-
DieErfindung bezieht sich auf einenMeßumformer mit einem Meßkörper
aus ferromagnetischem Material, der zwei Öffnungen für eine Magnetisierungswicklung
zum Anschluß an eine Stromquelle und zwei Öffnungen für eine Meßwicklung zum Anschluß
an ein Meßgerät aufweist, wobei der Meßkörper oder ein in seiner Nähe befindlicher
und von dem induzierten magnetischen Fluß teilweise durchströmter ferromagnetischer
Teil beim Messen mechanischen Belastungen ausgesetzt wird.
-
Es ist bereits ein Kraftmeßgerät bekannt, bei dem die Kraft am Ende
eines ersten Hebels angreift, dessen anderes Ende an einer Hohlwelle aus magnetostriktivem
Material starr befestigt ist, die mittels zweier weiterer, an ihren Enden starr
befestigter Hebel festgehalten wird, so daß die Hohlwelle durch die Kraft verdreht
wird. Zum Messen dieser Kraft sind zwei in Reihe geschaltete Spulen, die zwischen
den Hebeln angeordnet sind, um die Hohlwelle gewickelt und an einer Wechselstromquelle
angeschlossen, und ferner ist eine weitere Spule, die mit der Bohrung der Welle
verkettet ist, an ein elektrisches Meßgerät angeschlossen, dessen Ausschlag ein
Maß für die durch die Verdrehung der magnetostriktivenHohlwelle erzeugte elektromotorischeKraft
und somit auch für die zu messende mechanische Kraft ist (deutsche Auslegeschrift
1027 913). Weiter ist zum Stand der Technik zu erwähnen, daß ein magnetoelastischer
Druckmeßkörper mit zwischen zwei Druckstücken eingesetzten Laststegen bekannt ist,
bei dem die Längsachse der länglichen Querschnitte der Laststege senkrecht zueinander
gerichtet sind (deutsche Auslegeschrift 1 019 102).
-
Bei dem Meßumformer der eingangs genannten Art (deutsche Patentschrift
955 272) wird die gegenseitige Induktanz der Magnetisierungs- und Meßwicklungen
im mechanisch unbelasteten Zustand des Meßkörpers dadurch in der Hauptsache auf
Null gesetzt, daß die Wicklungen so angeordnet sind, daß ihre Wicklungsebenen einander
im rechten Winkel schneiden. Die Kraftlinien des magnetischen Wechselfeldes, welches
im Meßkörper erzeugt wird, wenn die Magnetisierungswicklung an eine Wechselstromquelle
angeschlossen ist, tangieren dann in der Hauptsache die Wicklungsebene der Meßwicklung,
wenn der Meßkörper mechanisch unbelastet ist, weshalb hierbei kaum eine elektromotorische
Kraft in der Meßwicklung induziert wird. Wird der Meßkörper mechanisch belastet,
so wird die magnetische Anisotropie des Materials eine Deformierung der magnetischen
Kraftlinien im Meßkörper herbeiführen, wobei ein in Abhängigkeit von der Größe der
mechanischen Belastung größerer oder kleinerer Teil der Kraftlinien die Meßwicklung
schneidet und eine elektromagnetische Kraft in dieser erzeugt.
-
Dieser bekannte Meßumformer ist in erster Linie für die Messung von
Druckkräften von einigen mp bis mehr als 1000 mp in der Schwerindustrie bestimmt
und geeignet; als besonderes Anwendungsbeispiel kann die Druckmessung in Walzengerüsten
sowohl in Warm- als auch in Kaltwalzwerken genannt werden. Der ferromagnetische
Meßkörper dieses Meßumformers kann in verschiedener Weise eingebaut sein; so ist
es bekannt (deutsche Auslegeschrift 1081251), den Meßkörper unter einer mechanischen
Vorspannung in der Symmetrieebene einer etwa T-förmigen Öffnung in einem Block einzuspannen,
der zwei die Öffnung teilweise begrenzende
Schenkel aufweist, wobei die zu messende
Kraft, die in der genannten Ebene liegt, zwischen und senkrecht zu den Schenkeln
angreift.
