DE3239877A1

DE3239877A1 - Vorrichtung zur dehnungsmessung

Info

Publication number: DE3239877A1
Application number: DE19823239877
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Ing. 5063 Overath Fortmann
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1982-10-27
Filing date: 1982-10-27
Publication date: 1984-05-03

Description

Vorrichtung zur Dehnungsmessung
(Zusatz zu P 32 07 805.6) Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dehnungsmessung, wobei zwei an einem Haltestreifen befestigte Platten eines Kondensators so mit einer Struktur verbindbar sind, daß sich dessen Kapazität bei einer Dehnung der Struktur verändert. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Weiterbildung der in der Hauptpatentanmeldung P 32 07 805.6 beschriebenen Vorrichtung zur Dehnungsmessung.
Die Aufgabe der vorliegenden Weiterbildungen besteht darin, daß besonders hohe Ansprüche an die Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse auch unter extremen Versuchsbedingungen, insbesondere eine vernachlässigbare Hysterese auch bei dauernd wechselnder Belastung, erfüllt werden. Insbesondere sollen auch Vereinfachungen bei der Fertigung ermöglicht werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß dem Anspruch 1 vorgeschlagen, die- einzelnen Abschnitte des Haltestreifens mit unterschiedlicher Materialstärke zu wählen. Dabei übernehmen die dünnen Abschnitte die Funktion der Knick- nd Biegestellen, während die dicken Abschnitte die Kondensatorplatten tragen. Dünne und dicke Abschnitte sind dabei etwa rechtwinklig aneinandergefügt, vorzugsweise aneinandergeschweißt. Ein solcher Aufbau des Haltestreifens kann entweder dadurch verwirklicht werden, daß auf einen dünnen Haltestreifen im Bereich der dicken Abschnitte zusätzliche Bleche aufgebracht werden, beispielsweise durch Laserschweißen und der ganze Streifen dann durch Biegen und Knicken in seine Bestimmungsform gebracht wird. Eine weitere bei der Herstellung sehr grünstige Lösung ist, daß dünne und dicke Abschnitte aus Einzelteilen zusammengeschweißt werden, wobei die richtige Form ohne Biegen und Knicken einzelner Material stellen erreicht werden kann. Insbesondere bei der Herstellung kann dies einfacher sein als genau definierte Materialaussparungen an einem zunächst dicken Haltestreifen vorzunehmen. Außerdem werden die wie Gelenke wirkenden elastischen Stellen des Haltestreifens nun durch ein verhältnismäßig langes Stück Material verwirklicht,wodurch die elastische Beanspruchung und damit unerwünschte Verschleißerscheinungen erheblich reduziert werden können.
Insbesondere bei der Fertigung des Haltestreifens aus einzelnen Abschnitten ist es wichtig, daß die zur Befestigung an einer Struktur bestimmten Abschnitte des Haltestreifens nicht in wechselnden Richtungen elastisch beansprucht werden. Zur Vermeidung von ungleichmäßigen Biegungen schlagen die Ansprüche 2 und 3 alternative Maßnahmen vor.
Im Anspruch 2 wird vorgeschlagen, die Länge des oberen mittleren Abschnitts des Haltestreifens so zu bemessen, daß die Kondensatorplatten erst bei maximalem Meßabstand etwa parallel stehen. Bei der Montage kann dann der Meßaufnehmer mit einer leichten Druckspannung angebracht werden, bei welcher die Kondensatorplatten an ihrer Unterseite gegeneinander geneigt sind. Bei einer Zugbelastung der an der Struktur befestigten Abschnitte des Haltestreifens brauchen diese dann ihre Krümmungsrichtung nicht zu verändern.
ähnliche Ergebnisse werden durch die Ausgestaltung nach dem Anspruch 3 erreicht, in diesem Falle ist der obere mittlere Abschnitt des Haltestreifens so bemessen, daB die Kondensatorplatten bei minimalem Meßabstand etwa parallel stehen. Dafür sind die Unterseiten der dicken Abschnitte so abgeschrägt, daß die an der Struktur befestigten unteren Abschnitte etwas schräg nach unten zeigen. In diesem Falle kann der Meßaufnehmer ohne Vorspannung montiert werden, was gegebenenfalls von Vorteil ist.
