DE3345760A1

DE3345760A1 - MEASURING DEVICE WITH MEASURING SPRING MADE OF FERROMAGNETIC MATERIAL

Info

Publication number: DE3345760A1
Application number: DE19833345760
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dipl.-Ing. 6078 Neu Isenburg Paul
Original assignee: Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH
Current assignee: Hottinger Bruel and Kjaer GmbH
Priority date: 1983-12-17
Filing date: 1983-12-17
Publication date: 1985-07-04
Also published as: GB2151799B; DE3345760C2; GB2151799A; GB8428133D0

Description

Meßvorrichtung mit Meßfeder aus ferromagnetischem MaterialMeasuring device with measuring spring made of ferromagnetic material

Die Erfindung bezieht sich auf Meßvorrichtungen mit durch die zu messende Größe auf Verformung beanspruchter Meßfeder aus ferromagnetischem Material und mit dieser zusammenwirkenden DehnungsmeBelementen= 5The invention relates to measuring devices with a measuring spring stressed by the size to be measured for deformation made of ferromagnetic material and with this cooperating strain gauges = 5

Die Auflösung der Meßspanne einer solchen Meßvorrichtung, d.h. die Feinheit der Unterteilung des Meßbereiches, hängt von der Hysterese des Meßfedermaterials ab» Je größer die relative Umkehrspanne der Hysteresekurve des Meßfedermaterials ist, desto geringer ist die Auflösung der Fleßvorrichtung. Durch verschiedene Maßnahme, beispielsweise durch extreme Kaltverformung, kann man zwar die Hysterese einiger der üblichen Meßfedermaterialien verbessern» Dies ist jedoch nur begrenzt möglich, so daß einer damit erzielbaren Verbesserung der Auflösung Grenzen gesetzt sind.The resolution of the measuring span of such a measuring device, i.e. the fineness of the subdivision of the measuring range, depends on the hysteresis of the measuring spring material »The larger the the relative inverse span of the hysteresis curve of the measuring spring material, the lower the resolution of the Meat device. Through various measures, for example through extreme cold deformation, one can reduce the hysteresis improve some of the common range spring materials »This However, this is only possible to a limited extent, so that there are limits to the improvement in resolution that can be achieved with it.

Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen beschrieben ist, löst die Aufgabe, die Auflösung bei Meßvorrichtungen der eingangs genannten Art über das mit den bisher bekannten Maßnahmen erreichbare Maß hinaus zu verbessern.The invention, as described in the claims, solves the problem of the resolution in measuring devices To improve the type mentioned above beyond what can be achieved with the previously known measures.

Die verschiedenen Meßfedermaterialien besitzen unterschiedliche Hysterese- und auch unterschiedliche sonstige Eigenschaften. Beispielsweise kann man bei manchen Materialien den Temperaturkoeffizienten des Ε-Moduls (TK-E) beeinflussen - z.B. bei Eisen-Nickel-Legierungen - , während dies bei anderen Materialien - z.B. bei Kupfer-Beryllium-Legierungen - nicht möglich ist. Muß man nun das Meßfedermaterial nach eina? solchen sonstigen Eigenschaft auswählen, so muß man zwangsläufig die durch die Hysterese, d.h. die Umkehrspanne, dieses Materials bedingte Begrenzung der Auflösung in Kauf nehmen. Es ist nun ein Vorteil der Erfindung, daß mit ihr auch in solchen Fällen noch die Auflösung verbessert werden kann.The different measuring spring materials have different ones Hysteresis and also various other properties. For example, with some materials affect the temperature coefficient of the Ε-module (TK-E) - e.g. with iron-nickel alloys - while this is the case with other materials - e.g. with copper-beryllium alloys - not possible. Do you now have to adjust the measuring spring material? select such other property, so one inevitably has to limit the hysteresis, i.e. the reversal range, of this material Accept dissolution. It is now an advantage of the invention that with it, even in such cases, the resolution can be improved.

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Alle nicht zum Verständnis erforderlichen Teile sind weggelassen. Es zeigen:In the drawings are exemplary embodiments of the invention shown schematically. All parts not necessary for understanding are omitted. Show it:

Fig. 1 die perspektivische Darstellung einer Meßvorrichtung mit durch eine zu messende Kraft auf Biegung beanspruchter Meßfeder,Fig. 1 is a perspective view of a measuring device with a measuring spring stressed in bending by a force to be measured,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1 mit oberhalb der Meßfeder angeordnetem Magneten,FIG. 2 shows a side view of the device according to FIG. 1 with the magnet arranged above the measuring spring,

Fig. 3 eine Seitenansicht einer Meßvorrichtung mit durch eine zu messende Kraft auf Biegung beanspruchter Meßfeder, bei der ein Magnet in einer fensterartigen Ausnehmung der Meßfeder angeordnet ist,Fig. 3 is a side view of a measuring device with stressed by a force to be measured on bending Measuring spring, in which a magnet is arranged in a window-like recess in the measuring spring,

Fig. 4 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles A auf eine Vorrichtung gemäß Fig. 3, wobei jedoch anstelle des in einer Ausnehmung der Meßfeder angeordneten Magneten zu beiden Seiten der Meßfeder je einFig. 4 is a view in the direction of arrow A on a Device according to FIG. 3, but instead of that arranged in a recess of the measuring spring Magnets on both sides of the range spring

Magnet angeordnet ist.Magnet is arranged.

