DE1623533C - Verfahren zur Kalibrierung von Schwin gungsmessern mit auf der Basis des Hall effektes arbeitenden Schwingungsaufnehmern und Verwendung einer Einrichtung zur Durch führung des Verfahrens - Google Patents

Description

Elektrisch übertragende Schwingungsmeßeinrichtuiigen bestehen in der Regel aus einem Schwingungsaufnehmer, dem die Aufgabe zufällt, die mechanische Schwingungsmeßgröße in eine entsprechende elektrische Größe umzuwandeln, und einem diesem Aufnehmer nachgeschalteten elektronischen Verstärker, dessen Ausgangssignal einem Anzeigemeßwerk, einem Registriergerät, oder einem Oszillographen zwecks Anzeige bzw. Registrierung zugeleitet wird.

Die Kalibrierung einer solchen Einrichtung erfordert in der Regel einen Meßschwingtisch, auf den der Schwingungsaufnehmer aufgespannt wird. Dieser Meßschwingtisch wird durch hiechanische oder elektrische Wechselkrafterreger zu Schwingungen bekann-' ter veränderlicher Frequenz und Amplitude angeregt, wobei die absolute Größe der Amplitude meist über eine Lichtspaltblende mit einem Meßmikroskop mit Okularmikrometer abgelesen wird. Zur Kalibrierung wird dann die Anzeige an dem dem elektronischen Verstärker nachgeschalteten Anzeigemeßwerk zur erregenden Größe in Beziehung gebracht. Bei Meßeinrichtungen mit direkter Ablesemöglichkeit der Ampiitudengröße am Anzeigemeßwerk muß ■—· im linearen Bereich des Schwingungsaufnehmers ■—-durch Einstellung des Verstärkungsgrades des elektronischen Verstärkers dafür Sorge getragen werden, daß die Anzeige der erregten Eingangsgröße direkt entspricht.

Bei solchen Schwingungsmeßeinrichtungen läßt sich durch stabilisierte Ersatz-Eingangswechselspannungen der Verstärkungsgrad des elektronischen Verstärkers jederzeit kontrollieren. Hinsichtlich der elektrischen Signalabgabe des Aufnehmers als Funktion der erregenden mechanischen Größe hingegen besteht — außer dem erwähnten Meßschwingtisch — in der Regel keine Möglichkeit einer Kontrolle. Dies ist bei der praktischen Durchführung von ambulanten Messungen, d. h. außerhalb des Prüflabors, oftmals unangenehm, da man dem Aufnehmer mehr oder weniger blind vertrauen muß.

Hier wäre es erwünscht, eine baustellengemäße Kontrollmöglichkeit auch des Aufnehmers zu haben, die nicht an das Vorhandensein eines besonderen und bei ambulanten Messungen meist nicht greifbaren Meßschwingtisches geknüpft ist.

Hier schafft die vorliegende Erfindung Abhilfe, sofern als Schwingungsaufnehmer ein Gerät mit einem Hallspannungserzeuger verwendet wird.

Es sind derartige Schwingungsaufnehmer bekannt- ' geworden, bei denen ein Hallspannungserzeuger und ein Magnetfeld relativ zueinander beweglich sind und bei denen ein. Dauermagnet derart angeordnet ist, daß er in der Ruhelage einem feststehenden, parallel zur Flußachse liegenden Hallspannungserzeuger gegenübersteht, so daß die Hallspannung nach Größe und . Richtung der Auslenkung proportional ist (deutsche Auslegeschrift 1125 666). Diesem Hallspannungserzeuger wird zur Durchführung der Schwingungsmessungen ein Gleichstrom als Steuerstrom zugeführt. Durch die auf den Aufnehmer wirkenclen mechanischen Schwingungen wird eine Relativbewegung zwischen dem Magneten und dem Ilallspannungserzeuger bewirkt und damit in dem Hallspannungserzeuger · eine Hallwechselspannung erzeugt, die ein elektrisches Analogon zu der erregenden mechanischen Schwingungsgröße ist. Der Vorteil eines solchen Aufnehmers ist es, daß er Meßspannungen abgibt, die proportional der Auslenkung'des Systems, z. B. proportional dem Schwingweg sind, ohne daß hierfür ein kostspieliges Trägerfrequenzverfahren mit dem bekannten technischen Nachteil der Nullpunktsdrift herangezogen werden muß.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kalibrierung von Schwingungsmessern mit auf der Basis des Halleffektes arbeitenden Schwingungsaufnehmern. Sie besteht darin, daß durch eine definierte Lageänderung des Schwingungsmessers gegenüber der Richtung des Schwerefeldes der Erde ein statischer Ausschlag des schwingungsfähigen Meßsystems erzeugt, der Hallspannungserzeuger mit Wechselstrom erregt und die erzeugte Hallwechselspannung als Kalibrierungsmaß benutzt wird. .Die Größe des statischen Ausschlages des schwingungsfähigen Systems kann aus der Formel

