DE2534096A1

DE2534096A1 - Kraftmesseinrichtung

Info

Publication number: DE2534096A1
Application number: DE19752534096
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl Ing Nuernberger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-07-30
Filing date: 1975-07-30
Publication date: 1977-02-17
Also published as: JPS5217870A

Description

Kraftmeßeinrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftmeßeinrichtung mit einem iegerohr als Meßfeder, dessen offenes Ende mit einer Öffnung einer Trennwand druckdicht eingespannt ist und an dessen anderem, geschlossenem Ende außen die Meßkraft angreift und innen ein das Biegerohr axial durchsetzender Steuerstab starr befestigt ist, der die meßgrößenabhängige Auslenkung des Biegerohrs auf ein mechanisch-elektrisches Wandlersystem überträgt.
Eine derartige Kraftmeßeinrichtung ist bekannt, sie wird besonders als Teil einer Differenzdruck- bzw. Höhenstandsmeßeinrichtung eingesetzt, da der als Meß ender verwendete, auf Biegung beanspruchbare federnde Hohlzylinder, kurz Biegerohr genannt, gleichzeitig die abdichtende Durchführung durch eine beispielsweise zwei Räume unter verschiedenem Druck trennende Wand bildet.
Bei der bekannten Meßeinrichtung sind induktive oder kapazitive Wandlersysteme vorgesehen, deren Komponenten teils am Steuerstab, teils ortsfest angeordnet sind. Derartige Systeme erfordern jedoch eine hohe Präzision in der Herstellung und sind hinsichtlich der Gewinnung und Auswertung der Meßsignale relativ aufwendig.
Es besteht demgemäß die Aufgabe, eine Kraftmeßeinrichtung mit einem Wandlersystem zu schaffen, das die genannten Nachteile nicht aufweist.
Eine Lösung der Aufgabe wird in einer Kraftmeßeinrichtung der eingangs genannten Art gesehen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß als Wandlersystem ein Schwingungssystem vorgesehen ist, dessen aufgrund seiner von einer mechanischen Größe steuerbaren physikalischen Eigenschaften frequenzbestimmender Teil kraftschlüssig mit dem freien Ende des Steuerstabs gekoppelt ist. Als besonders geeignete Schwingungssysteme haben sich die an sich bekannten Schwingsaitenoszillatoren oder Schwingkreise mit piezoelektrischem Geber erwiesen.
Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Kraftmeßeinrichtung ist darin zu sehen, daß das elektrische Ausgangssignal in frequenzanaloger Form vorliegt, wodurch es besonders für die immer mehr an Bedeutung gewinnende frequenzanaloge Meß- und Regelungstechnik geeignet ist.
Zur Erläuterung der Erfindung sind in den Figuren 1 und 2 Ausführungsbeispiele dargestellt und im folgenden beschrieben.
Figur 1 zeigt in einer nicht maßstäblichen Darstellung eine Kraftmeßeinrichtung mit einem Schwingsaiten-Wandlersystem. In der Öffnung einer Trennwand 1 ist ein Biegerohr 2 mit seinem einen, offenen Ende 3 druckdicht eingesetzt. An dem anderen, freien und abgeschlossenen Ende 4 des Biegerohrs 2 greift außen in Richtung senkrecht zur Rohrachse die zu messende Kraft K an, innen wird das Biegerohr 2 von einem biegesteifen Steuerstab 5 axial durchsetzt, der an dem geschlossenen Ende 4 des Biegerohrs 2 starr befestigt ist.
Unter dem Einfluß der Meßkraft K biegt sich das Biegerohr 2 in der Zeichnungsebene nach unten, bis es eine Stellung einnimmt, in welcher die Meßkraft K gegen die Federkraft des Biegerohrs 2 ausgewogen ist. Das freie Ende 6 des Steuerstabs 5, welches aus dem offenen Ende 3 des Biegerohrs 2 herausragt, bildet die meßkraftabhängige Auslenkung des Biegerohrs 2 als Weg senkrecht zur Mittelachse ab. Zur Umformung dieses Wegs in ein elektrisches Signal ist das freie Ende 6 des Steuerstabs 5 über eine relativ weiche Koppelfeder 7 mit einem Arm eines Hebels 8 kraftschlüssig gekoppelt. Der andere Arm des an einer ortsfesten Schneide 9 gelagerten Hebels 8 ist mit dem einen Ende einer Schwingsaite 10 verbunden, deren anderes Ende in einem Rahmen 11 oder dergleichen gelagert ist. Die Schwingsaite 10 wird in bekannter Weise von einem Erregerelement 12 berührungsfrei in Schwingung versetzt. Diese mechanische Schwingung wird mittels des Abgriffs 13 in eine elektrische Schwingung umgewandelt, die wiederum das Erregersystem 12 steuert. Elektrische Schaltungen zum Betrieb von Schwingsaitenoszillatoren sind bekannt und bedürfen keiner weiteren Erläuterung, eine Schaltungsanordnung zur Weiterverarbeitung der abgegriffenen Schwingung ist deshalb hier nicht gezeichnet. Die Eigenfrequenz der Schwingsaite 10, die eine Funktion der Saitenspannung und damit der meßkraftabhängigen Aus lenkung des Biegerohrs 2 ist, läßt sich ohne weiteres als frequenzanaloges elektrisches Ausgangssignal verarbeiten.
In Figur 2 ist die Ankopplung des Steuerstabs 5 über die Koppelfeder 7 und den Hebel 8 an ein anderes Schwingungssystem schematisch dargestellt. Das Schwingungssystem ist ein Schwingkreis, dessen frequenzbestimmender Teil ein piezoelektrischer Geber 14 ist, dessen Eigenfrequenz sich mit dem über den Hebel 8 auf ihn ausgeübten Druck ändert.
Das als Meßfeder wirkende Biegerohr 2 und die Koppelfelder 7 bilden ein parallel geschaltetes Federungssystem. Um eine Rückwirkung der Ankopplung auf die Meß ender zu verhindern, ist die Koppelfeder 7 so auszulegen, daß ihre Federkonstante um 1 bis 2 Dezimalgrößenordnungen kleiner ist als die. des Biegerohrs 2.
4 Patentansprüche 2 Figuren

