DE1269387B

DE1269387B - Device for measuring a force with a high resonance frequency

Info

Publication number: DE1269387B
Application number: DEP1269A
Authority: DE
Inventors: Clarence Johnson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1961-01-10
Filing date: 1962-01-09
Publication date: 1968-05-30

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.:Int. Cl .:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:Number:
File number:
Registration date:
Display day:

GOIlGOIl

GOIgGOIg

Deutsche Kl.: 42 k-7/05German class: 42 k-7/05

P 12 69 387.7-52
9. Januar 1962
30. Mai 1968P 12 69 387.7-52
January 9, 1962
May 30, 1968

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen einer Kraft mit hoher Resonanzfrequenz, insbesondere zum Steuern, Regeln und Anzeigen mit einem Federsystem, welches durch die zu messende Kraft ausgelenkt wird, und mit einem induktiven Meßwertgeber, der mit dem Federsystem verbunden ist, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches der Auslenkung des Federsystems proportional ist, und mit einer Temperaturkompensation, die zwischen dem Federsystem und dem induktiven Meßwertgeber ίο eingeschaltet ist.The invention relates to a device for measuring a force with a high resonance frequency, in particular to control, regulate and display with a spring system, which by the to be measured Force is deflected, and with an inductive transducer, which is connected to the spring system is to generate an output signal which is proportional to the deflection of the spring system, and with temperature compensation between the spring system and the inductive transducer ίο is switched on.

Es war bisher üblich, bei Kraftmeßsystemen, die mit einer Auslenkung von Federn arbeiten, zwischen der Feder und der Anzeigevorrichtung eine thermische Kompensation vorzusehen. Bei den bisher bekannten Einrichtungen hatte diese thermische Kompensation den Zweck, die wärmebedingten Längenänderungen im Federsystem und im Übertragungssystem zu kompensieren, um Anzeigefehler zu vermeiden, die ihre Ursache in thermischen Längenänderungen haben.It has been customary in force measuring systems that work with a deflection of springs between provide thermal compensation for the spring and the display device. With the so far known devices, this thermal compensation had the purpose of the heat-related changes in length to compensate in the spring system and in the transmission system in order to avoid display errors, which have their cause in thermal changes in length.

Bei derartigen Vorrichtungen ist es ferner bekannt, die verwendeten Federn aus einem Material herzustellen, dessen Federungseigenschaften gegenüber der Temperatur stabil sind, so daß die Kräfte, die der as Belastung entgegenwirken, im wesentlichen in einem großen Temperaturbereich konstant bleiben. Derartige Materialien sind teuer und stehen nicht immer zur Verfügung. Die technische Entwicklung hat die Tendenz gezeigt, Materialien zu verwenden, deren Elastizitätsmodul in dem Temperaturbereich, in dem gemessen wird, konstant bleibt. Dadurch wird aber der Bereich der verwendbaren Materialien ganz erheblich eingeschränkt.In such devices it is also known to manufacture the springs used from a material whose resilience properties are stable with respect to temperature, so that the forces exerted by the as Counteract stress, remain essentially constant over a wide temperature range. Such Materials are expensive and not always available. The technical development has the Shown tendency to use materials whose modulus of elasticity is in the temperature range in which is measured remains constant. However, this increases the range of materials that can be used restricted.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugründe, diesen Nachteil zu beheben.The present invention is based on the object to remedy this disadvantage.

Erfindungsgemäß weist die Temperaturkompensation zur Kompensation der Temperaturänderungen des Elastizitätsmoduls des Federsystems eine in Auslenkrichtung sich erstreckende Tragstange aus einem Material mit vernachlässigbarem Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, von der aus sich eine Querstange erstreckt, an der eine Hülse befestigt ist, die eine Stange aufnimmt, an der der Kern des Meßwertgebers befestigt ist, wobei der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials der Stange größer ist als der des Materials der Hülse.According to the invention, the temperature compensation has to compensate for the temperature changes of the modulus of elasticity of the spring system a support rod extending in the direction of deflection from a Material with a negligible coefficient of thermal expansion, from which a crossbar extends extends to which a sleeve is attached which receives a rod on which the core of the transmitter is attached, wherein the coefficient of thermal expansion of the material of the rod is greater than that the material of the sleeve.

In vorteilhafter Weise wird hierdurch eine Kompensation für die thermischen Veränderungen des Elastizitätsmoduls der Feder geschaffen. Hierdurch ist es möglich, einen größeren Bereich unterschiedlicher Materialien nutzbar zu machen.This advantageously compensates for the thermal changes in the The elastic modulus of the spring is created. This makes it possible to use a larger range of different Making materials usable.

