DE1423821C3 - Device for measuring displacements between a stationary part and a part that can be displaced by the action of force with the aid of mechanically pretensioned electrical resistance measuring wires - Google Patents
Device for measuring displacements between a stationary part and a part that can be displaced by the action of force with the aid of mechanically pretensioned electrical resistance measuring wiresInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Verschiebungen zwischen einem ortsfesten und einem durch Krafteinwirkung verschiebbaren Teil mit Hilfe von mechanisch vorgespannten elektrischen Widerstandsmeßdrähten, die zwischen den beiden Teilen bei ortsfester Halterung ihrer einen Enden in Vcrschicbungsrichtung V-förmig ausgespannt und derart zu einer Wheatstoneschen Brücke zusammengcschaltet sind, daß bei Verschiebung die einen Drahtabschnitte stärker, die anderen schwächer gedehnt werden.The invention relates to a device for measuring displacements between a stationary one and a force-displaceable part with the help of mechanically preloaded electrical Resistance measuring wires, which are between the two parts with fixed mounting of one of their ends stretched out in the direction of displacement in a V-shape and thus interconnected to form a Wheatstone bridge are that when shifted, one wire sections stretched more, the other less stretched will.
Derartige Vorrichtungen sind aus den USA.-Patentschriften 2 760 037 und 2 760 038 bekannt. Bei diesen Vorrichtungen sind die Meßdrahtpaare so angeordnet, daß zur Bildung einer Wheatstoncschen Brücke, bei der die bei Verschiebung stärker gedehnten Drahtabschnitte den schwächer gedehnten in den Brückenzweigen gegenüberliegen, besondere Anschlüsse für Querverbindungen innerhalb der Vorrichtung und für an einer einzigen Seite der Vorrichtung angeordnete Außenanschlüsse vorgesehen werden müssen. Der Nachteil dieser bekannten Vorrichtungen liegt darin, daß eine erhebliche Anzahl von Lötstellen erforderlich ist und der Platzbedarf und der schaltungstechnische Aufwand groß sind. Nachteilig ist außerdem, daß durch die erforderlichen Querverbindungen der Innenwiderstand der Vorrichtungen erhöht und damit ihre Empfindlichkeit verringert wird.Such devices are known from U.S. Patents 2,760,037 and 2,760,038. at These devices, the measuring wire pairs are arranged so that to form a Wheatstone Bridge in which the more stretched wire sections when shifted into the less stretched Bridge branches are opposite, special connections for cross connections within the device and for external connections located on a single side of the device have to. The disadvantage of these known devices is that a significant number of Soldering is required and the space requirement and the circuitry are large. Disadvantageous is also that the internal resistance of the devices through the necessary cross connections increases and thus their sensitivity is reduced.
Aus der USA.-Patcnischnft 2 050 541J ist eine weitere Vorrichtung bekannt, bei der zwei Spulen vorgesehen sind, deren Widerstandswert sich bei Verschiebung zwischen einem feststehenden und einem verschiebbaren Teil ändert. Die Enden der Spulen sind nach außen geführt, und die Spulen können '.usammen mit weiteren Elementen eine Brückenschaltung bilden. Der Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß sie keine vollständige Brückenschaltunu enthält und damit eine icmperaturempfindliehe MeU-vjrrichtung geringer Empfindlichkeit bildet.Another device is known from USA.-Patent 2 050 54 1 J, in which two coils are provided, the resistance of which changes when there is a displacement between a fixed and a displaceable part. The ends of the coils are led to the outside and the coils can form a bridge circuit together with other elements. The disadvantage of this device is that it does not contain a complete bridge circuit and thus forms a temperature-sensitive device of low sensitivity.
