigter Dehnungsmeßstreifen 1 wandelt die Dehnung des Prüfstückes in eine Widerstandsänderung um und liefert dadurch, daß er als Katodenwiderstand arbeitet, die Steuerspannung der Röhre 2. Die Schaltung (Abb. 1) ist geeignet, die durch die wechselnde Belastung im Schwingungsfall entstandenen Wechselspannungen zu messen. Die eventuell auftretenden Temperatureffekte verschieben nur den Arbeitspunkt der Röhre. Ist der nachfolgende Verstärker ein RC-Verstärker, dann kommt der Temperatureffekt nicht zur Auswirkung, weil der Kondensator 3 statische oder quasistatische Spannungsänderungen an der Anode der Röhre 2 abblockt.
  • Nach der in Abb. 2 dargestellten Schaltung mit dem als Aktivgeber 4 und dem als Kompensationsgeber5 ausgebildeten Dehnungsmeßstreifen ist die Arbeitsweise der Röhre 6, 7 die gleiche wie bei der Schaltung nach Abb. 1, jedoch wird der Temperatureffekt durch den symmetrischen Aufbau der Schaltung unter Verwendung eines gemeinsamen, regelbaren Anodenwiderstandes 8 dadurch kompensiert, daß der Kompensationsgeber 5 den gleichen Temperatureinfiüssen ausgesetzt ist wie der Aktivgeber 4 und deshalb den Arbeitspunkt der Kompensationsröhre7 im gleichen Maße verschiebt. Diese Schaltung ist geeignet, statische, wechselnde Dehnungen mit überlagerter Wechseldehnung zu messen.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Einrichtung zum Messen der Größe mechanischer Schwingungsausschläge und Dehnungen statisch und dynamisch beanspruchter Bauteile mittels insbesondere an umlaufenden Bauteilen mit einer Meßspannung beaufschlagter Dehnungsmeßstreifen, deren Anschlußleitungen über Schleifringe zu die Meßwerte an Oszillographen oder andere Meßgeräte vermittelnden Verstärkern geführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Dehnungsmeßstreifen als Katodenwiderstand der Verstärkerröhre gegen Erde geschaltet ist.
DEV17588A 1959-11-17 1959-11-17 Einrichtung zum Messen der Groesse mechanischer Schwingungsausschlaege und Dehnungen mittels Dehnungsmessstreifen Pending DE1116416B (de)

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