-
Meßanordnung Die Erfindung betrifft eine Meßanordnung, bei welcher
die einer mechanischen Belastung proportionale Ausgangsspannung elektrischer Dehnungsmeßstreifen
mit einer an einem Potentiometer abgegriffenen Spannung verglichen und durch entsprechende
Verstellung des Potentiometerschleifers Gleichheit zwischen beiden Spannungen hergestellt
wird.
-
Derartige Anordnungen werden zur Messung mechanischer Belastungen
verwendet, welche auf die Dehnungsmeßstreifen zur Wirkung gebracht werden und die
elektrische Leitfähigkeit der Dehnungsmeßstreifen verändern. Die Ausgangsspannung
der Dehnungsmeßstreifen verläuft hierbei in der Regel nich linear mit der Belastung,
sondern steht mit dieser in irgendeinem Zusammenhang. Die zum Abgriff einer der
Jeweiligen Dehnungsmestreiren-Ausgangsspannung gleichen Spannung am Potentiometer
erforderlichen Stellungen des Potentiometerschleiters und gegebenenfalls die Stellungen
eines synchron mit dem Potentiometerschleifer verstellbaren Zeigerelementes stehen
demzufolge ebenralls in nichtlinearem Zusammenhang mit der mechanischen Belastung.
Aus Grtlnden der Qualität der Messung selbst sowohl als auch der Anzeige ist ea
Jedoch wünschenswert, die Abhängigkeit der Stellungen des Potentiometerschleifers
und gegebenenfalls des Zeigerelementes von der zu messenden mechanischen Belastung
beeinflussen zu können. Meist wird hier ein linearer Zusammenhang angestrebt.
-
Es ist bereits bekannt ; zur Erzielung der gewünschten Abahängigkeit
zusätzliche Dehnungsmeßstreifen oder sonstige Widerstände vorzusehen, beispielsweise
bei der üblichen Schltung der D.hnungsmeßstreifen zu einer Meßbrücke derartige Korrekturglieder
innerhalb der BrUcke, des Ein- oder des Ausgangskreises der BrUcke anzuordnen. Derartigen
Maßnahmen
auf der Seite des Dehnungsmeßstreiren-Aufnehmers haften
Jedoch meßtechnische Nachteile an; sie sind weiterhin nicht universell anwendbar
und unwirtschaftlich. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine diese
Nachteile vermeidende Korrektur auf der Seite der Kompensationsspannung zu ermöglichen.
Dies wird daduroh erreicht, dass erfindungsgemäss dem Jeweils abgegriffenen Teil
des Potentiometers ein zum Widerstand des hkentiometers in derartiger Relation stehender
Widerstand parallelgeschaltet ist, dass die abgegriffene Spannung zur Jeweiligen
Stellung des Potentiometerschleifers in einem gewUnschten Zusammenhang steht. Hierbei
sind gewöhnliche Widerstände verwendbar, weiterhin wird ein Eingriff in dem durch
die Detlnungsmeßstreifen gebildeten eigentlichen Meßteil vermieden.
-
Dieser ist somit unabhängig von der bei ihm vorhandene Kennlinie und
der gewUnschten Korrektur verwendbar.
-
Weitere Merkmale der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
In der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele anhand der schematischen
Zeichnungen ist die Erfindung erläutert. Es zeigen: Fig. 1 in perspektivischer Darstellung
einen mit Dehnungsmeßstreifen bestückten Kraftaufnehmerstab; Fig. 2 den Verlaur
der Ausgangsspannung der Dehnungsmeßstreifen in Abhängigkeit von der Belastung des
Stabes gemäss Fig. 1; Fig. 3 das Schema einer Kompensationsmeßvorrichtung mit dem
Aufnehmer gemäss Fig. 1; Fig. 4 deri Verlauf der Ausgangsspannung des Potentiometers,
bei der Vorrichtung gemäß Fig. 3 in Abhängigkeit von den Stellungen des Potentiometerschleifers;
Fig. 5 das Schema einer anderen AusfUhrungsform der Kompensationsmeßvorrichtung
und Fig. 6 den Verlauf der Ausgangsspannung des Potentiometers bei der Vorrichtung
gemäss Fig. 5 in Abhängigkeit von den Stellungen des Potentiometerschleifers.
