DE1806065C

DE1806065C - Measuring device for the electrical measurement of test forces, deformations or similar technical processes

Info

Publication number: DE1806065C
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing 8500 Nürnberg Fuhrmann
Original assignee: Maschinenfabrik Augsburg Nürnberg AG, Zweigniederlassung Nürnberg, 8500 Nürnberg
Publication date: 1971-12-09

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein aus einem mit zwei Schleifern auf einem gemeinsamen Arm ausgerüsteten Potentiometern und mehreren Gebern untereinander verschiedener Linearität bestehendes Meßgerät zum elektrischen Messen von Prüfkräften, Verformungen oder ähnlichen technischen Vorgängen. The invention relates to a one equipped with two sliders on a common arm Potentiometers and several encoders with different linearity among each other Measuring device for the electrical measurement of test forces, deformations or similar technical processes.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, mit einem aus Potentiometer und mehreren Gebern untereinander verschiedener Linearität ίο bestehenden Meßgerät ein genaues Anzeigen der Meßwerte zu ermöglichen. In den meisten Fällen sind nämlich die Geber oder Widerstände nicht linear, so daß sich in der graphischen Darstellung Kurven ergeben. Eine exakte Anzeige eines Meßwertes durch den Zeiger des Potentiometers ist jedoch nur dadurch zu erzielen, daß die Abweichungen der Kurven oder Geraden in umgekehrter Richtung als künstliche Nichtlinearität des Potentiometers verwirklicht weiden und damit die Nichtlinearität der ao Geber und Widerstände kompensieren.The object on which the invention is based is to use a potentiometer and several Encoders with different linearity ίο to enable the existing measuring device to display the measured values precisely. In most cases namely, the sensors or resistors are not linear, so that in the graphic representation Curves. However, an exact display of a measured value by the pointer of the potentiometer is only to achieve that the deviations of the curves or straight lines in the opposite direction realized as an artificial non-linearity of the potentiometer and thus the non-linearity of the ao Compensate encoder and resistors.

Es ist eine Vorrichtung (deutsches GebiauchsiTiuster 1817 633) zum elektrischen Messen der Prüfkräfle bei der Werkstoffprüfung mit einer der Werkstoffrolle zugeordneten externen Meßbrücke und einer inneren, einen Rcgelwidcrstand aufweisenden Meßbrücke bekannt, mit dessen Hilfe der Widerstand der internen Brücke dem von den IMifkräften abhängigen Widerstand der externen Brücke angeglichen wird. Es ist dabei /wischen dem Zeiger und dem Schle'fkontr'.t des Regelwiderstandes ein aus zwei Tcilh-beln und einer durch eine Feder auf eine Kurvenseheib.·: angedrückten Rolle bestehendes Korrekturglicd angeordnet, welches die Anzeige linearer Änderungen der Prüfkräftc auf der linear geteilten Anzeigeskala des Regclwidcrstandes ermöglicht. Wild die Bahn der Kurvenscheibe geschickt gebogen, so kann damit tatsächlich eine beliebige Kurvenknimmung in die Charakteristik des Potentiometers hincinsimulicrt werden.It is a device (German GebiauchsiTiuster 1817 633) for electrical measurement of the test forces in materials testing with one of the External measuring bridge assigned to the material roller and an internal measuring bridge with a Rcgelwidcrstand Measuring bridge known, with the help of which the resistance of the internal bridge that of the Resistance of the external bridge, dependent on the forces, is adjusted. It is there / wipe that Pointer and the Schle'fkontr'.t of the rheostat one of two parts and one by one Spring on a cam disc. ·: Pressed roller existing correction glicd arranged, which the display of linear changes in the test forces on the linearly divided display scale of the regulator resistance. Wildly sent the path of the cam curved, any curve kinking can actually be made into the characteristics of the Potentiometer can be simulated.

