DE2247062A1

DE2247062A1 - Hochtemperatur-dehnungsmesser

Info

Publication number: DE2247062A1
Application number: DE19722247062
Authority: DE
Inventors: Kenji Kanai; Takeshi Shioda; Osamu Watanabe
Original assignee: Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
Current assignee: Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
Priority date: 1971-09-28
Filing date: 1972-09-26
Publication date: 1973-04-12
Also published as: GB1336539A; US3745502A; JPS5142947B2; JPS4841780A; FR2155294A5; DE2247062B2; DE2247062C3

Description

Ho cht emp er atur-Dehnung sme s s er

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochtemperatur-Dehnungsmesser und betrifft insbesondere einen Widerstandsdraht-Hoelitemperatur-Dehnungsmesser mit einem Blindelement zum Kompensieren von temperaturbedingten Abweichungen,,

Es gibt bereits verschiedene Arten iron Widerstands draht => ;BeliiKingsmessern zum Messen von Dehnungen erhitzter Körper_o Eine Art von bekannten Hochtemperatur-Dehnungsmessern verwendet eine metallische Unterlage, auf welcher eine Behnungsmeßbrucke bildende Widerstandsdrähte oder »wendel befestigt sind« Ein solcher Dehnungsmesser auf metallischer Unterlage v/ird gewöhnlich durch Punktschweißung auf einem

Versuchs-, oder Meßkörper befestigt. Wegen der Steifigkeit der matallischen Unterlage ist es jedoch äußerst schwierig oder gar unmöglich, einen solchen Dehnungsmesser mit einem Versuchskörper au-verkleben, insbesondere auch darum, weil die instalIisehe Unterlage aufgrund ihrer Dichte das Antrocknen des Klebers verhindert.

Eine andere bekannte Art von Widerstandsdraht-Hochtemperatur-Dehnungsmessern verwendet als Unterlage ein Glasfasergewebe oder Asbest. Solche Dehnungsmesser mit Glasfaser- oder Asbestunterlage werden gewöhnlich mit einem Kleber an einem Versuchskörper befestigt. Wegen ihrer nichtmetallischen Unterlage können solche Dehnungsmesser jedoch nicht durch Pimktschweißung auf dem Versuchskörper angebracht werden.

Die US-PS 3 245 018 beschreibt einen Hochtemperatur—Dehnungsmesser mit einem unter Zugspannung verformbaren, metallischen rohrförmigen Unterlageteil, welches mit einem kompressiblen elektrisch isolierenden Material ausgefüllt ist. In dem Isoliermaterial ist ein Widerstandselement nicht stoffschlüssig eingebettet. Dieser Dehnungsmesser mit nicht stoffschlüssig befestigtem Widerstandselement zielte auf eine Verbesserimg von Dehnungsmessern mit stoffschlüssig befestigten Widerstandselementen ab. Er weist jedoch den Mangel auf, daß wegen der Ausbildung der Unterlage als metallisches rohrförmiges Teil für die Befestigung an einem Versuchskörper wie bei den vorstehend angeführten Dehnungsmessern mit metallischer Unterlage nur Punktschweißung in Frage kommt.

In der Anwendung bei hohen Temperaturen ist der Ausgang von Dehnungsmessern bekanntlich beträchtlichen temperaturabhängigen Abweichungen unterworfen. Für einen bei hohen Temperaturen verwendbaren Dehnungsmesser ist ein Ausgleich dieses als Nullabweichung bezeichneten, temperaturabhängigen Fehlers eine wesentliche Voraussetzung. Für einen solchen Ausgleich gibt es bekannte Systeme mit einem aktiven und einem blinden Meßelement, also Systeme, bei denen neben dem zur tatsächlichen Dehnungsmessung verwendeten Element ein Blind- oder

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Eichelement vorgesehen ist. Letzteres liefert einen Kompensationsausgang zum Ausgleichen der temperaturbedingten Abweichungen am Ausgang des Meßelements. Bei den "bekannten Dehnungsmessern mit einem Meßelement und einem Blindelement ist das letztere gewöhnlich der Wirkung einer in Richtung seiner Hauptachse verlaufenden Zugspannung unterworfen. Die durch die auf das Blindelement einwirkende Zugspajinung hervorgerufene Abweichung wurde "bei bekannten Dehnungsmessern vernachlässigt. Es wurde jedoch festgestellt, daß dadurch der vom Bündelement "bewirkte Ausgleich der !Nullabweichungen nicht mehr dazu ausreicht, einen für genaue Messungen erforderlichen fehlerfreien Ausgang zu erzielen.