In Fig. 1 ist eine Meßfeder 1 aus ferromagnetischem Material einseitig an einer ortsfesten Basis 2 befestigt. An ihrem frei über die Basis 2 hinausragenden Teil ist die Meßfeder 1 wesentlich dünner gestaltet und bildet so eine Meßstrecke, auf deren oberer Fläche 4 nur schematisch angedeutete elektrische Dehnungsmeßstreifen 3 bis B angeordnet sind. Jenseits der Meßstrecke besitzt die Meßfeder 1 einen L-förmigen Fortsatz 7, dessen langer Schenkel parallel zur Meßfeder verlaufend bis unter die Meßstrecke zurückgeführt ist. Am Ende dieses Schenkels greift die zu messende Kraft F längs einer Linie an, die senkrecht zur Längserstreckung der Meßfeder 1 etwa durch die Mitte der Meßstrecke verläuft. Die Meßfeder stellt somit einen in bekannter Weise ausgebildeten Biegebalken dar, dessen Meßstrecke unter derIn Fig. 1, a measuring spring 1 is made of ferromagnetic material attached on one side to a stationary base 2. The measuring spring is on its part protruding freely beyond the base 2 1 designed much thinner and thus forms a measuring section, only schematically indicated electrical strain gauges 3 to B are arranged on the upper surface 4 thereof. Beyond the measuring section, the measuring spring 1 has an L-shaped extension 7, the long leg of which is parallel to the measuring spring running until it is returned under the measuring section. The force F to be measured engages at the end of this leg along a line which runs perpendicular to the longitudinal extension of the measuring spring 1 approximately through the center of the measuring section. The measuring spring thus represents a bending beam designed in a known manner, the measuring section of which is below the

Wirkung der Kraft F s-förmig gebogen wird. Die DehnungsmeBstreifen 3 und 5 nehmen dabei eine Dehnung und die DehnungsmeBstreifen 4 und B eine Stauchung des Meßf-edermaterials auf und wandeln diese in ein entsprechendes elektrisches Signal um. Die DehnungsmeBstreifen 3 bis B sind in bekannter und nicht dargestellter Weise in eine elektrische Meßbrücke geschaltet, die ein der Wirkung der Kraft F entsprechendes Signal abgibt. SaLbstverständlich können die DehnungsmeBstreifen alle oder teilweise auch an der unteren Fläche der Meßstrecke angeordnet sein. Auch kann eine andere Anzahl von Dehnungsmeßstreifen in entsprechender Anordnung vorgesehen sein« Derartige Variationen sind mit entsprechender Schaltung der MeBbrücke bekannt. Effect of the force F is bent in an s-shape. The strain gauges 3 and 5 expand and the strain gauges 4 and B compress the measuring spring material and convert it into a corresponding electrical signal. The strain gauges 3 to B are connected in a known and not shown manner in an electrical measuring bridge, the one of the effect of Force F emits the corresponding signal. Of course, all or some of the strain gauges can also be used be arranged on the lower surface of the measuring section. A different number of strain gauges can also be used accordingly Arrangement be provided. Such variations are known with a corresponding circuit of the measuring bridge.

Gemäß der Erfindung wird nun auf die Meßstrecke ein Magnetfeld zur Wirkung gebracht, dessen Feldlinien 8 die Meßstrecke durchdringen. Zufolge der Wirkung des Magnetfeldes verringert sich die Umkehrspanne des Meßfedermaterials.According to the invention, a magnetic field is now brought into effect on the measuring section, the field lines 8 of which make up the measuring section penetrate. As a result of the effect of the magnetic field, the reverse span of the measuring spring material is reduced.

Das Maß der Verringerung ist durch Wahl der magnetischen Feldstärke einstellbar. Besonders vorteilhaft ist eine ■ Anordnung des Magnetfeldes, bei der die magnetischen Feldlinien im wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung der Meßfeder verlaufen.The extent of the reduction can be adjusted by selecting the magnetic field strength. One is particularly advantageous ■ Arrangement of the magnetic field in which the magnetic field lines run essentially perpendicular to the longitudinal direction of the measuring spring.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist ein Magnet mittels einer Halterung 1o so oberhalb der Meßstrecke angeordnet, daß die magnetischen Feldlinien die Meßstrecke durchdringen. Die Lage des Magneten ist oberhalb der Meßstrecke gewählt, um eine Behinderung der Zugwirkung der Kraft F zu vermeiden. Der Magnet könnte auch an anderer Stelle, z.B. unterhalb der Meßstrecke, angeordnet werden, wenn eine Beeinträchtigung der Zugwirkung der Kraft F in sonstiger Weise vermieden wird.In the embodiment according to FIG. 2, there is a magnet arranged by means of a holder 1o above the measuring section that the magnetic field lines cover the measuring section penetrate. The position of the magnet is selected above the measuring section in order to prevent the pulling effect of the Force F to avoid. The magnet could also be arranged elsewhere, e.g. below the measuring section, if an impairment of the tensile effect of the force F is avoided in any other way.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel besitztIn the embodiment shown in Fig. 3 has