Weiterhin ist aus der USA.-Patentschrifl2 721 919 eine Vorrichtung bekannt, bei (der auf jeder Seite einer mittleren Gehäuseplatte zwei Spulen angeordnet sind, deren Enden an Kontaktstiften befestigt sind, die die Gehäuseplatte durchsetzen. Ein durch die Gehäuseplatte geführtes Stellglied erhöht bzw. vermindert die Spannung der Spulen auf der einen bzw. anderen Seite der Gehäuseplatte durch Verschwenken von die Spulen tragenden Halterungen. Auch bei dieser Vorrichtung sind Querverbindungen erforderlich, die den schaltungstechnischen Aufwand erhöhen und die Empfindlichkeit der Vorrichtung vermindern.Furthermore, from the United States patent specification 2 721 919 a device is known in which two coils are arranged on each side of a central housing plate are, the ends of which are attached to pins that penetrate the housing plate. One through the actuator guided by the housing plate increases or decreases the tension of the coils on the one hand or the other side of the housing plate by pivoting the brackets carrying the coils. In this device, too, cross connections are required, which reduce the complexity of the circuitry increase and decrease the sensitivity of the device.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine schalUingstcchnisch möglichst einfache und kompakte Vorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen.The invention is based on the object of providing a formwork technology that is as simple and compact as possible To create device of the type mentioned.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Vereinigung folgender Merkmale: Die beiden Meßdrähte bilden vier V-förmige Melidrahtpaare, von denen sich jeweils zwei Paare längs der einen Fläche und zwei Paare längs der anderen Fläche einer den ortsfesten Teil bildenden mittleren Gehäuseplatte erstrecken; die äußeren Enden der Meßdrahipaare sind mittels die Gehäuseplatte isoliert durchgreifender Verbinduncen miteinander verbunden, während die Mitten je zweier Paare elektrisch getrennt am verschiebbaren Teil angelenkt sind; je ein elektrisch leitendes ortsfestes Spannglied greift zum mechanischen Vorspannen in der Mitte jeweils eines einzelnen Mcßdrahtpaares an und ist je mit einer der vier Brückenanschlußklemmcn eines Kupplungsstöpsels verbunden. Da die an jeder Seite der Gehäuseplatte liegenden .Spannglieder zugleich als Anschlüsse der Brükkenschaltung dienen, sind keine Querverbindungen innerhalb der Vorrichtung erforderlich, und die Anzahl der Lötstellen wird erheblich vermindert. Man erreicht zugleich eine Verkürzung der erforderlichen Leitungen und damit eine Verminderung des Innenwiderstandes und eine Erhöhung der Genauigkeit der Vorrichtung.This task is solved by the combination of the following features: Form the two measuring wires four V-shaped wire pairs, of which two pairs are along one surface and two Pairs extending along the other surface of a central housing plate forming the stationary portion; the outer ends of the measuring wire pairs are insulated by means of connections reaching through the housing plate connected to each other, while the centers of two pairs are electrically separated on the slidable Part are hinged; one electrically conductive, stationary tendon is used for mechanical prestressing in the middle of a single mcwire pair and is each connected to one of the four bridge connection terminals a coupling plug connected. Because the lying on each side of the housing plate . Tendons at the same time as connections of the bridge circuit serve, no cross-connections are required within the device, and the number the soldering points is considerably reduced. At the same time, the required shortening is achieved Lines and thus a reduction in the internal resistance and an increase in the accuracy of the Contraption.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand der F i g. 1 bis 7 erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Axialschnitt der Vorrichtung.An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to FIGS. 1 to 7 explained. It shows F i g. 1 shows an axial section of the device.
F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in F i g. 1, F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in F i g. 1, F i g. 4 ein Spannglied,F i g. 2 shows a section along line 2-2 in FIG. 1, F i g. 3 shows a section along the line 3-3 in FIG. 1, Fig. 4 a tendon,
F i g. 5 und 6 je eine Aufsicht einer Seite der Gehäuseplatte undF i g. 5 and 6 each a plan view of one side of the housing plate and
F i g. 7 ein Schaltbild der Brückenschaltung.F i g. 7 is a circuit diagram of the bridge circuit.
In den Fig. 1 bis 3 ist mit 10 das Gehäuse der Vorrichtung bezeichnet. In dem Gehäuse 10 wird ein Rahmen 12 gehalten, der eine zylindrische Ringplatte 14 hat, die längs ihres Außenumfanges 15 abgeschrägt ist. Der abgeschrägte Umfang 15 der Ringplatte 14 ist zwischen ein Paar O-Ringe 16 und 17 ecklemmt. Der O-Rinc 16 sitzt auf einer inneren, ho-In Figs. 1 to 3, 10 is the housing Device called. In the housing 10, a frame 12 is held, which is a cylindrical ring plate 14, which is beveled along its outer periphery 15. The beveled periphery 15 of the ring plate 14 is clamped between a pair of O-rings 16 and 17. The O-Rinc 16 sits on an inner, ho-
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riznniulcn Schulter 18 auf, die an der Innenwand des Gehäuses 1» gebildet ist, und der O-Ring 17 liegt an der Innenwand des Gehäuses 10 und an der abgeschrägten Schulter 20 einer Druckkappe 22 an, die einen mit Gewinde versehenen Druckmediumeinlaß 24 hat. Die Kappe 22 wird in dem Ende des Gehäuses 10 durch den Schnappring 25 gehalten, der in einer Nut 26 sitzt.riznniulcn shoulder 18 on the inner wall of the Housing 1 »is formed, and the O-ring 17 is in contact the inner wall of the housing 10 and on the beveled shoulder 20 of a pressure cap 22, which has a threaded pressure medium inlet 24. The cap 22 is in the end of the housing 10 held by the snap ring 25, which is seated in a groove 26.
