DE2922256A1

DE2922256A1 - Vorrichtung zur messung einer mechanischen spannung

Info

Publication number: DE2922256A1
Application number: DE19792922256
Authority: DE
Inventors: Yoshikazu Takekoshi; Takeshi Yagisawa
Original assignee: Shibaura Engineering Works Co Ltd; Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1978-06-02
Filing date: 1979-05-31
Publication date: 1979-12-06
Also published as: GB2022268B; GB2022268A; CA1117596A; SE7904806L; DE2922256C2; CH640054A5; SE437886B; US4279163A

Description

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Henkel, Kern, Feiler 8- Hänzel Patentanwälte

Registered Representatives _ D^ before the

~* European Patent Office

Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha Möhlstraße37

und Shibaura Engineering Works Co.,Ltd. D-8000München80

Kawasaki-shi bzw. Tokio, Japan Tel.: 089/982085-87 1 Telex: 05 29 802 hnkj d

54P177-3

Vorrichtung zur Messung einer (mechanischen)Spannung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung einer (mechanischen) Spannung und insbesondere zur

magnetischen Messung der Größe einer auf einen Bauteil, etwa einen Schraubbolzen oder dergleichen, einwirkenden Gewichtsbelastung.

Es hat sich gezeigt, daß die magnetischen Eigenschaften eines ferromagnetischen Materials von einer Änderung der

Spannung dieses Materials abhängen. In diesem Zusammenhang beschreiben S. Abuku und B.B. Cullity ein Verfahren zur Bestimmung der Restspannung unter Heranziehung einer Korrelation zwischen der Permeabilität und der Zugspannung (vgl. "A magnetic method for the determination of residual stress", Experimental Mechanics, Mai 1971, S. 217-223). Die JA-OS 44425/76 beschreibt ein Verfahren zur zerstörungsfreien Messung einer Eigen- oder Restspannung eines Bauteils durch Messung der Koerzitivkraft.

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Das zuerst genannte, bisherige Verfahren stützt sich auf eine Permeabilitätsänderung, doch ist dieses Verfahren anfällig für physikalische Spalte (gaps) im Magnetkreis zur Messung der Permeabilität eines Meßobjekts. Tatsächlich sind jedoch gewisse Unterbrechungen oder Spalte zwischen dem Meßobjekt und einem Magnetfühler unvermeidbar. Der größte Teil der durch einen Erregungsstrom erzeugten magnetomotorischen Kraft (Amperewindungen) wird in diesen Spalten verbraucht. Aus diesem Grund müssen die Spaltlängen konstant gehalten werden, weil eine Änderung der Spaltlängen zu einer Abweichung in der Permeabilität führt. Auch wenn die Spaltlängen konstant gehalten werden, hängt die Größe der Permeabilitätsänderung, die sich aus einer Änderung der S pannung ergibt, nur von den Amperewindungen des Magnetkreises im Objekt ab, der einen Teil des gesamten, die Spalte einschliessenden Magnetkreises bildet. Die Größe der gemessenen Permeabilitätsänderung ist daher klein, so daß die genaue Bestimmung der Permeabilität des Meßobjekts schwierig ist.

Beim zweitgenannten, bisherigen Restspannung-Meßverfahren mittels der Koerzitivkraft wird letztere als Erregungsstromgröße am Scheitelpunkt der in der Sekundärspule induzierten Spannung oder zu einem Zeitpunkt gemessen, an welchem die Magnetflußdichte gleich Null ist. Mit anderen Worten: dieses Verfahren erfordert eine Messung der Augenblicksgröße des Wechselstroms. Wenn sich der Einsatzzeitpunkt eines Impulses, mit dem die Messung einer Augenblicksgröße angefordert wird, vom richtigen Zeitpunkt aus verschiebt, fällt der gemessene Magnetfluß unweigerlich auf Null ab, wobei auch die gemessene Augenblicksgröße des Erregungsstroms von ihrem tatsächlichen Augenblickswert abweicht. Hierdurch werden Meßfehler eingeführt. Der Erregungsstrom schwankt auch dann, wenn die Magnetflußdichte (nur) geringfügig abweicht, insbesondere aufgrund der Spalte zwischen dem Magnetfühler und dem Meßobjekt erheblich, was wiederum zu Meßfehlern führt.