Dieses bekannte Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß es einmal emc erhebliche Reibung im Potentiometer mit sich bringt, zum anderen kann ein solches Potentiometer nur für eine einzige Schlcifbahn einer Kurvenscheibe eingerichtet werden. Wt-η η nämlich an ein solches Meßgerät mehrere Cicbcr angeschlossen werden sollen, deren Nichtlinearität untereinander verschieden ist, so müßte für jeden Geber ein gesondertes, vollständiges Potentiometer verwendet werden, was jedoch einen bedeutenden Kostenaufwand bedeutet. In nachteiliger Weise würde sicli außerdem das an sich tchon große Reib- oder Schlcifmomcnt der mehreren Potentiometer addieren, so daß dieser Betrag sehr fcchncll so groß werden kann, daß der Stellmotor tiiclit mehr in der Lage wäre, das ganze Paket aus Polcntiomctcrn durchzudrehen.However, this known method has the disadvantage that there is once emc considerable friction in the Potentiometer entails, on the other hand, such a potentiometer can only be used for a single Can be set up for a cam disc trajectory. Wt-η η namely to such a measuring device several Cicbcr should be connected whose non-linearity is different from one another, a separate, complete one would have to be provided for each giver Potentiometers can be used, but this means a significant expense. In disadvantageous In addition, the already large friction or grinding force of the several would be wise Add potentiometers so that this amount can very quickly become so large that the servomotor tiiclit would be more able to freak out the whole package of policies.

Ferner ist ein elektrisches Feindrahtpotentiometcr zum Abgreifen der Stellung von gering belastbaren Meßgeräten bekannt (deutsche Patentschrift 907 351), bei dem zwar zwei Schleifer Verwendung finden, zwischen denen aber kein Spannungsteiler angeordnet ist, über den die Diagonnlspannung abgegriffen werden könnte.Furthermore, there is an electrical fine wire potentiometer for tapping the position of lightly resilient Known measuring devices (German patent specification 907 351), in which two grinders are used, But between which no voltage divider is arranged, via which the diagonal voltage is tapped could be.

Bei einer außerdem bekannten Anordnung (deutsche Auslcgcschrift 1 222 280) zur Verhinderung der Fehlanzeige des zu registrierenden Mittelwertes einer umlaufenden Meßgröße werden zwei galvanisch voneinander getrennte und um 180° gegeneinander versetzte Schleifer benutzt, eine Maßnahme, mit der die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe insofern jedoch nicht gelöst werden kann, als Nichtlinearitäten, die wenige Prozent vom Endwert ausmachen, ausgeglichen werden sollen, weswegen in sinnvoller Weise der Abstand der erfindungsgemäßen Schleifer auch nur wenige Prozent der Gesamtlänge der Schlcifbahn beträgt.In a further known arrangement (German Auslcgcschrift 1 222 280) for prevention the false display of the mean value to be registered of a circulating measured variable becomes two galvanically separated grinders offset by 180 ° are used, a measure with which the object on which the invention is based cannot be achieved in this respect, however, as non-linearities, which make up a few percent of the final value, are to be compensated for, which is why in a meaningful way, the distance between the grinder according to the invention is also only a few percent the total length of the Schlcifbahn.

Schließlich behandelt die französische Patentschrift 1 203 079 lediglich eine Schaltung mit mehreren Potentiometern, wobei aber bei keinem dieser Potentiometer zwei nahe beieinanderliegende Schleifer Verwendung finden und in der Literaturstelle P f 1 i e r, »Elektrische Meßgeräte und Meßverfahren« (1957), werden auf den Seiten 231 und 232 nur Brückenschaltungen offenbart, in denen ein Potentiometer lediglich zum Abgleich und damit zur Messung der Lage eines Fehlers herangezogen wird.Finally, French patent specification 1 203 079 only deals with one circuit with several Potentiometers, but none of these potentiometers have two closely spaced sliders Find use and in the literature reference P f 1 i e r, "Electrical measuring devices and measuring methods" (1957), on pages 231 and 232 only bridge circuits are disclosed in which a Potentiometer is only used for adjustment and thus for measuring the position of an error.

