DE3345760C2 - Measuring device with measuring spring made of ferromagnetic material - Google Patents

Measuring device with measuring spring made of ferromagnetic material

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DE3345760C2 DE19833345760 DE3345760A DE3345760C2 DE 3345760 C2 DE3345760 C2 DE 3345760C2 DE 19833345760 DE19833345760 DE 19833345760 DE 3345760 A DE3345760 A DE 3345760A DE 3345760 C2 DE3345760 C2 DE 3345760C2
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    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2268—Arrangements for correcting or for compensating unwanted effects

Abstract

Bei einer Meßvorrichtung mit durch die zu messende Größe auf Verformung beanspruchter Meßfeder aus ferromagnetischem Material und mit der Meßfeder zusammenwirkenden Dehnungsmeßelementen unterliegt die Meßfeder während des Meßvorgangs im Bereich der Dehnungsmeßelemente einem - vorzugsweise einstellbaren - Magnetfeld. Dadurch wird die Hysterese (Umkehrspanne) des Meßfedermaterials verändert, um eine gewünschte Auflösung der Meßspanne der Meßvorrichtung zu erzielen.In the case of a measuring device with a measuring spring made of ferromagnetic material that is subjected to deformation by the size to be measured and strain gauges interacting with the measuring spring, the measuring spring is subject to a - preferably adjustable - magnetic field during the measuring process in the area of the strain gauges. As a result, the hysteresis (reversal span) of the measuring spring material is changed in order to achieve a desired resolution of the measuring span of the measuring device.

Description

mente durchdringen. ter Meßfeder, bei der ein Magnet in einer fensterartigenpenetrate ments. ter measuring spring, in which a magnet in a window-like

7. Meßfeder nach einem dsr Ansprüche 1 bis 4, Ausnehmung der Meßfeder angeordnet ist,7. measuring spring according to a dsr claims 1 to 4, recess of the measuring spring is arranged,

dadurch gekennzeichnet, daß auf einer oder zu bei- F i g. 4 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles A auf eine den Seiten der Meßfeder (11) ein oder mehrere Ma- 40 Vorrichtung gemäß F i g. 3, wobei jedoch anstelle des in gnete (16,17) so angeordnet ist (sind), daß die ma- einer Ausnehmung der Meßfeder angeordneten Magnetischen Feldlinien die Meßfeder am Ort der Deh- gneten zu beiden Seiten der Meßfeder je ein Magnet nungsmeßelemente durchdringen. angeordnet ist Icharacterized in that on one or two F i g. 4 shows a view in the direction of arrow A on one of the sides of the measuring spring (11) one or more measuring devices according to FIG. 3, but instead of in gnete (16,17) it is (are) arranged so that the magnetic field lines arranged in a recess of the measuring spring penetrate the measuring spring at the location of the elongated measuring elements on both sides of the measuring spring. is arranged I

8. Meßfeder nach einem der Ansprüche 5 bis 7, In F i g. 1 ist eine Meßfeder 1 aus ferromagnetischem I gekennzeichnet durch die Verwendung von Perma- 45 Material einseitig an einer ortsfesten Basis 2 befestigt nentmagneten. An ihrem frei über die Basis 2 hinausragenden Teil ist8. Measuring spring according to one of claims 5 to 7, In F i g. 1 is a measuring spring 1 made of ferromagnetic I. characterized by the use of Perma- 45 material attached on one side to a stationary base 2 nentmagneten. Is on their part protruding freely beyond the base 2

9. Meßfeder nach einem der Ansprüche 5 bis 7, die Meßfeder 1 wesentlich dünner gestaltet und bildet gekennzeichnet durch die Verwendung von Elektro- so eine Meßstrecke, auf deren oberer Fläche 4 nur schemagneten. matisch angedeutete elektrische Dehnungsmeßstreifen9. Measuring spring according to one of claims 5 to 7, the measuring spring 1 designed and formed much thinner characterized by the use of electrical such a measuring section, on the upper surface 4 only schematic magnets. matically indicated electrical strain gauges

50 3 bis 6 angeordnet sind. Jenseits der Meßstrecke besiut50 3 to 6 are arranged. Beyond the test section besiut

die Meßfeder 1 einen L-förmigen Fortsatz 7, dessenthe measuring spring 1 has an L-shaped extension 7, whose

langer Schenkel parallel zur Meßfeder verlaufend bis unter die Meßstrecke zurückgeführt ist Am Ende dieseslong leg running parallel to the measuring spring until it is led back under the measuring section At the end of this

