DE1957058U

DE1957058U - Einrichtung zum messen physikalischer groessen.

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Publication number: DE1957058U
Application number: DEJ13940U
Authority: DE
Original assignee: INDUSTRILABORATORIET AB
Current assignee: INDUSTRILABORATORIET AB
Priority date: 1964-06-23
Filing date: 1965-06-14
Publication date: 1967-03-16
Also published as: CH433812A; GB1081779A; US3356977A; DK114161B; NL6508063A; AT261936B; DE1285189B; FI42887B; BE665673A; ES314510A1

Description

RA.054

PATENTANWALT dipl ing. dr. iur V. BUSSE osnabruck/mösers

f fi7

Osnabrück, den 27.Jan.i967 II/2/4

J 13 940/42d Gbm

INDUSTRILABORATORIET
AKTIEBOLAG,

JÖNKÖ'PING (SCHWEDEN)

Einrichtung zum Messen physikalischer Größen

Die Neuerung betrifft eine Einrichtung zum Messen physikalischer Größen unter Ausnutzung der Magnetostriktionswirkung d.h. der Eigenschaft eines Eisenstückes, bei Einwirkung einer zusammendrückenden Kraft, die Permeabilität in Richtung der Kraft zu vermindern und rechtwinklig zur Kraft zu steigern, während das Verhältnis bei' Zugbeanspruchung umgekehrt ist.

Eine bekannte Einrichtung (schwed. Patentschrift I80 348) enthält wenigstens einen aus einem MeBkÖrper aus ferromägnetischem Material bestehenden Geiser, der dazu bestimmt ist, einer von genannter Größe abhängigen mechanischen Belastung ausgesetzt zu werden, weiter wenigstens eine den Meßkörper teilweise umgebende Magnetisierungswieklung und wenigstens eine Meßwicklung. Diese Micklungen sind dazu vorgesehen, an eine Spannungsquelle bzw. an ein Meßinstrument angeschlossen zu werden, wobei die Magnetisierungs- und die Meßvfcklungen in einigem Abstand voneinander gelegen sind, und wobei eine von einer Fläche zu einer dieser abgeandten Fläche des

Meßkörpers reichende Partie der Magnetisierungswicklung wenigstens beim Messen von der Meßwicklung durch einen diesen Wicklungsbereich umgebenden magnetischen Stoff getrennt ist, so daß ein wesentlicher und von der mechanischen Belastung des Meßkörpers abhängiger Teil des von der Magnetisierungswicklung in den Meßkörper induzierten magnetischen Plusses sich durch besagten Stoff außerhalb der Meßwicklung schließt, ohne diese zu passieren, während sich gleichzeitig ein anderer wesentlicher Teil des 3?lusses sich durch die Heßwicklung schließt ο

Zweck der Neuerung ist es in erster Linie, die Empfindlichkeit einer derartigen Meßeinrichtung wesentlich zu erhöhen. Zu diesem Zweck geht die !Teuerung aus von einer Einrichtung zum Messen oder Indizieren physikalischer Größen unter Ausnutzung der Magnetostriktionswirkung, bestehend aus einem Meßkörper aus ferromagnetische^ Material, der mechanischen Belastungen ausgesetzt werden soll, sowie aus wenigstens einer den MeßkÖrper ganz oder teilweise umschließenden Magnetisierungswicklung und wenigstens einer Meßwicklung, welche so im Verhältnis zueinander angeordnet sind, daß ein Teil, des von der MagnetisierungsicLcklung in den Mefikopper induzierten magnetischen Flusses sowohl in mechanisch belastetem wie ..unbelastetem Zustand des Meßkörpers sich durch die MeßwiGklung schließt und zeichnet sich dadurch aus, daß die eine Wicklung das innerhalb der anderen Wicklung befindliche Material wenigstens teilweise umschließt.