Gegenüber diesem bekannten Stand der Technik und zur Lösung der gestellten Aufgabe liegen erfindungsgemäß die beiden Schleifer des Referenzpetentiometers nahe beieinander, und es wird die Diagonalspannung über einen zwischen diesen beiden Schleifern angeordneten Spannungsteiler abgegriffen, welcher seinerseits als in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Hauptpotentiometers verstellbares, mit einem weiteren Schleifer versehenes Hilfspotentiomete; ausgebildet ist.Compared to this known state of the art and to solve the problem set are according to the invention the two sliders of the reference petentiometer close together, and it becomes the Diagonal voltage tapped via a voltage divider arranged between these two wipers, which in turn can be adjusted depending on the angle of rotation of the main potentiometer, auxiliary potentiometer provided with another slider; is trained.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die winkelabhängige Verstellung des Hilfsnotentiometers durch eine auf der Achse des Hauptpotentiometers befestigte Kurvenscheibe und mittels einer Rolle. Außerdem ist erfindungsgemäß jedem Geber eine gesonderte, auswechselbare Kurvenscheibe zugeordnet, und bei mehreren Kurvenscheiben mit entsprechenden Hilfspotentiorne'e^rn werden beim Übergang von einem der Geber auf den anderen Geber die Anschlüsse des Hilfspotentiometers umgeschaltet. Das erfindungsgemäße Meßgerät findet in zweckmäßiger Weise bei der Kraftmessung in Werksiofiprüfmaschinen Anwendung.In a further embodiment of the invention, the angle-dependent adjustment of the auxiliary potentiometer takes place by means of a cam disk fastened on the axis of the main potentiometer and by means of a roller. In addition, according to the invention, each encoder is assigned a separate, exchangeable cam disk, and if there are several cam disks with corresponding auxiliary potentiometers ^r n, the connections of the auxiliary potentiometer are switched when switching from one of the transmitters to the other transmitter. The measuring device according to the invention is expediently used in force measurement in factory testing machines.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung erläutert.Further refinements of the invention are shown in the drawing and the description below explained.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt, und zwar veranschaulicht In the drawing, the invention is shown by way of example and schematically, namely illustrated

Fig. 1 eine normale Potentiometerschaltung,Fig. 1 shows a normal potentiometer circuit,

F i g. 2 eine graphische Wiedergabe der Aufgabenstellung, F i g. 2 a graphic representation of the task,

Fig. 3 einen Ausschnitt aus einer bekannten Meßanordnung undFig. 3 shows a section from a known measuring arrangement and

F i g. 4 das erfindiingsgcmäße Meßgerät.F i g. 4 the measuring device according to the invention.

In F i g. I 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 Diagonalspannungen der Wide!- standskombination 1/2 sowie des Potentiometers 3 zu einem Verstärker 7 geführt, der die DifFercnzspannung 5/6 verstärkt und einem Stellmotor 8 zuführt, mit dessen Welle 9 sowohl der Schleifer des Potentiometers 3 als auch ein Zeiger 10 verbunden ist. Da der Motor 8 sich bemüht, das Potentiometer 3 so zu verstellen, dafl c'ie DifTerenzspannung 5/6 zu Null führt, kann auf einer Skala hinter dem Zeiger 10 das Verhältnis der Widerstände 1 und 2 abgelesenIn Fig. I, the two resistors are named 1 and 2, which are combined with the potentiometer 3 to form a bridge circuit that is fed by a battery 4. Via the two lines 5 and 6, the diagonal voltages of the wide range combination 1/2 and the potentiometer 3 are fed to an amplifier 7, which amplifies the differential voltage 5/6 and feeds it to a servomotor 8, with whose shaft 9 both the potentiometer wiper 3 and a pointer 10 is connected. Since the motor 8 tries to adjust the potentiometer 3 in such a way that the differential voltage 5/6 leads to zero, the ratio of the resistors 1 and 2 can be read off on a scale behind the pointer 10

werden. Mit Jl₁ 12 und 13 sind die Anschlüsse un dem Potentiometer 3 bezeichnet,will. With Jl ₁ 12 and 13, the connections to the potentiometer 3 are designated,

In der graphischen Darstellung gemäß Fig. 2 ist über der Achse 14 der Meßwert aufgetragen, der gemessen werden soll, wahrend auf der Achse 15 das Verhältnis der Widerstände 1/2 der F i g. 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.In the graphic representation according to FIG. 2, the measured value is plotted over the axis 14, which is measured is to be, while on the axis 15 the ratio of the resistances 1/2 of the F i g. 1 applied is. With strict linearity of the resistances, a straight line 16 would result, but it does In most cases, for example, a curve 17.