-
Der in Fig. 1 dargestellte Aufnehmer 7 besteht in bekannter Weise
aus einem der in Richtung der Achse 9 9 wirkenden zu messenden mechanischen Belastung
unterworfenen Meßkörper 8, an welchem Dehnungsmeßstreifen 8a und 8b sowle auf den
in Fig. 1 nicht sichtbaren Seiten des Körpers 8 in gleicher Weise angebrachte Dehnungsmeßstreifen
8c und 8d so angebracht sind, dass ihre Meßgitter zufolge der durch die Belastung
hervorgerufenen Formänderung des Körpers 8 gedehnt oder gestaucht werden und dadurch
eine Xnderung ihrer elektrischen Leitfähigkeit erfahren. Der Meßkörper 8 kann in
bekannter Weise gestaltet und Bestandteil einer Kraftmeßvorrichtung sein.
-
Anstelle des Meßkörpers 8 kann ein der zu messenden Belastung unterliegendes
Konstruktionselement selbst treten, an welchem die Dehnungsmeßstreifen angebracht
sind.
-
Die Dehnungsmeßstreifen 8a bis 8d sind, wie in Fig. 3 ersichtlich,
in bekannter Weise zu einer MeßbrUcke geschaltet, welche an zwei diametral gegenüberliegenden
Brüokeneckpunkten 11 und i2 von einer Spannungsquelle lo gespeist werden. An den
beiden anderen BrUckerleckpunkten 13 und 14 tritt eine der auf die Dehnungsmeßstreifen
8a bis 8d einwirkenden mechanischen Belastung entsprechende Ausgangsspannung auf.
-
In Fig. 2 ist mit 16 die Kennlinie rUr eine lineare Abhangigkeit zwischen
der Meßbrückenausgangsspannung VB und der mechanischen Belastung L bezeichnet. In
der Regel weicht die am Brückenauagang 13,14 (Fig.3) auftretende Ausgangsspannung
von dieser linearen Kennlinie ab. Die in Fig. 2 beispielsweise dargestellte Kennlinie
15 zeigt einen in der Praxis vorkommenden Verlauf bei einer Druckbelastung des Aufnehmers
7. Im Falle einer Zugbelastung wUrde diese Kennlinie etwa spiegelbildlich zur Linie
1 oberhalb derselben liegen.
-
Bei der Anordnung gemäss Fig. 3 ist in bekannter Weise ein Potentiometer
17 vorgesehen, welches von einer Spannung
quelle 21 über einen Widerstand
R1 gespeist wird. Der Widerstandawert des Widerstandes R1 ist gross im Vergleich
zum Widerstandswert der Potentiometerwicklung R. Auf diese Weise wird ein konstanter
Strom durch die Potentiometerwicklung erzielt. Spannungsquelle 21 und Widerstand
R1 bilden somit eine Konstantstromquelle 24. Mittels des stufenlos entlang der Potentiometerwicklung
R verstellbaren Schleifers 17a wird am Potentiometer eine Spannung abgegriffen,
welche mit der MeßbrUckenausgangsspannung in einem Nullverstärker 19 verglichen
wird. Die verstärkte Differenz beider Spannungen wird einem Servomotor 18 zugeführt,
welcher den Schleifer 17a solange verstellt, bis die Potentiometerausgangsspannung
gleich der Meßbrückenausgangsspannung ist. Synchron mit dem Schleifer 17a verstellt
der Servomotor 18 den Zeiger eines Anzeigegerätes 20, so dass an diesem Ot-rät bei
entsprechender Eichung die der Jeweiligen Meßbrückenausgangsspannung entsprechende
mechanische Belastung abzulesen ist.
-
Bei einer solchen, in bekannter Weise wirkenden Kompensationsmeßvorrichtung
besteht zwischen den Jeweiligen für Spannung gleichheit errorderlichen Stellungen
des Schleifers 17a und damit des Zeigers des Anzeigegerätes 20 und der auf die Dehnungsmeßstreifen
8a bis 8d wirkenden Belastung der gleiche, in der Regel nichtlineare Zusammenhang
wie zwischen der MeßbrUckenausgangsspannung und der mechanischen Belastung. Um diesen
meist nicht gewUnschten Zusammenhang so zu verändern, dass die Jeweilige Stellung
des Schleifer 17a und des Zeigern im Gerät 20 in einer gewünschten Abhängigkeit
zur mechanischen Belaetung steht, ist gemüse der Erfindung ein Widerstand RL parallel
zum Jeweils abgegriffenen Teil des Potentiometers 17 geschaltet und dieser widerstand
im Verhältnis zum widerstand der Potentiometerwicklung R so bemessen, dass sich
die am Potentiomter abgegriffenen Potentiometerausgangsspannung Vp zur Jewiligen
Stellung S des Schleifers lfa so verhält, dass sich bei der vorhandenen Abhängigkeit
der Meßbrückenausgangsspannung VB zur mechanischen Belastung L die gewUnschte Abahängigkeit
der Schleiferstellung S von der Belastung L ergibt.