ft)³

bestimmt werden. Es bedeutet dabei

S = statischer Ausschlag des schwingungsfähigen Systems,

g = durch die Lageänderung wirksam gewordener Anteil der Erdbeschleunigung,

ω = Kennkreisfrequenz des schwingungsfähigen Systems.

Zur Kalibrierung wird die erzeugte Hallspannung in Beziehung zum statischen Ausschlag gesetzt. Zur Anzeige der Hallspannung werden zweckmäßig dieselben Einheiten (Verstärker, Anzeigegeräte usw.) benutzt, die auch der Schwingungsmessung dienen.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß es ohne Vorhandensein eines Meßschwingtisches überall und jederzeit eine Kontrolle der Kalibrierung nicht nur des Schwingungsaufnehmers, sondern auch der gesamten nachgeschalteten Einheiten für die Verstärkung und Anzeige möglich macht, wobei der apparative Aufwand dadurch, daß die vom Schwingungsaufnehmer abgegebene Spannung wie beim Meßvorgang eine Wechselspannung ist, insbesondere bei einem Wechselstrom mit Netzfrequenz zur Erregung des Hallspannungserzeugers nicht mehr unterschritten werden kann.

Bei der praktischen Ausnutzung des Verfahrens bedarf es zum Übergang zwischen Kalibrieren und Messen nur der. Betätigung eines Schalters, wenn für einen Schwingungsmesser mit auf der Basis des Halleffekts arbeitenden Schwingungsaufnehmer eine. Stromversorgungseinrichtung verwendet wird, die einen Gleichstromteil für die Gleichstromerregung des Hallspannungserzeugers während des Meßvorganges enthält und einen Wechselstromteil für die Erregung bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und eine Umschalteinrichtung zur Umschaltung zwischen Gleich- und Wechselstromerregung.

Ist das schwingungsfähige System zwecks Messung bei sehr tiefen Frequenzen bei relativ kleinen Amplituden so tief abgestimmt, daß der statische Ausschlag den Wegmeßbereich überschreiten würde, so werden mechanische Festanschläge vorgesehen, die den statischen Ausschlag auf einen vorgegebenen Weg begrenzen.

Die Kalibrierung eines Schwingungsmessers ist dann besonders einfach, wenn der Schwingungsaufnehmer so abgeglichen ist, daß er ohne Einwirkung

der Schwerkraft keine Meßspannung abgibt. Dies ist beispielsweise bei einem Schwingungsaufnehmer für vorzugsweise horizontale Meßrichtung dann der Fall, wenn das der Messung dienende schwingungsfähige System als hängendes Blattfederpendel ausgebildet und der Hallspannungserzeuger ihm gegenüber geometrisch so. justiert ist, daß bei exakt lotrechter Ruhestellung des Pendels keine Hallspannung im Hallspannungserzeuger erzeugt wird. Zur Kalibrierung genügt dann eine 90°-Schwenkung des Aufnehmers dergestalt, daß das Blattfedersystem exakt horizontal liegt und damit das schwingungsfähige System gemäß obiger Gesetzmäßigkeit im Schwerefeld der Erde ausgelenkt wird.

Eine exakte Justierung zwischen dem schwingungsfähigen System und dem Hallspannungserzeuger dergestalt, daß in Ruhestellung keine Meßspannung abgegeben wird, ist in der Praxis schwierig, da bereits ein Justierfehler von weniger als 0,001 mm zur Abgabe einer Hallspannung führt. Aus diesem Grunde erfolgt die Kalibrierung eines Horizontal-Schwingungsauf nehmers nach.dem erfindungsgemäßen Verfahren zweckmäßig dadurch, daß der Schwingungsaufnehmer einmal um 90° gegen die Lotrechte nach der einen Seite und einmal um 90° um die Lotrechte nach der anderen Seite umgelegt wird. Die Summe der aus den beiden Einzelmessungen sich ergebenden Werte entspricht dann dem doppelten Betrag der Absenkung des schwingungsfähigen Systems aus Eigenlast im Schwerefeld der Erde.

