DE2712359C2

DE2712359C2 - Elektromechanischer Kraftmesser

Info

Publication number: DE2712359C2
Application number: DE19772712359
Authority: DE
Inventors: Joergen Gentofte Jensen
Original assignee: Bruel and Kjaer AS
Current assignee: Hottinger Bruel and Kjaer AS
Priority date: 1976-03-29
Filing date: 1977-03-22
Publication date: 1986-08-14
Also published as: GB1522785A; DK138768B; DE2712359A1; DK136976A; DK138768C

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Kraftmesser nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger elektromechanischer Kraftmesser ist aus der DE-PS 11 95 512 bekanntgeworden. Er besitzt eine Unterlage mit einem zylindrischen Zapfen, auf welchen ein hohlzylindrisch gestaltetes piezoelektrisches Element als Wandler aufgeklebt oder in anderer Weise befestigt ist.

Der Wandler selbst wird von einer Masse umgeben, die am Wandler befestigt ist. Diese rotationssymmetrische Gestaltung stellt sicher, daß die Einzelteile des Gerätes kostengünstig und mit großer Präzision durch Drehen und Schleifen hergestellt werden können. Ferner ist die Empfindlichkeit auf Bewegungen in Richtung senkrecht zur Achse äußerst klein. Ein Nachteil dieser Gestaltung ist allerdings darin zu sehen, daß die Verbindungen zwischen den zylindrischen Elementen bei Temperaturänderungen eine besonders schlechte Festigkeit haben. Unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten der Temperatur der Bauelemente geben Anlaß zu unerwünschten mechanischen Spannungen.

Bei einer weiteren bekannten Bauart nach der DK-PS 1 31 401 ist der Zapfen als im Querschnitt einem regelmäßigen Polygon entsprechendes Prisma gestaltet. Die vertikalen Flächen des Prismas tragen flache Wandlerelemente, die durch Druckringe in ihrer Stellung gehalten werden. Auf diese Weise wird erreicht, daß die mechanische Steifigkeit des prismaförmigen Zapfens im wesentlichen in allen Richtungen senkrecht zur Achse die gleiche ist. Ein technischer Nachteil dieser Bauart liegt aber in der teuren Herstellung von prismatischen Zapfen und vor allem in der meist durch Klebung vorzunehmenden mechanischen Verbindung des Zapfens mit der Grundplatte: dies gilt vor allem dann, wenn das eigentliche Meßgerät sehr klein ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den elektromechanischen Kraftmesser nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart zu verbessern, daß er nicht nur preiswert mit größtmöglicher Präzision herstellbar ist sondern ebenfalls eine ausreichende Stärke und Widerstandskraft gegen Wärme in der Verbindung zwischen den zylindrischen Komponenten erreicht, ohne daß mechanische Spannungen auftreten.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die im

to Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen technischen Merkmale erreicht Die Unteransprüche beschreiben die zweckmäßigen Ausgestaltungen der Erfindung.

Die Erfindung wird im folgenden unter Hinweis auf die Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 in Explosionsdarstellung die wesentlichen Bauteile des Ausführungsbcispieles;
F i g. 2 das vollständig zusammengesetzte Meßgerät ohne Abdeckhaube von oben;

F i g. 3 die Art der Befestigung der Abdeckhaube auf der Grundplatte; und

F i g. 4 eine perspektivische Darstellung des fertig zusammengebauten Beschleunigungs-Meßgerätes.

Das Meßgerät weist zunächst eine Unterlage oder Grundplatte (1) auf, welche im oberen Bereich einen Schlitz (9) aufweist. In diesen Schlitz (9) ist mit Preßfassung ein prismatischer Zapfen (2) eingesetzt, der im wesentlichen die Gestalt eines auf dem Kopf stehenden T hat. Der Zapfen (2) trägt auf jeder flachen Seite des schmalen oberen Abschnitts ein piezoelektrisches Element (3), auf dessen Außenseite jeweils eine Meßmasse (4) angeordnet ist.

Die Teile (2), (3) und (4) werden in der aus F i g. 1 ohne weiteres erkennbaren Weise mittels eines Federringes oder -Zylinders (5) zusammengehalten. Durch aus F i g. 1 erkennbare Bohrungen (6) und (8) in der Grundplatte führt ein Koaxialkabel in den eigentlichen Meßgeber hinein, wobei der Innenleiter des Kabels elektrisch mit einer der beiden aus elektrisch leitendem Werkstoff bestehenden Massen (4) oder dem elektrisch leitenden Ring (5) verbunden ist und der Außenleiter mit der Grundplatte (1). Danach wird — siehe Fig. 1 und 3 — das kappenförmige Gehäuseteil (7) auf die Grundplatte aufgesetzt, wodurch zwei Dinge erreicht werden: Die Innenteile des Gebers werden fest gegeneinander gesichert und durch die Kappe gegen Einwirkungen von außen geschützt. Der Sitz der Kappe auf der Platte (1) kann ein Preßsitz sein.