Im Anspruch 4 wird eine besondere Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, welche auch bei anderen, nach dem gleichen Prinzip arbeitenden Meßaufnehmern von Bedeutung sein kann. Ein Teil der Meßfehler bei solchen Aufnehmern rührt nämlich daher, daß die Kondensatorplatten durch unerwünschte Nebeneffekte parallel gegeneinander verschoben werden. Bei gleichgroßen Kondensatorplatten verändert sich dadurch die wirksame Kondensatorfläche und damit die Kapazität des Kondensators. Dieser zu erheblichen Meßfehlern führende Effekt kann dadurch vermieden werden, daß gemäß dem Anspruch 4 eine Kondensatorplatte etwa kleiner als die andere Kondensatorplatte ist. Die wirksame Kondensatorfläche wird dann durch die kleinere Kondensatorplatte bestimmt, eine Parallelverschiebung der beiden Platten gegeneinander ändert jedoch die wirksame Fläche solange nicht, wie die kleinere Platte nicht über den Rand der größeren Platte hinausragt. Der Größenunterschied der beiden Platten kann entsprechend den zu erwartenden Parallelverschiebungen ausreichend groß gewählt werden. Auf diese Weise kann ein erheblicher Teil der Störeffekte eliminiert werden, der nicht durch Dehnungen der Struktur sondern durch Biegung oder Scherung entsteht.
Auch im Anspruch 5 wird eine Maßnahme vorgeschlagen, welche gegebenenfalls bei anderen kapazitiven Meßaufnehmern von Bedeutung sein kann. Danach werden an beiden Flanken des Haltestreifens Abschirmbleche befestigt und zwar so, daß sie den Kondensator vor elektromagnetischen Störungen abschirmen, ohne die Bewegung des Haltestreifens jedoch zu beeinflussen. Bei der hier vorgeschlagenen Ausführungsform lassen sich solche Abschirmbleche problemlos an der Schmalseite der dickeren Abschnitte befestigen; beispielsweise auch durch Laseranschweißen.
Zur Veranschaulichung der Größe eines erindungsgemäßen Oehnungsaufnehmers werden im Anspruch 6 bevorzugte Maße für die Dicke der einzelnen Abschnitte angegeben, Danach sind die mit der Sturktur verbundenen dünnen Abschnitte etwa 0,2 mm dick, während der obere Verbindungsabschnitt etwa 0,05 mm dick ist Die dicken Abschnitte, welche die Kondensatorplatten tragen, sind etwa 1 mm dick. Bei solchen Materialstärken ist es besonders günstig, die Verbindungen durch Laserschweißen herzustellen. Besonderes Augenmerk ist auch auf die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Materialien zu legen, um die Temperaturdrift der Meßvorrichtung klein zu halten. Die Ausdehnungskoeffizienten und Materialien der einzelnen Abschnitte sind einerseits entsprechend ihrer Länge aufeinander abzustimmen und andererseits dem verwendeten Keramikmaterial und der zu messenden Struktur anzupassen.
Im siebten Anspruch wird eine besondere Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, welche zu einer besonders günstigen Handhabung führt und insbesondere bei der Verwendung von Abschirmblechen vorteilhaft ist. Demgemäß sind die Kondensatorplatten auf Keramikformkörpern befestigt welche in Ausspanrungen der dicken Haltestreifenabschatte angebracht sind. Die Zuleitungen zu den Kondensatorplatten sind durch Bohrungen durch die Keramikformkörper nacn außen geführt und dementsprechend leicht zugänglich. Elne sichere Isolation von dem Haltestreifen wird dadurch gewährleistet.
Im Anspruch 8 wird in besonderer Ausgestaltung vorgeschlagen, die Kondensatorplatten und Zuleitungen aus Platin herzustellen. Bei hohen Temperaturen und anderen ungünstigen Umgebungsbedingungen ist das sehr edle Platin besonders gut geeignet für den Langzeiteinsatz. Die Verbindungen von Metall und Keramik können dabei gelötet werden und die Zuleitung der Kondensatorplatten kann an diesen beispielsweise auch durch Laserschweißen befestigt werden. Bevorzugt werden kreisrunde Kondensatorplatten eingesetzt, jedoch ist die Form auch anders wählbar.