-B--B-

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-B--B-

die Meßfeder die Gestalt eines einseitig an einer Basis befestigten Biegebalkens 11, an dessem freien Ende eine Zugkraft F angreift. In einer fensterartigen Ausnehmung des Biegebalkens, dessen Randzonen 13, 14 gleichzeitig zwei zueinander parallel liegende Meßstrecken bilden, ist ein Magnet 15 so angeordnet, daß seine Feldlinien beide Meßstrecken durchdringen. Die Anordnung und Brückenschaltung der Dehnungsmeßstreifen sowie die Wirkungsweise der Vorrichtung können wie zu Fig. 1 beschrieben sein.the measuring spring has the shape of a sided on a base attached bending beam 11, at the free end of which a tensile force F acts. In a window-like recess of the bending beam, the edge zones 13, 14 of which simultaneously form two measuring sections lying parallel to one another a magnet 15 arranged so that its field lines penetrate both measuring sections. The arrangement and bridge circuit the strain gauges and the mode of operation of the device can be as described for FIG.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 4 entspricht mit Ausnahme der Magnetanordnung der in Fig. 3 dargestellten Ausführung. Insoweit sind gleiche Bezugszeichen verwendet. Hier wird jedoch das Magnetfeld, dessen Feldlinien die Meßstrsken 13 und 14 durchdringen, von zwei seitlich der beiden Meßstrecken angeordneten Magneten 16 und 17 erzeugt. Die Halterung 18, mit der die beiden Magnete an der Basis 12 befestigt sind, kann gleichzeitig als Joch zur Rückführung der magnetischen Feldlinien dienen.The embodiment according to FIG. 4 corresponds with the exception the magnet arrangement of the embodiment shown in FIG. To this extent, the same reference symbols are used. Here will however, the magnetic field, the field lines of which penetrate the measuring strengths 13 and 14, from two sides of the two measuring sections arranged magnets 16 and 17 generated. The bracket 18 with which the two magnets are attached to the base 12 can also serve as a yoke to return the magnetic field lines.

Wie die verschiedenen Beispiele zeigen, kann der Erzeuger des Magnetfeldes in beliebiger Lage relativ zu der/den Meßstrecke Cn) angeordnet sein, wenn dafür gesorgt ist, daß die magnetischen Feldlinien die Meßstrecke durchdringen.As the various examples show, the generator of the magnetic field can be in any position relative to the Measuring section Cn) be arranged if it is ensured that the magnetic field lines penetrate the measuring section.

Als Erzeuger des Magnetfeldes können ein oder mehrere Magneten - Permanent- oder Elektromagnete - verwendet werden. Die Verwendung von Elektromagneten ist vorteilhaft, weil damit das Magnetfeld in seiner Stärke einstellbar ist und somit unterschiedlichen Anforderungen an die Auflösung leicht angepaßt werden kann. Auch können Elektromagnete abgeschaltet werden, solange keine Messung mit der Meßvorrichtung durchgeführt wird.One or more magnets - permanent magnets or electromagnets - can be used to generate the magnetic field will. The use of electromagnets is advantageous because the strength of the magnetic field can be adjusted and thus different requirements for the resolution can be easily customized. Electromagnets can also be switched off as long as there is no measurement with the measuring device is carried out.

BAD ORlGiM/?BAD ORlGiM /?

Claims

11 .1o2 D

Measuring device with measuring spring made of ferromagnetic material Patent claims:

/ '1 y measuring device with through the size to be measured for deformation stressed measuring spring made of ferromagnetic material and with this cooperating strain gauges, characterized in that the measuring spring (1, 11) in the area of action of the strain gauges [3, 4, 5, 6] is in a magnetic field (8), preferably of adjustable size, at least during the measuring process.

2. Measuring device according to claim 1, characterized in that the magnetic field lines are substantially perpendicular run to the longitudinal direction of the measuring spring.

3. Measuring device according to claim 1, characterized in that by suitable dimensioning of the magnetic field strength, preferably when using an FeNi alloy as spring material in the range between 4o and ■ 2oo mT, a certain reversal range of the hysteresis curve of the measuring spring material is set.

4. ' Measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that that above and / or below the measuring spring (1) one or more magnets is (are) arranged so that the magnetic field lines penetrate the measuring spring in the area of action of the strain gauges C3, 4, 5, 6).

5. Measuring device according to claim 1 or claim 2, characterized in that in a window-like recess a magnet (15) is arranged on the measuring spring (11) so that that the magnetic field lines penetrate the measuring spring in the area of action of the strain gauges.

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B. measuring spring according to claim 1 or 2, characterized in that on one or both sides of the measuring spring (11) one or more magnets (16, 17) is (are) arranged so that the magnetic field lines place the measuring spring in the area of action penetrate the expansion elements.

7. Measuring spring according to claim 4, S or 6, characterized by the use of permanent magnets.

8. measuring spring according to claim 4, 5 or 6, characterized by the use of electromagnets.