DE4207848A1 - Einrichtung zur kraft- und druckmessung in mindestens einer komponente - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kraft- und Druckmessung in mindestens einer Komponente, bei der ein Meßwertaufnehmer zu einer mit der zu messenden Größe gemeinsamen Bezugsebene angreift.

Bei den meisten Meßwertaufnehmern für eine Kraft und entsprechend auch für Druck oder Drehmoment bewirkt die zu ermittelnde Kraft eine Verformung einer meist federnden Zunge, Membran o. ä. Der Grad der Verbiegung ist eine Funktion der einwirkenden Kraft und wird mit Hilfe verschiedener Verfahren ausgewertet.

Bekannt ist es, die Wegdifferenz zwischen Ruhelage und verbogener Form zu ermitteln, z. B. gemäß DE-OS 31 38 075 in lichtoptischer Weise.

Bei der piezoresistiven Kraftmessung sind an Stellen besonders hoher Verbiegung Widerstandsstrukturen aufgebraucht, deren Widerstandsänderung infolge der Verbiegung mittels einer geeigneten Meßschaltung ermittelt wird (DE-OS 30 09 163).

Die kapazitive Kraft- bzw. Druckmessung beruht auf einer Veränderung des Abstandes zweier Kondensatorelektroden und damit der Kapazität des Kondensators, der als frequenzbestimmendes Element eines RC-Oszillators eingesetzt ist. Die Kraft wird als Funktion der Frequenz ermittelt (DE-OS 30 11 594).

Bekannt ist es außerdem, eine Membran oder Zunge durch ein Wechselfeld zum Schwingen zu bringen. Durch die Einwirkung einer Kraft auf die Membran oder Zunge verändert sich die Frequenz (DE-OS 37 04 584).

Bei der faseroptischen Ermittlung der Kraft wird durch eine Verformung eine Veränderung der Transparenz des Lichtwellenleiters bewirkt. Die Intensität des an einem Ende durch einen Detektor empfangenen Lichtes ist eine Funktion der auf den Lichtwellenleiter einwirkenden Kraft (DE-OS 34 41 792).

Von Nachteil bei allen technischen Lösungen die federnde Elemente einsetzen, ist eine unzureichend geklärte Langzeitstabilität der federnden Elemente gegenüber der mechanischen Belastung. Diesen Nachteil besitzen auch Kapazitäten und piezoresistive Verfahren.

Faseroptische Lösung haben eine relativ hohe Meßungenauigkeit. Eine starke Temperaturabhängigkeit muß in jedem Fall berücksichtigt werden. Bei piezorestistiven Systemen wirkt sich die relativ hohe Stromaufnahme nachteilig aus.

Besondere Schwierigkeiten werden jedoch bei den genannten technischen Lösungen auftreten, wenn für bestimmte Anwendungsfälle eine Miniaturisierung notwendig wird und gleichzeitig weitere Sensoren und Aktuatoren integriert werden sollen.

Es besteht deshalb die Aufgabe, bei Gewährleistung einer hohen Meßgenauigkeit die Meßwertaufnahme miniaturisierbar und gleichzeitig geeignet für eine Integration optischer, mechanischer und elektronischer Module auszubilden.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Meßwertaufnehmer ein vorschubüberzeugender Antrieb ist, dessen über den Leerlauf hinaus notwendige Antriebsenergie als Maß für die zu messende Größe dient.

Mit dieser Lösung gelingt es, Antrieb und Messung miteinander zu verbinden. Die Messung weist eine geringe Temperaturabhängigkeit auf und ist relativ unempfindlich gegen Überdruckbelastung.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Die Figur zeigt eine Kraftmeßeinrichtung in Blocksdarstellung.

An einer gemeinsamen Ebene E-E greifen sowohl ein Objekt 1 mit einer zu messenden Kraft _mess als auch ein als Translationsantrieb ausgebildeter Meßwertaufnehmer, der aus einem beweglichen Teil 2a und einem feststehenden Teil 2b besteht, mit einer Gegenkraft _geg an. Die von dem Translationsantrieb aufgenommene Leistung ist durch ein Amperemeter 3 und ein Voltmeter 4 bestimmbar. Die gewonnenen Daten werden einer Auswerteelektronik 5 zugeführt, die die Ergebnisse auf eine Anzeige bzw. Schnittstelle 6 gibt.

Der auf dem Objekt 1 aufliegende bewegliche Teil 2a erhält einen Vorschub entgegensetzt zur zu messenden Kraft _mess. Befinden sich Kraft _mess und Gegenkraft _geg im Gleichgewichtszustand, ist aus dem I-U-Kennlinienverlauf die über den Leerlauf hinaus für den Translationsantrieb notwendige Leistung ermittelbar, die als Maß für die zu messende Kraftkomponente dient. In Verbindung mit einem Flächensensor 7 sind Druckmessungen möglich. Wegsensoren 8 gestatten erweiternde Messungen bzw. Korrekturen. Auf Grund des erfindungsgemäßen prinzipiellen Aufbaus ist es möglich, diese Sensoren in den beweglichen Teil 2 zu integrieren oder mit diesem zu verbinden.

Claims (1)

1. Einrichtung zur Kraft- und Druckmessung in mindestens einer Komponente, bei der ein Meßwertaufnehmer an einer mit der zu messenden Größe gemeinsamen Bezugsebene angreift, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertaufnehmer ein vorschuberzeugender Antrieb ist, dessen über den Leerlauf hinaus notwendige Antriebsenergie als Maß für die zu messende Größe dient.