Claims

Patentansprüche 1. Kraftmeßeinrichtung mit einem Biegerohr als Meßf eder, dessen offenes Ende in einer Öffnung einer Trennwand druckdicht eingespannt ist und an dessen anderem geschlossenem Ende außen die Meßkraft angreift und innen ein das Biegerohr axial durchsetzender Steuerstab starr befestigt ist, der die meßgrößenabhängige Auslenkung des Biegerohrs auf ein Wandlersystem mit elektrischem Ausgang überträgt, dadurch gekennzeichnet, daß als Wandlersystem ein Schwingungssystem vorgesehen ist, dessen aufgrund seiner von einer mechanischen Größe steuerbaren physikalischen Eigenschaften frequenzbestimmender Teil kraftschlüssig mit dem freien Ende (6) des Steuerstabs (5) gekoppelt ist.
2. Kraftmeßeinrichtung näch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerstab (5) mit einer elektrisch erregten Schwingsaite (10) gekoppelt ist, deren Eigenfrequenz elektrisch abgreifbar ist.
3. Kraftmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerstab (5) mit einem piezoelektrischen Geber (14) als frequenzbestimmenden Teil eines Schwingkreises gekoppelt ist.
4. Kraftmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Kopplungsweg zwischen dem Ende (6) des Steuerstabs (5) und dem frequenzbestimmenden Teil (10, 14) des Schwingungssystems eine Koppelfeder (7) angeordnet ist, deren Federkonstante um 1 bis 2 Dezimalgrößenordnungen kleiner ist als die des Biegerohrs (2).