DE2146339A1 - Elektromechanischer kraft- oder druckmesswandler - Google Patents

Elektromechanischer kraft- oder druckmesswandler

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Description

Anmelder: industrie-automation GmbH. & Co.
Heidelberg
Eig. Zeichen: i/lOl/71
Elektromechanischer Kraft- oder Druckmeßwandler.
Die Erfindung betrifft elektromechanische Kraft- oder Druckmeßwandler mit einem unter dem Einfluss der zu messenden Größe elastisch verformbaren Körper, dessen Verformung in entsprechende elektrische Größen gewandelt werden.
Derartige elektromechanische Kraft- oder Bruckmeßwandler werden bei elektromechanischen Waagen und Druckmeßeinrichtungen aller Art benutzt. Sie sollen den zu messenden Größen möglichst streng proportionale elektrische Größen abgeben.
Es ist bekannt, die elastisch verformbaren Körper aus metallischen Werkstoffen herzustellen und um den Temperatureinfluß gering zu halten, Stähle zu verwenden, deren Elastizitätsmodul möglichst temperaturunabhängig ist.
Die bekannten Kraft- oder Druckmeßwandler haben den Nachteil, daß auch für diese Zwecke oder ähnliche Zwecke hergestellte metallische Werkstoffe im Gebiet kleiner elastischer Verformungen dem Hooke'sehen Gesetz nicht voll entsprechen, d.h. die anzustrebende Proportionalität der Verformungen des elastisch verformbaren Körpers mit der Belastung wird mit den bekannten Wandlern nicht erreicht. Nachteilig ist ferner, daß, wegen der thermischen Ausdehnung, Temperatureinflüsse die Meßgenauigkeit beeinträchtigen.
309813/0A40
~2~
2U6339
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das elastische Verhalten der für elektromechanisehe Kraft- oder Druckmeßwandler, insbesondere im Gebiet kleiner Verformungen,zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der elastisch verformbare Körper aus nichtmetallischen», anorganischen Werkstoff besteht. Zu den nichtmetallischen, anorganischen Werkstoffen gehören Keramiken, Gläser und Glaskeramiken. Sie haben den Vorzug, daß sie auch im Gebiet kleiner und kleinster Verformungen dem Hooke'sehen Gesetz gehorchen. Ausserdem haben sie allgemein einen kleinen, thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Wegen dieser Eigenschaften ist es möglich, kleine elastische Verformungen meßtechnisch auszuwerten, ohne daß die thermische Ausdehnung praktisch das Messergebnis verfälscht.
Zweckmässig ist es, aus der großen Vielfalt der nichtmetallischen, anorganischen Werkstoffe diejenigen für die Herstellung von elastisch verformbaren Körpern für Kraft- oder Druckmeßwandlern auszuwählen, deren Elastizitätsmodul möglichst temperaturunabhängig ist und deren Ausdehnungskoeffizient klein ist.
Da die infrage kommenden Werkstoffe die billige Herst Il_ig selbst verhältnismäßig komplizierter Formen erlauben, eröffnet die Anwendung dieser Werkstoffe die Möglichkeit, die Formen der bekannten Kraft- oder Druckmeßwandler aus Metall und die Verfahren der umsetzung der Verformung in entsprechende elektrische Größen zu benutzen.
Als besonders vorteilhaften Werkstoff haben sich Glaskeramiken erwiesen. Ihr kleiner Ausdehnungskoeffizient in Verbindung mit ihren günstigen elastischen Eigenschaften ergeben elastisch verformbare Körper, die den bekannten überlegen sind. Die gegenüber metallischen Körpern gleicher Abmessung kleinere zulässige Verformung wird durch ihre Verwendbarkeit bis in das Gebiet, in dem bei metallischen Werkstoffen das Hooke'sche Gesetz nicht mehr erfüllt wird, mehr als ausgeglichen.
Da die erfindungsgemäß zu benutzenden Werkstoffe elektrische Isolierstoffe darstellen, ergeben sich bei der Wandlung der Verformung in entsprechende elektrische Größen verschiedene Vorteile gegenüber dem Bekannten.
308813/0440 ~3~
2U6339
i/101/71
Sie bestehen darin, daß Elektroden für die Wandung der mechanischen Verformung durch kapazitive Abtastung unmittelbar, z.B. durch Aufdampfen auf den verformbaren Körper aufgebracht werden können.
Auch für die Vndlung der Verformung in elektrische Größen nach Art von sogenannten "Dehnungsmeßstreifen" sind die erfindungsgemäßen Körper gut geeignet. Veil sie Isolatoren darstellen, kann man auch die durch die Verformung veränderbaren Widerstände unmittelbar auf den Körper aufbringen, vas z.B. in bekannter Weise durch Aufdampfen geschehen kann.
Die bei den bekannten Dehnungsmeßstreifen vielfach übliche Meanderform, die der Erzielung eines höheren Widerstandes dient, kann auch beim Aufdampfen hergestellt werden. Eine derartige Formgebung erübrigt sich jedoch in den meisten Fällen, weil sich das Widerstandsmaterial in beliebig dünnen Schichten aufbringen lässt.
Der Abgleich der unmittelbar auf den Körper aufgebrachten Widerstände auf ihren Sollwert ist auf einfache Weise z.B. durch Abpolieren, -ätzen oder -schleifen möglich.
Die aufzubringenden Widerstände können derart angebracht und geformt werden, daß sie auch als Elektrode bei kapazitiver Bestimmung der Verformung zu dienen vermögen. Das hat den Vorteil, daß ein und derselbe Körper in Kraft- oder Druckmeßwandlern verwendbar ist,, die nach der Kondensator- oder der Widerstandsmethode arbeiten.
Eine wechselweise Benutzung in einem Kraft- oder Druckmeßwandler ist in der Weise möglich, daß das Gleichgewicht der Meßbrücke, mittels derer der Widerstand der Elektrode - des "Dehnungsmeßstreifens" - erfasst wird, nach Meßgabe ihrer Kapazität gegen eine andere Elektrode verschoben wird.
309813/ (U AO

Claims (5)

?ΗΓ·33ί) i/HM, ,1 Patentansprüche.
1. Elektromechanischer Kraft- oder Druckmeßwandler mit einem unter dem Einfluß der zu messenden Größe elastisch verformbaren Körper, dessen Verformung in entsprechende elektrische Größen verwandelt werden, dadurch gekennzeichnet,
daß der elastisch verformbare Körper aus nichtmetallischem, anorganischem Werkstoff besteht.
2. Elektromeehanischer Kraft- oder Druckmeßwandler nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
daß der Werkstoff Glaskeramik ist.
3. Elektromechanischer Kraft- oder Druckmeßwandler nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens eine der für eine kapazitive Abtastung der Verformung erforderlichen Elektroden unmittelbar auf den Körper aufgebracht ist.
4. Elektromechanischer Kraft- oder Druckmeßwandler nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet,
daß die unter dem Einfluß der Verformung veränderbaren Widerstände - "Dehnungsmeßstreifen" - unmittelbar auf den elastisch verformbaren Körper aufgebracht sind.
5. Elektromechanischer Kraft- oder Druckmeßwandler nach Anspruch 1,2,3 und 4 dadurch gekennzeichnet,
da£i die unter dem Einfluß der Verformung veränderbaren Widerstände derart pn dem elastisch verformbaren Körper angebracht und geformt sind, daß sie sowohl als veränderbare Widerstände als auch als Elektroden bei kapazitiver Bestimmung der Verformung zu dienen vermögen.
30 98 13/04 40 original
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