DE2922256C2 - Vorrichtung zur Messung einer mechanischen Spannung - Google Patents
Vorrichtung zur Messung einer mechanischen SpannungInfo
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Description
in beliebigen ferromagnetischen Objekten gemessen werden, sondern Meßobjekt ist stets der Kern des
Transformatorgebers selbst. Daher sind dessen Anwendungsmöglichkeiten gegenüber denen der beanspruchten
Vorrichtung erheblich eingeschränkt.
Die DE-AS 12 88 796 schließlich betrifft einen Meßumformer
mit einem Meßkörper aus ferromagnetischem Material, der zwei Öffnungen für eine Magnetisierungswicklung
zum Anschluß an eine Stromquelle und zwei Öffnungen für eine Meßwicklung zum Anschluß
an ein Meßgerät aufweist, wobei der Meßkörper oder ein in seiner Nähe befindlicher und von dem induzierten
magnetischen Fluß teilweise durchströmter ferromagnetischer Teil beim Messen mechanischen Belastungen
ausgesetzt wird.
Das wesentliche dieses bekannten Meßumformers besteht darin, daß die Magnetisierungswicklung und die
Meßwicklung in zwei zueinander parallelen Wicklungsebenen mit vorgegebenem Abstand voneinander angeordnet
sind, derart, daß sich im belasteten wie auch im unbelasteten Zustand jeweils ein vorgebbarer Anteil
des induzierten magnetischen Flußes durch die Meßwicklung schließt. Auch hierbei ist Grundvoraussetzung,
daß der Luftspalt zwischen der Meßeinrichtung und dem zu messenden Gegenstand konstant gehalten
bzw. ein solcher Luftspalt nach Möglichkeit vollständig vermieden werden muß. Außerdem wird bei diesem bekannten
Meßumformer die Messung lediglich an der Sekundärseite vorgenommen, so daß also die Eisenverluste
hier gar nicht berücksichtigt werden können.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht somit darin, eine Vorrichtung zur Messung einer mechanischen
Spannung in einem ferromagnetischen Meßobjekt zu schaffen, die unabhängig von der Größe eines
Luftspaltes zwischen Magnetfühler und Meßobjekt die mechanische Spannung des Meßobjektes sehr genau zu
bestimmen erlaubt.
Diese Aufgabe wird bei der anfangs genannten Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Recheneinheit
zur Berechnung einer Änderung des Eisenverlustes des Meßobjekts anhand des der Primärwicklung
des Magnetfühlers zugeführten Stroms und der in der Sekundärwicklung induzierten Spannung, und eine
Einrichtung zur Umwandlung der berechneten Eiscnverluständerung in eine mechanische Spannung des
Meßobjekts vorgesehen ist.
Die beschriebene Vorrichtung zur Messung der Spannung in einem Meßobjekt unter Ausnutzung des
Eisenverlusts bietet die folgenden Vorteile:
Der durch die Meßvorrichtung ermittelte Eisenverlust wird durch Spalte, etwa Luftspalte, zwischen dem
Magnetfühler und dem Meßobjekt wenig beeinflußt. Dies ist bei einer Meßvorrichtung der 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 beschriebene
Meßvorrichtung ermittelt dagegen eine Zeitintegration des Eisenverlusts. Mit anderen Worten: die bisherige
Vorrichtung mißt einen Punkt auf einer Hystereseschleife, während die beschriebene Vorrichtung eine
durch die Hystereseschleife bestimmte Fläche mißt. Infolgedessen ist die beschriebene Meßvorrichtung mit
nur einem kleinen Meßfehler behaftet.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigt
F i g. 1 eine Teilschnittansicht zur Darstellung des Zustands, in welchem ein verwendeter Magnetfühler in
eine Bohrung eines Meßobjekts eingeführt ist. F i g. 2 ein Blockschaltbild einer Meßvorrichtung,
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,
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 Druck-Spannung oder -belastung und der Zugspannung,
Fig.8 einen Schnitt längs der Linie VIII-VIIl in Fig. 6.