Vorrichtung zum Messen einer Kraft
mit hoher ResonanzfrequenzDevice for measuring a force
with high resonance frequency

Anmelder:Applicant:

Clarence Johnson, Cleveland, Ohio (V. St. A.)Clarence Johnson, Cleveland, Ohio (V. St. A.)

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. E. Prinz und Dr. G. Hauser,Dipl.-Ing. E. Prince and Dr. G. Hauser,

Patentanwälte,Patent attorneys,

8000 München-Pasing, Ernsbergerstr. 198000 Munich-Pasing, Ernsbergerstr. 19th

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

V. St. v. Amerika vom 10. Januar 1961 (81 815)V. St. v. America January 10, 1961 (81 815)

Es ist zwar ganz allgemein bereits eine Kompensation der Einwirkung der Temperatur auf den Elastizitätsmodul bekannt. Es handelt sich hierbei um sogenannte Spannungsmesser, die auf Prüfkörper aufgeklebt werden und mit denen Dehnungen gemessen werden sollen. Es werden hierbei Widerstandsdehnungsstreifen verwendet, die auf eine spezielle Temperatur kalibriert sind. Die Empfindlichkeit des Wandlers nimmt bei einer Zunahme der Temperatur zu, und zwar deshalb, weil der Elastizitätsmodul des Materials abnimmt, an welchem diese Dehnungsmeßstreifen befestigt sind. Bei einer bekannten Einrichtung werden diese Effekte in einer Wheatstoneschen Meßbrücke elektrisch kompensiert.In general, it is already a compensation for the effect of temperature on the modulus of elasticity known. These are so-called tension meters that are glued to test specimens and with which strains are to be measured. There are resistance strain marks that are calibrated to a specific temperature. The sensitivity of the The transducer increases with an increase in temperature, because the modulus of elasticity of the Material to which these strain gauges are attached decreases. At a known facility these effects are electrically compensated in a Wheatstone measuring bridge.

Mit besonderem Vorteil kann die Tragstange aus Invar, die Hülse aus Messing und die von der Hülse aufgenommene Stange aus Magnesium bestehen. Die Hülse kann in an sich bekannter Weise gegenüber der Querstange, und die Stange wiederum gegenüber der Hülse einstellbar sein.The support rod made of Invar, the sleeve made of brass and that of the Sleeve received rod made of magnesium. The sleeve can in a manner known per se opposite the crossbar, and the rod in turn be adjustable with respect to the sleeve.

Die Erfindung soll in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigtThe invention is intended in the following description with reference to the figures of the drawing explained. It shows

F i g. 1 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels, F i g. 1 is a sectional view of an embodiment,

F i g. 2 eine Vorderansicht des in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels undF i g. FIG. 2 is a front view of the FIG. 1 illustrated embodiment and

F i g. 3 eine Vorderansicht eines abgewandelten Ausführungsbeispiels.F i g. 3 is a front view of a modified embodiment.

809 557/212809 557/212

3 43 4

Es ist eine Basis 12 vorgesehen, die einen Ständer folgende Abbiegungen auftreten, weil winzige Bewe-20 hat. An diesem Ständer 20 ist über ein Kreuz- gungen der Stange 242 gegenüber der Hülse 238, die gelenk 76 eine die Last aufnehmende Plattform 70 durch. Vibrationskräfte hervorgerufen werden, verangeordnet. Diese Plattform kann beispielsweise hindert werden. Es ist ersichtlich, daß die Vermeiunterhalb einer Förderanlage angeordnet sein. Diese 5 dung solcher winzigen Bewegungen, welche durch Plattform 70 ist über ein Verbindungsgestänge 144 den Wandler verstärkt würden und eine Ungenauigmit einem Federsystem 166 verbunden. Durch diese keit im Meßsystem zur Folge hätten, äußerst wün-Verbindung wird die von der Plattform 70 auf- sehenswert ist.A base 12 is provided, which bends following a stand because tiny movements occur Has. On this stand 20 there is an intersection of the rod 242 opposite the sleeve 238, the joint 76 through a load-bearing platform 70. Vibration forces are caused, ordered. This platform can be prevented, for example. It can be seen that the mine is below be arranged in a conveyor system. This 5 formation of such tiny movements, which by Platform 70 is reinforced via a connecting rod 144 and is inaccurate with the transducer a spring system 166 connected. This speed in the measuring system would result in an extremely wün connection which is worth seeing from the platform 70.