Die Erfindung bezieht sich auf Meßvorrichtungen mit Schenkels greift die zu messende Kraft F längs einer durch die zu messende Größe auf Verformung bean- 55 Linie an, die senkrecht zur Längserstreckung der MeQ-spruchter Meßfeder aus ferromagnetischem Material feder 1 etwa durch die Mitte der Meßstrecke verläuft und mit dieser zusammenwirkenden Dehnungsmeßele- Die Meßfeder stellt somit einen in bekannter Weise menten. ausgebildeten Biegebalken dar, dessen Meßstrecke un-Die Auflösung der Meßspanne einer solchen Meß- ter der Wirkung der Kraft Fs-förmig gebogen wird. Die vorrichtung, d. h. die Feinheit der Unterteilung des 60 Dehnungsmeßstreifen 3 und 5 nehmen dabei eine Deh-Meßbereiches, hängt von der Hysterese der Meßfeder- nung und die Dehnungsmeßstreifen 4 und 6 eine Staumaterials ab. Je größer die relative Umkehrspanne der chung des Meßfedermaterials auf und wandeln diese in Hysteresekurve des Meßfedermaterials ist, desto gerin- ein entsprechendes elektrisches Signal um. Die Dehger ist die Auflösung der Meßvorrichtung. Durch ver- nungsmeßstreifen 3 bis 6 sind in bekannter und nicht schiedene Maßnahmen, beispielsweise durch extreme 65 dargestellter Weise in eine elektrische Meßbrücke geKaltverformung, kann man zwar die Hysterese einiger schaltet die ein der Wirkung der Kraft F entsprechender üblichen Meßfedermaterialien verbessern. Dies ist des Signal abgibt Selbstverständlich können die Dehjedoch nur begrenzt möglich, so daß einer damit erziel- nungsmeßstreifen alle oder teilweise auch an der unte-The invention relates to measuring devices with leg engages the force F to be measured along a line to be measured by the size to be measured on deformation, which runs perpendicular to the longitudinal extension of the measuring spring made of ferromagnetic material spring 1 approximately through the middle of the measuring section and with this cooperating strain gauge, the measuring spring thus represents a ments in a known manner. formed bending beam, the measuring section of which is bent in an Fs-shape. The device, ie the fineness of the subdivision of the 60 strain gauges 3 and 5, take a strain measuring range, depends on the hysteresis of the measurement spring and the strain gauges 4 and 6 depend on a damming material. The greater the relative reversal span of the tension of the measuring spring material and converting this into the hysteresis curve of the measuring spring material, the smaller the corresponding electrical signal. The Dehger is the resolution of the measuring device. By using voltage gauges 3 to 6 in known and not different measures, for example by extreme cold deformation as shown in an electrical measuring bridge, the hysteresis of some of the usual measuring spring materials corresponding to the effect of the force F can be improved. This is the signal emitted. Of course, the Dehs can only be limited, so that a measurement strip with it all or part of the lower

ren Fläche der MeBstrecke angeordnet sein. Auch kann eine andere Anzahl von Dehnungsmeßstreifen in entsprechender Anordnung vorgesehen sein. Derartige Variationen sind mit entsprechender Schaltung der Meßbrücke bekannt sbe arranged ren area of the measuring section. Also can a different number of strain gauges may be provided in a corresponding arrangement. Such variations are known with a corresponding circuit of the measuring bridge s

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. Das Maß der Verringerung ist durch Wanl der magnetischen Feldstärke einstellbar. Besonders vorteilhaft ist eine Anordnung des Magnetfeldes, bei der die magnetischen Feldlinien im wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung der Meßfeder verlaufen. According to the invention, a magnetic field is now brought into effect on the measuring section, its field lines 8 penetrate the test section. As a result of the effect of the magnetic field, the reverse span of the decreases Measuring spring material. The extent of the reduction can be adjusted by changing the magnetic field strength. An arrangement of the magnetic field in which the magnetic field lines are essentially run perpendicular to the longitudinal direction of the measuring spring.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.2 ist ein Magnet 9 mittels einer Halterung 10 so oberhalb der Meßstrecke angeordnet, daß die magnetischen Feldlinien die Meßstrecke durchdringen. Die Jage des Magneten ist oberhalb der Meßstrecke gewählt, um eine Behinderung der Zugwirkung der Kraft Fzu vermeiden. Der Magnet könnte auch an anderer Stelle, z. B. unterhalb der Meßstrecke, angeordnet werden, wenn eine Beeinträchtigung der Zugwirkung der Kraft Fin sonstiger Weise vermieden wird.In the embodiment according to Figure 2, a magnet 9 by means of a holder 10 is above the Measuring section arranged so that the magnetic field lines penetrate the measuring section. The hunt of the magnet is selected above the measuring section in order to avoid an impairment of the tensile effect of the force Fzu. The magnet could also be used elsewhere, e.g. B. be arranged below the measuring section, if a Impairment of the tensile effect of the force Fin is avoided in any other way.

