DE1290346B

DE1290346B - Elektrischer Messumformer zur Messung kleiner Wege

Info

Publication number: DE1290346B
Application number: DE1966S0101917
Authority: DE
Inventors: Mueller; Dipl-Ing Paul-Ferd
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1966-02-09
Filing date: 1966-02-09
Publication date: 1969-03-06

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Meßumformer zum Messer kleiner statischer oder dynamischer Längenänderungen bzw. Wege. Die zurückzulegenden Wege werden durch den Meßumformer in elektrische Signale umgewandelt.
Es sind elektrische Weggeber bekannt (ATM-Blatt V 1121-1 und J 86-2), bei denen von einem Körper, der gegenüber einem anderen Körper bewegt wird, ein Anker im Luftspalt einer Differentialdrossel verstellt wird. Die Auswertung des durch die Drossel elektrischen Signals erfolgt über einen Trägerfrequenzverstärker. Es sind auch kapazitive Geber bekannt, die ebenfalls über Trägerfrequenz- oder Schwingungskreisverstärker ein elektrisches Signal entsprechend einer Längenänderung abgeben. Zur Dehnungsmessung, die im Grunde genommen auch eine Messung kleinerer Wege darstellt, sind sogenannte Dehnungsmeßstreifen bekannt. Die Widerstandsänderungen normaler Dehnungsstreifen sind jedoch so gering, daß sie nur über aufwendige Verstärkeranlagen ausgewertet werden können. Andererseits sind die durch Dehnungsmeßstreifen feststellbaren Längenänderungen sehr begrenzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Wege bzw. Längenänderungen auf elektrische Weise zu messen, wobei die vom Geber unmittelbar abgegebenen elektrischen Signale eine Anzeige oder Registrierung ohne Zwischenschaltung von Verstärkern erlauben. Insbesondere soll eine Registrierung durch Lichtstrahloszillographen angestrebt werden.
In der USA-Patentschrift 3 164 013 ist eine Anordnung zur Anzeige einer Verschiebung beschrieben, die einen Magnet mit zwei Polschuhen enthält, in dessen Feld eine Hallplatte in einer Richtung beweglich angeordnet ist. Eine weitere aus der Patentschrift zu entnehmende Anordnung zeigt einen mehrpoligen Magnet und eine in entgegengesetzten Richtungen bewegliche Hallplatte. Die Hallplatte ist elektrischer Bestandteil eines Meßstromkreises. Zum Zwecke der Einstellbarkeit des magnetischen Feldes sind die Magnete als Elektromagnete ausgeführt.
Als magnetfeldabhängige Signalgeber sind magnetfeldabhängige Halbleitenviderstände an sich bekannt.
Der elektrische Meßumformer zur Messung kleiner Wege zwischen gegeneinander bewegten Maschinen-oder Apparateteilen mit einem in den Luftspalt eines an einer Grundplatte angeordneten Magnetsystems ragenden, an einem beweglich an der Grundplatte angelenktem Teil angebrachten, magnetfeld abhängigen elektrischen Signalgeber, der Bestandteil eines Stromkreises ist, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Eintauchtiefe des magnetfeldabhängigen elektrischen Signalgebers mit Hilfe einer Mikrometerschraube justierbar ist.
Dadurch kann die Justierung der Feldstärke, welche die Feldplatte durchsetzt, auf einfache Weise ohne Anderung der Magnete mit Hilfe der Mikrometerschraube vorgenommen werden. Es ist deshalb möglich, an Stelle von eine Energiequelle benötigenden Elektromagneten Permanentmagnete zum Aufbau des magnetischen Feldes zu verwenden.
Der Feldplattengeber vereinigt die Vorteile der bekannten induktiven Geber und der Dehnungsmeßstreifengeber. Er kann in einem Gleichstromkreis verwendet werden. Die abgegebenen Signale sind so groß, daß sie ohne zwischengeschalteten Verstärker angezeigt und registriert werden können, außerdem ist der Feldplattengeber nach der Erfindung für einen weiten Bereich von Längenänderungen verwendbar.
Für die Konstruktion des Gebers sind mehrere grundsätzliche Anordnungen denkbar. So kann deI beweglich an der Grundplatte angelenkte Teil durch zwei senkrecht zur Bewegungsrichtung angeordnete Blattfedern mit der Grundplatte verbunden sein. Bei einer Bewegung findet eine Parallelverschiebung des angelenkten Teils zur Grundplatte statt. Es wird zwar auch gleichzeitig der Abstand zwischen angelenktem Teil und Grundplatte geändert, doch ist diese Abstandsänderung bei geringer Auslenkung der Blattfedern zu vernachlässigen.
Andererseits kann der angelenkte Teil mit der Grundplatte auch durch eine solche Federanordnung verbunden sein, daß der Federweg nur zu einer Abstandsänderung zwischen Grundplatte und angelenktem Teil führt.
Die für den Meßumformer erforderliche elektrische Schaltung entspricht derjenigen bei Dehnungsmeßstreifengebern. Beispielsweise können vier oder zwei Feldplatten zu einer Brückenschaltung zusammengeschaltet sein. Der bei Dehnungsmeßgebern erforderliche Verstärker wird beim Erfindungsgegenstand, wie schon erwähnt, nicht benötigt.
Die Erfindung wird an Hand von zwei Figuren, die Ausführungsbeispiele darstellen, näher erläutert. In F i g. 1 ist ein Dehnungsgeber gezeigt; in F i g. 2 ist eine Druckmeßdose dargestellt.
Bei beiden Figuren sind übereinstimmende Teile mit dem gleichen Kennzeichen bezeichnet. In F i g. 1 ist auf einer Grundplatte 1 ein Permanentmagnetsystem befestigt, das aus einem Permanentmagnet 4 und einem Weicheisenjoch 3 besteht. An einem abgewinkelten, gegenüber der Grundplatte 1 beweglichen Teil 6 ist eine Feldplattenhalterung 7 mit einer Feldplatte 2 derart montiert, daß die Feldplatte 2 mit Hilfe einer Mikrometerschraube 8 in den Luftspalt des Magnetsystems mehr oder weniger weit eingeführt werden kann. Auf diese Weise wird der Geber justiert. Die Grundplatte 1 und der ihr gegenüber bewegliche Teil 6 sind über zwei senkrecht zu der Bewegungsrichtung verlaufenden Blattfedern 5 miteinander verbunden. Werden die Grundplatte 1 und der bewegliche Teil 6 mit zwei sich gegeneinander bewegenden Maschinen- oder Apparateteilen verschraubt, verlötet oder mittels Schneiden an diese Teile angepreßt, so taucht die Feldplatte, den Bewegungen der Teile folgend, in den Luftspalt. Die Feldplatte ist ein vom Magnetfeld abhängiger Halbleiter, ihr Widerstand ändert sich mit dem sie durchsetzenden magnetischen Fluß und damit mit der Eintauchtiefe der Feldplattenfläche in den Luftspalt des Magnetsystems. Die Widerstandsänderung ist auch bei sehr kleinen Feldstärkenänderungen so groß, daß die resultierenden elektrischen Signale direkt von einem Meßinstrument bzw. einem Lichtstrahloszillographen angezeigt werden können.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig.2 stellt eine Kraft- bzw. Druckmeßdose dar. Auf einer Grundplatte 1 ist ein Tombakbalg 11 mit seiner Deckplatte 6 befestigt. An der Deckplatte 6 ist ein Feldplattenhalter 9 mit einer Feldplatte 2 befestigt. Ein Magnetsystem 3, 4 ist über einen Gewindebock 13 mit einer Mikrometerschraube 8 derart mit der Grundplatte 1 verbunden, daß durch Drehen der Mikrometerschraube 8 die in den Luftspalt des Magnetsystems getauchte Feldplattenfläche vergrößert bzw. verkleinert wird. Auf diese Weise kann der Meßwertgeber geeicht werden. Die Deckplatte 6 ist durch ein Gewicht belastbar, dabei wird der Tombakbalg als Feder zusammengerückt, und die Feldplatte taucht tiefer in den Luftspalt des Magnetsystems. Ihr elektrischer Widerstand nimmt dabei zu. Die Widerstandsänderung kann über ein Drehspulmeßwerk oder ein digitales elektrisches Meßinstrument angezeigt werden. An Stelle des Tombakbalges können als Federn auch Schrauben-, Tellerfedern oder Membranen verwendet werden. Das Trägheitsmoment der beweglichen Teile und damit die Eigenfrequenz bei schnellen Laständerungen können somit verschiedenen Meßaufgaben angepaßt werden. Die Anwendung verschiedenartiger Federn gestattet es auch, die Meßsysteme staubfrei und/oder flüssigkeitsdicht einzubauen.
Weitere Anwendungsmöglichkeiten für die Erfindung sind beispielsweise Tastgeber, Gas- und Flüssigkeitsdruckgeber, Differenzdruckgeber, Schwingungsweggeber, Drehmomentgeber usw.