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Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer handlichen und zweckmäßigen Vorrichtung zur Messung einer (mechanischen) Spannung, mit welcher eine

solche S pannung genau bestimmt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur Messung einer (mechanischen) S pannung durch Messung eines

magnetischen Zustands eines Meßobjekts zur Bestimmung seiner

S pannung, erfindungsgemäß gelöst durch

einen Magnetfühler zur Bestimmung des magnetischen Zustands des Meßobjekts, durch eine Wechselstromquelle zur Speisung des Magnetfühlers mit Wechselstrom, durch eine Recheneinheit zur Berechnung einer Änderung des Eisenverlusts auf der Grundlage eines vom Magnetfühler gelieferten Ausgangssignals und durch eine Einrichtung zur Umwandlung der Eisenverluständerung in eine Spannung des Meßobjekts.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Teilschnittansicht zur Darstellung des Zustands, in welchem ein erfindungsgemäß verwendeter Magnetfühler in eine Bohrung eines Meßobjekts eingeführt ist,

Fig. 2 e,j.n Blockschaltbild einer Meß vorrichtung mit Merkmalen nach der Erfindung,

Fig. 3 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung eines Magnetpfads bzw. -kreises, der bei in die Bohrung des Meßobjekts eingeführtem Magnetfühler gebildet wird,

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen einer Eisenverlust-Änderungsgröße und einer Schraubbolzen-Anzugsbelastung,

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Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines Beispiels für einen beim Magnetfühler verwendeten Eisenkern,

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung eines anderen Beispiels eines Magnetfühlers,

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Eisenverlust-Änderungsgröße, der Druckspannung oder -belastung und der Zugspannung,

Fig. 8'einen Schnitt längs der Linie VII.I-VIII in Fig. 6,

T'tg. 9 eine schematische Darstellung der Magnetflußverteilung im Betrieb des Magnetfühlers nach Fig. 6,

Fig.10 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen Eisenverlust-Änderungsgröße und Schraubbolzen-Anzugsbelastung ,

Fig.11 eine perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des Magnetfühlers,

Fig.12 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen Eisenverlust-Änderungsgröße und Spannung bzw. Belastung,

Fig.13 eine schematische Darstellung eines anderen Anwendungsbeispiels des Magnetfühlers nach Fig. 11,

Fig.14 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Magnetfühlers,

Fig.15 und 16 graphische Darstellungen der radialen bzw. umfangsmäßigen Verteilung der (mechanischen) Spannung im Oberflächenbereich eines Schraubenkopfes und

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Fig. 17 eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten Magnetfühlers.

Fig. 1 veranschaulicht einen (Schraub-)Bolzen 12 zur Befestigung eines Turbinenlaufrads 11. Dabei ist ein Magnetfühler 14, der einen Teil der erfindungsgemäßen Spannung-Meß vor richtung bildet, verschiebbar in eine axiale Führungsbohrung 13 im Bolzen 12 eingeführt. Der Schaltungsaufbau dieser Vorrichtung mit dem dargestellten Magnetfühler 14 ist in Fig. 2 in Blockschaltbildform veranschaulicht, wobei der Magnetfühler 14 aus einem Eisenkern 15 besteht, der mit Primär- und Sekundärwicklungen 16a bzw. 16b bewickelt ist. Die Primärwicklung 16a ist über einen Verstärker 18 in Empfangsbeziehung zu einem Oszillator 17 geschaltet, über diesen Weg empfängt die Primärwicklung eine Wechselspannung vom Oszillator 17. Die Sekundärwicklung 16b ist mit einem Voltmeter 19 verbunden, das seinerseits zum Verstärker 18 rückgekoppelt ist. Dieser Rückkopplungsweg liefert eine geeignete Spannung, die in der Sekundärwicklung des Magnetfühlers 14 induziert und ihrerseits durch das Voltmeter 19 gemessen wird. Ein Leistungsmesser bzw. Wattmeter (power meter) 20 ist in Empfangsbeziehung mit der Primärwicklung 16a und dem Ausgang des Voltmeters 19 verbunden. Das Ausgangssignal des Wattmeters 20 wird einem Rechner 21 eingegeben, in welchem die Änderungsgröße des Eisenverlusts im Bolzen 12 auf der Basis der vom Wattmeter 20 gelieferten Daten berechnet wird, während die S pannung

im Bolzen 12 bzw. die Anzugsbelastung auf der Grundlage der Eisenverlust-Änderungsgeschwindigkeit bzw. -größe berechnet wird. Die entsprechenden, berechneten Werte werden durch ein geeignetes Meßgerät 22 angezeigt. Der Rechner 21 kann nur die Eisenverlust-Änderungsgröße im Bolzen berechnen. Vorzugsweise wandelt er diese berechnete Änderungsgröße auf zweckmäßige Weise in die entsprechende mechanische Spannung um. Ein Beispiel für den Rechner