-
Bei diesem bekannten Meßumformer induziert ein an die Meßwicklung
angeschlossenes spannungsempfindliches Glied eine gewisse Initialspannung, wenn
der Meßkörper unbelastet ist. Bei Belastung, wenn der magnetische Fluß deformiert
wird, so daß ein Teil der Kraftlinien unter einem sehr spitzen Winkel durch die
Meßwicklung hindurchgeht, wird in dieser eine Spannung mit einer von der mechanischen
Belastung abhängigen Größe induziert. Die Beziehung zwischen der mechanischen Belastung
und der in der Meßwicklung induzierten Spannung ist in der Hauptsache geradlinig,
außer im Bereich um die Belastung Null, wo die induzierte Spannung vom genannten
Initialwert bei der Belastung Null bei erhöhter Spannung erst sinkt, um danach bei
weiter zunehmender Belastung zuzunehmen. Diese Unlinearität kann teilweise durch
gewisse Kunstgriffe kompensiert werden, wie durch eine Zusatzbelastung des Meßkörpers,
doch bedeutet dies einen wesentlichen Nachteil und eine wesentliche Komplikation
beim Messen verhältnismäßig geringer Belastungen.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, einen sehr empfindlichen und vielseitig
anwendbaren Meßumformer für Meßzwecke zu schaffen, welcher eine fast vollständig
lineare Beziehung zwischen dem Wert der gemessenen Größe und der in der Meßwicklung
induzierten Spannung hat, auch dann, wenn die genannte Größe und die beim Messen
aufkommende mechanische Belastung des Meßkörpers innerhalb des betreffenden Meßbereichs
sich Null nähert.
-
Diese Aufgabe wird mit dem Meßumformer gemäß der Erfindung dadurch
gelöst, daß die Magnetisierungs- und die Meßwicklungen in zwei zueinander parallelen
Wicklungsebenen mit vorgegebenem Abstand voneinander angeordnet sind, derart, daß
sich im belasteten wie auch im unbelasteten Zustand jeweils ein vorgebbarer Anteil
des induzierten magnetischen Flusses durch die Meßwicklung schließt.
-
Infolge der bei dem erfindungsgemäßen Meßumformer erreichten Linearität
zwischen dem Wert der Belastung und der induzierten Spannung auch in einem sich
Null nähernden Meßbereich ist es möglich, die verschiedensten Größen, wie der Zugkraft
in Bändern, Drahtseilen od. dgl., Wasserstand, Druck, Konzentration, Gewicht, Freenesszahl
usw., mittels des erfindungsgemäßen Meßumformers reproduzierbar und mit guter Linearität
zu messen. Die Belastungen, denen der Meßumformer bei solchen Messungen ausgesetzt
wird, können einerseits weniger als 100 p und andererseits größer als 100 kp sein.
-
Die Magnetisierungswicklungen und die Meßwicklungen des Meßumformers
nach der Erfindung können unter Umständen, z. B. zu Justierzwecken, eine geringe
Abweichung von der Parallelität der beiden Wicklungsebenen aufweisen. Gewöhnlicherweise
ist der Meßumformer jedoch derart angeordnet, daß die Richtung der mechanischen
Belastung, der der Meßkörper ausgesetzt ist, zur Ebene der Magnetisierungswicklung
annähernd parallel ist.
-
Vorteilhaft ist der Meßumformer derart angeordnet, daß die Richtung
der mechanischen Belastung, der der Meßkörper ausgesetzt ist, zur Ebene der Magnetisierungswicklung
annähernd senkrecht ist.
-
Dieses trifft insbesondere dann zu, wenn der Meßkörper nahe an einem
ferromagnetischen Teil zur
Messung der mechanischen Belastung desselben
angebracht wird. In diesen Fällen ist zweckmäßig der Abstand der einen Öffnung der
Magnetisierungswicklung zu dem der Belastung zugewandten Rand des Meßkörpers kleiner
als der Abstand der anderen Öffnung der Magnetisierungswicklung zum entgegengesetzten
Rand des Meßkörpers. Statt dessen können die beiden Öffnungen der Magnetisierungswicklung
zu dem der Belastung zugewandten Rand des Meßkörpers aber auch den gleichen Abstand
haben und zwischen der Meßwicklung und dem Rand gelegen sein.
-
Der Meßumformer gemäß der Erfindung kann entweder nur einen oder
auch mehrere Meßkörper umfassen. In beiden Fällen weist der Meßumwandler vorteilhaft
insgesamt eine gerade Zahl sowohl von Magnetisierungs- als auch von Meßwicklungen
auf.
-
Falls der Meßumformer nur einen Meßkörper umfaßt, ist vorzugsweise
die eine Hälfte der Magnetisierungs- und Meßwicklungen in einem Teil des Meßkörpers
untergebracht, der beim Messen einer Druckbelastung ausgesetzt ist, während die
andere Hälfte der Magnetisierungs- und M.eßwicklungen in einem anderen Teil des
Meßkörpers angeordnet ist, der beim Messen einer Zugbelastung ausgesetzt ist.