genommene Kraft auf das Federsystem 166 über- Aus der vorhergehenden Beschreibung ist es ertragen und lenkt dieses aus. Das Federsystem 166 ist io sichtlich, daß die Anordnung, bestehend aus der bei 180 an der Basis 12 befestigt. Die Befestigung Stange 230, der Querstange 232, der Stange 242 und kann einstellbar sein. dem Kern 244, als Einheit in das Gehäuse 30 ein-The force taken is transferred to the spring system 166. From the previous description, it is bearable and deflects this. The spring system 166 is io visible that the arrangement consisting of the attached to base 12 at 180. The attachment rod 230, the cross rod 232, the rod 242 and can be adjustable. the core 244, as a unit in the housing 30

Die Plattform 70 weist eine abgestufte Bohrung gesetzt, mit der Plattform 70 verbunden und inner-224 auf, welche sich über der Öffnung 39 im Gehäuse halb der Wicklung 200 angeordnet werden kann, weil 30 befindet und mit dieser fluchtet. In der Bohrung 15 die Anordnung eine vorgefertigte, aus mehreren Tei-224 ist eine Kupplungsschraube 228 angeordnet, len bestehende Konstruktion ist. Diese vorgefertigte welche mit ihrem verbreiterten Kopf an dem durch Anordnung führt auch zu einem Kern 244, der durch die Stufenschulter gebildeten Sitz anliegt und eine richtige Einstellung der Stange 242 und der Hülse Betätigungsstange 230 starr mit der Plattform 70 ver- 238 für eine durch die Flexibilität (wirksame Länge) bindet, welche von der Plattform 70 herabhängt. Die 20 der Feder 166 bestimmte gegebene Null-Abbiegung Betätigungsstange 230 ist vorzugsweise aus Invar der Plattform 70 innerhalb der Wandlerwicklung oder einem anderen Metall, welches sich mit Tempe- leicht in seine Null-Stellung gebracht werden kann, raturänderungen nicht ausdehnt und zusammenzieht, Bei einer Anlage, bei welcher die Umgebungs-The platform 70 has a stepped bore set connected to the platform 70 and internal-224 on, which can be arranged over the opening 39 in the housing half of the winding 200 because 30 is located and is aligned with this. In the bore 15 the arrangement is a prefabricated, from several parts 224 a coupling screw 228 is arranged, len existing construction. This pre-made which with its widened head at the through arrangement also leads to a core 244, which through the step shoulder is seated and proper adjustment of the rod 242 and sleeve Actuating rod 230 rigidly connected to platform 70 for a flexible (effective length) which depends from the platform 70. The 20 of spring 166 determined a given zero deflection Actuating rod 230 is preferably made of Invar of platform 70 within the converter winding or another metal, which can easily be brought into its zero position with temperature, temperature changes do not expand and contract, in a system in which the ambient

hergestellt. Die sich nach unten erstreckende Stange temperatur nicht geregelt ist, hat eine Temperatur-230 geht durch die Öffnung 39 hindurch. Wie am 25 änderung kleine, aber meßbare Änderungen des EIabesten in F i g. 2 zu sehen, ist an dem unteren Ende stizitätsmoduls der Feder 166 und Differenzen hinder Stange 230 eine Querstange 232 mittels einer sichtlich der Expansion und Zusammenziehung der Schraube 234 befestigt, weiche durch eine Bohrung Metalle der Anordnung zur Folge. Es ist daher erin einem Ende der Querstange 232 hindurchgeht und forderlich, Temperaturänderungen zu kompensieren, in die Stange 230 eingeschraubt ist. Das andere Ende 30 da kleine Bewegungen bei der vorliegenden Wiegeder Querstange 232 ist mit einer Gewindebohrung vorrichtung kritisch sind und unzulässige Abwei-236 ausgestattet, die bei 237 geschlitzt ist, damit chungen der Steuer- oder Anzeigecharakteristiken Klemmbacken gebildet werden. Durch die Bohrung bewirken.manufactured. The downward extending rod temperature is not regulated, has a temperature of -230 goes through the opening 39. As on the 25th change, small but measurable changes in the eggs in Fig. 2 shows the modulus of elasticity of the spring 166 and differences at the lower end Rod 230 a cross rod 232 by means of a visible expansion and contraction of the Screw 234 fastened, soft through a hole to result in metals of the assembly. It is therefore erin one end of the cross bar 232 passes and is required to compensate for temperature changes, is screwed into the rod 230. The other end 30 has small movements in the present cradle Crossbar 232 is threaded with a fixture that is critical and impermissible devi-236 slotted at 237 to allow for changes in control or display characteristics Clamping jaws are formed. Effect through the hole.