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besteht aus einer auf Zeitmultiplex- bzw. Simultanbasis (time-sharing) arbeitenden Multiplizierschaltung, die mit dem Primärstrom und den Sekundärströmen vom Magnetfühler 14 beschickt wird, einem mit dem Eingang an diese Schaltung angeschlossenen Analog/Digital-Wandler, einer Schaltung zum Halten (Speichern) einer Anfangsgröße des Eisenverlusts bzw. einer Größe des Eisenverlusts zu dem Zeitpunkt, zu welchem die Belastung gleich Null ist, und einer Arithmetik- bzw. Recheneinheit zur Berechnung der Änderungsgröße des Eisenverlusts (d.h. Verhältnis der Eisenverlust-Änderungsgröße zur Anfangsgröße) auf der Grundlage des Äusgangssignals von der Halteschaltung. Diese Schaltungsbauteile sind im Handel erhältlich.

Die vorstehend beschriebene Ausführungsform mißt den Eisenverlust als Produkt aus dem Primärstrom und der Sekundärspannung des Magnetfühlers 14. In abgewandelter Ausführungsform kann eine sogenannte Η-Spule zur Messung der Magnetisierkraft zusätzlich vorgesehen und dicht an einem Meßobjekt angeordnet werden. In diesem Fall ist die integrierte Größe, die sich aus der Integration der induzierten Spannung in der Η-Spule in Abhängigkeit von der Zeit ergibt, dem Primärstrom des Magnetfühlers 14 proportional. Der Eisenverlust kann somit jphne weiteres auf der Grundlage der induzierten Spannung an der Η-Spule und der induzierten Spannung an der Sekundärwicklung des Magnetfühlers 14 berechnet werden.

Im Betrieb der Vorrichtung wird der Magnetfühler 14 in die Bohrung 13 eingeführt, und der Oszillator 17 wird in Gang gesetzt. Dabei wird um die Primärwicklung herum ein Magnetfeld erzeugt, bei welchem der ent-

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stehende Magnetfluß a parallel zu einer im Bolzen 12 vorhandenen Zugspannung und zum Innenraum der Bohrung 13 verläuft, um zum Eisenkern 15 zurückzulaufen, so daß gemäß Fig. 3 eine geschlossene Magnetschleife gebildet wird. Wenn sich unter diesen Bedingungen die auf den Bolzen 12 wirkende Spann- bzw. Anzugsbelastung ändert, verändert sich auch die magnetische Charakteristik bzw. Kennlinie des Bolzens, so daß sich der durch die Primärwicklung 16a fließende Erregungsstrom zusammen mit der Sekundärspannung ändert. Diese Größen werden im Wattmeter 20 multipliziert und dann durch den Rechner 21 in die entsprechende Eisenverlust-Änderungsgröße und die Anzugsbelastung umgewandelt.

Fig. 4 veranschaulicht die Ergebnisse eines erfindungsgemäß durchgeführten Versuchs. Wie aus dieser grafischen Darstellung hervorgeht, wurde bei 200 Hz in einem Bereich der angewandten Bolzen-Anzugsbelastung eine Eisenverlust-Änderungsgröße von etwa 2 % erreicht, während diese Größe bei 1000 Hz etwa 10 % betrug. Diese Änderungsgrößenwerte sind im Vergleich zu den nach dem bisherigen Verfahren erzielten Werten ausreichend groß. Wenn die Frequenz des an den Magnetfühler 14 angelegten Wechselstroms zu hoch ist, tritt ein Oberflächeneffekt auf, wenn der Magnetfluß den Bolzen 12 durchfließt. Diese Frequenz liegt daher vorzugsweise unter 1000 Hz.

Fig. 5 veranschaulicht ein bevorzugtes Beispiel für einen bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu verwendenden Magnetfühlerkern 20a. Dabei sind die beiden Enden des Eisenkerns 20a, wie dargestellt, erweitert, um die Spalte zwischen dem Magnetfühler und der Innenfläche des Bolzens 12 zu verkleinern. Infolgedessen wird die magne-

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tische Reluktanz bzw. der magnetische Widerstand in der bei der Messung gebildeten Magnetbahn unter Verbesserung der Ansprechempfindlichkeit des Magnetfühlers 14 reduziert. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind Primär- und Sekundärwicklung zwischen den beiden erweiterten Enden um den Eisenkern herum gewickelt.