-
Wenn andererseits der Meßumformer mehrere, z. B. zwei, Meßkörper umfaßt,
wird zweckmäßig die eine Hälfte der Magnetisierungs- und Meßwicklungen in einem
Meßkörper untergebracht und die andere Hälfte der Magnetiserungs- und Meßwicklungen
in einem anderen, hiervon getrennten Meßkörper, wobei der erste Meßkörper beim Messen
einer Zugbelastung, der zweite Meßkörper einer Druckbelastung ausgesetzt ist. In
den beiden letztgenannten Alternativen sind vorzugsweise die eine Druckkraft anzeigenden
Meßwicklungen und die eine Zugkraft anzeigenden Meßwicklungen derart in Reihe geschaltet,
daß sich die in den Wicklungen induzierten Spannungen addieren.
-
Um die Messungen zu erleichtern und eine Hebel-oder Übersetzungswirkung
zu erzielen, kann der Meßkörper zweckmäßig einen Meßschenkel tragen, der mit dem
Meßkörper starr verbunden ist und der beim Messen einer mechanischen Belastung ausgesetzt
wird. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform können statt dessen zwei Meßkörper
so an einem Meßschenkel angeordnet sein, daß ein Meßkörper druckbelastet und der
andere zugbelastet ist. Die beiden letztgenannten Ausführungsformen sind insbesondere
zum Messen der Dicke von z. B. Holzfaserplatten od. dgl. geeignet.
-
Weitere Vorteile des Meßumformers gemäß der Erfindung ergeben sich
aus den Erläuterungen in der Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, welche
einige Ausführungsbeispiele zeigt.
-
Fig. 1 und 2 zeigen das erfindungsgemäße Meßprinzip, angewendet an
einem mechanisch unbelasteten bzw. einem belasteten Meßkörper aus ferromagnetischem
Material; Fig. 3 bis 8 veranschaulichen Meßumformer gemäß weiteren Ausführungsformen
der Erfindung, wobei die Meßumformer neben einem Maschinenteil od. dgl. aus ferromagnetischem
Material angebracht sind ; Fig. 9 zeigt ein Schaltschema für ein an den Meßumformer
angeschlossenes Instrument zum Anzeigen der in der Meßwicklung induzierten Spannung;
F
i g. 10 ist eine Seitenansicht eines gemäß der Erfindung ausgeführten Umformers
für Dickenmessung in Form einer Meßzange mit zwei mit einem Meßkörper fest verbundenen
Schenkeln; Fig. 11 und 12 zeigen in größerem Maßstab eine Seitenansicht des rechten
Teils bzw. eine von rechts gesehene Endansicht des in Fig. 10 gezeigten Meßumformers;
Fig. 13 ist eine Seitenansicht einer Abänderung des in F i g. 10 bis 12 gezeigten
Meßumformers; Fig. 14 ist eine Draufsicht auf einen Teil des Meßumformers gemäß
Fig. 13 in größerem Maßstab; F i g. 15 ist ein Teilschnitt entlang derLinieXV-XV
inFig. 14.
-
Der in Fig. 1 und 2 gezeigte Meßumformer enthält einen aus einem
Blech oder mehreren aufeinandergelegten Blechen aus ferromagnetischem Material,
wie Eisen oder Stahl, zusammengesetzten Meßkörper 1, von welchem angenommen wird,
daß er in einem Maschinenteil od. dgl. angeordnet oder in einem Dickenmeßgerät,
wie weiter unten noch näher erläutert, eingebaut ist; in dem Meßkörper 1 sind zwei
Paar Öffnungen 2 bzw. 3 derart angebracht, daß sie die Ecken eines Rechtecks bilden.
Die öffzungen2, 3 bilden Nuten teils für eine durch die übereinander gelegenen Öffnungen
2 angeordnete Magnetisierungswicklung 4, welche an eine Wechselstromquelle angeschlossen
wird, und teils für eine durch die ebenfalls übereinander sowie rechts der Öffnungen
2 gelegenen Öffnungen 3 angeordnete Meßwicklung 5, deren Wicklungsebene mit derjenigen
der Magnetisierungswicklung parallel ist und welche an ein Instrument zum Messen
der in dieser erzeugten Spannung angeschlossen wird.
-
In dem aus ferromagnetischem Material bestehenden Meßkörper 1 gibt
eine Veränderung der mechanischen Belastung Anlaß zu Permeabilitätsveränderungen,
welcher Effekt für die Bestimmung der Größe der mechanischen Belastung verwendet
werden kann.