Die Ringplatte 14 des Rahmens 12 hat eine aufrecht stehende Lippe 27. Quer zu der Lippe 27 wird eine Membran 28 gehalten, die zentral einen axialen Bolzen 30 aufweist, der durch eine Öffnung 31 in die Ringplatte 14 ragt. Zwischen der Membran 28 und der Ringplatte 14 ist ein Raum 33 gebildet, der eine Bewegung der Membran ohne Berührung der Ring- 1S platte 14 zuläßt.The ring plate 14 of the frame 12 has an upright lip 27. A membrane 28 is held transversely to the lip 27 and has a central axial bolt 30 which protrudes through an opening 31 into the ring plate 14. Between the diaphragm 28 and the ring plate 14 a space 33 is formed, which allows movement of the membrane without contacting the ring 1 S plate fourteenth
Das Gehäuse 10 ist am unteren Ende durch eine Deckplatte 44 verschlossen, die mit der Ringpiatte 14 durch eine mittlere Gehäuseplatte 34 verbunden ist. Die Gehäuseplatte 34 hat eine Mittenaussparung 35 im oberen Ende, die den Bolzen 30 mit Spiel aufnimmt, um eine Axialbewegung des Bolzens zu gestatten. Ein Block 36, der aus zwei symmetrischen Halbteilen 38 mit einem U-förmigen Querschnitt gebildet ist (F i g. 2), ist an der mittleren Gehäuseplatte *5 34 mittels Schrauben 40 befestigt. Zwischenräume 41 zwischen den Halbteilen 38 und der mittleren Platte 34 sind vorgesehen, um die Meßdrähte aufzunehmen, die sich längs der beiden Flächen der Platte 34 erstrecken, wie nachfolgend näher beschrieben wird. Ein O-Ring 45 in der Deckplatte 44 dichtet das untere Ende des Gehäuses 10 ab. An der Deckplatte 44 sitzt ein elektrischer Kupplungsstöpsel 46.The housing 10 is closed at the lower end by a cover plate 44 which is connected to the ring plate 14 is connected by a middle housing plate 34. The housing plate 34 has a central recess 35 in the upper end, which receives the bolt 30 with play to allow axial movement of the bolt. A block 36, which is formed from two symmetrical half-parts 38 with a U-shaped cross-section is (Fig. 2), is on the middle housing plate * 5 34 fastened by means of screws 40. Gaps 41 between the half parts 38 and the central plate 34 are provided to receive the measuring wires which extend along the two faces of the plate 34, as described in more detail below. An O-ring 45 in the cover plate 44 seals the lower one End of the housing 10. An electrical coupling plug 46 is seated on the cover plate 44.
An dem Bolzen 30 (F i g. 1, 3, 5) ist auf einer Seite der mittleren Platte 34 ein Isolierstift 48 angebracht. Am oberen Ende der Platte 34 sind zwei Kontaktstifte 50 und 51 an entgegengesetzten Seiten des Stiftes 48 befestigt. An dem unteren Ende der Platte 34 sind zwei Stifte 52 und 54 montiert, die sich nach einwärts erstreckende leitende Spannglieder 56 bzw. 58 tragen. Der Stift 57 ist zwischen den Stiften 48 und 50 und der Stift 59 ist zwischen den Stiften 48 und 51 axial versetzt.An insulating pin 48 is attached to the bolt 30 (Figs. 1, 3, 5) on one side of the central plate 34. At the top of the plate 34 are two contact pins 50 and 51 on opposite sides of the pin 48 attached. At the lower end of the plate 34 two pins 52 and 54 are mounted, which follow each other inwardly extending conductive tendons 56 and 58, respectively. The pin 57 is between the pins 48 and 50 and pin 59 is axially offset between pins 48 and 51.