Im Anspruch 9 werden noch zusätzlich Maßnahmen angegeben, die zu einer möglichst geringen Beanspruchung der unteren dünnen Abschnitte führen. Danach werden die unteren dünnen Abschnitte mittels Schweißpunkten an der zu untersuchenden Struktur befestigt. An dem Ende der dünnen Abschnitte, welches mit den dicken Abschnitten verbunden ist, sind Dehnungseinschnitte vorhanden, welche eine Anpassung dar unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten ohne große Einflüsse auf die elastischen Eigenschaften des dünnen Abschnittes ermöglichen.
Ein spezielles Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und zwar zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Dehnungsmeßaufnehmer und Fiq, 2 eine Ansicht des Meßaufnehmers von oben.
Die zwei unteren, dünnen Abschnitte 20 des Dehnungsaufnehmers, im folgenden auch "Füße¢' genannt, sind mit Hilfe von Schweißpunkten 31 mit einer Struktur verbindbar.
Senkrecht auf diese dünnen Streifen sind zwei dicke Abschnitte 21 aufgeschweißt, welche die Kondensatorplatten 23, 24 tragen. Die Kondensatorplatten sind jeweils mittels eines in die dicken Abschnitte eingelöteten keramischen Formkörpers 22 von diesen elektrisch isoliert, Die Zuleitung 25 zu den Kondensatorplatten ist durch eine Bohrung in dem Keramikformkörper 22 nach außen geführt.
Der Keramikformkörper 22 weist vorzugsweise eine stufenförmige Rotationssymmetrie auf Die Zuleitungen 25 sind an die Kondensatorplatten 23 und 24 jeweils durch Laserschweißstellen 26 befestigt. An ihrem oberen Ende werden die dicken Abschnitte 21 durch einen dünnen Abschnitt 28, welcher ebenfalls vorzugsweise aufgeschweißt 29 ist, zusammengehalten. Dieser dünne Abschnitt 28 wirkt wie ein Gelenk und ermöglicht so daß Auseinander- und Zusammenklappen der Kondensatorplatten bei Dehnungen der Struktur. Die Füße 20 der Dehnungsmeßvorrichtung sind ebenfalls elastisch und der Bereich zwischen der Befestigung 31 an der Struktur und dem dicken Abschnitt 21 wirkt ebenfalls wie ein Gelenk Durch die Schweißverbindung 30 zwischen den beiden Abschnitten wird jedoch der Winkel o( sehr nahe an der Schweißstelle konstant gehalten; was bei einer Ausdehnung der Struktur zu komplizierten Biegefiguren der Füße führen kann. Deshalb ist es besonders günstig, einen solchen Dehnunqsmeßaufnehmer mit einer gewissen Vorspannung in Richtung auf den minimalen Kondensatorabstand zu montieren. Als Alternative dazu kann auch der Winkel c durch Abschrägen der Abschnitte 21 geringfügig größer als 900 gewählt werden. In beiden Fällen wird erreicht, daß die Füße 20 bei Dehnung der Struktur nur in eine Richtung gekrümmt werden müssen Zur Entlastung bei unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der Füße und der dicken Abschnitte 21 können Dehnungseinschnitte 32 in der Nähe der Verbindungsstelle 30 vorgesehen werden. In diesem Falle ist es günstig die Verbindung durch eine größere Anzahl von Punktschweissungen durchzuführen. In Fig. 1 sind die an den Flanke der Vorrichtung angebrachten Abschirmplatten der besseren übersicht halber nicht eingezeichnet. In Fig 2 ist jeoch zu erkennen, in welcher Weise diese Abschirmplatten an9ebracht werden können. Selbstverständlich dürfen diese Abschirmplatten 33 nur jeweils an einem der beiden dicken Abschnitte 21 befestigt werden. Die Verbindung kann vorzugsweise wieder durch eine Laserschweißung 34 erfolgen.
Die vorliegende Ausführungsform eignet sich für besonders hohe Ansprüche bei der Dehnungsmessung an heißen Strukturen, welche in verschiedenen Richtungen belastet werden.
Besonderer Wert wurde auf die Ausschaltung von störenden Einflüssen gelegt.