Claims

Patentansprüche: 1. Elektrischer Meßumformer zur Messung kleiner Wege zwischen gegeneinander bewegten Maschinen- oder Apparateteilen mit einem in den Luftspalt eines an einer Grundplatte angeordneten Magnetsystems ragenden, an einem beweglich an der Grundplatte angelenktem Teil angebrachten, magnetfeldabhängigen elektrischen Signalgeber, der Bestandteil eines Meßstromkreises ist, d adu rch gekennzeichnet, daß die Eintauchtiefe des magnetfeldabhängigen elektrischen Signalgebers (2) mit Hilfe einer Mikrometerschraube justierbar ist.
2. Elektrischer Meßumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetfeldabhängige elektrische Signalgeber (2) ein Halbleiterwiderstand ist.
3. Elektrischer Meßumformer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der beweglich an der Grundplatte (1) angelenkte Teil (6) durch zwei senkrecht zur Bewegungsrichtung angeordnete Blattfedern (5) mit der Grundplatte (1) verbunden ist.
4. Elektrischer Meßumformer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der beweglich an der Grundplatte (1) angelenkte Teil (6) mit der Grundplatte (1) durch eine Federanordnung (11) verbunden ist, deren Federweg parallel zum Abstand zwischen Grundplatte (1) und angelenktem Teil (6) liegt.