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Elektrisches Meßgerät Die Erfindung bezieht sich auf ein aus Potentiometer
und mehreren Gebern vorschiedener Linearität bestehendes Meßgerät zum elektrischen
Messen von Prüfkräften, Verformungen und ähnlichen technischen Vorgängen.
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Es sind elektrische Meßgeräte nach dem Prinzip der selbstabgleichenden
Meßbrücke bekannt, wobei das Verhältnis zweier Widerstände in der Weise gemessen
wird, daß die Widerstände mit einem Potentioometer zu einer Brückenschaltung vereinigt
werden, die beispielsweise über eine Batterie mit Spannung gespeist wird. Dabei
werden über zwei Leitungen die Diagonalspannungen der Widerstandskombination sowie
des Potentiometers einem Verstärker zugeführt. Dieser Verstärker verstärkt die Differenzspannungen
zwischen den beiden Leitungen und führt sie einem Stellmotor zu, mit dessen Welle
sowohl der Schleifer des Potentiometers als auch ein Zeiger verbunden ist. Da sich
dieser Motor bemüht, das Potentiometer so zu verstellen, daß die Differenzspannung
zu Null führt, kann auf einer Skala hinter dem Zeiger letzten Endes das V@@@@@@@@nis
der Wi@@@@@stände abgelesen werden.
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Es werden derartige Meßgeräte in hohem Maße dazu verwendet, um Kräfte,
Verformungen u. dgl. zu messen. Es werden dabei die Widerstände in einer Form angewandet,
in der sich ihr Verhältnis mt steigender Kraft oder steigender Verformung, also
mit dem sich verändernden Meßwert ändert. Wenn diese Änderung linear mit dem Meßwert
erfolgt und das Potentiometer gleichfalls line-ar ist, dann ict dureh den Zeiger
auch eine genaue Anzeige des Verhältnisses der Widerstände zu erwarten.
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Ea ist Jedoch iii der überwieenden Zahl der Anwendungs fälle keine
genaue Proportionalität zwischen die Änderung dr Meßwertes einerseits und der Änderung
des Verhältnisses der Widerstände andererseits gegben. Es sind nämlich Kraftmeßdesen
nicht streng linear, was auch für Potentiometer in Dehnungsgebern gilt.
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Ferner ist eine Vorrichtung zum elektrischen Messen der Prüfkräfte
bei der Werkstoffprüfung mit einer der Werkstoffprobe zugeordneten externen Meßbrücke
und einer inneren, eine Regelwiderstand aufweisenden Meßbrücke bekannt, mit dessen
Hilfe der Widerstand der internen Brücke dem von den Prüfkräften abhänhgigen Widerstand
der externen Brücke angeglichen wird. Es ist dabei zwischen dem Zeiger und des Schleifkontakt
des Regelwiderstandes ein aus zwei Teilheboln und einer durch eine Feder auf eine
Kurvenscheibe angedrückten Rolle bestchendes Korrekturglied angeordnet, welches
die Anzeige linearer Änderungen der Prüfkräfte auf der linear geteilen Anzeigenkala
des Regelwiderstanden ermöglicht. Wird die Dahn der Kurvenscheibe geschicht gebogen,
so kann damit tatsächlich eine beliebige Kurvenkrümmung
in die
Charakteristik des Potentiomenters hineinsimuliert werden.
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Dieses bekannte Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß es einmal
eine erhebliche Reibung im Potentiometer mit sich bringt, zum anderen kann ein solches
Potentiometer nur für eine einzige Schleifbahn einer Kurvenscheibe eingerichtet
werden. Wenn nänlich an ein solches Meßgerät mehrere Geber angeschlossen werden
sollen, deren Nichtlinearität untereinander verschieden ist, so mäßte für jeden
Geber ein gesondertes, vollständiges Potentiometer verwendet werden, was jedoch
einen bedeutenden Kostenaufwand bedeutet. In nachteiliger Weise würde sich außerdem
das an sich schon große Reib- od.r 8chleifmoment der mehreren Potentiometer addieren,
50 daß dieser Betrag; sehr schnell so groß werden kann, daß der Stellmotor nicht
mehr in der lage wä.-re, das ganze Paket aus Potentiometern durchzudrehen.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nunmehr darin,
mit einem aus einem Potentiometer und mehreren Gebern untereinander verschiedener
Linearität bestehenden Meßgerät ein genaues Anzeigen der Meßwert zu ermöghohen.