Claims

Vorrichtung zur Dehnungsmessung (Zusatz zu P 32 07 805.6) Patentansprüche rrichtung zur Dehnungsmessung, wobei zwei an einem Haltestreifen befestigte Platten eines Kondensators so mit einer Struktur verbindbar sind, daß sich dessen Kapazität bei einer Dehnung der Struktur verändert, insbesondere nach der Hauptpatentanmeldung P 32 07 805.6, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Merkmale: a) Die einzelnen Abschnitte (20, 21, 28) des Haltestreifens haben unterschiedliche Materialstärken.

b) Die dünnen Abschnitte (20, 28) dienen als elastische Biegestellen, die dicken Abschnitte (21) tragen die Kondensatorplatten (23, 24).

c) Dünne (20, 28) und dicke (21) Abschnitte sind etwa rechtwinklig aneinandergefügt (29, 30), vorzugsweise geschweißt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h -n e t d u r c h folgendes Merkmal: a) Die Länge des oberen Abschnitts (28) ist so bemessen, daß die Kondensatorplatten (23, 24) erst bei maximalem Meßabstand etwa parallel stehen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, g e k-e n n z e i c h -n e t d u r c h folgende Merkmale: a) Die Länge des oberen Abschnitts (28) ist so bemessen, daß die Kondensatorplatten (23, 24) bei minimalem Meßabstand etwa parallel stehen.

b) Die Unterseiten der dicken Abschnitte (21) sind so abgeschrägt, daß der Winkel ( OC ) zu den unteren dünnen 0 Abschnitten (20) etwas größer als 90 ist, und zwar mindestens um soviel, wie der Winkel der Kondensatorplatten (23, 24) zueinander bei maximalem Meßabstand beträgt.
4. Vorrichtung zur Dehnungsmessung, wobei zwei Platten eines Kondensators so mit einer Struktur verbindbar sind, daß sich dessen Kapazität bei einer Dehnung der Struktur verändert, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgendes Merkmal: a) Die eine Kondensatorplatte (23) ist etwas kleiner als die andere Kondensatorplatte (24).
5. Vorrichtung zur Dehnungsmessung nach einem der vDrhergehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgendes Merkmal: a) An beiden Flanken des Haltestreifens sind Abschirmbleche (33) je einseitig befestigt (34), welche den Kondensator vor Störungen abschirmen, ohne die Bewegung des Haltestreifens zu beeinflussen.
6. Vorrichtung zur Dehnungsmessung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Merkmale: a) Die an der Struktur befestigten dünnen Abschnitte (20) sind etwa 0,2 mm dick.

b) Der obere dünne Abschnitt (28) ist etwa 0,05 mm dick.

c) Die dicken Abschnitte (21) sind etwa 1 mm dick.

d) Die Verbindungen (29, 31) der Abschnitte sind lasergeschweißt.
7 Vorrichtung zur Dehnungsmessung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Merkmale: a) Die Kondensatorplatten (23, 24) sind auf Keramikformkörpern (22) befestigt, welche in Aussparungen der dicken Haltestreifenabschnitte (21) angebracht sind b) Die Zuleitungen (25) zu den Kondensatorplatten (23, 24) sind durch Bohrungen durch die Keramikformkörpex (22) nach außen geführt.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Merkmale: a) Die Kondensatorplatten (23, 24) und Zuleitungen (25) sind aus Platin.

b) Die Verbindungen (27) von Metall und Keramik sind gelötet.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Merkmale: a) Die unteren dünnen Abschnitte (20) sind mittels Schweißpunkten (31) mit einer Struktur verbindbar.

b) An dem Verbindungsende zu den dicken Abschnitten (21) hin, weisen die unteren dünnen Abschnitte (20) Dehnungseinschnitte (32) auf.