Die Konstruktion der Spannglieder 56 und 58 ist die gleiche. F i g. 4 zeigt die Konstruktion des Spannglieds 56, das einen gebogenen Abschnitt 55 hat und mit dem Ende 55 ο in eine Nut 55 b des Stifts 52 eingreift. An einem verjüngten Abschnitt 57' des Spaniiglieds ist die mittlere Verbindung 57 eines Meßdrahtpaares montiert.The construction of tendons 56 and 58 is the same. F i g. 4 shows the construction of the clamping member 56, which has a curved section 55 and engages with the end 55 o in a groove 55 b of the pin 52. The middle connection 57 of a measuring wire pair is mounted on a tapered section 57 'of the span member.
Ein Mcßdrahtpaar 60, 62 bzw. 64. 66 ist unter Spannung an den Stiften 48. 50. 51 und den Spannglicdern 58 bzw. 56 befestigt. Wie F i g. 1 zeigt, sind der Stift 50 und der Stift 51 zu beiden Seiten neben dem Stift 48 angeordnet, so daß jedes Meßdrahtpaar V-förmig verläuft.A measuring wire pair 60, 62 and 64, 66, respectively, is under tension on pins 48, 50, 51 and the tension clips 58 and 56 attached. Like F i g. 1 shows the pin 50 and pin 51 are adjacent on either side the pin 48 so that each pair of measuring wires extends in a V-shape.
Auf der anderen Seite der mittleren Platte 34 ist, wie die Fig. 1, 3 und 6 zeigen, eine entsprechende Anordnung von Stiften, Drähten und Spanngliedern vorhanden, deren Bezugsziffern mit einem Strich versehen sind.On the other side of the middle plate 34, as shown in FIGS. 1, 3 and 6, there is a corresponding one Arrangement of pins, wires and tendons present, the reference numbers of which are provided with a prime are.
Die Spannglieder 56, 58, 56', 58' haben eine Federkonstar.jc, die geringer ist als die Meßdrähte.The tendons 56, 58, 56 ', 58' have a spring constants that are smaller than the measuring wires.
Ein elektrischer Widerstand 65 ist an einem Stift 61 angebracht, der auf der mittleren Platte 34 sitzt.An electrical resistor 65 is attached to a pin 61 which sits on the central plate 34.
Ein elektrischer Leiter 67 (Fig. 5) ist zwischen den Stiften 51 und 61 angebracht, der den Meßdraht 60 und ein Ende des Widerstands 65 verbindet, und ein elektrischer Leiter 69 (Fig.fi), der durch eine Öffnung 63 in der mittleren Platte 34 hindurchgent, verbindet das untere Ende des Widerstandes 65 mit dem Meßdrahl 60' am Stift 51' an der anderen Seite der Platte 34.An electrical conductor 67 (Fig. 5) is attached between the pins 51 and 61, the measuring wire 60 and one end of the resistor 65 connects, and an electrical conductor 69 (Fig.fi) passing through an opening 63 in the middle plate 34 passes through, connects the lower end of the resistor 65 with the Measuring beam 60 'on pin 51' on the other side of plate 34.
Wie die F i g. 5, 6 und 7 zeigen, sind die Meßdrähte so verbunden, daß eine Wheatstonesche Brücke gebildet wird. Elektrische Leiter 68, 70 und 68', 70' verbinden die Stifte 52, 54 und 52', 54' mit Anschlußklemmen 74, 72 und 74', 72' in dem Stöpsel 46 zur Verbindunsi in einem äußeren Stromkreis.As the F i g. 5, 6 and 7 show the gauge wires so connected that a Wheatstone bridge is formed. Electrical conductors 68, 70 and 68 ', 70' connect pins 52, 54 and 52 ', 54' to terminals 74, 72 and 74 ', 72' in the plug 46 for connection in an external circuit.
Ein Paar Anschläge 76, 78 bzw. 76', 78' (Fig. 1 und 3) sind dicht an die Spannglieder 56, 58 bzw. 56', 58' angrenzend mittel' Schrauben 80 bzw. 80' an der Platte 34 befestigt una sind bezüglich der Spannglieder 56, 58 und 56'. 58' verstellbar. Diese Anschläge werden von der Montage d?r Meßdrähte so eingestellt, daß die Enden der Spannglieder gehoben werden. Wenn die Drähte aufgezogen worden sind, werden die Anschläge von den Spanngliedern gelöst und so eingestellt, daß eine unangemessene Schwingung der Spannglieder verhindert und die Gefahr eines möglichen Bruches Jer Meßdrähte im Falle eines plötzlichen Stoßes in Axialrichtung vermindert wird.A pair of stops 76, 78 or 76 ', 78' (Fig. 1 and 3) are tightly adjacent to tendons 56, 58 and 56 ', 58' by means of 'bolts 80 and 80', respectively attached to plate 34 and relative to tendons 56, 58 and 56 '. 58 'adjustable. These attacks are adjusted from the assembly of the measuring wires in such a way that the ends of the tendons are lifted will. When the wires have been pulled, the stops are released from the tendons and adjusted so as to prevent undue vibration of the tendons and reduce the hazard a possible breakage of the measuring wires in the event of a sudden impact in the axial direction will.