Vorteilhaft ist diese eine Wicklung von der Meßwicklung gebildet» Nach einem weiteren Merkmal fällt die 'ficklungsebene

der Magnetisierungswieklung im wesentlichen mit der Wicklungsebene der Meßwicklung zusammen. Auch die MagE&isierungs« achsen der beiden Wicklungen fallen vorzugsweise zusammen. Ein weiteres Merkmal der Heuerung sieht vor, daß der Meßkörper derart angeordnet ist, daß er beim Messen der in einem relativ kleinen Bereich zweier Endflächen angesetzten mechanischen Belastung augesetzt wird, und daß wenigstens ein Teil, der Magnetisierungswieklung und ein Teil der Meßwicklung von einer Fläche des Meßkörpers zu einer dieser abgewandten Fläche in einer zentral gelegenen, ein ausgeprägtes Maximum der Beanspruchung ergebenden Zone durch den Meßkörperquerschnitt hindureingeführt ist. Vorteilhaft ist hierbei der Meßkörper als Stab ausgebildet und beim Messen zur Aussetzung für eine mechanische Belastung in seiner Längsrichtung vorgesehen.

Der Gegenstand der Neuerung wird nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert: Fig. 1 und 2 sind Draufsichten auf eine gemäß der Neuerung ausgeführte Meßeinrichtung in unbelastetem bzw. belastetem Zustand. Fig. 3 veranschaulicht die Wirkung, die ein Loch in einem Körper auf die Verteilung der Beanspruchung durch eine mechanische Belastung längs einem Querschnitt des Körpers ausübt. Fig. 4 veranschaulicht die Beanspiechungsverteilung in einigen Querschnitten eines Körpers von einer zentral gegen die eine Körperfläche angesetzten Belastung. Fig. 5 zeigt ein Beispiel einer Meßanordnung mit zwei gemäß der Neuerung angeordneten Gebern in einer perspektivischen Ansicht. Fig. β zeigt einen gemäß der Neuerung angeordneten stabförmigen Geber in perspektivischer Ansicht.

Die Fig. 1 bis 2 der Zeichnung zeigen den Gegenstand der Neuerung, der einen Meßkörper umfaßt, der aus einer oder mehreren aufeinander gelegten Platten aus magnetischem Werkstoff aufgebaut ist, und durch den vier Löcher 2 und 3 derart geführt sind, daß sie im wesentlichen in einer und derselben Ebene liegen. Durch die beiden ämßeren Löcher 2 ist eine Magnetisierungswicklung 4 und durch die zwischen diesen äußeren Löchern 2 gelegenen Löcher 3 ist eine Meßwicklung 5 gezogen. Diese Wicklungen sind nur in Fig. 5 und 6 gezeigt. Im Gegensatz zu der bekannten Ein« richtung kommen somit bei der Neuerung die beiden Wicklungen 4,5 im wesentlichen in ein und derselben Wicklungsebene zu liegen, wobei die Meßwicklung das innerhalb der Magnetisierungswicklung 4 vorhandene Material des Meßkörpers 1 mindestens teilweise umschließt

Wird die Magnetisierungswicklung 4 an eine Wechselstromquelle angeschlossen, so erhält man im Meßkörper 1 ein Magnetfeld, von dessen Kraftlinien β ein Teil durch die Meßwicklung 3 und der übrige Teil außerhalb derselben verläuft. Wird nun der Meßkörper mechanisch belastet, so werden die Kraftlinien 6 durch den Meßkörper auf Grund der Magnetostriktionswirkung deformiert, so daß sie eine mehr elliptische Form annehmen, weshalb j.etzt eine andere Anzahl Kraftlinien durch die Meßwicklung verläuft als bei unbelastetem Meßkörper. Deshalb wird die in die Meßwicklung induzierte elektrornotorsiche Kraft verändert, welche Änderung ein Meß für die Belastungsänderung darstellt.