Der vorstehend angeführte Dehnungsmesser mit rohrförmiger metallischer Unterlage und der Füllung aus kompressiblem Isoliermaterial enthält ebenfalls ein Blindelement, welches jedoch auch Zugkräften ausgesetzt ist und daher die vorstehend angeführten Mängel aufweist„

Darüber hinaus sind bekannte Dehnungsmesser gewöhnlich

auf einer sehr steifen Unterlage angebracht und daher für

die Verwendung an einer gekrümmten Oberfläche nicht sehr geeignet.

Ein wichtiges Ziel der Erfindung besteht darin, einen Dehnungsmesser ohne die vorstehend angeführten Mängel bekannter Anordnungen zu schaffen, welcher sich sowohl durch Schweißen als auch durch Kleben an einem Versuchskörper befestigen läßt und aufgrund dieser beiden Befestigungsmöglichkeiten vielseitiger verv/endbar ist.

Bei einem Hochtemperatur-Dehnungsmesser der genannten Art ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß ein aktives Meßelement 'und ein blindes Ausgleichselement mittels eines hitzebeständigen Klebers auf einer dünnen, gitterartigen Metallunterlage befestigt sind und daß die gitterartige Metallunterlage mit das Ausgleichselement .umgebenden Öffnungen, welche die Übertragung von Zizgspannurigen von einem Versuchs-

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körper auf das Element verhindern, und mit einem das aktive Meßelement umgebenden Bereich für die Befestigung an dem Versuchskörper durch Schweißen oder Kleben ausgebildet ist.

Daraus, daß das blinde Aucgleichselement des erfinäungsgemaßen Dehnungsmessers keinen vom Vcrsuchskörper her übertragenen Zugspannungen unterworfen ist, ergibt sich der Vorteil, daß es ausschließlich auf Temperaturänderungen anspricht und daher einen Ausgang für eine äußerst genaue Kompensation von temperaturbedingten Abweichungen abzugeben vermag.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeinpiels anhand der Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. Leine vergrößerte, schematisierte Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Dehungsmessers in transparenter Darstellung,

Fig. 2a eine Ansicht der Rückseite des Dehnungsmessers, Fig. 2b eine Profilansicht desselben und

Fig. 3 eine Vorderansicht einer für den Dehnungsmesser verwendeten gitterartigen Metallunter.lage.

Der in Fig. 1 in einer transparenten Darstellung gezeigte Dehnungsmesser hat eine im einzelnen in Fig. 3 gezeigte gitter- oder netzartige Metallunterläge 10. Biese ist unter Anwendung bekannter Verfahren, beispielsweise eines Fotoätzverfahrens, aus einem sehr dünnen Metallblech z.B. aus einer Chrom-Nickellegierung gefertigt. In der Zeichnung ist die Unterlage vergrößert dargestellt. In einer praktischen Ausführung mißt sie etwa 10 χ 18 mm bei einer Dicke von etwa 0,1 mm. Gleichwohl ist die Erfindung nicht auf einen Dehnungsmesser mit diesen Abmessungen beschränkt.

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Auf der Unterlage 10 sind Meßelemente 12 und 14 mittels eines hitzebeständigen, beispielsweise keramischen Klebers befestigt. Die Meßelemente 12 und 14 sind als Drahtelemente auf der Basis von Wickel, Platin od. dergl. ausgeführt. Das Element 12 ist ein aktives Meßelement, während das Element ein Ausgleichs- oder Blindelement ist. Der hitzebeständige Kleber zum Befestigen des Meßelements 12 und des Blindelements 14 bedeckt eine von den Linien 16 und 16' eingefaßte unregelmäßige Fläche auf der Unterlage 10. -Das Meßeüement ist durch Löten oder Schweißen an zwei Leitern 20 und 22 angeschlossen, und das Bündel em ent in entsprechender Weise an zwei Leitern 22 und 24. Die. Leiter 20", 22 und 24 sind aus Nickel, einer Chrom-Nickellegierung od. dergl..