236 ist eine innen und außen mit Gewinde versehene Eine wirksame Temperaturkompensation wird da-236 is internally and externally threaded. Effective temperature compensation is

Kupplungshülse 238 aus Messing mit einem verbrei- 35 durch gebildet, daß die Stange 230, welche die Wandterten Sechskantkopf 240 nach oben oder nach unten leranordnung mit der Plattform 70 verbindet, vorhindurchgeschraubt, welche in der Bohrung 236 zugsweise aus Invar oder einem anderen Metall, das klemmend festgehalten ist und das untere Ende eines einen gleichermaßen kleinen oder vernachlässigbaren mit Gewinde versehenen Magnesiumstabes 242 auf- Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, hergestellt nimmt. Der Magnesiumstab ist mit einer Endöffnung 40 wird, die Gewindestange 242, welche den Wandler-243 für einen Schlüssel ausgestattet, mit welchem er kern 244 trägt, vorzugsweise aus Magnesium oder gegenüber der Hülse 236 verschraubt und eingestellt einem ähnlichen Metall mit einem großen Wärmewerden kann. Der Stab 242 erstreckt sich in die hohle ausdehnungskoeffizienten hergestellt wird und die Wicklung 200 und trägt an seinem oberen Ende einen Stellhülse 238, welche die Verbindung zwischen der hohlen Ankerkern 244, der auf das obere Ende auf- 45 Querstange 232 und der Gewindestange 242 bildet, geschraubt ist. aus Messing oder einem anderen Metall mit einemCoupling sleeve 238 made of brass with a broadened 35 formed by that the rod 230, which the Wandterten Hexagon head 240 connects upwards or downwards ler arrangement with the platform 70, pre-screwed, which in the bore 236 is preferably made of Invar or some other metal that is clamped and the lower end of an equally small or negligible threaded magnesium rod 242 has a coefficient of thermal expansion takes. The magnesium rod is provided with an end opening 40, the threaded rod 242 which holds the transducer-243 equipped for a key with which he carries core 244, preferably made of magnesium or screwed against the sleeve 236 and adjusted to a similar metal with a great deal of heat can. The rod 242 extends into the hollow expansion coefficient is made and the Winding 200 and carries at its upper end an adjusting sleeve 238, which the connection between the hollow anchor core 244 which forms on the upper end 45 transverse rod 232 and the threaded rod 242, is screwed. made of brass or another metal with a

Bei der Anordnung nach F i g. 2 kann die Ein- Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt wird, der stellung des Ankerkernes 244 bezüglich der Wandler- kleiner ist als derjenige der Stange 242. Daher kann wicklung 200 leicht dadurch vorgenommen werden, durch Änderung des Verhältnisses von Messing und daß ein üblicher »Allen«-Schlüssel in die Schlüssel- 5° Magnesium in der Verbindung zwischen der Queröffnung 243 eingesetzt und der Sechskantkopf 240 stange 232 und dem Wandlerkern 244 das Stück, um der Hülse 238 beim Einschrauben der Stange 242 in welches sich der Kern 244 in den Wandleranker hindie Hülse 238 oder beim Herausschrauben der Stange ein erstreckt, so gesteuert werden, daß Temperatur-242 aus der Hülse 238 mit einem Schlüssel festgehal- änderungen automatisch kompensiert werden, nachten wird. Mit dieser Einstellung kann der Wandler 55 dem das Instrument einmal eingestellt und das Wand-190 so eingestellt werden, daß das Steuersignal be- lersystem richtig geeicht ist.In the arrangement according to FIG. 2, the one-coefficient of thermal expansion is established, the position of the armature core 244 with respect to the transducer is smaller than that of the rod 242. Therefore, winding 200 can easily be made by changing the ratio of brass and that a common Allen key in the key 5 ° Magnesium in the connection between the transverse opening 243 inserted and the hexagonal head 240 rod 232 and the transducer core 244 the piece to of the sleeve 238 when screwing the rod 242 into which the core 244 is obstructed in the transducer armature Sleeve 238 or when unscrewing the rod one extends, can be controlled so that temperature -242 from the sleeve 238 with a key, changes are automatically compensated for, at night will. With this setting, the transducer 55 can set the instrument once and the wall-190 must be set so that the control signal for the fan system is correctly calibrated.