Auf Grund dieser Anordnung der Widmungen gewinnt man mehrere

und 2 wesentliche Vorteile. Wie sich aus Fig. t/näher ergibt, kommt

die Meßwicklung innerhalb der zentralen Teile der Kraftlinien 6 zu liegen, wodurch der Meßwicklung eine größere induzierende elektromotorische Kraft vermittelt wird. Bei der in Pig. 1 und gezeigten Anordnung der Löcher 2 und 2 in Nähe der zentralen Teile des Meßkörpers kommen die Kraftlinien in der Zone des Meßkörpers dichter zu liegen., wo die Löcher j5 der Meßwicklung gelegen sind. Wird nun der Meßkörper durch eine mechanische Kraft F gegen zwei voneinander angewandte Flächen 7 des Meßkörpers parallel zur Wicklungsebene beaufschlagt, wie in Fig. 2 angedeutet ist, so werden die Kraftlinien in starkem Maße von der Mitte des Meßkörpers fortgedrängt, so daß die Anzahl der die Meßwicklung passierenden Kraftlinien einer starken Reduktion unterworfen wird. Dieses übt eine große Veränderung auf die in die Meßwicklung induzierte elektromotorische Kraft aus, weswegen der Geber eine bedeutsame Empfindlichkeit erhält. Die Empfindlichkeit wird größer, wenn .die.beiden Wicklungen derart angeordnet sind, daß deren Magnetisierungsachsen zusammenfallen.

Hierzu ' !'ist ferner ein Faktor von Bedeutung, der in Fig. veranschaulicht ist. Ein Loch 8 in einem einer mechanischen Belastung ausgesetzten Körper 3, z.B. Druck F gegen voneinander abgewandte Flächen 10 und 11 eines gemäß der Neuerung angeordneten Meßkörpers, bedeutet einen Abbruch in der mechanischen Kraftüberführung zwischen den genannten Flächen, wobei die Beanspruchung sich in einem Querschnitt rechtwinklig zur Kraftrichtung durch das Loch so verteilt,

daß die Beanspruchung in der Nähe des Loches bedeutend größer als und oft etwa dreimal so groß wie weiter von diesem entfernt ist. Dieses wird durch das Diagramm 12 in Fig. 3 veranschaulicht. In der zum genannten Querschnitt rechtwinkligen Wicklungs-ebene erh'ält man dagegen bis an die Löcher Zugbeanspruchungen im Material. Dieses bewirkt eine weitere Deformation der Kraftlinien bei mechanischer Belastung und damit eine Steigerung der Empfindlichkeit des Gebers.

Um von Fall zu Fall ungefähr die gleiche Verteilung der Beanspruchung im Meßkörper von Gebern dieser Art zu erhalten, setzt man am besten die Kraft gegen den Meßkörper relativ zentral gegen die der Belastung ausgesetzten Flächen an. Hierbei erhält man eine Beanspruchungsverteilung in ver« schiedenen Querschnitten des Körpers, die in Fig. 4 veranschaulicht ist. Eine gegen den Körper 9 zentral angesetzte Druckkraft ist hier mit dem Pfeil F angegeben. In einem Querschnitt unmittelbar unter dem Ansatzpunkt 13 erhält man hierbei eine Beanspruchungsverteilung, die dem Diagramm 14 entspricht und die ein ausgeprägtes Maximum unter dem Punkt 13 aufweist. Je langer man sich dann vom Punkt I3 entfernt, desto flacher wird die Beanspruchungskurve, wie aus den Diagrammen I5 und 16 hervorgeht.

Die neuerungsgemäße Anordnung bietet die Möglichkeit, die Löcher 2 und 3 in den Zonen des Meßkörpers 1 anzuordnen,

wo die Beanspruchungskurve ein mehr oder weniger ausgeprägtes Maximum aufweist, was die Empfindlichkeit des Gebers bei BelastungsVeränderungen weiterhin steigert. Zu diesem Effekt kommt dann der oben angegebene Locheffekt von den Löchern der beiden Wicklungen.

Die in Fig. 4 gezeigte Beanspruchungsverteilung in Nähe des betreffenden Ansatzpunktes 13 der Belastung erhält man sicherer, wenn die Belastung gegen reduzierte Flächen des Meßkörpers 1 angesetzt wird, wie durch die abgeschnittenen schraffierten Partien 17 veranschaulicht ist.

Auf Grund der großen angprechbarkeit des neuen Gebers, die fünf- bis zehnmal größer als die des bekannten Gebers ist, beeinträchtigen eventuelle Temperaturveränderungen der Einrichtung die Größe der Ausgangswerte nur in geringem Maße.