In den meisten Fällen sind nämlich die Geber oder Widerstände nicht linear, so daß
sich in der graphischen Darstellung Kurvern ergeben werden. Eine exakte Anzeige
eines Meßwertes durch den Zeiger des Potentiometers ist Jedoch nur dadurch zu erzielen,
daß die Abweichungen der Kurven oder Geranden in umgekehrter Richtung als künstliche
Nichtlinearität des Potentiometers verwirklicht werden und damit die Eichtlinearität
der Geber oder Widerstände kompensieren.
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Gemäß dem Erfindungsvorschlag wird dies dadurch erreicht, daß das
Potentiometer als ein mit zwei Schleifern auf einem gemeinsamen Arm ausgestattetes
Referenspotentiometer ausgebildet ist, bei dem die Diagonalspannung über einen zwischen
den beiden Schleifern angeodneten Spannungsteiler abgegriffen wird.
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lu weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der zwkockzl den beiden
Schleifern angeordnete Spannungsteiler als mit einem Schleifer ausgerüstetes Hilfspotentiometer
ausgebildet, welches in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Eauptpotentiometore verstellbar
ist. Erfindungsgemäß erfolgt ferner die winkelabhängige Verstellung des Hilfspotentiometers
durch eiue auf der Achse des Hauptpotentiometers befestigte Kurvenscheibe.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung
und der nachfolgenden Beschreibung.
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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise und schematisch
dargestellt, und zwar veranschaulicht Fig. 9 eine normale Potentiometerschaltung,
Fig 2 eine graphische Wiedergabe der Aufgabenstellung, Fig. 3 einen ausschnitt aus
einer bekannten Meßanordnung und Fig. 4 das erfindungsgemäße Meßgerät.
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In Fig. 1 sind mit 1 und 2 die beiden Widerstände benannt, die mit
dem Potentiometer 3 zu einer Brückenschaltung vereinigt sind, die von einer Batterie
4 gespeist wird. Über die beiden Leitungen 5 und 6 werden die Diagonalspannugen
der Widerstandskombination 1/2 sowie des Potentiometers 3 zu einem Verstärker 7
geführt, der die Differenzspannung 5/6 verstärkt und einem Stellmotor 8 zuführt,
mit dessen
Welle 9 sowohl der Schleifer des Potentiometers 5 als
auch ein Zeiger 10 verbunden it. Da der Motor 8 sich bemäht, das Potentiometer 3
so zu verstellen, daß die Differenzspannung 5/6 ZU Null fulirt, kann auf einer la
hinter dem Zeiger 10 das Verhältnis der Widerstände 1 und 2 abgelesen werden. Mit
11, 12 und 13 sind die Anschlüsse an dem Potentiometer 3 bezeichnet.
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In der graphischen Darstellung gemäß Fig. 2 ist über der Achse 14
der Meßwert aufgetragen, der gmessen werden soll, während auf der Achse 15 das Verhältnis
der Widerstände 1/2 der Fig. 1 aufgetragen ist. Bei strenger Linearität der Widerstände
würde sich eine Gerade 16 ergeben, jedoch ergibt sich in den meisten Fällen beispielsweise
eine Kurve 17.
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In Fig, 3 ist mit 18 die Achse eines Potentiometers benannt. Der
Arm 19, der den Schleifer 20 trägt, der seinerseits auf der Widerstandswicklung
21 schleift, ist jedoch nicht fest mit der Achne 18 verbunden, sondern sitzt vielmehr
lose und verdrehbar auf diesor. Andererseits ist der Arm 2 fest mit der Achse 18
verbunden. Zweischen dem Ende 23 des Arme 22 und dem Punkt 24 des Armes 19 sind
zwei gelenkige Glieder 25, 26 angeordnet, deren Verbindungsstelle, als Schleifer
27 ausgebildet, auf der Bahn 28 einer Kurvenscheibe schleift. Die Punkte 23 und
24 werden durch eine Feder 29 zusammengezogen, wodurch der Schleifer 27 immer ge-;en
die 3ahn 28 gepreßt wird. Wenn nun die Achse 18 des Potentiometers beispielsweise
durch einen Stellmotor 8 der Fig. 1 verdreht wird, so folgt der Schleifer 20 dieser
Drehung nicht direkt, sondern verzerrt durch die Lage der Bahn
28.