An einer Seite des Gehäuses 10 ist ein Einlaß 82 durch ein Gewinde 86 mit der Wand des Gehäuses verbunden, wobei eine O-Ringdichtung 88 zwischen dem Einlaß 82 und der Außenwand des Gehäuses benutzt isi. Durch den Anschluß kann ein Druckmedium in das Innere des Gehäuses 10 eingeleitet werden, so daß die Vorrichtung als Differentialdruckmesser benutzt werden kann.On one side of the housing 10 is an inlet 82 through threads 86 with the wall of the housing connected with an O-ring seal 88 between inlet 82 and the outer wall of the housing uses isi. A pressure medium can be introduced into the interior of the housing 10 through the connection, so that the device can be used as a differential pressure meter.
Wenn durch den Druckeinlaß 24 auf die Membran 28 ein Druck ausgeübt wird, der größer ist als der auf die Unterseite der Membran durch den Einlaß 82 ausgeübte Druck, wird die Membran nach unten bewegt und der Bolzen 30 zusammen mit den Stiften 48 und 48' axial nach unten verstellt. Da die Stifte 50. 51 und 50'. 51' feststehend sind und da die mittleren Verbindungen 57, 59 und 57'. 59' der Meßdrahtpaare an den Enden der Spannglieder 56, 58 und 56'. 58' angebracht sind, bewirkt die Verstellung der Stifte 48 und 48' eine Abnahme der Spannung der Meßdrähte 62 und 64 und eine Zunahme der Spannung der Meßdrähtc 60 und 66, und in ähnlicher Weise wird eine Abnahme der Spannung der Meßdrähte 62' und 64' erzeugt sowie eine entsprechende Zunahme der Spannung der Meßdrähte 60' und 66'. Diese \nderung der Spannung erzeugt entsprechende Änderungen des elektrischen Widerstandes der Meßdrähte, so daß ein Ausgangssignal an der Brücke erzeugt wird, daß diesen Widerstandsänderungen und daher der Verstellung des Beizens proportional ist.When a pressure is exerted on the diaphragm 28 through the pressure inlet 24 which is greater than that Pressure exerted on the underside of the diaphragm through inlet 82 moves the diaphragm downward and the bolt 30 together with the pins 48 and 48 'are displaced axially downwards. Since the pins 50. 51 and 50 '. 51 'are fixed and there the middle Connections 57, 59 and 57 '. 59 'of the measuring wire pairs at the ends of the tendons 56, 58 and 56'. 58 'are attached, the adjustment of the pins 48 and 48' causes a decrease in the tension of the Measuring wires 62 and 64 and an increase in the tension of measuring wires 60 and 66, and the like A decrease in the voltage of the measuring wires 62 'and 64' is generated and a corresponding one Increase in the tension of the measuring wires 60 'and 66'. This change in voltage generates corresponding Changes in the electrical resistance of the measuring wires, so that an output signal is generated at the bridge is that these changes in resistance and therefore the adjustment of the pickling is proportional.
Gegebenenfalls kann die Vorrichtung so betrieben werden, daß der Druck an der Unterseite der Membran Umgebungs- oder Raumdruck ist.Optionally, the device can be operated so that the pressure on the underside of the membrane Is ambient or room pressure.
Die Vorrichtung kann auch mit negativen Drücken betätigt werden, d. h., daß der Druck des über den Einlaß 24 eingeführten Mediums geringer ist als der des über den Einlaß 82 eingeführten. In diesem Falle wird die Membran 28 nach oben verstellt.The device can also be operated with negative pressures, i.e. This means that the pressure of the The medium introduced into inlet 24 is less than that introduced via inlet 82. In this case the membrane 28 is adjusted upwards.
Hierzu 1 BIaU Zeichnungen1 BIaU drawings
Claims (1)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 |