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 Achse 18 verbunden, sondern sitzt vielmehr lose und verdrehbar auf dieser. Andererseits ist der Arm 22 fest mit der Achse 18 verbunden. Zwischen dem Ende 23 des Armes 22 und dem Punkt 24 des Armes 19 sind zwei gelenkige Glieder 25, 26 angeordnet, deren Verbindungsstelle, als Schleifer 27 ausgebildet, auf ao der Bahn 28 einer Kurvenscheibe schleift. Die Punkte 23 und 24 werden durch tine Feder 29 zusammengezogen, wodurch der Schleifer 27 immer gegen die Bahn 28 gepreßt wird. Wenn nun die Achse 18 des Potentiometers beispielsweise durch as einen Stellmotors 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 Kurvenkrümmung in die Charakteristik des Potentiometers hineinsimuliert werden. Diese Ausführung hat aber die vorstehend erwähnten Mangel.In Fig. 3, 18 is the axis of a potentiometer named. The arm 19, which carries the wiper 20, which in turn is on the resistance winding 21 grinds, but is not firmly connected to the axle 18, but rather sits loosely and rotatable on this. On the other hand, the arm 22 is firmly connected to the axle 18. Between the end of 23 of the Arm 22 and the point 24 of the arm 19 are two articulated members 25, 26 arranged, whose Connection point, designed as a grinder 27, on ao the path 28 of a cam grinds. Points 23 and 24 are drawn together by a spring 29, whereby the grinder 27 is always pressed against the web 28. If now the Axis 18 of the potentiometer is rotated, for example, by a servomotor of FIG. 1, so the grinder 20 does not follow this rotation directly, but rather is distorted by the position of the web 28 this path is cleverly bent so that any curve curvature can be added to the characteristic of the potentiometer can be simulated. However, this embodiment has those mentioned above Defect.

In der die Erfindung darstellenden F i g. 4 ist mit 30 die Achse des Potentiometers bezeichnet, welches in Fig. 1 mit 3 benannt wurde. Diese Achse 30 tragt den Arm 31, auf dessen freiem Ende sich die beiden Schleifer 32 und 33 befinden, die beide mit geringem Abstand nnf 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, gibt es erfindungsgemäß von den beiden Schleifern 32 und 33 iwei getrennte Leitungen 37 und 38, die an die beiden Enden der Wicklung 39 des Hilfspotentiometers 40 führen. Erst der Schleifer 41 dieses Hilfspotentio-Dieters ist mit der Leitung 42 verbunden, die der Leitung S der F i g. 1 entspricht und zum Verstärker 7 führt. Das Hilfspotentiome'.cr 40 seinerseits wird über eine Rolle 43 und ein. Kurvenscheibe 44 Von der Welle 30 aus beeinflußt.In the FIG. 4 is with 30 denotes the axis of the potentiometer, which was designated by 3 in FIG. This axis 30 carries the arm 31, on the free end of which the two grinders 32 and 33 are located, both of them with a small distance nnf of the winding 34 of the potentiometer. This winding is about the two Connections 35 and 36 switched into the electrical structure of the measuring device, these connections the connections 11 and 12 of FIG. 1 correspond. However, while in Fig. 1 the grinder of the potentiometer 3 is connected via the connection 13 to the line 5 to the amplifier 7, there is according to the invention from the two sliders 32 and 33 iwei separate lines 37 and 38, which are connected to the two The ends of the winding 39 of the auxiliary potentiometer 40 lead. First the grinder 41 of this auxiliary potential dieter is connected to line 42 which corresponds to line S of FIG. 1 corresponds to and to the amplifier 7 leads. The auxiliary potentiome'.cr 40 in turn is via a role 43 and a. Cam 44 Affected by the shaft 30.