In ähnlicher Weise verfährt man bei der Kalibrierung eines Schwingungsaufnehmers für vertikale Meßrichtung. Hier wird der Aufnehmer zur Kalibrierung um 180° gedreht, so daß die Schwerkraft in entgegengesetzter Richtung wirkt. Auch hier entspricht der sich aus der Summe der beiden Einzelmessungen ergebende Wert dem doppelten Betrag der Absenkung des schwingungsfähigen Systems aus Eigenlast im Schwerefeld der Erde.

Sind die Systeme der Schwingungsaufnehmer hoch abgestimmt, so daß sie innerhalb eines frequenzmäßig nach oben begrenzten Gebietes als Beschleunigungsmesser dienen, so entspricht die Drehung um zweimal 90° gegen die Lotrechte bzw. die Drehung um 180° einer Einflußgröße der zweifachen Erdbeschleunigung.

Ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens wird an Hand einer Abbildung beschrieben: :

1 ist das Gehäuse des Schwingungsaufnehmers auf der Basis des Halleffektes. Darin ist 2 die Feder und 3 die Masse des schwingungsfähigen Systems, die zugleich der Erregungsmagnet für den Hallspannungserzeuger ist. 4 ist der Hallspannungserzeuger, dem über die Leitungen 5 ein Steuerstrom zugeführt wird, während über die Leitungen 6 die Hallspannung abgegeben wird. 7 ist das Steuergerät für den Hallspannungserzeuger, in dem ein an das Netz angcschlossener Transformator8 sekundärseitig im Stromkreis 9 eine stabilisierte Gleichspannung erzeugt, an die die Steuerstromzuführungen zum Hallspannungserzeuger mittels des Schalters 10 angeschlossen werden können. In dem Steuergerät wird im Stromkreis

ίο 11 eine stabilisierte Wechselspannung erzeugt, die an Stelle der Gleichspannung des Stromkreises 9 über den Schalter 10 an den Hallspannungserzeuger geleitet werden kann. Die von dem Hallspannungserzeuger abgegebene Spannung wird über die Leitungen 6 einem normalen Wechselspannungsverstärker 12 — beispielsweise einem RC-gekoppelten Verstärker — zugeführt. Das Ausgangssignal dieses Verstärkers 12 wird auf dem Meßinstrument 13 angezeigt. Wird der Schalter in Position II geschaltet, so wird dem Hallspannungserzeuger eine stabilisierte Gleichspannung zugeführt; die Anordnung dient zur Durchführung der Schwingungsmessung. Wird hingegen der Umschalter 10 auf Position I geschaltet, so wird dem Hallspannungserzeuger eine stabilisierte Wechsel-.

spannung und damit ein stabilisierter Wechselstrom zugeführt; die von dem Hallspannungserzeuger abgegebene Hallspannung ist proportional der aus Eigenlast des schwingungsfähigen Systems resultierenden Absenkung. Diese Hallwechselspannung wird in dem Verstärker 12 verstärkt und auf dem Meßwerk 13 als Weg der Absenkung angezeigt.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Kalibrierung von Schwingungsmessern mit auf der Basis des Halleffektes arbeitenden Schwingungsaufnehmern, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine definierte Lageänderung des Schwingungsmessers gegenüber der Richtung des Schwerefeldes der Erde ein statischer Ausschlag des schwingungsfähigen Meßsystems erzeugt, der Hallspannungserzeuger mit Wechselstrom erregt und die erzeugte Hallwechselspannung als Kalibrierungsmaß benutzt wird.

2. Verwendung einer Stromversorgungseinrichtung für einen Schwingungsmesser mit auf der Basis des Halleffektes arbeitenden Schwingungsaufnehmer, die einen Gleichstromteil für die Gleichstromerregung des Hallspannungserzeugers

während des Meßvorganges enthält und einen Wechselstromteil für die Erregung bei der Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und eine Umschalteinrichtung zur Umschaltung zwischen Gleich- und Wechselstromerregung;

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen