DE4023924A1

DE4023924A1 - Messgroessenaufnehmer

Info

Publication number: DE4023924A1
Application number: DE19904023924
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dr Paul
Original assignee: Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH
Current assignee: Hottinger Bruel and Kjaer GmbH
Priority date: 1990-07-27
Filing date: 1990-07-27
Publication date: 1991-02-14

Description

Die Erfindung betrifft einen Meßgrößenaufnehmer nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Aufnehmer dienen dem Erfassen von Kräften, Massen, Drehmomenten, Wegen, Beschleunigungen, Drücken usw. Sie nutzen dabei die physikalischen Zusammenhänge zwischen der Verformung eines Federelementes und der diese Verformung bewirkenden Größe. Durch dieses Federele ment stellt die Sensoranordnung ein schwingfähiges Gebilde dar, welches einer geeigneten Dämpfung bedarf.

Bei bekannten Meßgrößenaufnehmern wird das Prinzip der Flüssigkeitsdämpfung angewandt, wobei jedoch die starke Temperaturabhängigkeit der Dämpfungskraft äußerst nachteilig ist. Selbst die in bezug auf ihre Temperaturab hängigkeit besonders günstgen Silikonöle schwanken im Bereich zwischen 100° und 0°C mit ihren Viskositätswerten um den Faktor 5 bis 10.

Weniger temperaturabhängig sind beispielsweise die Wirbelstromdämpfung, die Luftdämpfung und die Reibungs dämpfung. Während die Reibungsdämpfung wegen ihrer starken Beeinflussung des Meßergebnisses sowie wegen ihres groben Toleranzbereiches und des sogenannten "stick-slip- Effektes" ausfällt sind für die Verwendung einer Wirbel stromdämpfung extrem hohe Relativgeschwindigkeiten nötig, die bei den Meßgrößenaufnehmern in der Regel nicht vorliegen. Die Luftdämpfung schließlich benötigt extrem geringe Strömungsspalte, welche nur mit sehr hohem Fertigungsaufwand erreicht werden können.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Meßgrößen aufnehmer zu schaffen, welcher temperaturunabhängig gedämpft ist, wobei die Dämpfungseinrichtung bei einfachem Aufbau einen großen Stellbereich und einen hohen Wirkungs grad aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnen den Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Regeleinrichtung eine Kennlinie aufweist, die geeignet ist, die Viskosität bei Temperatu ränderung der elektrorheologischen Flüssigkeit in einem Sollwertbereich zu halten. Ein derart ausgeführter Meßwertaufnehmer zeichnet sich durch einen besonders großen Einsatzbereich aus. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird auch eine besonders variable Anpassung der Dämpfungskraft an den Verlauf der zu messenden Größe möglich. Hierzu ist bei einem Ausführungsbeispiel vorgesehen, daß die Regeleinrichtung die Viskosität der elektrorheologischen Flüssigkeit in Abhängigkeit von Schwingungsparametern einstellt. Dadurch läßt sich eine auf den Anwendungsfall abgestimmte Dämpferkennlinie bzw. ein Kennfeld realisieren.

Um den Meßgrößenaufnehmer während des Transportes vor Beschädigung zu schützen, ist es sinnvoll, wenn durch die Regeleinrichtung ein Betriebsmodus mit konstanter, extrem hoher Viskosität der elektrorheologischen Flüssigkeit einstellbar ist.

Die Funktion sowie weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung anhand der Zeichnung.

Die einzige Figur zeigt den prinzipiellen Aufbau eines erfindungsgemäßen Meßgrößenaufnehmers. Das schwingfähige System setzt sich in diesem Beispiel aus einem starren Körper 1 und einer Feder 2 zusammen, durch die der Körper 1 in Längsrichtung elastisch verschiebbar am Gehäuse 3 eines Beschleunigungsaufnehmers aufgehängt ist. Wird dieses Gehäuse nun Beschleunigungen ausgesetzt, so wird sich der Körper 1 relativ zum Gehäuse 3 verschieben. Diese Reaktion kann in ansich bekannter Weise durch Wegaufnehmer oder auch durch Messung der Verformung der Feder mittels Dehnungsmeßstreifen ermittelt und in Relation zur einwirkenden Beschleunigung gesetzt werden. Der Meßwert aufnehmer selbst wird aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht näher dargestellt. Der Körper 1 ragt mit seinem der Feder 2 gegenüberliegenden Ende in eine Dämpfungseinrich tung, die durch einen flüssigkeitsgefüllten Behälter 6 dargestellt ist. Je nach gewünschter Dämpfungscharakteri stik kann die Dämpfungseinrichtung bzw. der Körper 1 selbst mit Drosselspalten oder Drosselventilen ausgeführt sein. Als Dämpfungsflüssigkeit ist eine elektrorheologi sche Flüssigkeit 11 in dem Behälter 6 vorgesehen, wobei innerhalb des Behälters 6 zwei Elektroden 4, 5 zum Aufbau eines elektrischen Feldes angeordnet sind.

Die elektrorheologische Flüssigkeit zeichnet sich dadurch aus, daß ihre Viskosität durch eine Veränderung der an die Elektroden angelegten elektrischen Spannung in einem sehr großen Bereich variierbar ist. Im Behälter 6 ist ein Temperatursensor 7 angeordnet und der Behälter ist gegenüber dem Gehäuse 3 durch eine elektrisch isolierende Wandung 8 abgeschirmt. Das Signal des Temperatursensors 7 wird von einem Verstärker in ein Spannungssignal umge setzt. Der Ausgang des Verstärkers 9 ist mit einer Schaltung 10 verbunden, die das temperaturabhängige Signal aus dem Verstärker 9 in ein auf die Viskosität der elektrorheologischen Flüssigkeit abgestimmtes Hochspan nungssignal umsetzt. Diese Schaltung 10 kann analog oder digital ausgeführt sein. Das Hochspannungsausgangssignal der Schaltung 10 ist mit der Elektrode 5 verbunden, während Elektrode 4 geerdet ist. Die an den Elektroden anliegende Spannung wird also in Abhängigkeit von der Temperatur gesteuert, wodurch der Dämpfungsgrad temperatu runabhängig wird.

Um das Meßsystem während des Transportes vor Beschädigung zu schützen ist eine Schaltstellung des Verstärkers 9 d.h. die Dämpfung extrem stark eingestellt ist.

Die Dämpfungssteuerung läßt sich auch auf einfache Weise derart erweitern, daß auch eine Abstimmung der Viskosität auf den zeitlichen Verlauf der zu messenden Größe möglich ist. Hierzu kann der Verstärker 9 beispielsweise durch eine elektronische Steuereinrichtung ersetzt werden, welche die an der Elektrode 5 anliegende Spannung in Abhängigkeit von weiteren Parametern steuert.

Claims

1. Meßgrößenaufnehmer zum Erfassen mechanischer Größen mit mindestens einem elastisch verformbaren Element, mindestens einem diesem zugeordneten Meßwertaufnehmer sowie einer Dämpfungseinrichtung, dadurch gekennzeich net, daß die Dämpfungseinrichtung als Dämpfungsmittel eine elektrorheologische Flüssigkeit aufweist, die in einem regelbaren elektrischen Feld vorgesehen ist, wobei der Regeleinrichtung (9) das Ausgangssignal eines Temperatursensors zugeführt wird.

2. Meßgrößenaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Regeleinrichtung eine Charakteristik besitzt, die geeignet ist, die Viskosität bei Temperaturänderung der elektrorheologischen Flüssig keit innerhalb eines Sollwertbereiches einzustellen.

3. Meßgrößenaufnehmer nach einem der vorherigen Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung die Viskosität der elektrorheologischen Flüssigkeit in Abhängigkeit von Schwingungsparametern einstellt.

4. Meßgrößenaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Regeleinrichtung ein Betriebsmodus mit konstanter, extrem hoher Viskosität der elektrorheologischen Flüssigkeit einstellbar ist.