-
Wenn die Magnetisierungswicklung 4 von einem Wechselstrom durchflossen
wird, entsteht im Meßkörper 1 in der Nähe der Öffnungen 2 ein magnetisches Wechselfeld,
dessen Kraftlinien, wenn der Meßkörper mechanisch unbelastet ist, den gezeigten
geschlossenen und gestrichelten Linien 6 entsprechen, welche im großen Ganzen aus
zu den Öffnungen 2 konzentrischen Kreisen bestehen, die jedoch zwischen diesen Öffnungen
etwas abgeplattet sind. Wird der Meßkörper mechanisch belastet, z. B. durch Druck,
wie in F i g. 2 mittels Kraftpfeilen F gezeigt ist, die zur Wicklungsebene der Magnetisierungswicklung
parallel sind, so wird durch die hierbei im Meßkörper entstehende Anisotropie das
magnetische Feld so deformiert, daß die Kraftlinien weiter abgeplattet werden und
mehr Ellipsen gleichen, wie dieses bei 7 in Fig. 2 gezeigt ist.
-
Aus Fig. 1 und 2 ergibt sich ferner, daß sowohl dann, wenn der Meßkörper
1 mechanisch unbelastet ist (Fig. 1), als auch dann, wenn dieser belastet ist (Fig.2),
ein wesentlicher Anteil der Kraftlinien durch die Meßwicklung 5 hindurchgeht und
daß in dem letzten Fall - durch den geometrischen Abstand zwischen den Wicklungen
4 und 5 und die durch die Belastung abgeplatteten Kraftlinien bedingt - ein größerer
Anteil der Kraftlinien durch die Meßwicklung 5 hindurchgeht, als dann, wenn der
Meßkörper 1 unbelastet ist. Über der Meßwicklung
wird daher eine
Spannung' induziert, welche von einem Anfangswert mit wesentlicher Größe linear
mit zunehmender Belastung zunimmt und mit verringerter Belastung des Meßkörpers
1 abnimmt. Die Spannungsänderung bedeutet somit ein Maß der mechanischen Belastungsänderung
des Meßkörpers 1.
-
Ein Meßkörper nach F i g. 1 und 2 kann in einem Maschinenteil eingebaut
sein, kann aber auch - wie z. B. in Fig. 3 bis 8 dargestellt - nahe an diesem bei
Messung der Belastung des Maschinenteils angeordnet werden.
-
In Fig.3 und 4, welche in allem Wesentlichen den F i g. 1 und 2 entsprechen,
sind die gleichen Bezugszeichen für die gleichen oder analogen Einzelheiten verwendet.
In F i g. 3 und 4 ist ein Rand 26 des Meßkörpers 1 dicht an einem ferromagnetischen
Maschinenteil 25 angeordnet, welcher nach Fig. 4 einem Zug ausgesetzt wird, der
durch die zur Wicklungsebene der Magnetisierungswicklung annähernd senkrechten KraftpfeileF
angedeutet ist, und durch den ein Teil der die Öffnungen 2, 2' umgebenden Kraftlinien
hindurchgeht. Auch hier entsteht eine durch die Größe der Zugkraft F abhängige Veränderung
des Anteils der magnetischen Kraftlinien, welche durch die Meßwicklung 5 hindurchgehen,
die durch die Öffnungen 3, 3' gewickelt ist.
-
Wenn der Maschinenteil 25 einem Druck in entgegengesetzter Richtung
zu den Pfeilen F ausgesetzt wird, so werden die Kraftlinien 7 derart deformiert,
daß deren große Hauptachse vertikal wird, wobei die Anzahl der durch die Meßwicklung
5 gehenden Kraftlinien reduziert wird, und das Instrument, an welches die Meßwicklung
5 angeschlossen ist, dann einen geringeren Ausschlag zeigt.
-
Falls der Maschinenteil fest angeordnet ist, oder auf andere Weise
stillsteht, kann der Meßkörper 1 mit seinem Rand 26 in Kontakt mit dem Maschinenteil
25 auf oben beschriebene Weise plaziert werden, wobei der Luftspalt zwischen diesen
ein Minimum wird. Der Umformer kann auch zum Messen der mechanischen Belastung in
beweglichen Maschinenteilen, wie rotierenden Achsen, ausgeführt werden, wobei der
Meßkörper entweder stillstehend mit dem Rand 26 in einem unbedeutenden Abstand vom
Maschinenteil angebracht wird oder so, daß er der Bewegung des Maschinenteils folgt,
in welchem Fall, ebenso wie im erstgenannten Falle, der Meßkörper 1 in Kontakt mit
dem Maschinenteil gebracht werden kann. Wird dem Maschinenteil eine hin- und hergehende
Bewegung erteilt, so können die Magnetisierungs und Meßwicklungen an ihre Stromkreise
über biegbare Leitungsdrähte angeschlossen sein.