-
Bei nichtlinearer Kennlinie VB über L und gewUnsohter linearer
Abhängigkeit
der Schleiferstellung S von der Belastung L z.B. ist eine der nichtlinearen Kennlinie
7B Uber L entsprechende nichtlineare Kennlinie Vp Uber 5 einzustellen.
-
In der Praxis treten Ublicherweise Linearitätsabweichungen der MeßbrUckenausgangsspannung
VB in der Grössenordnung von einem Prozent auf. Im Falle einer gewünschten linearen
Abhängigkeit zwischen der Schleiferstellung S und der Belattung L wird daher bei
einem Potentiometerwiderstand R von beispielsweise 160 Ohm der gewünschte Effekt
durch Wid.rstandswerte für RL zwischen 5000 und 30 ooo Ohm erreicht. In Fig. 4 sind
verschiedene Kennlinien 22a bis 22c fUr die Uber der Schleiferstellung S aurgetragene
Potentiometerausgangsspannung VP, die durch die Parallelschaltung eines entsprechenden
Widerstandes RL einstellbar sind. dargestellt. Mit 23 ist die Kennlinie fUr lineare
Abhängigkeit der Potentiometerausgangsspannung @P Uber der Schleiferstellung S bezeichnet.
In Fig. 4 sind zur übersichtlicheren Darstellung ebenso wie in Fig.2 die Verhältnisse
übertrieben wiedergegeben. Bei gegebener Kennlinie für die MeßbrUckenausgangsspannung
VB gemäss Fig. 2 kann somit durch entsprechende Bemessung des Parallelwiderstandes
RL eine Potentiometerausgangsspannung Vp mit solchem Kennlinionverlauf gemäss Fig.
4 eingestellt werden, dass sich die gewünschte Abhängigkeit der Schleiferstellung
von der Belastung ergibt. Zweckmässigerweise verwendet man als parallel zu schaltenden
Widerstand RI einen einstellbaren Widerstand, welcher einmal auf den erforderlichen
Wert eingestellt wird. Die Verwendung einer Konstantstromquelle empfiehlt sich,
um eine den erfindungsgemässen Effekt beeinträchtigende Empfindlichkeit gegen Widerstandsänderungen
im Kompensationskreis zu vermeiden.
-
Zum Zwecke der Einstellung des Spannungsbereiches zwischen Null- und
Endwert des Potentiometers kann in bekannter Weise in in Fig. 3 nicht dargestellter
einstellbarer Widerstand
der Potentiometerspeisespannungsquelle
parallel geschaltet werden.
-
In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel mit mehreren Meßbereichen dargestellt.
Der gesamte Meßbereich ist hierbei in gleich grosse, beliebig einschaltbare Teile
unterteilt, wobei dieselbe Anzeigeskala verwendet werden kann. Im dargestellten
Ausführungsbeispiel wird der Gesamtmeßbereich durch lo gleich grosse, mit der Potentiometerspeisequelle
21 in Reihe geschaltete Widerstände 25a bis 25j bestimmt. Am Ende eines Jeden dieser
lo Widerstände ist eine Anzapfung 25A bis 25j herausgerUhrt. Ein verstellbarer Schleifer
26 kann stufenweise auf Jeweils eine dieser Anzaprungen gefUhrt werden.
-
Entlang dem Teilwiderstand 25a ist ein Schleifer 27 in der gleichen
Weise wie der Schleifer 17a beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 stufenlos verstellbar.
Zwischen den Schleifern 26 und 27, und damit parallel zu dem zwischen diesen beiden
Schleifern abgegriffenen Teil des Potentiometer, liegt der Parallelwiderstand RL.
Die zwischen den Schleifern 26 und 27 abgegrtRrene Potentiometerausgangsspannung
wird ebenso wie beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig.3 im Verstärker 19 mit der an
den BrUckenpunkten 13 und 14 auftretenden Meßbrückenausgangsspannung verglichen.
Die verstärkte Differenzspannung wird ebenso wie beim AusfUhrungsbeispiel gemäss
Fig. 3 einem den Schleifer 27 und den Zeiger im Anzeigegerät 20 verstellenden Servomotor
18 zugeführt.
-
Am einen Ende des Teilwiderstandes 25a sind die einen Enden von lo
Hilfswiderständen 32a bis 32J angeschlossen, deren andere Enden getrennt vonefiander
auf Kontakte 32A bis 32j geführt sind.