Wird diese Bahn geschickt gebogen, so kann damit eine beliebige Kurvernkrümmung
in die Charakteristik des Potentiometers hineinsimuliert werden. Diese Ausführung
hat aber die vorstehend erwähnten Mängel.
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In der die Erfindung darstellenden Fig. 4 ist mit 30 die Achse des
Potentiometers bezeichnet, welches in Fig. 1 mit 3 benannt wurde. Diese Achse 30
trägt den Arm 31, auf dessen freiem Ende sich die beiden Schleifor 32 und 33 befinden,
die beiden mit geringem Abstand auf der Wicklung 34 des Potentiometers schleifen.
Diese Wicklung ist über die beiden Anschlüsse 35 und 36 in den elektrischen Aufbau
des Meßgerätes eingeschaltet, wobei diese Anschlüsse den Anschlüssen 11 und 12 der
Fig. 1 entsprechen. Während jedoch in Fig. 1 der Schleifer des Potentiometers 3
über den Anschluß 13 an die Leitung 5 zum Verstärker 7 gelegt ist, gib-t es erfindungsgemäß
von den beiden Schleifern 32 und 33 zwei getrennte Leitungen 37 und 38, die an die
beiden Enden der Wicklung 39 des Hilfspotentiometers 40 führen. Erst der Schleifer
41 dieses Hilfspotentiometers ist mit der Leitung 42 verbunden., die der Leitung
5 der Fig. 1 entspricht und zum Verstärker 7 führt. Das Hilfspotentiometer 40 seinerseits
wird über eine olle 43 und eine Kurvenscheibe 44 von der Welle 30 aus beeinflußt.
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Die Arbeit mit diesem erfidungsgemäßen Meßgerät, das bevorzugt bei
der Kraftmessung von Werkstoffprüfmaschinen Anwendung finden kann, geht wie folgt
vor sich: Beträgt die Abweichung des Meßverstaufnehmers 1/2 von der exakten Linearität
beispielsweise # 10, so wird zunächst der Abstand der beiden Schleifer 32 und 33
(Fig. 4) so gewählt,
daß er jedenfalls größer ist als # 1% des Meßbereichsumfanges
des Potentiometers. Je nach Lage des Schleifers 41 wird daun ein Meßwert abgegriffen,
der zwischen dem des Schleifers 32 und 33 liegt. Durch entsprechende Wahl der Kurvenscheibe
44 kann dieser Abgriff nun über den ganzen Meßbereich beliebig variiert werden.
Die Nichtlinearität des Gebers 1/2 kann also durch Einsetzen einer empirisch geformten
oder vorausberechneten Kurvenscheibe 44 begradigt werden.
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Sollen mehrere Geber 1/2 angeschlossen werden, so kann immer wieder
dasselbe Potentiometer 30 bis 34 verwendet werden. Nutweder kann jedem Geber 1/2
eine gesonderte Kurvenscheibe 44 zugeordnet werden, die mit Auswechseln des Gebers
gleichfalls ausgewechselt wird, oder wo dies nicht zulässig ist, braucht man doch
zumindest nur mehrere Kurvenscheiben 44 mit Hilfspoteniometern 40 anzuordnen, um
dann beim Übergang von einen Geber auf den anderen Geber einfach die Anschlüsse
der verschiedenen Hilfspotentiometer 40, nämlich die Leitungen 37, 38 turd 42, umzuscbilten.
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Der Reibungswiderstand des Potentiometers 30 bis 34 int gering, da
gegenüber Fig. 3 der Schlitten 24 wechselt, der, an die Laufbahn 25 angepreßt, auf
dieser gleiten muß.
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Außerdem vorbilligt sich die Anlage dadurch, daß alle Teile der Fig.
4 handelsüliche Geräte sind, die nicht, wie dies in Fig. 3 der Fall ist, durch komplizierte
mechanische Hebel und Gelenke vervollständigt werden müssen.