Das soweit beschriebene Beschleunigungs-Meßgerät soll Beschleunigungen einer linearen Bewegung anzeigen, zu welchem Zweck die piezoelektrischen Elemente (3) in einer Richtung parallel zur Achse des Zapfens polarisiert sind. Wie dies im einzelnen geschieht, ist dem Fachmann bekannt. Die Basis oder Grundplatte (1) wird nun mit dem Körper verbunden, dessen Beschleunigung gemessen werden soll, so daß also praktisch die Relativbeschleunigung zwischen der Grundplatte (1) und dem Zapfen (2) einerseits und den Massen (4) andererseits meßbar ist. Diese Kräfte sind proportional zu den Massen (4) und zu der genannten Relativbeschleunigung. Die Orientierung des Meßgerätes wird so vorgenommen, daß die piezoelektrischen Elemente einer Scherwirkung unterworfen werden; durch diese letztere Angäbe ist dem Fachmann ohne weiteres klar, in welcher geometrischen Zuordnung das Meßgerät an dem Gegenstand zu befestigen ist, dessen Beschleunigung gegen den Ruhezustand gemessen werden soll. Die Sehe-

rung der piezoelektrischen Elemente bringt aufgrund bekannter physikalischer Phänomene eine Ladungsumverteilung mit sich, die proportional zur Beschleunigung ist; die Ladung wird durch hier nicht näher ::u beschreibende elektrische Meßgeräte gemessen. Kräfte, die durch Beschleunigungen im rechten Winkel zur Achse auftreten, entwickeln nur dann eine elektrisch meßbare Ladungsverschiebung, wenn die Flächen des Zapfens (2) nicht genau parallel zur Bewegungsachse der zu messenden Beschleunigung liegt Dasselbe tritt ein, wenn die Polarisierung der piezoelektrischen Elemente nicht genau parallel zu dieser Achse verläuft

Wenn die piezoelektrischen Elemente so angeordnet werden, daß die Richtungen der Polarisationen senkrecht zur Achse und gegensinnig angeordnet sind, dann erhält man klar erkennbar ein Meßgerät, das Winkelbeschleunigungen von Drehbewegungen um die Achse messen kann.

Die beschriebenen Merkmale gestatten es, die Einzelteile besonders genau herzustellen, was insbesondere für die Anlageflächen der piezoelektrischen Elemente wichtig ist. Dies ist bei vorbekannten, im wesentlichen verklebte Teile aufweisenden Meßgeräten nicht möglich. Außerdem kann man durch Wahl der Vorspannung des Ringes (5) die Linearität besonders gut machen. Eine entsprechende Vorspannung durch den Ring erhöht auch die Empfindlichkeit und die Resonanzfrequenz ein wenig und verringert die Empfindlichkeit auf Verbiegungen der Grundplatte (1).

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Elektromechanischen Kraftmesser mit einem rechteckigen Prisma (2) und einer Anzahl von auf den entgegenstehenden breiten Seitenflächen des Prismas angeordneten Meß-Elementen (3), am Prisma befestigt durch einen gegen die Achse des Prismas gerichteten Druck, der durch eine das Prisma umschließende, ringförmige Feder entstehen kann, und welche zum Verschieben der Kräfte beeinflußt wird, die zu messen sind und infolgedessen Änderung der elektrischen Ladung, Spannung, Strom oder Impedanz aufweist, dadurch gekennzeichnet,

daß der Querschnitt des Prismas (2) oben ein Rechteck und unteji ein Rechteck mit derselben Breite aber größerer Länge ist

2. Elektromechanischer Kraftmesser gemäß Anspruch J₁ mit dem Prisma (2) an einer Basis (1) befestigt und mit einem Gehäuse (7) geschlossen, dadurch gekennzeichnet, daß das Prisma (2) durch einen Preßsitz in einer Aussparung (9) in der Basis (1) festgehalten wird.

3. Elektromechanischer Kraftmesser gemäß den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Prisma (2) in einer Aussparung (9) in der zylindrischen Basis (1) angebracht ist und durch Zusammenklemmender Basis (1) festgehalten wird.