Das aktive Meßelement 12 und das Blindelement 14 sind über die Leiter 20, 22 und 24 mit einer von Dehnungsmesser getrennt angeordneten, an sich bekannten und daher nicht im einzelnen beschriebenen. Brückenschaltung verbunden.

Um das Ausgleichs- oder Blindelement 14 herum ist die Unterlage 10 von Öffnungen oder Schlitzen 26, 28, 30 und 32 durchsetzt, welche die Übertragung von Zugspannungen auf das Element 14 verhindern. Die Öffnungen oder Schlitze können bei der Herstellung der Unterlage im Fotoätzverfahren oder einer anderen Art der Bearbeitung gleich mit gebildet werden

In der Anwendung des dargestellten Dehnungsmessers wird ein von der gestrichelten Linie 18 eingefaßtes rechteckiges oder quadratisches Teilstück der gitterartigen Unterlage 10 mittels eines hitzebeständigen Klebers oder durch Schweißung an einem Versuchsstück oder Meßkörper befestigt.

Für die Befestigung des Dehnungsmessers ah einem Versuchskörper durch Punktschweißung dient ein entlang der gestrichelten Linie 18 um das rechteckig© Teilstück herum verlaufender Streifen, an welchem die Unterlage 10"vorzugsweise durchgehend ausgebildet, also nicht durchbrochen ist.

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Für die Befest igung des Dehnungsmessers an einem. Ifersuchskörper mittels eines hitzebeständigen, vorzugsweise keramischen Klebers verwendet man zweckmäßig den außerhalb der _; gestrichelten Linie 18 um das rechteckige Teilstück _r|ierum verlaufenden, gitterartig durchbrochenen Bereicji. Pabei ist darauf zu achten, daß das obere Teilstück der gitterartigen Unterlage 1O₁ auf violchem das Blindelement 14 angeordnet ist, nicht ebenfalls angeklebt wird. Der außerhalb der öffnungen 26, 28, 30 und 32 um das obere Teilstück der Unterlage IQ herum verlaufende Rand kann wahlweise angeklebt werden oder unbefestigt bleiben.

Dadurch, daß man den Dehnungsmesser mit einer stoffschlüssigen Verbindung nur entlang der gestrichelten Linie 18 an einem" Versucbskörper befestigt, ist das aktive Meßelement 12 den am l'Ießkörper auftretenden Zugspannungen voll unterworfen. Das Blindelement 14 ist demgegenüber den Zugspannungen nicht unterworfen, da das obere Teilstück der Unterlage 10 unbefestigt ist und das Element überdies von den öffnungen 26 bis umgeben ist. Während also die Temperatur des Bliixielemeiits den gleichen Änderungen unterliegt wie die des ließelements 12, findet keine Übertragung von Zugspannungen auf das Element statt. Dementsprechend vermag das Blindelement 14 einen ausschließlich temperaturabhängigen Kojnpensationsausgang ohne Beeinflussung durch am Versuchskörper auftretende Zugspannungen zu liefern.

Wie man aus der in Fig. 2a gezeigten Ansicht der Unte:i?seite und der in Fig. 2b dargestellten Profilansicht des liochtenperatur-Dehnungsmessers erkennt, können das aktive und das blinde Meßelement 12 bzw. 14 mit einer schützenden Kferamikschicht überzogen sein. Zur Vereinfachung der Darstellung ist die gitterartige Metallunterlage 10 in diesen Figuren als durchgehendes Blech gezeichnet.