-
Hat der Maschinenteil dagegen eine rotierende Bewegung in der gleichen
Richtung, so muß der elektrische Anschluß der Magnetisierungs- und Meßwicklungen
auf andere Weise angeordnet werden, beispielsweise auf induktivem Wege.
-
Falls man den Einfluß des verhältnismäßig konstanten Magnetfeldes
um die untere Öffnung 2' der Magnetisierungswicklung auf die Meßwicklung vermeiden
will, so kann die untere Öffnung 3' der Meßwicklung, wie in F i g. 5 und 6 gezeigt,
so angeordnet sein, daß der genannte Teil des magnetischen Flusses sich in der Hauptsache
außerhalb der Meßwicklung schließt. Die Ebene der Meßwicklung liegt in diesem Fall
im spitzen Winkel zur Ebene der Magnetisierungswicklung. Wie aus F i g. 3 bis 6
hervorgeht, ist der Abstand der einen Öffnung 2 der Magnetisie-
rungswicklung 4 und
der der einen- Öffnung- 3 der Meßwicklung S zu dem der Belastung F zugewandten Rand
26 des Meßkörpers kleiner als der Abstand der anderen Öffnungen2', 3' der Magnetisierungswicklung
bzw. der Meßwicklung zum entgegengesetzten Rand des Meßkörpers.
-
Wenn, wie Fig. 7 und 8 zeigen, die Magnetisierungswicklung 4 nahe
dem mit der Ebene der Magnetisierungswicklung parallelen Rand 27 des Meßkörpers
i angeordnet ist, so wird das Magnetfeld um beide Öffnungen 2 der Magnetisierungswicklung,
die zwischen dem genannten Rand und der Meßwicklung liegt, mit der Belastung eines
an diesem Rand plazierten Maschinenteils deformiert werden; wodurch das an die Meßwicklung
5 angeschlossene Instrument eine größere Änderung im Ausschlag zeigen wird als bei
der Ausführungsform nach F i g. 3 bis 5.
-
Gemäß dem in F i g. 9 gezeigten Schaltschema kann die in der Meßwicklung
5 induzierte Spannung mittels eines Galvanometers G gemessen werden, welches in
einer phasenempfindlichen Gleichrichter- oder Detektorschaltung angeordnet ist.
Hierbei ist die Magnetisierungswicklung 4 an eine Sekundärwicklung 8 in einem Transformator
9 angeschlossen, dessen PrimärwicklunglO z. B. an ein 220-Volt-Netz angeschlossen
ist. Die Meßwicklung 5 ist an eine Wicklung 11 in einem anderen Transforrnator 12
angeschlossen. Das Galvanometer G ist an zwei seriengeschaltete Sekundärwicklungen
13 und 14 in dem letztgenannten Transformator 12 über an derenäußeren Enden angeschlossene
Gleichrichter 15 bzw.
-
16 geschaltet, wobei ein Potentiometer 17 mit dem Galvanometer G parallel
geschaltet ist. Der bewegliche Kontaktl8 des Potentiometers ist an das eine Ende
und der Vereinigungspunkt 19 zwischen den Wicklungen 13 und 14 an das andere Ende
einer anderen Sekundärwicklung 20 im Transformator 9 angeschlossen. Ein zwischen
den äußeren Enden der Serienschaltung der Wicklungen 13 und 14 geschalteter Kondensator
21 gibt mit den genannten Wicklungen einen zu der z. B. 50periodischen Wechselspannung
abgestimmten Kreis. Außerdem ist ein Abflachungskondensator 22 mit dem Potentiometer
1? und dem Galvanometer G parallel geschaltet.