züglich der Null-Stellung der Plattform 70 geeicht Wenn man annimmt, daß die zu messende Kraftcalibrated in addition to the zero position of the platform 70. Assuming that the force to be measured

wird. Bei der Anordnung nach F i g. 3 kann die konstant bleibt, so bewirkt eine weitere Durchgleiche Einstellung des Differentialtransformators 190 biegung der Feder 166 durch eine Temperaturoder Wandlers 190 bewirkt werden, nachdem die 60 zunähme, daß der Kern 244 relativ zur Wicklung 200 Verriegelungsmutter 241, die auf die Stange 242 auf- weiter nach unten bewegt wird, so daß das elektrische geschraubt ist und an dem oberen Ende der Hülse Ausgangssignal geändert wird. Dies ist der Fall, da anliegt, gelöst worden ist. Bei der Anordnung die Tragstange 230 aus einem Metall besteht, dessen nach F i g. 3 ist eine weitere Verriegelungsmutter 245 lineare Wärmeausdehnung vernachlässigbar ist. zum Festspannen des Ankerkernes 244 am oberen 65 Die Bewegung des Kernes 244 nach unten als ErEnde der Stange 242 vorgesehen. gebnis einer Temperaturzunahme, die eine Verände-Die zusätzliche Verriegelungsmutter 245 ist ins- rung des Elastizitätsmoduls des Federsystems 166 bebesonderere dort von Vorteil, wo rasch aufeinander- wirkt, wird durch die Stange 242 kompensiert. Diewill. In the arrangement according to FIG. 3, which remains constant, causes another equalization Adjustment of the differential transformer 190 deflection of the spring 166 by a temperature or Transducer 190 would be effected after the 60 increased that the core 244 relative to the winding 200 Locking nut 241, which is moved up and down on rod 242, so that the electrical is screwed and the output signal is changed at the upper end of the sleeve. This is the case since is present, has been resolved. In the arrangement, the support rod 230 is made of a metal whose according to FIG. 3 is another locking nut 245 linear thermal expansion is negligible. for tightening the anchor core 244 at the upper 65 The movement of the core 244 downwards as the end of the rod 242 is provided. The result of a temperature increase that changes the additional locking nut 245 is particularly special because of the modulus of elasticity of the spring system 166 The rod 242 compensates for this where it is advantageous where there is rapid interaction. the

Stange 242 besteht aus einem Material mit hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten, und diese Stange dehnt sich aus, wenn die Temperatur zunimmt, und dadurch wird der Kern 244 aufwärts bewegt. Ein Nachlassen der Spannung der Feder 146, durch welches der Kern 244 nach unten bewegt wird, wird demzufolge durch die Ausdehnung der Stange 242 kompensiert, durch welcher der Kern 244 in der entgegengesetzten Richtung bewegt wird. Die zueinander entgegengesetzten Bewegungen werden kornpensiert. Rod 242 is made of a material with a high coefficient of thermal expansion, and this rod expands as the temperature increases, thereby moving core 244 upward. A release in the tension of the spring 146, by which the core 244 is moved downwards, is thus compensated for by the expansion of the rod 242 , by which the core 244 is moved in the opposite direction. The opposing movements are compensated.

Durch eine entsprechende Einstellung der Längen der Stange und des Ubertragungssystems zwischen der Plattform 70 und dem Kern 244 ist es also möglich, die Veränderungen des Elastizitätsmoduls des Federsystems 166 zu kompensieren.By adjusting the lengths of the rod and the transmission system between the platform 70 and the core 244 accordingly, it is possible to compensate for the changes in the modulus of elasticity of the spring system 166.

Claims

Patent claims:

1. Device for measuring a force with a high resonance frequency, in particular for controlling, regulating and displaying with a spring system, which is deflected by the force to be measured, and with an inductive transducer which is connected to the spring system in order to generate an output signal, which is proportional to the deflection of the spring system, and with a temperature compensation which is switched on between the spring system and the inductive transducer, characterized in that the temperature compensation to compensate for the temperature changes of the elasticity module of the spring system (166) is a support rod (230) extending in the direction of deflection made of a material with negligible coefficient of thermal expansion from which extends a transverse rod (232) to which a sleeve (238) is attached which receives a rod (242) to which the core (244) of the transmitter (190) is attached is, and that the coefficient of thermal expansion of the materi than the rod (242) is larger than that of the material of the sleeve (238).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the support rod (230) made of Invar, the sleeve (238) made of brass and the support rod (242) made of magnesium.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the sleeve (238) is adjustable with respect to the transverse rod (232) and the rod (242) with respect to the sleeve (238).

Considered publications:
German Auslegeschrift No. 1,056,391;
U.S. Patent No. 2,930,227;
Product Engineering magazine, March 1956,, 196 to 198.

1 sheet of drawings