-
Auf diese Kontakte ist ein Schleifer 33 einstellbar, welcher mit dem
anderen Ende des Teilwiderstandes 25a verbunden ist.
-
Der Schleifer 33 ist mit dem Schleifer 26 gekuppelt, so dass er synchron
mit der Einstellung des Schleifers 26 auf eine der Anzapfungen 25A bis 25J auf einen
der Kontakte 32A bis 32J
eingestellt wird. Die Elnstellnng kann
von Hlnd oder automatisch durch einen Schalter 28 erfolgen, wenn die Anzeige im
Gerät 20 das Skalenende erreicht hat.
-
Die beideii Widerstände Rf bilden wiederum zusammen mit der Speisequelle
21 eine Konstantstromquelle; der Widerstand 31 gestattet eine Einstellung der Skalenendwerte
im Gerät 20.
-
In Fig. 6 ist die Potentiometerausgangaepannung VP über der Schleiferstellung
S flir das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 5 aufgetragen. Wenn der Schleifer 26
auf der Anzapfung 25A steht, zeigt das Gerät 20 für den Bereich 29 an, steht er
hingegen auf der Anzapfung 25J, dann zeigt das Gerät 20 zur den Bereich 3o an. Bei
Einstellung des Schleifers 26 auf eine der Anzapfungen 25B bis 25I liegen die an
den entsprechenden W@derständen 25b bis 25i abfallenden Spannungen in Reihe mit
den Spannungen, die am Teilwlderstand 25a abgegriffen werden. Entsprechend zeigt
das Gerät 20 fUr die entsprechenden, zwischen den Bereichen 29 und 30 in Fig. 6
liegende Bereiche an.
-
Zum Zwecke der Einstellung der KrUmmung der in Fig. 6 dargestellten
Kennlinien haben die Teilwiderstände 25a bis 25J progressiv zunehmende Widerstandswerte;
desgleichen besitzen die Hilfswiderstände 32a bis 32J progressiv ansteigende Widerstandswerte.
Jeder der Teilwiderstände 25a bis 25J bestimmt die Höhe und Jeder der Hilfswiderstände
32a bis 32j bestimmt die Neigung der Kennlinien in Fig. 6 in den einzelnen Bereichen.
Durch entsprechende Bemessung der Teilwiderstände und Hilfswiderstände kann somit
ein gewünschter Kennlinienverlauf eingestellt werden. Mit 35 ist die Kennlinie bei
linearer Abhängigkeit bezeichnet, mit 34 ein Beispiel ftir einen nichtlineen Kennlinienverlauf,
wie er gemäss der Ereindung bei Zugbelastungen und mit 36 ein Beispiel fUr einen
nichtlinearen Kennlinienverlauf,
wie er Soskas der Erfindung bei
Druckbelastungen vorteilhaft inSestellt wird.
-
Zweckmässigerweise werden die Teilwiderstände 25a bis 25J und die
Hilfswiderstände 32a bis 32J bo ausgewählt, dass eine Kennlinie 34 bzw. 36 erzielt
wird, die eine grössere Krümmung und Neigung besitzt, als sie maximal fUr die erfindungsgemässe
Verwendung im Zusammenhang mit irgendeinem Aufnehmer erforderlich ist. Die Einstellung
einer gewünschten Abhängigkeit der Schleiferstellung S von der Belastung L bei einem
speziellen Aufnehmer kann sodann leicht durch entsprechende Bemessung oder Einstellung
des Parallelwiderstandes RL erfolgen. Die zwischen den Schleifern 26 und 27 abgegriffenen
Potentiometerausgangsspannungen können hierbei so beeinflusst werden, dass sie eine
nach oben gekrUmmte Kennlinie entsprechend der Kennlinie 34 oder einen nach unten
gekrUmmte Kennlinie entsprechend der Kennlinie 36 erhalten. Bei der entsprechenden
Auswahl der Teilwiderstände 25a bis 25J und der Hil@widerstände 32a bis 32J braucht
nicht die Kennlinie eines speziellen Aufnahmers berücksichtigt au werden.
-
Die erfindungsgemässe Anordnung kann sowohl mit Wechselstrom, als
auoh mit Gleichstrom betrieben werden. Die Speisequellen fUr das Potentiometer und
die Meßbrücke brauchen nicht gänzlich voneinander unabhängig zu sein. Bei Ausführung
als manuell zu bediennende Anordnung genügt die Verwendung eines Nullindikators.