Bei dem in F i g. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt die Meßfeder die Gestalt eines einseitig an einer Basis 12 befestigten Biegebalkens 11, an dessem freien Ende eine Zugkraft F angreift In einer fensterartigen Ausnehmung des Biegebaikens, 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 F i g. 1 beschrieben sein.In the case of the FIG. 3, the measuring spring has the shape of a bending beam 11 fastened on one side to a base 12, at the free end of which a tensile force F acts arranged so that its field lines penetrate both measuring sections. The arrangement and bridge circuit of the strain gauges and the mode of operation of the device can be as shown in FIG. 1 should be described.

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 Meßstrecken 13 und 14 durchdringen, von zwei seitlich der beiden Meßstrecken angeordneten Magneten 16 und 17 erzeugt Die Halterung 18, mit der h die beiden Magnete an der Basis 12 befestigt sind, kann gleichzeitig als Joch zur Rückführung der magnetischen Feldlinien dienen.With the exception of the magnet arrangement, the embodiment according to FIG. 4 corresponds to the embodiment shown in FIG. In that regard, like reference numerals are used here, however, the magnetic field penetrate the field lines of the measuring sections 13 and 14, laterally by two of the two measuring sections arranged magnets 16 and 17 generates the holder 18, with h, the two magnets are attached to the base 12, can at the same time 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(n) angeordnet sein, wenn dafür ge-, sorgt ist, daß die magnetischen Feldlinien die Meßstrek-"■' ke durchdringen. Als Erzeuger des Magnetfeldes können ein oder mehrere Magneten — Permanent- oder f; Elektromagnete — verwendet werden. Die Verwen-• dung 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.As the various examples show, the generator of the magnetic field can be arranged in any position relative to the measuring section (s), if it is ensured that the magnetic field lines penetrate the measuring section magnetic field, one or more magnets - permanent or f;. electromagnets - be used Applicable methods • dung of electromagnets is advantageous because "· 'the magnetic field is adjustable in its strength and therefore different demands to be easily adapted to the resolution! can. Electromagnets can also be switched off as long as no measurement is carried out with the measuring device.

T'T '

ι Hierzu 1 Blatt Zeichnungenι 1 sheet of drawings

Claims (6)