Fig.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,
F i g. 11 eine perspektivische Darstellung eines weitejo
ren 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 16graphische Darstellungen der radialen
bzw. umfangsmäßigen Verteilung der (mechanischen) Spannung im Oberflächenbereich eines Schraubenkopfes
und
Fig. 17 eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des bei der beschriebenen Vorrichtung
verwendeten Magnetfühlers.
Fig. 1 veranschaulicht einen (Schraub-)Bolzen 12 zur
Befestigung eines Turbinenlaufrads 11. Dabei ist ein Magnetfühler 14, der einen Teil der Spannung-Meßvorrichtung
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. 166 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 166 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 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 Ände-
rungsgröße des Eisenverlusts im Bolzen 12 auf der Basis
der vom Wattmeter 20 gelieferten Daten berechnet wird, während die Spannung im Bolzen 12 bzw. die Anzugsbelaslung
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 besteht aus einer auf Zeitmultiplex- bzw. Simultanbasis arbeitenden Multiplizierschaltung, die
mit dem Primärstrom und den Sekundärströmen vom Magnetfühler 14 beschickt wird, einem mit dem Eingang ts
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 Ausgangssignals 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 H-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
//-Spule in Abhängigkeit von der Zeit ergibt, dem Pri- märstrom
des Magnetfühlers 14 proportional. Der Eisenverlust kann somit ohne weiteres auf der Grundlage
der induzierten Spannung an der //-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 entstehende
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 Magnelschleife
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 Anzugsbelasttung umgewandelt.
Fig.4 veranschaulicht die Ergebnisse eines durchgeführten
Versuchs. Wie aus dieser grafischen Darstellung hervorgeht, wurde bei 200 Hz in einem Bereich der an- eo
gewandten Bolzen-Anzugsbelastung eine Eisenverlust-Änderungsgröße von etwa 2% erreicht, während diese
Größe bei 1000 Hz etwa 10% betrug. Diese Änderungsgrößenwerlesind
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 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 magnetische
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 F i g. 6 dargestellt. Gemäß F i g. 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 F i g. 6 und 8 sind bei
diesem Ausführungsbeispiel die beiden Seiten eines Eisenkerns 2ta 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 BoI-zenanzugsbelastung proportionale Druckspannung gemessen
werden. Fig. 10 veranschaulicht eine Änderung der Eisenverlust-Änderungsgröße in Abhängigkeit von
der Boizenanzugsbelastung bei Verwendung des Magnetfühlers
gemäß F i g. 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 Eiscnvcrlust In diesem Fall bestimmt sich der Eisenverlusl
Pungcfähr wie folgt:
i. -L -J-
Paf2 6t - μ 2
worin "
f die Frequenz,
δ 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 mit ihm der Eisenverlust unabhängig vom Vorhandensein der Spalte genau gemessen werden.
Ein Beispiel für einen auf dieser Grundlage konstruierten Magnetfühler 32 ist in F i g. 11 dargestellt. Dieses
Ausführungsbeispiel verwendet einen U-förmigen Eisenkern 32a, bei dem die Wicklung 326 um den Bodenbzw.
Basisteil des Magnetkerns herumgewickelt ist. Die Wicklung 326 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 F i g. 11 senkrecht zum Meßobjekt an diesem angesetzt
ist. In F i g. 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. Fn 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
Fi g. 12 hervorgeht, sind in den Elastizitätsbereichen die Eisenverlust-Änderungsgröße 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.
F i g. 13 veranschaulicht die Verwendung des Magnetfühlers gemäß F i g. 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, Sund Cdie
Spannungsverteilungskurven in Tiefen von 0.5 mm, 1,5 mm bzw. 2.5 nun von der Kopfoberfläche dar. Die
Spannung entspricht der Druckspannung im Bereich von 10 bis 20 kg/mm2, wenn der Schraubbolzen mit einer
Anzugsbelastung bzw. einem Anzugsmoment 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 F i g. 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. 14 realisiert werden.
Gemäß F i g. 14 ist der Magnetfühler 53 der Art nach Fig. 11 am Kopf eines Schraubbolzens 52 angeordnet,
der zur sicheren Verbindung zweier Elemente 51a und 516 festgezogen ist. Der Magnetfühler 53 besteht dabei
aus einem U-förmigen Eisenkern 54, um den Primär- und Sekundärwicklungen 55a bzw. 556 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 Vorrichtung. Dabei besitzt der Eisenkern 61 einen W-förmigen Querschnitt.