-
Die 50periodische Wechselspannung, welche über die Wicklung 20 erzeugt
wird, bewirkt gleichzeitig und jede andere Halbperiode die Gleichrichter 15 und
16 in der Durchlaßrichtung und veranlaßt hierbei Gleichstromstöße durch die von
dem-beweglichen Kontakt 18 getrennten Teile des Potentiometers 17, wodurch den Klemmschrauben
23 und 24 des Potentiometers hierbei Gleichspannungsimpulse mit gleichem Zeichen
aufgedrückt werden, welche nach geeigneter Regelung des beweglichen Kontakts 18
des Potentiometers auch die gleiche Größe erhalten. Das Galvanometer 6 zeigt daher
keinen von der Wicklung 20 verursachten Ausschlag. In den Wicklungen 13 und 14 werden
ferner SOperiodische Spannungsimpulse einer Stärke induziert, welche von der in
der Meßwicklung 5 induzierten Spannung abhängig ist.
-
Während einer halben Periode gibt ein solcher Spannungsimpuls Anlaß
für einen Stromstoß durch beispielsweise die Wicklung 13, welcher gleichzeitig und
gleichgerichtet mit einem Stromstoß von der Wicklung 20 eintrifft. Die gleichzeitig
in der Wicklung 14 induzierte Spannung kann jedoch keinen Anlaß für einen Strom
geben, da diese Spannung auf den
Gleichrichter 16 in der Sperrichtung
einwirkt. Der Stromstoß von der Wicklung 13 wird hierbei auf den Stromstoß von der
Wicklung 20 in der oberen Hälfte des Potentiometers 17 überlagert und erhöht das
Potential an der Klemmschraube23. Während der nächsten Halbperiode, wo ein von der
Wicklung 20 verursachter Stromzuschuß durch das Potentiometer 17 nicht erhalten
wird, gibt die Wicklung 14 Anlaß zu einem Stromstoß durch den Gleichrichter 16 und
den unteren Teil des Potentiometers und damit einen Spannungsimpuls an die untere
Klemmschraube 24 des Potentiometers. Die Wicklung 20 ist jedoch so dimensioniert,
daß sie einen größeren Zuschuß zum Potential an den Klemmschrauben 23, 24 als die
Wicklungen 13 und 14 gibt, weshalb der eben genannte Spannungsimpuls von der Wicklung
14i welcher in den Pausen zwischen den Spannungsimpulsen von der Wicklung 20 eintrifft,
keinen Zuschuß zu dem Potential an der Klemmschraube 24 gibt.
-
Zwischen den Klemmschrauben 23, 24 und über dem Galvanometer G wird
daher ein Potentialunterschied wirken, dessen Größe direkt von der in der Meßwicklung
5 induzierten Spannung abhängig ist.
-
Da eine Spannung in der Meßwicklung 5 schon dann induziert wird,
wenn der Meßkörper 1 unbelastet bzw. mit seinem Rand 26 bei einem unbelasteten Maschinenteil
25 plaziert ist, würde das Galvanometer G einen gewissen Ausschlag zeigen, wenn
der bewegliche Kontakt 18 des Potentiometers eine solche Lage einnehmen würde, daß
das Galvanometer keinen Ausschlag gibt, wenn der Stromkreis durch die Meßwicklung
unterbrochen wäre. In der Praxis reguliert man daher zweckmäßig den beweglichen
Kontakt 18 des Potentiometers so, daß das Galvanometer G einen Ausschlag gibt, wenn
die Meßwicklung 5 eingeschaltet und der Meßkörper 1 bzw. das Maschinenteil od. dgl.
25, bei welchem der Meßkörper angebracht ist, mechanisch unbelastet ist, wonach
der Galvanometerausschlag direkt proportional mit der Größe der mechanischen Belastung
des Meßkörpers bzw. des Meßobjekts und dem gemessenen Größenwert ist.
-
Der Meßumformer gemäß der Erfindung kann z. B. auch zur Messung anderer
physikalischen Größen als der Kraft verwendet werden. In der Zeichnung ist als Beispiel
gezeigt, wie man die Dicke oder die Stärke eines Gegenstandes mittels erfindungsgemäßer
Umformer über Durchbiegung und daraus folgender mechanischer Belastung in eine Spannung
umformen und messen kann. Zwei Anwendungen des Meßumformers in einer Dickenmeßvorrichtung,
welche wenigstens einen Meßkörper gemäß der Erfindung umfaßt, sind in Fig. 10 bis
12 bzw.
-
13 bis 15 veranschaulicht. Solche Dickenmeßvorrichtungen eignen sich
insbesondere zur fortlaufenden Kontrolle von Papierdicken in Papiermaschinen oder
zur Kontrolle von Blechdicken in Blechwalzwerken.
-
Der Meßumformer nach Fig. 10 bis 12 besteht, wie aus F i g. 10 hervorgeht,
aus einer Meßzange mit zwei mit einem Meßkörper 31 fest verbundenen Schenkeln 32.