Die Arbeit mit diesem erfindungsgemäßen Meßgerät, das bevorzugt bei der Kraftmessung von Werkstoffprü.fmaschinen Anwendung finden kann, geht wie folgt vor sich: Beträgt die Abweichung des Meßwertaufnehmers 1/2 von der exakten Linearität beispielsweise ± 1 %>, so wird zunächst der Abstand der beiden Schleifer 32 und 33 (I⁴' i g. 4) so gewählt, daß er jedenfalls größer ist als ± 1 %> des Meß bercichsumfanges des Potentiometers. Je nach Lage des Schleifers 41 wird dann ein Meßwert abgegrifTeii, 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.The work with this measuring device according to the invention, which can preferably be used in the force measurement of materials testing machines, proceeds as follows: If the deviation of the transducer 1/2 from the exact linearity is, for example, ± 1%>, the distance between the two sliders 32 and 33 (I ⁴ 'i g. 4) selected so that it is in any case greater than ± 1%> of the measuring range of the potentiometer. Depending on the position of the grinder 41, a measured value between that of the grinder 32 and 33 is then picked up. By appropriate selection of the cam 44, this tap can now be varied as desired over the entire measuring range. The non-linearity of the encoder 1/2 can thus be straightened out by inserting an empirically shaped or precalculated cam 44.

Sollen mehrere Geber 1/2 angeschlossen werden, so kann immer wieder dasselbe Potentiometer 30 bis 34 verwendet werden. Entweder 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 Hilfspotentiometern 40 anzuordnen, um dann beim Übergang von einem Geber auf den anderen Geher einfach die Anschlüsse der verschiedenen Hilfspotentiometer 40, nämlich die Leitungen 37, 38 υ ,1 42, umzuschalten.If several encoders 1/2 are to be connected, the same potentiometer 30 to 34 can be used. Either a separate cam 44 can be assigned to each encoder 1/2 which is also replaced when the encoder is replaced, or where this is not done is permissible, at least one only needs a plurality of cams 44 with auxiliary potentiometers 40 to be arranged in order to then simply connect the connections at the transition from one encoder to the other walker the various auxiliary potentiometers 40, namely the lines 37, 38 υ, 1 42 to switch.

Der Reibungswiderstand des Potentiometers 30 bis 34 ist gering, da gegenüber Fig. 3 der Schlitten wechselt, der, an die Laufbahn 25 angepreßt, auf dieser gleiten muß. Außerdem verbilligt sich die Anlage dadurch, daß alle Teile der Fig. 4 handelsübliche Geräte sind, die nicht, wie dies in Fig. 3 der Fall ist, durch komplizierte mechanische Hebel und Gelenke vervollständigt werden müssen.The frictional resistance of the potentiometer 30 to 34 is low because, compared to FIG. 3, the slide changes, which, pressed against the raceway 25, must slide on this. In addition, the cheaper Plant in that all parts of FIG. 4 are commercially available Devices are not, as is the case in Fig. 3, by complicated mechanical levers and joints need to be completed.

Claims

Patent claims:

1. From a potentiometer equipped with two sliders on a common arm and several encoders with one another with different linearity existing measuring device for electrical Measurement of test forces, deformations or similar technical processes, thereby marked that the two The wiper (32, 33) of the reference potentiometer are close together and the diagonal voltage tapped via a voltage divider (40) arranged between these two wipers is, which in turn as a function of the angle of rotation of the main potentiometer (30 to 34) adjustable auxiliary potentiometer (40) provided with a slider (41) ■ is trained.

2. Measuring device according to claim 1, characterized in that the angle-dependent adjustment of the auxiliary potentiometer (40) by one on the axis (30) of the main potentiometer (30 to 34) attached cam (44) and by means of a roller (43) takes place.

3 Measuring device according to claims 1 and 2, characterized in that a separate, exchangeable cam disk (44) is assigned to each transmitter (1/2).

η. Measuring device according to Claims 1 to 3, characterized characterized in that with several cams (44) with appropriate auxiliary potentiometers (40) at the transition from one encoder (1) to the other encoder (2) the connections of the Auxiliary potentiometer (40) can be switched over.

5. Measuring device according to claim 1 to 4, characterized in that this device in the force measurement is used in materials testing machines.

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