Primär- und Sekundärwicklung 65a bzw. 656 sind in den Raum zwischen dem vergleichsweise dicken Mittelpol
und den verhältnismäßig dünnen Randwänden des Eisenkerns 61 eingesetzt. Bei diesem Ausführungsbeispiel
fließt der Magnetfluß vom Mittelpolteil radial nach außen, um durch die Oberfläche des Meßobjekts hindurchzutreten
und zu den oberen Enden der Randwände zurückzukehren.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Vorrichtung zur Messung einer mechanischen sem Grund müssen die Spaltlängen konstant gehalten
Spannung in einem ferromagnetischen Meßobjekt, 5 werden, weil eine Änderung der Spaltlängen zu einer
bestehend aus einem Magnetfühler in Form eines Abweichung in der Permeabilität führt Auch wenn die
Eisenkerns mit um diesen herumgewickelter Primär- Spaltlängen konstant gehalten werden, hängt die Größe
und Sekundärwicklung, einer Wechselstromquelle der Permeabilitätsänderung, die sich aus einer Ändezur
Speisung der Primärwicklung des Magnetfühlers rung der Spannung ergibt, nur von den Amperewindun-
und aus einer an die Sekundärwicklung angeschlos- 10 gen des Magnetkreises im Objekt ab, der einen Teil des
senen Meßeinrichtung zur Ermittlung der in der Se- gesamten, die Spalte einschließenden Magnetkreises
kundärwicklung des Magnetfühlers induzierten bildet Die Größe der gemessenen Permeabilitätsände-Spannung,
wobei das Meßobjekt im Magnetfeldbe- rung ist daher klein, so daß die genaue Bestimmung der
reich des Magnetfühlers angeordnet ist, dadurch Permeabilität des Meßobjekts schwierig ist
g e k e η η ζ e i c h η e t, daß eine Recheneinheit (21) 15 Beim zweitgenannten bisherigen Restspannung-
zur Berechnung einer Änderung des Eisenverlusts Meßverfahren mittels einer Koerzitivkraft wird letztere
des Meßobjekts anhand des der Primärwicklung als Erregungsstromgröße am Scheitelpunkt der in der
(16aj des Magnetfühlers (14) zugeführten Stroms Sekundärspule induzierten Spannung oder zu einem
und der in der Sekundärwicklung (t6b) induzierten Zeitpunkt gemessen, an welchem die Magnetflußdichte
Spannung, und eine Einrichtung (22) zur Umwand- 20 gleich Null ist Mit anderen Worten: dieses Verfahren
lung der berechneten Eisenverluständerung in eine erfordert eine Messung der Augenblicksgröße des
mechanische Spannung des Meßobjekts vorgesehen Wechselstroms. Wenn sich der Einsatzzeitpunkt eines
ist. Impulses, mit dem die Messung einer Augenblicksgröße
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- angefordert wird, vom richtigen Zeitpunkt aus verzeichnet
daß das Meßobjekt ein Schraubbolzen ist 25 schiebt fällt der gemessene Magnetfluß unweigerlich
und daß die mechanische Spannung eine auf den auf Null ab, wobei auch die gemessene Augenblicksgrö-Schraubbolzen
ausgeübte Anzugsbelastung ist, daß ße des Erregungsstroms von ihrem tatsächlichen Auder
Magnetfühler (14) an Schraubbolzen in der Wei- genblickswert abweicht. Hierdurch werden Meßfehler
se ansetzbar ist, daß der durch den Magnetfühler im eingeführt Der Erregungsstrom schwankt auch dann,
Schraubbolzen erzeugte Magnetfluß mit der Rieh- 30 wenn die Magnetflußdichte (nur) geringfügig abweicht,
«mg der Druckspannung koinzidiert wobei die insbesondere aufgrund der Spalte zwischen dem Ma-Druckspannung
in dem Abschnitt des Schraubbol- gnetfühler und dem Meßobjekt erheblich, was wiederzens,
welchen der Magnetfluß passiert die auf den um zu Meßfehlern führt
Schraubbolzen ausgeübte Anzugsbelastung dar- Die GB-PS 13 69 404 betrifft ein Verfahren zur Messteilt
35 sung der mechanischen Spannung eines Meßobjekts,
wobei die Magnetostriktion ausgenutzt wird. Bei einer
Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens wird ein Meßgerät nicht nur durch die mechanische
Spannungsänderung des Meßobjektes, sondern auch
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung 40 durch die Änderung des Luftspaltes zwischen dem Maeiner
mechanischen Spannung in einem ferromagneti- gnetfühler und dem Material des Meßobjektes erregt
sehen Meßobjekt bestehend aus einem Magnetfühler in Die Anzeige des Meßgerätes gibt somit nicht nur eine
Form eines Eisenkerns mit um diesen herum gewickel- Änderung der Leistung an bzw. das bekannte Verfahren
ter Primär- und Sekundärwicklung, einer Wechsel- ist sehr empfindlich gegenüber Änderungen der Größe
stromquelle zur Speisung der Primärwicklung des Ma- 45 des Luftspaltes. Dieses bekannte Verfahren ist daher
gnetfühlers und aus einer an die Sekundärwicklung an- nur in solchen Fällen durchführbar, bei denen das Meßgeschlossenen
Meßeinrichtung zur Ermittlung der in objekt eine glatte ebene Auflagefläche für den Meßfühder
Sekundärwicklung des Magnetfühlers induzierten ler bietet. Die genannte Patentschrift enthält keinen
Spannung, wobei das Meßobjekt im Magnetfeldbereich Hinweis darüber, wie die mechanische Spannung eines
des Magnetfühlers angeordnet ist 50 Meßobjektes mit Hilfe des Eisenverlustes ermittelt
Es hat sich gezeigt daß die magnetischen Eigenschaf- wird.
ten eines ferromagnetischen Materials von einer Ände- Im »Handbuch für elektrisches Messen mechanischer
rung der Spannung dieses Materials abhängen. In die- Größen« von C. Rohrbach, Düsseldorf 1967, Seite 181,
sem Zusammenhang beschreiben S. Abuku und B. B. Abschnitt D 5.1, ist das Prinzip des sogenannten Trans-
Cullity ein Verfahren zur Bestimmung der Restspan- 55 formatorgebers beschrieben. Hier wird gezeigt, daß die
nung unter Heranziehung einer Korrelation zwischen Streuindukttvitäten der Primär- und der Sekundärspule
der Permeabilität und der Zugspannung (vgl. »A ma- des Transformatorgebers sowie die Gegeninduktivität
gnet method for the determination of residual stress«, geändert werden, wenn auf das magnetische Kernmate-
Experimental Mechanics, Mai 1971, Seite 217 bis 223). rial eine mechanische Spannung ausgeübt wird. Die
Die JP-OS 44425/76 beschreibt ein Verfahren zur zer- 60 Wirkungsweise dieses bekannten Transformatorgebers
störungsfreien Messung einer Eigen- oder Restspan- beruht somit aus der Auswertung der Veränderungen
nung eines Bauteils durch Messung der Koerzitivkraft der Streuinduktivitäten und der Gegeninduktivitäten
Das zuerst genannte, bisherige Verfahren stützt sich der beiden Spulen. Bei diesem Transformatorgeber ist
auf eine Permeabilitätsänderung, doch ist dieses Verfah- Meßobjekt somit der Kern des Transformatorgebers
renanfällig für physikalische Spalte im Magnetkreis zur es selbst, während bei der erfindungsgemäßen Vorrich-
Messung der Permeabilität eines Meßobjekts. Tatsäch- tung der Eisenkern Teil des vom Meßobjekt getrennten
Hch sind jedoch gewisse Unterbrechungen oder Spalte Magnetfühlers ist Es können mit dem bekannten Trans-
zwischen dem Meßobjekt und einem Magnetfühler un- formatorgeber somit keine mechanischen Spannungen
Applications Claiming Priority (3)
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---|---|---|---|
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JP53067203A JPS6051050B2 (ja) | 1978-06-06 | 1978-06-06 | 荷重検出装置 |
JP4101079A JPS5945929B2 (ja) | 1979-04-06 | 1979-04-06 | ボルトの締付荷重検出装置 |
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Family Applications (1)
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