Ein anderes Beispiel für den Magnetfühler ist in Fig. dargestellt. Gemäß Fig. 7 hängt die magnetische Charakteristik eines Werkstoffs stärker von einer Druckspannung als von einer Zugspannung ab. Wenn daher der Magnetfühler so ausgelegt ist, daß "er effektiv auf die Druckspannung bzw. -belastung anspricht, kann mit ihm die Eisenverlust-Änderungsgröße genauer gemessen werden. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 ist so ausgebildet, daß es zur Messung der Eisenverlust-Änderungsgröße auf die Druckspannung anspricht. Wenn der (Schraub-)Bolzen festgezogen ist, wirkt die in seiner Axialrichtung ausgeübte Belastung als Zugspannung, während sie senkrecht dazu als Druckbelastung bzw. -spannung wirkt. Gemäß den Fig. 6 und 8 sind bei diesem Ausführungsbeispiel die beiden Seiten eines Eisenkerns 21a jeweils mit halbkreisförmigem Querschnitt und mit nach außen gekrümmter Außenfläche geformt. Primär- und Sekundärwicklung sind in Längsrichtung zwischen diesen beiden Seiten um den^Eisenkern herumgewickelt. Bei dieser Konstruktion tritt der erzeugte Magnetfluß von der einen halbkreisförmigen Seite des Eisenkerns aus, um in den Bolzen 12 einzutreten und diesen in Umfangsrichtung zu passieren, in welcher die Druckspannung einwirkt, und sodann zur anderen halbkreisförmigen Seite des Eisenkerns zurückzulaufen, von wo aus er durch den Eisenkern zur anderen Seite hindurchtritt (vgl. Fig. 9). Mit dem Magnetfühler mit dem beschriebenen Aufbau kann somit die der Bolzenanzugsbelastung proportionale Druckspannung ge-

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messen werden. Fig. 10 veranschaulicht eine Änderung der Eisenverlust-Änderungsgröße in Abhängigkeit von der Bolzenanzugsbelastung bei Verwendung des Magnetfühlers gemäß Fig. 6. Im Fall der Druckspannung ändert sich diese Änderungsgröße zwangsläufig auf die dargestellte Weise, wobei sie größer als im Fall einer Zugspannung, dieser Zugspannung jedoch im wesentlichen proportional ist.

Falls bei hoher Permeabilität des magnetischen Materials dieses von einer vorgegebenen Größe eines Wechselmagnetflusses durchflossen wird, durchfließt dieser Magnetfluß nur den Oberflächenbereich des magnetischen Materials. Wenn die Permeabilität niedrig ist, fließt der Magnetfluß aufgrund der Reaktionswirkung des erzeugten Streu- bzw. Wirbelstroms tief durch das magnetische Material hindurch. Wenn sich dabei die Magnetflußverteilung ändert, ändert sich auch der Eisenverlust. In diesem Fall bestimmt sich der Eisenverlust P ungefähr wie folgt:

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2 2 ~ 2
Pcxf-δ-μ

worin f die Frequenz,

δ_λ die Leitfähigkeit des Meßobjekts und μ die Permeabilität des Meßobjekts bedeuten. Diese Beziehung zeigt, daß sich der Eisenverlust mit abnehmender Permeabilität μ vergrößert. Die Permeabilität ist in dieser Beziehung diejenige des Meßobjekts selbst und nicht die die Spalte einschließende scheinbare Permeabilität. Wenn daher die Spalte im Magnetkreis vorhanden sind und der Erregungsstrom groß ist, ist der Eisenverlust unveränderbar. Wenn der Magnetfühler unter Berücksichtigung dieses Umstands ausgebildet wird, kann

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mit ihm der Eisenverlust unabhängig vom Vorhandensein der Spalte genau gemessen werden.

Ein Beispiel für einen auf dieser Grundlage konstruierten Magnetfühler 32 ist in Fig. 11 dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel verwendet einen U-förmigen Eisenkern 32a, bei dem die Wicklung 32b um den Boden- bzw. Basisteil des Magnetkerns herumgewickelt ist. Die Wicklung 32b enthält dabei selbstverständlich sowohl die Primär- als auch die Sekundärwicklung. Im Gebrauch kommen die Enden beider Schenkelabschnitte des Kerns 32a mit der Oberfläche eines Meßobjekts 31 in Berührung.