1 2 baren Verbesserung der Auflösung Grenzen gesetzt Patentansprüche: sind. Es ist Aufgabe der Erfindung, bei Meßvorrichtungen1 2 baren improvement of the resolution limits set claims: are. It is the object of the invention in measuring devices 1. Meßvorrichtung mit durch die zu messende der eingangs genannten Art die Auflösung über das mit Größe auf Verformung beanspruchter Meßfeder 5 den bisher bekannten Maßnahmen erreichbare Maß aus ferromagnetischem Material und mit dieser zu- hinaus zu verbessern. Die Erfindung löst diese Aufgabe sammenwirkenden Dehnungsmeßelementen, da- in vorteilhafter Weise dadurch, daß die Meßfeder am durch gekennzeichnet, daß die Meßfeder Ort der Dehnungsmeßelemente zumindest während des (1,11) am Ort der Dehnungsmeßelemente (3,4,5,6) Meßvorgangs in einem Magnetfeld liegt Auf vorteilhafzumindest während des Meßvorgangs in einem Ma- 10 te Ausgestaltungen der Erfindung beziehen sich die Ungnetfeld(8)liegt teransprüche.1. Measuring device with the resolution to be measured with the type mentioned above Size on deformation stressed measuring spring 5 the previously known measures achievable level made of ferromagnetic material and to improve with this. The invention solves this problem cooperating strain gauges, in an advantageous manner in that the measuring spring on characterized in that the measuring spring location of the strain gauges at least during the (1,11) at the location of the strain gauges (3,4,5,6) measuring process in a magnetic field is at least advantageous During the measuring process, in one aspect of the invention, the non-wet field (8) is located claims. 2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- Die verschiedenen Meßfedermaterialien besitzen undurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld (8) in sei- terschiedliche Hysterese- und auch unterschiedliche ner Größe einstellbar ist sonstige Eigenschaften. Beispielsweise kann man bei2. Measuring device according to claim 1 or 2, that the various measuring spring materials have impermeability characterized in that the magnetic field (8) has different hysteresis and also different Other properties are adjustable in size. For example, at 3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- 15 manchen Materialien den Temperaturkoeffizienten des durch gekennzeichnet daß die magnetischen Feldli- Ε-Moduls (TK-E) beeinflussen — z. B. bei Eisen-Nickelnien im wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung Legierungen —, während dies bei anderen Materialien der Meßfeder verlaufen. — z.B. bei Kupfer-Beryllium-Legierungen — nicht3. Measuring device according to claim 1 or 2, that some materials influence the temperature coefficient of the characterized in that the magnetic Feldli- Ε module (TK-E) - z. B. in the case of iron-nickel alloys essentially perpendicular to the longitudinal direction of the alloys - while this is the case with other materials of the measuring spring. - e.g. with copper-beryllium alloys - not 4. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- möglich ist Muß man nun das Meßfedermaterial nach durch gekennzeichnet, daß durch geeignete Bemes- 20 einer solchen sonstigen Eigenschaft auswählen, so muß sung der magnetischen Feldstärke vorzugsweise bei man zwangsläufig die durch die Hysterese, d. h. die UmVerwendung einer FeNi-Legierung als Federmateri- kehrspanne, dieses Materials bedingte Begrenzung der al im Bereich zwischen 40 und 200 mT, eine be- Auflösug in Kauf nehmen. Es ist nun ein Vorteil der stimmte Umkehrspanne der Hysteresekurve des Erfindung, daß mit ihr auch in solchen Fällen noch die Meßfedermaterials eingestellt wird. 25 Auflösung verbessert werden kann.4. Measuring device according to claim 1 or 2, since it is possible to now use the measuring spring material characterized in that by appropriate dimensioning 20 such other property must be selected Solution of the magnetic field strength preferably in the case of one inevitably affected by the hysteresis, i.e. H. the reuse a FeNi alloy as spring material margin, this material limited al in the range between 40 and 200 mT, accept a resolution. It is now an advantage of Correct reversal of the hysteresis curve of the invention that with it even in such cases the Measuring spring material is set. 25 resolution can be improved. 5. Meßvorrichtung nach einem der vorhergehen- In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ober- Erfindung schematisch dargestellt Alle nicht zum Ver- und/oder unterhalb der Meßfeder (1) ein oder meh- ständnis erforderlichen Teile sind weggelassen. Es zeigt rere Magnete so angeordnet ist (sind), daß die ma- F i g. 1 die perspektivische Darstellung einer Meßvorgnetischen Feldlinien die Meßfeder am Ort der Deh- 30 richtung mit durch eine zu messende Kraft auf Biegung nungsmeßelemente (3,4,5,6) durchdringen. beanspruchter Meßfeder,5. Measuring device according to one of the preceding- In the drawings are exemplary embodiments of the claims, characterized in that the invention is shown schematically All not for and / or one or more parts required below the measuring spring (1) are omitted. It shows rere magnets is (are) arranged so that the ma- F i g. 1 shows the perspective view of a measuring table Field lines the measuring spring at the location of the stretching direction with a force to be measured on bending penetration measuring elements (3,4,5,6). stressed measuring spring, 6. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 F i g. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einer fenster- Fig. 1 mit oberhalb der Meßfeder angeordnetem Maartigen Ausnehmung der Meßfeder (11) ein Magnet gneten,6. Measuring device according to one of claims 1 F i g. 2 shows a side view of the device according to FIG to 4, characterized in that in a window Fig. 1 with a Ma-like arranged above the measuring spring A magnet was attached to the recess of the measuring spring (11), (15) so angeordnet ist daß die magnetischen Feldli- 35 Fig. 3 eine Seitenansicht einer Meßvorrichtung mit(15) is arranged so that the magnetic field lines 35 Fig. 3 is a side view of a measuring device with nien die Meßfeder am Ort der Dehnungsmeßele- durch eine zu messende Kraft auf Biegung beanspruch-Never strain the measuring spring at the location of the strain gauges on bending by a force to be measured.
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