Die Schenkel, welche in der gezeigten Ausführung aus U-Eisen hergestellt sind, tragen
an ihren freien Enden Meßrädchen oder -rollen 33, welche um mit der Längsrichtung
der Schenkel parallele Achszapfen 34 drehbar gelagert sind. Mit Vorteil können die
Rollen 33 mit etwas verschiedenem Durchmesser ausgeführt werden, wobei eventuelle
Fehler in der Rundheit der Rollen oder der
zentrischen Lagerung sich beim Meßresultat
weniger bemerkbar machen. Sie können aus den Außenringen von Kugellagern bestehen,
welche mit ihren inneren Ringen auf die Achsen 34 aufgepreßt sind.
-
Insbesondere bei der Messung der Dicke solcher Meßobjekte, wie Papier,
dessen Dickenunterschiede gleicher Größenordnung wie die Toleranz der Rollen oder
der Rundheit der Kugellagerkugeln ist, können die Rollen mit Vorteil durch aus verschleißstarkem
Material, wie Chromstahl oder Teflon, bestehende Gleitschuhe ersetzt werden.
-
Im Meßkörper 31, welcher ebenso wie der Meßkörper 1 in den oben beschriebenen
Ausführungsformen aus ferromagnetischem Material besteht, sind sechzehn Löcher in
vier Gruppen mit je zwei Paar Löchern 36 bzw. 37 angeordnet, welche Gruppen auf
die vier Ecken des Meßkörpers verteilt sind. In jeder Gruppe sind die Lochpaare
ebenso wie vorher so angeordnet, daß sie die Ecken eines Rechtecks bilden. Ferner
ist innerhalb jeder Gruppe eine Magnetisierungswicklung 38 oder 38' durch die überzueinander
gelegenen Löcher 36 gewickelt. Durch die beiden übrigen Löcher 37 in den entsprechenden
Gruppen ist eine Meßwicklung 39 oder 39' gewickelt, welche wiederum, wie oben beschrieben,
an ein geeignetes Meßinstrument angeschlossen wird.
-
Die Meßrädchen 33 sind mit einem derartigen Abstand voneinander angeordnet
daß das Meßobjekt 35, dessen Dicke gemessen werden soll, bei Einführung zwischen
die Meßrädchen diese auseinanderpreßt und dabei die Schenkel 32 mit einer bestimmten
Kraft auseinanderdrückt. Diese Kraft darf natürlich nicht größer sein, als daß eine
Zusammenpressung des Meßobjekts mit Sicherheit vermieden wird. Die Kraft darf auch
nicht so groß sein. daß der elastische Bereich für die Ausbiegung der Schenkel überschritten
wird und beständige Deformation eintritt. Hält man sich innerhalb des angegebenen
Bereichs, ist die genannte Kraft ebenso wie die Belastung des Meßkörpers 31 direkt
proportional zur Dicke des Meßobjekts 35. so daß die Dicke auf einem zweckmäßig
geeichten Instrument G der oben im Zusammenhang mit F i g. 9 angegebenen Art abgelesen
werden kann, wobei dessen Ausschlag, wie oben angegeben, direkt proportional mit
der Belastung und somit auch mit der Dicke des Meßobjekts gemacht werden kann.
-
Die Meßwicklungen 39, 39' sind so untereinander seriengeschaltet,
daß die in diesen bei Belastung induzierten Spannungsänderungen addiert werden und
ein stärkerer Ausschlag am Meßinstrument erzielt wird, wodurch die Empfindlichkeit
erhöht wird. Hierbei ist zu beachten, daß die am nächsten zu den Rollen 33 gelegenen
Teile des Meßkörpers 31 beim Dickenmessen, wenn die Meßschenkel 32 aufgebogen werden,
auf Zug beansprucht werden, während gleichzeitig umgekehrt die am weitesten von
den Meßrädchen entfernten Teile des Meßkörpers 31 einem Druck ausgesetzt werden.