Bei diesem Ausführungsbeispiel tritt der Eisenverlust an zwei Stellen auf: einmal im Kern 32a des Magnetfühlers 32 und zum anderen im Meßobjekt 31. Falls jedoch der Eisenkern 32a aus einem Werkstoff mit niedrigem Eisenverlust hergestellt wird, ist der Eisenverlust im Meßobjekt 31 vorherrschend, während derjenige im Eisenkern vernachlässigbar ist. Hierdurch wird die Ansprechempfindlichkeit des Magnetfühlers verbessert.

Fig. 12 veranschaulicht die Beziehung zwischen der Eisenverlust-Änderungsgröße bzw. -geschwindigkeit und der

Spannung für den Fall, daß auf das Meßobjekt eine Zugbelastung einwirkt und der Magnetfühler gemäß Fig. senkrecht zum Meßobjekt an diesem angesetzt ist. In Fig. 12 gelten die Kurve A für einen Weichstahl und die Kurve B für einen legierten Stahl. Die gestrichelten Linien C geben die Bereiche der plastischen Verformung für diese Werkstoffe an. In der Richtung, in welcher der Magnetfühler angeordnet ist, tritt die Druckspannung entsprechend dem Poisson-Verhältnis (Querdehnungsziffer) auf, und der Eisenverlust nimmt zu. Wie aus der grafischen Darstellung gemäß Fig. 12 hervorgeht, sind in den Elastizitätsbereichen die Eisenverlust-Änderungs-

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größe und die (mechanische) Spannung linear aufeinander bezogen. Innerhalb dieser Bereiche ist es daher einfach, die Eisenverlust-Änderungsgröße in die entsprechende Belastung umzuwandeln.

Wenn der Magnetfühler gedreht wird, kann die Richtung der Spannung festgestellt werden.

Fig. 13 veranschaulicht die Verwendung des Magnetfühlers gemäß Fig. 11 für die Torsionsmessung. Die Torsion des Meßobjekts wird in der Weise gemessen, daß der Magnetfühler 42 fest an der Oberfläche eines rotierenden, ferromagnetischen Elements 41 angesetzt und die Oberflächenspannung des Elements 41 gemessen wird. Gemäß Fig. 13 ist der Magnetfühler in schräger Lage am Element 41 angesetzt, um dieses in der Hauptrichtung der Spannung zu magnetisieren. Da, wie vorher erwähnt, die Druckspannung bei der Messung des Eisenverlust-Änderungsverhältnisses die Zugspannung überwiegt, kann der Magnetfühler 42 senkrecht zur.Achse des rotierenden Elements 41 oder parallel zu seiner Achse angeordnet werden. In diesem Fall vergrößert sich der Eisenverlust in Abhängigkeit von der Torsion bzw. vom Drehmoment,

Fig. 15 veranschaulicht die radiale Spannungsverteilung im Oberflächenbereich eines Bolzen- bzw. Schraubenkopfes beim-Anziehen des Bolzens. Fig. 16 veranschaulicht die periphere bzw. umfangsmäßige Verteilung der Spannung unter denselben Bedingungen. In den Fig. 15 und 16 stellen die Kurven A, B und C die Spannungsverteilungskurven in Tiefen von 0,5 mm, 1,5 mm bzw. 2,5 mm von der Kopfoberflache dar. Die Spannung entspricht der Druckspannung im Bereich von 10 bis 20 kg/mm², wenn der Schraubbolzen mit einer Anzugsbelastung bzw. einem An-

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zugsmoment von 40 kg/mm² in Axialrichtung beaufschlagt wird. Diese Beziehung zwischen der Bolzen-Anzugsbelastung und der Druckspannungsänderung ist innerhalb des elastischen Bereichs linear. Wenn somit der Magnetfühler gemäß Fig. 11 so am Bolzenkopf angesetzt wird, daß der Magnetfluß in letzterem mit der Richtung der Druckspannung zusammenfällt, kann die Anzugsbelastung anhand der durch den Magnetfühler festgestellten Eisenverlust-Charakteristik bzw. -Kennlinie ermittelt werden. Dies kann mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. realisiert werden.