Fig. 5 zeigt eine Meßeinrichtung, zu der zwei gemäß der Neuerung angeordnete Geber 18 und ^^ gehören. Die Geber sindteit den einen Enden ihrer Meßkörper 1 durch Nieten, Kleben oder Löten auf jeweils einer Seite eines fest angeordneten Armes 20 und mit den anderen Enden an einem freien Arm 21 befestigt. Wird nun der Arm 21 mit einer nach unten gerichteten Kraft P belastet, so wird der Meßkörper des oberen Gebers 18 einer Zugbelastung und der Meßkörper des unteren Gebers 19 einer Druckbelastung ausgesetzt. Die Meßwicklungen der beiden Geber werden hier deshalb so in

Serie zueinander geschaltet, damit man über die gemeinsamen Klemmen 22 und 23 der Meßwicklungen in mechanisch unbe« lastetem Zustand des Meßkörpers Nullspannung erhält. Bei einer Belastung durch die Kraft P werden dabei die Werte von den beiden Meßwieklungen mit ihren Zeichen voneinander subtrahiert, wobei der Ausgangswert von den Klemmen 22 und 2J der Belastungsveränderung vollkommen entspricht.

Fig. 6 zeigt einen Geber gemäß der Neuerung, dessen Meßköper 1 als Stab ausgeführt ist. In einem solchen wird der in Fig. 3 verdeutlichte Locheffekt und der in Fig. 4 gezeigte Beanspruchungsverteilungseffekt noch stärker hervor·* gehoben. Werden in diesem Falle die durch die mechanische Belastung F beaufschlagten Endflächen 24 des Stabes abgefaßt, so erhält man eine weitere Verstärkurg der genannten Effekte mit einer folglieh bedeutend gesteigerten Anspreehbarkeit.

Der neuerungsgemäße Geber kann in Bezug auf die Wicklungs~ ebene völlig symmetrisch ausgebildet werden, was bei dem bekannten Geber nicht möglich ist.

Der Geber läßt sich natürlich im Rahmen der nachfolgenden Schutzansprüche abändern. So können bei einer Ausführungs« form die äußere Wicklung als Meß«-; und die innere als Magnetisierungswieklung verwendet werden. Ein gewisser Winkel zwischen den" Wicklungsebenen der beiden Wicklungen kann toleriert werden, und man kann, die eine Wicklung auch ein kurzes Stück seitlich zu der anderen Wicklung verschieben.

Claims

BA.054 H7*30.1.67

Schutzansprüche:

1o Einrichtung zum Messen oder Indizieren, physikalischer Größen unter Ausnutzung der Magnetostriktionswirkung, bestehend aus einem Meßkörper aus ferroniagnetischem Material, der mechanischen Belastungen ausgesetzt werden soll, sowie aus wenigstens einer den Ii'Ießkörper ganz oder teilweise umschließenden Magnet!sierungswicklung und wenigstens einer Meßwicklung, welche so im Verhältnis zueinander angeordnet sind, daß ein Teil des von der Magnetisierungswicklung in den Meßkörper induzierten magnetischen Flusses sowoiil in mechanisch belastetem wie unbelastetem Zustand des Meßkörpers sich durch'.die Meßwicklung schließt, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Wicklung das innerhalb der anderen Wicklung befindliche Material wenigstens teilweise umschließt,

2„ Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine Wicklung von der Meßwicklung gebildet ist.

3„ Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsebene der Magnetisierungswicklung im wesentlichen mit der Wicklungsebene der Meßwicklung zusammenfällt. " .

M-. . Einrichtung nach einem der insprüche 1 bis 3₅ dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetisierungsacnsen der beiden Wicklungen zusammenfallen„

5„ Einrichtung nach einem der -Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkörper derart angeordnet ist, daß er beim Messen der in einem relativ kleinen Eereich zweier Endflächen angesetzten mechanischen Belastung ausgesetzt wird, und daß wenigstens ein Teil der Magnetisierungswicklung und ein Teil der ffießwicklung von einer Fläche des Meßkörpers zu einer dieser abgewandten IPläcne in einer zentral gelegenen, ein ausgeprägtes Maximum der Beanspruchung ergebenden Zone durch den Meßkörperquerschnitt nindurchgeführt ist ο

6. Einrichtung nach Anspruch 5₅ dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkörper als Stab ausgebild.et und. beim Messen zur Aussetzung für eine mechanische Belastung in seiner Längsrichtung vorgesehen ist.