Beim Dickenmessen wird daher die induzierte Spannung in den Meßwicklungen 39', die
mit den Magnetisierungswicklungen 38' zusammenwirken und in den erstgenannten Teilen
des Meßkörpers 31 gelegen sind, sich gleichzeitig damit verringern, daß die induzierte
Spannung in den Meßwicklungen 39, die mit den Magnetisierungswicklungen 38' zusammenwirken
und am weitesten von den Meßrollen 33 entfernt sind, sich erhöht. Für die Zusammenschaltung
der Meßwicklungen 39, 39' muß man Versuche anstellen. Man schaltet eine Meßwicklung
an
das Galvanometer G und beobachtet den Ausschlag bei Belastung. Danach schaltet man
die nächste Meßwicklung in Serie mit der zuerst eingeschalteten und beachtet die
Änderung im Ausschlag des Galvanometers bei gleicher Belastung; sollte sich dabei
ein geringerer Ausschlag ergeben, muß man die zuletzt eingeschaltete Meßwicklung
losschalten und sie wieder mit umgeschaltetem Anschlußleiter einschalten, wobei
ein erhöhter Ausschlag erhalten werden muß.
-
Das Meßobjekt 35, beispielsweise ein Papier- oder Blechband, kann
kontinuierlich zwischen den Meßrädchen 33 geführt werden. Das Galvanometer oder
ein entsprechendes Instrument kann angeordnet sein, den Ausschlag als Kurve auf
einem angetriebenen Kurvenblatt zu registrieren, womit eine fortlaufende Registrierung
der Dicke entlang dem Band erzielbar ist. Die Meßvorrichtung ist natürlich auch
für Kräfte empfindlich, die bestrebt sind, die Schenkel 32 gegeneinander zu führen.
-
Die Rollen 33 oder die Gleitschuhe können bei Bedarf verhältnismäßig
hohem Druck ausgesetzt und gleichzeitg so angebracht werden, daß sie die Dicke eines
Meßobjekts 35 in verhältnismäßig großem Abstand von dessen Rändern messen. Dieses
ist besonders vorteilhaft beim Messen von Blech mit Einbeulungstendenz.
-
Die in Fig. 13 bis 15 gezeigte Anwendung des erfindungsgemäßen Meßumformers
in einer Dickenmeßvorrichtung ist - ebenso wie die nach Fig. 10 bis 12 - als Meßzange
mit zwei Schenkeln 40 und 41 ausgeführt, welche mit einem Zwischenstück 42 steif
vereinigt sind. Der Schenkel 40 kann als starr betrachtet werden. Der Schenkel 41
besteht aus zwei Teilen 41 a und 41 b, welche miteinander durch ein Paar Meßkörper
43, 43' der in F i g. 1 und 2 gezeigten Art verbunden sind, die aus Blechen aus
ferromagnetischem Material in oben angegebener Weise zusammengesetzt sind. Die Meßkörper
43, 43' sind an den beiden Teilen 41 a und 41b des Schenkels 41 mittels Platten
44 befestigt, welche mittels Bolzen 45 fest zusammengeschraubt sind und welche verhindern,
daß sich die Bleche der Meßkörper 43, 43' werfen.
-
Damit die einzelnen Bleche der Meßkörper 43, 43' sich im Verhältnis
zueinander nicht verschieben, sind Führungsstifte 46 angeordnet, welche ohne Spiel
durch die beiden Paare der Druckplatten 44 sowie durch die beiden Meßkörper 43,
43' hindurchgehen und auch die letzteren hindern, sich im Verhältnis zu den Schenkelteilen
41 a und 41b zu bewegen.
-
Ebenso wie in der Grundausführung nach F i g. 1 und 2 ist jeder Meßkörper
43, 43' mit einer Magnetisierungswicklung 47 bzw. 47' und einer Meßwicklung 48 bzw.
48' versehen. Die Schenkel 40 und 41 tragen - wie bei Fig. 10 bis 12 - an ihren
Enden je eine Meßrolle 50, welche auf Achsbolzen 49 drehbar gelagert sind und aus
den Außenringen von Kugellagern bestehen können.
-
Wenn ein Meßobjekt zwischen die Meßrollen 50 eingeführt wird, wird
auf Grund der Steifheit des unteren Schenkels 40 nur der obere Meßschenkel 41 nach
außen gebogen, wobei der obere Meßkörper 43 zusammengedrückt und der untere Meßkörper43'
aut Zug beansprucht wird. Diese Änderungen in der Belastung der Meßkörper bedingen,
daß sich die Spannung ändert, die in den Meßwicklungen 48 bzw 48' induziert wird,
wenn die Magnetisierungswicklungen 47 bzw. 47' an eine Wechselspannungsquelle ange-
schlossen
sind. Auch hier sind die Magnetisierungswicklungen47, 47' einerseits und die Meßwicklungen
48, 48' andererseits derart seriengeschaltet, daß die bei der Dickenmessung entstehenden
Spannungsänderungen in den beiden Meßwicklungen zueinander addiert werden, um eine
größere Empfindlichkeit zu gewinnen.