Gemäß Fig. 14 ist der Magnetfühler 53 der Art nach Fig. 11 am Kopf eines Schraubbolzens 52 angeordnet, der zur sicheren Verbindung zweier Elemente 51a und 51b festgezogen ist. Der Magnetfühler 53 besteht dabei aus einem U-förmigen Eisenkern 54, um den Primär- und Sekundärwicklungen 55a bzw. 55b herumgewickelt sind. Durch die Wechselstromerregung der Primärwicklung 55a des Magnetfühlers 53 wird ein Magnetkreis gebildet, welcher den Schraubbolzenkopf und den Eisenkern 54 einschließt. In diesem Fall hindert der Oberflächeneffekt den erzeugten Magnetfluß an einem tiefen Eindringen in den Schraubbolzenkopf, so daß der Magnetfluß nur den Oberflächenbereich des Schraubbolzenkopfes durchläuft und zum Magnetfühler 54 zurückkehrt.

Fig. 17 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Magnetfühlers für die erfindungsgemäße Vorrichtung. Dabei besitzt der Eisenkern 61 einen W-förmigen Querschnitt. Primär- und Sekundärwicklung 65a bzw. 65b sind in den Raum zwischen dem vergleichsweise dicken Mittelpol und den verhältnismäßig dünnen Randwänden des Eisenkerns 61 eingesetzt. Bei diesem Ausführungs-

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beispiel fließt der Magnetfluß vom Mittelpolteil radial nach außen, um durch die Oberfläche des Meß— Objekts hindurchzutreten und zu den oberen Enden der Randwände zurückzukehren.

Die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung der Spannung in einem Meßobjekt unter Ausnutzung des Eisenverlusts bietet die folgenden Vorteile:

Der durch die Meßvorrichtung ermittelte Eisenveriust wird durch Spalte, etwa Luftspalte, zwischen dem Magnetfühler und dem Meßobjekt wenig beeinflußt. Dies ist bei einer Meßvorrichtung der vorstehend beschriebenen Art sehr wichtig, weil derartige Spalte im praktischen Gebrauch des Meßfühlers unvermeidbar sind.

Die bisherige, auf der Grundlage der Koerzitivkraft arbeitende Meßvorrichtung erfordert eine Messung einer Augenblicksgröße, d.h. einer Differenzgröße der sekundären induzierten Spannung. Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung ermittelt dagegen eine Zeitintegration des Eisenverlusts. Mit anderen Worten: die bisherige Vorrichtung mißt einen Punkt auf einer Hystereseschleife, während die erfindungsgemäße Vorrichtung eine durch die Hystereseschleife bestimmte Fläche mißt. Infolgedessen ist die erfindungsgemäße Meßvorrichtung mit nur einem kleinen Meßfehler behaftet.

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β.

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1J Vorrichtung zur Messung einer (mechanischen) ^ S pannung durch Messung eines magnetischen Zustands eines Meßobjekts zur Bestimmung seiner iopannung, gekennzeichnet durch einen Magnetfühler (z.B. 14) zur Bestimmung des magnetischen Zustands des Meßobjekts (z.B. 12), durch eine Wechselstromquelle (17) zur Speisung* des Magnetfühlers mit Wechselstrom, durch eine Recheneinheit (21) zur Berechnung einer Änderung des Eisenverlusts auf der Grundlage eines vom Magnetfühler gelieferten Ausgangssignals und durch eine Einrichtung (22) zur Umwandlung der Eisenverluständerung in eine

Spannung des Meßobjekts.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfühler einen Eisenkern mit um diesen herumgewickelten Primär- und Sekundärwicklungen umfaßt, wobei

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der der Primärwicklung zugeführte Strom und die in der Sekundärwicklung induzierte Spannung Ausgangssiynale des Magnetfühlers darstellen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die (mechanische) Spannung eine auf das Meßobjekt einwirkende Belastung ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die (mechanische) Spannung eine das Meßobjekt beeinflussende Torsionskraft bzw. ein Drehmoment ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßobjekt ein Schraubbolzen ist und daß die (mechanische) Spannung eine auf den Schraubbolzen ausgeübte Anzugsbelastung ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfühler am Schraubbolzen in der Weise ansetzbar ist, daß der durch den Magnetfühler im Schraubbolzen erzeugte Magnetfluß mit der Richtung der Druckspannung koinzidiert, wobei die Druckspannung in dem Abschnitt des Schraubbolzens, welchen der Magnetfluß passiert, die auf den Schraubbolzen ausgeübte Anzugsbelastung darstellt.

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