Somit schafft die Erfindung einen Hochtejnperatur-Ilehirungsmesser mit jeweils einem mittels eines hit ζ ebe ständigen Klebers, z.B. eines keramischen Klebers, auf einer gitterarti-

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gen Metallunterlage befestigten aktiven ließelement und blinden Ausgleichselement, wobei das das aktive Meßelement tragende Teilstück der Unterlage mittels eines Mtzebeständigen Klebers oder durch Schweißung an einem Meßkörper befestig"bar und das das Ausgleichselement tragende Teilstück den am Meßkörper auftretenden Zugspannungen nicht unterworfen ist. Aus dieser Anordnung ergibt sich ein verbesserter Hochtemperatur-Dehnungsmesser mit wirksamem Ausgleich von temperaturbedingten Abweichungen des Ausgangssignals.

In einer Anzahl von Versuchen zeigte es sich, daß der erfindungsgemäße Dehnungsmesser ohne zusätzlichen Ausgleich bei Temperaturen bis zu etwa 500 C praktisch verwendbar ist. Eei einem Meßfaktor von beispielsweise 1,5 bis 2_}0 beträgt die Abweichung für Temperaturen von 300 C weniger als etwa 5% und für Temperaturen von 500 °C weniger als etwa

Durch die Möglichkeit der Befestigung an einem Heßkörper mittels hitzebeständigen Klebers oder durch Punktschweißung ergibt sich eine besonders vielseitige Verwendbarkeit des Dehnungsmessers. Dabei kann die Metallunterlage so dünn ausgeführt sein, daß sich der Dehnungsmesser ohne sonderliche Schwierigkeit an gekrümmten Flächen mit einem Krümmungsradius von beispielsweise 20 cm befestigen läßt.

Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Änderungen und Abwandlungen des vorstehend beschriebenen Ausfuhrungsbeispiels möglich.

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Claims

O _ Patentansprüche:

1. Hochtemperatur-Dehnungsmesser, dadurch g e k e η η zeichne t, daß ein aktives fleßelement (12) und ein blindes Ausgleichselement (14) mittels eines hitzebeständigen Klebers auf einer dünnen, gitterartigen Metallunterlage (10) befestigt sind und daß die gitterartige Metallunterlage mit das Ausgieichselement umgebenden Öffnungen (26, 28, 30, 32), welche die Übertragung von Zugspannungen von einem Versuchskörper auf das Element verhindern, und mit einem das aktive Meßelement umgebenden Bereich für die Befestigung des Dehnungsmessers an dem Versuchskörper durch Schweißen oder Kleben ausgebildet ist.

2. Hochtemperatur-Dehnungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittels eines hitzebeständigen Klebers auf der gitterartigen Metallunterlage (10) befestigten aktiven und blinden Elemente (12 bzw. 14) als Drahtelemente ausgebildet und an Leitern (20, 22 bzw. 22, 24) angeschlossen sind und daß der Bereich für die Befestigung des Dehnungsmessers an dem Versuchskörper einen ersten Teilbereich (18) zum Befestigen mittels Schweißung und einen den ersten Teilbereich umgebenden, gitterartig durchbrochenen Teilbereich zum Befestigen des Dehnungsmessers mittels eines hitzebeständigen Klebers aufweist.

3· Hochtemperatur-Dehnungsmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der hitzebeständige Kleber durch Keramik gebildet wird. '

4. Hochtemperatur-Dehnungsmesser nach Anspruch 1,2 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gitterartige Metallunterlage (10) aus einem Metallblech, insbesondere aus einer Chrom-Nickellegierung gefertigt ist.

5. Hochtemperatur-Dehnungsmcsser wenigstens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

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der zum Befestigen durch Schweißung vorgesehene Teilbereich (18) der Metallunterlage (10) ohne gitterartige Durchbrüche ausgebildet und durch Punktschweißung befestigbar ist.

6. Hochtemperatur-Dehnungsmesser nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gek'ennz e i chne t, daß der das blinde Ausgleichselement (14) tragende Teil der metallischen Unterlage (10) an allen vier Seiten von den Öffnungen (26, 28, 30, 32) umgeben ist.·

7. Hochtemperatur-Dehnungsmesser nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gitterartige Metallunterlage (10) im Fotoätzverfahren hergestellt ist.

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